JPH1012126A - 電界電子放出素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 均一度の高い電子ビームの放出ができ、か
つ、冷陰極及び陽極を正確・容易に形成できる。 【解決手段】 基板１４上に絶縁膜１３を積層し、この
絶縁膜１３上にて電子放出材料を積層・エッチングして
冷陰極１１及び陽極１２を形成する。複数の冷陰極１１
は、各先端部１１ｂから放出される電子ビーム１６相互
が平行でかつ基板１４と平行になる状態で配置されてい
る。陽極１２は、間隔をあけて冷陰極１１の周囲を囲繞
する状態で配置されており、この陽極１２により、冷陰
極１２に電界を印加する。なお、陽極１２のうち、先端
部１１ｂに対応する部分はエッチングにより削られてお
り、この部分は電子ビーム１６が通過する放出路１２ａ
となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電界電子放出素子
に関し、製作が容易でありながら、均一度の高い電子ビ
ームを放出することができるように工夫したものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】電界電子放出素子では、冷陰極と陽極と
が対向配置されており、陽極により冷陰極に高電界を印
加することにより、冷陰極の先端から電子が放出され
る。このような、電界電子放出素子は、電界放出電子ビ
ーム表示装置の蛍光発光管に適用されたり、この電界電
子放出素子をならべて電界放出電子銃アレイとして構成
して高輝度加速器の電子源に適用される。

【０００３】ここで、図５を参照して、いわゆるスピン
ト型と称せられる、従来の電界電子放出素子の代表的な
構成を説明する。同図に示すように、基板４上には、先
端が尖った形状となっている冷陰極１を間隔をあけて多
数並べている。そして、各冷陰極１の上にそれぞれ穴を
明けて陽極２を配置する構造としている。また基板４と
陽極２との間には絶縁膜３があり、この絶縁膜３のう
ち、冷陰極１を形成する部分は厚さ方向に円弧状にえぐ
られている。

【０００４】図５に示す従来の電界電子放出素子では、
陽極２により冷陰極１に高電界を印加すると、冷陰極１
から電子（電子ビーム）６が放出される。図５に示す構
造となっているいわゆるスピント型の電界電子放出素子
では、この電子６の放出方向は、基板４に垂直な方向と
なる。このように、従来では、基板４に垂直方向に電子
を放出するタイプのものが主流であった。

【０００５】また、冷陰極１の相互間隔を狭くすること
により、放出される電子６が高密度となり、大電流が得
られるという特徴がある。また、個々の素子を制御し、
蛍光板を発光させることにより、高解像度の画像が得ら
れる等の特徴がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図５に示す
従来の電界電子放出素子では、平面となっている基板４
上に、先端が尖った形状となっている多数の冷陰極１を
作製している。この場合、均一な電子ビームを得るため
には、冷陰極１および陽極２の穴を均等に多数形成しな
ければならない。しかし、先端の尖った特殊形状の冷陰
極１を多数均等に形成するのは難しかった。また冷陰極
１の上に穴の開いた陽極２を配置するため、穴が偏心し
たり、穴の径が不均一になったりするという問題があっ
た。この結果、従来の電界電子放出素子では均一度の高
い電子ビームを得ることは難しかった。

【０００７】本発明は、上記従来技術に鑑み、製作が容
易で且つ均一度の高い電子ビームを得ることのできる電
界電子放出素子を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の構成は、尖った先端を持つ冷陰極と、この冷陰極に
電界を印加することにより前記冷陰極の先端から電子を
放出させる陽極を備えた電界電子放出素子であって、陽
極と複数の冷陰極とが基板上の同一面に形成され、複数
の冷陰極は放出される電子の放出方向が相互に平行で且
つ基板と平行となるよう間隔をあけて一列に配置され、
前記陽極には電子が通過するための隙間が形成されてい
ることを特徴とする。

【０００９】また本発明の構成は、尖った先端を持つ冷
陰極と、この冷陰極に電界を印加することにより前記冷
陰極の先端から電子を放出させる陽極を備えた電界電子
放出素子であって、一定幅で且つ一定高さを持つ本体部
とこの本体部から延在し先端に向かうに従い細幅で且つ
薄厚となる錐状の先端部とを有する複数の冷陰極を、前
記先端部の先端から放出される電子の放出方向が相互に
平行となり且つ基板と平行となる状態で間隔をあけて、
基板の１つの面上に配置し、前記基板の前記１つの面上
に、前記各冷陰極の周囲のうち冷陰極の先端に対向する
部分を除く周囲に対して、隙間を介して囲繞する状態で
配置されて、前記各冷陰極に電界を印加する陽極を配置
したことを特徴とする。

【００１０】また本発明の構成は、前記冷陰極および前
記陽極は、半導体基板に配線パターンを形成する手法と
同等な手法により、前記基板上に形成されていることを
特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。

【００１２】図１は本発明の実施の形態にかかる電界電
子放出素子を示す断面図、図２は図１のII−II断面図、
図３は実施の形態にかかる電界電子放出素子の要部を示
す斜視図、図４は製作手順を示す説明図である。

【００１３】まず、図１〜図３を参照して、実施の形態
にかかる電界電子放出素子の構成について説明する。こ
れらの図に示すように、シリコン等で形成した基板１４
の上面には、絶縁膜１３が積層されている。この絶縁膜
１3 上に、複数の冷陰極１１並びに、陽極１２が形成さ
れている。冷陰極１１および陽極１２は、アルミニウム
等の電子放出材料を積層・エッチングすることにより形
成されている。

【００１４】冷陰極１１は、一定幅（図１の上下方向に
沿う一定長さ）で且つ一定高さ（厚さ、図１の紙面に対
して垂直な方向に沿う一定長さ）の本体部１１ａと、こ
の本体部１１ａから延在し、先端（図１で右方向に向か
う向き）に向かうに従い細幅で薄くなっている角錐状の
先端部１１ｂとを有している。先端部１１ｂは、上方か
らみると三角形状となっている。複数のこれら冷陰極１
１は、各先端部１１ｂから放出する電子ビーム１６相互
が平行で、かつ、電子ビーム１６が基板１４の上面に対
して平行となるよう、一列に（図１において上下方向に
沿い一列に）配置されている。

【００１５】陽極１２は、冷陰極１１の周囲（但し先端
部１１ｂの先に対応する部分を除く）に対して、隙間を
介して囲繞する状態で形成されている。また、先端部１
１ｂの先に相当する部分には陽極１２は無く、この部分
は電子ビーム１６が通過する放出路１２ａとなってい
る。

【００１６】先端部１１ｂおよび、放出路１２ａに位置
する絶縁層１３は、エッチング液１７によりエッチング
されている。なお、基板１４は、陽極１２の近傍で切断
されて切断面１４ａを有している。

【００１７】さらに、陽極１２には、ワイヤーボンディ
ング１９により印加電圧源１８が接続されている。印加
電圧源１８により陽極１２に電圧を加え、この陽極１２
により冷陰極１１に電界を印加すると、冷陰極１１のう
ち先端部１１ｂの特に先端に大きな電界が作用し、各先
端部１１ｂの先端から電子ビーム１６が放出される。各
電子ビーム１６の放出方向は平行であり、かつ、基板１
４の上面に対しても平行となっている。

【００１８】なお、上述した構成となっているため平行
となった複数の電子ビーム１６を放射することのできる
電界電子放出素子を、多数枚並べることにより、均一な
面状の電子ビーム１６を放出することもできる。つま
り、１枚の電界電子放出素子のみであれば、直線上の電
子ビーム１６を放出するだけであるが、多数枚を並べる
ことにより、従来と同様に、面状の電子ビーム１６の放
出ができ、しかも、本例では面状の電子ビーム１６の密
度を均一にすることができる。

【００１９】次に、本実施の形態にかかる電界電子放出
素子の製造手順を、図４（ａ）〜（ｄ）を参照して説明
する。

【００２０】図４（ａ）に示すように、先ず例えば、シ
リコン基板１４上に絶縁膜１３を積層する。次に図４
（ｂ）に示すように、絶縁膜１３のうち、冷陰極１１の
中心となる部分及びワイヤーボンディング用の位置をエ
ッチングし、絶縁膜１３が取り除かれた部分にイオン注
入１５を行う。

【００２１】さらに、図４（ｃ）に示すように、エッチ
ングをした絶縁膜１３の上にアルミニウム等の電子放出
材料を積層させ、パターンに従ってエッチングすること
により、冷陰極１１および陽極１２を描画する。このと
き、冷陰極１１の先端部１１ｂは、上方から見て三角形
の頂点となるよう形成する。

【００２２】最後に、図４（ｄ）に示すように、電子ビ
ーム１６を効率良く放出路１２ａに通すために冷陰極１
１の先端部１１ｂから放出路１２ａにかけて、放出路１
２ａの幅で、冷陰極１１の先端から陽極１２にかけてエ
ッチングをする。このとき、冷陰極１１よりも下の絶縁
層１３の方が、より多くえぐられるようなエッチング液
１７を選ぶことにより、陰極１１の先端部１１ａは図３
に示すように、さらに尖り、また、電子の放出路１２ａ
も確保される。

【００２３】上述したように、この電界電子放出素子で
は、冷陰極１１および陽極１２を、半導体基板に配線パ
ターンを形成する手法と同等な手法により、基板１４上
に形成するため、先端の尖った冷陰極１１と、この冷陰
極１１の先端部１１ｂに効果的に電圧を印加することの
できる陽極１２とを均等且つ正確に形成できる。このた
め均一度の高い電子ビーム１６の放出ができる。

【００２４】

【発明の効果】以上実施の形態とともに具体的に説明し
たように、本発明の電界電子放出素子によれば、均一度
の高い電子ビームの放出ができる。

【００２５】また、冷陰極および陽極を、半導体基板に
配線パターンを形成する手法と同等な手法により、基板
上に形成することができるので、均等で正確に冷陰極お
よび陽極を形成することが容易にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる電界電子放出素子
を示す断面図。

【図２】図１のII−II断面図。

【図３】本実施の形態にかかる電界電子放出素子の要部
を示す斜視図。

【図４】本実施の形態にかかる電界電子放出素子の製作
手順を示す説明図。

【図５】従来の電界電子放出素子を示す破断斜視図。

【符号の説明】

１ 冷陰極 ２ 陽極 ３ 絶縁膜 ４ 基板 ６ 電子（電子ビーム） １１ 冷陰極 １１ａ 本体部 １１ｂ 先端部 １２ 陽極 １２ａ 放出路 １３ 絶縁膜 １４ 基板 １４ａ 切断面 １５ イオン注入 １６ 電子ビーム １７ エッチング液

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 尖った先端を持つ冷陰極と、この冷陰極
   に電界を印加することにより前記冷陰極の先端から電子
   を放出させる陽極を備えた電界電子放出素子であって、 陽極と複数の冷陰極とが基板上の同一面に形成され、複
   数の冷陰極は放出される電子の放出方向が相互に平行で
   且つ基板と平行となるよう間隔をあけて一列に配置さ
   れ、前記陽極には電子が通過するための隙間が形成され
   ていることを特徴とする電界電子放出素子。
2. 【請求項２】 尖った先端を持つ冷陰極と、この冷陰極
   に電界を印加することにより前記冷陰極の先端から電子
   を放出させる陽極を備えた電界電子放出素子であって、 一定幅で且つ一定高さを持つ本体部とこの本体部から延
   在し先端に向かうに従い細幅で且つ薄厚となる錐状の先
   端部とを有する複数の冷陰極を、前記先端部の先端から
   放出される電子の放出方向が相互に平行となり且つ基板
   と平行となる状態で間隔をあけて、基板の１つの面上に
   配置し、 前記基板の前記１つの面上に、前記各冷陰極の周囲のう
   ち冷陰極の先端に対向する部分を除く周囲に対して、隙
   間を介して囲繞する状態で配置されて、前記各冷陰極に
   電界を印加する陽極を配置したことを特徴とする電界電
   子放出素子。
3. 【請求項３】 前記冷陰極および前記陽極は、半導体基
   板に配線パターンを形成する手法と同等な手法により、
   前記基板上に形成されていることを特徴とする請求項１
   または請求項２の電界電子放出素子。