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JP2630988B2 - 電子線発生装置 - Google Patents

電子線発生装置

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JP2630988B2
JP2630988B2 JP12695888A JP12695888A JP2630988B2 JP 2630988 B2 JP2630988 B2 JP 2630988B2 JP 12695888 A JP12695888 A JP 12695888A JP 12695888 A JP12695888 A JP 12695888A JP 2630988 B2 JP2630988 B2 JP 2630988B2
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electron beam
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H01J1/316—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode having an electric field parallel to the surface, e.g. thin film cathodes

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  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、絶縁基板上に設けられた電子放出素子を具
備する電子線発生装置の改良に関する。
［従来の技術］ 従来、簡単な構造で電子の放出が得られる素子とし
て、例えば、エム アイ エリンソン（M.I.Elinson）
等によって発表された冷陰極素子が知られている。［ラ
ジオ エンジニアリング エレクトロン フィジィッス
（Radio Eng.Electron.Phys.）第10巻、1290〜1296頁、
1956年］ これは、絶縁基板上に形成された小面積の薄膜に、膜
面に平行に電流を流すことにより、電子放出が生ずる現
象を利用するもので、一般には表面伝導形放出素子と呼
ばれている。
この表面伝導形放出素子としては、前記エリンソン等
により開発されたSnO2（Sb）薄膜を用いたもの、Au薄膜
によるもの［ジー・ディトマー“スイン ソリド フィ
ルムス”（G.Dittmer:“Thin Solid Films"）,9巻,317
頁，（1972年）］、ITO薄膜によるもの［エム ハート
ウェル アンド シー ジー フォンスタッド“アイ
イー イー イー トランス”イー ディー コンフ
（M.Hartwell and C.G.Fonstad:“IEEE Trans.ED Con
f."）529頁，（1975年）］、カーボン薄膜によるもの
［荒木久他：“真空",第26巻，第１号,22頁，（1983
年）］などが報告されている。
これらの表面伝導形放出素子は、 １）高い電子放出効率が得られる ２）構造が簡単であるため、製造が容易である ３）同一基板上に多数の素子を配列形成できる ４）応答速度が速い 等の利点があり、今後、広く応用される可能性をもって
いる。
また、上記表面伝導形放出素子以外にも、たとえばMI
N形放出素子等、有望な電子放出素子が数多く報告され
ている。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の電子放出素子の場合、放出素子
の形成されている絶縁基板の電位が不安定である為、放
出された電子ビームの軸道が不安定になるという問題を
生じていた。
第１図は、この問題を説明する為の一例で、従来の表
面伝導形放出素子を応用した表示装置の一部を示してい
る。１はたとえばガラスを材料とする絶縁性基板、２〜
５は表面伝導形放出素子の構成要素で、２は金属もしく
は金属酸化物もしくはカーボンなどを材料とする薄膜
で、その一部には従来公知のフォーミング処理により、
電子放出部５が形成されている。３と４は、薄膜２に電
圧を印加するために設けられた電極で、３は正極、４を
負極として用いる。６はガラス板で、その内面には透明
電極７を介して蛍光体ターゲット８が設けられている。
本装置に於て、蛍光体ターゲット８を発光させるため
には、透明電極７にたとえば10KVの加速電圧を印加する
とともに、表面伝導形放出素子の電極３と４の間に所定
の電圧を印加し、電子ビームを放出させればよい。
しかしながら、本装置の場合、電子ビームの軌道が必
ずしも安定でなく、蛍光体の蛍光スポットの形状が変化
するため、表示画像の品位が低下し、はなはだ不都合で
あった。
これは、表面伝導形放出素子の設けられた絶縁性基板
１の電位が不安定であり、電子ビームがその影響を受け
る為である。特に、図中、斜線で示した、電子放出部５
の周辺部の電位が電子ビームの軌道に与える影響が大き
かった。
この様な不都合は、表面伝導形放出素子を表示装置に
応用する場合だけに限らず、絶縁基板上に形成された電
子放出素子を電子源とする電子線発生装置では一般に発
生する問題であった。
［課題を解決するための手段（及び作用）］ 本発明は、正負両極間に電子放出部を有し、該両極間
に電圧を印加することで該電子放出部より電子放出する
電子放出素子であって、該電子放出部及び該両極が絶縁
基板の同一面に並設されている電子放出素子を備える電
子線発生装置において、該両極に接続され、該両極間に
電圧を印加した際、正極電位から負極電位にわたる連続
的な電位分布を形成する高抵抗の導電性膜が、該電子放
出部及び該両極が並設された該絶縁基板の同一面に、該
電子放出部を囲むように配置されていることを特徴とす
る電子線発生装置にある。
本発明によれば、基板の表面電位を安定させ、電子ビ
ームの軌道を安定させることができる。
前記高抵抗の導電性膜の材料として硼化物，炭化物，
窒化物，金属，金属酸化物，半導体，あるいはカーボン
を用いる事により、電子放出素子の電子放出特性に悪影
響を与える事なく基板の表面電位を安定させる事ができ
る。
また、前記高抵抗の導電性膜の材料を微粒子として分
散させ、微粒子の粒径や密度を適宜選択する事により、
基板表面の抵抗を適切な値に制御する事ができる。
また、前記高抵抗の導電性膜の材料として、電子放出
素子の電子放出部を形成する材料と同一組成のものを用
いる事により、電子放出素子の特性に悪影響を与える事
がなく、また製造が容易となる。
［実施例］ 以下、本発明を実施例により、具体的に説明する。
第２−１〜２−４図は本発明の実施態様の一つを説明
する図であり、絶縁基板上に設けられた電子放出素子の
平面図を示す。本発明は、特別な構成を持つ電子放出素
子、すなわち正負両極間に電子放出部を有し、該両極間
に電圧を印加することで該電子放出部より電子放出する
電子放出素子であって、該電子放出部及び該両極が絶縁
基板の同一面に並設されている電子放出素子、を備える
電子線発生装置に広く適用可能であるが、ここでは電子
放出素子として表面伝導形放出素子を用いた例を説明す
る。
第２−１図は、本発明の特徴である高抵抗の導電性膜
による被覆を行なう前の状態を示しており、１は例えば
ガラスのような絶縁物を材料とする基板、２〜５は表面
伝導形放出素子の構成要素で、２は金属もしくは金属酸
化物もしくはカーボンなどを材料とする薄膜で、その一
部には従来公知のフォーミング処理により、電子放出部
５が形成されている。３と４は、薄膜２に電圧を印加す
るために設けられた電極で、３を正極、４を負極として
用いる。
第２−２図に示すのは、前記、表面伝導形放出素子が
形成された絶縁基板に高抵抗の導電性膜を被覆した例
で、第２−２図に於て、斜視部９が被覆された部分を表
わしている。第２−２図の様に、電子放出部５以外の部
分に被覆する事は、真空堆積法及びフォトリソエッチン
グ法又はリフトオフ法を用いれば、容易に可能である。
被覆材料としては、例えばAu,Pt,Ag,Cu,W,Ni,Mo,Ti,Ta,
Cr等の金属あるいはSnO2,ITO等の金属酸化物，あるいは
炭化物あるいは硼化物あるいは窒化物，半導体あるいは
カーボンの様に、絶縁基板材料よりも高い導電率を有す
る材料を用いる。
この様な被覆を行なう事により、電子放出部５の周辺
の電位分布は常に一定となる。すなわち、電子放出素子
から電子ビームを発生させる際、正極３に印加する電位
をV3,負極４に印加する電位をV4とすると、電子放出部
５周辺の基板の表面電位VSはV3≧VS≧V4の範囲で分布す
る。したがって、第２−１図の様に電子放出部５の周辺
の基板が電気的にフローティング状態である場合と比較
し、電子ビーム軌道のふらつきを大幅に減少させる事が
できた。
この際、前記被覆部９には、正極３と負極４の間で電
流が流れるが、この部分で消費される電力は、電子ビー
ムの放出に寄与するものではないので、極力、少ない事
が望ましい。発明者が行なった実験によれば、絶縁基板
の表面電位を安定させ、かつ消費電力を抑制するため
に、前記被覆された基板の表面抵抗を例えば５×108Ω/
cm2程度とする事により良好な結果が得られた。その
際、被覆部で消費される電力は、電子放出素子で消費さ
れる電力の1/100以下であった。
尚、この程度の表面抵抗率を、例えば金属のような高
導電率の材料を真空堆積して実現する場合、一般にその
膜厚は100Å以下と極めて薄いものとなり、微視的に見
ると連続した膜ではなく、島状の構造をとる場合もある
が、本発明の機能上支障をきたすものではない。
また、第２−３図に示すのは、前記第２−２図と同
様、高抵抗の導電性膜を斜線部９に被覆したものである
が、第２−２図と同様に、電子ビーム軌道を安定させる
うえで極めて大きな効果が認められた。本実施例の様な
被覆形状の場合には、フォトリソエッチング法やリフト
オフ法以外に、マスク蒸着法などでも作製する事が可能
であり、工程数を減少させる事ができる。
尚、前記第２−２図及び第２−３図の説明では、電子
放出素子の薄膜２にあらかじめフォーミング処理を行な
って、電子放出部５を形成した後、高抵抗の導電性膜を
被覆する場合を述べたが、作製手順は、必ずしもこの順
に限るものではない。すなわち、基板１上に薄膜２を形
成した後に、高抵抗の導電性膜を被覆し、さらにその後
でフォーミング処理を行ない、電子放出部５を形成して
もよい。その場合、フォーミング処理の工程では、薄膜
２が加熱され、その周辺部も比較的高温になる事から、
被覆する材料として例えば、W,Ta,C,Ti等の高融点材料
を用いる事により、電子放出素子の特性に悪影響を及ぼ
すような汚染を生じる事なく、ビーム軌道を安定させる
事ができた。また、高融点材料でなくとも、薄膜２と同
一の組成の材料を用いて被覆した場合にも、極めて安定
した特性が得られた。これは、同一組成の材料であるた
め、たとえ高温により被覆材料の一部が、融解もしく
は、蒸発しても、電子放出部５の表面に悪影響を与える
ようにな汚染が発生しないためであると考えられた。
また、他の作製手順としては、あらかじめ絶縁基板に
高抵抗の導電性膜を被覆した後、電子放出素子を形成し
てもよく、たとえば第２−４図に示すような実施形態で
も、良好な特性が得られた。（図中、点線の斜線部は、
電極３および電極４によって隠された被覆部を示す。）
本実施形態は、具体的には、たとえば以下の手順で作製
される。
まず、第３−１図に示すように、ガラスもしくはセラ
ミック等からなる絶縁基板１上にフォトレジストのパタ
ーン10を形成する。次に第３−２図に示すように、前記
基板の全面に高抵抗の導電性膜を被覆する。被覆は導電
性膜材料の微粒子を分散した分散液を塗布する事により
行なう。例えば、酢酸ブチルやアルコール等から成る有
機溶剤に微粒子及び微粒子の分散を促進する添加剤剤を
加え、撹拌等により、微粒子の分散液を調整する。この
微粒子分散液をディッピングあるいはスピンコートある
いはスプレーで塗布した後、溶媒等が蒸発する温度、例
えば250℃で10分間程度加熱する事により、微粒子が分
散配置される。
本発明で用いられる微粒子の材料は非常に広い範囲に
および通常の金属、半金属、半導体といった導電性材料
の殆ど全てを使用可能である。なかでも低仕事関数で高
融点かつ低蒸気圧という性質をもつ通常の陰極材料や、
また従来のフォーミング処理で表面伝導形電子放出素子
を形成する薄膜材料が好適である。
具体的にはLaB6,CeB6,YB4,GdB4などの硼化物、Ti,C,Z
rC,HfC,TaC,SiC,WCなどの炭化物、TiN,ZrN,HfNなどの窒
化物、Nb,Mo,Rh,Hf,Ta,W,Re,Ir,Pt,Ti,Au,Ag,Cu,Cr,Al,
Co,Ni,Fe,Pb,Pd,Cs,Baなどの金属、In2O3,SnO2,Sb2O3な
どの金属酸化物、Si,Geなどの半導体、カーボン、AgMg
などを一例として挙げることができる。
微粒子の配置密度は、微粒子分散液の調整や塗布回数
により制御する事が可能で、これにより、最適な密度で
の配置が可能となる。
尚、微粒子を分配配置する方法としては、上述塗布形
成の他にも、例えば有機金属化合物の溶液を基板上に塗
布した後、熱分解によって金属粒子を形成する手法もあ
る。また蒸着可能な材料については、基板温度等の蒸着
条件の制御やマスク蒸着等の蒸着的手法によっても微粒
子を形成することができる。
次に前記フォトレジストパターン10のリフトオフによ
り、第３−３図に示すように基板表面を一部露出させ
る。
尚、前記分散配置された微粒子を、基板表面に堅固に
定着させるために、たとえば、前記部粒子分散液に低融
点にフリットガラス微粒子を混合調整し、塗布後、低融
点フリットガラスの軟化点温度以上で焼成を行なっても
よい。
あるいは、微粒子を分散配置する前に、あらかじめ、
基板１上に、低融点フリットガラスを下地層として塗布
しておき、微粒子を塗布した後、焼成を行なってもよ
い。
この時、低融点フリットガラスの代りに液体コーティ
ング絶縁層（例えば、東京応化OCD,SiO2絶縁層）を用い
てもよい。
次に、電子放出素子の薄膜２を形成し、さらに前記被
覆部を一部覆うように電極３と電極４を形成する。そし
て最後にフォーミングにより電子放出部５を形成する。
以上の手順により、第２−４図の実施形態を作製する
事ができる。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、電子放出部と
これに電圧を印加する正負両極が絶縁基板の同一面に配
置されているといった特別な構成を持つ電子放出素子を
用いた電子線発生装置において、特別な構成を有する導
電性膜を外絶縁基板の特定の領域に設けたことにより、
基板の表面電位をフローティング状態ではなく、ある一
定した分布にする事が出来、その結果、電子ビームの軌
道を極めて安定したものとする事ができる。
その際、高導電率材料を適宜選択する事により、電子
放出素子の特性に悪影響を与える事なく、絶縁基板の表
面抵抗を適当な値にまで下げる事ができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来装置の斜視図である。第２−１〜２−４図
は、本発明を実施した電子線発生装置を説明するための
平面図で、第２−１図は本発明を実施していない場合
を、第２−２〜２−４図は、各々異なった実施形態を示
す。第３−１〜３〜４図は第２−４図の実施形態を製造
する手順を示すための図である。 図中、１は絶縁性基板、3,4,6,7は電子放出素子の電
極、斜線部９は高導電率材料を被覆した箇所を示す。

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】正負両極間に電子放出部を有し、該両極間
    に電圧を印加することで該電子放出部より電子放出する
    電子放出素子であって、該電子放出部及び該両極が絶縁
    基板の同一面に並設されている電子放出素子を備える電
    子線発生装置において、該両極に接続され、該両極間に
    電圧を印加した際、正極電位から負極電位にわたる連続
    的な電位分布を形成する高抵抗の導電性膜が、該電子放
    出部及び該両極が並設された該絶縁基板の同一面に、該
    電子放出部を囲むように配置されていることを特徴とす
    る電子線発生装置。
  2. 【請求項２】前記高抵抗の導電性膜の材料が、硼化物，
    炭化物，窒化物，金属，金属酸化物，半導体、あるいは
    カーボンであることを特徴とする請求項１記載の電子線
    発生装置。
  3. 【請求項３】前記高抵抗の導電性膜の材料が、前記電子
    放出素子の電子放出部を形成する材料と、同一の組成を
    有することを特徴とする請求項１記載の電子線発生装
    置。
  4. 【請求項４】前記高抵抗の導電性膜の材料が、前記電子
    放出素子の電子放出部を形成する材料よりも、高融点材
    料であることを特徴とする請求項１記載の電子線発生装
    置。
  5. 【請求項５】前記高抵抗の導電性膜の材料が、微粒子と
    して前記絶縁基板上に分散配置されていることを特徴と
    する請求項１記載の電子線発生装置。
  6. 【請求項６】前記微粒子を蒸着により前記絶縁基板上に
    分散配置させたことを特徴とする請求項５記載の電子線
    発生装置。
  7. 【請求項７】前記微粒子を塗布により前記絶縁基板上に
    分散配置させたことを特徴とする請求項５記載の電子線
    発生装置。
  8. 【請求項８】前記電子放出素子の正極に印加する電位を
    V3、負極に印加する電位をV4とした時、前記基板表面の
    電位VSはV4≦VS≦V3の範囲で分布していることを特徴と
    する第１項記載の電子線発生装置。
  9. 【請求項９】前記両極間に電圧を印加した際、前記基板
    表面で消費される電力は、前記電子放出素子で消費され
    る電力の1/100以下であることを特徴とする請求項１記
    載の電子線発生装置。
  10. 【請求項１０】前記高抵抗の導電性膜は、100Å以下の
    膜厚を有することを特徴とする請求項１記載の電子線発
    生装置。
  11. 【請求項１１】前記電子放出素子が、表面伝導形放出素
    子であることを特徴とする請求項１乃至10のいずれかに
    記載の電子線発生装置。
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