JP2002260524A

JP2002260524A - 冷陰極電子源とそれを用いて構成した撮像装置、表示装置

Info

Publication number: JP2002260524A
Application number: JP2001061844A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Nanba; 正和難波; Toshiro Yamagishi; 敏郎山岸; Saburo Okazaki; 三郎岡崎; Yoshiro Takiguchi; 吉郎瀧口
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2001-03-06
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2002-09-13

Abstract

(57)【要約】【課題】電子ビームの発散角を抑えるようにした従来
の冷陰極電子源においては、上部電極とは異なる電圧を
印加する集束電極を必要としているため、集束電極用の
配線が新たに必要となり、配線のレイアウトが複雑にな
るという解決すべき課題があった。【課題】絶縁基板１上に下部電極２ａ、絶縁層４およ
び上部電極５が順次に形成されるとともに、その上部電
極５から前記絶縁層４までが部分的に除去され、除去さ
れた部分に円錐状でかつ下部電極２ａと同電位の電子放
出部３が設けられ、上部電極５が下部電極２ａに対して
高電位となるように両電極間に電圧を印加して真空中で
電子放出を行わせる冷陰極電子源において、電子放出部
３の少なくとも１個を含む領域の外側の領域では、下部
電極２ｂ上に前記絶縁層４および上部電極５が順次に形
成されていないように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空容器内で電子
ビームを放出する冷陰極電子源に係り、特に、集束機能
をもたせた冷陰極電子源とそれを用いて構成した撮像装
置、表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】フラットパネルディスプレイの候補のひ
とつとして提案されているＦＥＤ（Field Emission Dis
play）に使用される代表的な冷陰極電子源として、従来
から知られているものにスピント（Spindt）型がある。
このスピント型冷陰極電子源は、真空中に保持した円錐
状の電子放出部とそれを取り巻くように配置した上部電
極とを有し、電子放出部の先端近傍と上部電極間の電界
強度を強め、これにより電界放出を起こさせ、電子放出
部の先端から電子が放出されるようにしたものである。

【０００３】図１２は従来の冷陰極電子源の構造を断面
図にて示している。図１２において、１は絶縁基板、２
は下部電極、３は電子放出部、４は絶縁層、５は上部電
極、および６は開口である。この構造のものにおいて、
電子放出に必要な電界は、上部電極５に電子放出部３よ
り高い電圧を印加することによって作り出される。しか
し、この冷陰極電子源から放出される電子ビームの発散
角は２０〜３０°と大きいことが知られている。

【０００４】このため、スピント型冷陰極電子源からの
電子ビームの発散角を抑え、高精細な電子ビームを作り
出す手段として、さらに、集束電極を付加した冷陰極電
子源が、特開平10-199400 号公報、および論文W.D.Kesl
ing et al.“ BEAM FOCUSINGFOR FIELD EMISSION FLAT
PANEL DISPLAYS " Proceedings of the 7th Internatio
nal Vacuum Microelectronics Conference,Grenoble,Fr
ance,4-7July,1994,pp.135-138 に記載されている。

【０００５】図１３は、特開平10-199400 号公報記載の
冷陰極電子源を示している。この冷陰極電子源は、図１
２に示す冷陰極電子源において、上部電極５上に第二絶
縁層７を堆積し、さらに、その第二絶縁層上に集束電極
８を形成したものである。この場合においても、図１２
に示す冷陰極電子源と同様、上部電極５に電子放出部３
より高い電圧を印加することによって電子ビームを放出
させる。また、集束電極８には、上部電極５よりも低い
電圧を印加することでその間（集束電極８と上部電極５
との間）に集束電界を形成し、電子放出部３から放出さ
れる電子ビームの集束を行っている。

【０００６】図１４は、W.D.Kesling et al.の論文に記
載の冷陰極電子源を示している。この冷陰極電子源は、
図１２に示す冷陰極電子源の上部電極５と同一平面上
に、上部電極５を取り囲むように集束電極９を形成した
もものである。図１２に示す冷陰極電子源と同様、上部
電極５に電子放出部３より高い電圧を印加することによ
って電子ビームを放出させる。また、集束電極９には、
上部電極５より低い電圧を印加することでその間（集束
電極９と上部電極５との間）に集束電界を形成し、電子
放出部３から放出される電子ビームの集束を行ってい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】冷陰極電子源からの電
子ビームの発散角を抑え、高精細な電子ビームを作り出
すという目的に対しては、上述した図１３および図１４
に示す冷陰極電子源は、相当程度の効果がある。しか
し、図１３に示す冷陰極電子源は、第二絶縁層７と集束
電極８の形成のため、それぞれの材料堆積および形状加
工の工程が必要になる。特に、開口部６の大きさを制御
するためには、工程が複雑になり、製造コストの上昇、
および歩留まりの低下が起こってしまうという解決すべ
き課題があった。

【０００８】上記のほか、図１３に示す冷陰極電子源
は、集束電極８の電位が、電子放出部３と上部電極５の
間に影響を及ぼして電子の引き出し電界を弱めるため、
放出電子が減ってしまうのみならず、集束電極８は放出
電子の軌道上に位置するため、電子ビームに対して集束
電極８が影になり、最終的に放出される電子ビームの量
が減少してしまうという解決すべき課題があった。

【０００９】また、図１４に示す冷陰極電子源は、上部
電極５と集束電極９が同一平面上に存在するため、上部
電極５の形状加工の際に、同時に集束電極９を形成でき
るため製作工程は簡単になる。しかし、同一平面上で集
束電極９に上部電極５とは異なる電圧を与えるための配
線が必要となり、従って、集束電極９を設けることは配
線の引き回しが複雑になるとともに、絶縁用のギャップ
を考慮すると集積密度を上げることが難しくなるという
解決すべき課題があった。

【００１０】以上のように、図１３、１４示す冷陰極電
子源では、上部電極５とは異なる電圧を印加する集束電
極８，９をそれぞれ付加するため、それら集束電極用の
配線が新たに必要となり、冷陰極電子源を多数並べた構
造の冷陰極電子源マトリクスアレイを製作しようとする
と、配線のレイアウトが複雑になるとともに、絶縁部分
からリークを起こす要因が増え、信頼性が低下するとい
う解決すべき課題があった。

【００１１】本発明の目的は、上述した従来技術の課題
を解決するべく、電子ビームの量を減少させることな
く、配線数の増加を必要とせず、また、配線の引き回し
による電子放出部の集束密度の低下をなくし、それによ
り製作を容易にし、歩留まりを向上させた冷陰極電子源
とそれを用いた撮像装置、表示装置を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明冷陰極電子源は、絶縁基板上に下部電極、絶
縁層および上部電極が順次に形成されるとともに、前記
上部電極から前記絶縁層までが部分的に除去され、該除
去された部分に円錐状でかつ前記下部電極と同電位の電
子放出部が設けられ、前記上部電極が前記下部電極に対
して高電位となるように両電極間に電圧を印加して真空
中で電子放出を行わせる冷陰極電子源において、前記電
子放出部の少なくとも１個を含む領域の外側の領域で
は、前記下部電極上に前記絶縁層および前記上部電極が
順次に形成されていないようにしたことを特徴とするも
のである。

【００１３】また、本発明冷陰極電子源は、前記電子放
出部の少なくとも１個を含む領域においては、前記下部
電極が前記外側の領域におけるよりも低くなっているこ
とを特徴とするものである。

【００１４】また、本発明冷陰極電子源は、前記下部電
極と前記絶縁層との間に高抵抗層が介挿されていること
を特徴とするものである。

【００１５】また、本発明撮像装置は、本発明による冷
陰極電子源を用いて構成したことを特徴とするものであ
る。

【００１６】また、本発明表示装置は、本発明による冷
陰極電子源を用いて構成したことを特徴とするものであ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照し、発明の
実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。実施形態１図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に
なる冷陰極電子源をそれぞれ断面図および平面図にて示
している。図１において、１は絶縁基板、２ａは下部電
極、２ｂは集束電極、３は電子放出部、４は絶縁層、５
は上部電極、および６は開口である。

【００１８】本実施形態は、その構造（特に、図１
（ａ））を図１２に示す従来の冷陰極電子源と比較すれ
ば明らかなように、電子放出部３が１つあるか３つある
かの違いは別として、図１２においては、下部電極２の
すべての領域で、下部電極２上に絶縁層４と上部電極５
が形成されているのに対し、本実施形態である図１
（ａ）においては（本実施形態以外の本発明による冷陰
極電子源も皆そうであるが）、電子放出部３の少なくと
も１個を含む領域の外側の領域では、下部電極２上に絶
縁層４と上部電極５が形成されていない点で異なってい
る。

【００１９】この絶縁層４と上部電極５が形成されてい
ない領域の下部電極２のことを、当該電極が電子ビーム
を集束する作用を有することから、これを集束電極２ｂ
として下部電極２と区別する。また、本発明では、下部
電極も従来の下部電極２と区別する意味で下部電極２ａ
とする。下部電極２ａと集束電極２ｂとは絶縁基板上に
一体に形成されていて、勿論同電位である。

【００２０】ここでは、本実施形態（第１の実施形態）
になる冷陰極電子源の製造方法について説明する。ま
ず、絶縁基板１としては、例えば、石英ガラス、サファ
イアガラス、ホウ珪酸ガラス、鉛ガラス、ソーダライム
ガラス、あるいは真性のシリコンなどからなる所定の厚
さの基板が用いられる。そして、絶縁基板１の一方の表
面に、Ｍｏ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｗ，Ａｕおよび
Ｃｕの少なくとも１種からなる導電材料を、スバッタ
法、真空蒸着法、あるいはめっき法などにより２００ｎ
ｍ程度の一様な厚さに堆積させ、次いでフォトリソグラ
フイ法やイオンエッチング法などを用いて所望の形状に
することにより下部電極２ａと集束電極２ｂを形成す
る。例えば、本実施形態の場合、帯状に形成する。

【００２１】次に、下部電極２ａと集束電極２ｂが形成
された絶縁基板１の表面に、ＳｉＯ ₂ ，ＳｉＯ_x などの
シリコン酸化物やＳｉ₃ Ｎ₄ などのシリコン窒化物から
なる絶縁層４を、真空蒸着法、スパック法、あるいは化
学気相成長法などを用いて１μｍ程度の厚さに形成す
る。さらに、この絶縁層４の表面に、Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔｉ
およびＷの少なくとも１種からなる導電性の高い高融点
金属で構成される上部電極５を、スパッタ法や真空蒸着
法などを用いて４００ｎｍ程度の一様な厚さに堆積させ
て形成する。

【００２２】次に、上部電極５から下部電極２ａに達す
る穴を形成し、その中に電子放出部３を形成する工程に
ついて説明する。まず、上述のようにして形成した上部
電極５に、フォトリソグラフイ法で直径１μｍ程度の開
口６を形成する。次に、反応性イオンエッチングなどの
異方性ドライエッチングで、残された上部電極５をマス
クとし、絶縁層４を下部電極２ａに向かってほぼ垂直に
方向性よくエッチングし、引き続き、ウェット方式のエ
ッチングを行い、等方性にエッチングして、下部電極２
ａを露出させ電子放出部３形成用の穴を形成する。

【００２３】次に、約２０度の斜め方向蒸着法で、上部
電極５の表面にのみ、リフトオフ用Ａｌ層を３００乃至
７００ｎｍ程度の厚さに形成する。この斜め方向蒸着法
によってリフトオフ層の材料（Ａｌ）が上部電極５に対
して浅い角度で入射するようにしているため、開口６の
絶縁層４部分の壁面や、開口６の底面となる下部電極２
ａにはＡｌ層は形成されない。このようにして形成され
たリフトオフ層（Ａｌ層）の表面に、Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔ
ｉ，Ｗ，ＡｕおよびＰｔの少なくとも１種からなる導電
性の高い高融点金属層を真空蒸着法やスパッタ法により
１，０００ｎｍ程度の厚さに蒸著すると、開口６の下に
設けられた穴の中に円錐状の電子放出部３が形成され
る。

【００２４】引き続き、リフトオフ層をウェットエッチ
ングによってリフトオフすることにより、電子放出部
３、上部電極５を表面に露出させる。その後、フォトリ
ソグラフイ法で、上部電極５を、マスクを用いて所望の
形状（例えば、図１（ｂ）に示す形状）に形成するとと
もに、さらにそのマスクを用い、ドライエッチング等で
絶縁層４を下部電極に向かってエッチングし、下部電極
を露出させることにより集束電極２ｂを形成する。この
とき、上部電極５の形状によって露出される集束電極２
ｂの形状が決まる。

【００２５】以上の工程によって製作された冷陰極電子
源において、真空中で、上部電極５に下部電極２ａより
高い電圧を印加すると、下部電極２ａと同電位にある電
子放出部３の先端と上部電極５との間の強い電界によっ
て電子放出部３の先端から電子が放出される。このとき
同時に、下部電極２ａ同電位にある集束電極２ｂの電位
と上部電極５の電位との相互作用による電界分布が上部
電極５の周辺部に作られる。この作られた電界によっ
て、電子放出部３の先端から放出された電子のうち発散
角の大きいものはその軌道を上部電極５の中心方向に修
正されるため、放出された電子ビームの広がりが抑えら
れる。

【００２６】このように、電子放出に必要な電位差を上
部電極５と集束電極２ｂとの間に付与するだけで、電子
ビームの集束を行うことができるため、電子ビーム集束
のための新たな配線や電圧の印加を不要にし、従来技術
と比較して構造の簡略化、駆動の簡略化に寄与し、従っ
て、製造コストの低減、歩留まり率、信頼性を向上させ
ることができる。また、上部電極５と集束電極２ｂとが
同一平面上に存在する従来ものに比べ、本実施形態（第
１の実施形態）によるものは、上部電極５と集束電極２
ｂとの間の距離が離れていることによって絶縁耐圧も向
上し、さらに歩留まりが上がる。なお、電子ビームの放
出を行うための電界は、上部電極５と下部電極２ａとの
間の電位差が大きければ大きいほど強くなるため、放出
させる電子ビームの量を増やすためには、上部電極５と
下部電極２ａとの間に高い電位差の電圧を印加すればよ
い。

【００２７】実施形態２図２（ａ）および（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に
なる冷陰極電子源をそれぞれ断面図および平面図にて示
している。図２において、１は絶縁基板、２ａは下部電
極、２ｂは集束電極、３は電子放出部、４は絶縁層、５
は上部電極、および６は開口である。

【００２８】ここでは、本実施形態と上述した第１の実
施形態との違いについてのみ説明する。第１の実施形態
においては、マトリクスアレイを構成する複数の電子放
出部３全体を下部電極を露出させた集束電極２ｂが取り
囲んでいるが、本実施形態では、各電子放出部３毎に下
部電極を露出した部分を形成し、これを集束電極２ｂと
したものである。本実施形態の冷陰極電子源も、第１の
実施形態の冷陰極電子源と同様の工程で製造することが
できる。

【００２９】実施形態３図３は、本発明の第３の実施形態になる冷陰極電子源を
断面図にて示している。図３において、１は絶縁基板、
２ａは下部電極、２ｂは集束電極、４は絶縁層、および
５は上部電極である。本実施形態の冷陰極電子源も、上
述した第１および第２の実施形態の冷陰極電子源と同等
の効果が得られる。

【００３０】以下では、本実施形態（第３の実施形態）
になる冷陰極電子源の製造方法について説明する。ま
ず、第１の実施形態で用いたのと同じ材料からなる絶縁
基板１上に、Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｐ
ｔ，Ｎｂ，Ｎｉ，ＣｕおよびＺｎの少なくとも１種から
なる導電性の高い金属材料を、スパッタ法、真空蒸着
法、あるいはめっき法などを用いて５０乃至１５０ｎｍ
程度の一様な厚さに堆積させることにより下部電極２ａ
と集束電極２ｂを形成する。

【００３１】次に、この絶縁基板１上に形成された下部
電極２ａと集束電極２ｂの表面に絶縁層４を１０乃至
１，０００ｎｍ程度の厚さに形成する。この絶縁層４
は、ＳｉＯ，ＳｉＯ₂ ，ＳｉＯ_x ，Ａ１₂ Ｏ₃ ，ＺｒＯ
₂ ，ＴｉＯ₂ ，Ｔａ₂ Ｏ₃ ，Ｔａ₂ Ｏ₅ およびＮｂ₂ Ｏ
₅ の少なくとも１種からなる酸化物、ＺｎＳやＣｄＳな
どの硫化物、あるいはＣａＦ₂ やＭｇＦ₂ などのフツ化
物を真空蒸着法、スパッタ法、化学気相成長法、あるい
は塗布法などにより形成したももの、シリコンナノクリ
スタルを堆積し急速熱酸化させたもの、あるいはシリコ
ンなどの高分子であってもよい。なお、図３に示す実施
形態においては、絶縁層４は１層であるが、これは、異
なる材料からなる２層以上のものであってもよい。ま
た、多層の場合、下部電極２ａ側の層をＳｉなどの半導
体に置き換えてもよい。

【００３２】次に、絶縁層４の表面に、Ａｕ，Ａｇ，Ａ
ｌ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｐｔ，Ｗ，ＮｂおよびＺｎの少
なくとも１種からなる導電性の高い金属材料を、スパッ
タ法、真空蒸着法、めっき法、あるいは塗布法などによ
り、１０乃至１５０ｎｍの一様な厚さに堆積させ、上部
電極５を形成する。次に、得られた上部電極５を所望の
形状に形成するに際して、上部電極５の不要な部分のエ
ッチングともに絶縁層４もエッチングし、集束電極２ｂ
を露出させるようにして本実施形態（第３の実施形態）
の冷陰極電子源を製作することができる。

【００３３】一般に、この種の面放出型の冷陰極電子源
では、下部電極２ａに対して上部電極５に高い電位を与
えると上部電極から一様に電子が放出され、その発散角
は小さいといわれているが、実際には、電子放出面であ
る上部電極５のエッジ付近から放出される電子の発散角
は大きくなる。しかし、本実施形態（第３の実施形態）
によれば、露出した集束電極２ｂと上部電極５との間に
形成される電界により電子が広がるのを抑えることがで
きる。

【００３４】以上説明した第１乃至第３までのいずれの
実施形態においても、集束電極２ｂは上部電極５より下
面に位置し、放出された電子ビームに対して集束電極２
ｂが遮蔽物になっていないため、電子の反射や捕獲によ
って電子ビームの軌道が乱されることはない。また、集
束電極２ｂａの電位が上部電極５と電子放出部３と間の
電界に影響を及ぼし、そのため電子ビームの量が減少す
るなどのこともないので、これらの実施形態において効
率的に電子ビームの集束を行うことができる。

【００３５】実施形態４図４および図５は、ともに本発明の第４の実施形態にな
る冷陰極電子源を断面図にて示している。図４におい
て、１は絶縁基板、２ａは下部電極、２ｂは集束電極、
３は電子放出部、４は絶縁層、５は上部電極、および６
は開口である。また、図５において、１は絶縁基板、２
ａは下部電極、２ｂは集束電極、４は絶縁層、および５
は上部電極である。

【００３６】本実施形態は、絶縁基板１上に下部電極２
ａと集束電極２ｂを形成するに先立って、図示のよう
に、下部電極２ａが集束電極２ｂよりも低くなるように
基板１の一方の表面に高低差を設けることによって、下
部電極２ａと上部電極５の間に挟まれる絶縁層４の厚さ
とは無関係に、集束電極２ｂと上部電極５の高さ方向の
距離を近づける構造としており、これにより、上述した
第１乃至第３の実施形態よりも集束電界を強めることが
できる。

【００３７】以下では、本実施形態（第４の実施形態）
になる冷陰極電子源の製造方法について説明する。ま
ず、絶縁基板１の表面にフォトリソ法などの方法でマス
クを形成し、下部電極２ａとなる領域を反応性イオンエ
ッチングなどのドライエッチングや、ウェットエッチン
グなどを用いて基板の厚さ方向に掘り下げ絶縁基板１に
段差を形成する。図６（ａ）は、このようにして段差が
形成された絶縁基板１を示している。図中、ハッチの部
分がマスクである。

【００３８】図６（ｂ）は、第１の実施形態で説明した
ように、段差が形成された絶縁基板１上に下部電極２
ａ、絶縁層４および上部電５を順次形成し、得られた層
構造のものについて、上部電極５から下部電極２ａに向
かって穴を開け、その穴の中に電子放出部３を形成した
状態を示している。引き続き、上部電極２上の集束電極
２ｂとなる部分以外の領域にフォトリソ法などを用いて
マスク形成し、集束電極２ｂとなる部分の上部電極５と
絶縁層４をエッチングして除去すると、図４に示す構造
の冷陰極電子源を製作することができる。

【００３９】本実施形態（第４の実施形態）によれば、
最初に絶縁基板１に施す段差の高低差によって集束電極
２ａと上部電極５との相対的な高さが決まるので、電子
放出部３に関しては従来の設計および製作工程を用いる
ことができ、なおかつ、電子放出部３の絶縁耐圧、電子
放出特性などに関与するディメンションの設計は、自由
に選択できる利点を有している。

【００４０】上記においては、絶縁基板１に段差を形成
する方法として、エッチングなどによって掘り下げるも
のとしたが、これは、マスクを使った真空蒸着法、スパ
ッタリング法、ＣＶＤ法、あるいは塗布法などによって
部分的に絶縁物、導電物、半導体を堆積する方法によっ
ても形成することができる。また、絶縁基板１をシリコ
ン基板として、例えば、図７に示すように、ＬＯＣＯＳ
法などの部分的酸化法を用いて形成するようにしてもよ
い。

【００４１】実施形態５図８は、本発明の第５の実施形態になる冷陰極電子源を
断面図にて示している。図８において、２ｂは集束電
極、３は電子放出部、４は絶縁層、５は上部電極、およ
び１０は導電性基板である。

【００４２】本実施形態は、上述した第１乃至第４の実
施形態中、それぞれの実施形態において使用した絶縁基
板１に代えて、金属や高濃度の不純物をドープした半導
体などの導電性の高い導電性基板１０を使用したもので
あり、導電性基板１０自体を下部電極２ａおよび集束電
極２ｂとして用いることができる。

【００４３】実施形態６図９は、本発明の第６の実施形態になる冷陰極電子源を
断面図にて示している。図９において、１は絶縁基板、
２ａは下部電極、２ｂは集束電極、３は電子放出部、４
は絶縁層、５は上部電極、６は開口、および１１は抵抗
層である。

【００４４】本実施形態は、電子放出部３と下部電極２
ａの間にアモルフアスシリコンなどの抵抗層１１を形成
したものである。本実施形態によれば、電子ビーム放出
時に流れる電流によって抵抗層１１内で、例えば、３Ｖ
の電圧降下が起こると、電子放出部３の電位に対して、
下部電極２ａの電位も３Ｖ低くなるため、相対的に集束
電界を強めることになり、集束効果を増大することがで
きる。なお、図９に示す構成は、上述した第１の実施形
態において、電子放出部３と下部電極２ａとの間に抵抗
層１１を形成したものであるが、これは、第１の実施形
態に限られることなく、上述した第２乃至第５の実施形
態にも同様に適用可能である。

【００４５】実施形態７図１０は、本発明の第７の実施形態になる冷陰極電子源
を平面図にて示している。図１０において、１は絶縁基
板、２ａは下部電極、２ｂは集束電極、５は上部電極、
１２は電子放出領域、１３はＸアドレス選択駆動回路、
および１４はＹアドレス選択駆動回路である。

【００４６】本実施形態は、上述した第１の実施形態に
おいて、下部電極２ａを形成する工程と上部電極５を形
成する工程で、これら両電極２ａ，５を互いに直交する
細い帯状に分割形成し、Ｘ−Ｙマトリクスアレイ化した
ものであるる。本実施形態によれば、多数並べられた細
い帯状の下部電極２ａと上部電極５のうちから任意に選
択したマトリクの交点に、例えば、下部電極２ａに０
Ｖ、上部電極５に２０乃至１００Ｖの電圧を印加するこ
とにより、その交点の電子放出領域１２から電子を放出
させることができ、また同時に、電子放出領域の周囲に
露出している集束電極２ｂによって電子ビームを効果的
に集束させることができる。

【００４７】図１０において、Ｘアドレス選択駆動回路
１３とＹアドレス選択駆動回路１４により、マトリクの
交点を順次切り替えていけば、多数並べられた電子放出
領域のうちからそれら交点に対応する位置の電子を順次
放出させることができる。なお、本実施形態は、上述し
た第１乃至第６のすべての実施形態に対して適用するこ
とができ、すべての場合に製造も容易であり、また効果
も同じである。

【００４８】図１１は、本発明になる冷陰極電子源を用
いて構成した本発明撮像装置を概念図にて示している。
図１１において、１３はＸアドレス選択駆動回路、１４
はＹアドレス選択駆動回路、１５は電子源マトリクスア
レイ、１６は光電変換部、１７はフエースプレート、１
８は透明電極、１９は光導電膜、および２０は信号電極
である。

【００４９】本発明撮像装置は、電子源マトリクスアレ
イ１５（例えば、図１０に示したもの）と光電変換部１
６とが真空容器内（図示しない）で所定の間隔に対向支
持された構造のものである。ここに、光電変換部１６
は、ガラスあるいは石英からなるフエースプレート１７
と、そのフエースプレートの裏面（電子源マトリクスア
レイ１５に近い側の面）に形成されＳｎＯ₂ やＩｎなど
からなる透明電極１８と、さらに透明電極に接してフエ
ースプレート１７とは反対側に形成され、例えば、Ｓｅ
−Ａｓ−Ｔｅ，Ｓｂ₂ Ｓ₃ ，ＰｂＯあるいはＣｄＳｅな
どからなる光導電膜１９とで構成されている。そして、
フエースプレート１７には、透明電極１８から撮像出力
信号を取り出すための信号電極２０が貫通している。

【００５０】動作につき説明する。まず、光学系（図示
しない）を用い、フエースプレート１７を通して光導電
膜１９に光学像が結ばれると、この光学像が正の二次元
電荷像に変換されて電荷が光導電膜の走査面側に蓄積さ
れる。一方、電子源マトリクスアレイ１５のＸ−Ｙマト
リクスの各交点に対応する電子放出領域１２（図１０参
照）が、Ｘアドレス選択駆動回路１３とＹアドレス選択
駆動回路１４により順次選択される。選択された電子放
出領域から放出された電子ビームによって光導電膜１９
の走査面が電子放出部の電位と平衡状態にリセットされ
る。このリセットに際し、信号電極２０から空間電荷分
布に対応する時系列の電気信号が撮像出力信号として取
り出される。

【００５１】このとき、電子放出領域の周囲には、その
一部を真空容器内に露出させた下部電極が上部電極に対
して常に負となる集束電極の役割を果たすため、電子ビ
ームの広がりを抑え、それにより、光電膜１９（図１１
参照）の近隣画素の走査面上の電荷を読み取ることを防
ぐことができ、撮像装置の解像度が向上する。

【００５２】従って、本実施形態によれば、新たに電子
ビーム集束用の電源を設ける必要がなく、通常の走査駆
動を行わせるための電圧を印加するだけで、電子ビーム
の電流密度を減らすことなく、高精細で高ダイナミツク
レンジの撮像装置を得ることができる。

【００５３】以上においては、本発明冷陰極電子源を用
いて本発明撮像装置を構成した場合について説明した
が、図１１に示す撮像装置の光導電膜に代えて蛍光体を
用いることで表示装置や、あるいはまた、光導電膜の代
わりに金属板を用いることで進行波管のような高周波真
空管などにも容易に適用できることは言うまでもない。

【００５４】

【発明の効果】本発明によれば、下部電極の一部を真空
容器内に露出させるような構造にしたことで、それ自体
（露出している下部電極の部分）が集束機能を有するよ
うになり、従って、新たに電子ビーム集束用電極や集束
用電源を設ける必要がなく、また、電子ビームの広がり
が少ない高電流密度の電子ビームを放出する冷陰極電子
源を提供することができる

【００５５】また、本発明によれば、下部電極形成前に
予め基板に高低差を設けることで、真空容器内に露出し
ている下部電極（集束電極）の高さを上部電極の高さに
対して任意に決めることができるため、電子ビームの広
がりを一層抑えることのできる電子源を提供することが
できる。

【００５６】さらにまた、本発明によれば、本発明冷陰
極電子源を陰極線管に適用することで、ダイナミツクレ
ンジの広い高精細撮像装置や高輝度の表示装置を実現す
ることができ、さらには、マイクロ真空管などの実現に
も大いに貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態になる冷陰極電子源
をそれぞれ断面図および平面図にて示している。

【図２】本発明の第２の実施形態になる冷陰極電子源
をそれぞれ断面図および平面図にて示している。

【図３】本発明の第３の実施形態になる冷陰極電子源
を断面図にて示している。

【図４】本発明の第４の実施形態になる冷陰極電子源
を断面図にて示している。

【図５】本発明の第４の実施形態になる冷陰極電子源
を断面図にて示している。

【図６】第４の実施形態になる冷陰極電子源の製造方
法を示している。

【図７】絶縁基板１に段差を形成する方法として、Ｌ
ＯＣＯＳ法などの部分的酸化法を用いた場合を示してい
る。

【図８】本発明の第５の実施形態になる冷陰極電子源
を断面図にて示している。

【図９】本発明の第６の実施形態になる冷陰極電子源
を断面図にて示している。

【図１０】本発明の第７の実施形態になる冷陰極電子
源を平面図にて示している。

【図１１】本発明になる冷陰極電子源を用いて構成し
た本発明撮像装置を概念図にて示している。

【図１２】従来の冷陰極電子源の構造を断面図にて示
している。

【図１３】特開平10-199400 号公報記載の冷陰極電子
源を示している。

【図１４】 W.D.Kesling et al.の論文に記載の冷陰極
電子源を示している。

【符号の説明】

１絶縁基板２，２ａ下部電極２ｂ，８，９集束電極３電子放出部４絶縁層５上部電極６開口７第二絶縁層１０導電性基板１１抵抗層１２電子放出領域１３Ｘアドレス選択駆動回路１４Ｙアドレス選択駆動回路１５電子源マトリクスアレイ１６光電変換部１７フエースプレート１８透明電極１９光導電膜２０信号電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡崎三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 (72)発明者瀧口吉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Ｆターム(参考） 5C031 DD17 5C036 EE03 EE14 EF01 EF06 EG12 EG19 EH01 EH05 5C037 AA01 AB08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板上に下部電極、絶縁層および上
部電極が順次に形成されるとともに、前記上部電極から
前記絶縁層までが部分的に除去され、該除去された部分
に円錐状でかつ前記下部電極と同電位の電子放出部が設
けられ、前記上部電極が前記下部電極に対して高電位と
なるように両電極間に電圧を印加して真空中で電子放出
を行わせる冷陰極電子源において、前記電子放出部の少
なくとも１個を含む領域の外側の領域では、前記下部電
極上に前記絶縁層および前記上部電極が順次に形成され
ていないようにしたことを特徴とする冷陰極電子源。
【請求項２】請求項１記載の冷陰極電子源において、
前記電子放出部の少なくとも１個を含む領域において
は、前記下部電極が前記外側の領域におけるよりも低く
なっていることを特徴とする冷陰極電子源。
【請求項３】請求項１または２記載の冷陰極電子源に
おいて、前記下部電極と前記絶縁層との間に高抵抗層が
介挿されていることを特徴とする冷陰極電子源。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１項記載の冷
陰極電子源を用いて構成したことを特徴とする撮像装
置。
【請求項５】請求項１乃至３のいずれか１項記載の冷
陰極電子源を用いて構成したことを特徴とする表示装
置。