JPH0950758A - Electron source and manufacture thereof and manufacture of cathode-ray tube using the electron source - Google Patents

Electron source and manufacture thereof and manufacture of cathode-ray tube using the electron source

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JPH0950758A
JPH0950758A JP12173996A JP12173996A JPH0950758A JP H0950758 A JPH0950758 A JP H0950758A JP 12173996 A JP12173996 A JP 12173996A JP 12173996 A JP12173996 A JP 12173996A JP H0950758 A JPH0950758 A JP H0950758A
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electron source
electron
focusing
extraction electrode
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Shinji Kawabuchi
真嗣 川渕
Akihiko Hosono
彰彦 細野
Shinsuke Yura
信介 由良
Kazutoshi Morikawa
和敏 森川
Soichiro Okuda
荘一郎 奥田
Hirotsugu Harada
昿嗣 原田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate the lowering of the current density due to the lowering of the electric field at the tip of an emitter by the influence of the electric potential to be given to a focusing electrode. SOLUTION: A silicon substrate forming a cathode electrode 11 is fixed onto a board 14, and the surface thereof is processed so as to obtain a conical field emitter 15. An electron source is formed by laminating a drawing electrode 12 for drawing the electron from the field emitter 15 and a focusing electrode 13 for aligning the direction of the drawn electron on the board 14 through a first insulating film 17 and a second insulating film 16 in the periphery of an opening part 10 having this emitter. Usually, height of the emitter 15 is formed about 1μm and the thickness of the first insulating film 17 is formed the same thickness and the drawing electrode 12 is formed about 0.3m, but in this case, the thickness of the drawing electrode 12 is formed the same as the height of the emitter 15 or more.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、CRT型ディス
プレイ、真空管、半導体製造装置等に用いられる電界放
出型の電子源、それを用いた陰極線管及び電子源の製造
方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field emission type electron source used in a CRT type display, a vacuum tube, a semiconductor manufacturing apparatus, etc., a cathode ray tube using the same, and a method of manufacturing an electron source.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、電子源としては熱フィラメントか
らの熱電子放出等を利用したものが多用されていたが、
画像表示装置の薄型化、軽量化に伴って、半導体の微細
加工技術を利用した電界放出型(フィールドエミッタ)
の電子源の開発が注目されてきた。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an electron source, a device utilizing thermionic emission from a hot filament has been widely used.
Field emission type using semiconductor microfabrication technology as image display devices become thinner and lighter
The development of the electron source has been attracting attention.

【0003】図27は、例えば特開平2−226635
号公報に記載された従来の電界放出電子源の一部の構成
を示す断面図である。図において、電子放出部を形成す
るエミッタ104はカソード電極である基板101を加
工して円錐形状に形成されている。エミッタ104を取
り囲むように基板101上に絶縁膜105、引出し電極
102、絶縁膜106、集束電極103、絶縁膜10
7、加速電極108が順に積層されている。引き出し電
極102と基板101の間に印加された電圧(電源10
9からの電圧)により電子がエミッタ104の先端から
引き出され、電源110により集束電極103に印加さ
れた電圧により電子は集束され、さらに電源111によ
り加速電極108に印加された電圧により電子は加速さ
れ、電子線100となって放出される。本実施例では電
極が引出し電極、集束電極、加速電極の3層構造となっ
てそれぞれ異なる電位が印加されるが、引出し電極さえ
あれば、電子放出は実現する。
FIG. 27 shows, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-226635.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a part of the configuration of the conventional field emission electron source described in Japanese Patent Publication No. In the figure, an emitter 104 forming an electron emitting portion is formed in a conical shape by processing the substrate 101 which is a cathode electrode. The insulating film 105, the extraction electrode 102, the insulating film 106, the focusing electrode 103, and the insulating film 10 are formed on the substrate 101 so as to surround the emitter 104.
7 and the acceleration electrode 108 are sequentially stacked. The voltage applied between the extraction electrode 102 and the substrate 101 (power source 10
(Voltage from 9), electrons are extracted from the tip of the emitter 104, the electrons are focused by the voltage applied to the focusing electrode 103 by the power supply 110, and the electrons are accelerated by the voltage applied to the acceleration electrode 108 by the power supply 111. , The electron beam 100 is emitted. In this embodiment, the electrode has a three-layer structure of an extraction electrode, a focusing electrode, and an accelerating electrode, and different potentials are applied to each of them, but electron emission is realized as long as there is an extraction electrode.

【0004】次に電子源の動作について説明する。引き
出し電極102に電源109によりカソード電極(基
板)101に対し、正の例えば100Vの電圧を印加す
ると、エミッタ104の先端には約107 V/cmの電
界が発生し、トンネル効果によりエミッタ104より電
子が放出される。放出された電子による電流の大きさは
1つのエミッタ当たり25〜100μAで、エミッタ1
04の密度しだいで高い電流密度を得ることができる。
しかも、引き出し電極102にはほとんど電流が流れな
いため、消費電力は極めて小さい。
Next, the operation of the electron source will be described. When a positive voltage of, for example, 100 V is applied to the extraction electrode 102 by the power supply 109 with respect to the cathode electrode (substrate) 101, an electric field of about 10 7 V / cm is generated at the tip of the emitter 104, and the emitter 104 causes a tunnel effect. Electrons are emitted. The magnitude of the current due to the emitted electrons is 25 to 100 μA per emitter,
Depending on the density of 04, a high current density can be obtained.
Moreover, since almost no current flows through the extraction electrode 102, power consumption is extremely small.

【0005】ところで、上記のような電界放出電子源で
は、エミッタ104先端の形状を反映した電界分布の影
響により放出電子線100は発散する。そのため集束電
極103に電源110によりカソード電極101と同程
度の電位を加え放出電子を減速して放出電子線100を
集束できるように工夫している。これを電源111によ
り正の電位を加えた加速電極108で加速し放出させ
る。ただし、個々のエミッタに加速電極108を設けず
に外部の陽極で電子を加速させることもできる。
In the field emission electron source as described above, the emission electron beam 100 diverges due to the influence of the electric field distribution reflecting the shape of the tip of the emitter 104. For this reason, the focusing electrode 103 is devised so as to apply the same potential as the cathode electrode 101 to the focusing electrode 103 to decelerate the emitted electrons and focus the emitted electron beam 100. This is accelerated and emitted by the acceleration electrode 108 to which a positive potential is applied by the power source 111. However, it is also possible to accelerate electrons with an external anode without providing the acceleration electrode 108 for each emitter.

【0006】このような素子は写真製版と薄膜技術を用
いれば数μm〜10μmの間隔で100万個程度のエミ
ッタアレイを同時に作製することができ、ピーク電流1
00Aの電子源が得られる。しかも、その電子源はカソ
ード電極101を放出電流が流れることによる消費電力
以外は電力損失はなく、電子線も発散しない低エミッタ
ンスのものが得られる。
Such an element can simultaneously produce about 1 million emitter arrays at intervals of several μm to 10 μm by using photolithography and thin film technology.
An electron source of 00A is obtained. Moreover, the electron source has a low emittance with no power loss other than the power consumption due to the emission current flowing through the cathode electrode 101 and the electron beam not diverging.

【0007】次に、このような従来の電界放出電子源の
形成方法について説明する。電界放出電子源の形成方法
については、例えば雑誌”1990年電子情報通信学会
秋季全国大会予稿集(1990年)p.5−282”
や”第7回真空マイクロエレクトロニクスに関する国際
会議の論文集,7th InternationalV
acuum Microelectronics Co
nference 1994 July p.25〜2
8”に掲載されている。図28は、”第7回真空マイク
ロエレクトロニクスに関する国際会議の論文集,7th
International Vacuum Mic
roelectronics Conference
1994 July p.25〜28”に記載された電
界放出電子源の形成方法を示す断面工程図である。図に
おいて、(a)〜(f)は工程の順を示す。まず、Si
のような半導体(あるいはAlのような導体)基板10
1上にフォトレジスト113aを用いてSiO2 の円形
状のマスク112を形成する(工程(a))。マスク1
12を用いてSi基板101を等方性エッチングし、そ
の後基板表面を熱酸化させる。すると図中(b)の基板
101の表面に沿って酸化膜101aが形成される(工
程(b))。次にその上にSiO2 絶縁層105及び例
えばNbからなる電極102を形成する(工程
(c))。電極102には接続端子部を設けるためにさ
らにフォトレジスト113bを設け(工程(d))、S
iO2 絶縁層106及び例えばNbからなる電極103
を形成する(工程(e))。最後にフォトレジスト11
3bを除去、及びSiO2 の円形状のマスク112をフ
ッ酸で除去すると、基板101上の酸化膜101aの一
部も除去され、図中(f)のような先端形状の鋭い円錐
形状のエミッタ104が得られる。
Next, a method of forming such a conventional field emission electron source will be described. For the method of forming the field emission electron source, see, for example, a magazine “1990 Autumn Meeting of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers (1990) p.5-282”.
And "The 7th International Conference on Vacuum Microelectronics, 7th International V
Acuum Microelectronics Co
nference 1994 July p. 25-2
8 ". Figure 28 is a collection of papers from the 7th International Conference on Vacuum Microelectronics, 7th.
International Vacuum Mic
roelectronics Conference
1994 July p. It is a cross-sectional process drawing which shows the formation method of the field emission electron source described in 25-28 ". In the figure, (a)-(f) shows the order of a process.
Semiconductor (or conductor such as Al) substrate 10
A circular mask 112 made of SiO 2 is formed on the surface 1 using a photoresist 113a (step (a)). Mask 1
12, the Si substrate 101 is isotropically etched, and then the substrate surface is thermally oxidized. Then, an oxide film 101a is formed along the surface of the substrate 101 of FIG. 9B (step (b)). Next, the SiO 2 insulating layer 105 and the electrode 102 made of, for example, Nb are formed thereon (step (c)). A photoresist 113b is further provided on the electrode 102 to provide a connection terminal portion (step (d)), and S
An electrode 103 made of an iO 2 insulating layer 106 and Nb, for example.
Are formed (step (e)). Finally photoresist 11
When 3b is removed and the circular mask 112 of SiO 2 is removed with hydrofluoric acid, part of the oxide film 101a on the substrate 101 is also removed, and a sharp cone-shaped emitter having a tip shape as shown in FIG. 104 is obtained.

【0008】一例として、エミッタ104の位置する電
子放出部の開口直径は2〜3μm、円錐の高さは1μ
m、円錐の先端径は0.06μmである。また、電極1
02、103の厚さは、電圧が印加できるだけの厚さで
あれば厚くする必要もないため、通常約0.1〜0.3
μmである。また、絶縁層105はエミッタ104の先
端から効率よく電子放出を行うために、エミッタの高さ
とほぼ同じに設定してあり(1μm)、絶縁層106の
厚さも電極102と電極103間の絶縁耐圧を考慮し、
絶縁層105と同じ1μmに設定してあるのが通常であ
る。
As an example, the opening diameter of the electron emission portion where the emitter 104 is located is 2-3 μm, and the height of the cone is 1 μm.
m, the tip diameter of the cone is 0.06 μm. Also, electrode 1
The thickness of 02 and 103 does not need to be thick as long as a voltage can be applied, and therefore is usually about 0.1 to 0.3.
μm. Further, the insulating layer 105 is set to have substantially the same height as the emitter (1 μm) in order to efficiently emit electrons from the tip of the emitter 104, and the thickness of the insulating layer 106 also has a withstand voltage between the electrodes 102 and 103. Considering
It is usually set to the same 1 μm as the insulating layer 105.

【0009】上記のような電子源の適用例としてはCR
Tの電子銃が考えられる。この種の電子源をCRTヘ適
用した例は、特開昭48ー90467号公報に述べられ
ている。ただし電子源としては、個々のエミッタ104
に引き出し電極102以外に集束電極103を設けると
いう構成は述べられていない。図29に、電子銃の構成
を示す。図において、電子源(フィールドエミッタから
なる電子源)121から放出された電子線は加速のため
の第1アノード電極122、第2アノード電極123を
通過し、電子レンズ124、125でクロスオーバー点
127を形成し、コンバージェンス電極126で集束さ
れ、さらに偏向マグネット128により方向制御されて
シャドウマスク129を通ってアルミバック130付き
蛍光体131の蛍光面に集束される。
As an application example of the electron source as described above, CR
A T electron gun is possible. An example in which this type of electron source is applied to a CRT is described in JP-A-48-90467. However, as the electron source, the individual emitters 104
There is no mention of a configuration in which the focusing electrode 103 is provided in addition to the extraction electrode 102. FIG. 29 shows the structure of the electron gun. In the figure, an electron beam emitted from an electron source (electron source consisting of a field emitter) 121 passes through a first anode electrode 122 and a second anode electrode 123 for acceleration, and a crossover point 127 is formed by electron lenses 124 and 125. Is formed, is converged by the convergence electrode 126, is further direction-controlled by the deflection magnet 128, and is condensed by the phosphor screen of the phosphor 131 with the aluminum back 130 through the shadow mask 129.

【0010】一方、出願人はフィールドエミッタ型の電
子源に関する発明として、特開平5−198278号公
報において、簡便な素子構成で2次元画素のアドレッシ
ングを容易に行え、製作が容易な電子源を用いた平面パ
ネル型ディスプレイについての発明を既に出願してい
る。さらに、特願平6−240169号において、電子
源の集束特性を向上させるために集束電極に対向して遮
蔽電極を配置した電界放出電子源を陰極線管に適用する
発明を既に出願している。
On the other hand, as an invention relating to a field emitter type electron source, the applicant uses an electron source which is easy to fabricate and easy to address two-dimensional pixels with a simple element structure in Japanese Patent Laid-Open No. 5-198278. He has already filed an invention for a flat panel display. Furthermore, Japanese Patent Application No. 6-240169 has already applied for an invention in which a field emission electron source in which a shield electrode is arranged facing a focusing electrode in order to improve the focusing characteristic of the electron source is applied to a cathode ray tube.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】従来の電界放出型の電
子源は上記のように構成されていたので、集束特性の優
れた電子線を得るためには集束電極103に所望の電位
を与える必要がある。電位の与え方として引出し電極よ
り高い電位を与える場合、数kVオーダの高電圧が必要
となり、引出し電極と集束電極の間の絶縁層を絶縁耐圧
まで厚くする必要がありさらに、消費電力が高くなると
いう問題があった。そのため、集束電極に与える電位と
しては引出し電極より小さい電位、例えば、引出し電極
100Vに対して集束電極0Vを与えていた。しかし、
集束電極の電位を引き出し電極に加える電位より低くす
ると、集束電極に与える電位の影響を受けて、エミッタ
先端の電界が低下してトンネル効果により放出される電
子が極端に減少するという問題が生じた。図30に、集
束電極に与える電位に対するアノ−ド電流と電子ビ−ム
の発散角の変化を調べた実験結果を示す。図は集束電極
の電圧100Vでの値で規格化して示している。集束電
極へ印加する電圧が高い程アノ−ド電流は大きく、即ち
十分な電子線強度が得られ、一方電子ビ−ムは発散して
しまう。集束電極へ印加する電圧を小さくすると、電子
ビ−ムは集束するものの、電流値は激減してしまう。
Since the conventional field emission type electron source is constructed as described above, it is necessary to apply a desired potential to the focusing electrode 103 in order to obtain an electron beam having excellent focusing characteristics. There is. When a potential higher than that of the extraction electrode is applied as a potential application method, a high voltage of the order of several kV is required, the insulating layer between the extraction electrode and the focusing electrode needs to be thickened to the withstand voltage, and power consumption increases. There was a problem. Therefore, the potential applied to the focusing electrode is lower than that of the extraction electrode, for example, 0V of the focusing electrode is applied to 100V of the extraction electrode. But,
If the potential of the focusing electrode is made lower than the potential applied to the extraction electrode, there is a problem that the electric field at the tip of the emitter is lowered due to the influence of the potential applied to the focusing electrode, and the number of electrons emitted by the tunnel effect is extremely reduced. . FIG. 30 shows the experimental results of examining changes in the anodic current and the divergence angle of the electron beam with respect to the potential applied to the focusing electrode. The figure is shown by standardizing the value at the voltage of the focusing electrode of 100V. The higher the voltage applied to the focusing electrode, the larger the anodic current, that is, sufficient electron beam intensity is obtained, while the electron beam diverges. When the voltage applied to the focusing electrode is reduced, the electron beam is focused but the current value is drastically reduced.

【0012】本願発明は上記のような問題を解決するた
めになされたもので、集束電極に与える電圧を小さくし
てもアノード電流が低下しないような、高電流密度で且
つ集束特性の良好な性能の優れた電子源を提供すること
を目的とする。即ち、集束電極に与える電圧の影響をエ
ミッタに及ぼさないような電子源の構造を与え、さら
に、その高性能な電子源を搭載した陰極線管を提供する
こと、及び高性能な電子源の製造方法を提供することを
目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and has a high current density and good focusing characteristics such that the anode current does not decrease even if the voltage applied to the focusing electrode is reduced. The purpose is to provide an excellent electron source. That is, a structure of an electron source that does not affect the emitter by the voltage applied to the focusing electrode is provided, and further, a cathode ray tube equipped with the high-performance electron source is provided, and a method of manufacturing a high-performance electron source. The purpose is to provide.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】この発明に係わる電子源
は、略円錐形状の電子放出部を有するカソード電極上
に、開口部を形成して電子放出部を囲むように順に第1
の絶縁層、カソード電極部から電子を引き出すための引
き出し電極、第2の絶縁層、引き出された電子を集束す
るための集束電極が配置され、前記集束電極に印加され
た電位により形成された電界のカソード電極の電子放出
部への影響を遮蔽する手段を備えたものである。
An electron source according to the present invention has an opening formed on a cathode electrode having a substantially conical electron emitting portion, and a first electron emitting portion is formed in order so as to surround the electron emitting portion.
An insulating layer, an extraction electrode for extracting electrons from the cathode electrode portion, a second insulating layer, and a focusing electrode for focusing the extracted electrons are arranged, and an electric field formed by a potential applied to the focusing electrode. And a means for shielding the influence of the cathode electrode on the electron emitting portion.

【0014】また、集束電極に印加された電位により形
成された電界のカソード電極の電子放出部への影響を遮
蔽する手段が、前記集束電極と前記カソード電極とを所
定以上の距離にする手段であることを規定するものであ
る。
The means for blocking the influence of the electric field formed by the potential applied to the focusing electrode on the electron emitting portion of the cathode electrode is a means for keeping the distance between the focusing electrode and the cathode electrode by a predetermined distance or more. It stipulates that there is.

【0015】また、集束電極とカソード電極とを所定以
上の距離にする手段が、カソード電極の略円錐形状の電
子放出部の高さに対する引き出し電極の厚さの比が0.
5以上の厚さの引き出し電極であることを規定するもの
である。
Further, the means for keeping the distance between the focusing electrode and the cathode electrode by a predetermined distance or more is such that the ratio of the thickness of the extraction electrode to the height of the substantially conical electron emitting portion of the cathode electrode is 0.
It defines that the lead electrode has a thickness of 5 or more.

【0016】また、集束電極とカソード電極とを所定以
上の距離にする手段が、カソード電極の略円錐形状の電
子放出部の高さに対する引き出し電極の厚さの比が1以
上の厚さの引き出し電極であることを規定するものであ
る。
Further, the means for making the distance between the focusing electrode and the cathode electrode a predetermined distance or more is such that the ratio of the thickness of the extraction electrode to the height of the substantially conical electron emitting portion of the cathode electrode is 1 or more. It defines that it is an electrode.

【0017】また、開口部における引き出し電極の角部
を、電子放出部に対して平坦面となるように規定するも
のである。
Further, the corner portion of the extraction electrode in the opening is defined to be a flat surface with respect to the electron emitting portion.

【0018】また、集束電極とカソード電極とを所定以
上の距離にする手段が、カソード電極の略円錐形状の電
子放出部の高さに対する第2の絶縁層の厚さの比が2.
5以上の厚さの第2の絶縁層であることを規定するもの
である。
Further, the means for making the distance between the focusing electrode and the cathode electrode a predetermined distance or more is such that the ratio of the thickness of the second insulating layer to the height of the substantially conical electron emitting portion of the cathode electrode is 2.
The second insulating layer has a thickness of 5 or more.

【0019】また、集束電極に印加された電位により形
成された電界のカソード電極の電子放出部への影響を遮
蔽する手段が、集束電極と引き出し電極(第1の引き出
し電極)の間に第2の引き出し電極を備えたことである
ことを規定するものである。
Further, a means for shielding the influence of the electric field formed by the potential applied to the focusing electrode on the electron emitting portion of the cathode electrode is provided between the focusing electrode and the extraction electrode (first extraction electrode). It is defined that the extraction electrode is provided.

【0020】また、集束電極に印加された電位により形
成された電界のカソード電極の電子放出部への影響を遮
蔽する手段が、集束電極と同一平面上で、かつ前記集束
電極の開口部側に第2の引き出し電極を備えたことであ
ることを規定するものである。
Further, means for shielding the influence of the electric field formed by the potential applied to the focusing electrode on the electron emitting portion of the cathode electrode is on the same plane as the focusing electrode and on the opening side of the focusing electrode. It is provided that the second extraction electrode is provided.

【0021】また、引き出し電極(第1の引き出し電
極)と第2の引き出し電極とを同電位としたことを規定
するものである。
Further, it defines that the extraction electrode (first extraction electrode) and the second extraction electrode have the same potential.

【0022】また、引き出し電極(第1の引き出し電
極)と第2の引き出し電極とを開口部の内面で接続した
こと規定するものである。
Further, it defines that the extraction electrode (first extraction electrode) and the second extraction electrode are connected to each other at the inner surface of the opening.

【0023】また、引き出し電極(第1の引き出し電
極)と第2の引き出し電極とを開口部の外部で接続した
ことを規定するものである。
Further, it defines that the extraction electrode (first extraction electrode) and the second extraction electrode are connected outside the opening.

【0024】また、第2の引き出し電極に印加する電位
は、引き出し電極(第1の引き出し電極)に印加する電
位より高くしたことを規定するものである。
The electric potential applied to the second extraction electrode is defined to be higher than the electric potential applied to the extraction electrode (first extraction electrode).

【0025】また、この発明に係わる陰極線管は、真空
容器内に、上記構成のいずれかの電子源と、該電子源か
ら出射された電子線を集束する手段と、集束された電子
線を蛍光体の所定の位置に偏向して導く手段とを備えた
ものである。
Further, in the cathode ray tube according to the present invention, an electron source having any one of the above structures, a means for focusing the electron beam emitted from the electron source, and a fluorescent light for the focused electron beam are provided in a vacuum container. And means for deflecting and guiding the body to a predetermined position.

【0026】また、この発明に係わる電子源の製造方法
は、略円錐形状の電子放出部を有するカソード電極上
に、電子放出部を配置するための開口部を形成するよう
に第1の絶縁層、カソード電極部から電子を引き出すた
めの引き出し電極、第2の絶縁層、引き出された電子を
集束するための集束電極を順に積層して形成する電子源
の製造方法において、カソード電極材の上に略円錐形状
の電子放出部を形成するためにマスク材の厚さを、全層
形成時に開口部におけるマスク材上の層の開口部におけ
る占有率が開口部の大きさより小さくなるように決定す
る第1のステップと、第1のステップにより厚さが決定
され、カソード電極上に形成されたマスクを用いてカソ
ード電極に略円錐形状の電子放出部を形成する第2のス
テップと、カソード基板上に順にそれぞれ所定の厚さの
第1の絶縁層、引き出し電極、第2の絶縁層、集束電極
を形成する第3のステップと、カソード電極上に形成さ
れたマスク及びマスク上の層を除去する第4のステップ
とを備えたものである。
Further, in the method for manufacturing an electron source according to the present invention, the first insulating layer is formed so that the opening for disposing the electron emitting portion is formed on the cathode electrode having the electron emitting portion having a substantially conical shape. In a method of manufacturing an electron source, in which an extraction electrode for extracting electrons from the cathode electrode portion, a second insulating layer, and a focusing electrode for focusing the extracted electrons are sequentially stacked, a cathode electrode material is provided. The thickness of the mask material for forming the electron-emitting portion having a substantially conical shape is determined such that the occupancy rate of the layer on the mask material in the opening in the opening is smaller than the size of the opening when forming all layers. The first step, the second step in which the thickness is determined by the first step, and the electron-emitting portion having a substantially conical shape is formed in the cathode electrode by using the mask formed on the cathode electrode; A third step of forming a first insulating layer, an extraction electrode, a second insulating layer, and a focusing electrode, each having a predetermined thickness on the plate in order, a mask formed on the cathode electrode, and a layer on the mask are formed. And a fourth step of removing.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

実施の形態1.以下、この発明の実施の形態1を図につ
いて説明する。図1は実施の形態1による電子源の要部
を示す断面図であり、図2は電極の結線状態を示す概略
平面図である。図において、例えばガラス材からなる基
板14上にカソード電極11を構成するシリコン基板を
固着し、この表面を加工して、円錐状のフィールドエミ
ッタ15を得る。電子源はこのエミッタを有する開口部
10の周りの基板14上に、フィールドエミッタ15に
電界を印加して電子を引き出す引き出し電極12、引き
出された電子の向きを揃えるための電子レンズを形成す
る集束電極13がそれぞれ第1絶縁膜17、第2絶縁膜
16を介して積層されている。なお、開口10とフィー
ルドエミッタ15は、例えば7.5μmピッチで直径2
00μmの領域に配列されており、その数は図では省略
しているが600個以上である。フィールドエミッタ1
5の先端は図1中に示したようにほぼ引き出し電極12
の下面と同程度の高さにある。
Embodiment 1. Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a main part of an electron source according to the first embodiment, and FIG. 2 is a schematic plan view showing a connection state of electrodes. In the figure, a silicon substrate constituting the cathode electrode 11 is fixed on a substrate 14 made of, for example, a glass material, and the surface is processed to obtain a conical field emitter 15. The electron source is a focusing electrode that forms an electron lens for applying an electric field to the field emitter 15 to extract the electron on the substrate 14 around the opening 10 having the emitter, and an electron lens for aligning the direction of the extracted electron. The electrodes 13 are stacked with the first insulating film 17 and the second insulating film 16 interposed therebetween. The openings 10 and the field emitters 15 have a diameter of 2 μm at a pitch of 7.5 μm, for example.
They are arranged in a region of 00 μm, and the number thereof is 600 or more although not shown in the drawing. Field emitter 1
As shown in FIG. 1, the tip of 5 is substantially the extraction electrode 12
It is almost as high as the bottom surface of.

【0028】さらに、図2に示すように、集束電極13
は上方から見ると中心部に開口10部すなわち電子放出
領域のある直径400μmの円形となるように形成され
ている。ただし1ケ所、ボンディング端子(電極端子)
23へ接続する線状の配線22が伸びて上部の空間に露
出している。同様に引き出し電極12およびカソード電
極11のボンディング端子(電極端子)19、18も空
間に露出しており、これらの端子19、18と電極を接
続する線状の配線21、20も引き出し電極12、カソ
ード電極11の外側まで伸びている。さらに、ボンディ
ング端子18、19、23には電圧を供給する導線2
6、24、25がそれぞれ接続されている。このように
各電極11、12、13に給電する端子部を構成するボ
ンディング用端子18、19、23や配線20、21、
22や導線26、24、25の一部が電子放出空間側に
露出している。
Further, as shown in FIG. 2, the focusing electrode 13
Is formed so as to have a circular shape having a diameter of 400 μm and having an opening 10 at the center, that is, an electron emission region when viewed from above. However, 1 place, bonding terminal (electrode terminal)
The linear wiring 22 connected to 23 extends and is exposed in the upper space. Similarly, the bonding terminals (electrode terminals) 19 and 18 of the extraction electrode 12 and the cathode electrode 11 are also exposed in the space, and the linear wirings 21 and 20 connecting these terminals 19 and 18 to the electrodes are also extracted. It extends to the outside of the cathode electrode 11. Further, the bonding wires 18, 19 and 23 are provided with a conductor 2 for supplying a voltage.
6, 24 and 25 are respectively connected. In this way, the bonding terminals 18, 19, 23 and the wirings 20, 21, which constitute the terminal portions for supplying power to the electrodes 11, 12, 13
Part of the wire 22 and the conductors 26, 24, 25 are exposed to the electron emission space side.

【0029】次にこの電子源の動作について説明する。
引き出し電極12にカソード電極11に対し+60〜+
110Vの電圧を印加する。また、集束電極13にはカ
ソード電極11に対し0〜+20Vの電圧を印加する。
この際に、引き出し電極12が十分厚いため、エミッタ
15先端の電界を低下させる集束電極13からの電界の
影響を遮蔽することができ、集束電極13からの電界の
影響を低減できる。図3は、引き出し電極(ゲート電
極)の厚さとエミッタ先端から放出される電流との関係
を示す、差分法を用いた電界解析結果である。横軸は引
き出し電極(ゲート電極)12の厚さとエミッタ15の
高さの比で、縦軸はエミッタ15先端から放出される電
流値を集束電極13を用いない時の電流値を100%と
して規格化したものである。図中A点は、集束電極13
を用い且つ、従来の膜厚条件(エミッタ高さ1μm、ゲ
ート電極の厚さ0.3μm)での放出電流の比で、引き
出し電極12の厚みを厚くすることでエミッタ15先端
から放出される電流が増加することがわかる。例えば、
引き出し電極(ゲート電極)12の厚さとエミッタ15
の高さの比が2以上では放出電流を80%以上を確保で
きる。このように引き出し電極(ゲート電極)を厚くす
ることで、電流密度が高く集束特性の優れた電子線が得
ることができる。
Next, the operation of this electron source will be described.
+60 to + for the extraction electrode 12 and for the cathode electrode 11
A voltage of 110V is applied. Further, a voltage of 0 to +20 V is applied to the focusing electrode 13 with respect to the cathode electrode 11.
At this time, since the extraction electrode 12 is sufficiently thick, the influence of the electric field from the focusing electrode 13 that reduces the electric field at the tip of the emitter 15 can be shielded, and the influence of the electric field from the focusing electrode 13 can be reduced. FIG. 3 is an electric field analysis result using the difference method showing the relationship between the thickness of the extraction electrode (gate electrode) and the current emitted from the tip of the emitter. The horizontal axis represents the ratio of the thickness of the extraction electrode (gate electrode) 12 to the height of the emitter 15, and the vertical axis represents the current value emitted from the tip of the emitter 15 with the current value when the focusing electrode 13 is not used as 100%. It has been transformed. In the figure, point A is the focusing electrode 13.
And the ratio of the emission current under the conventional film thickness conditions (emitter height 1 μm, gate electrode thickness 0.3 μm), the current emitted from the tip of the emitter 15 is increased by increasing the thickness of the extraction electrode 12. It can be seen that For example,
Thickness of extraction electrode (gate electrode) 12 and emitter 15
If the height ratio is 2 or more, the emission current can be 80% or more. By thus thickening the extraction electrode (gate electrode), an electron beam having a high current density and excellent focusing characteristics can be obtained.

【0030】一方、引き出し電極(ゲート電極)を厚く
すると、図1におけるエミッタ間のピッチpが広がり、
複数のエミッタを形成して電子源とする際の単位面積当
たりのエミッタ数が減少する。そのため、複数のエミッ
タを形成して電子源として用いる場合、全てのエミッタ
からの放出電流の合計は、1個当たりのエミッタからの
放出電流とエミッタの個数で決定される。図4には、集
束作用があり放出電流の低下がないエミッタ群の総放出
電流を100%としたときの、引き出し電極(ゲート電
極)の厚さとエミッタとの高さの比に対する総放出電流
の関係を示したものである。
On the other hand, if the lead electrode (gate electrode) is thickened, the pitch p between the emitters in FIG.
The number of emitters per unit area when a plurality of emitters are formed into electron sources is reduced. Therefore, when a plurality of emitters are formed and used as an electron source, the total emission current from all emitters is determined by the emission current from each emitter and the number of emitters. FIG. 4 shows the total emission current with respect to the ratio of the thickness of the extraction electrode (gate electrode) to the height of the emitter when the total emission current of the emitter group having the focusing action and no decrease in emission current is 100%. It shows the relationship.

【0031】図3では、引き出し電極(ゲート電極)の
厚さとエミッタとの高さの比が2以上でエミッタ1個当
たりの放出電流を80%以上を確保でき、さらに、引き
出し電極(ゲート電極)の厚さとエミッタとの高さの比
が4で集束電極を用いない時のエミッタ群の総放出電流
と同レベルまで確保できることが分かった。さらに、図
4で示されるようにエミッタ群としては少なくとも引き
出し電極(ゲート電極)の厚さとエミッタとの高さの比
が1以上であれば、従来と同程度あるいはそれ以上の総
放出電流を得られることがわかる。
In FIG. 3, when the ratio of the thickness of the extraction electrode (gate electrode) to the height of the emitter is 2 or more, the emission current per emitter can be 80% or more, and further, the extraction electrode (gate electrode). It was found that the ratio of the thickness of the emitter to the height of the emitter was 4, and it was possible to secure the same level as the total emission current of the emitter group when the focusing electrode was not used. Further, as shown in FIG. 4, as long as the ratio of the thickness of the extraction electrode (gate electrode) to the height of the emitter is 1 or more in the emitter group, a total emission current of the same level or higher than the conventional one can be obtained. You can see that

【0032】一方、総放出電流を向上させる方法として
電極の材質や印加電圧を最適化する方法がある。例え
ば、文献”第7回真空マイクロエレクトロニクスに関す
る国際会議の論文集,7th Internation
al Vacuum Microelectronic
s Conference 1994 July p.
405〜407”には、エミッタを陽極化成処理するこ
とにより、総放出電流が向上することが報告されてい
る。即ち、総放出電流の低下分は電極の材質や印加電圧
等の他のパラメータを適正化することで補填することが
可能であり、図4において、少なくとも40%であれ
ば、総放出電流を100%まで(2.5倍とする)補填
することが可能である。即ち、引き出し電極(ゲート電
極)の厚さとエミッタとの高さの比が0.5以上であれ
ば、従来と同程度あるいはそれ以上の総放出電流を得る
ことが可能となる。
On the other hand, as a method of improving the total emission current, there is a method of optimizing the material of the electrode and the applied voltage. For example, refer to the paper "7th International Conference on Vacuum Microelectronics, 7th International
al Vacuum Microelectronic
s Conference 1994 July p.
405-407 ", it is reported that the total emission current is improved by anodizing the emitter. That is, the decrease in the total emission current depends on other parameters such as electrode material and applied voltage. It is possible to compensate by optimizing, and it is possible to compensate for the total emission current up to 100% (2.5 times) if it is at least 40% in FIG. If the ratio of the thickness of the electrode (gate electrode) to the height of the emitter is 0.5 or more, it is possible to obtain a total emission current of the same level as or higher than the conventional one.

【0033】また、引き出し電極(ゲート電極)の厚さ
は厚い方がよいが、電極の厚膜化もプロセス上難しく、
さらに図4で厚くすると総電流は下降する傾向にある。
エミッタ高さが1μmであれば10倍の10μm程度が
限界であろう。さらに、電子源が薄型化され、エミッタ
が低くなると、図3での増加の傾きが緩やかとなり、図
4においても増加の傾きが緩やかとなる。その場合、エ
ミッタ高さに対して電極の厚さはさらに大きくする必要
があり、その場合は10倍以上の可能性もある。また、
エミッタ高さが1μmより1桁以上大となることは、電
子源の薄型化に対して、またプロセス上困難であること
から考慮しなくてもよい。
It is preferable that the thickness of the extraction electrode (gate electrode) is thick, but it is difficult to make the electrode thick because of the process.
Further, when the thickness is increased in FIG. 4, the total current tends to decrease.
If the emitter height is 1 μm, the limit is about 10 times 10 μm. Further, when the electron source is made thinner and the emitter is lowered, the increasing inclination in FIG. 3 becomes gentle, and also in FIG. 4, the increasing inclination becomes gentle. In that case, it is necessary to further increase the thickness of the electrode with respect to the height of the emitter, and in that case, there is a possibility that the thickness is 10 times or more. Also,
It is not necessary to consider that the emitter height is larger than 1 μm by one digit or more because it is difficult to reduce the thickness of the electron source and is difficult in the process.

【0034】図5に、引き出し電極の膜厚を従来の膜厚
の0.3μmから3μm(この時エミッタの高さ1μ
m)に厚くした時のアノード電流の変化を調べた実験結
果を示す。集束電極に印加する電圧を小さくしてもアノ
−ド電流の低下は抑制され、電子源として十分な電流密
度を確保することができた。また、従来の課題で説明し
た図30と併せると、印加電圧を小さくして電子線を集
束させ且つ電流密度の高い電子源を提供することができ
た。
In FIG. 5, the film thickness of the extraction electrode is changed from the conventional film thickness of 0.3 μm to 3 μm (at this time, the height of the emitter is 1 μm).
The experimental result which investigated the change of the anode current when it thickened to m) is shown. Even if the voltage applied to the focusing electrode was reduced, the decrease in the anodic current was suppressed, and a sufficient current density as an electron source could be secured. Further, in combination with FIG. 30 described in the conventional problem, it was possible to provide an electron source having a low applied voltage to focus electron beams and a high current density.

【0035】なお、フィールドエミッタ15の先端から
放出された電子は集束電極13の形成する電界により減
速され、集束されて、電子源の外部に設けられた陽極方
向へ放出される。
The electrons emitted from the tip of the field emitter 15 are decelerated by the electric field formed by the focusing electrode 13, focused, and emitted toward the anode provided outside the electron source.

【0036】さらに、上記実施の形態では複数のエミッ
タを有する電子源について説明したが、エミッタ自身は
1つで1つの電子源を構成してもよい。
Further, although the electron source having a plurality of emitters has been described in the above embodiment, one emitter itself may constitute one electron source.

【0037】実施の形態2.この発明の実施の形態2を
図について説明する。図6は実施の形態2による電子源
の要部を示す断面図である。図において、従来と異なる
のは引き出し電極12と集束電極13の間の第2絶縁膜
16の膜厚を十分厚くしている。
Embodiment 2. A second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a sectional view showing a main part of the electron source according to the second embodiment. In the figure, the difference from the prior art is that the thickness of the second insulating film 16 between the extraction electrode 12 and the focusing electrode 13 is made sufficiently thick.

【0038】次に、このように構成されたものにおける
電子源の動作について説明する。引き出し電極12にカ
ソード電極11に対し、例えば+60〜+110Vの電
圧を印加する。また、集束電極13にはカソード電極1
1に対し、例えば0〜+20Vの電圧を印加する。この
際に、エミッタ15先端の電界を低下させる集束電極1
3がエミッタ15から離れるために、エミッタ15先端
への集束電極13からの電界の影響が低減できる。
Next, the operation of the electron source in the thus constructed one will be described. A voltage of +60 to +110 V, for example, is applied to the extraction electrode 12 with respect to the cathode electrode 11. In addition, the focusing electrode 13 has a cathode electrode 1
For example, a voltage of 0 to +20 V is applied to 1. At this time, the focusing electrode 1 that reduces the electric field at the tip of the emitter 15
Since 3 is separated from the emitter 15, the influence of the electric field from the focusing electrode 13 on the tip of the emitter 15 can be reduced.

【0039】図7は、第2絶縁膜16の厚さとエミッタ
15先端から放出される電流との関係を示す、差分法を
用いた電界解析結果である。横軸は第2絶縁膜16の厚
さとエミッタ15の高さの比で、縦軸はエミッタ15先
端から放出される電流を集束電極13を用いない時の電
流値を100%として規格化したものである。図中B点
は、集束電極13を用い且つ、従来の膜厚条件(エミッ
タ高さ1μm、第2絶縁膜の厚さ1μm)での放出電流
の比で、第2絶縁膜16の厚さを厚くすることでエミッ
タ15先端からの放出電流が増加することが分る。例え
ば、第2絶縁膜16の厚さとエミッタ15の高さの比が
3以上で、従来10%以下であった放出電流を30%以
上に確保できることがわかる。従って、実施の形態1と
同様に集束電極に印加する電位を小さくして電子線を集
束させても高電流密度の電子線を発生可能な電子源を提
供することができる。
FIG. 7 is an electric field analysis result using the difference method showing the relationship between the thickness of the second insulating film 16 and the current emitted from the tip of the emitter 15. The horizontal axis is the ratio of the thickness of the second insulating film 16 to the height of the emitter 15, and the vertical axis is the current emitted from the tip of the emitter 15 standardized with the current value when the focusing electrode 13 is not used as 100%. Is. In the figure, point B is the ratio of the emission currents under the conventional film thickness conditions (emitter height 1 μm, second insulating film thickness 1 μm) using the focusing electrode 13, and indicates the thickness of the second insulating film 16. It can be seen that by increasing the thickness, the emission current from the tip of the emitter 15 increases. For example, it can be seen that when the ratio of the thickness of the second insulating film 16 to the height of the emitter 15 is 3 or more, the emission current, which was 10% or less in the past, can be secured to 30% or more. Therefore, it is possible to provide an electron source capable of generating an electron beam with a high current density even when the electron beam is focused by reducing the potential applied to the focusing electrode as in the first embodiment.

【0040】一方、第2絶縁膜を厚くすると、図6にお
けるエミッタ間のピッチpが広がり、複数のエミッタを
形成して電子源とする際の単位面積当たりのエミッタ数
が減少する。そのため、複数のエミッタを形成して電子
源として用いる場合、全てのエミッタからの放出電流の
合計は、1個当たりのエミッタからの放出電流とエミッ
タの個数で決定される。図8には、集束作用があり放出
電流の低下がないエミッタ群の総放出電流を100%と
したときの、第2絶縁膜の厚さとエミッタの高さとの比
に対する総放出電流の関係を示したものである。図8で
示されるようにエミッタ群としては少なくとも第2絶縁
膜の厚さとエミッタの高さとの比が2.5以上であれ
ば、エミッタ群としての総電流は40%程度で飽和す
る。上記実施の形態1で述べたように、エミッタ群とし
ての総電流は40%程度であれば、他のパラメータを適
正化することで、総電流を100%まで補填することが
可能である。従って第2絶縁膜の厚さは厚さはエミッタ
高さが1μmであれば、2.5μmであればよい。な
お、厚さの上限は厚膜化プロセスを考慮すると10倍の
10μm程度であろう。
On the other hand, when the second insulating film is thickened, the pitch p between the emitters in FIG. 6 is widened, and the number of emitters per unit area when forming a plurality of emitters to be electron sources is reduced. Therefore, when a plurality of emitters are formed and used as an electron source, the total emission current from all emitters is determined by the emission current from each emitter and the number of emitters. FIG. 8 shows the relationship of the total emission current with respect to the ratio of the thickness of the second insulating film and the height of the emitter when the total emission current of the emitter group having the focusing action and no reduction in the emission current is 100%. It is a thing. As shown in FIG. 8, if the ratio of the thickness of the second insulating film to the height of the emitter is 2.5 or more in the emitter group, the total current in the emitter group is saturated at about 40%. As described in the first embodiment, if the total current of the emitter group is about 40%, it is possible to compensate the total current up to 100% by optimizing the other parameters. Therefore, the thickness of the second insulating film may be 2.5 μm if the emitter height is 1 μm. The upper limit of the thickness will be about 10 μm, which is ten times higher in consideration of the thickening process.

【0041】さらに、電子源が薄型化され、エミッタの
高さが低くなると、図7での増加の傾きが緩やかとな
り、図8においても増加の傾きが緩やかとなる。その場
合、エミッタ高さに対して電極の厚さはさらに大きくす
る必要があり、その場合は10倍以上の可能性もある。
また、エミッタ高さが1μmより1桁以上大となること
は、電子源の薄型化に対して、またプロセス上困難であ
ることから考慮しなくてもよい。エミッタ高さが1μm
より大きくなると図7、8共に傾きが急俊になりエミッ
タ高さに対する第2絶縁膜の厚さの比は2.5よりも小
さくてよい。
Further, when the electron source is made thinner and the height of the emitter is lowered, the increasing slope in FIG. 7 becomes gentle, and also in FIG. 8, the increasing slope becomes gentle. In that case, it is necessary to further increase the thickness of the electrode with respect to the height of the emitter, and in that case, there is a possibility that the thickness is 10 times or more.
In addition, it is not necessary to consider that the emitter height is larger than 1 μm by one digit or more because it is difficult to reduce the thickness of the electron source and the process is difficult. Emitter height is 1 μm
When it becomes larger, the inclination becomes steeper in both FIGS. 7 and 8, and the ratio of the thickness of the second insulating film to the height of the emitter may be smaller than 2.5.

【0042】なお、実施の形態1と同様に、エミッタ自
身は1つで1個の電子源を構成してもよい。
As in the first embodiment, one electron source may constitute one electron source.

【0043】実施の形態3.この発明の実施の形態3を
図について説明する。図9は実施の形態3による電子源
の要部を示す断面図であり、図10は電極の結線状態を
示す概略平面図である。図において、12aは第2の引
き出し電極であり、第1の引き出し電極12と集束電極
13の間にそれぞれ第2絶縁膜16、第3絶縁膜36を
介して設けた。さらに、図10に示すように、第2の引
き出し電極12aは1ヶ所より、第2の引き出し電極1
2aに給電する端子部を構成するボンディング端子(電
極端子)19aへ接続する線状の配線21aが伸びて上
部の空間に露出している。さらに、ボンディング端子1
9aには電圧を供給する導線24aが接続されている。
Embodiment 3 A third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a cross-sectional view showing a main part of the electron source according to the third embodiment, and FIG. 10 is a schematic plan view showing a connection state of electrodes. In the figure, reference numeral 12a is a second lead electrode, which is provided between the first lead electrode 12 and the focusing electrode 13 via a second insulating film 16 and a third insulating film 36, respectively. Further, as shown in FIG. 10, the second extraction electrode 12a is located at one location,
A linear wiring 21a connected to a bonding terminal (electrode terminal) 19a forming a terminal portion for supplying power to 2a extends and is exposed in the upper space. Furthermore, the bonding terminal 1
A conductor 24a for supplying a voltage is connected to 9a.

【0044】次に、このように構成されたものにおける
電子源の動作について説明する。第1の引き出し電極1
2にカソード電極11に対し、例えば+60〜+110
Vの電圧を印加する。また、集束電極13にはカソード
電極11に対し、例えば0〜+20Vの電圧を印加す
る。第2の引き出し電極12aには少なくとも集束電極
13より高く第1の引出し電極12より低い電位、例え
ば+50Vを印加する。すると、エミッタ15先端近傍
の電界強度は、第2の引き出し電極12aが集束電極1
3の電界強度の影響に対して遮蔽の役目を果たし、十分
な電界強度が得られる。従って、実施の形態1、2と同
様に集束電極に印加する電位を小さくして電子線を集束
させても高電流密度の電子線を発生可能な電子源を提供
することができる。このように、多層にすることで実施
の形態1、2にように各層の厚さを従来と比べて極端に
厚くする必要がないため、それぞれの膜を厚膜化するこ
とで生じる問題、例えば、膜内の内部応力等を無視する
ことが可能となる。
Next, the operation of the electron source in the thus constructed device will be described. First extraction electrode 1
2 to the cathode electrode 11, for example, +60 to +110
A voltage of V is applied. Further, a voltage of 0 to +20 V, for example, is applied to the focusing electrode 13 with respect to the cathode electrode 11. A potential higher than that of the focusing electrode 13 and lower than that of the first extracting electrode 12, for example, +50 V is applied to the second extracting electrode 12a. Then, the electric field strength near the tip of the emitter 15 is such that the second extraction electrode 12a is
3 plays a role of shielding against the influence of the electric field strength of 3, and a sufficient electric field strength can be obtained. Therefore, similarly to the first and second embodiments, it is possible to provide an electron source that can generate an electron beam with a high current density even when the electron beam is focused by reducing the potential applied to the focusing electrode. In this way, since it is not necessary to make the thickness of each layer extremely thick as compared with the conventional one by using a multi-layer structure as in the first and second embodiments, a problem caused by thickening each film, for example, , It becomes possible to ignore the internal stress in the film.

【0045】実施の形態4.この発明の実施の形態4を
図について説明する。図11は実施の形態4による電子
源の要部を示す断面図であり、図12は電極の結線状態
を示す概略平面図である。実施の形態3では、第2の引
き出し電極12aに印加する電位を第1の引き出し電極
12と集束電極13とに印加する電位の中間的な電位と
したが、本実施の形態4では外部回路で第1の引き出し
電極12と第2の引き出し電極12aとを導通させ、同
電位とした。図11において、導通部を構成する外部回
路は各電極と同一基板上に形成されており、38はボン
ディング端子部に設けられた電極端子であり、第1の引
き出し電極12と第2の引き出し電極12aを開口部1
0の外部で電気的に短絡させている。
Embodiment 4 A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 11 is a cross-sectional view showing a main part of the electron source according to the fourth embodiment, and FIG. 12 is a schematic plan view showing a connection state of electrodes. In the third embodiment, the potential applied to the second extraction electrode 12a is set to an intermediate potential between the potentials applied to the first extraction electrode 12 and the focusing electrode 13, but in the fourth embodiment, an external circuit is used. The first lead electrode 12 and the second lead electrode 12a are electrically connected to each other to have the same potential. In FIG. 11, the external circuit forming the conducting portion is formed on the same substrate as each electrode, and 38 is an electrode terminal provided in the bonding terminal portion, which includes the first lead electrode 12 and the second lead electrode. 12a to the opening 1
It is electrically short-circuited outside 0.

【0046】このように構成された電子源に対し、第1
の引き出し電極12および第2の引き出し電極12aに
はカソード電極11に対し、例えば+60〜+110V
の電圧を印加し、集束電極13にはカソード電極11に
対し、例えば0〜+20Vの電圧を印加する。
With respect to the electron source configured as described above, the first
The extraction electrode 12 and the second extraction electrode 12a of, for example, +60 to +110 V with respect to the cathode electrode 11.
The voltage of 0 to + 20V is applied to the focusing electrode 13 with respect to the cathode electrode 11 to the focusing electrode 13.

【0047】このような構成にすれば、実施の形態3と
同様、各層の厚さを薄くすることができるので各膜を厚
くすることで生じる問題、例えば膜内の内部応力や剥離
等を無視することができる。また、図12に示すように
第1の引き出し電極12と第2の引き出し電極12aの
電極端子38が共通となるので、電極端子数を減らすこ
とができ、電極端子等からの非対称電界の影響を小さく
することができる。さらに、電源の数も少なくてすみ、
簡便な構成で、高性能の電子源が得られる。
With such a structure, as in the third embodiment, the thickness of each layer can be made thin, so that problems caused by thickening each film, such as internal stress and peeling in the film, are ignored. can do. Further, as shown in FIG. 12, since the electrode terminals 38 of the first extraction electrode 12 and the second extraction electrode 12a are common, the number of electrode terminals can be reduced and the influence of the asymmetric electric field from the electrode terminals or the like can be reduced. Can be made smaller. Furthermore, the number of power supplies is small,
A high-performance electron source can be obtained with a simple structure.

【0048】なお、図11では第1の引き出し電極と第
2の引き出し電極を、各電極と同一基板上に設けた外部
回路において短絡させたが、電源と電極端子との間の外
部回路(基板の外)で短絡させてもよい。このようにす
れば電極端子数は減らないが製造が容易となる。また、
第1の引き出し電極と第2の引き出し電極を配線21、
21aを通さず、直接、電極内部で短絡させてもよい。
このようにすれば配線21、21aが一本となり、より
簡便な構成となる。
Although the first lead electrode and the second lead electrode are short-circuited in the external circuit provided on the same substrate as each electrode in FIG. 11, the external circuit (substrate Outside) may be short-circuited. In this way, the number of electrode terminals does not decrease, but the manufacturing becomes easier. Also,
The wiring 21 connects the first extraction electrode and the second extraction electrode,
You may make a short circuit directly inside the electrode without passing through 21a.
By doing so, the number of wirings 21 and 21a becomes one, and the configuration becomes simpler.

【0049】なお、図13はエミッタ高さに対する引き
出し電極の膜厚の比とエミッタ先端の電界強度との関係
を示したものであり、実施の形態1における引き出し電
極のを2分して第1及び第2の引き出し電極とし、第2
の引き出し電極を従来通りの厚さの第2絶縁膜の中間に
設け(絶縁膜は図11中の第2絶縁膜16と第3絶縁膜
36に分離)、第1及び第2の引き出し電極に同電位を
印加した時の本実施の形態の第2の引き出し電極を採用
した3段電極(2段の引き出し電極と1段の集束電極)
の効果を示したものである。エミッタ高さに対する引き
出し電極の膜厚の比が2の時、実施の形態1と同程度の
効果があることが確認された。ここで、3段電極におい
ては引き出し電極の厚さとは、第1及び第2の引き出し
電極の厚さと第2絶縁膜との和であるから、各層の厚さ
は実施の形態1と比べて小さくすることができる。ま
た、第1及び第2の引き出し電極に印加する電位を調整
すれば、第1及び第2の引き出し電極の厚さを厚くする
必要はない。
FIG. 13 shows the relationship between the ratio of the film thickness of the extraction electrode to the height of the emitter and the electric field strength at the tip of the emitter. And the second extraction electrode, and the second
Is provided in the middle of the second insulating film having the conventional thickness (the insulating film is separated into the second insulating film 16 and the third insulating film 36 in FIG. 11) to form the first and second extracting electrodes. Three-stage electrode (two-stage extraction electrode and one-stage focusing electrode) adopting the second extraction electrode of the present embodiment when the same potential is applied
Shows the effect of. It was confirmed that when the ratio of the film thickness of the extraction electrode to the height of the emitter was 2, the same effect as in the first embodiment was obtained. Here, in the three-stage electrode, the thickness of the extraction electrode is the sum of the thicknesses of the first and second extraction electrodes and the second insulating film, and thus the thickness of each layer is smaller than that of the first embodiment. can do. Further, if the potentials applied to the first and second extraction electrodes are adjusted, it is not necessary to increase the thickness of the first and second extraction electrodes.

【0050】実施の形態5.この発明の実施の形態5を
図について説明する。図14は実施の形態5による電子
源の要部を示す断面図である。図において、第2の引き
出し電極12aを第1の引き出し電極12と集束電極1
3の間にそれぞれ絶縁膜16、36を介して設け、開口
部10の内壁で第1の引き出し電極12及び第2の引き
出し電極12aを接続させるための電極面37を設け
た。
Embodiment 5. The fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 14 is a sectional view showing the main part of the electron source according to the fifth embodiment. In the figure, the second extraction electrode 12a is referred to as the first extraction electrode 12 and the focusing electrode 1
3 is provided via insulating films 16 and 36, respectively, and an electrode surface 37 for connecting the first extraction electrode 12 and the second extraction electrode 12a is provided on the inner wall of the opening 10.

【0051】このような構成にすれば、外部回路で第1
の引き出し電極12及び第2の引き出し電極12aを接
続させる必要はなく、構造が簡単になる。さらに、引き
出し電極に与える電位の影響を開口部の内部に形成され
る電界に与え易く、カソード電極先端の電界の低下を防
止でき、電流密度が高く集束特性の優れた電子線が得ら
れる。
With this structure, the first circuit
It is not necessary to connect the extraction electrode 12 and the second extraction electrode 12a, and the structure is simplified. Further, the influence of the potential applied to the extraction electrode is easily given to the electric field formed inside the opening, the decrease of the electric field at the tip of the cathode electrode can be prevented, and an electron beam having a high current density and excellent focusing characteristics can be obtained.

【0052】実施の形態6.この発明の実施の形態6を
図について説明する。実施の形態6による電子源の構造
は図9及び図10に示した実施の形態3のものと同様で
あるが、各電極に印加される電圧が異なる。
Embodiment 6 FIG. A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The structure of the electron source according to the sixth embodiment is similar to that of the third embodiment shown in FIGS. 9 and 10, but the voltage applied to each electrode is different.

【0053】この電子源の動作について説明する。図9
において、第1の引き出し電極12にはカソード電極1
1に対し、例えば+60〜+110Vの電圧を印加す
る。第2の引き出し電極12aには第1の引き出し電極
12より高い電圧、例えばカソード電極11に対し+8
0〜+160Vを印加する。また、集束電極13にはカ
ソード電極11に対し、例えば+20〜+80Vを印加
する。この際に、エミッタ15先端の電界を低下させる
集束電極13からの電界の影響を第2の引き出し電極1
2aに印加した電圧により遮蔽することができ、集束電
極13自体もエミッタ15から離れるためにエミッタ1
5先端への集束電極13からの電界の影響も低減でき
る。エミッタ15には第1の引き出し電極12に印加し
た電圧により電子放出に必要となる電界が生じるので電
子が放出される。この方法を用いることでエミッタ15
の先端から放出された電子は集束電極13の形成する電
界により減速され、集束されて、電子源の外に設けられ
た陽極へ向けて放出される。
The operation of this electron source will be described. FIG.
At the first extraction electrode 12, the cathode electrode 1
For example, a voltage of +60 to +110 V is applied to 1. A voltage higher than that of the first extraction electrode 12 is applied to the second extraction electrode 12a, for example, +8 with respect to the cathode electrode 11.
0- + 160V is applied. Further, for example, +20 to +80 V is applied to the focusing electrode 13 with respect to the cathode electrode 11. At this time, the influence of the electric field from the focusing electrode 13 that reduces the electric field at the tip of the emitter 15 is influenced by the second extraction electrode 1.
The focusing electrode 13 itself can be shielded by the voltage applied to the emitter 2a, so that the focusing electrode 13 itself is separated from the emitter 15.
5 The influence of the electric field from the focusing electrode 13 on the tip can be reduced. An electric field necessary for electron emission is generated in the emitter 15 by the voltage applied to the first extraction electrode 12, so that electrons are emitted. By using this method, the emitter 15
The electrons emitted from the tip of the are decelerated by the electric field formed by the focusing electrode 13, focused, and emitted toward the anode provided outside the electron source.

【0054】このように、第1の引き出し電極12に与
える電圧より第2の引き出し電極12aに与える電圧を
高くすることにより、第2絶縁膜16を上記実施の形態
3〜5のものより薄くして全体の膜厚を薄くし、第1の
引き出し電極と第2の引き出し電極の間の距離を小さく
しても、第1の引き出し電極と第2の引き出し電極を同
電位としたものと同じように電子線を集束する効果が得
られる。また、集束電極に加える電圧がカソード電極に
対し高くなることにより、カソード電極先端の電界の低
下の影響が小さくなる。
As described above, by making the voltage applied to the second lead electrode 12a higher than the voltage applied to the first lead electrode 12, the second insulating film 16 is made thinner than that of the third to fifth embodiments. Even if the entire film thickness is reduced and the distance between the first extraction electrode and the second extraction electrode is reduced, the same result as that in which the first extraction electrode and the second extraction electrode have the same potential The effect of focusing the electron beam is obtained. Further, since the voltage applied to the focusing electrode is higher than that of the cathode electrode, the influence of the decrease in the electric field at the tip of the cathode electrode is reduced.

【0055】実施の形態7.この発明の実施の形態7を
図について説明する。図15は実施の形態7による電子
源の要部を示す断面図であり、図16は電極の結線状態
を示す概略平面図である。図において、前記実施の形態
3〜6の3段電極型と異なるのは第2の引き出し電極1
2aと集束電極13を同一平面内に形成し、第3絶縁膜
を無くして2層電極型にしたことにある。
Embodiment 7. The seventh embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 15 is a cross-sectional view showing a main part of an electron source according to the seventh embodiment, and FIG. 16 is a schematic plan view showing a connection state of electrodes. In the figure, the second extraction electrode 1 is different from the three-stage electrode type of the third to sixth embodiments.
2a and the focusing electrode 13 are formed in the same plane, and the third insulating film is eliminated to form a two-layer electrode type.

【0056】次に、このように構成されたものにおける
電子源の動作について説明する。第1の引き出し電極1
2にカソード電極11に対し、例えば+60〜+110
Vの電圧を印加する。また、集束電極13にはカソード
電極11に対し、例えば0〜+20Vの電圧を印加す
る。第2の引き出し電極12aには少なくとも集束電極
13より高く第1の引出し電極12より低い電位、例え
ば+50Vを印加する。すると、エミッタ15先端近傍
の電界強度は、第2の引き出し電極12aが集束電極1
3の電界強度の影響に対して遮蔽の役目を果たし、十分
な電界強度が得られる。従って、実施の形態3と同様に
集束電極に印加する電位を小さくして電子線を集束させ
ても高電流密度の電子線を発生可能な電子源を提供する
ことができる。
Next, the operation of the electron source in the thus constructed device will be described. First extraction electrode 1
2 to the cathode electrode 11, for example, +60 to +110
A voltage of V is applied. Further, a voltage of 0 to +20 V, for example, is applied to the focusing electrode 13 with respect to the cathode electrode 11. A potential higher than that of the focusing electrode 13 and lower than that of the first extracting electrode 12, for example, +50 V is applied to the second extracting electrode 12a. Then, the electric field strength near the tip of the emitter 15 is such that the second extraction electrode 12a is
3 plays a role of shielding against the influence of the electric field strength of 3, and a sufficient electric field strength can be obtained. Therefore, it is possible to provide an electron source capable of generating an electron beam with a high current density even when the electron beam is focused by reducing the potential applied to the focusing electrode as in the third embodiment.

【0057】このような構成にすれば、前記各実施の形
態に比べて全膜厚を薄くすることができ、かつ各層の厚
さを薄くすることができるので、全膜厚を厚くすること
および各膜を厚くすることで生じる問題、例えば膜内の
内部応力や剥離等を無視することができ、製造も容易と
なる。また、第2の引き出し電極12aと集束電極13
の形状を同時に作成することになるので、従来の3段電
極型と比べて製造工程数を削減することができる。以上
の2点により製造コスト低減、歩留まり向上等が実現で
きる。
With such a structure, the total film thickness can be made thinner and the thickness of each layer can be made thinner than in the above-described respective embodiments, so that the total film thickness can be increased. Problems caused by making each film thick, such as internal stress and peeling in the film, can be ignored, and manufacturing becomes easy. In addition, the second extraction electrode 12a and the focusing electrode 13
Since the above shapes are produced at the same time, the number of manufacturing steps can be reduced as compared with the conventional three-stage electrode type. Due to the above two points, manufacturing cost reduction, yield improvement, etc. can be realized.

【0058】なお、本実施の形態では第1の引き出し電
極12に与える電圧より第2の引き出し電極12aに与
える電圧を低くしたが、実施の形態4と同様に、外部回
路により第1の引き出し電極12と第2の引き出し電極
12aを短絡させ、例えば第1の引き出し電極12およ
び第2の引き出し電極12aにはカソード電極11に対
し+60〜+110Vの電圧を、集束電極13にはカソ
ード電極11に対し0〜+20Vの電圧を印加すること
により、簡便な構成で、高性能の電子源が得られる。
Although the voltage applied to the second lead electrode 12a is lower than the voltage applied to the first lead electrode 12 in the present embodiment, the first lead electrode is formed by an external circuit as in the fourth embodiment. 12 and the second extraction electrode 12a are short-circuited. For example, the first extraction electrode 12 and the second extraction electrode 12a are supplied with a voltage of +60 to +110 V with respect to the cathode electrode 11, and the focusing electrode 13 is supplied with respect to the cathode electrode 11. By applying a voltage of 0 to +20 V, a high-performance electron source with a simple structure can be obtained.

【0059】さらに、図15において、実施の形態6と
同様に、例えば、第1の引き出し電極12にはカソード
電極11に対し+60〜+110Vの電圧を、第2の引
き出し電極12aにはカソード電極11に対し+80〜
+160Vを、集束電極13にはカソード電極11に対
し+20〜+80Vを印加して、第1の引き出し電極1
2に与える電圧より第2の引き出し電極12aに与える
電圧を高くすることにより、第2絶縁膜16がより薄く
でき、全体の膜厚をより薄くすることができる。
Further, in FIG. 15, similarly to the sixth embodiment, for example, a voltage of +60 to +110 V with respect to the cathode electrode 11 is applied to the first extraction electrode 12, and a cathode electrode 11 is applied to the second extraction electrode 12a. For + 80 ~
The first extraction electrode 1 is applied with + 160V and +20 to + 80V to the focusing electrode 13 with respect to the cathode electrode 11.
By making the voltage applied to the second lead electrode 12a higher than the voltage applied to the second electrode 2, the second insulating film 16 can be made thinner and the overall film thickness can be made thinner.

【0060】実施の形態8.この発明の実施の形態を図
について説明する。図17は実施の形態8による電子源
の要部を示す断面図であり、図18は電極の結線状態を
示す概略平面図である。図において、実施の形態7と異
なるのは第2の引き出し電極12aとボンディング端子
19aを接続する線状の配線21aの仕方が異なる。す
なわち、図16に示すような配線パターンによって第2
の引き出し電極12a及び集束電極13と同一平面上に
配線21aを形成するのではなく、図17に示すように
第2の引き出し電極12aと集束電極13とは別の平面
に絶縁層35を介して配線21aを形成したことにあ
る。
Embodiment 8 FIG. An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 17 is a cross-sectional view showing the main part of the electron source according to the eighth embodiment, and FIG. 18 is a schematic plan view showing the connected state of the electrodes. In the figure, the difference from the seventh embodiment lies in the way of the linear wiring 21a connecting the second lead electrode 12a and the bonding terminal 19a. That is, the wiring pattern as shown in FIG.
The wiring 21a is not formed on the same plane as the extraction electrode 12a and the focusing electrode 13 of the above, but as shown in FIG. 17, the second extraction electrode 12a and the focusing electrode 13 are provided on another plane through the insulating layer 35. The wiring 21a is formed.

【0061】このようにすることにより、集束電極13
が配線21aにより分断されることがないので、集束電
極13による電界の対称性が保たれ、集束特性の優れた
電子線を発する電子源が得られる。
By doing so, the focusing electrode 13
Is not separated by the wiring 21a, the symmetry of the electric field by the focusing electrode 13 is maintained, and an electron source that emits an electron beam with excellent focusing characteristics can be obtained.

【0062】実施の形態9.この発明の実施の形態9を
図について説明する。図19は実施の形態9による電子
源の要部を示す断面図であり、図20は電極の結線状態
を示す概略平面図である。本実施の形態は実施の形態7
と同様、2層電極型であるが、図15に示す実施の形態
7と異なるのは、第1の引き出し電極12と第2の引き
出し電極12aを開口部10の内側で電極面37により
電気的に接続し、同電位としたことにある。
Ninth Embodiment The ninth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 19 is a cross-sectional view showing a main part of an electron source according to the ninth embodiment, and FIG. 20 is a schematic plan view showing a connection state of electrodes. The seventh embodiment is the seventh embodiment.
Similar to the second embodiment, it is a two-layer electrode type, but is different from the seventh embodiment shown in FIG. 15 in that the first extraction electrode 12 and the second extraction electrode 12a are electrically connected to each other by the electrode surface 37 inside the opening 10. To connect them to the same potential.

【0063】このような構成にすれば集束電極13に与
えた電位による電子放出部先端の電界の低下を、第1の
引き出し電極12と第2の引き出し電極12aによる電
位により容易に遮蔽することができる。さらに、外部回
路で第1の引き出し電極12と第2の引き出し電極12
aを接続させる必要はなく、構造が簡単になり、且つ集
束電極13による電界の対称性も保たれ、集束特性の優
れた電子線を発する電子源が得られる。
With this structure, the reduction of the electric field at the tip of the electron emitting portion due to the potential applied to the focusing electrode 13 can be easily shielded by the potentials of the first extraction electrode 12 and the second extraction electrode 12a. it can. Furthermore, in the external circuit, the first extraction electrode 12 and the second extraction electrode 12
It is not necessary to connect a, the structure is simplified, the symmetry of the electric field by the focusing electrode 13 is maintained, and an electron source that emits an electron beam with excellent focusing characteristics can be obtained.

【0064】実施の形態10.この発明の実施の形態1
0を図について説明する。図21は実施の形態1、2の
ように従来よりも各層の厚さを厚くして電子源を製造す
る時のプロセスを示したものである。図において、蒸着
法により引き出し電極12や絶縁膜16、17を成膜す
る場合に開口部10形成用の円形マスク29の厚さを所
定の厚さに設定した場合の製造プロセスの様子を示して
いる。
Embodiment 10 FIG. Embodiment 1 of the present invention
0 will be described with reference to the drawings. FIG. 21 shows a process of manufacturing an electron source by increasing the thickness of each layer as compared with the prior art as in the first and second embodiments. In the figure, the state of the manufacturing process is shown when the thickness of the circular mask 29 for forming the opening 10 is set to a predetermined thickness when the extraction electrode 12 and the insulating films 16 and 17 are formed by the vapor deposition method. There is.

【0065】図中(a)において、例えばガラス材から
なる基板14上のエミッタ材(例えばSi)28の上に
従来より厚く所定の厚さに設計された円形マスク材(例
えばSiO2 )30を成膜する。次に(b)においてエ
ミッタ15成形用に円形マスク材30を円形に加工して
円形マスク29を作製する。(c)において円形マスク
29を用いてエミッタ材28を所望の形状のエミッタ1
5に加工する。(d)において、円形マスク29及び基
板14のエミッタ15の形成されていない部分に同時に
第1絶縁膜(例えばSiO2 )17、引き出し電極(例
えばNb、Au、Pt等の金属、Auであれば外部端子
との接続が良好である)12、第2絶縁膜(例えばSi
O2 )16、集束電極(例えばNb、Au、Pt等の金
属、Auであれば外部端子との接続が良好である)13
を順に、蒸着法により形成する。この際に円形マスク2
9の保護によりエミッタ15に絶縁材や電極材が付着し
ない。(e)において円形マスク29と円形マスク上の
不要蒸着物31をエッチング(例えばフッ酸溶液を用い
る)により除去する。
In FIG. 10A, a circular mask material (eg, SiO 2) 30 having a thickness thicker than the conventional one and having a predetermined thickness is formed on an emitter material (eg, Si) 28 on a substrate 14 made of, for example, a glass material. To film. Next, in (b), the circular mask material 30 for forming the emitter 15 is processed into a circular shape to form a circular mask 29. In (c), the emitter material 28 is formed into a desired shape by using the circular mask 29.
Process to 5. In (d), the first insulating film (eg, SiO2) 17 and the extraction electrode (eg, metal such as Nb, Au, Pt, etc.) are simultaneously formed on the circular mask 29 and the portion of the substrate 14 where the emitter 15 is not formed. Good connection with terminals) 12, second insulating film (eg Si)
O2) 16 and focusing electrode (for example, metal such as Nb, Au, Pt, etc., if Au, good connection with external terminal) 13
Are sequentially formed by a vapor deposition method. Circular mask 2 at this time
The protection of 9 prevents the insulator 15 and the electrode material from adhering to the emitter 15. In (e), the circular mask 29 and the unnecessary deposit 31 on the circular mask are removed by etching (for example, using a hydrofluoric acid solution).

【0066】次に、円形マスクの厚さの設計方法につい
て説明する。図22は円形マスクの厚さの違いによる電
子源の形成の差を示したものである。図において、
(a)は円形マスクの厚さを適正化しないで成膜した場
合の状態を、(b)は円形マスクの厚さを適正化して成
膜した場合の状態を示したものである。図において、d
eはエミッタの高さ、dmはマスクの厚さ、dは図21
の(d)において成膜する場合の成膜中の膜(種類は問
わない)の基板14からの厚さ、ro及びriはそれぞ
れdの高さにおける開口部10の径及びマスク29上の
蒸着物の径、rは基板上での開口径を示す。成膜中基板
14上の膜は開口部が広がるように成膜されていき、円
形マスク29上の膜はマスクの径から広がるように成膜
されていく。このとき、円形マスク29上の膜のマスク
の径からの広がりが、基板14上の膜の広がりより大き
いため、円形マスクを十分厚くしておかないと、図中
(a)のように、成膜が完了しないうちに開口部がふさ
がれてしまい、図21の工程(e)で、不要蒸着物の除
去が難しく電子源を作製することができなかった。そこ
で、図22中(b)のように円形マスクの厚さを十分厚
くすればよい。
Next, a method of designing the thickness of the circular mask will be described. FIG. 22 shows the difference in the formation of the electron source due to the difference in the thickness of the circular mask. In the figure,
(A) shows a state when the film is formed without optimizing the thickness of the circular mask, and (b) shows a state when the film is formed with the circular mask having an appropriate thickness. In the figure, d
e is the height of the emitter, dm is the thickness of the mask, and d is FIG.
When the film is formed in (d), the thickness of the film (any type) being formed from the substrate 14, ro and ri are the diameter of the opening 10 at the height of d and the vapor deposition on the mask 29, respectively. The diameter of the object, r is the diameter of the opening on the substrate. During the film formation, the film on the substrate 14 is formed so that the opening is expanded, and the film on the circular mask 29 is formed so as to be expanded from the diameter of the mask. At this time, the spread of the film on the circular mask 29 from the diameter of the mask is larger than that of the film on the substrate 14. Therefore, unless the circular mask is made sufficiently thick, as shown in FIG. Before the film was completed, the opening was blocked, and in step (e) of FIG. 21, it was difficult to remove the unwanted deposits, and the electron source could not be produced. Therefore, the thickness of the circular mask may be made sufficiently thick as shown in FIG.

【0067】次に、円形マスクの厚さの具体的な設定方
法について説明する。図23は、基板からの高さdにお
ける開口部10の径ro及びマスク29上の蒸着物の径
riの関係を示したグラフである。従来のエミッタの高
さは1μm、マスクdm1 は0.3μm、基板上での開
口径1.8μmにおいて、roとriの交点は約3.2
μmである。第1絶縁膜17は約1μm、引き出し電極
12は0.3μm、第2絶縁膜16は約1μm、集束電
極13は0.3μmで膜厚の合計は2.6μmであるの
で、開口部を塞ぐことなく十分電子源の製作が可能であ
る。一方、実施の形態2のように絶縁膜を設計すると、
例えば第2絶縁膜16を3μmとすると膜厚の合計は
4.6μmとなる。円形マスクの厚さを厚くしないと、
電子源の製作はできない。そこで、図23よりdが4.
6μm以上でroとriが交点を有するようにriをd
方向に平行移動させる。その時のdm2 が設計マスク厚
となる。本実施の形態ではマスクの厚さを1μm以上と
すれば、開口部が塞がれることなく、電子源の製作が可
能となることがわかる。
Next, a specific method of setting the thickness of the circular mask will be described. FIG. 23 is a graph showing the relationship between the diameter ro of the opening 10 and the diameter ri of the deposit on the mask 29 at the height d from the substrate. The conventional emitter height is 1 μm, the mask dm1 is 0.3 μm, and the opening diameter on the substrate is 1.8 μm, the intersection of ro and ri is about 3.2.
μm. The first insulating film 17 is about 1 μm, the extraction electrode 12 is 0.3 μm, the second insulating film 16 is about 1 μm, the focusing electrode 13 is 0.3 μm, and the total film thickness is 2.6 μm, so the opening is closed. It is possible to manufacture an electron source without any trouble. On the other hand, when the insulating film is designed as in the second embodiment,
For example, if the second insulating film 16 has a thickness of 3 μm, the total film thickness will be 4.6 μm. If you do not thicken the circular mask,
An electron source cannot be manufactured. Therefore, from FIG. 23, d is 4.
D is ri so that ro and ri have an intersection at 6 μm or more
Translate in the direction. At that time, dm2 is the design mask thickness. In the present embodiment, it can be seen that if the thickness of the mask is 1 μm or more, the electron source can be manufactured without closing the opening.

【0068】また、実施の形態1で引き出し電極を3μ
mとすると、膜厚の合計は5.3μmとなる。このと
き、グラフを外挿すると円形マスクの厚さは1.4μm
以上必要であることがわかる。
In the first embodiment, the extraction electrode is 3 μm.
When the thickness is m, the total film thickness is 5.3 μm. At this time, when the graph is extrapolated, the thickness of the circular mask is 1.4 μm.
It is understood that the above is necessary.

【0069】なお、本グラフの傾きは蒸着装置の種類等
により若干異なるが、予めroとriの関係を求めてお
けば、異なる装置を使用しても同様な手法で最適な円形
マスクの厚さを設計することができる。
Although the inclination of this graph is slightly different depending on the type of vapor deposition apparatus and the like, if the relationship between ro and ri is obtained in advance, the optimum circular mask thickness will be the same even if different apparatuses are used. Can be designed.

【0070】なお、上記実施の形態1〜10では基板1
4上にエミッタ15を形成していたが、1枚のSi基板
を用い、これを加工してエミッタと基板を一体化させた
構造であってもよい。
The substrate 1 is used in the first to tenth embodiments.
Although the emitter 15 is formed on the substrate 4, it may have a structure in which one Si substrate is used and is processed to integrate the emitter and the substrate.

【0071】実施の形態11.この発明の実施の形態1
1を図について説明する。図24は例えば実施の形態1
0および実施の形態11による製造方法により製造され
た電子源を示す断面図である。実施の形態10のように
して形成された電子源(図24(a))においては、引
き出し電極12の膜厚が従来の引き出し電極の膜厚より
厚いため、成膜時における膜の回り込みやエッチングの
影響等により段状になったり、この段の角部が尖った形
状に成り易く、エミッタ15と引き出し電極12の間で
異常放電が生じたり、電極間が短絡することによる初期
不良が発生することがあった。本実施の形態においては
これを防ぐために、実施の形態10の製造方法に加え、
さらにウェットエッチング工程を施すものである。
Embodiment 11 FIG. Embodiment 1 of the present invention
1 will be described with reference to the drawings. FIG. 24 shows, for example, the first embodiment.
FIG. 33 is a cross-sectional view showing an electron source manufactured by the manufacturing method according to 0 and the eleventh embodiment. In the electron source (FIG. 24A) formed as in the tenth embodiment, since the film thickness of the extraction electrode 12 is thicker than the film thickness of the conventional extraction electrode, the film wraparound and etching during film formation are performed. Is likely to be stepped due to the influence of, for example, the corners of this step are sharpened, abnormal discharge occurs between the emitter 15 and the extraction electrode 12, and an initial failure occurs due to a short circuit between the electrodes. There was an occasion. In order to prevent this in the present embodiment, in addition to the manufacturing method of the tenth embodiment,
Furthermore, a wet etching process is performed.

【0072】例えば、引き出し電極12、集束電極1
3、基板14、エミッタ15、第1絶縁膜17、第2絶
縁膜16をそれぞれAu、Nb、Si、Si、Si
2 、SiO2 で作成する。形成後に例えば王水等で引
き出し電極12のAuのみわずかにウェットエッチング
して開口部における引き出し電極12の角部40を、エ
ミッタ15に対して平坦面41となるようにし、尖った
部分を無くし、引き出し電極形状に丸みを帯びさせて図
24(b)の様な形状にさせる。
For example, the extraction electrode 12 and the focusing electrode 1
3, the substrate 14, the emitter 15, the first insulating film 17, and the second insulating film 16 are Au, Nb, Si, Si and Si, respectively.
It is made of O 2 and SiO 2 . After formation, for example, only Au of the extraction electrode 12 is slightly wet-etched with aqua regia so that the corner 40 of the extraction electrode 12 in the opening becomes a flat surface 41 with respect to the emitter 15 and the sharp portion is eliminated. The shape of the extraction electrode is rounded so as to have a shape as shown in FIG.

【0073】このように尖りを無くし、丸みを帯びた形
状にすることによりエミッタ15から電子を放出させる
ために引き出し電極12に電圧を印加したときに、エミ
ッタ15と引き出し電極12の間での異常放電が生じに
くくなる。また、引き出し電極とカソード電極間に成膜
時の回り込みによるAuの異物が存在し、それを介して
電極間が短絡することによる初期不良が発生することが
あるが、ウェットエッチングにより尖った部分とともに
異物を除去することで初期不良を低減することができ、
歩留まりが向上する。
As described above, when a voltage is applied to the extraction electrode 12 in order to emit electrons from the emitter 15 by eliminating the sharpness and forming a rounded shape, an abnormality occurs between the emitter 15 and the extraction electrode 12. Discharge is less likely to occur. In addition, there is a case where an Au particle is present between the extraction electrode and the cathode electrode due to wraparound during film formation, and an initial defect may occur due to a short circuit between the electrodes therethrough. Initial defects can be reduced by removing foreign matter,
The yield is improved.

【0074】実施の形態12.この発明の実施の形態1
2を図について説明する。図25は、実施の形態1〜1
1のいずれかに記載の電子源を用いた陰極線管の断面構
成図である。図において、1つのあるいは複数のエミッ
タから構成される電子源51から出射された電子線53
は、電子線の集束手段である電子銃52内でクロスオー
バー点59を形成して偏向磁石54で偏向され、シャド
ウマスク55を介してアルミ膜57を有する蛍光体56
の所望の位置に導かれる。陰極線管を構成するものは真
空容器58内に収納されている。
Embodiment 12 FIG. Embodiment 1 of the present invention
2 will be described with reference to the drawings. FIG. 25 shows Embodiments 1 to 1.
FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram of a cathode ray tube using the electron source according to any one of 1. In the figure, an electron beam 53 emitted from an electron source 51 composed of one or a plurality of emitters
Is formed by forming a crossover point 59 in the electron gun 52 which is an electron beam focusing means, is deflected by the deflection magnet 54, and has a phosphor 56 having an aluminum film 57 via a shadow mask 55.
To the desired position of. What constitutes a cathode ray tube is housed in a vacuum container 58.

【0075】このように、実施の形態1〜11のいずれ
かの電子源を陰極線管に用いると電子源から出射された
電子線が既に集束しているため、十分に集束された電子
線が得られ、陰極線管としての解像度が向上する。
As described above, when the electron source according to any one of the first to eleventh embodiments is used for the cathode ray tube, the electron beam emitted from the electron source has already been focused, so that a sufficiently focused electron beam can be obtained. Therefore, the resolution as a cathode ray tube is improved.

【0076】実施の形態13.この発明の別の実施の形
態を図について説明する。図26は、実施の形態1〜1
1のいずれかに記載の電子源を用いた陰極線管の断面構
成図である。図において、電子源51は3つの電子源5
1R、51G、51Bに分別され、それぞれの電子源か
ら出射された電子線は、電子線の集束手段である電子銃
52内でクロスオーバー点59(それぞれ59R、59
G、59B)を形成して偏向磁石54で偏向され、シャ
ドウマスク55を介してアルミ膜57を有する蛍光体5
6のそれぞれ赤の蛍光体部分、緑の蛍光体部分、青の蛍
光体部分に導かれる。なお、本装置も真空容器内に収納
されている。
Embodiment 13 FIG. Another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 26 shows Embodiments 1 to 1.
FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram of a cathode ray tube using the electron source according to any one of 1. In the figure, the electron source 51 is three electron sources 5.
The electron beams emitted from the respective electron sources, which are separated into 1R, 51G, and 51B, are crossed over at the crossover points 59 (59R and 59R, respectively) in the electron gun 52 which is a means for focusing the electron beams.
G, 59B) and is deflected by the deflection magnet 54 and has the aluminum film 57 via the shadow mask 55.
6 are led to the red phosphor portion, the green phosphor portion, and the blue phosphor portion, respectively. The device is also housed in a vacuum container.

【0077】このように、実施の形態1〜11のいずれ
かの電子源を陰極線管に用いると電子源から出射された
電子線が既に集束しているため、十分に集束された電子
線が得られ、陰極線管としての解像度が向上し、本実施
の形態ではカラー画像としての品質も向上し、性能の高
い陰極線管を提供することが可能となる。
As described above, when the electron source according to any one of the first to eleventh embodiments is used for the cathode ray tube, the electron beam emitted from the electron source has already been focused, so that a sufficiently focused electron beam can be obtained. Therefore, the resolution as a cathode ray tube is improved, and in this embodiment, the quality as a color image is also improved, and it is possible to provide a cathode ray tube with high performance.

【0078】なお、実施の形態12、13の電子銃内で
のクロスオーバー点は十分な集束が可能であれば、形成
されなくてもよい。
The crossover points in the electron guns of the twelfth and thirteenth embodiments may not be formed as long as sufficient focusing can be achieved.

【0079】[0079]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、集束
電極に印加された電位により形成された電界のカソード
電極の電子放出部への影響を遮蔽する手段を備えたの
で、電子放出部即ちカソード電極先端の電界の低下が防
止でき、所定の引き出し電位で、電子放出を容易に制御
することができ、電流密度が高く集束特性の優れた電子
線を発する電子源を提供することができる。
As described above, according to the present invention, the means for blocking the influence of the electric field formed by the potential applied to the focusing electrode on the electron emitting portion of the cathode electrode is provided. In other words, it is possible to provide an electron source that can prevent a decrease in the electric field at the tip of the cathode electrode, can easily control electron emission at a predetermined extraction potential, and have a high current density and an electron beam with excellent focusing characteristics. .

【0080】また、前記電子源において、集束電極に印
加された電位により形成された電界のカソード電極の電
子放出部への影響を遮蔽する手段が、前記集束電極と前
記カソード電極とを所定以上の距離にする手段であるの
で、集束電極に印加された電位により形成された電界の
影響を受けないように十分な距離を設定するだけで、電
子放出部即ちカソード電極先端の電界の低下が防止で
き、所定の引き出し電位で、電子放出を容易に制御する
ことができ、電流密度が高く集束特性の優れた電子線を
発する電子源を提供することができる。
Further, in the electron source, the means for blocking the influence of the electric field formed by the potential applied to the focusing electrode on the electron emitting portion of the cathode electrode is provided with the focusing electrode and the cathode electrode having a predetermined amount or more. Since it is a means for setting the distance, it is possible to prevent the decrease of the electric field at the electron emitting portion, that is, the tip of the cathode electrode, simply by setting a sufficient distance so as not to be affected by the electric field formed by the potential applied to the focusing electrode. It is possible to provide an electron source that can easily control electron emission at a predetermined extraction potential and emits an electron beam having a high current density and excellent focusing characteristics.

【0081】また、前記電子源において、カソード電極
の略円錐形状の電子放出部の高さに対する引き出し電極
の厚さの比を0.5以上としたので、従来より引き出し
電極が厚く集束電極と電子放出部との距離が確保でき、
且つ引き出し電極の厚さが十分厚いため、電子放出部即
ちカソード電極先端の電界の低下が防止でき、引き出し
電極の電位を電子放出部に与え易くなり、電流密度が高
く集束特性の優れた電子線を発する電子源を提供するこ
とができる。
In the electron source, since the ratio of the thickness of the extraction electrode to the height of the substantially conical electron emission portion of the cathode electrode is 0.5 or more, the extraction electrode is thicker than the conventional one and the focusing electrode and the electron The distance to the discharge part can be secured,
Moreover, since the thickness of the extraction electrode is sufficiently thick, it is possible to prevent the electric field at the electron emission portion, that is, the tip of the cathode electrode from decreasing, and it is easy to apply the potential of the extraction electrode to the electron emission portion, and the electron beam has a high current density and excellent focusing characteristics It is possible to provide an electron source that emits.

【0082】また、前記電子源において、カソード電極
の略円錐形状の電子放出部の高さに対する引き出し電極
の厚さの比を1以上としたので、従来より引き出し電極
が厚く集束電極と電子放出部との距離が確保でき、且つ
引き出し電極の厚さが十分厚いため、電子放出部即ちカ
ソード電極先端の電界の低下が防止でき、引き出し電極
の電位を電子放出部に与え易くなり、電流密度が高く集
束特性の優れた電子線を発する電子源を提供することが
できる。さらに、エミッタ群を形成した時に、他のパラ
メータを操作することなく、総電流量を集束作用があり
放出電流の低下がないエミッタ群と同レベルに確保で
き、高性能な電子源を提供することができる。
Further, in the electron source, since the ratio of the thickness of the extraction electrode to the height of the substantially conical electron emission portion of the cathode electrode is 1 or more, the extraction electrode is thicker than in the conventional case, and the focusing electrode and the electron emission portion are larger. And the extraction electrode is thick enough, it is possible to prevent the electric field at the electron emission portion, that is, the tip of the cathode electrode from decreasing, and it is easy to apply the potential of the extraction electrode to the electron emission portion and the current density is high. An electron source that emits an electron beam having excellent focusing characteristics can be provided. Further, when the emitter group is formed, the total amount of current can be secured at the same level as the emitter group that has the focusing effect and does not reduce the emission current without operating other parameters, and provides a high-performance electron source. You can

【0083】また、前記電子源において、開口部におけ
る引き出し電極の角部を、電子放出部に対して平坦面と
なるようにしたので、引き出し電極とエミッタ間での異
常放電が生じにくく、電子源が破壊しにくくなる。ま
た、引き出し電極とカソード電極間での異物等の接触に
よる初期不良を低減することができ、歩留まりが向上す
る。
Further, in the electron source, since the corner portion of the extraction electrode in the opening is made flat with respect to the electron emission portion, abnormal discharge is unlikely to occur between the extraction electrode and the emitter, and the electron source Is hard to destroy. In addition, it is possible to reduce initial defects due to contact of foreign matter or the like between the extraction electrode and the cathode electrode, and the yield is improved.

【0084】また、前記電子源において、カソード電極
の略円錐形状の電子放出部の高さに対する第2の絶縁層
の厚さの比を2.5以上としたので、従来より引き出し
電極が厚く集束電極と電子放出部との距離が確保され、
電子放出部即ちカソード電極先端の電界の低下が防止で
き、所定の引き出し電位で電子放出を容易に制御するこ
とができ、電流密度が高く集束特性の優れた電子線を発
する電子源を提供することができる。
Further, in the electron source, since the ratio of the thickness of the second insulating layer to the height of the substantially conical electron-emitting portion of the cathode electrode is 2.5 or more, the extraction electrode is thicker and more focused than before. The distance between the electrode and the electron emission part is secured,
(EN) Provided is an electron source capable of preventing a decrease in an electric field at an electron emission portion, that is, a tip of a cathode electrode, easily controlling electron emission at a predetermined extraction potential, and emitting an electron beam having a high current density and an excellent focusing characteristic. You can

【0085】また、前記電子源において、集束電極と引
き出し電極(第1の引き出し電極)の間に第2の引き出
し電極を備えたので、電子放出部即ちカソード電極先端
の電界の低下を防止でき、電流密度が高く集束特性の優
れた電子線を発する電子源を提供することができる。
Further, in the electron source, since the second extraction electrode is provided between the focusing electrode and the extraction electrode (first extraction electrode), it is possible to prevent the decrease of the electric field at the electron emission portion, that is, the tip of the cathode electrode. It is possible to provide an electron source that emits an electron beam having a high current density and an excellent focusing characteristic.

【0086】また、前記電子源において、集束電極と同
一平面上で、かつ前記集束電極の開口部側に第2の引き
出し電極を備えたので、電子放出部即ちカソード電極先
端の電界の低下を防止でき、電流密度が高く集束特性の
優れた電子線を発する電子源を提供することができる。
さらに、全膜厚を薄くすることができ、製造が容易とな
り、製造コスト低減、歩留まり向上等が実現できる。
Further, in the electron source, since the second extraction electrode is provided on the same plane as the focusing electrode and on the opening side of the focusing electrode, the reduction of the electric field at the electron emitting portion, that is, the tip of the cathode electrode is prevented. It is possible to provide an electron source that emits an electron beam having a high current density and an excellent focusing characteristic.
Further, the total film thickness can be reduced, manufacturing can be facilitated, and manufacturing cost can be reduced and yield can be improved.

【0087】また、前記電子源において、引き出し電極
(第1の引き出し電極)と第2の引き出し電極とを同電
位としたので、厚い引き出し電極を用いた場合と同様に
集束電極と電子放出部との距離が確保でき、且つ第1の
引き出し電極と第2の引き出し電極とで形成される実効
的な引き出し電極の厚さが十分厚いため、電子放出部即
ちカソード電極先端の電界の低下を防止でき、引き出し
電極の電位を電子放出部に与え易くなり、電流密度が高
く集束特性の優れた電子線を発する電子源を提供するこ
とができる。さらに、1つの電極の厚さを厚くする必要
がないため、製造プロセスが容易となり、歩留りも向上
する。
In the electron source, since the extraction electrode (first extraction electrode) and the second extraction electrode have the same potential, the focusing electrode and the electron emitting portion are formed in the same manner as when the thick extraction electrode is used. Can be secured, and the effective thickness of the extraction electrode formed by the first extraction electrode and the second extraction electrode is sufficiently thick, so that the reduction of the electric field at the electron emission portion, that is, the tip of the cathode electrode can be prevented. Thus, it is possible to provide an electron source that emits an electron beam having a high current density and an excellent focusing property because the electric potential of the extraction electrode is easily applied to the electron emitting portion. Further, since it is not necessary to increase the thickness of one electrode, the manufacturing process is facilitated and the yield is improved.

【0088】また、前記電子源において、引き出し電極
(第1の引き出し電極)と第2の引き出し電極とを開口
部の内面で接続したので、引き出し電極に与える電位の
影響を開口部の内部に形成される電界に与え易く、電子
放出部即ちカソード電極先端の電界の低下を防止でき、
電流密度が高く集束特性の優れた電子線を発する電子源
を提供することができる。
In the electron source, since the extraction electrode (first extraction electrode) and the second extraction electrode are connected to each other on the inner surface of the opening, the influence of the potential on the extraction electrode is formed inside the opening. Easily applied to the generated electric field, and it is possible to prevent the decrease of the electric field at the electron emitting portion, that is, the cathode electrode tip,
It is possible to provide an electron source that emits an electron beam having a high current density and an excellent focusing characteristic.

【0089】また、前記電子源において、引き出し電極
(第1の引き出し電極)と第2の引き出し電極とを開口
部の外部で接続したので、電流密度が高く集束特性の優
れた電子線を発する電子源を容易に製造することができ
る。
Further, in the electron source, since the extraction electrode (first extraction electrode) and the second extraction electrode are connected outside the opening, an electron beam having a high current density and excellent focusing characteristics is emitted. The source can be easily manufactured.

【0090】また、前記電子源において、第2の引き出
し電極に印加する電位を引き出し電極(第1の引き出し
電極)に印加する電位より高くしたので、全体の膜厚を
薄くし、第1の引き出し電極と第2の引き出し電極の間
の距離を小さくしても、第1の引き出し電極と第2の引
き出し電極を同電位としたものと同じように電子線を集
束する効果が得られ、高性能な電子源を提供することが
できる。また、膜厚が薄くできることから、製造プロセ
スが容易となり、歩留まりも向上する。
In the electron source, since the potential applied to the second extraction electrode is set higher than the potential applied to the extraction electrode (first extraction electrode), the overall film thickness is reduced and the first extraction electrode is formed. Even if the distance between the electrode and the second extraction electrode is reduced, the effect of focusing the electron beam can be obtained similarly to the case where the first extraction electrode and the second extraction electrode have the same potential. It is possible to provide various electron sources. In addition, since the film thickness can be reduced, the manufacturing process is facilitated and the yield is improved.

【0091】また、陰極線管において、前記電子源のい
ずれか1つの電子源を搭載したので、元々集束性が高
く、高電流密度の電子線を電子源から発することができ
るため、制御性の高い陰極線管を構成することができ、
高性能な陰極線管を提供することができる。
Further, in the cathode ray tube, since any one of the electron sources is mounted, the electron beam source originally has high focusing ability, and the electron beam of high current density can be emitted from the electron source, so that the controllability is high. A cathode ray tube can be constructed,
It is possible to provide a high-performance cathode ray tube.

【0092】また、この発明の電子源の製造方法によれ
ば、カソード電極材の上に略円錐形状の電子放出部を形
成するためにマスク材の厚さを、全層形成時に開口部に
おけるマスク材上の層の開口部における占有率が開口部
の大きさより小さくなるように決定されたマスクを用い
て順次層を形成したので、各層の厚さが変更され、全層
の厚さが厚くなっても所定の厚さのマスク材を用いるこ
とで、良好な略円錐形状の電子放出部を有する電子源を
製造することができる。これにより、電流密度が高く集
束特性の優れた電子線を発する電子源を提供することが
でき、さらに、これらの電子源を高精度に製造でき、且
つ製造上の歩留りも向上する。
Further, according to the method of manufacturing an electron source of the present invention, the thickness of the mask material for forming the substantially conical electron-emitting portion on the cathode electrode material is set to be the mask at the opening portion when all layers are formed. Since the layers were sequentially formed using a mask whose occupancy rate of the layers on the material was smaller than the size of the openings, the thickness of each layer was changed and the thickness of all layers increased. However, by using the mask material having a predetermined thickness, it is possible to manufacture an electron source having a good substantially conical electron emitting portion. As a result, it is possible to provide an electron source that emits an electron beam having a high current density and an excellent focusing characteristic, and it is possible to manufacture these electron sources with high accuracy and improve the manufacturing yield.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 実施の形態1による電子源の要部の構成を示
す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a main part of an electron source according to a first embodiment.

【図2】 実施の形態1による電子源の電極の結線状態
を示す概略平面図である。
FIG. 2 is a schematic plan view showing a wire connection state of electrodes of an electron source according to the first embodiment.

【図3】 引き出し電極の厚さと放出電流の関係を示す
電界解析結果のグラフである。
FIG. 3 is a graph of an electric field analysis result showing the relationship between the thickness of the extraction electrode and the emission current.

【図4】 引き出し電極の厚さと総放出電流の関係を示
す電界解析結果のグラフである。
FIG. 4 is a graph of an electric field analysis result showing the relationship between the thickness of the extraction electrode and the total emission current.

【図5】 引き出し電極の厚さを変化させた時の集束電
極への印加電圧とアノード電流の関係を示すグラフであ
る。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the voltage applied to the focusing electrode and the anode current when the thickness of the extraction electrode is changed.

【図6】 実施の形態2による電子源の要部の構成を示
す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing a configuration of a main part of an electron source according to a second embodiment.

【図7】 第2絶縁膜の厚さと放出電流の関係を示す電
界解析結果のグラフである。
FIG. 7 is a graph of an electric field analysis result showing the relationship between the thickness of the second insulating film and the emission current.

【図8】 第2絶縁膜の厚さと総放出電流の関係を示す
電界解析結果のグラフである。
FIG. 8 is a graph of an electric field analysis result showing the relationship between the thickness of the second insulating film and the total emission current.

【図9】 実施の形態3による電子源の要部の構成を示
す断面図である。
FIG. 9 is a sectional view showing a configuration of a main part of an electron source according to a third embodiment.

【図10】 実施の形態3による電子源の電極の結線状
態を示す概略平面図である。
FIG. 10 is a schematic plan view showing a wire connection state of electrodes of an electron source according to a third embodiment.

【図11】 実施の形態4による電子源の要部の構成を
示す断面図である。
FIG. 11 is a sectional view showing a configuration of a main part of an electron source according to a fourth embodiment.

【図12】 実施の形態4による電子源の電極の結線状
態を示す概略平面図である。
FIG. 12 is a schematic plan view showing a wire connection state of electrodes of an electron source according to a fourth embodiment.

【図13】 3段電極構造(第2の引き出し電極有り)
の効果を示すグラフである。
FIG. 13: Three-stage electrode structure (with a second extraction electrode)
It is a graph which shows the effect of.

【図14】 実施の形態5による電子源の要部の構成を
示す断面図である。
FIG. 14 is a sectional view showing a configuration of a main part of an electron source according to a fifth embodiment.

【図15】 実施の形態7による電子源の要部の構成を
示す断面図である。
FIG. 15 is a sectional view showing a configuration of a main part of an electron source according to a seventh embodiment.

【図16】 実施の形態7による電子源の電極の結線状
態を示す概略平面図である。
FIG. 16 is a schematic plan view showing a wire connection state of electrodes of an electron source according to the seventh embodiment.

【図17】 実施の形態8による電子源の要部の構成を
示す断面図である。
FIG. 17 is a sectional view showing a configuration of a main part of an electron source according to an eighth embodiment.

【図18】 実施の形態8による電子源の電極の結線状
態を示す概略平面図である。
FIG. 18 is a schematic plan view showing a wire connection state of electrodes of an electron source according to the eighth embodiment.

【図19】 実施の形態9による電子源の要部の構成を
示す断面図である。
FIG. 19 is a sectional view showing a configuration of a main part of an electron source according to a ninth embodiment.

【図20】 実施の形態9による電子源の電極の結線状
態を示す概略平面図である。
FIG. 20 is a schematic plan view showing a wire connection state of electrodes of an electron source according to a ninth embodiment.

【図21】 実施の形態10による電子源の製造プロセ
スを示す断面図である。
FIG. 21 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the electron source according to the tenth embodiment.

【図22】 マスク厚さの違いによる電子源の製造の良
否を示す模式図である。
FIG. 22 is a schematic diagram showing the quality of manufacture of the electron source due to the difference in mask thickness.

【図23】 マスク厚さを決定するための、マスク上の
蒸着物の径と基板上の蒸着物の内径との関係を示すグラ
フである。
FIG. 23 is a graph showing the relationship between the diameter of the deposit on the mask and the inner diameter of the deposit on the substrate for determining the mask thickness.

【図24】 実施の形態10および実施の形態11によ
る電子源の製造方法により製造された電子源を示す断面
図である。
FIG. 24 is a cross-sectional view showing an electron source manufactured by the method for manufacturing an electron source according to the tenth embodiment and the eleventh embodiment.

【図25】 実施の形態1〜11のいずれかによる電子
源を搭載した陰極線管の断面構成図である。
FIG. 25 is a cross-sectional configuration diagram of a cathode ray tube equipped with an electron source according to any of Embodiments 1 to 11.

【図26】 実施の形態1〜11のいずれかによる電子
源を複数搭載した陰極線管の断面構成図である。
FIG. 26 is a cross-sectional configuration diagram of a cathode ray tube equipped with a plurality of electron sources according to any of Embodiments 1 to 11.

【図27】 従来の電子源を示す断面構成図である。FIG. 27 is a cross-sectional configuration diagram showing a conventional electron source.

【図28】 従来の電子源の製造プロセスを示す断面図
である。
FIG. 28 is a cross-sectional view showing a conventional electron source manufacturing process.

【図29】 従来の陰極線管を示す断面構成図である。FIG. 29 is a cross-sectional configuration diagram showing a conventional cathode ray tube.

【図30】 従来の電子源の集束電極への印加電圧とア
ノード電流、電子ビーム発散角の関係を示すグラフであ
る。
FIG. 30 is a graph showing a relationship between a voltage applied to a focusing electrode of a conventional electron source, an anode current, and an electron beam divergence angle.

【符号の説明】 10 開口、 11 カソード電極、12 引き出
し電極(第1の引き出し電極)、12a 第2の引き出
し電極、13 集束電極、 14 基板、 15 エミ
ッタ、16 第2絶縁膜、 17 第1絶縁膜、 18
電極端子、19 電極端子、 19a 電極端子、
20 配線、 21 配線、21a 配線、 22 配
線、 23 電極端子、 24 導線、24a 導線、
25 導線、 26 導線、 28 エミッタ材、2
9 円形マスク、 30 円形マスク材、 31 不要
蒸着物、35 絶縁層、 36 第3絶縁膜、 37
開口部内壁の電極面、38 電極端子、 51、51
R、51G、51B 電子源、52 電子銃、53 電
子線、 54 偏向磁石、 55 シャドウマスク、5
6 蛍光体、 57 アルミ膜、 58 真空容器、5
9、59R、59G、59B クロスオーバー点、10
0 電子線、 101 カソード電極(基板)、 10
1a 酸化膜、102 引き出し電極、 103 集束
電極、 104 エミッタ、105 絶縁膜、 106
絶縁膜、 107 第3絶縁膜、108 加速電極、
109 引き出し電極用電源、110 集束電極用電
源、 111 加速電極用電源、112 マスク、 1
13a、113b フォトレジスト、121 フィール
ドエミッタからなるカソード、122 アノード電極、
123 アノード電極、 124 電子レンズ、12
5 電子レンズ、 126 コンバージェンス電極、1
27 クロスオーバー点、 128 偏向マグネッ
ト、129 シャドウマスク、 130 アルミ膜、1
31 アルミバックつき蛍光体。
[Description of Reference Signs] 10 Opening, 11 Cathode Electrode, 12 Extraction Electrode (First Extraction Electrode), 12a Second Extraction Electrode, 13 Focusing Electrode, 14 Substrate, 15 Emitter, 16 Second Insulating Film, 17 First Insulation Membrane, 18
Electrode terminal, 19 electrode terminal, 19a electrode terminal,
20 wirings, 21 wirings, 21a wirings, 22 wirings, 23 electrode terminals, 24 conducting wires, 24a conducting wires,
25 conductors, 26 conductors, 28 emitter material, 2
9 circular mask, 30 circular mask material, 31 unnecessary vapor deposition material, 35 insulating layer, 36 third insulating film, 37
Electrode surface on inner wall of opening, 38 electrode terminals, 51, 51
R, 51G, 51B electron source, 52 electron gun, 53 electron beam, 54 deflection magnet, 55 shadow mask, 5
6 phosphor, 57 aluminum film, 58 vacuum container, 5
9, 59R, 59G, 59B Crossover points, 10
0 electron beam, 101 cathode electrode (substrate), 10
1a oxide film, 102 extraction electrode, 103 focusing electrode, 104 emitter, 105 insulating film, 106
Insulating film, 107 Third insulating film, 108 Accelerating electrode,
109 power supply for extraction electrode, 110 power supply for focusing electrode, 111 power supply for accelerating electrode, 112 mask, 1
13a, 113b photoresist, 121 field emitter cathode, 122 anode electrode,
123 anode electrode, 124 electron lens, 12
5 electron lenses, 126 convergence electrodes, 1
27 crossover point, 128 deflection magnet, 129 shadow mask, 130 aluminum film, 1
31 Phosphor with aluminum back.

フロントページの続き (72)発明者 森川 和敏 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 奥田 荘一郎 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 原田 昿嗣 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内Front Page Continuation (72) Inventor Kazutoshi Morikawa 2-3-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Sanryo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Soichiro Okuda 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Sanryo Denki Co., Ltd. (72) Inventor, Tsuyoshi Harada, 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Sanryo Electric Co., Ltd.

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 略円錐形状の電子放出部を有するカソー
ド電極上に、開口部を形成して電子放出部を囲むように
順に第1の絶縁層、カソード電極部から電子を引き出す
ための引き出し電極、第2の絶縁層、引き出された電子
を集束するための集束電極が配置され、前記集束電極に
印加された電位により形成された電界のカソード電極の
電子放出部への影響を遮蔽する手段を備えた電子源。
1. An extraction electrode for extracting electrons from a first insulating layer and a cathode electrode portion in order so as to form an opening on a cathode electrode having a substantially conical electron emission portion and surround the electron emission portion. A second insulating layer, a focusing electrode for focusing the extracted electrons is arranged, and a means for shielding the influence of the electric field formed by the potential applied to the focusing electrode on the electron emitting portion of the cathode electrode is provided. Equipped with an electron source.
【請求項2】 集束電極に印加された電位により形成さ
れた電界のカソード電極の電子放出部への影響を遮蔽す
る手段が、前記集束電極と前記カソード電極とを所定以
上の距離にする手段であることを特徴とする請求項1に
記載の電子源。
2. The means for blocking the influence of the electric field formed by the potential applied to the focusing electrode on the electron emitting portion of the cathode electrode is a means for keeping the distance between the focusing electrode and the cathode electrode by a predetermined distance or more. The electron source according to claim 1, wherein there is an electron source.
【請求項3】 集束電極とカソード電極とを所定以上の
距離にする手段が、カソード電極の略円錐形状の電子放
出部の高さに対する引き出し電極の厚さの比が0.5以
上の厚さの引き出し電極であることを特徴とする請求項
2に記載の電子源。
3. The means for keeping the distance between the focusing electrode and the cathode electrode by a predetermined distance or more is such that the ratio of the thickness of the extraction electrode to the height of the substantially conical electron emitting portion of the cathode electrode is 0.5 or more. The electron source according to claim 2, wherein the electron source is an extraction electrode of
【請求項4】 集束電極とカソード電極とを所定以上の
距離にする手段が、カソード電極の略円錐形状の電子放
出部の高さに対する引き出し電極の厚さの比が1以上の
厚さの引き出し電極であることを特徴とする請求項3に
記載の電子源。
4. A means for keeping the distance between the focusing electrode and the cathode electrode by a predetermined distance or more is such that the ratio of the thickness of the extraction electrode to the height of the substantially conical electron-emitting portion of the cathode electrode is 1 or more. The electron source according to claim 3, wherein the electron source is an electrode.
【請求項5】 開口部における引き出し電極の角部を、
電子放出部に対して平坦面となるようにしたことを特徴
とする請求項3または4に記載の電子源。
5. The corner portion of the extraction electrode in the opening is
The electron source according to claim 3 or 4, wherein the electron source has a flat surface.
【請求項6】 集束電極とカソード電極とを所定以上の
距離にする手段が、カソード電極の略円錐形状の電子放
出部の高さに対する第2の絶縁層の厚さの比が2.5以
上の厚さの第2の絶縁層であることを特徴とする請求項
2に記載の電子源。
6. The means for keeping the distance between the focusing electrode and the cathode electrode by a predetermined distance or more is such that the ratio of the thickness of the second insulating layer to the height of the substantially conical electron emitting portion of the cathode electrode is 2.5 or more. 3. The electron source according to claim 2, wherein the electron source is a second insulating layer having a thickness of.
【請求項7】 集束電極に印加された電位により形成さ
れた電界のカソード電極の電子放出部への影響を遮蔽す
る手段が、集束電極と引き出し電極(第1の引き出し電
極)の間に第2の引き出し電極を備えたことであること
を特徴とする請求項1に記載の電子源。
7. A means for shielding the influence of the electric field formed by the potential applied to the focusing electrode on the electron emission portion of the cathode electrode is provided between the focusing electrode and the extraction electrode (first extraction electrode). The electron source according to claim 1, wherein the electron source is provided.
【請求項8】 集束電極に印加された電位により形成さ
れた電界のカソード電極の電子放出部への影響を遮蔽す
る手段が、集束電極と同一平面上で、かつ前記集束電極
の開口部側に第2の引き出し電極を備えたことであるこ
とを特徴とする請求項1に記載の電子源。
8. A means for shielding an influence of an electric field formed by a potential applied to the focusing electrode on an electron emitting portion of the cathode electrode on the same plane as the focusing electrode and on the opening side of the focusing electrode. The electron source according to claim 1, further comprising a second extraction electrode.
【請求項9】 引き出し電極(第1の引き出し電極)と
第2の引き出し電極とを同電位としたことを特徴とする
請求項7又は8に記載の電子源。
9. The electron source according to claim 7, wherein the extraction electrode (first extraction electrode) and the second extraction electrode have the same potential.
【請求項10】 引き出し電極(第1の引き出し電極)
と第2の引き出し電極とを開口部の内面で接続したこと
を特徴とする請求項9に記載の電子源。
10. An extraction electrode (first extraction electrode)
10. The electron source according to claim 9, wherein the second lead electrode and the second lead electrode are connected to each other at the inner surface of the opening.
【請求項11】 引き出し電極(第1の引き出し電極)
と第2の引き出し電極とを開口部の外部で接続したこと
を特徴とする請求項9に記載の電子源。
11. An extraction electrode (first extraction electrode)
10. The electron source according to claim 9, wherein the second extraction electrode and the second extraction electrode are connected to each other outside the opening.
【請求項12】 第2の引き出し電極に印加する電位
は、引き出し電極(第1の引き出し電極)に印加する電
位より高くしたことを特徴とする請求項7又は8に記載
の電子源。
12. The electron source according to claim 7, wherein the potential applied to the second extraction electrode is higher than the potential applied to the extraction electrode (first extraction electrode).
【請求項13】 真空容器内に、請求項1乃至12のい
ずれか1項に記載の電子源と、該電子源から出射された
電子線を集束する手段と、集束された電子線を蛍光体の
所定の位置に偏向して導く手段とを備えたことを特徴と
する陰極線管。
13. An electron source according to any one of claims 1 to 12, a means for focusing an electron beam emitted from the electron source, and a phosphor for focusing the focused electron beam in a vacuum container. And a means for deflecting and guiding the same to a predetermined position.
【請求項14】 略円錐形状の電子放出部を有するカソ
ード電極上に、電子放出部を配置するための開口部を形
成するように第1の絶縁層、カソード電極部から電子を
引き出すための引き出し電極、第2の絶縁層、引き出さ
れた電子を集束するための集束電極を順に積層して形成
する電子源の製造方法において、カソード電極材の上に
略円錐形状の電子放出部を形成するためにマスク材の厚
さを、全層形成時に開口部におけるマスク材上の層の開
口部における占有率が開口部の大きさより小さくなるよ
うに決定する第1のステップと、第1のステップにより
厚さが決定され、カソード電極上に形成されたマスクを
用いてカソード電極に略円錐形状の電子放出部を形成す
る第2のステップと、カソード基板上に順にそれぞれ所
定の厚さの第1の絶縁層、引き出し電極、第2の絶縁
層、集束電極を形成する第3のステップと、カソード電
極上に形成されたマスク及び該マスク上の層を除去する
第4のステップとを備えたことを特徴とする電子源の製
造方法。
14. A drawer for drawing out electrons from the first insulating layer and the cathode electrode section so that an opening for arranging the electron emitting section is formed on the cathode electrode having a substantially conical electron emitting section. In a method of manufacturing an electron source in which an electrode, a second insulating layer, and a focusing electrode for focusing the extracted electrons are sequentially stacked to form a substantially conical electron-emitting portion on a cathode electrode material. In the first step, the thickness of the mask material is determined so that the occupancy rate of the layer on the mask material in the opening is smaller than the size of the opening when forming all layers. Is determined, and a second step of forming a substantially conical electron-emitting portion on the cathode electrode using a mask formed on the cathode electrode, and a first insulating layer having a predetermined thickness on the cathode substrate in order. A third step of forming the edge layer, the extraction electrode, the second insulating layer, and the focusing electrode; and a fourth step of removing the mask formed on the cathode electrode and the layer on the mask. A method of manufacturing a characteristic electron source.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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