JPH087747A - 電界放出陰極素子 - Google Patents
電界放出陰極素子Info
- Publication number
- JPH087747A JPH087747A JP14300694A JP14300694A JPH087747A JP H087747 A JPH087747 A JP H087747A JP 14300694 A JP14300694 A JP 14300694A JP 14300694 A JP14300694 A JP 14300694A JP H087747 A JPH087747 A JP H087747A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electron beam
- focusing point
- field emission
- cold
- cathode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 撮像管を動作させるに足る大きなビーム電流
が得られるとともに、電子ビーム径を小さく保ったまま
ビーム電流を段階的に増減できる機能をもたせた電界放
出陰極素子を実現する。 【構成】 複数の冷陰極３は、それぞれの冷陰極３から
放出される電子ビームの集束点Ｏを中心として半径Ｒの
円弧上に先端部が位置し、またその先端部を通り冷陰極
３の先端部分の中心線（対称軸）が集束点Ｏから放射状
に延びる直線に一致するように配置され、また、複数の
ゲート電極４が、冷陰極３先端部の両側に、かつ電子ビ
ームの集束点Ｏを中心として半径Ｒの円弧上に一方の端
面が一致もしくは、それに近い位置関係で半径Ｒの円弧
に沿って配置され、さらに、２個の陽極は電子ビームの
集束点Ｏを中心として、半径Ｐ（Ｐ＜Ｒ）の円弧上に一
致するよう、また、電子ビーム通過領域（陽極アパーチ
ャ）６を残してその両側に配置された構成とする。
が得られるとともに、電子ビーム径を小さく保ったまま
ビーム電流を段階的に増減できる機能をもたせた電界放
出陰極素子を実現する。 【構成】 複数の冷陰極３は、それぞれの冷陰極３から
放出される電子ビームの集束点Ｏを中心として半径Ｒの
円弧上に先端部が位置し、またその先端部を通り冷陰極
３の先端部分の中心線（対称軸）が集束点Ｏから放射状
に延びる直線に一致するように配置され、また、複数の
ゲート電極４が、冷陰極３先端部の両側に、かつ電子ビ
ームの集束点Ｏを中心として半径Ｒの円弧上に一方の端
面が一致もしくは、それに近い位置関係で半径Ｒの円弧
に沿って配置され、さらに、２個の陽極は電子ビームの
集束点Ｏを中心として、半径Ｐ（Ｐ＜Ｒ）の円弧上に一
致するよう、また、電子ビーム通過領域（陽極アパーチ
ャ）６を残してその両側に配置された構成とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばテレビジョンの
撮像管等に用いる電界放出陰極素子（冷陰極を用いた陰
極素子）に関し、特に複数の電界放出陰極素子を同時に
駆動して撮像管を動作せるに足る大きなビーム電流が得
られるとともに、電子ビーム径を小さく保ったままビー
ム電流を段階的に増加あるいは減少可能なビーム調整機
能をもたせたものである。
撮像管等に用いる電界放出陰極素子（冷陰極を用いた陰
極素子）に関し、特に複数の電界放出陰極素子を同時に
駆動して撮像管を動作せるに足る大きなビーム電流が得
られるとともに、電子ビーム径を小さく保ったままビー
ム電流を段階的に増加あるいは減少可能なビーム調整機
能をもたせたものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の電界放出陰極素子の放出電流は１
陰極素子当たりせいぜい数μＡ程度であるので、これよ
り大きい電流が求められる場合には同時に複数の素子を
駆動する必要がある。この事情を撮像管の場合を例にと
って説明する。撮像管にはこれまで熱陰極電子銃が用い
られているが、この熱陰極電子銃の代わりに曲率半径が
数十nm程度の尖鋭なチップによる電子放出領域を有する
微小電界放出冷陰極を用いると、上記熱陰極電子銃に比
べて、極端に微小な電子源であるがために、その結果、
撮像管の解像度が格段に向上できると期待される。
陰極素子当たりせいぜい数μＡ程度であるので、これよ
り大きい電流が求められる場合には同時に複数の素子を
駆動する必要がある。この事情を撮像管の場合を例にと
って説明する。撮像管にはこれまで熱陰極電子銃が用い
られているが、この熱陰極電子銃の代わりに曲率半径が
数十nm程度の尖鋭なチップによる電子放出領域を有する
微小電界放出冷陰極を用いると、上記熱陰極電子銃に比
べて、極端に微小な電子源であるがために、その結果、
撮像管の解像度が格段に向上できると期待される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、撮像管では陰
極からの放出電子の約1/4 のみしか光導電面での信号電
荷の読みとりに寄与しないために、電界放出陰極素子に
関する公開特許公報（特開平４−３１２７５２号、「電
子管装置」）に記載されているように、単純に、例えば
１個の縦型電界放出陰極素子を従来の熱陰極電子銃の代
わりに置き換えただけでは、撮像のダイナミックレンジ
はビーム電流として２〜３μＡ程度に限られてしまう。
従って、これより大きい信号電荷を読みとる場合には、
複数の電界放出陰極素子を同時に駆動する必要が生じ
る。
極からの放出電子の約1/4 のみしか光導電面での信号電
荷の読みとりに寄与しないために、電界放出陰極素子に
関する公開特許公報（特開平４−３１２７５２号、「電
子管装置」）に記載されているように、単純に、例えば
１個の縦型電界放出陰極素子を従来の熱陰極電子銃の代
わりに置き換えただけでは、撮像のダイナミックレンジ
はビーム電流として２〜３μＡ程度に限られてしまう。
従って、これより大きい信号電荷を読みとる場合には、
複数の電界放出陰極素子を同時に駆動する必要が生じ
る。
【０００４】ここで、この複数の電界放出陰極素子を同
時に駆動するにあたっては、これまでの陰極素子のフォ
トリソグラフィーによる微細加工技術では、素子間隔を
１μm 以下にすることはできないので、複数駆動して撮
像管の動作を広ダイナミック化する場合、電子源サイズ
として１μφ以下にとることは困難である。すなわち、
広ダイナミック化する場合には、尖鋭チップによる高解
像度特性を大きく犠牲にしなくてはならないという問題
点があった。
時に駆動するにあたっては、これまでの陰極素子のフォ
トリソグラフィーによる微細加工技術では、素子間隔を
１μm 以下にすることはできないので、複数駆動して撮
像管の動作を広ダイナミック化する場合、電子源サイズ
として１μφ以下にとることは困難である。すなわち、
広ダイナミック化する場合には、尖鋭チップによる高解
像度特性を大きく犠牲にしなくてはならないという問題
点があった。
【０００５】本発明の目的は上述した問題点を解決する
ために、複数の陰極を同時に駆動して電子ビーム径を小
さく保ったまま段階的にビーム電流を増加もしくは減少
することのできる電界放出陰極素子を得ることができる
とともに、その得られた電界放出陰極素子は焦点深度が
大きく、ほぼ平行な電子ビームを放出することができる
ようにすることにある。
ために、複数の陰極を同時に駆動して電子ビーム径を小
さく保ったまま段階的にビーム電流を増加もしくは減少
することのできる電界放出陰極素子を得ることができる
とともに、その得られた電界放出陰極素子は焦点深度が
大きく、ほぼ平行な電子ビームを放出することができる
ようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明電界放出陰極素子は、尖鋭な先端形状を有す
る複数の冷陰極を具えてなる電界放出陰極素子におい
て、前記複数の冷陰極のそれぞれは、該冷陰極の先端部
を通り該冷陰極の先端部分の中心線と該冷陰極から放出
される電子ビームの集束点から放射状に延びる直線とが
一致し、かつ前記先端部が前記集束点を中心とする同一
半径の円弧上に位置するように配置されるとともに、前
記複数の冷陰極のそれぞれは前記集束点を中心とする円
弧方向に隣接して配置されるゲート電極によって挟ま
れ、かつ前記複数の冷陰極から放出されるそれぞれの電
子ビームが前記集束点に集束するための陽極アパーチャ
を形成するように前記集束点の近傍の前記集束点を中心
とする円弧上に２個の陽極が配置されていることを特徴
とするものである。
め、本発明電界放出陰極素子は、尖鋭な先端形状を有す
る複数の冷陰極を具えてなる電界放出陰極素子におい
て、前記複数の冷陰極のそれぞれは、該冷陰極の先端部
を通り該冷陰極の先端部分の中心線と該冷陰極から放出
される電子ビームの集束点から放射状に延びる直線とが
一致し、かつ前記先端部が前記集束点を中心とする同一
半径の円弧上に位置するように配置されるとともに、前
記複数の冷陰極のそれぞれは前記集束点を中心とする円
弧方向に隣接して配置されるゲート電極によって挟ま
れ、かつ前記複数の冷陰極から放出されるそれぞれの電
子ビームが前記集束点に集束するための陽極アパーチャ
を形成するように前記集束点の近傍の前記集束点を中心
とする円弧上に２個の陽極が配置されていることを特徴
とするものである。
【０００７】また、本発明電界放出陰極素子は、前記冷
陰極、前記ゲート電極および前記陽極はそれぞれ同一の
絶縁物基板上に形成されていることを特徴とするもので
ある。
陰極、前記ゲート電極および前記陽極はそれぞれ同一の
絶縁物基板上に形成されていることを特徴とするもので
ある。
【０００８】また、本発明電界放出陰極素子は、前記絶
縁物基板はＳＯＩ基板であることを特徴とするものであ
る。
縁物基板はＳＯＩ基板であることを特徴とするものであ
る。
【０００９】
【実施例】以下に添付図面を参照し実施例により本発明
を詳細に説明する。図１(a), (b)および(c) は、本発明
電界放出陰極素子の一実施例として、それぞれ陰極素子
を絶縁物基板、例えばＳＯＩ（Silicon on Insulator)
基板上に形成したその上面図、図１(a) の点線Ｏ−Ｔに
沿って切断して示す横断面図および図１(a) の点線Ｏ−
Ｓに沿って切断して示す横断面図である。本実施例で
は、同図(b) および(c) に見られるように、陰極素子を
構成する各種電極（冷陰極、ゲート電極および陽極）
は、シリコン基板１の表面にシリコン酸化膜２が形成さ
れた絶縁物基板（ＳＯＩ基板）上にフォトリソグラフィ
ー等によって形成される。
を詳細に説明する。図１(a), (b)および(c) は、本発明
電界放出陰極素子の一実施例として、それぞれ陰極素子
を絶縁物基板、例えばＳＯＩ（Silicon on Insulator)
基板上に形成したその上面図、図１(a) の点線Ｏ−Ｔに
沿って切断して示す横断面図および図１(a) の点線Ｏ−
Ｓに沿って切断して示す横断面図である。本実施例で
は、同図(b) および(c) に見られるように、陰極素子を
構成する各種電極（冷陰極、ゲート電極および陽極）
は、シリコン基板１の表面にシリコン酸化膜２が形成さ
れた絶縁物基板（ＳＯＩ基板）上にフォトリソグラフィ
ー等によって形成される。
【００１０】次に本発明を構成する電極の配置につき説
明する。図１(a) に示すように、本発明電界放出陰極素
子を構成する電極は複数の冷陰極３、複数のゲート電極
４および２個の陽極５からなる。まず、複数の冷陰極３
は、それぞれの冷陰極３から放出れる電子ビームの集束
点Ｏを中心として半径Ｒの円弧上に、それらの先端部が
位置し、またその先端部を通り冷陰極３の先端部分の中
心線（対称軸）が集束点Ｏから放射状に延びる直線（電
子ビームの軌跡で図１(a) に点線にて示される）に一致
するように配置される。冷陰極３の数は作製する素子の
サイズ、素子の加工精度およびビーム電流の増加、減少
の調整規模等によって決める。
明する。図１(a) に示すように、本発明電界放出陰極素
子を構成する電極は複数の冷陰極３、複数のゲート電極
４および２個の陽極５からなる。まず、複数の冷陰極３
は、それぞれの冷陰極３から放出れる電子ビームの集束
点Ｏを中心として半径Ｒの円弧上に、それらの先端部が
位置し、またその先端部を通り冷陰極３の先端部分の中
心線（対称軸）が集束点Ｏから放射状に延びる直線（電
子ビームの軌跡で図１(a) に点線にて示される）に一致
するように配置される。冷陰極３の数は作製する素子の
サイズ、素子の加工精度およびビーム電流の増加、減少
の調整規模等によって決める。
【００１１】複数のゲート電極４は、複数の冷陰極３か
らそれぞれ電子ビームを引き出すためのもので、冷陰極
３の先端部の両側に配置され、電子ビームの集束点Ｏを
中心として半径Ｒの円弧上に一方の端面が一致し、もし
くはそれに近い位置関係で半径Ｒの円弧に沿って配置さ
れる。
らそれぞれ電子ビームを引き出すためのもので、冷陰極
３の先端部の両側に配置され、電子ビームの集束点Ｏを
中心として半径Ｒの円弧上に一方の端面が一致し、もし
くはそれに近い位置関係で半径Ｒの円弧に沿って配置さ
れる。
【００１２】また、２個の陽極は、電子ビームの集束点
Ｏを中心として半径Ｐ（Ｐ＜Ｒ）の円弧上に一致するよ
う、また、図示の電子ビーム通過領域（陽極アパーチ
ャ）６を残してその両側に配置される。これら冷陰極
３、ゲート電極４および陽極５の材料としては基板のＳ
ＯＩ膜をそのまま用いても作製することができるが、タ
ングステンＷなどの高融点金属やその他の材料を用いて
もよい。
Ｏを中心として半径Ｐ（Ｐ＜Ｒ）の円弧上に一致するよ
う、また、図示の電子ビーム通過領域（陽極アパーチ
ャ）６を残してその両側に配置される。これら冷陰極
３、ゲート電極４および陽極５の材料としては基板のＳ
ＯＩ膜をそのまま用いても作製することができるが、タ
ングステンＷなどの高融点金属やその他の材料を用いて
もよい。
【００１３】以上により、各冷陰極３と各ゲート電極４
との間に印加された電圧による電界によって放出される
電子ビームは、図１(a) に冷陰極３から集束点Ｏに向か
う点線で示すように、陽極５とゲート電極４との間の電
界によって点Ｏに向かって集束するように運動をするこ
とになる。なお、冷陰極３、ゲート電極４および陽極５
に印加すべき電位等は、従来の電界放出陰極の場合と変
わらないのでその説明は省略する。
との間に印加された電圧による電界によって放出される
電子ビームは、図１(a) に冷陰極３から集束点Ｏに向か
う点線で示すように、陽極５とゲート電極４との間の電
界によって点Ｏに向かって集束するように運動をするこ
とになる。なお、冷陰極３、ゲート電極４および陽極５
に印加すべき電位等は、従来の電界放出陰極の場合と変
わらないのでその説明は省略する。
【００１４】
【発明の効果】本発明電界放出陰極素子によれば、冷陰
極、ゲート電極、陽極のサイズを数ミクロン程度、およ
び陽極アパーチャを１ミクロン程度とすれば、焦点深度
が大きく、ほぼ平行な電子ビームを放出することのでき
る陰極素子が得られるので、多数の冷陰極から放出され
た電子ビーム径を１ミクロン以下に抑えることができ
る。また、電子ビームの発散角、焦点深度は半径Ｒ、Ｐ
をそれぞれ適宜設定することによって調整機能をもたせ
ることができる。以上により、従来のシリコンデバイス
作製におけるリソグラフィによる加工技術をそのまま用
いて、(1) 焦点深度が大きく、発散角の小さい電子ビー
ムを得、また(2) 電子ビーム径を小さく保ったまま、ビ
ーム電流を段階的に変化させることができる。
極、ゲート電極、陽極のサイズを数ミクロン程度、およ
び陽極アパーチャを１ミクロン程度とすれば、焦点深度
が大きく、ほぼ平行な電子ビームを放出することのでき
る陰極素子が得られるので、多数の冷陰極から放出され
た電子ビーム径を１ミクロン以下に抑えることができ
る。また、電子ビームの発散角、焦点深度は半径Ｒ、Ｐ
をそれぞれ適宜設定することによって調整機能をもたせ
ることができる。以上により、従来のシリコンデバイス
作製におけるリソグラフィによる加工技術をそのまま用
いて、(1) 焦点深度が大きく、発散角の小さい電子ビー
ムを得、また(2) 電子ビーム径を小さく保ったまま、ビ
ーム電流を段階的に変化させることができる。
【図１】本発明電界放出陰極素子の構成を示す図であ
る。
る。
１ シリコン基板 ２ シリコン酸化膜 ３ 冷陰極 ４ ゲート電極 ５ 陽極 ６ 陽極アパーチャ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 史郎 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本放 送協会放送技術研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】 尖鋭な先端形状を有する複数の冷陰極を
具えてなる電界放出陰極素子において、前記複数の冷陰
極のそれぞれは、該冷陰極の先端部を通り該冷陰極の先
端部分の中心線と該冷陰極から放出される電子ビームの
集束点から放射状に延びる直線とが一致し、かつ前記先
端部が前記集束点を中心とする同一半径の円弧上に位置
するように配置されるとともに、前記複数の冷陰極のそ
れぞれは前記集束点を中心とする円弧方向に隣接して配
置されるゲート電極によって挟まれ、かつ前記複数の冷
陰極から放出されるそれぞれの電子ビームが前記集束点
に集束するための陽極アパーチャを形成するように前記
集束点の近傍の前記集束点を中心とする円弧上に２個の
陽極が配置されていることを特徴とする電界放出陰極素
子。 - 【請求項２】 請求項１記載の電界放出陰極素子におい
て、前記冷陰極、前記ゲート電極および前記陽極はそれ
ぞれ同一の絶縁物基板上に形成されていることを特徴と
する電界放出陰極素子。 - 【請求項３】 請求項２記載の電界放出陰極素子におい
て、前記絶縁物基板はＳＯＩ基板であることを特徴とす
る電界放出陰極素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14300694A JPH087747A (ja) | 1994-06-24 | 1994-06-24 | 電界放出陰極素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14300694A JPH087747A (ja) | 1994-06-24 | 1994-06-24 | 電界放出陰極素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH087747A true JPH087747A (ja) | 1996-01-12 |
Family
ID=15328765
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14300694A Pending JPH087747A (ja) | 1994-06-24 | 1994-06-24 | 電界放出陰極素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH087747A (ja) |
-
1994
- 1994-06-24 JP JP14300694A patent/JPH087747A/ja active Pending
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