JPS62172636A - 画像のピックアップまたはディスプレイ用装置 - Google Patents

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】 本発明は、真空エンベロープ内のターゲットと、動作状
態において環状パターンに従って電子を放出する少なく
とも１つの陰極と、この陰極で発生された電子ビームの
クロスオーバー領域に陰極より放出された電子を通すア
パーチャを有する少なくとも１つの第１グリッドとを有
する陰極線管より成る画像のピックアップまたはディス
プレイ用装置に関するものである。

画像をピックアップする装置では、陰極線管は撮像管で
、ターゲットは感光層例えば光導電層である。画像をデ
ィスプレイする装置では、陰極線管は受像管で、一方タ
ーゲットはけい光物質の線またはドツトのパターンより
成る。このような装置は電子ＩＪ　）グラフ或は電子顕
微鏡にも用いることができる。

出願公開されたオランダ国特許出願第７９０５４７０号
には所謂「冷陰極」を有する陰極線管が示されている。

この陰極の動作は電子キャリヤのなだれ増倍（ａｖａｌ
ａｎｃｈｅ　ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ）が生じる
ようにｐｎ接合が逆方向に動作される半導体よりの電子
の放出に基く。電子の成るものはこの場合電子仕事関数
を越えるに必要な程の多くの運動エネルギを得ることが
可能であり、この電子はこの時半導体の主表面上で遊離
され、かくして電子流を供給する。

真空エンベロープには常に残留ガスが残っているので、
負および正イオンが前記の電子流によって残留ガスより
遊離される。負イオンはターゲットの方向に加速される
。静電偏向の場合にはこのイオンはターゲートの小さな
領域にｆＪｉ突し、ターゲットを損傷するかまたはその
動作を阻害することがある。この有害な影１Ｓを阻止す
るためにイオントラップが用いられる。負イオンに対す
るイオントラップは例えば米国特許第２．９１３．６’
１３号より知られている。

正イオンの一部は管内の加速および集束電界の影響を受
けて陰極の方向に移動する。若し特別な手段を構じなけ
れば、これ等のイオンの成るものは半導体に衝突し、こ
れを損傷する。

この損傷は、恐らくは存する例えばセシウムのような電
子仕事関数を下げる材料の層の徐々のスパッタリングを
含むこともある。陰極の放出特性は前記の材料の再分布
または更には完全な消失のために変化する。若しこの層
が無ければ（或いは前記のスパッタ機構によって完全に
無くなれば）半導体の主表面さえもが侵されることがあ
る。放出ｐｎ接合が主表面に平行でこの主表面から薄い
ｎ形表面領域によって分離されるようにした前記のオラ
ンダ国特許出願に記載された電子キャリヤのなだれ増倍
に基づき半導体陰極では、前記の主表面は前記の徐々な
スパッタリングの結果完全に消失することがあり、この
ため陰極が最早端がなくなる。１９７９年７月３１日に
出願公開された本願人の出願に係るオランダ国特許出願
第７８００９８７号に記載された同様タイプの冷陰極で
は、ｐｎ接合が半導体の主表面に露出されている。陰極
線管内の正イオンの前述の損傷の結果例えばｐｎ接合が
主表面に露出される場所が変ることがある。このため放
出の挙動が不安定になる。

ｐｎ接合が半導体陰極内で順方向に動作されるようにし
た別のタイプの陰極線管、所謂負電子親和陰極（ｎｅｇ
ａｔｉｖｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ａｆｆｉｎｉｔｙ　ｃ
ａｔｈｏｄｅ：ＮＥ＾陰極）では、スパッタリングがや
はり生じるため放出の挙動も影響される。ここでもやは
り、電子仕事関数を下げる材料の層が先ずスパックリン
グにより次第に消失する。したがって、陰極のｐｎｎ裏
表面領域侵され、陰極が最早や働かなくなるに至る。同
様の問題が例えば英国特許出願第８１３３５０１号およ
び同第８１３３５０２号に記載された半導体陰極のよう
な他の半導体陰極にも生じる。

このような半導体陰極でつくられた陰極管の寿命は前述
の理由で著しく短いことがわかった。

環状の放出パターンが通常の熱陰極によって１尋られる
ようにした冒頭記載のタイプの装置はフランス国特許出
願第１，３６１．１４３号より知られている。

一種のスパッタリングは例えば陰極材料としてバリウム
を有するこのような普通の陰極にも生じ得る。バリウム
の佃失は特別なバリウムの供給によって補償されること
は事実であるが、正イオンによる不均等な侵食（スパッ
タリング）のために電子放出の安定性は少なくなる。

本発明の目的は、正イオンの流れをそれが陰極に達する
以前に実質的に完全にトラップすることにより前記の欠
点を完全にまたは部分的に除去した冒頭記載のタイプの
装置を得ることにある。

この目的を達成するために本発明は次のようにしたこと
を特徴とするものである、すなわち、装置は、電子ビー
ムを通すアパーチャ内に放出面に直角な軸の領域にプレ
ートを有する少なくとも１つの特別なグリッドを有し、
この軸は環状パターンの軸と一致し、また前記のプレー
トはこの軸に対して垂直である。

本発明は、この手段によって、管部分内に発生された正
イオンが前記の特別なグリッドを越えて陰極に衝突する
ことがないという認識に基づいたものである。本発明は
更に、放出部分が適当に選ばれた幾何を有する半導体陰
極では、陰極と第１グリッドの間に発生されしかも低い
エネルギを有するイオンの極く一部しか前記のスパッタ
リング作用に寄与しないという認識に基づいたものであ
る。

問題のプレートは、１００マイクロメータ以下の幅また
は直径を有する１つまたはそれ以上のバーによって特別
なグリッドに連結されるのが好ましい。電子流の一部（
略々１０％）がこれによって阻止されるのは事実である
が、このことは、陰極線がディスプレイ装置として使用
される場合例えばけい光スクリーン上の電子源のイメー
ジの品質に殆ど影響を与えない。

特別なグリッドのアパーチャとプレートとの寸法は主と
して陰極線管内のグリッドの位置と環状パターンによっ
て決まるが、実際には、プレートの直径は５０マイクロ
メータと５００マイクロメータの間にあるのが好ましい
。この直径は、高エネルギイオンが実質的にこのアパー
チャを通らないように、第１グリッドのアパーチャの直
径よりも大きく選ぶのが好ましい。

本発明の好ましい実施例では、陰極は１つの主表面に少
なくとも１つの電子放出領域を有し、この領域は、投影
で見て、完全に第１グリッドのアパーチャの外側に位置
される。このような実施例では、電子レンズを越えて発
生され、その上グリッドを通過する高エネルギイオンに
より考えられ得る影響は実質上無視できる。

これに加え、このような半導体陰極は、電子が所定のク
ロスオーバーより所定の角度僅かに拡がって放出される
（このことは電子光学的観点より有利である〉ように有
利につくることができる。

電子がいわば円錐の表面に沿って動くので、輝度は、球
面収差を有するレンズによってさ程減少されることはな
い。

前記のオランダ国特許出願第７９０５４７０号に記載さ
れたような半導体陰極はこの目的に使用するのに有利で
あるが、例えばＮＥＡ陰極或いはまた前記のオランダ国
特許願第７８００９８７号または英国特許出願第８１３
３５０１号および同第８１３３５０２号に記載された陰
極のようなその他の半導体陰極を代わりに使用すること
もできる。

以下本発明を図面の実施例によって更に詳しく説明する
。

図面は寸法比通りのものではなく、図面を見易くするこ
めに特に厚さ方向の寸法を断面図では著しく誇張してい
る。同じ導電形の半導体領域は一般的に同じ方向に斜影
を施しである。図中対応する部分は同一符号で示しであ
る。

第１図は装置の一部の模型的断面図で、この実施例では
陰極線管はエンベロープ２内に陰極３を有し、この陰極
はこの実施例では逆バイアスｐｎ接合の電子なだれ増倍
によって電子を放出する半導体陰極である。更にこの陰
極線管は第１グリッド５とグリッド４を有し、これ等の
グリッドは、正°しい電圧が加えられると、電子光学的
な観点から陰極３と正のレンズを構成する。図示しない
陰極線管部分にはターゲットが設けられ、一方陰極３に
発生された電子ビーム６を偏向するために通常の手段が
それ以外に用いられる。電子の放出領域は第１図に符号
Ｉ３によって模型的に示されている。装置１は陰極線管
または電子顕微鏡の独立した部分を構成することもでき
る。

この例では電子は環状パターンに従って半導体陰極３に
発生される。この目的で、陰極３は、実際の放出領域の
区域において夫々深い拡散領域と薄いｎ形層とより成る
ｎ形領域９と１０が設けられたｐ形層板８を有する半導
体７（第２図参照）より成る。ｐ形層板８とｎ形領域、
９．１０間のｐｎ接合のブレークダウン電圧を低減する
ために、イオン打込により設けられたｐ形領域１１によ
って基板のアクセプタ濃度が局部的に増加される。

したがって電子放出は、電子放出面にセシウムのような
電子仕事関数を減少する材料の単原子層３３が設けられ
た、絶縁層１２のない環状領域１３内で行われる。若し
必要ならば、放出された電子を加速しまたは偏向する電
極１４を例えば酸化シリコンのこの絶縁層１２に設けて
もよい。この種の電極は、代わりに、下にある半導体を
正イオンまたは偏向された電子がこの半導体に衝突した
場合に生じ得る充電効果よりまもるのに用いることもで
きる。基板８は例えば高濃度にドープされたｐ形領域１
６と金属被覆１７を経て接続され、一方ｎ形領域は図示
しない接点金属被覆を経て接続される。被覆されるべき
領域は、その組立状態において（第１図参照）、例えば
接続導線２４を経てエンベロープ２の壁の貫通リード２
５に接続される。半導体陰極３のより詳細な説明につい
てはオランダ画特許出願第７９０５７１７０号を参照さ
れ度い。

陰極３により発生された電子はグリッド４と５により加
速される。グリッド４は動作時に低いかまたは更には負
の電圧を有しまた第１グリッド５（ダイヤフラム）は正
の電圧を有するので、これ等のグリッドは電子光学的な
観点から陰極と共に正のレンズを形成し、このレンズは
、領域１３内に発生された電子ビームをクロスオ−バ−
２２に収束させる。略々第１グリッド５（ダイヤフラム
）のアパーチャの領域にあるこのクロスオーバ・　−は
、例えば電磁手段により次いで偏向され加速される電子
ビームに対する電子ビームの実際の電子源として働く。

クロスオーバー２２は第１グリッド５のアパーチャの領
域において所定の寸法を有する。この寸法は第１グリッ
ド５のアパーチャの最小直径を決め、一方最大直径は、
電子放出の生じる環状領域１３の内径（この例では略々
２００マイクロメータ）によって決り且つこれよりも小
さい。

−この例ではグリッド４は０ボルトで動作され、一方２
６５ボルトの電圧が第１グリッド５に加えられる。クロ
スオーバー２２はこの場合４０〜５０マイクロメータの
直径をもつ。例えば１００マイクロメータの直径が第１
グリツ・ド５のアパーチャに選ばれる。

若し電子の衝突またはその他の手段によってエンベロー
プ内に正イオンが発生されると、これ等のイオンは陰極
３の方向に加速される。陰極３に発生された電子は主と
して中空の電子ビーム６の表面に沿って動く。このビー
ムは、その偏向電極３４が部分的に示された高電圧部分
内で偏向され、一方クロスオーバー２２はターゲット上
にド・クトとしてイメージされ、例えばけい光スクリー
ンに衝突する。

この場合クロスオーバー２２とターゲットの間の部分１
８で高エネルギの正イオンが遊離されることがある。そ
の大部分は略々軸３１に沿って動き、何等の手段も構じ
られないと、陰極３に衝突することになる。前記のイオ
ンは金属層１４（または恐らくは絶縁層１２）に衝突し
、このためこの層がスパッタリングにより侵されること
がある。

前記の正イオンは、グリッド４．５における電圧の結果
水がる電界のために、環状領域１３にも衝突する。この
こめこのような半導体陰極の寿命は著しく減／１２され
る。

本発明によれば、高エネルギの正イオンは、この例では
ブツシュ３８の一部をなす金属グリッド３７のアパーチ
ャ３６にある金属プレート３５によって捕捉される。前
記のブツシュのターゲットに面する側は開かれ、この実
施例ではクロスオーバー２２の方向にテーパーをつけら
れている。ブツシュはそのテーパーの端に中空の電子ビ
ーム６を通すアパーチャ３９を有する。この実施例では
、アパーチャ３６と３９は夫々略々３ｍ１Ｔｌと略々１
　＋ｎ＋ｎの直径を有する。金属プレート３５は薄いバ
ー４０（幅が略々５０マイクロメータ）を介してグリッ
ド３７に連結され（第３図参照）この実施例では略々３
００マイクロメータの直径を有する。この直径はブツシ
ュ内の位置に応じて変化するが、実際には５０マイクロ
メータから５００マイクロメータの範囲内に保たれる。

この実施例では前記のバー４０はビーム流の略々１０％
を阻止するが、これはイメージの品質（スポット品質）
に殆ど影響を与えない。

第１図の実施例ではブツシュ３８（したがってクリッド
３７）は略々１２００ボルトの電圧を有し、高圧の偏向
電極３４は略々１２キロボルトの電圧を有する。これ等
の電圧では、はぼすべての高エネルギ正イオンは軸３１
に沿った通路をたどり、この実施例では環状放出パター
ンの軸と一致する管軸に略々直角な金属プレート３５で
トラ、！プされることがわたった。

グリッド３７と金属プレート３５間のギャップを通る可
能性のある正イオンは、第１グリッド５によりトラップ
される。グリッド３７とクロスオーバー２２の間で電子
ビーム６内に発生された正イオンは管軸３１と略々平行
に加速され、第１グリッド５のアパーチャを通り抜け、
放出領域１３の範囲内の第２図に破線２３で示した領域
内で陰極３に衝突する。したがって放出は有害な影響を
受けることはないが、この実施例に示したように下にあ
る半導体を充電効果よりまもる電極１４を半導体陰極に
設ける方が好ましい。それ故この電ＩＩ　ｌ　４は導線
１５により不変または可変電圧に接続されるのが好まし
い。

この実施例では電子ビーム６の平面３２の領域で発生さ
れた正イオンは領域１３以外で陰極３に衝突するかまた
は陰極３に全く衝突しない。グリッド４，５における前
記の電圧により、陰極から略々１００マイクロメータで
発生されたイオンの極く僅かの部分のみが陰極の放出部
分特に略々４ＱｅＶのエネルギを有するセシウムの層に
衝突し、このため、・管内に発生された正イオンの有害
な影響は極（僅かな程度のセシウムのスパッタリングに
限られ、結晶損傷は阻止°されることがわたった。

グリッド４，５の電圧に応じて前記の距離およびエネル
ギに幾らかの変動が生じｉＴする。

陰極の感度は、放出領域１３を複数の個別の領域に分割
することにより更１ご低減することができる。このよう
な構造はまた陰極の安定性を増す。

冒頭に記載したように、本発明は熱陰極を有する真空管
にも用いることができる。この陰極の一部は同様に前に
述べたように正イオンによって有害な影１７を受けず、
このことは電子放出の大きな安定性につながる。この実
施例では環状の放出パターンの軸が管軸と一致する装置
を説明したが、これは厳密には必要でない、例えば、カ
ラーディスプレイの場合のように複数の陰極が用いられ
、その異なる環状パターン１３が管軸と一致しない軸を
有する場合がそうである。

本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可
能であることは当業者には明らかであろう。例えば、ビ
ーム電流の阻止される程度を減らすように金属プレート
３５をより少数のバーでグリッド３７に取付けてもよい
。代わりに金属プレート３５を例えばプツシ５３８のア
パーチャ３９内に取付けてグリッドを省略するようにし
てもよい。

他の種々のタイプの半導体陰極を代わりに選ぶこともで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の一部の模型的断面図、第２図は
このような装置に用いられる半導体陰極の模型的斜視図
、 第３図は特別なグリッドの平面図である。 ３・・・陰極　　　　　　　４・・・グリッド、５・・
・第１グリッド　　　６・・・中空ビーム訃・・ｐ形層
板　　　　　９・・・ｎ形領域１０・・・薄いｎ形領域
　　　１１・・・ｐ形領域Ｉ２・・・絶縁層　　　　　
　Ｉ３・・・環状放出領域１４・・・電極

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空エンベロープ内のターゲットと、動作状態にお
   いて環状パターンに従って電子を放出する少なくとも１
   つの陰極と、この陰極で発生された電子ビームのクロス
   オーバー領域に陰極により放出された電子を通すアパー
   チャを有する少なくとも１つの第１グリッドとを有する
   陰極線管より成る画像のピックアップまたはディスプレ
   イ用装置において、装置は、電子ビームを通すアパーチ
   ャ内に放出面に直角な軸の領域においてプレートを有す
   る少なくとも１つの特別なグリッドを有し、この軸は環
   状パターンの軸と一致し、また前記のプレートはこの軸
   に対して垂直に配向されたことを特徴とする画像のピッ
   クアップまたはディスプレイ用装置。 ２、プレートは少なくとも１つのバーにより特別なグリ
   ッドに連結された特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３、バーの幅または直径は１００マイクロメータ以下で
   ある特許請求の範囲第２項記載の装置。 ４、プレートは円形で、第１グリッドのアパーチャの直
   径よりも大きな直径を有する特許請求の範囲第１項、第
   ２項または第３項の何れか１項記載の装置。 ５、プレートは少なくとも５０マイクロメータで５００
   マイクロメータ以下の直径を有する特許請求の範囲第４
   項記載の装置。 ６、陰極は、１つの主表面に少なくとも１つの電子放出
   領域を有する半導体より成る特許請求の範囲第１項から
   第５項の何れか１項記載の装置。 ７、電子放出領域は、投影で見て、完全に第１グリッド
   のアパーチャの外側にある特許請求の範囲第６項記載の
   装置。 ８、電子放出領域は環状で、第１グリッドのアパーチャ
   の直径よりも大きな内径を有する特許請求の範囲第７項
   記載の装置。 ９、半導体は、第１グリッドのアパーチャの直径よりも
   大きな内径を有する環状パターン上に均等に分布された
   複数の電子放出領域を有する特許請求の範囲第７項記載
   の装置。 １０、半導体は、主表面に隣接するｎ形領域とｐ形領域
   間に少なくとも１つのｐｎ接合を有し、逆方向に電圧を
   加えることによって半導体より放出される電子がなだれ
   増倍によって発生され、半導体のｐｎ接合の向い側表面
   には絶縁層が設けられ、この絶縁層には少なくとも１つ
   のアパーチャが設けられ、ｐｎ接合は少なくとも前記の
   アパーチャ内で主表面に平行で、ｐｎ接合の他の部分よ
   りも低いブレークダウン電圧を局部的に有し、この低い
   ブレークダウン電圧を有する部分は、ブレークダウン電
   圧においてｐｎ接合の空乏層領域が表面迄延在せずに発
   生電子を通すのに充分な薄さの表面層により該表面より
   離れたままでいるような厚さとドーピング濃度を有する
   ｎ形導電層によって前記の表面より分離された特許請求
   の範囲第７項、第８項または第９項の何れか１項記載の
   装置。 １１、少なくとも１つの電極が絶縁層の少なくとも一部
   に設けられた特許請求の範囲第６項から第１０項の何れ
   か１項記載の装置。