JPH1154023A - 電子ビーム源及び電子ビーム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 同一の画素密度を得るためのエミッタ密度を
低減させて歩留まりを向上させ、或いは、現状のエミッ
タ密度の下に画素密度を高くし得る電子ビーム源及び電
子ビーム装置を提供する。 【解決手段】 電子を放射するエミッタ２と、互いに絶
縁されつつ分割されてエミッタ２から電子を放射させる
ための電界を付与する引出電極５ａ，５ｂと、引出電極
５ａ，５ｂに対して異なる電圧値の電圧Ｖａ，Ｖｂを切
換え自在に印加する電源６，６ｂとを備える。引出電極
５ａ，５ｂに印加する電圧Ｖａ，Ｖｂの値を異ならせる
と、電界に偏りを生じ、エミッタ２から放射される電子
ビーム７にも偏りを生じ、エミッタ２に関して非点対称
となる。よって、その方向制御により１つのエミッタ２
に対して例えば引出電極５ａ，５ｂの分割数分だけの複
数の陽極を割当て得る電子ビーム源１となり、課題を解
決し得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ真空エレ
クトロニクスデバイス、マイクロ電界放射デバイス（Ｍ
ＦＤ＝Ｍicro Ｆield‐emission Ｄevice） 、平面型表
示装置、平面型撮像素子、或いは、静電記録装置等への
適用が可能な電子ビーム源及び電子ビーム装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】この種の平面型表示装置に関する従来技
術として、例えば、‘Ａ Ｎew Ｄriving Ｍethod of Ｆ
ull Ｃolor ＦＥＤ Ｐanel’（Ｍitsuru Ｔanaka,et a
l，Ｐroceedings of Ｔhe Ｔhird Ｉnternational Ｄis
play Ｗorkshop(ＩＤＷ’96),Ｖol.2,p151(ＦＥＤ３-
２))(文献１）に示されるものがある。図２４は文献１
中の従来例として示されているフルカラー対応のＦＥＤ
（Ｆield Ｅmission Ｄisply）１００の基本的構成の斜
視図である。図中、１０１は前面ガラス基板、１０２は
ＩＴＯ等により互い違いの櫛歯状に形成された陽極、１
０３は陽極１０２に形成されたＲＧＢ対応の蛍光体、１
０４は背面ガラス基板、１０５はこの背面ガラス基板１
０４上に行方向にストライプ状に区切られて形成された
陰極、１０６は陰極１０５上に列方向にストライプ状に
区切られて形成されたゲート電極、１０７は陰極１０５
・ゲート電極１０６間に形成されたエミッタアレイ、１
０８は基板１０１，１０４間を所定間隔に維持するスペ
ーサである。

【０００３】ここで、図２５は図２４中のＡ‐Ａ線断面
図を示すもので、エミッタアレイ１０７は３〜４μｍ間
隔で配設された先鋭な円錐状の複数のエミッタ１０９に
より形成され、このエミッタアレイ１０７を１つの単位
としてＦＥＤの画素（pixel） が構成され、この単位で
ＲＧＢ個々の蛍光体１０３に対向されている。なお、ゲ
ート電極１０６・陰極１０５間は絶縁層１１０で絶縁さ
れている。このような構成の下、発光させたい画素に対
応した陰極１０５とゲート電極１０６との間に時間的に
制御された電圧を印加することにより、画像情報に対応
した電子ビームがエミッタ１０９から蛍光体１０３が塗
布されている陽極１０２に照射され、画像が表示され
る。

【０００４】ところが、このままでは、エミッタ１０９
から放射された電子ビームが対向する所望の陽極１０２
だけに入射せず、隣接する陽極１０２にも入射してしま
い、表示画像の画質が低下してしまう欠点がある。そこ
で、文献１中では、１つの画像を表示するのに要する時
間（１フレーム）を２分割するようにしている。このた
めに、構造的には、図２６に示すように、エミッタ１０
９、ゲート電極１０６、陽極１０２の組が２組に分けら
れ、２組の画素が交互に並ぶように設定されている。そ
して、図２７及び図２８に示すように、１フレームの前
半には１組目の画素を発光させ、１フレームの後半には
２組目の画素を発光させることで表示させるものであ
る。この手法によれば、一方の組の画素に隣接する他方
の組用の画素は停止状態にあるので、エミッタ１０９か
ら放射された電子ビームは隣接する他方の組の陽極１０
２には照射されず、画質の低下が防止される。

【０００５】また、この種の平面型撮像素子に関する従
来技術として、例えば、「冷陰極撮像板の研究」（江上
典文、平成８年 日本放送協会放送技術研究所公開 講
演・研究発表予稿集、ｐ７７〜８２）（文献２）に示さ
れるものがある。図２９は文献２中に示されている冷陰
極撮像板１２０の基本的構成の斜視図である。これは、
原理的には図２４に示したＦＥＤ１００の場合と同様で
あるが、蛍光体１０３に代えて高感度光導電ターゲット
１２１が存在する。図２９中、１２２は２次元冷陰極ア
レイ、１２３は前面ガラス板である。前記２次元冷陰極
アレイ１２２は基板１２４上に複数の冷陰極素子１２５
が所定間隔で配列形成されたもので、その一つの断面構
造を図３０に示す。図示のように、冷陰極素子１２５は
針のように尖った円錐状の陰極（エミッタ）１２６とこ
の陰極１２６を取り囲むゲート電極１２７とにより構成
されている。１２８は絶縁層である。陰極１２６やゲー
ト電極１２７にはＭｏ，ｎｂ等の高融点金属やＳｉ等の
半導体が用いられ、ゲート電極１２７に陰極１２６より
も高い電圧が印加されると陰極１２６の先端に電界が集
中して電子が飛び出す。

【０００６】図３１は高感度光導電ターゲット１２１の
動作原理を示す斜視図である。この高感度光導電ターゲ
ット１２１は光の入射側からＩＴＯ等による透明電極１
２９、ＣｅＯ₂ による正孔注入阻止強化層１３０、ａ‐
Ｓｅ１３１、及び、Ｓｂ₂Ｓ₃による高抵抗層１３２によ
り構成されている。高感度光導電ターゲット１２１内の
１つの絵素において、始めの電子ビームの走査が終了す
ると、次の走査まで、入射した光子量に比例した電子・
正孔の対が発生する。このうち、電子は透明電極１２９
を通り信号電極（正電圧）へ入る。正孔は光導電膜の電
子ビーム源側の表面へ移動する。従って、入射光子を受
けている期間中は、正孔は時間とともに蓄積されて表面
電位が正の方向に上昇する。即ち、充電電圧が高くな
る。よって、光導電膜の表面には、光学像の明暗に応じ
て電位分布の像ができる。つまり、明るい部分は充電電
圧が高くなり、暗い部分は低くなる。絵素が次の走査を
受けると、電子ビームが表面電位の大きさに応じてター
ゲットに流れ込み、信号電極を通って出力電流となり、
映像信号が取り出せる。そこで、電子を放射する陰極
（エミッタ）１２６を時系列的に順時選択することによ
り、映像信号を時系列的に取り出すことができる。

【０００７】ここで、取り出すことができる画素密度は
陰極（エミッタ）１２６の密度に等しくなり、現状の製
造方法では１画素当たり３〜４μｍ四方である。よっ
て、端板の撮像素子によりフルカラーの画像を得るため
にはＲＧＢの各色のみに感度を持つ光導電膜又は各色の
フィルタを有する光導電膜が３色１組の絵素としてアレ
イ状に配設されなければならない。この際、絵素の縦横
の長さは等しくなければならないので、１つの絵素のサ
イズ（つまり、絵素密度）は９〜１２μｍとなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】文献１に示された従来
技術によると、１画面（時間的な１フレーム）を２分割
している。従って、１フレームの前半に電子を放射した
エミッタ１０９は１フレームの後半においては使用され
ておず、１フレームの後半に電子を放射するエミッタ１
０９は１フレームの前半においては使用されない。即
ち、時間的に１／２しか使用されていないにも拘らずエ
ミッタ等の密度は全時間使用する場合と同じ密度で作製
しなければならず、それだけ歩留まり・製造コストに負
担がかかる。

【０００９】文献２に示された従来技術によると、画素
密度はエミッタの製造可能な密度により決定されるが、
現状では、前述したように３μｍ程度が限界である。単
板の撮像素子でフルカラーの撮像を行おうとすると、Ｒ
ＧＢの組（絵素）の１辺の長さはエミッタ間隔の３倍と
なる。この場合、撮像デバイスの大きさは例えばハイビ
ジョンＴＶ用の撮像デバイスを想定すると、９μｍ×９
μｍの大きさの絵素が２０００×１１２５個必要となる
ので、撮像デバイスの大きさは１８ｍｍ×１０．１ｍｍ
程度にもなってしまう。これでは、現状の２次元ＣＣＤ
イメージセンサ等の固体撮像素子に比べても大きく、歩
留まり等を考えると、より小さなものが要求される。ち
なみに、光導電ターゲットについては高感度なものが開
発されており、これより小さな画素サイズ、例えば、１
μｍ四方であっても問題はない。

【００１０】そこで、本発明は、同一の画素密度を得る
ためのエミッタ密度を低減させて歩留まり・製造コスト
の負担を低減させることができ、或いは、現状のエミッ
タ密度の下に画素密度を高くし得る電子ビーム源及び電
子ビーム装置を提供することを目的とする。

【００１１】さらには、本発明は、上記のエミッタ密度
の低減化或いは画素密度の向上を、より確実に実現し得
る電子ビーム源及び電子ビーム装置を提供することを目
的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の電
子ビーム源は、電子を放射するエミッタとこのエミッタ
から電子を放射させるための電界を付与する引出電極と
を備える電子ビーム源であって、前記引出電極の電位に
より生ずる電界を、前記エミッタに関して非点対称に形
成自在とした。従って、エミッタに関して非点対称に形
成される電界の向きを制御することで、エミッタから放
射される電子ビームの方向も制御し得るものとなる。よ
って、１つのエミッタに対して複数の陽極を割当て得る
電子ビーム源となるので、陽極側の密度が同じであれば
エミッタ側の密度は低減させることができ、歩留まり・
製造コストの負担は軽減される。一方、エミッタ側の密
度を現状程度とした場合には陽極側を高密度化できる。

【００１３】請求項２記載の発明の電子ビーム源は、電
子を放射するエミッタと、互いに絶縁されつつ分割され
て前記エミッタから電子を放射させるための電界を付与
する引出電極と、分割された引出電極に対して異なる電
圧値の電圧を切換え自在に印加する電源とを備えてい
る。従って、分割された引出電極に対して印加する電圧
値を大小異ならせると、電圧値の大きい電圧が印加され
た引出電極とエミッタとの間で生ずる電界のほうが他方
よりも強くなるので、エミッタから放射される電子ビー
ムは偏りを生じ、エミッタに関して非点対称となる。そ
こで、分割された引出電極に印加する電圧値を電源によ
って切換え自在に制御することで、エミッタから放射さ
れる電子ビームの方向も制御し得るものとなる。よっ
て、１つのエミッタに対して最低限引出電極の分割数分
だけの複数の陽極を割当て得る電子ビーム源となるの
で、陽極側の密度が同じであればエミッタ側の密度を最
低限１／（分割数）に低減させることができ、歩留まり
・製造コストの負担は軽減される。一方、エミッタ側の
密度を現状程度とした場合には陽極側を最低限（分割
数）倍に高密度化できる。

【００１４】請求項３記載の発明の電子ビーム源は、電
子を放射するエミッタと、このエミッタから電子を放射
させるための電界を付与する引出電極と、互いに絶縁さ
れつつ分割されて前記引出電極の上部又は周辺に形成さ
れて前記エミッタから放射される電子を特定方向に収束
させるための電界を付与する収束電極と、分割された収
束電極に対して異なる電圧値の電圧を切換え自在に印加
する電源とを備えている。従って、分割された収束電極
に対して印加する電圧値を大小異ならせると、電圧値の
大きい電圧が印加された収束電極側で生ずる電界のほう
が他方よりも強くなるので、エミッタから引出電極の作
用の下に放射される電子ビームは偏りを生じ、エミッタ
に関して非点対称となる。そこで、分割された収束電極
に印加する電圧値を電源によって切換え自在に制御する
ことで、エミッタから放射される電子ビームの方向も特
定方向に収束するように制御し得るものとなる。よっ
て、１つのエミッタに対して最低限収束電極の分割数分
だけの複数の陽極を割当て得る電子ビーム源となるの
で、陽極側の密度が同じであればエミッタ側の密度を最
低限１／（分割数）に低減させることができ、歩留まり
・製造コストの負担は軽減される。一方、エミッタ側の
密度を現状程度とした場合には陽極側を最低限（分割
数）倍に高密度化できる。特に、エミッタに対して引出
電極、収束電極なる電極を２段階に有するので、電子ビ
ームの方向制御がより確実となる。

【００１５】請求項４記載の発明の電子ビーム装置は、
請求項１，２又は３記載の電子ビーム源と、この電子ビ
ーム源と対をなして前記電子ビーム源から放射される電
子が各々選択的に照射される複数の陽極と、これらの電
子ビーム源と陽極との対が複数配設される真空容器と、
前記電子ビーム源において電界を付与するための電極へ
の電圧印加の切換えの時間的変化に同期して前記陽極に
対する電圧印加が切換えられる陽極電源とを備えてい
る。従って、請求項１，２又は３記載の電子ビーム源を
用いて電子ビーム装置を構成しているので、エミッタ側
の密度を低減させて歩留まり・製造コストの負担を伴わ
ない、或いは、現状のエミッタ側の密度にて画素密度を
高くし得る表示用、撮像用などの電子ビーム装置とな
る。特に、陽極側に対する電圧印加が電子ビーム源側に
おける電子ビームの方向制御のための電圧印加の切換え
の時間的変化に同期して切換えられるので、複数の陽極
中の所望側の陽極への電子ビームの照射を確実に行わせ
ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の第一の実施の形態を図１
及び図２に基づいて説明する。本実施の形態は、電子ビ
ーム源１に関する原理的構成を示すものである。このた
め、単一のエミッタ２のみを有する電子ビーム源１の例
として説明する。図２に示すように、絶縁性の基板３上
には先鋭な円錐状のエミッタ２が形成され、かつ、この
エミッタ２を中心としてこのエミッタ２を取り囲むよう
にドーナツ状の絶縁膜４が形成され、この絶縁膜４上に
半円状に２分割された一対の引出電極５ａ，５ｂが形成
されている。従って、引出電極５ａ，５ｂ同士は互いに
絶縁されており、かつ、前記エミッタ２の頂部周りに配
設されている。前記エミッタ２や引出電極５ａ，５ｂに
は従来と同様にＭｏ，Ｎｂ等の高融点金属やＳｉ等の半
導体が用いられており、引出電極５ａ，５ｂにエミッタ
２よりも高い電圧を印加すると、エミッタ２の先端に電
界が集中し、そこから電子が飛び出すものである。その
ため、図１に示すように、エミッタ２・引出電極５ａ間
には電圧Ｖａを印加する電源６ａが接続され、エミッタ
２・引出電極５ｂ間には電圧Ｖｂを印加する電源６ｂが
接続されている。電圧Ｖａ，Ｖｂはともにエミッタ２か
ら電界放射を生じさせるに十分な電圧値であるが、これ
らの電源６ａ，６ｂはその電源電圧の値を適宜可変切換
えし得るものが用いられている。

【００１７】このような構成において、電源６ａ，６ｂ
を制御してそれらの電圧Ｖａ，ＶｂをＶａ＞Ｖｂなる関
係にした場合を考える。この場合、図１（ａ）に示すよ
うに、引出電極５ａとエミッタ２との間で生ずる電界の
ほうが引出電極５ｂとエミッタ２との間で生ずる電界よ
りも強くなるので、エミッタ２の先端から電界に従って
放射される電子ビーム７の向きは引出電極５ａ側に偏る
ように偏向される。電圧Ｖａ，ＶｂをＶａ＝Ｖｂなる関
係にした場合には、図１（ｂ）に示すように、引出電極
５ａとエミッタ２との間で生ずる電界と引出電極５ｂと
エミッタ２との間で生ずる電界とは等しくなるので、エ
ミッタ２から放射される電子ビーム７は何れの引出電極
５ａ，５ｂにも偏ることなく基板３に対してほぼ垂直な
方向となる。さらに、電圧Ｖａ，ＶｂをＶａ＜Ｖｂなる
関係にした場合には、図１（ｃ）に示すように、引出電
極５ｂとエミッタ２との間で生ずる電界のほうが引出電
極５ａとエミッタ２との間で生ずる電界よりも強くなる
ので、エミッタ２の先端から電界に従って放射される電
子ビーム７の向きは引出電極５ｂ側に偏るように偏向さ
れる。

【００１８】このように、本実施の形態によれば、２分
割された引出電極５ａ，５ｂに印加する電圧Ｖａ，Ｖｂ
の値を制御することにより、これらの引出電極５ａ，５
ｂの電位により生ずる電界が、エミッタ２に関して非点
対称となり、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように電子
ビーム７の方向を、左斜め向き、直進、右斜め向きの３
方向に偏向させ得ることが判る。よって、後述する実施
の形態の如く、表示素子や撮像素子に用いる場合に、１
つのエミッタに対して複数の陽極を割当てることができ
る電子ビーム源となるので、陽極側の密度が同じであれ
ばエミッタ側の密度は低減させることができ、歩留まり
・製造コストの負担を軽減させることができ、エミッタ
側の密度が現状程度でよければ、陽極側を高密度化する
ことができる。

【００１９】本発明の第二の実施の形態を図３ないし図
５に基づいて説明する。前記実施の形態で示した部分と
同一部分は同一符号を用いて示し、説明も省略する（以
下の実施の形態でも、順次同様とする）。本実施の形態
は、前記実施の形態で説明した原理からなる電子ビーム
源１を２次元状にアレイ化して用いた平面型表示装置８
に適用されている。まず、図１等に示した構造の電子ビ
ーム源１がアレイ状に配設されてエミッタアレイ９が形
成され、このエミッタアレイ９が１つの集合体として島
状に分散されて基板３上に配設されている。現実には、
このような島が行・列各々の方向に多数２次元アレイ状
に並んでいるわけであるが、ここでは簡単にするため、
２行・２列分のみを図示する。また、電子ビーム源１側
の基板３に対向させて前面基板１０が設けられている。
この前面基板１０の内面側（対向面）側には、フルカラ
ー表示用の各々画素となるＲＧＢ用の陽極である蛍光体
１１_R ，１１_G ，１１_B も２次元アレイ状に整然と配列
形成されている。基板３，１０間はスペーサと隔壁（何
れも図示せず）により一定の距離を保ち、かつ、真空状
態となる真空容器（図示せず）を構成するように設定さ
れている。ここで、１つのエミッタアレイ９に対しては
２つの蛍光体１１が割り当てられ、各エミッタアレイ９
の島は２つの蛍光体１１間の中央に位置するように等間
隔で配列されている。従って、エミッタアレイ９の島の
数は蛍光体１１の数の１／２である。

【００２０】また、各島内の電子ビーム源１の引出電極
５ａ，５ｂは各々共通に接続されており、島から外部に
対する取出配線が引き出されている。この配線は、行方
向に並んだ島間で、引出電極５ａ，５ｂ各々に共通に接
続されている。この取出配線を図示の如くＧ１ａ，Ｇ１
ｂ，Ｇ２ａ，Ｇ２ｂ，…とする。また、エミッタ２は各
島内で共通に接続され、さらに、列方向に１列に並んだ
島間でエミッタ配線により共通に接続されている。この
エミッタ配線を図示の如くＥ１，Ｅ２，…とする。

【００２１】このような構成において、その駆動方法を
図５に示すタイムチャートを参照して説明する。本実施
の形態では１画面（時間的な１フレーム）を２分割し、
前半、後半の各々について、取出配線Ｇ１ａ，Ｇ２ａ，
…，Ｇｎａ，Ｇ１ｂ，Ｇ２ｂ，…，Ｇｎｂを通じて順次
電圧を印加する。選択された引出電極５ａ，５ｂのエミ
ッタ２にはエミッタ配線Ｅ１〜Ｅｍを介して画信号に対
応する電圧が印加され（詳細は省略する）、これに対応
した電子ビームが順次蛍光体に照射されることで画像が
表示される。

【００２２】ここで、より詳細には、１フレームの前半
では、取出配線Ｇ１ａ，Ｇ２ａ，…，Ｇｎａを介して印
加される電圧のほうが取出配線Ｇ１ｂ，Ｇ２ｂ，…，Ｇ
ｎｂを介して印加される電圧よりも高くなるように制御
される。この結果、図１（ａ）で説明した原理に従い、
図３（ａ）に示すようにエミッタアレイ９の引出電極５
ａ寄り（図面上、左側）の蛍光体１１に対して電子ビー
ム７が照射される。従って、１フレームの前半における
エミッタ印加電圧（画信号）は左寄りの蛍光体に対応す
る画信号のみとなる。次に、１フレームの後半では、前
半の場合とは反対に、取出配線Ｇ１ｂ，Ｇ２ｂ，…，Ｇ
ｎｂを介して印加される電圧のほうが取出配線Ｇ１ａ，
Ｇ２ａ，…，Ｇｎａを介して印加される電圧よりも高く
なるように制御される。この結果、図１（ｃ）で説明し
た原理に従い、図３（ｂ）に示すようにエミッタアレイ
９の引出電極５ｂ寄り（図面上、右側）の蛍光体１１に
対して電子ビーム７が照射される。従って、１フレーム
の後半におけるエミッタ印加電圧（画信号）は右寄りの
蛍光体に対応する画信号のみとなる。このような前半及
び後半の動作制御に基づき１フレームの間で１画面が表
示される。

【００２３】このように、本実施の形態によれば、１つ
のエミッタアレイ９に２つの蛍光体１１が対をなすよう
に割り当てられ、１フレームの前半と後半とで同じエミ
ッタアレイ９が用いられており（即ち、常にエミッタア
レイ９が稼働的とされており）、従来技術のように前半
と後半とで各々専用のエミッタが用いられて電子ビーム
を放射する頻度が１／２となるような無駄を生じない。
つまり、島状のエミッタアレイ９の数を従来に比して１
／２に半減でき、各島内のエミッタ２の間隔を２倍にで
きることを意味する。この結果、歩留まり・製造コスト
の負担を軽減させることができる。また、別の観点とし
て、エミッタ２の間隔を２倍にすることなく現状通りと
すれば、蛍光体１１側の密度（画素密度）を２倍に倍増
できることを意味し、より高解像度な表示素子となる。

【００２４】なお、本実施の形態では、１つのエミッタ
アレイ９に２つの蛍光体１１を割り当てるようにした
が、図６に示すように、１つのエミッタアレイ９に３つ
の蛍光体１１を割り当てて中央の蛍光体１１に対応する
位置にエミッタアレイ９を配設させるようしてもよい。
この場合には、図１（ｂ）で説明した原理に従い、Ｖａ
＝Ｖｂなる駆動状態を確保すれば中央の蛍光体１１への
電子ビーム７の照射が可能となる。これによれば、島状
のエミッタアレイ９の数を従来に比して１／３に減ら
し、各島内のエミッタ２の間隔を３倍に広げることがで
き、歩留まりの向上を図る上で有利となる。或いは、エ
ミッタアレイ９側を従来通りとすれば、蛍光体１１側の
密度（画素密度）を３倍にすることができ、一層の高解
像度化が可能となる。

【００２５】また、本実施の形態や図６に示す例では、
エミッタアレイ９側の大きさを割り当てられる蛍光体１
１の数に応じてその領域をカバーし得る大きさとした
が、図７に示すように、エミッタアレイ９の大きさを１
つの蛍光体１１の大きさ程度に小さくしてもよい。

【００２６】本発明の第三の実施の形態を図８ないし図
１０に基づいて説明する。本実施の形態は、前述した第
一の実施の形態で説明した原理からなる電子ビーム源１
を２次元状にアレイ化して用いた平面型撮像素子２１に
適用されている。本実施の形態では、まず、ＲＧＢ各々
の分光感度（或いは、フィルタ）を持つ光導電ターゲッ
ト２２（２２_R ，２２_G ，２２_B ）が２次元マトリック
ス状に分散形成された基板２３が設けられている。ここ
で、１つのエミッタ２に対してＲＧＢ３つの光導電ター
ゲット２２_R ，２２_G ，２２_B が対をなすように配設さ
れている。より具体的には、中央の光導電ターゲット２
２_G の直下に対をなすエミッタ２が配設されている。ま
た、２次元状に配設される各エミッタを２₁₁，２₁₂，
〜，２_nnの如く示すものとすれば、各エミッタ２₁₁，２
₁₂，〜，２_nnに対して列方向には各々２分割された引出
電極Ｇ１ａ，Ｇ１ｂ，Ｇ２ａ，Ｇ２ｂ，〜，Ｇｎａ，Ｇ
ｎｂが形成され、直交する行方向には同一行の各々のエ
ミッタ２に共通に接続された陰極電極Ｃ１，Ｃ２，〜，
Ｃｎが形成されている。

【００２７】このような構成において、その駆動方法を
図１０に示すタイムチャート及び図９の断面図を参照し
て説明する。なお、ここでは説明を簡単にするため、陰
極電極としてＣ１のみが選択されている場合（即ち、陰
極電極Ｃ１に属するエミッタ２₁₁，２₁₂，〜，２_1nが０
Ｖで、他のエミッタ２₂₁，２₂₂，〜，２_nnに関しては電
界放射が生じないように正電圧が印加され、又は、フロ
ーティング状態とされている）におけるエミッタ２₁₁，
２₁₂のみを抽出して説明する。

【００２８】図１０において、タイミング〜では、
引出電極Ｇ１ａ，Ｇ１ｂに対してともに正電圧が印加さ
れ他の引出電極Ｇ２ａ，Ｇ２ｂ，〜は０Ｖとされてい
る。ここで、タイミングにおいては、引出電極Ｇ１ａ
側の電圧のほうが引出電極Ｇ１ｂ側の電圧よりも高いの
で、エミッタ２₁₁から放射される電子ビーム７は図９
（ａ）に示すように引出電極Ｇａ寄りに放射される。即
ち、Ｒ用の光導電ターゲット２２_R に向けて照射され
る。つづいて、タイミングにおいては引出電極Ｇ１ａ
側と引出電極Ｇ１ｂ側との電圧が等しいので、エミッタ
２₁₁から放射される電子ビーム７は図９（ｂ）に示すよ
うに垂直方向に直進するように放射される。即ち、中央
のＧ用の光導電ターゲット２２_G に向けて照射される。
タイミングにおいては、引出電極Ｇ１ｂ側の電圧のほ
うが引出電極Ｇ１ａ側の電圧よりも高いので、エミッタ
２₁₁から放射される電子ビーム７は図９（ｃ）に示すよ
うに引出電極Ｇｂ寄りに放射される。即ち、Ｂ用の光導
電ターゲット２２_B に向けて照射される。

【００２９】つづいて、タイミング〜では、引出電
極Ｇ１ａ，Ｇ１ｂへの正電圧の印加がなくなり、引出電
極Ｇ２ａ，Ｇ２ｂに対してともに正電圧が印加され他の
引出電極は０Ｖとされる。ここで、タイミングにおい
ては、引出電極Ｇ２ａ側の電圧のほうが引出電極Ｇ２ｂ
側の電圧よりも高いので、エミッタ２₁₂から放射される
電子ビーム７は図９（ｄ）に示すように引出電極Ｇａ寄
りに放射される。即ち、Ｒ用の光導電ターゲット２２_R
に向けて照射される。つづいて、タイミングにおいて
は引出電極Ｇ２ａ側と引出電極Ｇ２ｂ側との電圧が等し
いので、エミッタ２₁₂から放射される電子ビーム７は図
９（ｅ）に示すように垂直方向に直進するように放射さ
れる。即ち、中央のＧ用の光導電ターゲット２２_G に向
けて照射される。タイミングにおいては、引出電極Ｇ
２ｂ側の電圧のほうが引出電極Ｇ２ａ側の電圧よりも高
いので、エミッタ２₁₂から放射される電子ビーム７は図
９（ｆ）に示すように引出電極Ｇｂ寄りに放射される。
即ち、Ｂ用の光導電ターゲット２２_B に向けて照射され
る。エミッタ２₁₃以降についても、同様に繰り返され
る。

【００３０】このように本実施の形態によれば、１つの
エミッタ２に３つの光導電ターゲット２２が対をなすよ
うに割り当てられている。従って、１つのエミッタに１
つの光導電ターゲットを割り当てている従来例に比し
て、エミッタ２の数を１／３に減らし、エミッタ２間の
間隔を３倍に広げることができる。この結果、歩留まり
を大幅に向上させることができる。或いは、エミッタ２
の間隔を３倍に広げることなく現状通りとすれば、光導
電ターゲット２２側の密度（画素密度）を従来に比して
３倍にすることができ、より高解像度な撮像素子とな
る。例えば、前述したようにエミッタ間隔を現状の３μ
ｍとした場合、ＲＧＢ各画素の間隔はエミッタ間隔の１
／３、即ち、１μｍにすることができる。従って、ＲＧ
Ｂの組による１絵素の大きさは３μｍ四方にすることが
できる。よって、例えばハイビジョンＴＶ用の撮像素子
とした場合、３μｍ×３μｍの大きさの絵素が２０００
×１１２５個必要となるので、撮像素子の大きさは６ｍ
ｍ×３．４ｍｍ程度となり、従来例に比して１／９に縮
小できる。従って、本実施の形態によれば、歩留まり向
上を図ることができ、或いは、同じ大きさの撮像素子で
あれば絵素数が多くて高解像度な撮像素子を得ることが
できる。

【００３１】なお、これらの各実施の形態では、電子ビ
ーム源１として２分割された引出電極の例で説明した
が、これに限らず、例えば、図１１に示すように４分割
された引出電極Ｇａ〜Ｇｄを有する電子ビーム源１とし
てもよい。これによれば、１つのエミッタ２に４つ（場
合によっては、５つ）の光導電ターゲット（又は、蛍光
体）を割り当てることができる。

【００３２】また、電子ビーム源１としては、図１２に
示すように、絶縁膜４上に抵抗層（又は、誘電体層）２
４を設け、この抵抗層２４上でエミッタ２から離れた位
置に小面積化された引出電極５ａ，５ｂを設けた構造と
してもよい。このような構造によれば、抵抗層２４が実
質的に引出電極の役割を担うとともに、引出電極５ａか
ら引出電極５ｂまでの間で連続的に電位が分布するた
め、エミッタ２から電子ビーム７を放射させるための、
より細かい電界の制御が可能となる。

【００３３】さらに、電子ビーム源としては、前述した
ような中央にエミッタがありその周囲に引出電極がある
構造に限らず、例えば、図１３に示すような、所謂、ボ
ルカノ型の電子ビーム源２５であってもよい。この電子
ビーム源２５は中央に半円状に２分割された引出電極２
６ａ，２６ｂがあり、その周囲にエミッタ２７が配設さ
れたものである。２８は山状の基板、２９は絶縁膜であ
る。

【００３４】本発明の第四の実施の形態を図１４ないし
図１６に基づいて説明する。本実施の形態は、第ニの実
施の形態で説明した平面型表示装置８への適用例を示
し、蛍光体１１側においてこれらの蛍光体１１が１列置
きに共通の陽極電源Ａ１，Ａ２に接続されている。これ
らの陽極電源Ａ１，Ａ２は、１フレームの前半において
は陽極電源Ａ１側が正電圧、陽極電源Ａ２側が０Ｖ、１
フレームの後半においては陽極電源Ａ２側が正電圧、陽
極電源Ａ１側が０Ｖとなるように切換え制御される。即
ち、引出電極Ｇａ，Ｇｂに対する電圧切換えの時間的変
化に同期して切換えられる。

【００３５】このような構成において、その駆動方法を
図１６に示すタイムチャートを参照して説明する。基本
的には、図５で説明した場合と同様であるが、１フレー
ムの前半にはエミッタアレイ９に対して左側に位置する
蛍光体１１に対して陽極電源Ａ１により正電圧が印加さ
れ、右側に位置する蛍光体１１に対しては０Ｖが印加さ
れる。電子ビーム７は図１４（ａ）に示すようにエミッ
タアレイ９から左側の蛍光体１１に向かって放射される
が、放射対象であるこの左側の蛍光体１１が正電位とさ
れているので、この蛍光体１１に対してより確実に電子
ビーム７を照射させることができる。同様に、１フレー
ムの後半にはエミッタアレイ９に対して右側に位置する
蛍光体１１に対して陽極電源Ａ２により正電圧が印加さ
れ、左側に位置する蛍光体１１に対しては０Ｖが印加さ
れる。電子ビーム７は図１４（ｂ）に示すようにエミッ
タアレイ９から右側の蛍光体１１に向かって放射される
が、放射対象であるこの右側の蛍光体１１が正電位とさ
れているので、この蛍光体１１に対してより確実に電子
ビーム７を照射させることができる。つまり、エミッタ
アレイ９側の電圧印加の切換えに同期させて蛍光体１１
側に対する正電圧の印加を切換えて照射対象の蛍光体１
１に正電圧を印加させることで、その蛍光体１１に対す
る電子ビーム７の照射をより確実なものとすることがで
きる。

【００３６】なお、本実施の形態の駆動方式は、図６に
示したように１つのエミッタアレイ９に３つの蛍光体１
１を割り当てた場合にも同様に適用できる。この場合に
は、蛍光体１１側においてこれらの蛍光体１１を２列置
きに共通の陽極電源に接続しておき、１フレーム内で前
半、中盤、後半の３つに分けて対応する列の蛍光体１１
に正電圧を印加するようにすればよい。

【００３７】本発明の第五の実施の形態を図１７に基づ
いて説明する。本実施の形態は、第三の実施の形態で説
明した平面型撮像素子２１への適用例を示し、ここでは
特に図示しないが、光導電ターゲット２２側において同
じ種類（ＲＧＢ）同士の光導電ターゲット２２が共通の
陽極電源（ここでは、Ａｒ，Ａｇ，Ａｂとする）に接続
されている。これらの陽極電源Ａｒ，Ａｇ，Ａｂは引出
電極Ｇａ，Ｇｂに対する電圧切換えの時間的変化に同期
して切換えられるように設定されている。

【００３８】このような構成において、その駆動方法を
図１７に示すタイムチャートを参照して説明する。基本
的には、図１０に示した場合と同様であるが、例えば、
エミッタ２₁₁を駆動させるタイミング〜において、
Ｒ用の光導電ターゲット２２_R に電子ビーム７が照射さ
れるタイミングではその光導電ターゲット２２_R に対
して陽極電源Ａｒにより正電圧が印加される。これによ
り、この光導電ターゲット２２_R に対する電子ビーム７
の照射が確実となる。Ｇ用の光導電ターゲット２２_G に
電子ビーム７が照射されるタイミングではその光導電
ターゲット２２_G に対して陽極電源Ａｇにより正電圧が
印加され、Ｂ用の光導電ターゲット２２_B に電子ビーム
７が照射されるタイミングではその光導電ターゲット
２２_B に対して陽極電源Ａｒにより正電圧が印加され
る。エミッタ２₁₂を駆動させるタイミング〜、さら
にはそれ以降においても同様の制御が繰り返される。何
れにしても、照射すべき光導電ターゲット２２に対して
は正電圧が印加されるので、その光導電ターゲット２２
への電子ビームの照射はより確実となる。

【００３９】本発明の第六の実施の形態を図１８に基づ
いて説明する。本実施の形態は、電子ビーム源３１に関
する原理的構成を示すものである。本実施の形態の電子
ビーム源３１にあっては、基板３上に形成された絶縁膜
４上に同様にドーナツ状の引出電極３２及び絶縁膜３３
が積層形成され、この絶縁膜３３上に半円状に２分割さ
れた一対の収束電極３４ａ，３４ｂが形成されている。
ここで、特に図示しないが、エミッタ２・引出電極３２
間にはエミッタ２から電子を放射させるための電界を付
与する電圧が印加されているとともに、収束電極３４ａ
・エミッタ２間、収束電極３４ｂ・エミッタ２間には各
々電圧可変の電源（電源６ａ，６ｂと同等）が接続され
ている。

【００４０】このような構成において、収束電極３４
ａ，３４ｂに印加される電圧は大小・同じの３段階に切
換えられる。収束電極３４ａ側の電圧のほうが高い場合
には、引出電極３２によりエミッタ２から放射された電
子ビームは収束電極３４ａ寄りに偏るように特定方向に
方向付けられて進む。収束電極３４ａ，３４ｂの電圧が
同じ場合には引出電極３２によりエミッタ２から放射さ
れた電子ビームは基板３に垂直な方向に直進する。収束
電極３４ｂ側の電圧のほうが高い場合には、引出電極３
２によりエミッタ２から放射された電子ビームは収束電
極３４ｂ寄りに偏るように特定方向に方向付けられて進
む。即ち、引出電極３２・エミッタ２間の電界によりエ
ミッタ２から放射された電子ビームは、さらに、収束電
極３４ａ，３４ｂによる電界の向きによる収束作用を受
けて、収束電極３４ａ寄り、直進、収束電極３４ｂ寄り
の何れかの方向に方向付けられる（図１（ａ）〜（ｃ）
の場合と同様な作用を受ける）。

【００４１】本発明の第七の実施の形態を図１９に基づ
いて説明する。本実施の形態では、電子ビーム源３１に
おいて、引出電極３２に代えて、図２等に示した引出電
極５ａ，５ｂと同様に半円状に２分割された引出電極３
２ａ，３２ｂが用いられている。ここに、エミッタ２・
引出電極３２ａ間、エミッタ２・引出電極３２ｂ間には
各々電圧可変の電源（電源６ａ，６ｂと同等）が接続さ
れている。ここでは、引出電極３２ａ，３２ｂの分割方
向と収束電極３４ａ，３４ｂの分割方向とは同一方向と
されている。

【００４２】本実施の形態による場合も、前記第六の実
施の形態の場合と同様な効果が得られるが、特に、本実
施の形態による場合には、引出電極３２ａ，３２ｂと収
束電極３４ａ，３４ｂとが同様に分割されているので、
引出電極３２ａ、収束電極３４ａ用の電源を共用させ、
引出電極３２ｂ、収束電極３４ｂ用の電源を共用させる
ことで、電界の偏りの程度を強めて電子ビームの偏向性
を一層確実なものとすることもできる。或いは、引出電
極３２ａに印加する電圧と収束電極３４ａに印加する電
圧とを異なる値とし、同様に、引出電極３２ｂに印加す
る電圧と収束電極３４ｂに印加する電圧とを異なる値と
することで、より適切な電子ビームの照射方向の制御を
行わせることもできる。

【００４３】なお、本実施の形態では、２分割された引
出電極３２ａ，３２ｂの分割方向と収束電極３４ａ，３
４ｂの分割方向とは同一方向とされているが、図２０に
示すように分割方向を直交させてもよい。この場合、各
電極３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂに印加する電圧値
の組合せにより、４方向又は２次元的に電子ビームの照
射方向を制御することができる。

【００４４】また、このような収束電極を用いる構成は
エミッタを中央に持つ電子ビーム源に限らず、図１３に
示したようなボルカノ型の電子ビーム源２５にも同様に
適用できる。図２１及び図２２はその適用例を示し、図
２１は引出電極２６ａ，２６ｂと収束電極３５ａ，３５
ｂとの分割方向を一致させた例、図２２は引出電極２６
ａ，２６ｂと収束電極３５ａ，３５ｂとの分割方向を直
交させた例を示す。

【００４５】本発明の第八の実施の形態を図２３に基づ
いて説明する。本実施の形態の電子ビーム源４１は、特
にエミッタ２自身を島状にアレイ化して使用する図３や
図１４の場合に適用し得る。即ち、本実施の形態では、
エミッタアレイ９の個々のエミッタ２に収束電極３４
ａ，３４ｂを設けず、エミッタアレイ９の島単位で左右
一対の収束電極３６ａ，３６ｂが設けられている。よっ
て、本実施の形態によれば、各エミッタ２毎の狭いスペ
ースに収束電極及びその配線を個々に設ける必要がなく
なるので、求められるパターニング精度に余裕を持たせ
ることができる。

【００４６】なお、本発明は、上述した各実施の形態及
び変形例で説明したような電子ビーム源への適用に限ら
れず、要は、電子放出部として作用するエミッタと引出
電極（ゲート電極）とを有する電子ビーム源であれば同
様に適用し得る。また、引出電極、収束電極に関して
も、必ずしもこのような呼称に限られず、要は、同様の
機能を果たすために用いられる電極であれば本発明に包
含されるものである。

【００４７】

【発明の効果】請求項１記載の発明の電子ビーム源によ
れば、電子を放射するエミッタとこのエミッタから電子
を放射させるための電界を付与する引出電極とを備える
電子ビーム源であって、前記引出電極の電位により生ず
る電界を、前記エミッタに関して非点対称に形成自在と
したので、エミッタに関して非点対称に形成される電界
の向きを制御することで、エミッタから放射される電子
ビームの方向も制御でき、よって、１つのエミッタに対
して複数の陽極を割当て得る電子ビーム源となるので、
陽極側の密度が同じであればエミッタ側の密度を低減さ
せることができ、歩留まり・製造コストの負担を軽減さ
せることができ、或いは、エミッタ側の密度を現状程度
とした場合には陽極側を高密度化することができる。

【００４８】請求項２記載の発明の電子ビーム源によれ
ば、電子を放射するエミッタと、互いに絶縁されつつ分
割されて前記エミッタから電子を放射させるための電界
を付与する引出電極と、分割された引出電極に対して異
なる電圧値の電圧を切換え自在に印加する電源とを備え
ているので、分割された引出電極に印加する電圧値を電
源によって切換え自在に制御することで、エミッタから
放射される電子ビームの方向を制御することができ、よ
って、１つのエミッタに対して最低限引出電極の分割数
分だけの複数の陽極を割当て得る電子ビーム源となるの
で、陽極側の密度が同じであればエミッタ側の密度を最
低限１／（分割数）に低減させることができ、歩留まり
・製造コストの負担を軽減させることができ、或いは、
エミッタ側の密度を現状程度とした場合には陽極側を最
低限（分割数）倍に高密度化することができる。

【００４９】請求項３記載の発明の電子ビーム源によれ
ば、電子を放射するエミッタと、このエミッタから電子
を放射させるための電界を付与する引出電極と、互いに
絶縁されつつ分割されて前記引出電極の上部又は周辺に
形成されて前記エミッタから放射される電子を特定方向
に収束させるための電界を付与する収束電極と、分割さ
れた収束電極に対して異なる電圧値の電圧を切換え自在
に印加する電源とを備えているので、分割された収束電
極に印加する電圧値を電源によって切換え自在に制御す
ることで、エミッタから放射される電子ビームの方向も
特定方向に収束するように制御することができ、よっ
て、１つのエミッタに対して最低限収束電極の分割数分
だけの複数の陽極を割当て得る電子ビーム源となるの
で、陽極側の密度が同じであればエミッタ側の密度を最
低限１／（分割数）に低減させることができ、歩留まり
・製造コストの負担を軽減させることができ、或いは、
エミッタ側の密度を現状程度とした場合には陽極側を最
低限（分割数）倍に高密度化することができ、特に、エ
ミッタに対して引出電極、収束電極なる電極を２段階に
有するので、電子ビームの方向制御をより確実なものと
することができる。

【００５０】請求項４記載の発明の電子ビーム装置によ
れば、請求項１，２又は３記載の電子ビーム源と、この
電子ビーム源と対をなして前記電子ビーム源から放射さ
れる電子が各々選択的に照射される複数の陽極と、これ
らの電子ビーム源と陽極との対が複数配設される真空容
器と、前記電子ビーム源において電界を付与するための
電極への電圧印加の切換えの時間的変化に同期して前記
陽極に対する電圧印加が切換えられる陽極電源とを備え
ており、請求項１，２又は３記載の電子ビーム源を用い
て電子ビーム装置を構成しているので、エミッタ側の密
度を低減させて歩留まり・製造コストの負担を伴わな
い、或いは、現状のエミッタ側の密度にて画素密度を高
くし得る表示用、撮像用などの電子ビーム装置を提供す
ることができ、特に、陽極側に対する電圧印加が電子ビ
ーム源側における電子ビームの方向制御のための電圧印
加の切換えの時間的変化に同期して切換えられるので、
複数の陽極中の所望側の陽極への電子ビームの照射を確
実に行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態を原理的に示す動作
説明図である。

【図２】電子ビーム源の原理的構造を示し、（ａ）は断
面図、（ｂ）は平面図である。

【図３】本発明の第二の実施の形態を原理的に示す動作
説明図である。

【図４】そのエミッタアレイ、蛍光体の配置関係を示す
平面図である。

【図５】その駆動方法を示すタイムチャートである。

【図６】エミッタアレイ、蛍光体の配置関係の変形例を
示す断面図である。

【図７】エミッタアレイ、蛍光体の配置関係の異なる変
形例を示す断面図である。

【図８】本発明の第三の実施の形態を示す平面図であ
る。

【図９】その動作を示す断面図である。

【図１０】その駆動方法を示すタイムチャートである。

【図１１】電子ビーム源の変形例を示す平面図である。

【図１２】電子ビーム源の異なる変形例を示し、（ａ）
は断面図、（ｂ）は平面図である。

【図１３】電子ビーム源のさらに異なる変形例を示し、
（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。

【図１４】本発明の第四の実施の形態の動作を示す断面
図である。

【図１５】そのエミッタアレイ、蛍光体の配置関係及び
配線関係を示す平面図である。

【図１６】その駆動方法を示すタイムチャートである。

【図１７】本発明の第五の実施の形態の駆動方法を示す
タイムチャートである。

【図１８】本発明の第六の実施の形態を示し、（ａ）は
断面図、（ｂ）は平面図である。

【図１９】本発明の第七の実施の形態を示し、（ａ）は
断面図、（ｂ）は平面図である。

【図２０】電子ビーム源の変形例を示し、（ａ）は断面
図、（ｂ）は平面図である。

【図２１】電子ビーム源の異なる変形例を示し、（ａ）
は断面図、（ｂ）は平面図である。

【図２２】電子ビーム源のさらに異なる変形例を示し、
（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。

【図２３】本発明の第八の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図２４】従来例を示す斜視図である。

【図２５】その一部の断面図である。

【図２６】文献１に記載された従来技術を示す平面図で
ある。

【図２７】その一部の断面図である。

【図２８】その駆動方法を示すタイムチャートである。

【図２９】文献２に記載された従来技術を示す斜視図で
ある。

【図３０】その原理構造を示す断面図である。

【図３１】光導電ターゲットの構造を示す原理図であ
る。

【符号の説明】

１ 電子ビーム源 ２ エミッタ ５ａ，５ｂ 引出電極 ６ａ，６ｂ 電源 １１ 陽極 ２２ 陽極 ２５ 電子ビーム源 ２６ａ，２６ｂ 引出電極 ２７ エミッタ ３１ 電子ビーム源 ３２ 引出電極 ３４ａ，３４ｂ 収束電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子を放射するエミッタとこのエミッタ
   から電子を放射させるための電界を付与する引出電極と
   を備える電子ビーム源であって、前記引出電極の電位に
   より生ずる電界を、前記エミッタに関して非点対称に形
   成自在としたことを特徴とする電子ビーム源。
2. 【請求項２】 電子を放射するエミッタと、 互いに絶縁されつつ分割されて前記エミッタから電子を
   放射させるための電界を付与する引出電極と、 分割された引出電極に対して異なる電圧値の電圧を切換
   え自在に印加する電源と、を備えることを特徴とする電
   子ビーム源。
3. 【請求項３】 電子を放射するエミッタと、 このエミッタから電子を放射させるための電界を付与す
   る引出電極と、 互いに絶縁されつつ分割されて前記引出電極の上部又は
   周辺に形成されて前記エミッタから放射される電子を特
   定方向に収束させるための電界を付与する収束電極と、 分割された収束電極に対して異なる電圧値の電圧を切換
   え自在に印加する電源と、を備えることを特徴とする電
   子ビーム源。
4. 【請求項４】 請求項１，２又は３記載の電子ビーム源
   と、 この電子ビーム源と対をなして前記電子ビーム源から放
   射される電子が各々選択的に照射される複数の陽極と、 これらの電子ビーム源と陽極との対が複数配設される真
   空容器と、 前記電子ビーム源において電界を付与するための電極へ
   の電圧印加の切換えの時間的変化に同期して前記陽極に
   対する電圧印加が切換えられる陽極電源と、を備えるこ
   とを特徴とする電子ビーム装置。