JPH02220337A - 電界放出型冷陰極 - Google Patents
電界放出型冷陰極Info
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- JPH02220337A JPH02220337A JP1040853A JP4085389A JPH02220337A JP H02220337 A JPH02220337 A JP H02220337A JP 1040853 A JP1040853 A JP 1040853A JP 4085389 A JP4085389 A JP 4085389A JP H02220337 A JPH02220337 A JP H02220337A
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- cold cathode
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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。
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
本発明は電子源として用いる電界放出型冷陰極に関する
ものである。
ものである。
従来の技術
従来から電界放出型冷陰極を用いた電子源は数多く報告
されている。第４図は電界放出型冷陰極電子源の一例を
示す要部斜視図である。Ｓｉ等の基板１６上に形成され
た円錐形状の冷陰極１７と、５ｉＯａ等の絶縁層１８の
上に形成された貫通孔１９を有する引き出し電極２０と
を対向させ構成されている。冷陰極の尖端部は直径００
１μｍ以下の針状に形成されており、冷陰極１７と引き
出し電極１８との間に所定の電圧を印加すると、冷陰極
の尖端部には１０”Ｖ／ｃｍ程度の強電界が発生し電子
が放出される。電子は冷陰極尖端部の微小面積から放出
され電流密度の大きい電流が流れるため、冷陰極材料と
しては、尖端部が溶融したり、変形したりしないように
タングステン、モリブデン、タンタル、炭素等の高融点
金属が使用される。
されている。第４図は電界放出型冷陰極電子源の一例を
示す要部斜視図である。Ｓｉ等の基板１６上に形成され
た円錐形状の冷陰極１７と、５ｉＯａ等の絶縁層１８の
上に形成された貫通孔１９を有する引き出し電極２０と
を対向させ構成されている。冷陰極の尖端部は直径００
１μｍ以下の針状に形成されており、冷陰極１７と引き
出し電極１８との間に所定の電圧を印加すると、冷陰極
の尖端部には１０”Ｖ／ｃｍ程度の強電界が発生し電子
が放出される。電子は冷陰極尖端部の微小面積から放出
され電流密度の大きい電流が流れるため、冷陰極材料と
しては、尖端部が溶融したり、変形したりしないように
タングステン、モリブデン、タンタル、炭素等の高融点
金属が使用される。
発明が解決しようとする課題
本発明が解決しようとする課題は印加電圧の低電圧化と
放出電子電流の安定化および長寿命化である。
放出電子電流の安定化および長寿命化である。
一般に上記の電界放出型冷陰極では、電子放出を起こさ
せるためには１００ｖ以上の印加電圧が必要であり、駆
動回路のＩＣ化が困難となっている。さらに放出電子電
流が不安定（経時変化が大きい）で寿命が短いために、
特殊な用途以外には使用されていないのが現状である。
せるためには１００ｖ以上の印加電圧が必要であり、駆
動回路のＩＣ化が困難となっている。さらに放出電子電
流が不安定（経時変化が大きい）で寿命が短いために、
特殊な用途以外には使用されていないのが現状である。
通常の電子管では、管内の真空度は１０−”Ｔｏ ｒ
ｒ程度であり、０２− Ｈ２、Ｈ２０，Ｇ ＯｌＣ０
２，炭化水素などの残留ガスが存在し、これらのガスが
冷陰極表面に吸着して冷陰極表面の仕事関数を大きくす
る。例えば、冷陰極材料としてタングステンを用いた場
合、タングステンの仕事関数は４．５ｅＶであるが、表
面に酸素ガスが吸着すると８ｅＶ以上となり、放出電子
電流は急激に減少する。さらに吸着ガスの表面移動やイ
オン衝撃により放出電子電流が不安定となり寿命も低下
するという欠点を有している。また、電子は冷陰極尖端
部から一様に放出されておらず、１０−”ｃｍ２程度の
極めて限られた微小面積部分から放出される。このよう
な微小面積部分に電流が集中的に流れるため電子放出部
分は加熱され、さらに強い電界の影響により結晶構造や
表面形状が変化し放出電子電流の変動原因となっている
。
ｒ程度であり、０２− Ｈ２、Ｈ２０，Ｇ ＯｌＣ０
２，炭化水素などの残留ガスが存在し、これらのガスが
冷陰極表面に吸着して冷陰極表面の仕事関数を大きくす
る。例えば、冷陰極材料としてタングステンを用いた場
合、タングステンの仕事関数は４．５ｅＶであるが、表
面に酸素ガスが吸着すると８ｅＶ以上となり、放出電子
電流は急激に減少する。さらに吸着ガスの表面移動やイ
オン衝撃により放出電子電流が不安定となり寿命も低下
するという欠点を有している。また、電子は冷陰極尖端
部から一様に放出されておらず、１０−”ｃｍ２程度の
極めて限られた微小面積部分から放出される。このよう
な微小面積部分に電流が集中的に流れるため電子放出部
分は加熱され、さらに強い電界の影響により結晶構造や
表面形状が変化し放出電子電流の変動原因となっている
。
このような理由から従来の電界放出型冷陰極は、１０−
”Ｔ ｏ ｒ ｒ以上の超高真空でないと安定に動作せ
ず、真空度が１０−”Ｔｏ ｒ ｒ程度の通常の電子管
には使用に耐えず、実用化されていない。
”Ｔ ｏ ｒ ｒ以上の超高真空でないと安定に動作せ
ず、真空度が１０−”Ｔｏ ｒ ｒ程度の通常の電子管
には使用に耐えず、実用化されていない。
課題を解決するための手段
冷陰極基体に冷陰極基体材料より低い仕事関数を有する
化学的に安定な抵抗材料を被覆もしくは含宵する。
化学的に安定な抵抗材料を被覆もしくは含宵する。
作用
上記の構成によれば、冷陰極表面の微小面積部分に電子
放出が集中しようとすると、表面の抵抗材料の内部抵抗
によって表面電位が低下し、所定の電流密度以上になる
ことが抑制される。すなわち、従来技術による冷陰極の
ように電子が限られた微小面積部分から放出されず、冷
陰極尖端部全面から放出され放出電子電流が安定化され
る。また被覆した場合、電子放出面が酸化物あるいは炭
化物であるため、酸素を主体とする残留ガスに対して安
定で比較的悪い真空度でも安定な放出電子電流が得られ
る。さらに、低仕事関数材料を使用することにより、１
ＯＯＶ以下の印加電圧で電界電子放出をつる低電圧動作
が可能になる。その結果残留ガスのイオン化によって起
こる冷陰極表面のスパッタリングによる損傷が避けられ
るため放出電子電流が安定化するとともに寿命も長くな
る。
放出が集中しようとすると、表面の抵抗材料の内部抵抗
によって表面電位が低下し、所定の電流密度以上になる
ことが抑制される。すなわち、従来技術による冷陰極の
ように電子が限られた微小面積部分から放出されず、冷
陰極尖端部全面から放出され放出電子電流が安定化され
る。また被覆した場合、電子放出面が酸化物あるいは炭
化物であるため、酸素を主体とする残留ガスに対して安
定で比較的悪い真空度でも安定な放出電子電流が得られ
る。さらに、低仕事関数材料を使用することにより、１
ＯＯＶ以下の印加電圧で電界電子放出をつる低電圧動作
が可能になる。その結果残留ガスのイオン化によって起
こる冷陰極表面のスパッタリングによる損傷が避けられ
るため放出電子電流が安定化するとともに寿命も長くな
る。
実施例
実施例１
第１図に本発明による電界放出型冷陰極の一実施例を示
す。円錐形状のタングステン冷陰極基体１の表面に低仕
事関数酸化物の一つであるＬ ａａ。
す。円錐形状のタングステン冷陰極基体１の表面に低仕
事関数酸化物の一つであるＬ ａａ。
、膜２を１００Ａ程度の厚さに被覆し電界放出型冷陰極
３を形成し、その近傍に従来例と同様、直径１μｍ程度
の貫通孔４を宵する引き出し電極５を絶縁層θ上に形成
する。上記の冷陰極と引き出し電極間に約６０■の電圧
を印加すると、冷陰極表面から電子が放出される。さら
に、印加電圧を８０ｖまで上げると１μＡの放出電子電
流が得られた。また、放出電子電流の経時変化をみると
、ＩＸ １ （１７Ｔｏ ｒ ｒの真空度にもかかわら
ず、放出電子電流の変動は全電流の５％以内であった。
３を形成し、その近傍に従来例と同様、直径１μｍ程度
の貫通孔４を宵する引き出し電極５を絶縁層θ上に形成
する。上記の冷陰極と引き出し電極間に約６０■の電圧
を印加すると、冷陰極表面から電子が放出される。さら
に、印加電圧を８０ｖまで上げると１μＡの放出電子電
流が得られた。また、放出電子電流の経時変化をみると
、ＩＸ １ （１７Ｔｏ ｒ ｒの真空度にもかかわら
ず、放出電子電流の変動は全電流の５％以内であった。
従来のタングステン電界放出型冷陰極の電子放出開始電
圧が約１００ｖであり、放出電子電流変動が３０〜４０
％であるのに比較すると、本発明による電界放出型冷陰
極はかなり安定動作が可能である。これは、電極表面に
被覆されたＬａ２Ｏ５抵抗膜による負のフィードバック
、すなわちＬａ２０ｇ膜の内部抵抗によって電子放出が
微小面積部分に集中せず冷陰極尖端部全面から放出され
ること、Ｌａ２Ｏ３膜の残留ガスへの安定性、さらには
低電圧動作によるスパッタリング損傷の軽減によるもの
である。
圧が約１００ｖであり、放出電子電流変動が３０〜４０
％であるのに比較すると、本発明による電界放出型冷陰
極はかなり安定動作が可能である。これは、電極表面に
被覆されたＬａ２Ｏ５抵抗膜による負のフィードバック
、すなわちＬａ２０ｇ膜の内部抵抗によって電子放出が
微小面積部分に集中せず冷陰極尖端部全面から放出され
ること、Ｌａ２Ｏ３膜の残留ガスへの安定性、さらには
低電圧動作によるスパッタリング損傷の軽減によるもの
である。
なお本実施例では、タングステン冷陰極基体１の表面に
Ｌａ５ｏｘ膜２を約１００Ａの厚さに被覆したが、冷陰
極基体材料、被覆材料およびその膜厚は本実施例に限定
されるものではない。冷陰極基体材料としてはタングス
テン以外にモリブデン、タンタル、炭素等高融点金属を
使用することができる。また、被覆材料としてはＬａｖ
ｏｗ （仕事関数は２．６ ｅ Ｖ）以外に、Ｃｅ０２
（３，０ｅＶ）。
Ｌａ５ｏｘ膜２を約１００Ａの厚さに被覆したが、冷陰
極基体材料、被覆材料およびその膜厚は本実施例に限定
されるものではない。冷陰極基体材料としてはタングス
テン以外にモリブデン、タンタル、炭素等高融点金属を
使用することができる。また、被覆材料としてはＬａｖ
ｏｗ （仕事関数は２．６ ｅ Ｖ）以外に、Ｃｅ０２
（３，０ｅＶ）。
Ｐ ｒａｏａ （２，８ｅ Ｖ）等、仕事関数が２〜３
ｅＶの範囲にある面抵抗の希土類金属酸化物を使用する
ことができる。さらに、Ｙ２Ｏ５＋ Ｚ ｒ ０２１
Ｔ ｈ○２、ＴｉＣ＋ＺｒＣ１ＨｆＣ＋ ＴａＣ
，ＮｂＣ＋Ｓ ｉＣｌＭ ｏ Ｃ＋ Ｗ Ｃ等の低仕
事関数を有する高抵抗の金属酸化物および金属炭化物も
使用することができる。しかし、前記被覆材料は比抵抗
が大きく電子放出効率があまり大きくないため一つの冷
陰極から比較的大きな放出電流を取り出すには不都合で
ある。こうした問題点を解決するには、Ｉｎａ０３＋
５ｎＯａ＋ ＺｎＯなどの比抵抗の比較的小さい金
属酸化物、あるいはこれらの酸化物の混合物を前記低仕
事関数の被覆材料と混合して使用することができる。
ｅＶの範囲にある面抵抗の希土類金属酸化物を使用する
ことができる。さらに、Ｙ２Ｏ５＋ Ｚ ｒ ０２１
Ｔ ｈ○２、ＴｉＣ＋ＺｒＣ１ＨｆＣ＋ ＴａＣ
，ＮｂＣ＋Ｓ ｉＣｌＭ ｏ Ｃ＋ Ｗ Ｃ等の低仕
事関数を有する高抵抗の金属酸化物および金属炭化物も
使用することができる。しかし、前記被覆材料は比抵抗
が大きく電子放出効率があまり大きくないため一つの冷
陰極から比較的大きな放出電流を取り出すには不都合で
ある。こうした問題点を解決するには、Ｉｎａ０３＋
５ｎＯａ＋ ＺｎＯなどの比抵抗の比較的小さい金
属酸化物、あるいはこれらの酸化物の混合物を前記低仕
事関数の被覆材料と混合して使用することができる。
実施例２
第２図に実施例２の電界放出型冷陰極の要部を示す。冷
陰極基体材料であるタングステンに低仕事関数酸化物の
一つであるＬａ２Ｏ５を１０モルパーセント含有し円錐
形状の電界放出型冷陰極７を形成し、その近傍に実施例
１と同様、直径１μｍ程度の貫通孔８を有する引き出し
電極９を絶縁層１０上に形成する。上記の冷陰極と引き
出し電極間に約５０Ｖの電圧を印加すると、冷陰極表面
から電子が放出される。さらに、印加電圧を７０Ｖまで
上げると１μＡの放出電子電流が得られた。
陰極基体材料であるタングステンに低仕事関数酸化物の
一つであるＬａ２Ｏ５を１０モルパーセント含有し円錐
形状の電界放出型冷陰極７を形成し、その近傍に実施例
１と同様、直径１μｍ程度の貫通孔８を有する引き出し
電極９を絶縁層１０上に形成する。上記の冷陰極と引き
出し電極間に約５０Ｖの電圧を印加すると、冷陰極表面
から電子が放出される。さらに、印加電圧を７０Ｖまで
上げると１μＡの放出電子電流が得られた。
また、放出電子電流の経時変化をみると、１×１（１７
Ｔｏｒｒの真空度にもかかわらず、放出電子電流の変動
は全電流の１０％以内であり、従来の電界放出型冷陰極
と比較して、本発明による電界放出型冷陰極はかなり安
定動作が可能である。
Ｔｏｒｒの真空度にもかかわらず、放出電子電流の変動
は全電流の１０％以内であり、従来の電界放出型冷陰極
と比較して、本発明による電界放出型冷陰極はかなり安
定動作が可能である。
なお本実施例では、タングステン冷陰極基体にＬ ａ
２０ ｓを含有したが、冷陰極基体材料および含有材料
は本実施例に限定されるものではなく、実施例１に示し
た材料の使用が可能である。また、冷陰極基体材料に対
する酸化物および炭化物の含有量も本実施例に限定され
るものではなく、５モルパーセントから６０モルパーセ
ントの範囲まで含有することが可能である。
２０ ｓを含有したが、冷陰極基体材料および含有材料
は本実施例に限定されるものではなく、実施例１に示し
た材料の使用が可能である。また、冷陰極基体材料に対
する酸化物および炭化物の含有量も本実施例に限定され
るものではなく、５モルパーセントから６０モルパーセ
ントの範囲まで含有することが可能である。
実施例３
第３図に実施例３の電界放出型冷陰極の要部を示す。電
極は絶縁性基板１１の表面に冷陰極１２と引き出し電極
１３をお互いに平行平板状に対向させて構成されている
。冷陰極１２および引き出し電極１３は、厚さ２００Ａ
から１００ＯＡのタングステン冷陰極基体１４の表面に
低仕事関数酸化物の一つであるＬａ２Ｏ５膜１５を１０
０Ａ程度の厚さに被覆し形成される。上記の冷陰極と引
き出し電極間に６０〜８０ｖの電圧を印加すると、冷陰
極表面から電子が放出される。また、放出電子電流の経
時変化をみるとＮ ｌＸｌ０−”Ｔｏｒｒの真空度に
もかかわらず、放出電子電流の変動は全電流の５％以内
であり、従来の電界放出型冷陰極に比べかなり安定な動
作が得られた。
極は絶縁性基板１１の表面に冷陰極１２と引き出し電極
１３をお互いに平行平板状に対向させて構成されている
。冷陰極１２および引き出し電極１３は、厚さ２００Ａ
から１００ＯＡのタングステン冷陰極基体１４の表面に
低仕事関数酸化物の一つであるＬａ２Ｏ５膜１５を１０
０Ａ程度の厚さに被覆し形成される。上記の冷陰極と引
き出し電極間に６０〜８０ｖの電圧を印加すると、冷陰
極表面から電子が放出される。また、放出電子電流の経
時変化をみるとＮ ｌＸｌ０−”Ｔｏｒｒの真空度に
もかかわらず、放出電子電流の変動は全電流の５％以内
であり、従来の電界放出型冷陰極に比べかなり安定な動
作が得られた。
なお本実施例では、タングステン冷陰極基体に１、ａ２
０ａを約１０ＯＡの厚さに被覆したが、冷陰極基体材料
、被覆材料およびその膜厚は本実施例に限定されるもの
ではなく、実施例１に示した材料の使用が可能である。
０ａを約１０ＯＡの厚さに被覆したが、冷陰極基体材料
、被覆材料およびその膜厚は本実施例に限定されるもの
ではなく、実施例１に示した材料の使用が可能である。
発明の効果
本発明によれば、低仕事関数の抵抗材料を冷陰極基体に
被覆あるいは含有することにより、低電圧動作が可能で
かつ放出電子電流が安定な長寿命の電界放出型冷陰極が
得られる。この電界放出型冷陰極を表示装置に利用すれ
ば１００Ｖ以下での安定動作が可能となり、駆動回路の
消費電力が小さくなるだけでなく、ＩＣ化が可能となる
。
被覆あるいは含有することにより、低電圧動作が可能で
かつ放出電子電流が安定な長寿命の電界放出型冷陰極が
得られる。この電界放出型冷陰極を表示装置に利用すれ
ば１００Ｖ以下での安定動作が可能となり、駆動回路の
消費電力が小さくなるだけでなく、ＩＣ化が可能となる
。
第１図は、本発明の一実施例における電界放出型冷陰極
の部分断面図、第２図はζ本発明の他の実施例における
電界放出型冷陰極の部分断面図、第３図は、本発明の更
に他の実施例における要部斜視図、第４図は従来の電界
放出型冷陰極の要部斜視図である。 １．１４・・・冷陰極基体、２．１５・・・被覆膜、３
．７．１２．１７・・・冷陰極、４．８．１９・・・貫
通孔、５．９．１３ζ ２０・・・引き出し電極、８．
１０１１１．１８・・・絶縁層。
の部分断面図、第２図はζ本発明の他の実施例における
電界放出型冷陰極の部分断面図、第３図は、本発明の更
に他の実施例における要部斜視図、第４図は従来の電界
放出型冷陰極の要部斜視図である。 １．１４・・・冷陰極基体、２．１５・・・被覆膜、３
．７．１２．１７・・・冷陰極、４．８．１９・・・貫
通孔、５．９．１３ζ ２０・・・引き出し電極、８．
１０１１１．１８・・・絶縁層。
Claims (5)
- （１）冷陰極基体の表面が冷陰極基体材料より低い仕事
関数を有する化学的に安定な抵抗材料で被覆されている
ことを特徴とする電界放出型冷陰極。 - （２）冷陰極基体に冷陰極基体材料より低い仕事関数を
有する化学的に安定な抵抗材料を含有することを特徴と
する電界放出型冷陰極。 - （３）抵抗材料が金属酸化物であることを特徴とする請
求項１または２に記載の電界放出型冷陰極。 - （４）抵抗材料が希土類金属酸化物、または希土類金属
酸化物の少なくとも一つを含有する酸化物であることを
特徴とする請求項３に記載の電界放出型冷陰極。 （４）抵抗材料が金属炭化物であることを特徴とする請
求項１または２に記載の電界放出型冷陰極。 - （５）抵抗材料が遷移金属炭化物であることを特徴とす
る請求項４に記載の電界放出型冷陰極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4085389A JP2718144B2 (ja) | 1989-02-21 | 1989-02-21 | 電界放出型冷陰極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4085389A JP2718144B2 (ja) | 1989-02-21 | 1989-02-21 | 電界放出型冷陰極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02220337A true JPH02220337A (ja) | 1990-09-03 |
| JP2718144B2 JP2718144B2 (ja) | 1998-02-25 |
Family
ID=12592124
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4085389A Expired - Fee Related JP2718144B2 (ja) | 1989-02-21 | 1989-02-21 | 電界放出型冷陰極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2718144B2 (ja) |
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| JPS5148268A (ja) * | 1974-10-23 | 1976-04-24 | Hitachi Ltd | |
| JPS54134964A (en) * | 1978-04-12 | 1979-10-19 | Agency Of Ind Science & Technol | Manufacture of carbide field emitter |
| JPS5760367U (ja) * | 1980-09-26 | 1982-04-09 | ||
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| JPS60225345A (ja) * | 1984-04-20 | 1985-11-09 | Hitachi Ltd | 電界放射方法およびそれに用いる電子線装置 |
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1989
- 1989-02-21 JP JP4085389A patent/JP2718144B2/ja not_active Expired - Fee Related
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