JPH11345560A - 平面集束電極付電界放出カソード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光面における電子ビームスポットの形状の
歪み、到達位置のずれ等を少なくした平面集束電極付電
界放出カソードを提供する。 【解決手段】 絶縁層３上に形成された引出電極部１
ｃ、絶縁層３および引出電極部１ｃの積層部分に開けら
れた開口部４内に設けられたコーン状エミッタ１１等の
エミッタチップ、および、この引出電極部１ｃとともに
絶縁層３の同一平面上に形成され、引出電極部１ｃの周
囲に間隔をおいてかつ一部に開放部を有して取り囲む集
束電極２を有する。引出電極１ｃが引出線部１ｂにより
開放部を通ってゲート配線部１ａに接続されており、引
出線部１ｂの表面が絶縁膜５に覆われている。引出電極
部１ｃは、幅方向に１つの画素の各色に対応して３個設
けられ、集束電極２は、各引出電極１ｃを挟むように、
１つの画素に対応して４本の櫛歯部分が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高精細の電界放出
カラーディスプレイなどに用いられる平面集束電極付電
界放出カソードに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属または半導体表面の印加電界を１０
⁹ ［ボルト／ｍ］程度にすると、トンネル効果により電
子が障壁を通過し常温でも真空中に電子放出が行われ
る。これを電界放出（Field Emissin）という。このよ
うな原理で電子を放出するカソードを電界放出カソード
（Field Emissin Cathode）という。半導体微細加工技
術を駆使して、ミクロンサイズの電界放出カソードから
なる面放出型の電界放出カソードを作成することが可能
となり、電界放出ディスプレイ（Field Emissin Displa
y）、リソグラフィー用電子ビーム装置等の電子放出源
として用いられている。

【０００３】電界放出ディスプレイにおいては、カソー
ド基板側とアノード基板側とが所定間隔のギャップを隔
てて封着され、内部を真空状態とされている。その電界
放出カソードとしてスピント型の冷陰極を用いるもので
は、引出電極に正のゲート電圧を印加すると、この引出
電極の開口部内に設けられたエミッタチップから電界放
出により電子が放出され、正電圧が印加されたアノード
電極に到達し、アノード電極を被覆する蛍光体が発光し
て表示動作が行われる。その際、集束電極とゲート電極
とを絶縁層の同一平面に形成し、電界放出カソードから
放出された電子ビームを集束させる平面集束電極付きの
電界放出カソードがある。集束電極を設けることによ
り、電子ビームが隣接する蛍光体ドットやアノード基板
のガラス部分に射突する割合を減少させ、位置決め精度
に余裕を持たせることができる。

【０００４】図６は、従来の平面集束電極付電界放出カ
ソードの説明図であり、図６（ａ）は平面集束電極付電
界放出カソードの平面図、図６（ｂ）はこれに対応する
アノ−ド基板側の平面図である。図中、１はゲート電
極、１ａはゲート配線部、１ｂは引出線部、１ｃは引出
電極部、２は集束電極、３は絶縁層、４は開口部、２１
は蛍光体（赤）、２２は蛍光体（緑）、２３は蛍光体
（青）である。

【０００５】図６（ａ）に示すように、ゲート電極１
は、ゲート配線部１ａ，引出線部１ｂ，引出電極部１ｃ
からなる。ゲート電極１は、集束電極２とともに、絶縁
層３の同一平面上に形成されている。引出電極部１ｃ
は、長方形の縦長形状であり、引出電極部１ｃの幅方向
（色選択方向）に等間隔に並んだ３個が１単位となり、
１画素の三原色の各１つに対応する。各引出電極部１ｃ
の複数の開口部４内のエミッタチップから電子ビームが
放出される。集束電極２は櫛歯型であり、この櫛歯の間
に間隔をおいて各引出電極部１ｃが配置される。各引出
電極部１ｃは、上部に開放部が形成され、左右および下
の３方を等しい間隔で集束電極２に取り囲まれている。
引出電極部１ｃは、引出線部１ｂにより集束電極２の開
放部を通って引き出され、共通のゲート配線部１ａに接
続される。引出線部１ｂの幅は引出電極部１ｃの幅より
も細くされている。ゲート配線部１ａは左右に延びて外
部よりゲート電圧が印加される。

【０００６】図６（ｂ）に示すアノード側においては、
３本の引出電極部１ｃに対向して３本のアノード電極が
ある。各アノード電極に長方形状の三原色の蛍光体
（赤）２１、蛍光体（緑）２２、蛍光体（青）２３が被
覆形成され、ストライプ配列されて１画素を構成する。
各々のエミッタチップから放出された電子ビームは、集
束電極２により集束作用を受けながら、対応する蛍光体
（赤）２１、蛍光体（緑）２２、蛍光体（青）２３に射
突して各蛍光体を発光させる。

【０００７】図７は、図６に示した平面集束電極付電界
放出カソードによる電子ビームのスポットの説明図であ
る。アノード基板側における発光面の様子を示してい
る。図中、図６と同様な部分には同じ符号を付して説明
を省略する。２４，２５，２６は電子ビームのスポット
である。上述した平面集束電極付電界放出カソードにお
いて、電子ビームの集束特性を評価した結果、電子ビー
ムを集束させるほど、集束電極２の開口部の影響が発光
面に観察された。引出電極部１ｃを集束電極２で完全に
囲むことができないため、コーン状エミッタから放出さ
れた電子ビームは、集束電極２の開口側、図６の例で
は、上方から漏れ、所望のビームスポットを得られな
い。

【０００８】図７（ａ）においては、蛍光体（赤）２１
に到達する電子ビームのスポット２４，蛍光体（緑）２
２に到達する電子ビームのスポット２５，蛍光体（青）
に到達する電子ビームのスポット２６は、いずれも、ほ
ぼ楕円形状であるが、上方の集束が不十分であるため形
状が歪んでいる。また、図７（ｂ）においては、電子ビ
ームのスポットの位置が蛍光体の上方にずれている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した問
題点を解決するためになされたもので、発光面における
電子ビームスポットの形状の歪み、到達位置のずれ等を
少なくした平面集束電極付電界放出カソードを提供する
ことを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁層、該絶
縁層上に形成された引出電極、前記絶縁層および前記引
出電極の積層部分に開けられた複数の開口部、該開口部
内に設けられたエミッタチップ、および、前記絶縁層上
に前記引出電極と同一平面上に形成され、前記引出電極
の周囲に間隔をおいてかつ一部に開放部を有して取り囲
む集束電極を有する平面集束電極付電界放出カソードで
あって、前記引出電極は引出線により前記開放部を通っ
てゲート配線に接続され、前記引出線の表面は絶縁膜に
より覆われているものである。したがって、絶縁膜に帯
電した電子により形成される電界により、絶縁膜が電子
ビームを集束させる作用を有する。その結果、電子ビー
ムを集束したときの発光面に、集束電極の開放部の影響
による、電子ビームスポットの形状歪み、到達位置のず
れ等が少なくなる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施の形
態の平面集束電極付電界放出カソードの構造を説明する
ための平面図である。図２は、図１に示した構造の切断
線Ａ−Ａに沿う部分断面図である。図中、図７と同様な
部分には同じ符号を付して説明を省略する。５は絶縁
膜、１１はコーン状エミッタ、１２はカソード基板、１
３は抵抗層である。この実施の形態の平面集束電極付電
界放出カソードは、絶縁層３上に形成された引出電極部
１ｃ、絶縁層３および引出電極部１ｃの積層部分に開け
られた開口部４内に設けられたコーン状エミッタ１１等
のエミッタチップ、および、この引出電極部１ｃととも
に絶縁層３の同一平面上に形成され、引出電極部１ｃの
周囲に間隔をおいてかつ一部に開放部を有して取り囲む
集束電極２を有する。引出電極１ｃが引出線部１ｂによ
り開放部を通ってゲート配線部１ａに接続されており、
引出線部１ｂの表面が絶縁膜５に覆われている。絶縁膜
５は、絶縁層３と同じ材料で形成されてもよい。引出電
極部１ｃは、幅方向に１つの画素の各色に対応して３個
設けられ、集束電極２は、各引出電極１ｃを挟むよう
に、１つの画素に対応して４本の櫛歯部分が設けられ
る。

【００１２】集束電極２の電位を０Ｖとするとゲート電
極には約８０Ｖの電圧を印加するため、ゲート電極の引
出線部１ｂの表面を覆う絶縁膜５には電子が帯電する。
絶縁膜５に帯電した電子により形成される電界は、電子
ビームを集束させる作用を有する。したがって、集束電
極２の開口部の影響が軽減されることになる。

【００１３】図２に示すように、カソード基板１２上に
抵抗層１３が形成され、その上に絶縁層３が形成されて
いる。引出電極部１ｃと絶縁層３とに形成された開口部
４の位置における抵抗層１３の上に、コーン状エミッタ
１１が形成されている。図示の例では、引出電極部１ｃ
に複数の開口部４を縦１列に配列したものを示す。しか
し、開口部４の配列の数および開口部４の個数は特に限
定されるものではない。

【００１４】カソード基板１２の上には、この断面には
現れないが、例えば、図１における集束電極２の櫛歯部
分の位置のカソード基板１２の上にカソード配線部が縦
方向に形成されている。抵抗層１３がこのカソード配線
部の上を部分的に覆うことにより、コーン状エミッタ１
１からカソード配線部にカソード電流が流れる。カソー
ド配線部とゲート配線部１ａとでマトリクスを構成する
ことにより、電子を放出するコーン状エミッタ１１群を
選択する。なお、集束電極２に印加する電圧を走査する
ことにより画素の選択を行う場合には、隣接する画素の
集束電極は分離して形成されるが、このような選択が不
要な場合には、全ての画素の集束電極２が全体として１
つになるように形成される。

【００１５】図３は、図１，図２に示した平面集束電極
付電界放出カソードによる電子ビームのスポットの説明
図である。アノード基板側における発光面の様子を示し
ている。図中、図６，図７と同様な部分には同じ符号を
付して説明を省略する。蛍光体（赤）２１に到達する電
子ビームのスポット２４，蛍光体（緑）２２に到達する
電子ビームのスポット２５，蛍光体（青）２３に到達す
る電子ビームのスポット２６は、いずれも、各蛍光体の
長方形状に合った楕円形状に集束するようになり、集束
電極２の開放部分による、電子ビームのスポット形状の
歪み、到達位置のずれ等がなくなる。

【００１６】図４は、本発明の第２の実施の形態の平面
集束電極付き電界放出カソードの構造を説明するための
平面図である。図５は、図４に示した構造の切断線Ａ−
Ａに沿う部分断面図である。図中、図６，図１と同様な
部分には同じ符号を付して説明を省略する。この実施の
形態においては、ゲート電極１の引出電極部１ｃと集束
電極２以外の、ゲート配線部１ａ，引出線部１ｂ、絶縁
層３の表面を絶縁膜５で覆ったものである。第１の実施
の形態と同様に、引出線部１ｂの表面を覆う絶縁膜５に
帯電した電子により形成される電界は、電子ビームを集
束させる作用を有する。絶縁膜５は、絶縁層３と同じ材
料で形成されてもよい。また、ゲート電極１と集束電極
２との間隔が狭く、かつ、両者間の電位差が大きいとき
にも、各電極のエッジを覆い隠した状態になるので、放
電が起きにくいという作用がある。

【００１７】

【発明の効果】本発明は、上述した説明から明らかなよ
うに、発光面における電子ビームのスポットの形状およ
び位置が、集束電極の開放部分により受ける影響を少な
くすることができるという効果がある。引出線部，ゲー
ト配線部等を絶縁膜にて覆い隠した場合には、さらに、
放電の問題も緩和される効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の平面集束電極付電
界放出カソードの構造を説明するための平面図である。

【図２】図１に示した構造の切断線Ａ−Ａに沿う部分断
面図である。

【図３】図１，図２に示した平面集束電極付電界放出カ
ソードによる電子ビームのスポットの説明図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態の平面集束電極付き
電界放出カソードの構造を説明するための平面図であ
る。

【図５】図５に示した構造の切断線Ａ−Ａに沿う部分断
面図である。

【図６】従来の平面集束電極付電界放出カソードの説明
図であり、図６（ａ）は平面集束電極付電界放出カソー
ドの平面図、図６（ｂ）はこれに対応するアノ−ド基板
側の平面図である。

【図７】図６に示した平面集束電極付電界放出カソード
による電子ビームのスポットの説明図である。

【符号の説明】

１ ゲート電極、１ａ ゲート配線部、１ｂ 引出線
部、１ｃ 引出電極部、２集束電極、３ 絶縁層、４
開口部、５ 絶縁膜、１１ コーン状エミッタ、１２
カソード基板、１３ 抵抗層、２１ 蛍光体（赤）、２
２ 蛍光体（緑）、２３ 蛍光体（青）、２４，２５，
２６ 電子ビームのスポット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁層、該絶縁層上に形成された引出電
   極、前記絶縁層および前記引出電極の積層部分に開けら
   れた複数の開口部、該開口部内に設けられたエミッタチ
   ップ、および、前記絶縁層上に前記引出電極と同一平面
   上に形成され、前記引出電極の周囲に間隔をおいてかつ
   一部に開放部を有して取り囲む集束電極を有する平面集
   束電極付電界放出カソードであって、 前記引出電極は引出線により前記開放部を通ってゲート
   配線に接続され、 前記引出線の表面は絶縁膜により覆われていることを特
   徴とする平面集束電極付電界放出カソード。