JPH11224596A

JPH11224596A - 電子銃

Info

Publication number: JPH11224596A
Application number: JP10338087A
Authority: JP
Inventors: Keizo Yamada; 恵三山田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-04-24
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 1999-08-17
Also published as: JPH08293271A; JP3068434B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電子銃から放出される電子量をデジタル的にか
つ安定に制御することを可能する一方で、電子銃の構造
の簡略化、及び製造の容易化を可能にする。【解決手段】定電流駆動される複数の電子放出素子（微
小電子銃）１０をそれぞれ異なる個数毎の電子銃グルー
プＧ１〜Ｇ４としてグループ分けし、各電子銃グループ
はドライブ回路３により個別または複数個が同時に選択
されて駆動されるように構成する。各電子銃グループＧ
１〜Ｇ４の放出電子量はグループを構成する電子放出素
子１０の数に比例したものとなるため、放出電子量をデ
ジタル的に変化制御することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複数の電子放出素子
を配列した固体電子ビーム発生装置としての電子銃に関
し、特に電子放出量の制御を容易に行い得る電子銃に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電子銃は３極管として構成されて
おり、図９にその概念構成を示すように、フィラメント
１１１、グリッド１１２，コレクタ（プレート）１１３
で構成され、フィラメント１１１に対してグリッド１１
２とコレクタ１１３に制御電圧源１１４からの電圧を印
加することでフィラメント１１１からコレクタ１１３に
向けて電子が放出される。このとき、フィラメント１１
１とグリッド１１２間の電圧を制御することで放出電子
量が制御される。

【０００３】これに対し、近年では固体電子ビーム発生
装置として構成される電子銃が提案され、その適用も拡
大されている。この電子銃は図１０にその概略構成を示
すように、図外のカソード電極の上面に形成された半導
体層からなる基板２１１上に絶縁膜２１２を設け、さら
にこの絶縁膜上にゲート２１３を設ける。そして、この
絶縁膜２１２とゲート２１３に設けた開口２１４内に円
錐形をしたエミッタ２１５を設ける。さらに、エミッタ
２１５に対向してコレクタ２１６を配設する。そして、
基板２１１（エミッタ２１５）、ゲート２１３、コレク
タ２１６間に制御電圧源２１７からの電位を印加するこ
とでエミッタ２１５とゲート２１３及びコレクタ２１６
間の電界によってエミッタ２１５から電子を放出させ
る。このとき、エミッタとゲート間の印加電圧を制御す
ることで放出電子量が制御される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の電子
銃では、印加する電圧を制御して電子の放出量を制御し
ているが、いずれの場合も原理的には３極管構造である
ために、制御電圧に対して５／２乗に比例して電流が変
化され、この電流変化に対応して電子銃から放出される
電子量も制御電圧に対応してアナログ的に変化される。
特に、この種の電子銃では電流量の揺らぎがあり、これ
によって放出電子量が不安定なものとなる。また、近年
のデジタル化された電子機器に電子銃を適用する場合の
ように、放出電子量をデジタル的に制御する要求がなさ
れた場合に、この要求を満たすことが難しいという問題
がある。

【０００５】このような問題に対し、例えば特開平４−
２４９０２６号公報では、各電子銃に定電流素子を接続
して電流の揺らぎによる放出電子量の安定化を図ってい
る。しかし、この構成では放出電子量を一定に制御する
場合には有効であるが、放出電子量をデジタル的に変化
することはできない。また、このデジタル的に制御する
ものとして特開昭６３−１５３５８５号公報では、放出
電子量が異なる電子銃を構成し、これらを組み合わせる
ことで放出電子量をデジタル的に制御している。しかし
ながら、放出電子量の制御範囲を広くするためには、サ
イズや特性を相違させた多数種類の電子銃を作製する必
要があり、構造が複雑になるとともに製造工程が煩雑に
なるという問題がある。

【０００６】本発明の目的は、放出電子量をデジタル的
にかつ安定に制御することを可能とする一方で、構造の
簡略化、及び製造の容易化を可能にした電子銃を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の電子銃は、定電
流駆動される複数の電子放出素子をそれぞれ異なる個数
毎の電子銃グループとしてグループ分けされ、かつ各電
子銃グループは個別にまたは複数個が同時に選択されて
駆動されるように構成する。

【０００８】この場合、グループ分けされた電子放出素
子は、グループ単位で定電流駆動され、あるいは各グル
ープに属する数がｎの累乗の整数倍毎に相違される構成
とすることが好ましい。また、グループ分けされた電子
放出素子に接続される定電流源をオン、オフ駆動するド
ライブ回路を有し、このドライブ回路において定電流源
を選択的或いは同時にオン駆動するように構成すること
も好ましい。

【０００９】また、グループ分けされた電子放出素子は
同一平面上に配置され、各グループの中心位置が略直線
上に配置され、或いは各グループの電子放出素子が同心
円状に配列されることが好ましい。

【００１０】また、電子放出素子は、半導体層等の基板
上に絶縁膜を介して形成されるゲートと、この絶縁膜及
びゲートの開口内において前記基板上に設けられるエミ
ッタと、このエミッタに対向配置されるコレクタとで構
成され、エミッタまたはゲートのいずれかに定電流を供
給する構成とする。（作用）異なる数の電子放出素子、すなわち微小電子銃
でグループ分けされた各電子銃グループをそれぞれ定電
流駆動することで、各電子銃グループの放出電子量は微
小電子銃の数に比例したものとなる。このため、各電子
銃グループを個別に或いは複数個を同時に選択して駆動
することで、放出電子量をデジタル的に変化させた制御
を行うことが可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面を参照して
説明する。図１は本発明の第１の実施例を示す概念構成
図である。本実施例では電子銃１を多数個の微小電子銃
１０で構成しており、その全体としての放出電子量を、
１単位から１５単位まで、１単位段階で変化制御するこ
とができるように構成した例を示している。ここで、微
小電子銃１０の構成自体は、図２にその断面構成を示す
ように、従来の固体電子ビーム発生装置としての電子銃
と同様の構成であり、半導体層等からなる基板１１上に
絶縁膜１２、ゲート１３が形成され、かつこの絶縁膜１
２とゲート１３に設けられた開口１４内に円錐形のエミ
ッタ１５が形成されたものである。そして、このエミッ
タ１５には定電流回路２が接続され、制御信号ＳＣによ
って制御されるスイッチ回路としてのドライブ回路３を
介して制御電圧源４からの電圧を定電流回路２に印加
し、各微小電子銃１のエミッタ１５に所定の定電流が供
給されるように構成される。なお、前記定電流回路２と
しては、例えば特開平４−２４９０２６号公報に記載さ
れているように、エミッタに定電流素子としてのダイオ
ードを接続した構成とすることも可能である。

【００１２】図１において、電子銃１は、複数個の微小
電子銃１０が同一基板上に配列形成されており、そのう
ちそれぞれ隣接する微小電子銃が１個、２個、４個、８
個毎にそれぞれ電子銃グループＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４
として構成され、各電子銃グループ内ではそれぞれの微
小電子銃を同時に駆動し得るように構成される。そし
て、各電子銃グループＧ１〜Ｇ４はそれぞれのグループ
毎に一括して前記ドライブ回路３に接続され、このドラ
イブ回路３において各電子銃グループのいずれか１つ、
或いは複数の電子銃グループが同時に選択されて制御電
圧４が印加され、そのグループ内の各微小電子銃に定電
流回路２を介して定電流が供給されるように構成され
る。

【００１３】この実施例では、放出電子量を制御するた
めのアナログ制御信号ＳＣをＡ／Ｄ変換器５に入力し、
このＡ／Ｄ変換器５において前記制御信号ＳＣをデジタ
ル信号に変換し、コード化された信号、ここではバイナ
リコード化されたＢＣＤ信号とする。ついで、このデジ
タル信号を前記ドライブ回路３に入力させることで、前
記各電子銃グループＧ１〜Ｇ４を選択して定電流回路２
をオン動作させ、選択されたグループの各微小電子銃に
定電流を供給するように構成される。なお、前記制御電
圧４は、定電流回路２を通して各微小電子銃１０に印加
されたときに所定量の電子を放出するように予め設定さ
れている。具体的には、１個の微小電子銃当たり１マイ
クロアンペアの電流を通流し得る値に設定されている。

【００１４】この構成の電子銃による放出電子量の制御
の一例を説明する。ここで、全ての微小電子銃はマイク
ロアンペア１で定電流動作するように設定されている場
合を考える。アナログ制御信号ＳＣが０の時は、Ａ／Ｄ
変換器５のコード化された出力、ここでは４ビットの各
出力は全て０になり、いずれの電子銃グループＧ１〜Ｇ
４もスイッチオフになる。したがって、電子放出量は０
となる。Ａ／Ｄ変換器５の最小出力であるＬＳＢが１ビ
ットのみオンになるようにアナログ信号が入力される
と、ＬＳＢに相当する電子銃グループＧ１の各微小電子
銃１０がオンになり、その結果、マイクロアンペア１の
電子放出が行われる。

【００１５】次の段階のアナログ入力電圧が増加する
と、電子銃グループＧ２のみがスイッチオンになり、マ
イクロアンペア２の電流の電子放出が行われる。次に、
電子銃グループＧ１と電子銃グループＧ１がスイッチオ
ンになり、マイクロアンペア３の電流の電子放出が行わ
れる。次にグループＧ３のみがスイッチオンになりマイ
クロアンペア４の電流の電子放出が行われる。以下、電
子銃グループの１つ、２つ、或いは３つが選択され、最
大電流量の時は、４つの電子銃グループ全てがスイッチ
オンとなり、マイクロアンペア１５の電流の電子放出が
行われる。これにより、マイクロアンペア１からマイク
ロアンペア１５までマイクロアンペア１単位毎のデジタ
ル的な放出電子量の制御が可能となる。

【００１６】なお、この実施例では、各微小電子銃１０
のエミッタ１５にそれぞれ定電流回路２が設けられてい
るため、各微小電子銃の電流量を正確に定めることが可
能であり、デジタル制御による電子量放出量の直線性、
安定性を高めることができ、前記したデジタル的な放出
電子量の制御を高精度に行うことが可能となる。

【００１７】ここで、微小電子銃の定電流回路は全ての
微小電子銃が同じ値である必要はなく、電子銃グループ
ごとに微小電子銃の個数は同数とし、各微小電子銃に接
続する定電流回路の電流値を例えばｎの累乗を構成する
ように変化させても前記実施例と同様に各電子銃グルー
プで異なる放出電子量に制御することが可能となる。特
に、引き出す電流量が非常に小さい用途では、この構成
の方がエミッタの占める面積を小さくすることができ
る。また、各電子銃グループに属する微小電子銃の数を
変化することによって幾らでも最大電子量を増加あるい
は分割能を増加することが可能である。

【００１８】あるいは、図３に示すように、各電子銃グ
ループＧ１〜Ｇ４をグループ単位毎に１つの定電流回路
２１〜２４に接続し、この定電流回路２１〜２４をドラ
イブ回路３によってスイッチ動作することで、各電子銃
グループＧ１〜Ｇ４に対する電流の供給を選択するよう
にしてもよい。このように構成すれば、前記実施例のよ
うに各微小電子銃毎に定電流回路を接続する場合に比較
して定電流回路の数が削減でき、全体としての回路規模
を縮小化することができる。

【００１９】また、図４に示すように、各電子銃グルー
プＧ１〜Ｇ４の各微小電子銃１０のゲート１３１〜１３
４を一体的に形成し、各電子銃グループのゲート１３１
〜１３４に印加される電圧をドライブ回路３によって選
択することで各電子銃グループ単位での電子の放出を行
うように構成してもよい。このように構成すれば、通常
の微小電子銃ではエミッタは基板側に接続されるために
複雑な回路を設ける場所がないのに対し、ゲートは基板
上なので、チップ周辺部に制御回路を配置することがで
き、Ａ／Ｄ変換器やドライブ回路を一体的に構成して電
子銃の小型化を図ることも可能となる。

【００２０】更に、図５に示すように、各電子銃グルー
プＧ１１〜Ｇ１４における微小電子銃１０の数を、前記
実施例の各電子銃グループＧ１〜Ｇ４の２倍の数にした
構成とし、しかも各電子銃グループではそのうちの１／
２の微小電子銃を使用し、他の１／２の微小電子銃を予
備の電子銃として構成してもよい。このようにすると、
微小電子銃が破壊した際には他の微小電子銃を使用する
ことができ、その冗長度を高めることができる。また、
１／２の微小電子銃を交互に使用することで、各微小電
子銃の総合的な寿命を長くすることができる。また、場
合によっては、各電子銃グループの各微小電子銃の全て
を動作させるようにすることで、放出電子量の制御範囲
を更に拡大することも可能となる。

【００２１】なお、この例では、各電子銃グループの微
小電子銃の数は、図示のような２倍に限られるものでは
なく、３倍、或いはそれ以上の倍数に設定でき、特に倍
数の大きさを非常に大きくとった際にはその効果が顕著
なものとなる。現在の半導体技術では、数百万個の微小
電子銃を１ｍｍ□に作ることができるので、通常の８ｂ
ｉｔ程度のデジタル制御であれば、倍数の大きさを１万
程度にとることができる。

【００２２】図６は本発明の参考例を模式的に示す図で
ある。本参考例では、微小電子銃を構成するエミッタ１
５に対向配置されるコレクタ１６を複数個、ここでは３
個のコレクタ１６１〜１６３に分割し、かつ各コレクタ
１６１，１６２，１６３にそれぞれ定電流回路２１１〜
２１３を接続し、しかも各定電流回路をドライブ回路３
によって１つ単位で、或いは同時に選択させるように構
成している。この構成によれば、定電流を供給するコレ
クタの数に応じて放出電子量が制御でき、１単位から３
単位まで１段階毎での制御が可能となる。また、この構
成では微小電子銃のエミッタに定電流回路を接続する必
要がないため、微小電子銃の構造が簡略化できる。

【００２３】ここで、本発明においては、多数個の微小
電子銃を複数のグループに分割し、その選択を変更する
ことで放出電子量の変化制御を行っているが、その場合
には平面配列された各微小電子銃の選択を変化させる
と、即ち輝度を変化させるとこれに伴って放出される電
子流の分布の中心位置が変化されることになる。このた
め、電子銃を実際に各種電子機器に適用する場合には、
この電子流の中心位置の変動に伴ってこれを補正する偏
向回路が必要とされるが、中心位置の変動に規則性がな
いと、その偏向回路による補正も困難なものとなる。

【００２４】このため、図７に示す微小電子銃の数配列
を有する各電子銃グループＧ１〜Ｇ６の配列では、電子
銃の放射する電子の空間分布の中心位置が、輝度に対し
て直線的に移動するように配列を行っている。このた
め、微小電子銃の選択を偏向して輝度が増加されると、
これに伴って左上から右下に向かって放出電子の分布中
心が変化する。したがって、偏向回路は、輝度に対して
一定のオフセットを掛けるように動作させることで、好
適な補正が実現可能となる。

【００２５】一方、図８に示す微小電子銃からなる電子
銃グループＧ２１〜Ｇ２３の配列では、微小電子銃１０
をＮ進数の要素を構成しながら同心円になるように配列
している。このようにすると、輝度の変化に対しても放
出電子の分布中心が変化されることがないので、輝度に
対する偏向の補正を行う必要がなくなる。また、偏向を
行わない電子機器では、電子流を常に一定の位置に固定
でき、電子銃としての品質と信頼性を高めることができ
る。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、定電流駆
動される複数の電子放出素子をそれぞれ異なる個数毎の
電子銃グループとしてグループ分けし、かつ各電子銃グ
ループは個別または複数個が同時に選択されて駆動され
る構成とされるので、各電子銃グループの放出電子量は
微小電子銃の数に比例したものとなり、その選択に応じ
て放出電子量をデジタル的に変化させた制御を行うこと
が可能となる。また、この場合、各電子放出素子は同一
構成のものとして構成されるため、電子銃の構成を簡略
化することができ、かつその製造も容易に行うことがで
きる。

【００２７】また、グループ分けされた電子放出素子
を、グループ単位で定電流駆動することで、定電流源の
数を削減でき、構成を簡略化することができる。

【００２８】また、本発明では、各グループに属する電
子放出素子の数がｎの累乗の整数倍毎に相違される構成
とすることで、最小単位毎に放出電子量をデジタル制御
することが可能となる。

【００２９】さらに、グループ分けされた電子放出素子
を同一平面上に配置し、各グループの中心位置を略直線
上に配置することで、放出電子量を変化制御した場合
に、その電子分布の中心を一定の方向に補正するだけで
偏向を行うことができ、偏向制御を容易なものとする。
特に、各グループの電子放出素子を同心円状に配列する
ことで、電子分布の中心を偏向する必要もない。

【００３０】また、電子放出素子は、半導体層上に絶縁
膜を介して形成されるゲートと、この絶縁膜及びゲート
の開口内において前記半導体層上に設けられるエミッタ
と、このエミッタに対向配置されるコレクタとで構成さ
れる固体電子ビーム発生装置として構成することで、エ
ミッタまたはゲートのいずれかに定電流を供給すること
で、電子放出素子における電子放出のオン、オフ動作を
行うことが可能となる。

【００３１】なお、本発明によれば、電子放出素子にお
ける破壊、各電子放出素子における電流の揺らぎによる
ノイズ，放出電流値の不揃いによる性能の悪化が防止で
きる。また、デジタルスイッチを駆動するに足りる非常
に低い電圧で電流値を制御でき、従来の電子銃に比べて
格段に消費電力を減らすことができ、駆動回路の出力負
荷を著しく小さくすることが可能で、高速動作が可能と
なる。外部から加えたアナログ信号は勿論のこと、デジ
タル信号によっても制御が行えるので、将来のデジタル
制御電子銃が実現できる等の効果を得ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子銃の一実施例の概念構成図であ
る。

【図２】本発明にかかる微小電子銃の一例の断面構成図
である。

【図３】本発明の実施例の変形例の概念構成図である。

【図４】本発明の実施例の他の変形例の概念構成図であ
る。

【図５】本発明の実施例の電子銃グループ構成の変形例
を示す平面図である。

【図６】本発明の参考例の概念構成を示す断面構成図で
ある。

【図７】本発明の電子銃グループの配列構成の変形例を
示す平面図である。

【図８】本発明の電子銃グループの配列構成の他の変形
例を示す平面図である。

【図９】従来の電子銃の構成を示す概念的な断面図であ
る。

【図１０】従来の電子銃の他の例を示す概念的な断面図
である。

【符号の説明】

１電子銃２定電流回路３ドライブ回路４制御電圧源５Ａ／Ｄ変換器１０微小電子銃１１基板１２絶縁膜１３ゲート１５エミッタ１６コレクタＧ１〜Ｇ４電子銃グループ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子を放出する複数の微小電子銃と、前記
微小電子銃から放出される電子量が予め決められた電子
量になるように前記微小電子銃に定電流を供給する定電
流回路を有し、前記微小電子銃がそれぞれ異なる個数含
まれるグループに分けられ、前記各グループ毎に前記定
電流回路を介して前記微小電子銃に供給される電流をオ
ンオフするドライブ回路を有することを特徴とする電子
銃。
【請求項２】電子を放出する複数の微小電子銃と、前記
微小電子銃がそれぞれ同数含まれるグループに分けら
れ、前記各グループから放出される電子量が予め決めら
れた電子量になるように前記各微小電子銃に定電流を供
給する定電流回路を有し、前記各グループ毎に前記定電
流回路を介して前記微小電子銃に供給される電流をオン
オフするドライブ回路を有することを特徴とする電子
銃。
【請求項３】電子を放出する複数の微小電子銃と、前記
微小電子銃がそれぞれ異なる個数含まれるグループに分
けられ、前記各グループから放出される電子量が予め決
められた電子量になるように前記各グループに定電流を
供給する定電流回路を有し、前記定電流回路を介して前
記各グループに供給される電流をオンオフするドライブ
回路を有することを特徴とする電子銃。
【請求項４】各グループに含まれる電子銃の数がｎの累
乗の整数倍毎に相違することを特徴とする請求項１また
は３のいずれかに記載の電子銃。
【請求項５】各微小電子銃に定電流を供給する定電流回
路の電流値がｎの累乗を構成するように変化することを
特徴とする請求項２記載の電子銃。
【請求項６】各グループの微小電子銃は同一平面に２次
元的に配置され、各グループの中心位置が略直線上に乗
るように配置されることを特徴とする請求項１〜４のい
ずれかに記載の電子銃。
【請求項７】各グループの微小電子銃が最小放出電子量
を受け持つグループを中心として他のグループに属する
微小電子銃を放出電子量の少ない順に内側から同心円状
に配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに
記載の電子銃。