JPH0272534A - 電子線発生装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、絶縁基板上に設けられた電子放出素子を具備
する電子線発生装置の改良に関する。

［従来の技術］ 従来、簡単な構造で電子の放出が得られる素子として、
例えば、エム　アイ　エリンソン（Ｍ、　Ｉ。

Ｅｌｉｎｓｏｎ）等によって発表された冷陰極素子が知
られている。［ラジオ　エンジニアリング　エレクトロ
ン　フィシ４−／ス（Ｒａｄｉｏ　Ｅｎｇ、　Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎ。

Ｐｂｙｓ、）第１０巻、１２９０〜１２Ｈ頁、１９８５
年】これは、絶縁基板上に形成された小面積の薄膜に、
膜面に平行に電流を流すことにより、電子放出が生ずる
現象を利用するもので、一般には表面伝導形放出素子と
呼ばれている。

この表面伝導形放出素子としては、前記エリンソン等に
より開発された５ＩＩ０２　（Ｓｂ）薄膜を用いたもの
、　Ａｕ薄膜によるもの［ジー・ディトマー“スイン　
ソリド　フィルムス”（Ｇ、　Ｄｉｔｔｍｅｒ：“丁ｂ
ｉｎ　５ｏｌｉｄ　Ｆｉ１ｍｓ″）、９巻、３１７頁、
　（１９７２年）　］　、　ＩＴＯ薄膜によるもの［エ
ム　ハートウェル　アンド　シー　ジー　フォンスタッ
ド“アイイー　イー　イー　トランス”イー　デイ−コ
ン７（Ｍ、　Ｈａｒｔｗｅｌｌ　ａｎｄ　Ｃ，Ｇ、　Ｆ
ｏｎｓｔａｄ：　　”ＩＥＨ［Ｔｒａｎｓ、　ＥＤ　Ｃ
ａｎｆ、　”　）　５１８頁、（１８７５年）］、カー
ボン薄膜によるもの［荒木久他：“真空”。

第２６巻、第１号、２２頁、　　（１９８３年）］など
が報告されている。

これらの表面伝導層放出素子は、 １）高い電子放出効率が得られる ２）構造が簡単であるため、製造が容易である３）同一
基板上に多数の素子を配列形成できる４）応答速度が速
い 等の利点があり、今後、広く応用される可能性をもって
いる。

［発明が解決しようとしている課題］ しかしながら、従来の電子放出素子の場合、放出素子の
形成されている絶縁基板の電位が不安定である為、放出
された電子ビームの軌道が不安定になるという問題を生
じていた。

この問題を解決する為に、本発明者らは、電子放出素子
周辺の絶縁基板表面に高導電率の材料を被覆し、基板表
面の電位を安定させる方法を提案した。

この方法は電子ビーム軌道の安定化を実現させる方法で
あるが、消費電力の低減という面では改良すべき点があ
った。

すなわち、電子放出素子の正極と負極の空隙に被覆する
高導電率材料と、電子放出素子周辺部に被覆する高導電
率材料は、同一組成とするのが電子放出部の汚染防止や
製造工程の簡略化という点で有利である。しかしながら
、電子放出素子の放出効率や出力電流を最大にするよう
に被覆した場合、電子放出素子周辺は、基板の表面電位
を安定させるのに必要な被覆密度を大巾に超える為、必
要以上に電流が流れる傾向にあった。この為、多数の電
子放出素子を備える電子線発生装置などに応用した際、
消費電力が増大してしまっていた。

［課題を解決するための手段（及び作用）１本発明は、
前述問題点を解決する為になされたもので、電子放出素
子の電子放出部（正極と負極の間の空隙）に対して、電
子放出素子周辺の高導電率材料の被覆状態を変える事に
より、電子放出素子の性能を劣化させる事なく電子ビー
ム軌道安定化の為の消費電力を低減させたものである。

より詳しくは、電子放出素子の正極と負極の間の基板表
面は、高導電率材料の被覆により、１Ｘ１０４〜Ｉ　Ｘ
　１０７Ω／ロ程度の表面抵抗とし、一方、電子放出素
子周辺の基板表面は。

１Ｘ１０８〜Ｉ　Ｘ　１０１０Ω／口程度の表面抵抗と
するものである。

［実施例］ 第１図〜第４図は、本発明の第１実施例を説明する為の
平面図で、第１図は素子の寸法を、第２図と第３図は、
製造の途中経過を、第４図は、完成形態を示している。

第１図に於て、１はガラスもしくはセラミック等からな
る絶縁基板で、基板上には正極？および負極３が設けら
れている。２．３は従来公知の真空堆積法とフォトリソ
エツチング法又はリフトオフ法、あるいは印刷法等によ
り容易に形成でき、電極材としては一般的な導電性材料
、　Ａｕ、　Ｐｔ、　Ａｇ等の金属の他、５ｎ０２．　
！〒０等の酸化物導電性材料も使用できる。

電極２．３の厚みは数１００Ａから数４ｍ程度が適当で
あるが、この数値に限るものではない、また電極間隔Ｇ
の寸法は電極対向間隔が数１００　Ａから数１０ｔｔ層
が適当であり、間隔幅Ｗは数鳩■から数ｍ層程度が適当
である。しかしこの寸法値に限るものではない。

正極２と負極３で挟まれるＷＸＧの領域に、後に説明す
るように高導電率材料をｌＸ１０４〜１×１０７Ω／ロ
程度の表面抵抗となる様に被覆する事により、この領域
には電子放出部が形成される。

また、前記ＷｘＧの領域を除いた基板表面は、ｌＸ１０
８〜ｌ　Ｘ　１０１０Ω１０程度となる様に高導電率材
料を被覆する。以下、その手順を説明する。

第２図に示すのは、前記第１図の基板に、フォトレジス
トパターン４を形成したもので、前記ＷＸＧの領域には
、窓があけられている。この窓は１位置ずれかまったく
生じない場合には、ＷｘＧと寸法を一致させればよいが
、本実施例では製造を容易にする為に、若干１寸法を大
きめにとっている。

次に、第２図の基板に、基板よりも高導電率を有する材
料を被覆する。ここで、被覆とは、必らずしも、表面全
体が覆われる状態を言うのではなく、高導電率材料の微
粒子が、適当な間隔をもって分散配置された状態をさす
ものである。

被覆は、具体的には、たとえば高導電率材料の微粒子の
分散液を用いて行なう。たとえばアルコール等から成る
有機溶剤に微粒子及び微粒子の分散を促進する添加剤を
加え、攪拌等により、微粒子の分散液を調整する。この
微粒子分散液を塗布、あるいはスプレーするか、または
基板を微粒子−分散液にデイ−２ピングした後、溶媒等
が蒸発する温度、たとえば１４０℃に１０分間程度保つ
事により、高導電率材料が適当な間隔をもって分散配置
される。

ここで用いられる微粒子の材料は非常に広い範囲におよ
び通常の金属、半金属、半導体といった導電性材料の殆
ど全てを使用可能である。なかでも低仕事関数で高融点
かつ低蒸気圧という性質をもつものが好適である。具体
的にはＬａＢｂ、　ＣｅＢ６゜ＹＢ４　、　ＧｄＢａな
どの硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，Ｔａｇ。

ＳｉＣ，ＷＣなどの炭化物、τｉＮ、　ＺｒＮ、　Ｈｆ
Ｎなどの窒化物、Ｎｂ、　Ｍｏ、　Ｒｈ、　Ｈｆ、丁Ｂ
、　Ｗ、　Ｒｅ、　Ｉｒ、　Ｐｔ、　Ｔｉ。

Ａｕ、Ａｇ、　Ｃｕ、　Ｃｒ、　Ａｌ２．　Ｇｏ、旧、
　Ｆｅ、　Ｐｂ、　Ｐｄ、　Ｃｓ。

Ｂａなどの金属、Ｉｎ２０ａ、　５ｎ０２．５ｂ２０ｘ
などの金属酸化物、Ｓｉ、　Ｇｅなどの半導体、力・−
ポン、Ａｇ、　Ｋｇなどを一例として挙げることができ
る。

微粒子の配置密度は、微粒子分散液の調製や塗布回数に
より制御する事が可能である。そこで、適当な回数の塗
布（もしくは、ディッピング）を行なった後、前記フォ
トレジストパターンをリフトオフする事により第３図に
示す状態となる。この状態に於ては、正極２と負極３の
空隙部は、目標とするｌＸ１０４〜Ｉ　Ｘ　１０７　Ω
／口よりは、大きな表面抵抗を有している。

次に、第３図の基板全面に対して、前記第２図の基板に
対して行なったのと同様にして塗布、もしくはディッピ
ングにより、高導電率材料の被覆を行なう、適当な回数
の塗布（もしくはディッピング）により、第４図の形態
が完成する０図に於て、正極２と負極３の空隙部付近は
高導電率材料の微粒子が高い密度をもって分散配置され
る為、ＩＸＩＩ）’〜ｉ　ｘ　ｉｏ＋Ω／口の表面抵抗
を有し、また、その周辺部は、比較的低い密度をもって
分散配置される為、ｌＸ１０８〜Ｉ　Ｘ　１０１０Ω／
口の表面抵抗を有する。

その結果、電子放出素子からは２ｇＡの電子ビームが放
出されるとともに、そのビームの軌道は極めて安定した
ものとなり、しかも、絶縁基板の表面電位を安定させる
為に消費する電力は、従来の同サイズの場合と比較して
１／２０〜１／２００に減少させる事ができた。

尚、本実施例では、第２図の工程でレジストパターンの
窓をＷｘＧより大きくしている為、高密度に被層された
領域が、正・負極間の空隙を多少はみ出した形になって
いるが、これにより、電子放出素子の放出電流量や、放
出効率が劣化する事はなかった。

また、正極２および負極３の表面にも、高導電率材料が
被覆されているが、これも特に問題はない、 尚、本発明の実施形態は、必ずしも第４図の形態そのも
のに限られるわけではない。電子ビーム軌道に影響を与
えるのは、主として電子放出素子辺の基板電位であるの
で、必ずしも第４図のように基板全面を高導電率材料で
被覆しなくとも、たとえば、第５図や第６図のような形
態であってモヨイ０図中、５　（！：　７１１　１　Ｘ
１０４〜Ｉ　Ｘ１０７Ω／口の表面抵抗を有する部分で
、６と８はｌＸ１０８〜Ｉ　Ｘ　１０１０Ω／口の表面
抵抗を有する部分である０本実施例の方が第４図の形態
よりも、消費電力をより小さくする事ができる。

また、製造方法も、前記第１図〜第４図で説明した工程
に限るものではなく、たとえば第７図に示すように、電
極２と３が形成された基板全面を、あらかじめｉ　ｘ　
ｉｏｓ〜１×１０１０Ω／□程度の表面抵抗になる程度
、高導電率材料を被覆し、その後第８図に示すようにフ
ォトレジストパターンを形成し、さらに７、フォトレジ
ストパターンの窓の部分が１Ｘ１０４〜ｌＸｌ０）Ω／
口程度となるまで高導電率材料を被覆し、フォトレジス
トパターンを除去してもよい。

あるいは、電極の形成された基板全体にあらかじめＩＸ
ＩＱ’〜ｌＸ１０７Ω１０（絶縁基板表面の抵抗）程度
に高導電率材料を被覆し、その後第９図に斜線部ｌＯで
示すようなフォトレジストパターンを形成する。そして
、高導電率材料を可溶なエツチング液を用いて、露出部
の表面抵抗がｌＸ１０８〜ｌ　Ｘ　１０１０Ω／口にな
るまでエツチングする。その後、フォトレジストパター
ンを除去すれば、第１Ｏ図に示す形態が得られるが１本
実施例も第４図とほぼ同様の性能が得られた。

あるいは、フォトレジスト以外に以下に示すように、水
溶性材料（ポリビニルアルコールやゼラチンなど）を用
いた工程も可能である。

すなわち、まず第１１図に示すようなレジストパターン
１１を形成した後、たとえば、ポリビニルアルコールや
ゼラチンのような水溶性材料を塗布し、有機溶剤で前記
レジストパターンを除去すると、第１２図に示すような
水溶性のマスクパターン１２が形成される。それ以降の
工程は、前記第２図〜第４図の説明と同様となるが、高
導電率材料の分散液を塗布後の乾燥温度は８０℃程度と
するのが望ましい、このような水溶性のマスクパターン
を用いた場合には、高導電率材料の分散液に用いうる有
機溶媒の自由度が増す為、製造がより容易になる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、新規な表面伝導
形放出素子から放出される電子ビームの軌道を安定させ
るのに要する消費電力が、従来の１／２０〜１／２００
に低減させる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明による電子線発生装置を製造す
る途中工程を示す図、第４図は本発明の第１実施例、第
５図と第６図は他の実施例、第７図、第８図及び第９図
は他の製造方法を示す図、第１Ｏ図は他の実施例を示し
、第１１図と第１２図は他の製造方法を示す図である。 ｌは絶縁性基板、２は正極、３は負極、４はフォトレジ
ストパターン、５及び７は１Ｘ１０４〜ｌ　Ｘ　１０７
Ω１０の抵抗になるよう高導電率材料を被覆した領域、
６及び８はＩ　Ｘ１０８〜Ｉ　Ｘｌ０ＩＯΩ／口の抵抗
になるよう高導電率材料を被覆した領域である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁基板上に正極と負極が形成され、該二極間の
   絶縁基板表面の電気抵抗が、高導電率材料の微粒子の被
   覆によって１×１０＾４〜１×１０＾７Ω／□であり、
   また前記被覆部周辺の基板表面の電気抵抗が、高導電率
   材料の微粒子の被覆によって１×１０＾８〜１×１０＾
   １＾０Ω／□であることを特徴とする電子線発生装置。