JPH01100843A

JPH01100843A - 電子線発生装置

Info

Publication number: JPH01100843A
Application number: JP62258004A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Suzuki; 英俊鱸; Ichiro Nomura; 一郎野村; Tetsuya Kaneko; 哲也金子; Yoshikazu Sakano; 坂野　嘉和; Toshihiko Takeda; 俊彦武田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-10-13
Filing date: 1987-10-13
Publication date: 1989-04-19
Anticipated expiration: 2012-05-28
Also published as: JP2614241B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、表面伝導形放出素子を電子線発生源として用
いる電子線発生装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、電子線源としては、いわゆる熱カソードが広く一
般に用いられてきた。しかし、近年、表示装置や電子線
描画装置の分野では、より高効率で大電流が取り出せ、
しかも微細なピッチで多−数個並べられるような電子線
源が求められている。

このような要請に応じる為、各種冷陰極素子、が研究さ
れており、たとえば電界放射電子銃を薄膜プロセスで形
成し、二次元的に多数配置する方法などが報告されてい
る。（Ｃ，Ａ、５ｐｉｎｄｔ　　ｅｔ　　ａｌ、。

Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、、　　ＶＯｌ、４７．　Ｎ１
１．１２．　　Ｐ５２４８゜このような、冷陰極を用い
た電子線発生装置が広く応用される為には、発生した電
子線を広い角度にわたって偏向できるのが望ましい。そ
の為に、従来は冷陰極素子の上に、偏向電場を発生させ
る為の１対の偏向電極を設けるのが常套手段であった。

第５図に示すのは、電界放射形冷陰極の上に１対の偏向
電極を設けた電子線発生装置の断面で、図中５１は基板
、５２は金属薄膜、５３は電子放射源である金属突起、
５４は絶縁体、５５は引出し電極、５６及び５７は対向
して設けられた偏向電極、５８及び５９は前記偏向電極
５６．５７の支持体であると同時に、外部との電気的接
続を兼ねる部材である。

金属薄膜５２と引き出し電極５５の間に、５５を正とす
る電圧を印加すると、あるしきい値以上の電圧に於て、
金属突起５３の先端から電界放射により電子線がとび出
す。該電子線は偏向電極５６と５７の間にかけられた電
圧により、偏向される。第５図に於ては、電極５６に正
、電極５７に負の電位が印加され、電子線（点線）が、
Ｘ軸止方向に偏向された場合が例示されている。

〔発明が解決しようとしている問題点〕しかしながら、
上記従来例では、冷陰極素子自体は薄膜プロセスで製造
する為、微細化は可能であるが、これに偏向電極を精度
良く付設するのが困難であった。

すなわち、偏向電極に十分な偏向感度をもたせる為には
、電子の飛翔方向（ｙ方向）に沿って長い方が有利であ
る。第５図中の（を十分に太き（とる為には、偏向電極
を薄膜プロセスで製造するのは困難であり、また厚膜印
刷のような方法を用いた場合には、金属突起５３を破損
したり、その表面を汚染するという問題が生じる。そこ
で、前記第５図５６〜５９、もしくは、これと類似形態
の金属部材をあらかじめ製造しておき、５１〜５５より
成る冷陰極素子の上に位置決めをしてから固定するのが
一般的方法であった。

しかしながら、冷陰極素子が微細になるほど、あるいは
多数の素子を並べようとするほど、上述偏向電極の製造
や固定が困難になり、製造上の歩留りが著しく低下しが
ちであった。同様に、電界放射形態外の冷陰極を用いた
電子線発生装置に於ても、微細化やマルチ化を行なう場
合に、偏向電極の問題が常に生じていた。

本発明は上述従来技術の問題点に鑑みなされたもので、
その目的は、簡単な電極構造で電子線を偏向でき、微細
化やマルチ化に適し、製造が容易な電子線発生装置を実
現する事である。

〔問題点を解決するための手段（及び作用）〕本発明に
よれば、電子線発生源として表面伝導形放出素子を、用
い、該素子の電子線発生源から発生する電子線を引き出
すための電極が、放出された電子ビームの軌道を可変す
る手段を有する事により、前述の問題点を解決する、構
造が簡単な、電子線発生装置を実現したものである。

又、本発明に於ては、表面伝導形放出素子の二極間に印
加する電圧、及び前記引き出し電極に印加する電圧によ
り電子線の飛翔方向を制御しつるという上記装置構成に
特有な効果を利用している。

本装置の動作を説明するに先立ち、発明者らが本発明を
考案するきっかけとなった実験について説明する。発明
者らは、第２図（ａ）に示すような実験系で、表面伝導
形放出素子の緒特性を測定していたが、この時Ｖｆを一
定に維持しながら、コレクタ電極２１の電圧Ｖａを変え
ると、電子線の軌道が変化する事を見出した。たとえば
、コレクタ電極２１として蛍光体を塗布した透明電極付
ガラスを用いて、発生位置を観測すると、Ｖａを増加さ
せるにつれ、△Ｘｉが減少する方向に発光点が移動する
。

また、同図（ｂ）に示すように、表面伝導形放出素子の
二極間に印加する電圧Ｖｆの向きを逆転させると、発光
点の位置は電子放出部５に対して反対側となり、またＶ
ｆ一定の下でＶａを増加させると△Ｘ２が減少する方向
に移動する。

この様に、電子放出素子の基板面と平行に設けられた電
極の印加電圧により、電子線の軌道が太き（変化する現
象は、たとえば従来技術の項で例示した第５図のような
電界放射形冷陰極では見られない。

この現象の原理については、十分に解明されているわけ
ではないが、現時点に於て、発明者らは、以下に説明す
る２つの原因を考えている。

第１に表面伝導形素子上の空間の電位分布が、たとえば
、同図（ｃ）に示す形になっており、放出された電子が
空間を飛翔する間に、Ｘ方向だけでなくＸ方向にも加速
される作用が考えられる。同図で等電位を表わす線が表
面伝導形放出素子の放出部５に集中しているのは、フォ
ーミング処理により薄膜２の中でこの部分が特に高抵抗
化されており、電極３．４間に印加する電圧Ｖｆの大部
分がここにかかると考えられるからである。そして、コ
レクタ電極２１により、大きな電圧を印加した場合、電
位分布は同図（ｄ）に示すような形となるが、同図から
明らかな様に、電子が受ける力の向きはよりＸ方向に近
づいたものとなる。したがって、コレクタ電極２１の印
加電圧Ｖａが、大きい程、電子の受ける加速度のＸ方向
成分に比べて、Ｘ方向成分が太き（なり、結果的には同
図（ａ）で述べたように、△ｘ１が小さくなる方向に動
くわけである。

第２に、表面伝導形放出素子からは、Ｘ方向に初速度を
持つ電子線が放出されている事が考えられる。表面伝導
形放出素子の電子放出が、どのようなメカニズムによっ
て生じているかは、現在のところ十分に解明されている
わけではないが、薄膜２の局所領域５には印加電圧Ｖｆ
によりＸ軸と平行な強い電界が発生しているはずであり
、空間に飛び出してきた電子が、Ｘ方向の速度成分を持
っている事は十分考えられる。そこで第２図（ｅ）に示
すように、表面伝導形放出素子からは、初速度υ。＝（
υＯｘ、υｏｙ）をもつ電子が放出されるものとする。

そして、この電子はコレクタ電極電位Ｖａ　［ｖ）によ
り、Ｘ方向に加速されるものとする。（実際には、前記
第１の作用で説明した様に、電子は飛翔中、等電位面の
ゆがみによりＸ方向にも加速されると考えられるが、こ
こではモデルを簡単化する為、表面伝導形放出素子面の
電位を０〔ｖ〕とし、素子上の空間の等電位面はすべて
素子面と平行であるとする。）電子放出部を座標原点とし、ｔを時間（Ｓ）とすると、
ｔ＝Ｏ（Ｓ）に於て放出された電子の座標（ｘ　＋ｙ）
は、ｙ＝　υ　０．・　ｔ　　　十−ａｔ”　　　　　　　
　　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・　■
Ｘ＝　υＯｘ　’　ｊ　　　　　　　　　　　　　　　
パ・・・・・・・・・・・・・・・・・・　■と表わさ
れる。ここでａ〔ｍ／Ｓ２〕は、電子の受ける加速度で
ある。

■、■よりｔを消去し、■で求めたａを代入すると、電
子の軌道が求められ、と表わされる。

■式から明らかなように、電子線の軌道は、コレクタ電
極の印加電圧Ｖａにより変化し、Ｖａを大きくする程、
放物線の傾きが大きくなり、△Ｘが減少する方向に動く
わけである。

以上説明したように、発明者らは、第１の作用、すなわ
ち素子上の空間の電位分布がゆがんでおり、これがＶａ
により変る事、と第２の作用、すなわち放出される電子
の初速度がＸ方向成分を持っており、その為Ｖａにより
軌道が変わる事の２つの作用により、先に説明したよう
な現象が生じると考えている。

以下実施例に基づき、本発明の電子線発生装置について
詳細に説明する。

〔実施例１〕第１図に示すのは、本発明第１実施例の断面図で、ｌは
ガラス基板、２はたとえば金属や金属酸化物を材料とす
る薄膜、３と４は前記薄膜２に電圧を印加する為に設け
られた電極（なお本発明において、２の材料によつては
電極３，４と同一材料で形成されたものを用いてもよい
。）、５は表面伝導形放出素子の分野に於ては従来公知
のフォーミングと呼ばれる処理を薄膜３に行なって形成
した電子放出部であり、前記１〜５をもって、表面伝導
形放出素子が構成されている。また、６は絶縁層、７は
電子放出部より放出される電子を引き出すための電極で
、この実施例では、微細な空孔を多数有する金属メツシ
ュを用いた板状電極とした。

また図中、点線１６で囲まれた部分は、本装置を駆動す
る為の電気回路で、８は制御用マイクロプロセッサ、９
，１０，１１．１２はスイッチングトランジスタ、１３
は一定電圧を発生する定電圧源、１４はメモリ、１５は
Ｄ／Ａ変換器である。

まず、最初に外部から本装置に電子線を飛翔させるべき
方向（すなわちターゲットの方向）が、駆動命令として
与えられる。

マイクロプロセッサ８は、前記命令にもとづき、表面伝
導形放出素子の電極３．４及び板状電極７に印加する電
圧を適宜制御し、電子線をターゲットに向けて飛翔せし
める。

以下、各部の動作を順を追って説明するが、まず表面伝
導形放出素子に印加する電圧は次の様にして制御される
。マイクロプロセッサ８は、トランジスタ９〜１２のＯ
Ｎ、ＯＦＦを制御する為の信号Ｓｌ〜Ｓ４を出力するが
、この組み合わせにより、表面伝導形放出素子の電極３
．４に印加する電圧の極性が決められる。第１図の例で
は、ターゲットが、電子放出部５よりも電極４の側に位
置しているので、前記第２図（ｂ）の向きにＶｆが印加
されるべきであるが、その為に、マイクロプロセッサ８
はトランジスタ９及び１２をＯＮ、１０及び１１をＯＦ
Ｆするよう制御信号８１〜Ｓ４を発生する。（また、も
しターゲットが、電子放出部５よりも電極３側に位置し
ていた場合には、第２図（ａ）の向きにＶｆが印加され
るようにするため、マイクロプロセッサ８はトランジス
タｌＯ及び１１＠ＯＮ、９及び１２をＯＦＦするよう制
御信号５ｌ−８４を発生する。）一方、板状電極（金属
メツシュ）７に印加される電圧は、以下のように゛して
制御される。まず、マイクロプロセッサ８は電子線をタ
ーゲット方向に飛翔させる為には、第１図中の△Ｘをど
れほどの距離にしたらよいかを算出し、メモリ１４に出
力する。

メモリ１４には、あらかじめ電極７に印加する電圧と、
変位量△Ｘの関係が記憶されているので、マイクロプロ
セッサ８から算出結果が入力されると、ただちに印加す
べき電圧を、デジタル数値データとして、Ｄ／Ａ変換器
１５に出力する。Ｄ／Ａ変換器１５は前記数値データに
もとづき電圧を発生し、電極７に印加する。

以上、説明した一連の動作により、本装置は電子線を広
い範囲にわたって偏向させる事が可能である。

〔実施例２〕第３図に示すのは、本発明の他の実施形態二例である。

前記第１実施例に於ては、本発明の主要構成要素である
板状電極として金属メツシュアを用いていたが、代りに
たとえば第３図（ａ）に示す金属板・３１や、同図（ｂ
）に示す金属板３３を用いる事も可能である。３１は、
ある間隔をもって配置された複数のターゲットを選択的
に照射するような場合に適し、また３３は電子線を連続
的に照射してゆ（ような場合に適する。３１あるいは３
３のような金属板は、フォトエツチングにより、安価に
精度良（、製造する事が可能である。

また、前記金属板と表面伝導形放出素子とを隔てるスペ
ーサは、電気的に絶縁性が良く、形状の寸法精度が良い
事が望まれるが、同図（ａ）に示す部材３２は、たとえ
ば感光性ガラスを用いて容易に製造する事が可能である
。感光性ガラスを用いた場合には、より複雑な形状も製
造できる事から、場合によっては、基板１や金属板３１
との接触部に、位置決め用の溝を設けてもよい。

また、同図（ｂ）の場合には、金属板３３の下面に、厚
膜印刷により絶縁層３４を形成し、スペーサとしている
。従来技術の項で述べたように、たとえば、電界放射形
電子銃の上に、厚膜印刷で絶縁層や偏向電極対を、積層
するのは困難であったが、本発明の場合、電極としては
金属板を用い、金属板側に絶縁層を印刷している事から
、素子の破損や汚染といった問題は生じない。

このように、本発明の場合、偏向機能を実現する為の電
極構造が簡単であり、フォトエツチング技術や印刷技術
を用いて製造できる事から、同図（ａ）あるいは（ｂ）
に示した装置を、同一基板上に多数並べたマルチ電子線
源も容易に実現する事ができる。

〔実施例３〕また、本発明の基本思想にもとづけば、電子線を偏向し
て照射すべきターゲットは、板状電極に隣接していたり
、あるいは板状電極そのものであってもかまわない。し
たがって、第４図に示すような表示装置も、本発明の概
念に含まれている事は言うまでもない。図中、４１はガ
ラス板、４２はガラス板４１の下面に設けられた透明電
極、４３〜４６は蛍光体である。

本装置は、前記第２図（ａ）、（ｂ）の説明から類推さ
れるように、電極３と４の間に印加する電圧の極性、及
び透明電極４２に印加する電圧の大きさを制御する事に
より、蛍光体４３〜４６のうち１つを選択的に発光させ
て表示を行なう。

その際、電子線が蛍光体４４あるいは４５を照射する時
には、４３あるいは４６を照射する時に比べ、高い電圧
により加速される事を考慮し、（イ）４４．４５には、
４３．４６よりも高速電子線に適した蛍光体材料を用い
る。

あるいは、（ロ）　４４．４５の蛍光体の塗布厚を４３．４６より
も大きくする。

等の工夫をしてもよい。

発明者らは第４図に示すような表示ユニットを、二次元
的に複数配列し、高輝度で薄形な表示装置を試作する事
に成功している。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明では、表面伝導形放出素子
に特有な現象を利用する事により、偏向機能をもつ電子
線発生装置を、極めて簡単な構造により実現する事が出
来る。その結果、装置の微細化やマルチ化を容易に行な
う事が可能となり、また製造に要するコストも低置なも
ので済むようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図：本発明を実施した電子線発生装置の主要構成を
示す図、第２図二本発明を発するちととなった実験を説明する図
、第３図二本発明の他の実施形態である電子線発生装置を
示す図、第４図二本発明の他の実施形態である表示装置を示す図
、第５図：従来の電子線発生装置の一例を示す図、ｌは基
板、′２は表面伝導形放出素子の薄膜、３．４は表面伝
導形放出素子の電極、５は電子放出部、６，３２゜３４
は絶縁性スペーサ、７，３１．３３は板状電極である。ムズトー憾４図ノ５１

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電極間に電子線発生源を有する表面伝導形放出素
子と、該電子線発生源から発生する電子線を引き出すた
めの電極とを有する電子線発生装置であって、前記電子
線を引き出すための電極が、放出された電子ビームの軌
道を可変する手段を有していることを特徴とする電子線
発生装置。
（２）前記放出された電子ビームの軌道を可変する手段
が、前記電子線を引き出すための電極に印加する電圧を
変えることである特許請求の範囲第１項記載の電子線発
生装置。
（３）前記電子線を引き出すための電極に印加する電圧
を大きくすることにより、電子放出部の法線に対する放
出される電子ビームの軌道のずれが小さくなることを特
徴とする特許請求の範囲第２項記載の電子線発生装置。
（４）前記電子線を引き出すための電極に印加する電圧
及び前記電極間に印加する電圧とを変えることにより、
放出される電子ビームの軌道を可変することを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の電子線発生装置。
（５）前記電極間に印加する電圧の極性を変えることに
より、放出される電子ビームの軌道を電子放出部の法線
に対し、反転させることを特徴とする特許請求の範囲第
４項記載の電子線発生装置。
（６）前記電子線を引き出すための電極が、前記表面伝
導形放出素子の上方に、該素子とほぼ平行に保持されて
いる電極である特許請求の範囲第１項記載の電子線発生
装置。
（７）前記電子線を引き出すための電極が、空孔を複数
有する金属メッシュからなる板状電極である特許請求の
範囲第６項記載の電子線発生装置。
（８）前記電子線発生装置において、前記電極間に印加
する電圧もしくは、前記電子線を引き出すための電極に
印加する電圧をマイクロプロセッサにより制御すること
を特徴とする特許請求の範囲第４項記載の電子線発生装
置。
（９）前記電子線発生装置がメモリ装置及びＤ／Ａ変換
器を有している特許請求の範囲第１項記載の電子線発生
装置。