JP2891196B2 - 冷陰極電子銃およびこれを用いた電子ビーム装置 - Google Patents
冷陰極電子銃およびこれを用いた電子ビーム装置Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J23/00—Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J25/00
- H01J23/02—Electrodes; Magnetic control means; Screens
- H01J23/06—Electron or ion guns
- H01J23/075—Magnetron injection guns
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J3/00—Details of electron-optical or ion-optical arrangements or of ion traps common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J3/02—Electron guns
- H01J3/021—Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source
- H01J3/022—Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source with microengineered cathode, e.g. Spindt-type
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01J2225/00—Transit-time tubes, e.g. Klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
- H01J2225/34—Travelling-wave tubes; Tubes in which a travelling wave is simulated at spaced gaps
Landscapes
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
- Microwave Tubes (AREA)
- Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、微細構造を持ち、
薄膜技術等によって構成される冷陰極を用いて密度変調
電子ビームを形成する冷陰極電子銃、ならびにこの冷陰
極電子銃を用いた陰極線管（ＣＲＴ）やマイクロ波管な
どの電子ビーム装置に関する。
薄膜技術等によって構成される冷陰極を用いて密度変調
電子ビームを形成する冷陰極電子銃、ならびにこの冷陰
極電子銃を用いた陰極線管（ＣＲＴ）やマイクロ波管な
どの電子ビーム装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】微小な円錐状のエミッタと、エミッタの
すぐ近くに形成され、エミッタからの電流を引き出す機
能ならびに電流制御機能を持つ制御電極（ゲート電極）
で構成された微小冷陰極をアレイ状に並べた電界放射冷
陰極がＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ等によって提案されている
（C.A.Spindt,`A Thin-Film Field-Emission Cathode'J
ournal of Applied Physics,Vol.39,No.7,pp.3504,196
8)。図１１（ａ）はこの電界放射冷陰極の構造を示す一
部破断斜視図であり、図１１（ｂ）はこの冷陰極を構成
する一つの微小冷陰極１０７の断面図である。これらの
図において、１０１はシリコン基板、１０２はシリコン
酸化物の絶縁層で、この絶縁層１０２の上にゲート電極
としての制御電極１０３が積層されている。絶縁層１０
２と制御電極１０３の一部は除去されて空洞１０９が形
成され、この空洞１０９内の前記シリコン基板１０１の
上面に先端が尖った円錐型のエミッタ１０４が形成され
ている。これらエミッタ１０４、制御電極１０３および
空洞１０９で微小冷陰極１０７が形成され、この微小冷
陰極１０７をアレイ状に並べて平面状の電子放出領域を
持つ冷陰極１０８が形成される。
すぐ近くに形成され、エミッタからの電流を引き出す機
能ならびに電流制御機能を持つ制御電極（ゲート電極）
で構成された微小冷陰極をアレイ状に並べた電界放射冷
陰極がＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ等によって提案されている
（C.A.Spindt,`A Thin-Film Field-Emission Cathode'J
ournal of Applied Physics,Vol.39,No.7,pp.3504,196
8)。図１１（ａ）はこの電界放射冷陰極の構造を示す一
部破断斜視図であり、図１１（ｂ）はこの冷陰極を構成
する一つの微小冷陰極１０７の断面図である。これらの
図において、１０１はシリコン基板、１０２はシリコン
酸化物の絶縁層で、この絶縁層１０２の上にゲート電極
としての制御電極１０３が積層されている。絶縁層１０
２と制御電極１０３の一部は除去されて空洞１０９が形
成され、この空洞１０９内の前記シリコン基板１０１の
上面に先端が尖った円錐型のエミッタ１０４が形成され
ている。これらエミッタ１０４、制御電極１０３および
空洞１０９で微小冷陰極１０７が形成され、この微小冷
陰極１０７をアレイ状に並べて平面状の電子放出領域を
持つ冷陰極１０８が形成される。
【０００３】ここで、基板１０１とエミッタ１０４とは
電気的に接続されており、エミッタ１０４とゲート電極
１０３の間には約５０Ｖの電圧が印加される。絶縁層１
０２の厚さは約１μｍ、ゲート電極１０３の開口径も約
１μｍと狭く、エミッタ１０４の先端は１０ｎｍ程度と
極めて尖鋭に作られているので、エミッタ１０４の先端
には強い電界が加わる。この電界が２〜５×１０7 Ｖ／
ｃｍ以上になるとエミッタ１０５の先端から電子が放出
される。このような構造の微小冷陰極を基板１０１の上
にアレイ状に並べることにより大きな電流を放出する平
面状の陰極（ＦＥＡ）が構成される。さらに、微細加工
技術を利用して微小冷陰極を高密度に並べれば従来の熱
陰極と比較して陰極電流密度を５から１０倍以上にでき
る。
電気的に接続されており、エミッタ１０４とゲート電極
１０３の間には約５０Ｖの電圧が印加される。絶縁層１
０２の厚さは約１μｍ、ゲート電極１０３の開口径も約
１μｍと狭く、エミッタ１０４の先端は１０ｎｍ程度と
極めて尖鋭に作られているので、エミッタ１０４の先端
には強い電界が加わる。この電界が２〜５×１０7 Ｖ／
ｃｍ以上になるとエミッタ１０５の先端から電子が放出
される。このような構造の微小冷陰極を基板１０１の上
にアレイ状に並べることにより大きな電流を放出する平
面状の陰極（ＦＥＡ）が構成される。さらに、微細加工
技術を利用して微小冷陰極を高密度に並べれば従来の熱
陰極と比較して陰極電流密度を５から１０倍以上にでき
る。
【０００４】このスピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型冷陰極
は、熱陰極と比較して高い陰極電流密度が得られ、放出
電子の速度分散が小さい等の利点を持つ。また、単一の
電界放射エミッタと比較して電流雑音が小さく、約１０
〜数１０Ｖの低い電圧で動作し、比較的悪い真空度の環
境中でも動作する。また、この場合図１１（ｃ）に示す
ように、ゲート電極１０３の上に絶縁層１０５を介して
集束電極１０６を積層した微小冷陰極として構成される
こともあり、集束電極１０６によってエミッタ１０４か
ら放出された電子の軌道を集束させる。
は、熱陰極と比較して高い陰極電流密度が得られ、放出
電子の速度分散が小さい等の利点を持つ。また、単一の
電界放射エミッタと比較して電流雑音が小さく、約１０
〜数１０Ｖの低い電圧で動作し、比較的悪い真空度の環
境中でも動作する。また、この場合図１１（ｃ）に示す
ように、ゲート電極１０３の上に絶縁層１０５を介して
集束電極１０６を積層した微小冷陰極として構成される
こともあり、集束電極１０６によってエミッタ１０４か
ら放出された電子の軌道を集束させる。
【０００５】ところで、この冷陰極を受像管（陰極線
管、ＣＲＴ）に採用すると、加熱電力が不要であるので
低消費電力で、陰極電流密度が高いので高解像度の表示
装置を実現できる可能性がある。さらに、進行波管（Ｔ
ＷＴ）やクライスロンなどのマイクロ波管に冷陰極が適
用できれば、冷陰極の特徴を利用して高効率で超小型の
デバイスを実現できる可能性がある。このように、ＣＲ
Ｔやマイクロ波管などの電子ビーム装置にこの冷陰極を
導入する場合、電子ビーム変調周波数の高周波化を図る
ため、ゲートエミッタ間の容量削減が重要であり、この
ために多くの技術が提案されている。
管、ＣＲＴ）に採用すると、加熱電力が不要であるので
低消費電力で、陰極電流密度が高いので高解像度の表示
装置を実現できる可能性がある。さらに、進行波管（Ｔ
ＷＴ）やクライスロンなどのマイクロ波管に冷陰極が適
用できれば、冷陰極の特徴を利用して高効率で超小型の
デバイスを実現できる可能性がある。このように、ＣＲ
Ｔやマイクロ波管などの電子ビーム装置にこの冷陰極を
導入する場合、電子ビーム変調周波数の高周波化を図る
ため、ゲートエミッタ間の容量削減が重要であり、この
ために多くの技術が提案されている。
【０００６】たとえば、第１の技術として、図１２に示
すように、エミッタ２０１を１列に並べ、ゲート電極２
０２と、エミッタ２０１が形成されたカソード電極２０
３との交差する面積を削減する技術がある（C.E.Hollan
d et al.,Progress in Field-Emitter Development for
Gigahertz Operation,IVMC'93 Technical Digest,p.14
8-149,1993）。また、第２の技術として、個々のエミッ
タをリング状のゲート電極で囲み、これらを細い配線で
結、中空に浮かした技術がある（H.G.Kosmahl,A Wide-B
andwidth High-Gain Small-Size Distributed Amplifie
r with Field-Emission Triodes(FETRODE's)for the 10
to 300 GHz Frequency Range,IEEE Trans.ED,Vol.36,N
o.11,p.2728-2737,1989.) 。第３の技術として、図１３
に示すように、絶縁板３０１の接地板３０２とグリッド
３０３で入力側のマイクロストリップライン３０４を構
成し、図には表れないエミッタを接地板３０２からグリ
ッド３０３に達する高さ程度とし、上側には出力側マイ
クロストリップライン３０５を構成し、エミッタから放
出れた電子に応じてＲＦ電圧が誘起され、出力を得るマ
イクロストリップ増幅器の技術がある（ N.E.McGruer
et al.,Field Emitter Structures in Microwave Gener
ation and Amplification,IVMC'91 Technical Digest,
p.68-70,1991.IEEE Trans.ED,Vol.38,No.3,p.666-671,1
991.)。さらに、第４の技術として、ゲート電極、ボン
ディングパッド、ゲート電極とボンディングパッドとの
間の配線の面積を可能な限り削減し、ボンディングパッ
ドと配線部の絶縁層の厚さを厚くした技術がある。
すように、エミッタ２０１を１列に並べ、ゲート電極２
０２と、エミッタ２０１が形成されたカソード電極２０
３との交差する面積を削減する技術がある（C.E.Hollan
d et al.,Progress in Field-Emitter Development for
Gigahertz Operation,IVMC'93 Technical Digest,p.14
8-149,1993）。また、第２の技術として、個々のエミッ
タをリング状のゲート電極で囲み、これらを細い配線で
結、中空に浮かした技術がある（H.G.Kosmahl,A Wide-B
andwidth High-Gain Small-Size Distributed Amplifie
r with Field-Emission Triodes(FETRODE's)for the 10
to 300 GHz Frequency Range,IEEE Trans.ED,Vol.36,N
o.11,p.2728-2737,1989.) 。第３の技術として、図１３
に示すように、絶縁板３０１の接地板３０２とグリッド
３０３で入力側のマイクロストリップライン３０４を構
成し、図には表れないエミッタを接地板３０２からグリ
ッド３０３に達する高さ程度とし、上側には出力側マイ
クロストリップライン３０５を構成し、エミッタから放
出れた電子に応じてＲＦ電圧が誘起され、出力を得るマ
イクロストリップ増幅器の技術がある（ N.E.McGruer
et al.,Field Emitter Structures in Microwave Gener
ation and Amplification,IVMC'91 Technical Digest,
p.68-70,1991.IEEE Trans.ED,Vol.38,No.3,p.666-671,1
991.)。さらに、第４の技術として、ゲート電極、ボン
ディングパッド、ゲート電極とボンディングパッドとの
間の配線の面積を可能な限り削減し、ボンディングパッ
ドと配線部の絶縁層の厚さを厚くした技術がある。
【０００７】一方、ゲート−エミッタ間の静電容量に影
響を受けずに高い周波数まで動作させるために次のよう
な技術が提案されている。第１の技術として、図１４
（ａ），（ｂ）に断面図と平面図を示すように、ＦＥＡ
をマイクロストリップ線路の終端に装着する技術がある
（新井ほか、電界放射冷陰極アレイを用いた高効率マイ
クロ波逓倍増幅器、信学技報、ＥＤ93-142,1993-12）。
ここではマイクロストリップ線路４０１で共振器が構成
されており、共振器の容量部分をＦＥＡ４０２のゲート
−エミッタ間静電容量が担っている。第２の技術とし
て、図１５（ａ），（ｂ）に全体断面図と要部断面図を
示すように、ＦＥＡ５０１が入力信号の空洞共振器５０
２に納められ、ＦＥＡ５０１のエミッタの先端にはゲー
ト−エミッタ間の直流電圧に基づく電界と空洞共振器内
に作られた入力ＲＦ信号に基づく電界が重畳されて印加
され、電子のエミッション量を変調する密度変調電子銃
の技術がある（特開平６−３４９４１４号公報）。な
お、５０３は入力端子、５０４は陽極、ＶＡは陽極電
源、ＶＧＥは陰極電源である。さらに、第３の技術とし
て、図１６に示すように、エミッタ６０１から放出され
た電子ビームを入力ストリップ線路６０２の間を通過さ
せ、その電子ビームを速度変調した後、ドリフト部６０
３を走行させて密度変調電子ビームとする技術がある。
なお、同図（ａ）はクライストロンの構造図、（ｂ）は
電子銃近傍の構造図である（特開平３−１８７１２７号
公報）。
響を受けずに高い周波数まで動作させるために次のよう
な技術が提案されている。第１の技術として、図１４
（ａ），（ｂ）に断面図と平面図を示すように、ＦＥＡ
をマイクロストリップ線路の終端に装着する技術がある
（新井ほか、電界放射冷陰極アレイを用いた高効率マイ
クロ波逓倍増幅器、信学技報、ＥＤ93-142,1993-12）。
ここではマイクロストリップ線路４０１で共振器が構成
されており、共振器の容量部分をＦＥＡ４０２のゲート
−エミッタ間静電容量が担っている。第２の技術とし
て、図１５（ａ），（ｂ）に全体断面図と要部断面図を
示すように、ＦＥＡ５０１が入力信号の空洞共振器５０
２に納められ、ＦＥＡ５０１のエミッタの先端にはゲー
ト−エミッタ間の直流電圧に基づく電界と空洞共振器内
に作られた入力ＲＦ信号に基づく電界が重畳されて印加
され、電子のエミッション量を変調する密度変調電子銃
の技術がある（特開平６−３４９４１４号公報）。な
お、５０３は入力端子、５０４は陽極、ＶＡは陽極電
源、ＶＧＥは陰極電源である。さらに、第３の技術とし
て、図１６に示すように、エミッタ６０１から放出され
た電子ビームを入力ストリップ線路６０２の間を通過さ
せ、その電子ビームを速度変調した後、ドリフト部６０
３を走行させて密度変調電子ビームとする技術がある。
なお、同図（ａ）はクライストロンの構造図、（ｂ）は
電子銃近傍の構造図である（特開平３−１８７１２７号
公報）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の技
術において、図１２に示した電子ビーム変調構造では一
般の電子ビーム装置特にＣＲＴ、ＴＷＴやクライストロ
ンで使用されている円形断面の電子ビームを形成するこ
とは不可能であり、これまでの実験結果によるとこの構
造における最高の変調周波数は２ＧＨｚ程度に制限され
ている。また、図１３に示す電子ビーム変調構造におい
ても円形断面の電子ビームを形成する事は極めて困難で
ある。さらに、通常の構造と比較して高いエミッタを高
精度で形成することは製造プロセス上多くの困難があ
り、ある限られた面積内に高密度でこのエミッタを形成
することはさらに困難である。このようにゲート−エミ
ッタ間の静電容量を削減する構造は、一般にエミッタあ
るいはゲートが特殊な構造になり、製造上に問題を残す
とともにその効果も十分ではない。
術において、図１２に示した電子ビーム変調構造では一
般の電子ビーム装置特にＣＲＴ、ＴＷＴやクライストロ
ンで使用されている円形断面の電子ビームを形成するこ
とは不可能であり、これまでの実験結果によるとこの構
造における最高の変調周波数は２ＧＨｚ程度に制限され
ている。また、図１３に示す電子ビーム変調構造におい
ても円形断面の電子ビームを形成する事は極めて困難で
ある。さらに、通常の構造と比較して高いエミッタを高
精度で形成することは製造プロセス上多くの困難があ
り、ある限られた面積内に高密度でこのエミッタを形成
することはさらに困難である。このようにゲート−エミ
ッタ間の静電容量を削減する構造は、一般にエミッタあ
るいはゲートが特殊な構造になり、製造上に問題を残す
とともにその効果も十分ではない。
【０００９】一方、図１４に示した電子ビーム変調構造
においては、ＦＥＡのゲート−エミッタ間容量がマイク
ロストリップ線路共振器の容量になるため、陰極面積に
比例して容量が増加し、共振周波数帯域が狭くなる。こ
のため、電子ビームとして利用できる最大電流量が制限
され、高出力の応用装置には不利になる。また、図１５
に示した電子ビーム変調構造においては、空洞共振器の
機械的な寸法によって、この電子銃を使用する応用装置
が大型になるという問題が生じる。さらに、図１６の技
術においては、一定電流量の電子ビームを速度変調し、
さらにドリフト領域を走行させることによって密度変調
の電子ビームに変換するので、十分に密度変調された電
子ビームを得るためにはドリフト領域にはある程度以上
の距離が必要であり、装置が大型化するという問題が生
じる。
においては、ＦＥＡのゲート−エミッタ間容量がマイク
ロストリップ線路共振器の容量になるため、陰極面積に
比例して容量が増加し、共振周波数帯域が狭くなる。こ
のため、電子ビームとして利用できる最大電流量が制限
され、高出力の応用装置には不利になる。また、図１５
に示した電子ビーム変調構造においては、空洞共振器の
機械的な寸法によって、この電子銃を使用する応用装置
が大型になるという問題が生じる。さらに、図１６の技
術においては、一定電流量の電子ビームを速度変調し、
さらにドリフト領域を走行させることによって密度変調
の電子ビームに変換するので、十分に密度変調された電
子ビームを得るためにはドリフト領域にはある程度以上
の距離が必要であり、装置が大型化するという問題が生
じる。
【００１０】本発明の目的は、ほぼ２０ＧＨｚ以上まで
の高い周波数で動作することが可能で、かつ構造の小型
化を可能とした冷陰極電子銃と、これを用いた電子ビー
ム装置を実現することである。
の高い周波数で動作することが可能で、かつ構造の小型
化を可能とした冷陰極電子銃と、これを用いた電子ビー
ム装置を実現することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の冷陰極電子銃
は、少なくとも一つの表面が導電性を示す陰極基板と、
この陰極基板上に第１及び第２の絶縁層を介して積層形
成された制御電極および集束電極と、これら集束電極、
制御電極、第１及び第２の各絶縁層にわたって形成され
た空洞と、この空洞内において前記陰極基板上に立設さ
れ、その先端が先鋭化された電子放出電極とを備えてお
り、電子放出電極の先端が制御電極の基板側の面よりも
集束電極側に位置されており、かつ制御電極と集束電極
との間に電子ビーム変調用信号が印加されることを特徴
としている。
は、少なくとも一つの表面が導電性を示す陰極基板と、
この陰極基板上に第１及び第２の絶縁層を介して積層形
成された制御電極および集束電極と、これら集束電極、
制御電極、第１及び第２の各絶縁層にわたって形成され
た空洞と、この空洞内において前記陰極基板上に立設さ
れ、その先端が先鋭化された電子放出電極とを備えてお
り、電子放出電極の先端が制御電極の基板側の面よりも
集束電極側に位置されており、かつ制御電極と集束電極
との間に電子ビーム変調用信号が印加されることを特徴
としている。
【００１２】ここで、本発明においては次の構成とする
ことが好ましい。制御電極と集束電極とで分布定数型の
伝送線路が構成される。また、制御電極と前記集束電極
への配線が分布定数型の伝送線路で構成される。さら
に、第２の絶縁層と集束電極との間に、空洞が形成され
た領域を除いて第３の絶縁層が積層形成される。また、
制御電極の上面に、空洞を囲む領域にわたって突起が形
成され、電子放出電極の先端がこの突起の厚さ寸法内に
位置された構成とされる。また、本発明の電子ビーム装
置は、これらの冷陰極電子銃のうちいずれかの冷陰極電
子銃を備え、この冷陰極電子銃で発生された電子ビーム
を用いて各種動作を行わせることを特徴とする。
ことが好ましい。制御電極と集束電極とで分布定数型の
伝送線路が構成される。また、制御電極と前記集束電極
への配線が分布定数型の伝送線路で構成される。さら
に、第２の絶縁層と集束電極との間に、空洞が形成され
た領域を除いて第３の絶縁層が積層形成される。また、
制御電極の上面に、空洞を囲む領域にわたって突起が形
成され、電子放出電極の先端がこの突起の厚さ寸法内に
位置された構成とされる。また、本発明の電子ビーム装
置は、これらの冷陰極電子銃のうちいずれかの冷陰極電
子銃を備え、この冷陰極電子銃で発生された電子ビーム
を用いて各種動作を行わせることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明の第１の実施形態例を
示す冷陰極電子銃の構造断面図である。同図において、
１は円板状に形成された絶縁基板で、その上に冷陰極２
が搭載されており、絶縁基板１に形成された図には示さ
れない配線により、電圧や入力信号が外部から冷陰極２
に導入される。円環状をした第１電極３、第２電極４は
それぞれ円筒状をした第１絶縁部材５、第２絶縁部材
６、第３絶縁部材７により所要の間隔で絶縁分離されて
配置されており、冷陰極２から取り出した電子を集束
し、かつ加速して電子ビーム８を形成する。これら第
１、第２、第３の各絶縁部材５〜７と絶縁基板１は真空
の外囲器を兼ねている。
参照して説明する。図１は本発明の第１の実施形態例を
示す冷陰極電子銃の構造断面図である。同図において、
１は円板状に形成された絶縁基板で、その上に冷陰極２
が搭載されており、絶縁基板１に形成された図には示さ
れない配線により、電圧や入力信号が外部から冷陰極２
に導入される。円環状をした第１電極３、第２電極４は
それぞれ円筒状をした第１絶縁部材５、第２絶縁部材
６、第３絶縁部材７により所要の間隔で絶縁分離されて
配置されており、冷陰極２から取り出した電子を集束
し、かつ加速して電子ビーム８を形成する。これら第
１、第２、第３の各絶縁部材５〜７と絶縁基板１は真空
の外囲器を兼ねている。
【００１４】図２は前記冷陰極電子銃の絶縁基板１と冷
陰極２の構成を示す図であり、図３は冷陰極２の要部の
断面図である。前記冷陰極２は図３のように、陰極基板
２１、第１絶縁層２２、ゲート電極２３、第２絶縁層２
４、集束電極２５、及び後述するダミーパターン１１の
積層構造で構成され、第１絶縁層２２、ゲート電極２
３、第２絶縁層２４、集束電極２５を通して空洞２６が
形成され、この空洞２６の底となる前記陰極基板２１の
上には微小な円錐形のエミッタ２７が形成されている。
そして、エミッタ２６と陰極基板２２とは電気的に接続
されており、この結果、エミッタ２７、ゲート電極２３
の開口、集束電極２５の開口で一つの微小冷陰極２８が
構成される。そして、この微小冷陰極２８が複数個配列
形成されて電子放出領域１０が構成される。
陰極２の構成を示す図であり、図３は冷陰極２の要部の
断面図である。前記冷陰極２は図３のように、陰極基板
２１、第１絶縁層２２、ゲート電極２３、第２絶縁層２
４、集束電極２５、及び後述するダミーパターン１１の
積層構造で構成され、第１絶縁層２２、ゲート電極２
３、第２絶縁層２４、集束電極２５を通して空洞２６が
形成され、この空洞２６の底となる前記陰極基板２１の
上には微小な円錐形のエミッタ２７が形成されている。
そして、エミッタ２６と陰極基板２２とは電気的に接続
されており、この結果、エミッタ２７、ゲート電極２３
の開口、集束電極２５の開口で一つの微小冷陰極２８が
構成される。そして、この微小冷陰極２８が複数個配列
形成されて電子放出領域１０が構成される。
【００１５】前記冷陰極２は、図２のように、前記絶縁
基板１の中心位置に搭載される。前記絶縁基板１および
冷陰極２の上面にわたって前記集束電極２５がストリッ
プ状に形成されており、この集束電極２５の一部に前記
微小冷陰極２８が形成されている。前記集束電極２５は
ゲート電極２３とで分布定数型伝送線路であるマイクロ
ストリップ線路が形成される。この場合、ゲート電極２
３は接地電極となる。また、前記冷陰極２の上面にはダ
ミーパターン１１が形成されている。このダミーパター
ン１１は前記集束電極２５とともに、電子放出領域１０
を中心として点対称に近いパターンとして形成される。
このため、ダミーパターン１１と集束電極２５とにほぼ
等しい直流電圧が印加されたときには、電子ビームの中
心軸すなわち基板１の平面に垂直で電子放出領域１０の
中心を通る軸に対して軸対称性の良い電界を形成する電
極を構成する。なお、第２絶縁層２４は、この下に形成
されたゲート電極２３と、その上に形成された集束電極
２５、ダミーパターン１１とを分離する。
基板１の中心位置に搭載される。前記絶縁基板１および
冷陰極２の上面にわたって前記集束電極２５がストリッ
プ状に形成されており、この集束電極２５の一部に前記
微小冷陰極２８が形成されている。前記集束電極２５は
ゲート電極２３とで分布定数型伝送線路であるマイクロ
ストリップ線路が形成される。この場合、ゲート電極２
３は接地電極となる。また、前記冷陰極２の上面にはダ
ミーパターン１１が形成されている。このダミーパター
ン１１は前記集束電極２５とともに、電子放出領域１０
を中心として点対称に近いパターンとして形成される。
このため、ダミーパターン１１と集束電極２５とにほぼ
等しい直流電圧が印加されたときには、電子ビームの中
心軸すなわち基板１の平面に垂直で電子放出領域１０の
中心を通る軸に対して軸対称性の良い電界を形成する電
極を構成する。なお、第２絶縁層２４は、この下に形成
されたゲート電極２３と、その上に形成された集束電極
２５、ダミーパターン１１とを分離する。
【００１６】さらに、絶縁基板１上には入力ストリップ
１２が形成されており、前記集束電極２５と接続され、
絶縁基板１の裏面に設けた裏面電極１３とともに分布定
数型伝送線路であるマイクロストリップ線路を形成し、
ＲＦ信号を外部から導入する。この裏面電極１３はゲー
ト電極２５と接続されている。同様に絶縁基板１上には
出力ストリップ１４が形成されており、前記集束電極２
５に接続されて裏面電極１３ともにマイクロストリップ
線路を形成する。この出力ストリップ１４の長さは電子
放出領域１０からＲＦ信号波長の１／４に設定されてお
り、出力ストリップ１４の終端部はコンデンサ１５を介
して裏面電極１３に接続されており、この結果ＲＦ的に
接地されている。なお、１６はカソード配線、１７はダ
ミー配線で、外部からそれぞれエミッタ２７、ダミーパ
ターン１１に電圧を供給する配線である。
１２が形成されており、前記集束電極２５と接続され、
絶縁基板１の裏面に設けた裏面電極１３とともに分布定
数型伝送線路であるマイクロストリップ線路を形成し、
ＲＦ信号を外部から導入する。この裏面電極１３はゲー
ト電極２５と接続されている。同様に絶縁基板１上には
出力ストリップ１４が形成されており、前記集束電極２
５に接続されて裏面電極１３ともにマイクロストリップ
線路を形成する。この出力ストリップ１４の長さは電子
放出領域１０からＲＦ信号波長の１／４に設定されてお
り、出力ストリップ１４の終端部はコンデンサ１５を介
して裏面電極１３に接続されており、この結果ＲＦ的に
接地されている。なお、１６はカソード配線、１７はダ
ミー配線で、外部からそれぞれエミッタ２７、ダミーパ
ターン１１に電圧を供給する配線である。
【００１７】ここで、前記冷陰極２においては、図４に
その拡大断面図を示すように、陰極基板２１上の空洞２
６内に形成されている円錐状のエミッタ２７は、その先
端がゲート電極２３の下面すなわち第１絶縁層２２の上
面よりも集束電極２５側に位置している。好ましくは、
エミッタ２７の先端はゲート電極２３の上面すなわち第
２絶縁層２４の下面よりも集束電極２５側に突出位置し
ている。
その拡大断面図を示すように、陰極基板２１上の空洞２
６内に形成されている円錐状のエミッタ２７は、その先
端がゲート電極２３の下面すなわち第１絶縁層２２の上
面よりも集束電極２５側に位置している。好ましくは、
エミッタ２７の先端はゲート電極２３の上面すなわち第
２絶縁層２４の下面よりも集束電極２５側に突出位置し
ている。
【００１８】また、ここでエミッタ２７はタングステン
あるいはモリブデンのような耐熱金属で作られ、ゲート
電極２３、集束電極２５はタングステン、モリブデン、
ニオブ、タングステンシリサイド等の金属あるいは金属
化合物で作られ、第１、第２絶縁層２２，２４には例え
ばシリコンの酸化物、シリコンの窒化物の単一あるいは
複合層構造を使用する。ゲート電極２３の開口の直径は
約１μｍ、エミッタ２７の高さは約０．５〜１μｍ、第
１絶縁層２２の厚さは約０．４〜０．８μｍ、第２絶縁
層２４の厚さは約１〜３μｍ、ゲート電極２３、集束電
極２５の厚さは約０．２μｍである。この冷陰極を製作
するには、基本的には文献（Journal ofApplied Physic
s,Vol.39,No.7,pp.3504,1968)等に開示されているよう
に、ゲート電極２３、集束電極２５と第１及び第２の各
絶縁層２２，２４に空洞２６を形成したのちウエハを回
転させながら斜め方向から犠牲層を堆積し、次にエミッ
タ材料をウエハの真上から堆積すれば良い。
あるいはモリブデンのような耐熱金属で作られ、ゲート
電極２３、集束電極２５はタングステン、モリブデン、
ニオブ、タングステンシリサイド等の金属あるいは金属
化合物で作られ、第１、第２絶縁層２２，２４には例え
ばシリコンの酸化物、シリコンの窒化物の単一あるいは
複合層構造を使用する。ゲート電極２３の開口の直径は
約１μｍ、エミッタ２７の高さは約０．５〜１μｍ、第
１絶縁層２２の厚さは約０．４〜０．８μｍ、第２絶縁
層２４の厚さは約１〜３μｍ、ゲート電極２３、集束電
極２５の厚さは約０．２μｍである。この冷陰極を製作
するには、基本的には文献（Journal ofApplied Physic
s,Vol.39,No.7,pp.3504,1968)等に開示されているよう
に、ゲート電極２３、集束電極２５と第１及び第２の各
絶縁層２２，２４に空洞２６を形成したのちウエハを回
転させながら斜め方向から犠牲層を堆積し、次にエミッ
タ材料をウエハの真上から堆積すれば良い。
【００１９】この電子銃を動作させるには、図３に示し
たように、ゲート電極２３の電位を基準にして、陰極基
板２１に約１０〜数１０Ｖの負の直流電圧を印加する。
集束電極２５にはゲート電極２３を基準として負の電圧
を印加する。ＲＦ信号が入力していない時に、ゲート電
極電圧と集束電極電圧を調節して、エミッション電流が
僅かに流れるかあるいはエミッション電流が流れ始める
すぐ前の状態に設定する。一方、ＲＦ信号は真空外囲器
（図には示さない）から真空におかれた絶縁基板１上の
入力ストリップ１２に伝えられる。入力ストリップ１２
は裏面電極１３とともにマイクロストリップ線路を形成
しているため、同様にマイクロストリップ線路を形成し
た冷陰極２の集束電極２５とゲート電極２３に接続され
る。そして、ゲート電極２３と集束電極２５の間にＲＦ
信号が入力すると、エミッタ２７の先端には、エミッタ
２７とゲート電極２３、集束電極２５の間の直流電圧で
作られる直流電界にＲＦ電界が重畳された電界が加えら
れる。
たように、ゲート電極２３の電位を基準にして、陰極基
板２１に約１０〜数１０Ｖの負の直流電圧を印加する。
集束電極２５にはゲート電極２３を基準として負の電圧
を印加する。ＲＦ信号が入力していない時に、ゲート電
極電圧と集束電極電圧を調節して、エミッション電流が
僅かに流れるかあるいはエミッション電流が流れ始める
すぐ前の状態に設定する。一方、ＲＦ信号は真空外囲器
（図には示さない）から真空におかれた絶縁基板１上の
入力ストリップ１２に伝えられる。入力ストリップ１２
は裏面電極１３とともにマイクロストリップ線路を形成
しているため、同様にマイクロストリップ線路を形成し
た冷陰極２の集束電極２５とゲート電極２３に接続され
る。そして、ゲート電極２３と集束電極２５の間にＲＦ
信号が入力すると、エミッタ２７の先端には、エミッタ
２７とゲート電極２３、集束電極２５の間の直流電圧で
作られる直流電界にＲＦ電界が重畳された電界が加えら
れる。
【００２０】そして、この第１の実施形態例において
は、エミッタ２７の先端がゲート電極２３よりも集束電
極２５側に近く位置され、かつＲＦ入力信号は素子特性
を損なわずに寸法上の余裕があるゲート電極２３と集束
電極２５の間に印加され、素子までマイクロストリップ
線路を介して伝送するので、ゲート・エミッタ間の容量
にかかわりなく高周波信号で電子ビームを直接密度変調
することが可能となり、高い周波数特性を実現すること
が出来る。また、ダミーパターンを設けることによっ
て、電子ビームは軸対称性の良好な電界の中で形成され
るので、電子ビームスポットの形状の劣化は少なくで
き、偏向パターンに不要な歪みが重畳されるのを防ぐこ
とができる。このように、本実施形態例に示す冷陰極な
らびに電子銃構造を採用することによって、多くの利点
を同時に実現できる冷陰極電子銃が実現できる。
は、エミッタ２７の先端がゲート電極２３よりも集束電
極２５側に近く位置され、かつＲＦ入力信号は素子特性
を損なわずに寸法上の余裕があるゲート電極２３と集束
電極２５の間に印加され、素子までマイクロストリップ
線路を介して伝送するので、ゲート・エミッタ間の容量
にかかわりなく高周波信号で電子ビームを直接密度変調
することが可能となり、高い周波数特性を実現すること
が出来る。また、ダミーパターンを設けることによっ
て、電子ビームは軸対称性の良好な電界の中で形成され
るので、電子ビームスポットの形状の劣化は少なくで
き、偏向パターンに不要な歪みが重畳されるのを防ぐこ
とができる。このように、本実施形態例に示す冷陰極な
らびに電子銃構造を採用することによって、多くの利点
を同時に実現できる冷陰極電子銃が実現できる。
【００２１】なお、絶縁基板１の上に冷陰極２を取り付
けずに、直接絶縁基板１の上に冷陰極を構成するエミッ
タ２７、ゲート電極２３、集束電極２５およびこれらの
電極と外部接続用端子の間の配線を形成することも可能
である。
けずに、直接絶縁基板１の上に冷陰極を構成するエミッ
タ２７、ゲート電極２３、集束電極２５およびこれらの
電極と外部接続用端子の間の配線を形成することも可能
である。
【００２２】図５は本発明の第２の実施形態の冷陰極電
子銃の冷陰極を示しており、同図（ａ）は平面図、同図
（ｂ）はその中心部の拡大断面図である。この実施形態
にといて前記第１の実施形態例と異なるのは、第３絶縁
層２９を追加した点である。すなわち、微小冷陰極２８
が形成された電子放出領域１０を除いて、集束電極２５
の下と第２絶縁層２４の上の間に、十分な厚さの第３の
絶縁層２９が形成されている。したがって、ＲＦ信号は
高周波成分の低下なしに電子放出領域１０のゲート電極
２３と集束電極２５の間に加えられる。電子放出領域１
０のゲート電極２３と集束電極２５の間は他の部分と比
較して狭くなっているので強いＲＦ電界がエミッタ２７
の先端部に形成される。
子銃の冷陰極を示しており、同図（ａ）は平面図、同図
（ｂ）はその中心部の拡大断面図である。この実施形態
にといて前記第１の実施形態例と異なるのは、第３絶縁
層２９を追加した点である。すなわち、微小冷陰極２８
が形成された電子放出領域１０を除いて、集束電極２５
の下と第２絶縁層２４の上の間に、十分な厚さの第３の
絶縁層２９が形成されている。したがって、ＲＦ信号は
高周波成分の低下なしに電子放出領域１０のゲート電極
２３と集束電極２５の間に加えられる。電子放出領域１
０のゲート電極２３と集束電極２５の間は他の部分と比
較して狭くなっているので強いＲＦ電界がエミッタ２７
の先端部に形成される。
【００２３】図６は本発明の第３の実施形態の冷陰極電
子銃の冷陰極の斜視図である。絶縁基板１の上面に、中
心導体が入力ストリップ１２、中心導体の両側の接地導
体がゲート配線３０で構成された分布定数型伝送路であ
るコプレーナ線路が形成され、入力ＲＦ信号はこのコプ
レーナ線路を伝わって冷陰極２のゲート電極２３と集束
電極２５の間に印加される。ここで、ゲート配線３０は
電子放出領域１０の両側でゲート電極２３に接続されて
いる。また、絶縁基板１には冷陰極２の厚さと同等の段
差が設けられており、ほぼ同一平面上で集束電極２５、
ゲート電極２３が入力ストリップ１２、ゲート配線３０
と接続される。なお、図には示さないが、入力ＲＦ信号
に対しインピーダンスの整合を図るため、コプレーナ線
路には適切な整合用素子が形成されている。
子銃の冷陰極の斜視図である。絶縁基板１の上面に、中
心導体が入力ストリップ１２、中心導体の両側の接地導
体がゲート配線３０で構成された分布定数型伝送路であ
るコプレーナ線路が形成され、入力ＲＦ信号はこのコプ
レーナ線路を伝わって冷陰極２のゲート電極２３と集束
電極２５の間に印加される。ここで、ゲート配線３０は
電子放出領域１０の両側でゲート電極２３に接続されて
いる。また、絶縁基板１には冷陰極２の厚さと同等の段
差が設けられており、ほぼ同一平面上で集束電極２５、
ゲート電極２３が入力ストリップ１２、ゲート配線３０
と接続される。なお、図には示さないが、入力ＲＦ信号
に対しインピーダンスの整合を図るため、コプレーナ線
路には適切な整合用素子が形成されている。
【００２４】図７は本発明の第４の実施形態の冷陰極電
子銃の冷陰極の斜視図である。絶縁基板１の上面に、中
心導体が入力ストリップ１２、接地導体が裏面電極１３
で構成されたマイクロストリップ線路が形成され、入力
ＲＦ信号はこのマイクロストリップ線路を伝わって冷陰
極２のゲート電極２３と集束電極２５の間に印加され
る。ここで、ゲート電極２３はゲート配線３１を介して
裏面電極１３に接続されている。また、絶縁基板１には
冷陰極２の厚さと同等の段差が設けられており、ほぼ同
一平面上で集束電極１１、ゲート電極２３を配線と接続
できる。なお、図には示さないが、ＲＦ信号に対し整合
を図るため、マイクロストリップ線路には適切な整合用
素子が形成されている。
子銃の冷陰極の斜視図である。絶縁基板１の上面に、中
心導体が入力ストリップ１２、接地導体が裏面電極１３
で構成されたマイクロストリップ線路が形成され、入力
ＲＦ信号はこのマイクロストリップ線路を伝わって冷陰
極２のゲート電極２３と集束電極２５の間に印加され
る。ここで、ゲート電極２３はゲート配線３１を介して
裏面電極１３に接続されている。また、絶縁基板１には
冷陰極２の厚さと同等の段差が設けられており、ほぼ同
一平面上で集束電極１１、ゲート電極２３を配線と接続
できる。なお、図には示さないが、ＲＦ信号に対し整合
を図るため、マイクロストリップ線路には適切な整合用
素子が形成されている。
【００２５】図８は本発明の第５の実施形態の冷陰極電
子銃の陰極電子放出部の拡大断面図である。ゲート電極
２３の上にはゲート電極突起３２が形成されているとこ
ろが前記第１の実施形態の陰極電子放出部とは構成が相
違している。このゲート電極突起３２はゲート電極２３
の上に、ゲート電極２３の開口を取り囲むように環状に
形成されており、ゲート電極２３と電気的に接続されて
同じ電位とされている。そして、エミッタ２７の先端
は、ゲート電極突起３２の最上位面すなわちゲート電極
突起３２の集束電極２５側の面と、ゲート電極突起３２
の最下位面すなわちゲート電極２３との界面との間に位
置されることが望ましい。このゲート電極突起３２は、
ゲート電極２３と集束電極２５の間のＲＦ電界には影響
を与えずに、互いに隣接するエミッタ２７の先端の電位
によって、エミッタ先端電界が低下するのを防止する。
子銃の陰極電子放出部の拡大断面図である。ゲート電極
２３の上にはゲート電極突起３２が形成されているとこ
ろが前記第１の実施形態の陰極電子放出部とは構成が相
違している。このゲート電極突起３２はゲート電極２３
の上に、ゲート電極２３の開口を取り囲むように環状に
形成されており、ゲート電極２３と電気的に接続されて
同じ電位とされている。そして、エミッタ２７の先端
は、ゲート電極突起３２の最上位面すなわちゲート電極
突起３２の集束電極２５側の面と、ゲート電極突起３２
の最下位面すなわちゲート電極２３との界面との間に位
置されることが望ましい。このゲート電極突起３２は、
ゲート電極２３と集束電極２５の間のＲＦ電界には影響
を与えずに、互いに隣接するエミッタ２７の先端の電位
によって、エミッタ先端電界が低下するのを防止する。
【００２６】図９は本発明の第６の実施形態を示してお
り、冷陰極を電子源として使用した電子ビーム装置とし
て構成されたＣＲＴ（受像管）の断面図である。ガラス
外囲器４１の中に、冷陰極２、第１集束電極４２、第２
集束電極４３、第３集束電極４４で構成された電子銃４
５が配設されており、冷陰極２のカソード電極、第１集
束電極４２、第２集束電極４３、第３集束電極４４およ
び陽極４８にそれぞれ直流定電圧電源５１〜５６からの
直流電圧が供給される。電子ビーム電流を変調する信号
は増幅器５０から、冷陰極２に印加される。冷陰極２か
ら放出された電子は集束、かつ加速されて電子ビーム４
６が形成される。電子ビーム４６は偏向ヨーク４７に加
えられた電流波形に応じて偏向され、蛍光体４９を衝撃
する。この実施形態に示すＣＲＴでは、電子ビーム４６
を高い周波数で密度変調することが可能になり、歪みの
ない電子ビームを形成できるので、解像度が良好で、ス
クリーンに表示できる画素数を多く出来る利点がある。
さらに、ヒータ電力が不要であるので消費電力が小さい
等の利点を持つ。
り、冷陰極を電子源として使用した電子ビーム装置とし
て構成されたＣＲＴ（受像管）の断面図である。ガラス
外囲器４１の中に、冷陰極２、第１集束電極４２、第２
集束電極４３、第３集束電極４４で構成された電子銃４
５が配設されており、冷陰極２のカソード電極、第１集
束電極４２、第２集束電極４３、第３集束電極４４およ
び陽極４８にそれぞれ直流定電圧電源５１〜５６からの
直流電圧が供給される。電子ビーム電流を変調する信号
は増幅器５０から、冷陰極２に印加される。冷陰極２か
ら放出された電子は集束、かつ加速されて電子ビーム４
６が形成される。電子ビーム４６は偏向ヨーク４７に加
えられた電流波形に応じて偏向され、蛍光体４９を衝撃
する。この実施形態に示すＣＲＴでは、電子ビーム４６
を高い周波数で密度変調することが可能になり、歪みの
ない電子ビームを形成できるので、解像度が良好で、ス
クリーンに表示できる画素数を多く出来る利点がある。
さらに、ヒータ電力が不要であるので消費電力が小さい
等の利点を持つ。
【００２７】図１０は本発明の第７の実施形態を示して
おり、冷陰極を使用した電子ビーム装置として構成され
た代表的なマイクロ波管であるＴＷＴ（進行波管）の断
面図である。冷陰極６１から放出された電子は、電子銃
６２で作られた静電界と磁石６３で作られた磁界で集束
され、所定形状の電子ビーム６４に形成される。電子ビ
ーム６４は内径が１ｍｍ以下の低速波回路であるらせん
６５の中を通り抜け、コレクタ６６で捕捉される。冷陰
極に印加された入力ＲＦ信号は密度変調した電子ビーム
６４を作り、この電子ビーム６４は螺旋６５の中を通過
する間に螺旋６５との相互作用により螺旋６５にＲＦ信
号を誘起し、さらにこれを増幅して出力信号を作る。螺
旋６５にＲＦ信号を入力する従来のＴＷＴでは、螺旋部
分において、はじめに入力ＲＦ信号で電子ビームを速度
変調し、螺旋内を電子ビームがドリフトしながら電子が
局部的に集合して密度変調された電子ビームになり、さ
らにこの密度変調された電子ビームが螺旋との相互作用
で入力ＲＦシリコンが増幅される。これに対しこの実施
形態では、電子ビームの速度変調、ドリフトの部分が不
要になり、電子銃において十分に変調係数の大きな密度
変調電子ビームが作られるため、螺旋の長さを大幅に短
縮でき、ＴＷＴは大幅に小型化できる。さらに、冷陰極
からは電流密度の高い電子ビームが形成できるため、Ｒ
Ｆ−ＤＣ変換効率の高いＴＷＴが実現できる。
おり、冷陰極を使用した電子ビーム装置として構成され
た代表的なマイクロ波管であるＴＷＴ（進行波管）の断
面図である。冷陰極６１から放出された電子は、電子銃
６２で作られた静電界と磁石６３で作られた磁界で集束
され、所定形状の電子ビーム６４に形成される。電子ビ
ーム６４は内径が１ｍｍ以下の低速波回路であるらせん
６５の中を通り抜け、コレクタ６６で捕捉される。冷陰
極に印加された入力ＲＦ信号は密度変調した電子ビーム
６４を作り、この電子ビーム６４は螺旋６５の中を通過
する間に螺旋６５との相互作用により螺旋６５にＲＦ信
号を誘起し、さらにこれを増幅して出力信号を作る。螺
旋６５にＲＦ信号を入力する従来のＴＷＴでは、螺旋部
分において、はじめに入力ＲＦ信号で電子ビームを速度
変調し、螺旋内を電子ビームがドリフトしながら電子が
局部的に集合して密度変調された電子ビームになり、さ
らにこの密度変調された電子ビームが螺旋との相互作用
で入力ＲＦシリコンが増幅される。これに対しこの実施
形態では、電子ビームの速度変調、ドリフトの部分が不
要になり、電子銃において十分に変調係数の大きな密度
変調電子ビームが作られるため、螺旋の長さを大幅に短
縮でき、ＴＷＴは大幅に小型化できる。さらに、冷陰極
からは電流密度の高い電子ビームが形成できるため、Ｒ
Ｆ−ＤＣ変換効率の高いＴＷＴが実現できる。
【００２８】なお、この第７の実施形態では低速波回路
として螺旋を用いたＴＷＴの例を示しているが、螺旋に
限らず、結合空洞やリングループ等のＴＷＴにも適用で
きる。さらに、ＴＷＴにかぎらずクライストロンやジャ
イロトロンのようなマイクロ波管に本発明の冷陰極を適
用しても、その利点を活用することができる。
として螺旋を用いたＴＷＴの例を示しているが、螺旋に
限らず、結合空洞やリングループ等のＴＷＴにも適用で
きる。さらに、ＴＷＴにかぎらずクライストロンやジャ
イロトロンのようなマイクロ波管に本発明の冷陰極を適
用しても、その利点を活用することができる。
【００２９】ここで、本発明においては、絶縁基板１の
代わりに、金属あるいは半導体基板の上に絶縁層を積層
した基板を使用しても、前記各実施形態で説明したもの
と同等の冷陰極ならびに電子銃を構成できることは明ら
かである。
代わりに、金属あるいは半導体基板の上に絶縁層を積層
した基板を使用しても、前記各実施形態で説明したもの
と同等の冷陰極ならびに電子銃を構成できることは明ら
かである。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、陰極基
板に絶縁層を介して制御電極と集束電極を積層し、これ
らに設けた空洞内に電子放出電極を形成し、しかもこの
電子放出電極の鋭利な先端を、制御電極の基板側の面よ
りも集束電極側に位置させ、かつ制御電極と集束電極と
の間に電子ビーム変調用信号を印加しているので、制御
電極や電子放出電極に特殊な構造を採用せずに高い周波
数で密度変調した電子ビームを形成することができる。
したがって、本発明の冷陰極電子銃を用いて電子ビーム
装置を構成すれば、消費電力が小さく、小型の電子ビー
ム装置が実現できる。例えば、ＣＲＴに採用すれば、解
像度が良好で、スクリーンに表示できる画素数が多く、
消費電力の小さいディスプレイ装置を実現することがで
きる。また、ＴＷＴ、クライストロンなどのマイクロ波
管に採用すれば、動作周波数が高く、ＤＣ−ＲＦ変換効
率が高く、消費電力が小さく、超小型のマイクロ波増幅
装置やマイクロ波発振装置が実現できる。
板に絶縁層を介して制御電極と集束電極を積層し、これ
らに設けた空洞内に電子放出電極を形成し、しかもこの
電子放出電極の鋭利な先端を、制御電極の基板側の面よ
りも集束電極側に位置させ、かつ制御電極と集束電極と
の間に電子ビーム変調用信号を印加しているので、制御
電極や電子放出電極に特殊な構造を採用せずに高い周波
数で密度変調した電子ビームを形成することができる。
したがって、本発明の冷陰極電子銃を用いて電子ビーム
装置を構成すれば、消費電力が小さく、小型の電子ビー
ム装置が実現できる。例えば、ＣＲＴに採用すれば、解
像度が良好で、スクリーンに表示できる画素数が多く、
消費電力の小さいディスプレイ装置を実現することがで
きる。また、ＴＷＴ、クライストロンなどのマイクロ波
管に採用すれば、動作周波数が高く、ＤＣ−ＲＦ変換効
率が高く、消費電力が小さく、超小型のマイクロ波増幅
装置やマイクロ波発振装置が実現できる。
【図１】本発明の冷陰極電子銃の基本構成を示す断面図
である。
である。
【図２】本発明における冷陰極の要部の斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における冷陰極の要部
の断面図である。
の断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における冷陰極の要部
の拡大断面図である。
の拡大断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における冷陰極の平面
図とその断面図である。
図とその断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態における冷陰極の斜視
図である。
図である。
【図７】本発明の第４の実施形態における冷陰極の斜視
図である。
図である。
【図８】本発明の第５の実施形態における冷陰極の要部
の拡大断面図である。
の拡大断面図である。
【図９】本発明の第６の実施形態のＣＲＴの断面図であ
る。
る。
【図１０】本発明の第７の実施形態のＴＷＴの断面図で
ある。
ある。
【図１１】従来のスピント型冷陰極の一部を破断した斜
視図と断面図である。
視図と断面図である。
【図１２】従来の他の例の冷陰極の斜視図である。
【図１３】従来のさらに他の例の冷陰極の断面図であ
る。
る。
【図１４】従来の電子銃の構造を示す断面図と平面図で
ある。
ある。
【図１５】従来の密度変調電子銃の断面図とその一部の
拡大断面図である。
拡大断面図である。
【図１６】従来のクライストロンの断面図と要部の拡大
斜視図である。
斜視図である。
１ 絶縁基板 ２ 冷陰極 １１ ダミーパターン １２ 入力ストリップ １３ 裏面電極 １４ 出力ストリップ ２１ 陰極基板 ２３ ゲート電極 ２５ 集束電極 ２７ エミッタ
Claims (6)
- 【請求項１】 少なくとも一つの表面が導電性を示す陰
極基板と、この陰極基板上に第１及び第２の絶縁層を介
して積層形成された制御電極および集束電極と、これら
集束電極、制御電極、第１及び第２の各絶縁層にわたっ
て形成された空洞と、この空洞内において前記陰極基板
上に立設され、その先端が先鋭化された電子放出電極と
を備え、前記電子放出電極の先端が前記制御電極の基板
側の面よりも前記集束電極側に位置されており、かつ前
記制御電極と集束電極との間に電子ビーム変調用信号が
印加されることを特徴とする冷陰極電子銃。 - 【請求項２】 前記制御電極と前記集束電極とで分布定
数型の伝送線路が構成される請求項１の冷陰極電子銃。 - 【請求項３】 前記制御電極と前記集束電極への配線が
分布定数型の伝送線路で構成されている請求項１または
２の冷陰極電子銃。 - 【請求項４】 前記第２の絶縁層と集束電極との間に、
前記空洞が形成された領域を除いて第３の絶縁層が積層
形成されている請求項１の冷陰極電子銃。 - 【請求項５】 前記制御電極の上面に、前記空洞を囲む
領域にわたって突起が形成され、前記電子放出電極の先
端がこの突起の厚さ寸法内に位置されてなる請求項１な
いし４のいずれかの冷陰極電子銃。 - 【請求項６】 請求項１から請求項５のいずれかの冷陰
極電子銃を備え、この冷陰極電子銃で発生された電子ビ
ームを用いて各種動作を行わせることを特徴とする電子
ビーム装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23059796A JP2891196B2 (ja) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | 冷陰極電子銃およびこれを用いた電子ビーム装置 |
| DE69700313T DE69700313T2 (de) | 1996-08-30 | 1997-08-28 | Feldemissions-Elektronenkanone mit Kaltkathode |
| EP97114932A EP0827175B1 (en) | 1996-08-30 | 1997-08-28 | Field-emission cold-cathode electron gun |
| US08/920,508 US5986388A (en) | 1996-08-30 | 1997-08-29 | Field-emission cold-cathode electron gun having emitter tips between the top surface of gate electrode and focusing electrode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23059796A JP2891196B2 (ja) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | 冷陰極電子銃およびこれを用いた電子ビーム装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1074445A JPH1074445A (ja) | 1998-03-17 |
| JP2891196B2 true JP2891196B2 (ja) | 1999-05-17 |
Family
ID=16910246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23059796A Expired - Lifetime JP2891196B2 (ja) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | 冷陰極電子銃およびこれを用いた電子ビーム装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5986388A (ja) |
| EP (1) | EP0827175B1 (ja) |
| JP (1) | JP2891196B2 (ja) |
| DE (1) | DE69700313T2 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3156763B2 (ja) * | 1997-08-12 | 2001-04-16 | 日本電気株式会社 | 冷陰極搭載電子管の電極電圧印加方法および装置 |
| US6441543B1 (en) | 1998-01-30 | 2002-08-27 | Si Diamond Technology, Inc. | Flat CRT display that includes a focus electrode as well as multiple anode and deflector electrodes |
| JP3101713B2 (ja) * | 1999-02-22 | 2000-10-23 | 東北大学長 | 電界放射陰極およびそれを用いる電磁波発生装置 |
| JP2000243305A (ja) * | 1999-02-24 | 2000-09-08 | Nec Corp | 電界放射冷陰極電子銃及びこれを用いたマイクロ波管 |
| US6255768B1 (en) * | 1999-07-19 | 2001-07-03 | Extreme Devices, Inc. | Compact field emission electron gun and focus lens |
| US6580211B1 (en) * | 2000-03-09 | 2003-06-17 | Si Diamond Technology, Inc. | Triode assembly for carbon cold cathode |
| EP1249855B1 (en) * | 2001-04-09 | 2008-07-09 | ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH | Device and method for controlling focussed electron beams |
| US6858455B2 (en) * | 2001-05-25 | 2005-02-22 | Ut-Battelle, Llc | Gated fabrication of nanostructure field emission cathode material within a device |
| KR100519754B1 (ko) * | 2003-01-13 | 2005-10-07 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이중 게이트 구조를 가진 전계방출소자 및 그 제조방법 |
| FR2875946A1 (fr) * | 2004-09-30 | 2006-03-31 | Thomson Licensing Sa | Structure de triode pour canon a electrons de tube a rayons cathodiques |
| JP4829604B2 (ja) * | 2005-12-06 | 2011-12-07 | 日本放送協会 | 冷陰極アレイ及びこれを用いた電界放出型ディスプレイ |
| CN112701021A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-04-23 | 国家纳米科学中心 | 一种调控冷阴极电子源侧向发射的结构及方法 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4780684A (en) * | 1987-10-22 | 1988-10-25 | Hughes Aircraft Company | Microwave integrated distributed amplifier with field emission triodes |
| JPH03161379A (ja) * | 1989-11-20 | 1991-07-11 | Fujitsu Ltd | プリンタの駆動力伝達装置 |
| GB2238651A (en) * | 1989-11-29 | 1991-06-05 | Gen Electric Co Plc | Field emission devices. |
| FR2669465B1 (fr) * | 1990-11-16 | 1996-07-12 | Thomson Rech | Source d'electrons et procede de realisation. |
| US5191217A (en) * | 1991-11-25 | 1993-03-02 | Motorola, Inc. | Method and apparatus for field emission device electrostatic electron beam focussing |
| JPH07107829B2 (ja) * | 1993-06-08 | 1995-11-15 | 日本電気株式会社 | 密度変調電子銃とこれを用いたマイクロ波管 |
| FR2709206B1 (fr) * | 1993-06-14 | 2004-08-20 | Fujitsu Ltd | Dispositif cathode ayant une petite ouverture, et son procédé de fabrication. |
| US5363021A (en) * | 1993-07-12 | 1994-11-08 | Cornell Research Foundation, Inc. | Massively parallel array cathode |
| US5559389A (en) * | 1993-09-08 | 1996-09-24 | Silicon Video Corporation | Electron-emitting devices having variously constituted electron-emissive elements, including cones or pedestals |
| JP2861755B2 (ja) * | 1993-10-28 | 1999-02-24 | 日本電気株式会社 | 電界放出型陰極装置 |
| KR100266517B1 (ko) * | 1995-07-07 | 2000-09-15 | 가네꼬 히사시 | 전계 방출 냉 캐소드 및 개선된 게이트 구조를 갖는 전자 총 |
| US5578900A (en) * | 1995-11-01 | 1996-11-26 | Industrial Technology Research Institute | Built in ion pump for field emission display |
| JP2910837B2 (ja) * | 1996-04-16 | 1999-06-23 | 日本電気株式会社 | 電界放出型電子銃 |
-
1996
- 1996-08-30 JP JP23059796A patent/JP2891196B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-08-28 EP EP97114932A patent/EP0827175B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-08-28 DE DE69700313T patent/DE69700313T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1997-08-29 US US08/920,508 patent/US5986388A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5986388A (en) | 1999-11-16 |
| DE69700313D1 (de) | 1999-08-12 |
| EP0827175B1 (en) | 1999-07-07 |
| JPH1074445A (ja) | 1998-03-17 |
| EP0827175A1 (en) | 1998-03-04 |
| DE69700313T2 (de) | 2000-02-03 |
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