JP3608291B2 - 電子源及びそれを用いた陰極線管 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＣＲＴ型ディスプレイ、真空管、半導体製造装置等に用いられる電界放出型の電子源及びそれを用いた陰極線管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子源としては熱フィラメントからの熱電子放出等を利用したものが多用されていたが、画像表示装置の薄型化、軽量化に伴って、半導体の微細加工技術を利用した電界放出型（フィールドエミッタ）の電子源の開発が注目されてきた。
【０００３】
図２７は、例えば特開平２−２２６６３５号公報に記載された従来の電界放出電子源の一部の構成を示す断面図である。図において、電子放出部を形成するエミッタ１０４はカソード電極である基板１０１を加工して円錐形状に形成されている。エミッタ１０４を取り囲むように基板１０１上に絶縁膜１０５、引出し電極１０２、絶縁膜１０６、集束電極１０３、絶縁膜１０７、加速電極１０８が順に積層されている。引き出し電極１０２と基板１０１の間に印加された電圧（電源１０９からの電圧）により電子がエミッタ１０４の先端から引き出され、電源１１０により集束電極１０３に印加された電圧により電子は集束され、さらに電源１１１により加速電極１０８に印加された電圧により電子は加速され、電子線１００となって放出される。本実施例では電極が引出し電極、集束電極、加速電極の３層構造となってそれぞれ異なる電位が印加されるが、引出し電極さえあれば、電子放出は実現する。
【０００４】
次に電子源の動作について説明する。引き出し電極１０２に電源１０９によりカソード電極（基板）１０１に対し、正の例えば１００Ｖの電圧を印加すると、エミッタ１０４の先端には約１０７ Ｖ／ｃｍの電界が発生し、トンネル効果によりエミッタ１０４より電子が放出される。放出された電子による電流の大きさは１つのエミッタ当たり２５〜１００μＡで、エミッタ１０４の密度しだいで高い電流密度を得ることができる。しかも、引き出し電極１０２にはほとんど電流が流れないため、消費電力は極めて小さい。
【０００５】
ところで、上記のような電界放出電子源では、エミッタ１０４先端の形状を反映した電界分布の影響により放出電子線１００は発散する。そのため集束電極１０３に電源１１０によりカソード電極１０１と同程度の電位を加え放出電子を減速して放出電子線１００を集束できるように工夫している。これを電源１１１により正の電位を加えた加速電極１０８で加速し放出させる。ただし、個々のエミッタに加速電極１０８を設けずに外部の陽極で電子を加速させることもできる。
【０００６】
このような素子は写真製版と薄膜技術を用いれば数μｍ〜１０μｍの間隔で１００万個程度のエミッタアレイを同時に作製することができ、ピーク電流１００Ａの電子源が得られる。しかも、その電子源はカソード電極１０１を放出電流が流れることによる消費電力以外は電力損失はなく、電子線も発散しない低エミッタンスのものが得られる。
【０００７】
次に、このような従来の電界放出電子源の形成方法について説明する。電界放出電子源の形成方法については、例えば雑誌”１９９０年電子情報通信学会秋季全国大会予稿集（１９９０年）ｐ．５−２８２”や”第７回真空マイクロエレクトロニクスに関する国際会議の論文集，７ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｖａｃｕｕｍ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ １９９４ Ｊｕｌｙ ｐ．２５〜２８”に掲載されている。図２８は、”第７回真空マイクロエレクトロニクスに関する国際会議の論文集，７ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｖａｃｕｕｍ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ １９９４ Ｊｕｌｙ ｐ．２５〜２８”に記載された電界放出電子源の形成方法を示す断面工程図である。図において、（ａ）〜（ｆ）は工程の順を示す。まず、Ｓｉのような半導体（あるいはＡｌのような導体）基板１０１上にフォトレジスト１１３ａを用いてＳｉＯ２ の円形状のマスク１１２を形成する（工程（ａ））。マスク１１２を用いてＳｉ基板１０１を等方性エッチングし、その後基板表面を熱酸化させる。すると図中（ｂ）の基板１０１の表面に沿って酸化膜１０１ａが形成される（工程（ｂ））。次にその上にＳｉＯ２ 絶縁層１０５及び例えばＮｂからなる電極１０２を形成する（工程（ｃ））。電極１０２には接続端子部を設けるためにさらにフォトレジスト１１３ｂを設け（工程（ｄ））、ＳｉＯ２ 絶縁層１０６及び例えばＮｂからなる電極１０３を形成する（工程（ｅ））。最後にフォトレジスト１１３ｂを除去、及びＳｉＯ２ の円形状のマスク１１２をフッ酸で除去すると、基板１０１上の酸化膜１０１ａの一部も除去され、図中（ｆ）のような先端形状の鋭い円錐形状のエミッタ１０４が得られる。
【０００８】
一例として、エミッタ１０４の位置する電子放出部の開口直径は２〜３μｍ、円錐の高さは１μｍ、円錐の先端径は０．０６μｍである。また、電極１０２、１０３の厚さは、電圧が印加できるだけの厚さであれば厚くする必要もないため、通常約０．１〜０．３μｍである。また、絶縁層１０５はエミッタ１０４の先端から効率よく電子放出を行うために、エミッタの高さとほぼ同じに設定してあり（１μｍ）、絶縁層１０６の厚さも電極１０２と電極１０３間の絶縁耐圧を考慮し、絶縁層１０５と同じ１μｍに設定してあるのが通常である。
【０００９】
上記のような電子源の適用例としてはＣＲＴの電子銃が考えられる。この種の電子源をＣＲＴヘ適用した例は、特開昭４８ー９０４６７号公報に述べられている。ただし電子源としては、個々のエミッタ１０４に引き出し電極１０２以外に集束電極１０３を設けるという構成は述べられていない。図２９に、電子銃の構成を示す。図において、電子源（フィールドエミッタからなる電子源）１２１から放出された電子線は加速のための第１アノード電極１２２、第２アノード電極１２３を通過し、電子レンズ１２４、１２５でクロスオーバー点１２７を形成し、コンバージェンス電極１２６で集束され、さらに偏向マグネット１２８により方向制御されてシャドウマスク１２９を通ってアルミバック１３０付き蛍光体１３１の蛍光面に集束される。
【００１０】
一方、出願人はフィールドエミッタ型の電子源に関する発明として、特開平５−１９８２７８号公報において、簡便な素子構成で２次元画素のアドレッシングを容易に行え、製作が容易な電子源を用いた平面パネル型ディスプレイについての発明を既に出願している。さらに、特願平６−２４０１６９号において、電子源の集束特性を向上させるために集束電極に対向して遮蔽電極を配置した電界放出電子源を陰極線管に適用する発明を既に出願している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電界放出型の電子源は上記のように構成されていたので、集束特性の優れた電子線を得るためには集束電極１０３に所望の電位を与える必要がある。電位の与え方として引出し電極より高い電位を与える場合、数ｋＶオーダの高電圧が必要となり、引出し電極と集束電極の間の絶縁層を絶縁耐圧まで厚くする必要がありさらに、消費電力が高くなるという問題があった。そのため、集束電極に与える電位としては引出し電極より小さい電位、例えば、引出し電極１００Ｖに対して集束電極０Ｖを与えていた。しかし、集束電極の電位を引き出し電極に加える電位より低くすると、集束電極に与える電位の影響を受けて、エミッタ先端の電界が低下してトンネル効果により放出される電子が極端に減少するという問題が生じた。図３０に、集束電極に与える電位に対するアノ−ド電流と電子ビ−ムの発散角の変化を調べた実験結果を示す。図は集束電極の電圧１００Ｖでの値で規格化して示している。集束電極へ印加する電圧が高い程アノ−ド電流は大きく、即ち十分な電子線強度が得られ、一方電子ビ−ムは発散してしまう。集束電極へ印加する電圧を小さくすると、電子ビ−ムは集束するものの、電流値は激減してしまう。
【００１２】
本願発明は上記のような問題を解決するためになされたもので、集束電極に与える電圧を小さくしてもアノード電流が低下しないような、高電流密度で且つ集束特性の良好な性能の優れた電子源を提供することを目的とする。即ち、集束電極に与える電圧の影響をエミッタに及ぼさないような電子源の構造を与え、さらに、その高性能な電子源を搭載した陰極線管を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる電子源は、略円錐形状の電子放出部を有するカソード電極上に、開口部を形成して電子放出部を囲むように順に第１の絶縁層、カソード電極部から電子を引き出すための引き出し電極、第２の絶縁層、引き出された電子を集束するための集束電極が配置され、前記集束電極に印加された電位により形成された電界のカソード電極の電子放出部への影響を遮蔽する手段を備え、前記集束電極に印加された電位により形成された電界のカソード電極の電子放出部への影響を遮蔽する手段が、カソード電極の略円錐形状の電子放出部の高さに対する引き出し電極の厚さの比が０．５以上の厚さの引き出し電極であることを規定するものである。
【００１６】
また、集束電極に印加された電位により形成された電界のカソード電極の電子放出部への影響を遮蔽する手段が、カソード電極の略円錐形状の電子放出部の高さに対する引き出し電極の厚さの比が１以上の厚さの引き出し電極であることを規定するものである。
【００１８】
また、集束電極に印加された電位により形成された電界のカソード電極の電子放出部への影響を遮蔽する手段が、カソード電極の略円錐形状の電子放出部の高さに対する第２の絶縁層の厚さの比が２．５以上の厚さの第２の絶縁層であることを規定するものである。
【００１９】
また、集束電極に印加された電位により形成された電界のカソード電極の電子放出部への影響を遮蔽する手段が、集束電極と引き出し電極（第１の引き出し電極）の間に第２の引き出し電極を備え、引き出し電極（第１の引き出し電極）と第２の引き出し電極とを同電位とし、引き出し電極（第１の引き出し電極）と第２の引き出し電極とを開口部の内面で接続したことであることを規定するものである。
【００２０】
また、集束電極に印加された電位により形成された電界のカソード電極の電子放出部への影響を遮蔽する手段が、集束電極と同一平面上で、かつ前記集束電極の開口部側に第２の引き出し電極を備えたことであることを規定するものである。
【００２１】
また、引き出し電極（第１の引き出し電極）と第２の引き出し電極とを同電位としたことを規定するものである。
【００２２】
また、引き出し電極（第１の引き出し電極）と第２の引き出し電極とを開口部の内面で接続したこと規定するものである。
【００２３】
また、引き出し電極（第１の引き出し電極）と第２の引き出し電極とを開口部の外部で接続したことを規定するものである。
【００２４】
また、第２の引き出し電極に印加する電位は、引き出し電極（第１の引き出し電極）に印加する電位より高くしたことを規定するものである。
【００２５】
また、この発明に係わる陰極線管は、真空容器内に、上記構成のいずれかの電子源と、該電子源から出射された電子線を集束する手段と、集束された電子線を蛍光体の所定の位置に偏向して導く手段とを備えたものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図について説明する。図１は実施の形態１による電子源の要部を示す断面図であり、図２は電極の結線状態を示す概略平面図である。図において、例えばガラス材からなる基板１４上にカソード電極１１を構成するシリコン基板を固着し、この表面を加工して、円錐状のフィールドエミッタ１５を得る。電子源はこのエミッタを有する開口部１０の周りの基板１４上に、フィールドエミッタ１５に電界を印加して電子を引き出す引き出し電極１２、引き出された電子の向きを揃えるための電子レンズを形成する集束電極１３がそれぞれ第１絶縁膜１７、第２絶縁膜１６を介して積層されている。なお、開口１０とフィールドエミッタ１５は、例えば７．５μｍピッチで直径２００μｍの領域に配列されており、その数は図では省略しているが６００個以上である。フィールドエミッタ１５の先端は図１中に示したようにほぼ引き出し電極１２の下面と同程度の高さにある。
【００２８】
さらに、図２に示すように、集束電極１３は上方から見ると中心部に開口１０部すなわち電子放出領域のある直径４００μｍの円形となるように形成されている。ただし１ケ所、ボンディング端子（電極端子）２３へ接続する線状の配線２２が伸びて上部の空間に露出している。同様に引き出し電極１２およびカソード電極１１のボンディング端子（電極端子）１９、１８も空間に露出しており、これらの端子１９、１８と電極を接続する線状の配線２１、２０も引き出し電極１２、カソード電極１１の外側まで伸びている。さらに、ボンディング端子１８、１９、２３には電圧を供給する導線２６、２４、２５がそれぞれ接続されている。このように各電極１１、１２、１３に給電する端子部を構成するボンディング用端子１８、１９、２３や配線２０、２１、２２や導線２６、２４、２５の一部が電子放出空間側に露出している。
【００２９】
次にこの電子源の動作について説明する。引き出し電極１２にカソード電極１１に対し＋６０〜＋１１０Ｖの電圧を印加する。また、集束電極１３にはカソード電極１１に対し０〜＋２０Ｖの電圧を印加する。この際に、引き出し電極１２が十分厚いため、エミッタ１５先端の電界を低下させる集束電極１３からの電界の影響を遮蔽することができ、集束電極１３からの電界の影響を低減できる。図３は、引き出し電極（ゲート電極）の厚さとエミッタ先端から放出される電流との関係を示す、差分法を用いた電界解析結果である。横軸は引き出し電極（ゲート電極）１２の厚さとエミッタ１５の高さの比で、縦軸はエミッタ１５先端から放出される電流値を集束電極１３を用いない時の電流値を１００％として規格化したものである。図中Ａ点は、集束電極１３を用い且つ、従来の膜厚条件（エミッタ高さ１μｍ、ゲート電極の厚さ０．３μｍ）での放出電流の比で、引き出し電極１２の厚みを厚くすることでエミッタ１５先端から放出される電流が増加することがわかる。例えば、引き出し電極（ゲート電極）１２の厚さとエミッタ１５の高さの比が２以上では放出電流を８０％以上を確保できる。このように引き出し電極（ゲート電極）を厚くすることで、電流密度が高く集束特性の優れた電子線が得ることができる。
【００３０】
一方、引き出し電極（ゲート電極）を厚くすると、図１におけるエミッタ間のピッチｐが広がり、複数のエミッタを形成して電子源とする際の単位面積当たりのエミッタ数が減少する。そのため、複数のエミッタを形成して電子源として用いる場合、全てのエミッタからの放出電流の合計は、１個当たりのエミッタからの放出電流とエミッタの個数で決定される。図４には、集束作用があり放出電流の低下がないエミッタ群の総放出電流を１００％としたときの、引き出し電極（ゲート電極）の厚さとエミッタとの高さの比に対する総放出電流の関係を示したものである。
【００３１】
図３では、引き出し電極（ゲート電極）の厚さとエミッタとの高さの比が２以上でエミッタ１個当たりの放出電流を８０％以上を確保でき、さらに、引き出し電極（ゲート電極）の厚さとエミッタとの高さの比が４で集束電極を用いない時のエミッタ群の総放出電流と同レベルまで確保できることが分かった。さらに、図４で示されるようにエミッタ群としては少なくとも引き出し電極（ゲート電極）の厚さとエミッタとの高さの比が１以上であれば、従来と同程度あるいはそれ以上の総放出電流を得られることがわかる。
【００３２】
一方、総放出電流を向上させる方法として電極の材質や印加電圧を最適化する方法がある。例えば、文献”第７回真空マイクロエレクトロニクスに関する国際会議の論文集，７ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｖａｃｕｕｍ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ １９９４ Ｊｕｌｙ ｐ．４０５〜４０７”には、エミッタを陽極化成処理することにより、総放出電流が向上することが報告されている。即ち、総放出電流の低下分は電極の材質や印加電圧等の他のパラメータを適正化することで補填することが可能であり、図４において、少なくとも４０％であれば、総放出電流を１００％まで（２．５倍とする）補填することが可能である。即ち、引き出し電極（ゲート電極）の厚さとエミッタとの高さの比が０．５以上であれば、従来と同程度あるいはそれ以上の総放出電流を得ることが可能となる。
【００３３】
また、引き出し電極（ゲート電極）の厚さは厚い方がよいが、電極の厚膜化もプロセス上難しく、さらに図４で厚くすると総電流は下降する傾向にある。エミッタ高さが１μｍであれば１０倍の１０μｍ程度が限界であろう。さらに、電子源が薄型化され、エミッタが低くなると、図３での増加の傾きが緩やかとなり、図４においても増加の傾きが緩やかとなる。その場合、エミッタ高さに対して電極の厚さはさらに大きくする必要があり、その場合は１０倍以上の可能性もある。また、エミッタ高さが１μｍより１桁以上大となることは、電子源の薄型化に対して、またプロセス上困難であることから考慮しなくてもよい。
【００３４】
図５に、引き出し電極の膜厚を従来の膜厚の０．３μｍから３μｍ（この時エミッタの高さ１μｍ）に厚くした時のアノード電流の変化を調べた実験結果を示す。集束電極に印加する電圧を小さくしてもアノ−ド電流の低下は抑制され、電子源として十分な電流密度を確保することができた。また、従来の課題で説明した図３０と併せると、印加電圧を小さくして電子線を集束させ且つ電流密度の高い電子源を提供することができた。
【００３５】
なお、フィールドエミッタ１５の先端から放出された電子は集束電極１３の形成する電界により減速され、集束されて、電子源の外部に設けられた陽極方向へ放出される。
【００３６】
さらに、上記実施の形態では複数のエミッタを有する電子源について説明したが、エミッタ自身は１つで１つの電子源を構成してもよい。
【００３７】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２を図について説明する。図６は実施の形態２による電子源の要部を示す断面図である。図において、従来と異なるのは引き出し電極１２と集束電極１３の間の第２絶縁膜１６の膜厚を十分厚くしている。
【００３８】
次に、このように構成されたものにおける電子源の動作について説明する。引き出し電極１２にカソード電極１１に対し、例えば＋６０〜＋１１０Ｖの電圧を印加する。また、集束電極１３にはカソード電極１１に対し、例えば０〜＋２０Ｖの電圧を印加する。この際に、エミッタ１５先端の電界を低下させる集束電極１３がエミッタ１５から離れるために、エミッタ１５先端への集束電極１３からの電界の影響が低減できる。
【００３９】
図７は、第２絶縁膜１６の厚さとエミッタ１５先端から放出される電流との関係を示す、差分法を用いた電界解析結果である。横軸は第２絶縁膜１６の厚さとエミッタ１５の高さの比で、縦軸はエミッタ１５先端から放出される電流を集束電極１３を用いない時の電流値を１００％として規格化したものである。図中Ｂ点は、集束電極１３を用い且つ、従来の膜厚条件（エミッタ高さ１μｍ、第２絶縁膜の厚さ１μｍ）での放出電流の比で、第２絶縁膜１６の厚さを厚くすることでエミッタ１５先端からの放出電流が増加することが分る。例えば、第２絶縁膜１６の厚さとエミッタ１５の高さの比が３以上で、従来１０％以下であった放出電流を３０％以上に確保できることがわかる。従って、実施の形態１と同様に集束電極に印加する電位を小さくして電子線を集束させても高電流密度の電子線を発生可能な電子源を提供することができる。
【００４０】
一方、第２絶縁膜を厚くすると、図６におけるエミッタ間のピッチｐが広がり、複数のエミッタを形成して電子源とする際の単位面積当たりのエミッタ数が減少する。そのため、複数のエミッタを形成して電子源として用いる場合、全てのエミッタからの放出電流の合計は、１個当たりのエミッタからの放出電流とエミッタの個数で決定される。図８には、集束作用があり放出電流の低下がないエミッタ群の総放出電流を１００％としたときの、第２絶縁膜の厚さとエミッタの高さとの比に対する総放出電流の関係を示したものである。図８で示されるようにエミッタ群としては少なくとも第２絶縁膜の厚さとエミッタの高さとの比が２．５以上であれば、エミッタ群としての総電流は４０％程度で飽和する。上記実施の形態１で述べたように、エミッタ群としての総電流は４０％程度であれば、他のパラメータを適正化することで、総電流を１００％まで補填することが可能である。従って第２絶縁膜の厚さは厚さはエミッタ高さが１μｍであれば、２．５μｍであればよい。なお、厚さの上限は厚膜化プロセスを考慮すると１０倍の１０μｍ程度であろう。
【００４１】
さらに、電子源が薄型化され、エミッタの高さが低くなると、図７での増加の傾きが緩やかとなり、図８においても増加の傾きが緩やかとなる。その場合、エミッタ高さに対して電極の厚さはさらに大きくする必要があり、その場合は１０倍以上の可能性もある。また、エミッタ高さが１μｍより１桁以上大となることは、電子源の薄型化に対して、またプロセス上困難であることから考慮しなくてもよい。エミッタ高さが１μｍより大きくなると図７、８共に傾きが急俊になりエミッタ高さに対する第２絶縁膜の厚さの比は２．５よりも小さくてよい。
【００４２】
なお、実施の形態１と同様に、エミッタ自身は１つで１個の電子源を構成してもよい。
【００４３】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３を図について説明する。図９は実施の形態３による電子源の要部を示す断面図であり、図１０は電極の結線状態を示す概略平面図である。図において、１２ａは第２の引き出し電極であり、第１の引き出し電極１２と集束電極１３の間にそれぞれ第２絶縁膜１６、第３絶縁膜３６を介して設けた。さらに、図１０に示すように、第２の引き出し電極１２ａは１ヶ所より、第２の引き出し電極１２ａに給電する端子部を構成するボンディング端子（電極端子）１９ａへ接続する線状の配線２１ａが伸びて上部の空間に露出している。さらに、ボンディング端子１９ａには電圧を供給する導線２４ａが接続されている。
【００４４】
次に、このように構成されたものにおける電子源の動作について説明する。第１の引き出し電極１２にカソード電極１１に対し、例えば＋６０〜＋１１０Ｖの電圧を印加する。また、集束電極１３にはカソード電極１１に対し、例えば０〜＋２０Ｖの電圧を印加する。第２の引き出し電極１２ａには少なくとも集束電極１３より高く第１の引出し電極１２より低い電位、例えば＋５０Ｖを印加する。すると、エミッタ１５先端近傍の電界強度は、第２の引き出し電極１２ａが集束電極１３の電界強度の影響に対して遮蔽の役目を果たし、十分な電界強度が得られる。従って、実施の形態１、２と同様に集束電極に印加する電位を小さくして電子線を集束させても高電流密度の電子線を発生可能な電子源を提供することができる。このように、多層にすることで実施の形態１、２にように各層の厚さを従来と比べて極端に厚くする必要がないため、それぞれの膜を厚膜化することで生じる問題、例えば、膜内の内部応力等を無視することが可能となる。
【００４５】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４を図について説明する。図１１は実施の形態４による電子源の要部を示す断面図であり、図１２は電極の結線状態を示す概略平面図である。実施の形態３では、第２の引き出し電極１２ａに印加する電位を第１の引き出し電極１２と集束電極１３とに印加する電位の中間的な電位としたが、本実施の形態４では外部回路で第１の引き出し電極１２と第２の引き出し電極１２ａとを導通させ、同電位とした。図１１において、導通部を構成する外部回路は各電極と同一基板上に形成されており、３８はボンディング端子部に設けられた電極端子であり、第１の引き出し電極１２と第２の引き出し電極１２ａを開口部１０の外部で電気的に短絡させている。
【００４６】
このように構成された電子源に対し、第１の引き出し電極１２および第２の引き出し電極１２ａにはカソード電極１１に対し、例えば＋６０〜＋１１０Ｖの電圧を印加し、集束電極１３にはカソード電極１１に対し、例えば０〜＋２０Ｖの電圧を印加する。
【００４７】
このような構成にすれば、実施の形態３と同様、各層の厚さを薄くすることができるので各膜を厚くすることで生じる問題、例えば膜内の内部応力や剥離等を無視することができる。また、図１２に示すように第１の引き出し電極１２と第２の引き出し電極１２ａの電極端子３８が共通となるので、電極端子数を減らすことができ、電極端子等からの非対称電界の影響を小さくすることができる。さらに、電源の数も少なくてすみ、簡便な構成で、高性能の電子源が得られる。
【００４８】
なお、図１１では第１の引き出し電極と第２の引き出し電極を、各電極と同一基板上に設けた外部回路において短絡させたが、電源と電極端子との間の外部回路（基板の外）で短絡させてもよい。このようにすれば電極端子数は減らないが製造が容易となる。
また、第１の引き出し電極と第２の引き出し電極を配線２１、２１ａを通さず、直接、電極内部で短絡させてもよい。このようにすれば配線２１、２１ａが一本となり、より簡便な構成となる。
【００４９】
なお、図１３はエミッタ高さに対する引き出し電極の膜厚の比とエミッタ先端の電界強度との関係を示したものであり、実施の形態１における引き出し電極のを２分して第１及び第２の引き出し電極とし、第２の引き出し電極を従来通りの厚さの第２絶縁膜の中間に設け（絶縁膜は図１１中の第２絶縁膜１６と第３絶縁膜３６に分離）、第１及び第２の引き出し電極に同電位を印加した時の本実施の形態の第２の引き出し電極を採用した３段電極（２段の引き出し電極と１段の集束電極）の効果を示したものである。エミッタ高さに対する引き出し電極の膜厚の比が２の時、実施の形態１と同程度の効果があることが確認された。ここで、３段電極においては引き出し電極の厚さとは、第１及び第２の引き出し電極の厚さと第２絶縁膜との和であるから、各層の厚さは実施の形態１と比べて小さくすることができる。また、第１及び第２の引き出し電極に印加する電位を調整すれば、第１及び第２の引き出し電極の厚さを厚くする必要はない。
【００５０】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５を図について説明する。図１４は実施の形態５による電子源の要部を示す断面図である。図において、第２の引き出し電極１２ａを第１の引き出し電極１２と集束電極１３の間にそれぞれ絶縁膜１６、３６を介して設け、開口部１０の内壁で第１の引き出し電極１２及び第２の引き出し電極１２ａを接続させるための電極面３７を設けた。
【００５１】
このような構成にすれば、外部回路で第１の引き出し電極１２及び第２の引き出し電極１２ａを接続させる必要はなく、構造が簡単になる。さらに、引き出し電極に与える電位の影響を開口部の内部に形成される電界に与え易く、カソード電極先端の電界の低下を防止でき、電流密度が高く集束特性の優れた電子線が得られる。
【００５２】
実施の形態６．
この発明の実施の形態６を図について説明する。実施の形態６による電子源の構造は図９及び図１０に示した実施の形態３のものと同様であるが、各電極に印加される電圧が異なる。
【００５３】
この電子源の動作について説明する。図９において、第１の引き出し電極１２にはカソード電極１１に対し、例えば＋６０〜＋１１０Ｖの電圧を印加する。第２の引き出し電極１２ａには第１の引き出し電極１２より高い電圧、例えばカソード電極１１に対し＋８０〜＋１６０Ｖを印加する。また、集束電極１３にはカソード電極１１に対し、例えば＋２０〜＋８０Ｖを印加する。この際に、エミッタ１５先端の電界を低下させる集束電極１３からの電界の影響を第２の引き出し電極１２ａに印加した電圧により遮蔽することができ、集束電極１３自体もエミッタ１５から離れるためにエミッタ１５先端への集束電極１３からの電界の影響も低減できる。エミッタ１５には第１の引き出し電極１２に印加した電圧により電子放出に必要となる電界が生じるので電子が放出される。この方法を用いることでエミッタ１５の先端から放出された電子は集束電極１３の形成する電界により減速され、集束されて、電子源の外に設けられた陽極へ向けて放出される。
【００５４】
このように、第１の引き出し電極１２に与える電圧より第２の引き出し電極１２ａに与える電圧を高くすることにより、第２絶縁膜１６を上記実施の形態３〜５のものより薄くして全体の膜厚を薄くし、第１の引き出し電極と第２の引き出し電極の間の距離を小さくしても、第１の引き出し電極と第２の引き出し電極を同電位としたものと同じように電子線を集束する効果が得られる。また、集束電極に加える電圧がカソード電極に対し高くなることにより、カソード電極先端の電界の低下の影響が小さくなる。
【００５５】
実施の形態７．
この発明の実施の形態７を図について説明する。図１５は実施の形態７による電子源の要部を示す断面図であり、図１６は電極の結線状態を示す概略平面図である。図において、前記実施の形態３〜６の３段電極型と異なるのは第２の引き出し電極１２ａと集束電極１３を同一平面内に形成し、第３絶縁膜を無くして２層電極型にしたことにある。
【００５６】
次に、このように構成されたものにおける電子源の動作について説明する。第１の引き出し電極１２にカソード電極１１に対し、例えば＋６０〜＋１１０Ｖの電圧を印加する。また、集束電極１３にはカソード電極１１に対し、例えば０〜＋２０Ｖの電圧を印加する。第２の引き出し電極１２ａには少なくとも集束電極１３より高く第１の引出し電極１２より低い電位、例えば＋５０Ｖを印加する。すると、エミッタ１５先端近傍の電界強度は、第２の引き出し電極１２ａが集束電極１３の電界強度の影響に対して遮蔽の役目を果たし、十分な電界強度が得られる。従って、実施の形態３と同様に集束電極に印加する電位を小さくして電子線を集束させても高電流密度の電子線を発生可能な電子源を提供することができる。
【００５７】
このような構成にすれば、前記各実施の形態に比べて全膜厚を薄くすることができ、かつ各層の厚さを薄くすることができるので、全膜厚を厚くすることおよび各膜を厚くすることで生じる問題、例えば膜内の内部応力や剥離等を無視することができ、製造も容易となる。また、第２の引き出し電極１２ａと集束電極１３の形状を同時に作成することになるので、従来の３段電極型と比べて製造工程数を削減することができる。以上の２点により製造コスト低減、歩留まり向上等が実現できる。
【００５８】
なお、本実施の形態では第１の引き出し電極１２に与える電圧より第２の引き出し電極１２ａに与える電圧を低くしたが、実施の形態４と同様に、外部回路により第１の引き出し電極１２と第２の引き出し電極１２ａを短絡させ、例えば第１の引き出し電極１２および第２の引き出し電極１２ａにはカソード電極１１に対し＋６０〜＋１１０Ｖの電圧を、集束電極１３にはカソード電極１１に対し０〜＋２０Ｖの電圧を印加することにより、簡便な構成で、高性能の電子源が得られる。
【００５９】
さらに、図１５において、実施の形態６と同様に、例えば、第１の引き出し電極１２にはカソード電極１１に対し＋６０〜＋１１０Ｖの電圧を、第２の引き出し電極１２ａにはカソード電極１１に対し＋８０〜＋１６０Ｖを、集束電極１３にはカソード電極１１に対し＋２０〜＋８０Ｖを印加して、第１の引き出し電極１２に与える電圧より第２の引き出し電極１２ａに与える電圧を高くすることにより、第２絶縁膜１６がより薄くでき、全体の膜厚をより薄くすることができる。
【００６０】
実施の形態８．
この発明の実施の形態を図について説明する。図１７は実施の形態８による電子源の要部を示す断面図であり、図１８は電極の結線状態を示す概略平面図である。図において、実施の形態７と異なるのは第２の引き出し電極１２ａとボンディング端子１９ａを接続する線状の配線２１ａの仕方が異なる。すなわち、図１６に示すような配線パターンによって第２の引き出し電極１２ａ及び集束電極１３と同一平面上に配線２１ａを形成するのではなく、図１７に示すように第２の引き出し電極１２ａと集束電極１３とは別の平面に絶縁層３５を介して配線２１ａを形成したことにある。
【００６１】
このようにすることにより、集束電極１３が配線２１ａにより分断されることがないので、集束電極１３による電界の対称性が保たれ、集束特性の優れた電子線を発する電子源が得られる。
【００６２】
実施の形態９．
この発明の実施の形態９を図について説明する。図１９は実施の形態９による電子源の要部を示す断面図であり、図２０は電極の結線状態を示す概略平面図である。本実施の形態は実施の形態７と同様、２層電極型であるが、図１５に示す実施の形態７と異なるのは、第１の引き出し電極１２と第２の引き出し電極１２ａを開口部１０の内側で電極面３７により電気的に接続し、同電位としたことにある。
【００６３】
このような構成にすれば集束電極１３に与えた電位による電子放出部先端の電界の低下を、第１の引き出し電極１２と第２の引き出し電極１２ａによる電位により容易に遮蔽することができる。さらに、外部回路で第１の引き出し電極１２と第２の引き出し電極１２ａを接続させる必要はなく、構造が簡単になり、且つ集束電極１３による電界の対称性も保たれ、集束特性の優れた電子線を発する電子源が得られる。
【００６４】
実施の形態１０．
この発明の実施の形態１０を図について説明する。図２１は実施の形態１、２のように従来よりも各層の厚さを厚くして電子源を製造する時のプロセスを示したものである。図において、蒸着法により引き出し電極１２や絶縁膜１６、１７を成膜する場合に開口部１０形成用の円形マスク２９の厚さを所定の厚さに設定した場合の製造プロセスの様子を示している。
【００６５】
図中（ａ）において、例えばガラス材からなる基板１４上のエミッタ材（例えばＳｉ）２８の上に従来より厚く所定の厚さに設計された円形マスク材（例えばＳｉＯ２ ）３０を成膜する。次に（ｂ）においてエミッタ１５成形用に円形マスク材３０を円形に加工して円形マスク２９を作製する。（ｃ）において円形マスク２９を用いてエミッタ材２８を所望の形状のエミッタ１５に加工する。（ｄ）において、円形マスク２９及び基板１４のエミッタ１５の形成されていない部分に同時に第１絶縁膜（例えばＳｉＯ２ ）１７、引き出し電極（例えばＮｂ、Ａｕ、Ｐｔ等の金属、Ａｕであれば外部端子との接続が良好である）１２、第２絶縁膜（例えばＳｉＯ２ ）１６、集束電極（例えばＮｂ、Ａｕ、Ｐｔ等の金属、Ａｕであれば外部端子との接続が良好である）１３を順に、蒸着法により形成する。この際に円形マスク２９の保護によりエミッタ１５に絶縁材や電極材が付着しない。（ｅ）において円形マスク２９と円形マスク上の不要蒸着物３１をエッチング（例えばフッ酸溶液を用いる）により除去する。
【００６６】
次に、円形マスクの厚さの設計方法について説明する。図２２は円形マスクの厚さの違いによる電子源の形成の差を示したものである。図において、（ａ）は円形マスクの厚さを適正化しないで成膜した場合の状態を、（ｂ）は円形マスクの厚さを適正化して成膜した場合の状態を示したものである。図において、ｄｅはエミッタの高さ、ｄｍはマスクの厚さ、ｄは図２１の（ｄ）において成膜する場合の成膜中の膜（種類は問わない）の基板１４からの厚さ、ｒｏ及びｒｉはそれぞれｄの高さにおける開口部１０の径及びマスク２９上の蒸着物の径、ｒは基板上での開口径を示す。成膜中基板１４上の膜は開口部が広がるように成膜されていき、円形マスク２９上の膜はマスクの径から広がるように成膜されていく。このとき、円形マスク２９上の膜のマスクの径からの広がりが、基板１４上の膜の広がりより大きいため、円形マスクを十分厚くしておかないと、図中（ａ）のように、成膜が完了しないうちに開口部がふさがれてしまい、図２１の工程（ｅ）で、不要蒸着物の除去が難しく電子源を作製することができなかった。そこで、図２２中（ｂ）のように円形マスクの厚さを十分厚くすればよい。
【００６７】
次に、円形マスクの厚さの具体的な設定方法について説明する。図２３は、基板からの高さｄにおける開口部１０の径ｒｏ及びマスク２９上の蒸着物の径ｒｉの関係を示したグラフである。従来のエミッタの高さは１μｍ、マスクｄｍ１ は０．３μｍ、基板上での開口径１．８μｍにおいて、ｒｏとｒｉの交点は約３．２μｍである。第１絶縁膜１７は約１μｍ、引き出し電極１２は０．３μｍ、第２絶縁膜１６は約１μｍ、集束電極１３は０．３μｍで膜厚の合計は２．６μｍであるので、開口部を塞ぐことなく十分電子源の製作が可能である。一方、実施の形態２のように絶縁膜を設計すると、例えば第２絶縁膜１６を３μｍとすると膜厚の合計は４．６μｍとなる。円形マスクの厚さを厚くしないと、電子源の製作はできない。そこで、図２３よりｄが４．６μｍ以上でｒｏとｒｉが交点を有するようにｒｉをｄ方向に平行移動させる。その時のｄｍ２ が設計マスク厚となる。本実施の形態ではマスクの厚さを１μｍ以上とすれば、開口部が塞がれることなく、電子源の製作が可能となることがわかる。
【００６８】
また、実施の形態１で引き出し電極を３μｍとすると、膜厚の合計は５．３μｍとなる。このとき、グラフを外挿すると円形マスクの厚さは１．４μｍ以上必要であることがわかる。
【００６９】
なお、本グラフの傾きは蒸着装置の種類等により若干異なるが、予めｒｏとｒｉの関係を求めておけば、異なる装置を使用しても同様な手法で最適な円形マスクの厚さを設計することができる。
【００７０】
なお、上記実施の形態１〜１０では基板１４上にエミッタ１５を形成していたが、１枚のＳｉ基板を用い、これを加工してエミッタと基板を一体化させた構造であってもよい。
【００７１】
実施の形態１１．
この発明の実施の形態１１を図について説明する。図２４は例えば実施の形態１０および実施の形態１１による製造方法により製造された電子源を示す断面図である。実施の形態１０のようにして形成された電子源（図２４（ａ））においては、引き出し電極１２の膜厚が従来の引き出し電極の膜厚より厚いため、成膜時における膜の回り込みやエッチングの影響等により段状になったり、この段の角部が尖った形状に成り易く、エミッタ１５と引き出し電極１２の間で異常放電が生じたり、電極間が短絡することによる初期不良が発生することがあった。本実施の形態においてはこれを防ぐために、実施の形態１０の製造方法に加え、さらにウェットエッチング工程を施すものである。
【００７２】
例えば、引き出し電極１２、集束電極１３、基板１４、エミッタ１５、第１絶縁膜１７、第２絶縁膜１６をそれぞれＡｕ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｓｉ、ＳｉＯ２ 、ＳｉＯ２ で作成する。形成後に例えば王水等で引き出し電極１２のＡｕのみわずかにウェットエッチングして開口部における引き出し電極１２の角部４０を、エミッタ１５に対して平坦面４１となるようにし、尖った部分を無くし、引き出し電極形状に丸みを帯びさせて図２４（ｂ）の様な形状にさせる。
【００７３】
このように尖りを無くし、丸みを帯びた形状にすることによりエミッタ１５から電子を放出させるために引き出し電極１２に電圧を印加したときに、エミッタ１５と引き出し電極１２の間での異常放電が生じにくくなる。
また、引き出し電極とカソード電極間に成膜時の回り込みによるＡｕの異物が存在し、それを介して電極間が短絡することによる初期不良が発生することがあるが、ウェットエッチングにより尖った部分とともに異物を除去することで初期不良を低減することができ、歩留まりが向上する。
【００７４】
実施の形態１２．
この発明の実施の形態１２を図について説明する。図２５は、実施の形態１〜１１のいずれかに記載の電子源を用いた陰極線管の断面構成図である。図において、１つのあるいは複数のエミッタから構成される電子源５１から出射された電子線５３は、電子線の集束手段である電子銃５２内でクロスオーバー点５９を形成して偏向磁石５４で偏向され、シャドウマスク５５を介してアルミ膜５７を有する蛍光体５６の所望の位置に導かれる。陰極線管を構成するものは真空容器５８内に収納されている。
【００７５】
このように、実施の形態１〜１１のいずれかの電子源を陰極線管に用いると電子源から出射された電子線が既に集束しているため、十分に集束された電子線が得られ、陰極線管としての解像度が向上する。
【００７６】
実施の形態１３．
この発明の別の実施の形態を図について説明する。図２６は、実施の形態１〜１１のいずれかに記載の電子源を用いた陰極線管の断面構成図である。図において、電子源５１は３つの電子源５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂに分別され、それぞれの電子源から出射された電子線は、電子線の集束手段である電子銃５２内でクロスオーバー点５９（それぞれ５９Ｒ、５９Ｇ、５９Ｂ）を形成して偏向磁石５４で偏向され、シャドウマスク５５を介してアルミ膜５７を有する蛍光体５６のそれぞれ赤の蛍光体部分、緑の蛍光体部分、青の蛍光体部分に導かれる。なお、本装置も真空容器内に収納されている。
【００７７】
このように、実施の形態１〜１１のいずれかの電子源を陰極線管に用いると電子源から出射された電子線が既に集束しているため、十分に集束された電子線が得られ、陰極線管としての解像度が向上し、本実施の形態ではカラー画像としての品質も向上し、性能の高い陰極線管を提供することが可能となる。
【００７８】
なお、実施の形態１２、１３の電子銃内でのクロスオーバー点は十分な集束が可能であれば、形成されなくてもよい。
【００８１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、カソード電極の略円錐形状の電子放出部の高さに対する引き出し電極の厚さの比を０．５以上としたので、従来より引き出し電極が厚く集束電極と電子放出部との距離が確保でき、且つ引き出し電極の厚さが十分厚いため、電子放出部即ちカソード電極先端の電界の低下が防止でき、引き出し電極の電位を電子放出部に与え易くなり、電流密度が高く集束特性の優れた電子線を発する電子源を提供することができる。
【００８２】
また、前記電子源において、カソード電極の略円錐形状の電子放出部の高さに対する引き出し電極の厚さの比を１以上としたので、従来より引き出し電極が厚く集束電極と電子放出部との距離が確保でき、且つ引き出し電極の厚さが十分厚いため、電子放出部即ちカソード電極先端の電界の低下が防止でき、引き出し電極の電位を電子放出部に与え易くなり、電流密度が高く集束特性の優れた電子線を発する電子源を提供することができる。さらに、エミッタ群を形成した時に、他のパラメータを操作することなく、総電流量を集束作用があり放出電流の低下がないエミッタ群と同レベルに確保でき、高性能な電子源を提供することができる。
【００８４】
また、カソード電極の略円錐形状の電子放出部の高さに対する第２の絶縁層の厚さの比を２．５以上としたので、従来より引き出し電極が厚く集束電極と電子放出部との距離が確保され、電子放出部即ちカソード電極先端の電界の低下が防止でき、所定の引き出し電位で電子放出を容易に制御することができ、電流密度が高く集束特性の優れた電子線を発する電子源を提供することができる。
【００８５】
また、集束電極と引き出し電極（第１の引き出し電極）の間に第２の引き出し電極を備え、引き出し電極（第１の引き出し電極）と第２の引き出し電極とを同電位とし、引き出し電極（第１の引き出し電極）と第２の引き出し電極とを開口部の内面で接続したので、厚い引き出し電極を用いた場合と同様に集束電極と電子放出部との距離が確保でき、且つ第１の引き出し電極と第２の引き出し電極とで形成される実効的な引き出し電極の厚さが十分厚く、また、引き出し電極に与える電位の影響を開口部の内部に形成される電界に与え易く、電子放出部即ちカソード電極先端の電界の低下を防止でき、電流密度が高く集束特性の優れた電子線を発する電子源を提供することができる。さらに、１つの電極の厚さを厚くする必要がないため、製造プロセスが容易となり、歩留りも向上する。
【００８６】
また、集束電極と同一平面上で、かつ前記集束電極の開口部側に第２の引き出し電極を備えたので、電子放出部即ちカソード電極先端の電界の低下を防止でき、電流密度が高く集束特性の優れた電子線を発する電子源を提供することができる。さらに、全膜厚を薄くすることができ、製造が容易となり、製造コスト低減、歩留まり向上等が実現できる。
【００８７】
また、前記電子源において、引き出し電極（第１の引き出し電極）と第２の引き出し電極とを同電位としたので、厚い引き出し電極を用いた場合と同様に集束電極と電子放出部との距離が確保でき、且つ第１の引き出し電極と第２の引き出し電極とで形成される実効的な引き出し電極の厚さが十分厚いため、電子放出部即ちカソード電極先端の電界の低下を防止でき、引き出し電極の電位を電子放出部に与え易くなり、電流密度が高く集束特性の優れた電子線を発する電子源を提供することができる。さらに、１つの電極の厚さを厚くする必要がないため、製造プロセスが容易となり、歩留りも向上する。
【００８８】
また、前記電子源において、引き出し電極（第１の引き出し電極）と第２の引き出し電極とを開口部の内面で接続したので、引き出し電極に与える電位の影響を開口部の内部に形成される電界に与え易く、電子放出部即ちカソード電極先端の電界の低下を防止でき、電流密度が高く集束特性の優れた電子線を発する電子源を提供することができる。
【００８９】
また、前記電子源において、引き出し電極（第１の引き出し電極）と第２の引き出し電極とを開口部の外部で接続したので、電流密度が高く集束特性の優れた電子線を発する電子源を容易に製造することができる。
【００９０】
また、前記電子源において、第２の引き出し電極に印加する電位を引き出し電極（第１の引き出し電極）に印加する電位より高くしたので、全体の膜厚を薄くし、第１の引き出し電極と第２の引き出し電極の間の距離を小さくしても、第１の引き出し電極と第２の引き出し電極を同電位としたものと同じように電子線を集束する効果が得られ、高性能な電子源を提供することができる。また、膜厚が薄くできることから、製造プロセスが容易となり、歩留まりも向上する。
【００９１】
また、陰極線管において、前記電子源のいずれか１つの電子源を搭載したので、元々集束性が高く、高電流密度の電子線を電子源から発することができるため、制御性の高い陰極線管を構成することができ、高性能な陰極線管を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１による電子源の要部の構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態１による電子源の電極の結線状態を示す概略平面図である。
【図３】引き出し電極の厚さと放出電流の関係を示す電界解析結果のグラフである。
【図４】引き出し電極の厚さと総放出電流の関係を示す電界解析結果のグラフである。
【図５】引き出し電極の厚さを変化させた時の集束電極への印加電圧とアノード電流の関係を示すグラフである。
【図６】実施の形態２による電子源の要部の構成を示す断面図である。
【図７】第２絶縁膜の厚さと放出電流の関係を示す電界解析結果のグラフである。
【図８】第２絶縁膜の厚さと総放出電流の関係を示す電界解析結果のグラフである。
【図９】実施の形態３による電子源の要部の構成を示す断面図である。
【図１０】実施の形態３による電子源の電極の結線状態を示す概略平面図である。
【図１１】実施の形態４による電子源の要部の構成を示す断面図である。
【図１２】実施の形態４による電子源の電極の結線状態を示す概略平面図である。
【図１３】３段電極構造（第２の引き出し電極有り）の効果を示すグラフである。
【図１４】実施の形態５による電子源の要部の構成を示す断面図である。
【図１５】実施の形態７による電子源の要部の構成を示す断面図である。
【図１６】実施の形態７による電子源の電極の結線状態を示す概略平面図である。
【図１７】実施の形態８による電子源の要部の構成を示す断面図である。
【図１８】実施の形態８による電子源の電極の結線状態を示す概略平面図である。
【図１９】実施の形態９による電子源の要部の構成を示す断面図である。
【図２０】実施の形態９による電子源の電極の結線状態を示す概略平面図である。
【図２１】実施の形態１０による電子源の製造プロセスを示す断面図である。
【図２２】マスク厚さの違いによる電子源の製造の良否を示す模式図である。
【図２３】マスク厚さを決定するための、マスク上の蒸着物の径と基板上の蒸着物の内径との関係を示すグラフである。
【図２４】実施の形態１０および実施の形態１１による電子源の製造方法により製造された電子源を示す断面図である。
【図２５】実施の形態１〜１１のいずれかによる電子源を搭載した陰極線管の断面構成図である。
【図２６】実施の形態１〜１１のいずれかによる電子源を複数搭載した陰極線管の断面構成図である。
【図２７】従来の電子源を示す断面構成図である。
【図２８】従来の電子源の製造プロセスを示す断面図である。
【図２９】従来の陰極線管を示す断面構成図である。
【図３０】従来の電子源の集束電極への印加電圧とアノード電流、電子ビーム発散角の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 開口、 １１ カソード電極、
１２ 引き出し電極（第１の引き出し電極）、１２ａ 第２の引き出し電極、
１３ 集束電極、 １４ 基板、 １５ エミッタ、
１６ 第２絶縁膜、 １７ 第１絶縁膜、 １８ 電極端子、
１９ 電極端子、 １９ａ 電極端子、 ２０ 配線、 ２１ 配線、
２１ａ 配線、 ２２ 配線、 ２３ 電極端子、 ２４ 導線、
２４ａ 導線、 ２５ 導線、 ２６ 導線、 ２８ エミッタ材、
２９ 円形マスク、 ３０ 円形マスク材、 ３１ 不要蒸着物、
３５ 絶縁層、 ３６ 第３絶縁膜、 ３７ 開口部内壁の電極面、
３８ 電極端子、 ５１、５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂ 電子源、
５２ 電子銃、５３ 電子線、 ５４ 偏向磁石、 ５５ シャドウマスク、
５６ 蛍光体、 ５７ アルミ膜、 ５８ 真空容器、
５９、５９Ｒ、５９Ｇ、５９Ｂ クロスオーバー点、
１００ 電子線、 １０１ カソード電極（基板）、 １０１ａ 酸化膜、
１０２ 引き出し電極、 １０３ 集束電極、 １０４ エミッタ、
１０５ 絶縁膜、 １０６ 絶縁膜、 １０７ 第３絶縁膜、
１０８ 加速電極、 １０９ 引き出し電極用電源、
１１０ 集束電極用電源、 １１１ 加速電極用電源、
１１２ マスク、 １１３ａ、１１３ｂ フォトレジスト、
１２１ フィールドエミッタからなるカソード、
１２２ アノード電極、 １２３ アノード電極、 １２４ 電子レンズ、
１２５ 電子レンズ、 １２６ コンバージェンス電極、
１２７ クロスオーバー点、 １２８ 偏向マグネット、
１２９ シャドウマスク、 １３０ アルミ膜、
１３１ アルミバックつき蛍光体。
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＣＲＴ型ディスプレイ、真空管、半導体製造装置等に用いられる電界放出型の電子源及びそれを用いた陰極線管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子源としては熱フィラメントからの熱電子放出等を利用したものが多用されていたが、画像表示装置の薄型化、軽量化に伴って、半導体の微細加工技術を利用した電界放出型（フィールドエミッタ）の電子源の開発が注目されてきた。
【０００３】
図２７は、例えば特開平２−２２６６３５号公報に記載された従来の電界放出電子源の一部の構成を示す断面図である。図において、電子放出部を形成するエミッタ１０４はカソード電極である基板１０１を加工して円錐形状に形成されている。エミッタ１０４を取り囲むように基板１０１上に絶縁膜１０５、引出し電極１０２、絶縁膜１０６、集束電極１０３、絶縁膜１０７、加速電極１０８が順に積層されている。引き出し電極１０２と基板１０１の間に印加された電圧（電源１０９からの電圧）により電子がエミッタ１０４の先端から引き出され、電源１１０により集束電極１０３に印加された電圧により電子は集束され、さらに電源１１１により加速電極１０８に印加された電圧により電子は加速され、電子線１００となって放出される。本実施例では電極が引出し電極、集束電極、加速電極の３層構造となってそれぞれ異なる電位が印加されるが、引出し電極さえあれば、電子放出は実現する。
【０００４】
次に電子源の動作について説明する。引き出し電極１０２に電源１０９によりカソード電極（基板）１０１に対し、正の例えば１００Ｖの電圧を印加すると、エミッタ１０４の先端には約１０７ Ｖ／ｃｍの電界が発生し、トンネル効果によりエミッタ１０４より電子が放出される。放出された電子による電流の大きさは１つのエミッタ当たり２５〜１００μＡで、エミッタ１０４の密度しだいで高い電流密度を得ることができる。しかも、引き出し電極１０２にはほとんど電流が流れないため、消費電力は極めて小さい。
【０００５】
ところで、上記のような電界放出電子源では、エミッタ１０４先端の形状を反映した電界分布の影響により放出電子線１００は発散する。そのため集束電極１０３に電源１１０によりカソード電極１０１と同程度の電位を加え放出電子を減速して放出電子線１００を集束できるように工夫している。これを電源１１１により正の電位を加えた加速電極１０８で加速し放出させる。ただし、個々のエミッタに加速電極１０８を設けずに外部の陽極で電子を加速させることもできる。
【０００６】
このような素子は写真製版と薄膜技術を用いれば数μｍ〜１０μｍの間隔で１００万個程度のエミッタアレイを同時に作製することができ、ピーク電流１００Ａの電子源が得られる。しかも、その電子源はカソード電極１０１を放出電流が流れることによる消費電力以外は電力損失はなく、電子線も発散しない低エミッタンスのものが得られる。
【０００７】
次に、このような従来の電界放出電子源の形成方法について説明する。電界放出電子源の形成方法については、例えば雑誌”１９９０年電子情報通信学会秋季全国大会予稿集（１９９０年）ｐ．５−２８２”や”第７回真空マイクロエレクトロニクスに関する国際会議の論文集，７ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｖａｃｕｕｍ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ １９９４ Ｊｕｌｙ ｐ．２５〜２８”に掲載されている。図２８は、”第７回真空マイクロエレクトロニクスに関する国際会議の論文集，７ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｖａｃｕｕｍ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ １９９４ Ｊｕｌｙ ｐ．２５〜２８”に記載された電界放出電子源の形成方法を示す断面工程図である。図において、（ａ）〜（ｆ）は工程の順を示す。まず、Ｓｉのような半導体（あるいはＡｌのような導体）基板１０１上にフォトレジスト１１３ａを用いてＳｉＯ２ の円形状のマスク１１２を形成する（工程（ａ））。マスク１１２を用いてＳｉ基板１０１を等方性エッチングし、その後基板表面を熱酸化させる。すると図中（ｂ）の基板１０１の表面に沿って酸化膜１０１ａが形成される（工程（ｂ））。次にその上にＳｉＯ２ 絶縁層１０５及び例えばＮｂからなる電極１０２を形成する（工程（ｃ））。電極１０２には接続端子部を設けるためにさらにフォトレジスト１１３ｂを設け（工程（ｄ））、ＳｉＯ２ 絶縁層１０６及び例えばＮｂからなる電極１０３を形成する（工程（ｅ））。最後にフォトレジスト１１３ｂを除去、及びＳｉＯ２ の円形状のマスク１１２をフッ酸で除去すると、基板１０１上の酸化膜１０１ａの一部も除去され、図中（ｆ）のような先端形状の鋭い円錐形状のエミッタ１０４が得られる。
【０００８】
一例として、エミッタ１０４の位置する電子放出部の開口直径は２〜３μｍ、円錐の高さは１μｍ、円錐の先端径は０．０６μｍである。また、電極１０２、１０３の厚さは、電圧が印加できるだけの厚さであれば厚くする必要もないため、通常約０．１〜０．３μｍである。また、絶縁層１０５はエミッタ１０４の先端から効率よく電子放出を行うために、エミッタの高さとほぼ同じに設定してあり（１μｍ）、絶縁層１０６の厚さも電極１０２と電極１０３間の絶縁耐圧を考慮し、絶縁層１０５と同じ１μｍに設定してあるのが通常である。
【０００９】
上記のような電子源の適用例としてはＣＲＴの電子銃が考えられる。この種の電子源をＣＲＴヘ適用した例は、特開昭４８ー９０４６７号公報に述べられている。ただし電子源としては、個々のエミッタ１０４に引き出し電極１０２以外に集束電極１０３を設けるという構成は述べられていない。図２９に、電子銃の構成を示す。図において、電子源（フィールドエミッタからなる電子源）１２１から放出された電子線は加速のための第１アノード電極１２２、第２アノード電極１２３を通過し、電子レンズ１２４、１２５でクロスオーバー点１２７を形成し、コンバージェンス電極１２６で集束され、さらに偏向マグネット１２８により方向制御されてシャドウマスク１２９を通ってアルミバック１３０付き蛍光体１３１の蛍光面に集束される。
【００１０】
一方、出願人はフィールドエミッタ型の電子源に関する発明として、特開平５−１９８２７８号公報において、簡便な素子構成で２次元画素のアドレッシングを容易に行え、製作が容易な電子源を用いた平面パネル型ディスプレイについての発明を既に出願している。さらに、特願平６−２４０１６９号において、電子源の集束特性を向上させるために集束電極に対向して遮蔽電極を配置した電界放出電子源を陰極線管に適用する発明を既に出願している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電界放出型の電子源は上記のように構成されていたので、集束特性の優れた電子線を得るためには集束電極１０３に所望の電位を与える必要がある。電位の与え方として引出し電極より高い電位を与える場合、数ｋＶオーダの高電圧が必要となり、引出し電極と集束電極の間の絶縁層を絶縁耐圧まで厚くする必要がありさらに、消費電力が高くなるという問題があった。そのため、集束電極に与える電位としては引出し電極より小さい電位、例えば、引出し電極１００Ｖに対して集束電極０Ｖを与えていた。しかし、集束電極の電位を引き出し電極に加える電位より低くすると、集束電極に与える電位の影響を受けて、エミッタ先端の電界が低下してトンネル効果により放出される電子が極端に減少するという問題が生じた。図３０に、集束電極に与える電位に対するアノ−ド電流と電子ビ−ムの発散角の変化を調べた実験結果を示す。図は集束電極の電圧１００Ｖでの値で規格化して示している。集束電極へ印加する電圧が高い程アノ−ド電流は大きく、即ち十分な電子線強度が得られ、一方電子ビ−ムは発散してしまう。集束電極へ印加する電圧を小さくすると、電子ビ−ムは集束するものの、電流値は激減してしまう。
【００１２】
本願発明は上記のような問題を解決するためになされたもので、集束電極に与える電圧を小さくしてもアノード電流が低下しないような、高電流密度で且つ集束特性の良好な性能の優れた電子源を提供することを目的とする。即ち、集束電極に与える電圧の影響をエミッタに及ぼさないような電子源の構造を与え、さらに、その高性能な電子源を搭載した陰極線管を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる電子源は、略円錐形状の電子放出部を有するカソード電極上に、開口部を形成して電子放出部を囲むように順に第１の絶縁層、カソード電極部から電子を引き出すための引き出し電極、第２の絶縁層、引き出された電子を集束するための集束電極が配置され、前記集束電極に印加された電位により形成された電界のカソード電極の電子放出部への影響を遮蔽する手段を備え、前記集束電極に印加された電位により形成された電界のカソード電極の電子放出部への影響を遮蔽する手段が、カソード電極の略円錐形状の電子放出部の高さに対する引き出し電極の厚さの比が０．５以上の厚さの引き出し電極であることを規定するものである。
【００１６】
また、集束電極に印加された電位により形成された電界のカソード電極の電子放出部への影響を遮蔽する手段が、カソード電極の略円錐形状の電子放出部の高さに対する引き出し電極の厚さの比が１以上の厚さの引き出し電極であることを規定するものである。
【００１８】
また、集束電極に印加された電位により形成された電界のカソード電極の電子放出部への影響を遮蔽する手段が、カソード電極の略円錐形状の電子放出部の高さに対する第２の絶縁層の厚さの比が２．５以上の厚さの第２の絶縁層であることを規定するものである。
【００１９】
また、集束電極に印加された電位により形成された電界のカソード電極の電子放出部への影響を遮蔽する手段が、集束電極と引き出し電極（第１の引き出し電極）の間に第２の引き出し電極を備え、引き出し電極（第１の引き出し電極）と第２の引き出し電極とを同電位とし、引き出し電極（第１の引き出し電極）と第２の引き出し電極とを開口部の内面で接続したことであることを規定するものである。
【００２０】
また、集束電極に印加された電位により形成された電界のカソード電極の電子放出部への影響を遮蔽する手段が、集束電極と同一平面上で、かつ前記集束電極の開口部側に第２の引き出し電極を備えたことであることを規定するものである。
【００２１】
また、引き出し電極（第１の引き出し電極）と第２の引き出し電極とを同電位としたことを規定するものである。
【００２２】
また、引き出し電極（第１の引き出し電極）と第２の引き出し電極とを開口部の内面で接続したこと規定するものである。
【００２３】
また、引き出し電極（第１の引き出し電極）と第２の引き出し電極とを開口部の外部で接続したことを規定するものである。
【００２４】
また、第２の引き出し電極に印加する電位は、引き出し電極（第１の引き出し電極）に印加する電位より高くしたことを規定するものである。
【００２５】
また、この発明に係わる陰極線管は、真空容器内に、上記構成のいずれかの電子源と、該電子源から出射された電子線を集束する手段と、集束された電子線を蛍光体の所定の位置に偏向して導く手段とを備えたものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図について説明する。図１は実施の形態１による電子源の要部を示す断面図であり、図２は電極の結線状態を示す概略平面図である。図において、例えばガラス材からなる基板１４上にカソード電極１１を構成するシリコン基板を固着し、この表面を加工して、円錐状のフィールドエミッタ１５を得る。電子源はこのエミッタを有する開口部１０の周りの基板１４上に、フィールドエミッタ１５に電界を印加して電子を引き出す引き出し電極１２、引き出された電子の向きを揃えるための電子レンズを形成する集束電極１３がそれぞれ第１絶縁膜１７、第２絶縁膜１６を介して積層されている。なお、開口１０とフィールドエミッタ１５は、例えば７．５μｍピッチで直径２００μｍの領域に配列されており、その数は図では省略しているが６００個以上である。フィールドエミッタ１５の先端は図１中に示したようにほぼ引き出し電極１２の下面と同程度の高さにある。
【００２８】
さらに、図２に示すように、集束電極１３は上方から見ると中心部に開口１０部すなわち電子放出領域のある直径４００μｍの円形となるように形成されている。ただし１ケ所、ボンディング端子（電極端子）２３へ接続する線状の配線２２が伸びて上部の空間に露出している。同様に引き出し電極１２およびカソード電極１１のボンディング端子（電極端子）１９、１８も空間に露出しており、これらの端子１９、１８と電極を接続する線状の配線２１、２０も引き出し電極１２、カソード電極１１の外側まで伸びている。さらに、ボンディング端子１８、１９、２３には電圧を供給する導線２６、２４、２５がそれぞれ接続されている。このように各電極１１、１２、１３に給電する端子部を構成するボンディング用端子１８、１９、２３や配線２０、２１、２２や導線２６、２４、２５の一部が電子放出空間側に露出している。
【００２９】
次にこの電子源の動作について説明する。引き出し電極１２にカソード電極１１に対し＋６０〜＋１１０Ｖの電圧を印加する。また、集束電極１３にはカソード電極１１に対し０〜＋２０Ｖの電圧を印加する。この際に、引き出し電極１２が十分厚いため、エミッタ１５先端の電界を低下させる集束電極１３からの電界の影響を遮蔽することができ、集束電極１３からの電界の影響を低減できる。図３は、引き出し電極（ゲート電極）の厚さとエミッタ先端から放出される電流との関係を示す、差分法を用いた電界解析結果である。横軸は引き出し電極（ゲート電極）１２の厚さとエミッタ１５の高さの比で、縦軸はエミッタ１５先端から放出される電流値を集束電極１３を用いない時の電流値を１００％として規格化したものである。図中Ａ点は、集束電極１３を用い且つ、従来の膜厚条件（エミッタ高さ１μｍ、ゲート電極の厚さ０．３μｍ）での放出電流の比で、引き出し電極１２の厚みを厚くすることでエミッタ１５先端から放出される電流が増加することがわかる。例えば、引き出し電極（ゲート電極）１２の厚さとエミッタ１５の高さの比が２以上では放出電流を８０％以上を確保できる。このように引き出し電極（ゲート電極）を厚くすることで、電流密度が高く集束特性の優れた電子線が得ることができる。
【００３０】
一方、引き出し電極（ゲート電極）を厚くすると、図１におけるエミッタ間のピッチｐが広がり、複数のエミッタを形成して電子源とする際の単位面積当たりのエミッタ数が減少する。そのため、複数のエミッタを形成して電子源として用いる場合、全てのエミッタからの放出電流の合計は、１個当たりのエミッタからの放出電流とエミッタの個数で決定される。図４には、集束作用があり放出電流の低下がないエミッタ群の総放出電流を１００％としたときの、引き出し電極（ゲート電極）の厚さとエミッタとの高さの比に対する総放出電流の関係を示したものである。
【００３１】
図３では、引き出し電極（ゲート電極）の厚さとエミッタとの高さの比が２以上でエミッタ１個当たりの放出電流を８０％以上を確保でき、さらに、引き出し電極（ゲート電極）の厚さとエミッタとの高さの比が４で集束電極を用いない時のエミッタ群の総放出電流と同レベルまで確保できることが分かった。さらに、図４で示されるようにエミッタ群としては少なくとも引き出し電極（ゲート電極）の厚さとエミッタとの高さの比が１以上であれば、従来と同程度あるいはそれ以上の総放出電流を得られることがわかる。
【００３２】
一方、総放出電流を向上させる方法として電極の材質や印加電圧を最適化する方法がある。例えば、文献”第７回真空マイクロエレクトロニクスに関する国際会議の論文集，７ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｖａｃｕｕｍ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ １９９４ Ｊｕｌｙ ｐ．４０５〜４０７”には、エミッタを陽極化成処理することにより、総放出電流が向上することが報告されている。即ち、総放出電流の低下分は電極の材質や印加電圧等の他のパラメータを適正化することで補填することが可能であり、図４において、少なくとも４０％であれば、総放出電流を１００％まで（２．５倍とする）補填することが可能である。即ち、引き出し電極（ゲート電極）の厚さとエミッタとの高さの比が０．５以上であれば、従来と同程度あるいはそれ以上の総放出電流を得ることが可能となる。
【００３３】
また、引き出し電極（ゲート電極）の厚さは厚い方がよいが、電極の厚膜化もプロセス上難しく、さらに図４で厚くすると総電流は下降する傾向にある。エミッタ高さが１μｍであれば１０倍の１０μｍ程度が限界であろう。さらに、電子源が薄型化され、エミッタが低くなると、図３での増加の傾きが緩やかとなり、図４においても増加の傾きが緩やかとなる。その場合、エミッタ高さに対して電極の厚さはさらに大きくする必要があり、その場合は１０倍以上の可能性もある。また、エミッタ高さが１μｍより１桁以上大となることは、電子源の薄型化に対して、またプロセス上困難であることから考慮しなくてもよい。
【００３４】
図５に、引き出し電極の膜厚を従来の膜厚の０．３μｍから３μｍ（この時エミッタの高さ１μｍ）に厚くした時のアノード電流の変化を調べた実験結果を示す。集束電極に印加する電圧を小さくしてもアノ−ド電流の低下は抑制され、電子源として十分な電流密度を確保することができた。また、従来の課題で説明した図３０と併せると、印加電圧を小さくして電子線を集束させ且つ電流密度の高い電子源を提供することができた。
【００３５】
なお、フィールドエミッタ１５の先端から放出された電子は集束電極１３の形成する電界により減速され、集束されて、電子源の外部に設けられた陽極方向へ放出される。
【００３６】
さらに、上記実施の形態では複数のエミッタを有する電子源について説明したが、エミッタ自身は１つで１つの電子源を構成してもよい。
【００３７】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２を図について説明する。図６は実施の形態２による電子源の要部を示す断面図である。図において、従来と異なるのは引き出し電極１２と集束電極１３の間の第２絶縁膜１６の膜厚を十分厚くしている。
【００３８】
次に、このように構成されたものにおける電子源の動作について説明する。引き出し電極１２にカソード電極１１に対し、例えば＋６０〜＋１１０Ｖの電圧を印加する。また、集束電極１３にはカソード電極１１に対し、例えば０〜＋２０Ｖの電圧を印加する。この際に、エミッタ１５先端の電界を低下させる集束電極１３がエミッタ１５から離れるために、エミッタ１５先端への集束電極１３からの電界の影響が低減できる。
【００３９】
図７は、第２絶縁膜１６の厚さとエミッタ１５先端から放出される電流との関係を示す、差分法を用いた電界解析結果である。横軸は第２絶縁膜１６の厚さとエミッタ１５の高さの比で、縦軸はエミッタ１５先端から放出される電流を集束電極１３を用いない時の電流値を１００％として規格化したものである。図中Ｂ点は、集束電極１３を用い且つ、従来の膜厚条件（エミッタ高さ１μｍ、第２絶縁膜の厚さ１μｍ）での放出電流の比で、第２絶縁膜１６の厚さを厚くすることでエミッタ１５先端からの放出電流が増加することが分る。例えば、第２絶縁膜１６の厚さとエミッタ１５の高さの比が３以上で、従来１０％以下であった放出電流を３０％以上に確保できることがわかる。従って、実施の形態１と同様に集束電極に印加する電位を小さくして電子線を集束させても高電流密度の電子線を発生可能な電子源を提供することができる。
【００４０】
一方、第２絶縁膜を厚くすると、図６におけるエミッタ間のピッチｐが広がり、複数のエミッタを形成して電子源とする際の単位面積当たりのエミッタ数が減少する。そのため、複数のエミッタを形成して電子源として用いる場合、全てのエミッタからの放出電流の合計は、１個当たりのエミッタからの放出電流とエミッタの個数で決定される。図８には、集束作用があり放出電流の低下がないエミッタ群の総放出電流を１００％としたときの、第２絶縁膜の厚さとエミッタの高さとの比に対する総放出電流の関係を示したものである。図８で示されるようにエミッタ群としては少なくとも第２絶縁膜の厚さとエミッタの高さとの比が２．５以上であれば、エミッタ群としての総電流は４０％程度で飽和する。上記実施の形態１で述べたように、エミッタ群としての総電流は４０％程度であれば、他のパラメータを適正化することで、総電流を１００％まで補填することが可能である。従って第２絶縁膜の厚さは厚さはエミッタ高さが１μｍであれば、２．５μｍであればよい。なお、厚さの上限は厚膜化プロセスを考慮すると１０倍の１０μｍ程度であろう。
【００４１】
さらに、電子源が薄型化され、エミッタの高さが低くなると、図７での増加の傾きが緩やかとなり、図８においても増加の傾きが緩やかとなる。その場合、エミッタ高さに対して電極の厚さはさらに大きくする必要があり、その場合は１０倍以上の可能性もある。また、エミッタ高さが１μｍより１桁以上大となることは、電子源の薄型化に対して、またプロセス上困難であることから考慮しなくてもよい。エミッタ高さが１μｍより大きくなると図７、８共に傾きが急俊になりエミッタ高さに対する第２絶縁膜の厚さの比は２．５よりも小さくてよい。
【００４２】
なお、実施の形態１と同様に、エミッタ自身は１つで１個の電子源を構成してもよい。
【００４３】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３を図について説明する。図９は実施の形態３による電子源の要部を示す断面図であり、図１０は電極の結線状態を示す概略平面図である。図において、１２ａは第２の引き出し電極であり、第１の引き出し電極１２と集束電極１３の間にそれぞれ第２絶縁膜１６、第３絶縁膜３６を介して設けた。さらに、図１０に示すように、第２の引き出し電極１２ａは１ヶ所より、第２の引き出し電極１２ａに給電する端子部を構成するボンディング端子（電極端子）１９ａへ接続する線状の配線２１ａが伸びて上部の空間に露出している。さらに、ボンディング端子１９ａには電圧を供給する導線２４ａが接続されている。
【００４４】
次に、このように構成されたものにおける電子源の動作について説明する。第１の引き出し電極１２にカソード電極１１に対し、例えば＋６０〜＋１１０Ｖの電圧を印加する。また、集束電極１３にはカソード電極１１に対し、例えば０〜＋２０Ｖの電圧を印加する。第２の引き出し電極１２ａには少なくとも集束電極１３より高く第１の引出し電極１２より低い電位、例えば＋５０Ｖを印加する。すると、エミッタ１５先端近傍の電界強度は、第２の引き出し電極１２ａが集束電極１３の電界強度の影響に対して遮蔽の役目を果たし、十分な電界強度が得られる。従って、実施の形態１、２と同様に集束電極に印加する電位を小さくして電子線を集束させても高電流密度の電子線を発生可能な電子源を提供することができる。このように、多層にすることで実施の形態１、２にように各層の厚さを従来と比べて極端に厚くする必要がないため、それぞれの膜を厚膜化することで生じる問題、例えば、膜内の内部応力等を無視することが可能となる。
【００４５】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４を図について説明する。図１１は実施の形態４による電子源の要部を示す断面図であり、図１２は電極の結線状態を示す概略平面図である。実施の形態３では、第２の引き出し電極１２ａに印加する電位を第１の引き出し電極１２と集束電極１３とに印加する電位の中間的な電位としたが、本実施の形態４では外部回路で第１の引き出し電極１２と第２の引き出し電極１２ａとを導通させ、同電位とした。図１１において、導通部を構成する外部回路は各電極と同一基板上に形成されており、３８はボンディング端子部に設けられた電極端子であり、第１の引き出し電極１２と第２の引き出し電極１２ａを開口部１０の外部で電気的に短絡させている。
【００４６】
このように構成された電子源に対し、第１の引き出し電極１２および第２の引き出し電極１２ａにはカソード電極１１に対し、例えば＋６０〜＋１１０Ｖの電圧を印加し、集束電極１３にはカソード電極１１に対し、例えば０〜＋２０Ｖの電圧を印加する。
【００４７】
このような構成にすれば、実施の形態３と同様、各層の厚さを薄くすることができるので各膜を厚くすることで生じる問題、例えば膜内の内部応力や剥離等を無視することができる。また、図１２に示すように第１の引き出し電極１２と第２の引き出し電極１２ａの電極端子３８が共通となるので、電極端子数を減らすことができ、電極端子等からの非対称電界の影響を小さくすることができる。さらに、電源の数も少なくてすみ、簡便な構成で、高性能の電子源が得られる。
【００４８】
なお、図１１では第１の引き出し電極と第２の引き出し電極を、各電極と同一基板上に設けた外部回路において短絡させたが、電源と電極端子との間の外部回路（基板の外）で短絡させてもよい。このようにすれば電極端子数は減らないが製造が容易となる。
また、第１の引き出し電極と第２の引き出し電極を配線２１、２１ａを通さず、直接、電極内部で短絡させてもよい。このようにすれば配線２１、２１ａが一本となり、より簡便な構成となる。
【００４９】
なお、図１３はエミッタ高さに対する引き出し電極の膜厚の比とエミッタ先端の電界強度との関係を示したものであり、実施の形態１における引き出し電極のを２分して第１及び第２の引き出し電極とし、第２の引き出し電極を従来通りの厚さの第２絶縁膜の中間に設け（絶縁膜は図１１中の第２絶縁膜１６と第３絶縁膜３６に分離）、第１及び第２の引き出し電極に同電位を印加した時の本実施の形態の第２の引き出し電極を採用した３段電極（２段の引き出し電極と１段の集束電極）の効果を示したものである。エミッタ高さに対する引き出し電極の膜厚の比が２の時、実施の形態１と同程度の効果があることが確認された。ここで、３段電極においては引き出し電極の厚さとは、第１及び第２の引き出し電極の厚さと第２絶縁膜との和であるから、各層の厚さは実施の形態１と比べて小さくすることができる。また、第１及び第２の引き出し電極に印加する電位を調整すれば、第１及び第２の引き出し電極の厚さを厚くする必要はない。
【００５０】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５を図について説明する。図１４は実施の形態５による電子源の要部を示す断面図である。図において、第２の引き出し電極１２ａを第１の引き出し電極１２と集束電極１３の間にそれぞれ絶縁膜１６、３６を介して設け、開口部１０の内壁で第１の引き出し電極１２及び第２の引き出し電極１２ａを接続させるための電極面３７を設けた。
【００５１】
このような構成にすれば、外部回路で第１の引き出し電極１２及び第２の引き出し電極１２ａを接続させる必要はなく、構造が簡単になる。さらに、引き出し電極に与える電位の影響を開口部の内部に形成される電界に与え易く、カソード電極先端の電界の低下を防止でき、電流密度が高く集束特性の優れた電子線が得られる。
【００５２】
実施の形態６．
この発明の実施の形態６を図について説明する。実施の形態６による電子源の構造は図９及び図１０に示した実施の形態３のものと同様であるが、各電極に印加される電圧が異なる。
【００５３】
この電子源の動作について説明する。図９において、第１の引き出し電極１２にはカソード電極１１に対し、例えば＋６０〜＋１１０Ｖの電圧を印加する。第２の引き出し電極１２ａには第１の引き出し電極１２より高い電圧、例えばカソード電極１１に対し＋８０〜＋１６０Ｖを印加する。また、集束電極１３にはカソード電極１１に対し、例えば＋２０〜＋８０Ｖを印加する。この際に、エミッタ１５先端の電界を低下させる集束電極１３からの電界の影響を第２の引き出し電極１２ａに印加した電圧により遮蔽することができ、集束電極１３自体もエミッタ１５から離れるためにエミッタ１５先端への集束電極１３からの電界の影響も低減できる。エミッタ１５には第１の引き出し電極１２に印加した電圧により電子放出に必要となる電界が生じるので電子が放出される。この方法を用いることでエミッタ１５の先端から放出された電子は集束電極１３の形成する電界により減速され、集束されて、電子源の外に設けられた陽極へ向けて放出される。
【００５４】
このように、第１の引き出し電極１２に与える電圧より第２の引き出し電極１２ａに与える電圧を高くすることにより、第２絶縁膜１６を上記実施の形態３〜５のものより薄くして全体の膜厚を薄くし、第１の引き出し電極と第２の引き出し電極の間の距離を小さくしても、第１の引き出し電極と第２の引き出し電極を同電位としたものと同じように電子線を集束する効果が得られる。また、集束電極に加える電圧がカソード電極に対し高くなることにより、カソード電極先端の電界の低下の影響が小さくなる。
【００５５】
実施の形態７．
この発明の実施の形態７を図について説明する。図１５は実施の形態７による電子源の要部を示す断面図であり、図１６は電極の結線状態を示す概略平面図である。図において、前記実施の形態３〜６の３段電極型と異なるのは第２の引き出し電極１２ａと集束電極１３を同一平面内に形成し、第３絶縁膜を無くして２層電極型にしたことにある。
【００５６】
次に、このように構成されたものにおける電子源の動作について説明する。第１の引き出し電極１２にカソード電極１１に対し、例えば＋６０〜＋１１０Ｖの電圧を印加する。また、集束電極１３にはカソード電極１１に対し、例えば０〜＋２０Ｖの電圧を印加する。第２の引き出し電極１２ａには少なくとも集束電極１３より高く第１の引出し電極１２より低い電位、例えば＋５０Ｖを印加する。すると、エミッタ１５先端近傍の電界強度は、第２の引き出し電極１２ａが集束電極１３の電界強度の影響に対して遮蔽の役目を果たし、十分な電界強度が得られる。従って、実施の形態３と同様に集束電極に印加する電位を小さくして電子線を集束させても高電流密度の電子線を発生可能な電子源を提供することができる。
【００５７】
このような構成にすれば、前記各実施の形態に比べて全膜厚を薄くすることができ、かつ各層の厚さを薄くすることができるので、全膜厚を厚くすることおよび各膜を厚くすることで生じる問題、例えば膜内の内部応力や剥離等を無視することができ、製造も容易となる。また、第２の引き出し電極１２ａと集束電極１３の形状を同時に作成することになるので、従来の３段電極型と比べて製造工程数を削減することができる。以上の２点により製造コスト低減、歩留まり向上等が実現できる。
【００５８】
なお、本実施の形態では第１の引き出し電極１２に与える電圧より第２の引き出し電極１２ａに与える電圧を低くしたが、実施の形態４と同様に、外部回路により第１の引き出し電極１２と第２の引き出し電極１２ａを短絡させ、例えば第１の引き出し電極１２および第２の引き出し電極１２ａにはカソード電極１１に対し＋６０〜＋１１０Ｖの電圧を、集束電極１３にはカソード電極１１に対し０〜＋２０Ｖの電圧を印加することにより、簡便な構成で、高性能の電子源が得られる。
【００５９】
さらに、図１５において、実施の形態６と同様に、例えば、第１の引き出し電極１２にはカソード電極１１に対し＋６０〜＋１１０Ｖの電圧を、第２の引き出し電極１２ａにはカソード電極１１に対し＋８０〜＋１６０Ｖを、集束電極１３にはカソード電極１１に対し＋２０〜＋８０Ｖを印加して、第１の引き出し電極１２に与える電圧より第２の引き出し電極１２ａに与える電圧を高くすることにより、第２絶縁膜１６がより薄くでき、全体の膜厚をより薄くすることができる。
【００６０】
実施の形態８．
この発明の実施の形態を図について説明する。図１７は実施の形態８による電子源の要部を示す断面図であり、図１８は電極の結線状態を示す概略平面図である。図において、実施の形態７と異なるのは第２の引き出し電極１２ａとボンディング端子１９ａを接続する線状の配線２１ａの仕方が異なる。すなわち、図１６に示すような配線パターンによって第２の引き出し電極１２ａ及び集束電極１３と同一平面上に配線２１ａを形成するのではなく、図１７に示すように第２の引き出し電極１２ａと集束電極１３とは別の平面に絶縁層３５を介して配線２１ａを形成したことにある。
【００６１】
このようにすることにより、集束電極１３が配線２１ａにより分断されることがないので、集束電極１３による電界の対称性が保たれ、集束特性の優れた電子線を発する電子源が得られる。
【００６２】
実施の形態９．
この発明の実施の形態９を図について説明する。図１９は実施の形態９による電子源の要部を示す断面図であり、図２０は電極の結線状態を示す概略平面図である。本実施の形態は実施の形態７と同様、２層電極型であるが、図１５に示す実施の形態７と異なるのは、第１の引き出し電極１２と第２の引き出し電極１２ａを開口部１０の内側で電極面３７により電気的に接続し、同電位としたことにある。
【００６３】
このような構成にすれば集束電極１３に与えた電位による電子放出部先端の電界の低下を、第１の引き出し電極１２と第２の引き出し電極１２ａによる電位により容易に遮蔽することができる。さらに、外部回路で第１の引き出し電極１２と第２の引き出し電極１２ａを接続させる必要はなく、構造が簡単になり、且つ集束電極１３による電界の対称性も保たれ、集束特性の優れた電子線を発する電子源が得られる。
【００６４】
実施の形態１０．
この発明の実施の形態１０を図について説明する。図２１は実施の形態１、２のように従来よりも各層の厚さを厚くして電子源を製造する時のプロセスを示したものである。図において、蒸着法により引き出し電極１２や絶縁膜１６、１７を成膜する場合に開口部１０形成用の円形マスク２９の厚さを所定の厚さに設定した場合の製造プロセスの様子を示している。
【００６５】
図中（ａ）において、例えばガラス材からなる基板１４上のエミッタ材（例えばＳｉ）２８の上に従来より厚く所定の厚さに設計された円形マスク材（例えばＳｉＯ２ ）３０を成膜する。次に（ｂ）においてエミッタ１５成形用に円形マスク材３０を円形に加工して円形マスク２９を作製する。（ｃ）において円形マスク２９を用いてエミッタ材２８を所望の形状のエミッタ１５に加工する。（ｄ）において、円形マスク２９及び基板１４のエミッタ１５の形成されていない部分に同時に第１絶縁膜（例えばＳｉＯ２ ）１７、引き出し電極（例えばＮｂ、Ａｕ、Ｐｔ等の金属、Ａｕであれば外部端子との接続が良好である）１２、第２絶縁膜（例えばＳｉＯ２ ）１６、集束電極（例えばＮｂ、Ａｕ、Ｐｔ等の金属、Ａｕであれば外部端子との接続が良好である）１３を順に、蒸着法により形成する。この際に円形マスク２９の保護によりエミッタ１５に絶縁材や電極材が付着しない。（ｅ）において円形マスク２９と円形マスク上の不要蒸着物３１をエッチング（例えばフッ酸溶液を用いる）により除去する。
【００６６】
次に、円形マスクの厚さの設計方法について説明する。図２２は円形マスクの厚さの違いによる電子源の形成の差を示したものである。図において、（ａ）は円形マスクの厚さを適正化しないで成膜した場合の状態を、（ｂ）は円形マスクの厚さを適正化して成膜した場合の状態を示したものである。図において、ｄｅはエミッタの高さ、ｄｍはマスクの厚さ、ｄは図２１の（ｄ）において成膜する場合の成膜中の膜（種類は問わない）の基板１４からの厚さ、ｒｏ及びｒｉはそれぞれｄの高さにおける開口部１０の径及びマスク２９上の蒸着物の径、ｒは基板上での開口径を示す。成膜中基板１４上の膜は開口部が広がるように成膜されていき、円形マスク２９上の膜はマスクの径から広がるように成膜されていく。このとき、円形マスク２９上の膜のマスクの径からの広がりが、基板１４上の膜の広がりより大きいため、円形マスクを十分厚くしておかないと、図中（ａ）のように、成膜が完了しないうちに開口部がふさがれてしまい、図２１の工程（ｅ）で、不要蒸着物の除去が難しく電子源を作製することができなかった。そこで、図２２中（ｂ）のように円形マスクの厚さを十分厚くすればよい。
【００６７】
次に、円形マスクの厚さの具体的な設定方法について説明する。図２３は、基板からの高さｄにおける開口部１０の径ｒｏ及びマスク２９上の蒸着物の径ｒｉの関係を示したグラフである。従来のエミッタの高さは１μｍ、マスクｄｍ１ は０．３μｍ、基板上での開口径１．８μｍにおいて、ｒｏとｒｉの交点は約３．２μｍである。第１絶縁膜１７は約１μｍ、引き出し電極１２は０．３μｍ、第２絶縁膜１６は約１μｍ、集束電極１３は０．３μｍで膜厚の合計は２．６μｍであるので、開口部を塞ぐことなく十分電子源の製作が可能である。一方、実施の形態２のように絶縁膜を設計すると、例えば第２絶縁膜１６を３μｍとすると膜厚の合計は４．６μｍとなる。円形マスクの厚さを厚くしないと、電子源の製作はできない。そこで、図２３よりｄが４．６μｍ以上でｒｏとｒｉが交点を有するようにｒｉをｄ方向に平行移動させる。その時のｄｍ２ が設計マスク厚となる。本実施の形態ではマスクの厚さを１μｍ以上とすれば、開口部が塞がれることなく、電子源の製作が可能となることがわかる。
【００６８】
また、実施の形態１で引き出し電極を３μｍとすると、膜厚の合計は５．３μｍとなる。このとき、グラフを外挿すると円形マスクの厚さは１．４μｍ以上必要であることがわかる。
【００６９】
なお、本グラフの傾きは蒸着装置の種類等により若干異なるが、予めｒｏとｒｉの関係を求めておけば、異なる装置を使用しても同様な手法で最適な円形マスクの厚さを設計することができる。
【００７０】
なお、上記実施の形態１〜１０では基板１４上にエミッタ１５を形成していたが、１枚のＳｉ基板を用い、これを加工してエミッタと基板を一体化させた構造であってもよい。
【００７１】
実施の形態１１．
この発明の実施の形態１１を図について説明する。図２４は例えば実施の形態１０および実施の形態１１による製造方法により製造された電子源を示す断面図である。実施の形態１０のようにして形成された電子源（図２４（ａ））においては、引き出し電極１２の膜厚が従来の引き出し電極の膜厚より厚いため、成膜時における膜の回り込みやエッチングの影響等により段状になったり、この段の角部が尖った形状に成り易く、エミッタ１５と引き出し電極１２の間で異常放電が生じたり、電極間が短絡することによる初期不良が発生することがあった。本実施の形態においてはこれを防ぐために、実施の形態１０の製造方法に加え、さらにウェットエッチング工程を施すものである。
【００７２】
例えば、引き出し電極１２、集束電極１３、基板１４、エミッタ１５、第１絶縁膜１７、第２絶縁膜１６をそれぞれＡｕ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｓｉ、ＳｉＯ２ 、ＳｉＯ２ で作成する。形成後に例えば王水等で引き出し電極１２のＡｕのみわずかにウェットエッチングして開口部における引き出し電極１２の角部４０を、エミッタ１５に対して平坦面４１となるようにし、尖った部分を無くし、引き出し電極形状に丸みを帯びさせて図２４（ｂ）の様な形状にさせる。
【００７３】
このように尖りを無くし、丸みを帯びた形状にすることによりエミッタ１５から電子を放出させるために引き出し電極１２に電圧を印加したときに、エミッタ１５と引き出し電極１２の間での異常放電が生じにくくなる。
また、引き出し電極とカソード電極間に成膜時の回り込みによるＡｕの異物が存在し、それを介して電極間が短絡することによる初期不良が発生することがあるが、ウェットエッチングにより尖った部分とともに異物を除去することで初期不良を低減することができ、歩留まりが向上する。
【００７４】
実施の形態１２．
この発明の実施の形態１２を図について説明する。図２５は、実施の形態１〜１１のいずれかに記載の電子源を用いた陰極線管の断面構成図である。図において、１つのあるいは複数のエミッタから構成される電子源５１から出射された電子線５３は、電子線の集束手段である電子銃５２内でクロスオーバー点５９を形成して偏向磁石５４で偏向され、シャドウマスク５５を介してアルミ膜５７を有する蛍光体５６の所望の位置に導かれる。陰極線管を構成するものは真空容器５８内に収納されている。
【００７５】
このように、実施の形態１〜１１のいずれかの電子源を陰極線管に用いると電子源から出射された電子線が既に集束しているため、十分に集束された電子線が得られ、陰極線管としての解像度が向上する。
【００７６】
実施の形態１３．
この発明の別の実施の形態を図について説明する。図２６は、実施の形態１〜１１のいずれかに記載の電子源を用いた陰極線管の断面構成図である。図において、電子源５１は３つの電子源５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂに分別され、それぞれの電子源から出射された電子線は、電子線の集束手段である電子銃５２内でクロスオーバー点５９（それぞれ５９Ｒ、５９Ｇ、５９Ｂ）を形成して偏向磁石５４で偏向され、シャドウマスク５５を介してアルミ膜５７を有する蛍光体５６のそれぞれ赤の蛍光体部分、緑の蛍光体部分、青の蛍光体部分に導かれる。なお、本装置も真空容器内に収納されている。
【００７７】
このように、実施の形態１〜１１のいずれかの電子源を陰極線管に用いると電子源から出射された電子線が既に集束しているため、十分に集束された電子線が得られ、陰極線管としての解像度が向上し、本実施の形態ではカラー画像としての品質も向上し、性能の高い陰極線管を提供することが可能となる。
【００７８】
なお、実施の形態１２、１３の電子銃内でのクロスオーバー点は十分な集束が可能であれば、形成されなくてもよい。
【００８１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、カソード電極の略円錐形状の電子放出部の高さに対する引き出し電極の厚さの比を０．５以上としたので、従来より引き出し電極が厚く集束電極と電子放出部との距離が確保でき、且つ引き出し電極の厚さが十分厚いため、電子放出部即ちカソード電極先端の電界の低下が防止でき、引き出し電極の電位を電子放出部に与え易くなり、電流密度が高く集束特性の優れた電子線を発する電子源を提供することができる。
【００８２】
また、前記電子源において、カソード電極の略円錐形状の電子放出部の高さに対する引き出し電極の厚さの比を１以上としたので、従来より引き出し電極が厚く集束電極と電子放出部との距離が確保でき、且つ引き出し電極の厚さが十分厚いため、電子放出部即ちカソード電極先端の電界の低下が防止でき、引き出し電極の電位を電子放出部に与え易くなり、電流密度が高く集束特性の優れた電子線を発する電子源を提供することができる。さらに、エミッタ群を形成した時に、他のパラメータを操作することなく、総電流量を集束作用があり放出電流の低下がないエミッタ群と同レベルに確保でき、高性能な電子源を提供することができる。
【００８４】
また、カソード電極の略円錐形状の電子放出部の高さに対する第２の絶縁層の厚さの比を２．５以上としたので、従来より引き出し電極が厚く集束電極と電子放出部との距離が確保され、電子放出部即ちカソード電極先端の電界の低下が防止でき、所定の引き出し電位で電子放出を容易に制御することができ、電流密度が高く集束特性の優れた電子線を発する電子源を提供することができる。
【００８５】
また、集束電極と引き出し電極（第１の引き出し電極）の間に第２の引き出し電極を備え、引き出し電極（第１の引き出し電極）と第２の引き出し電極とを同電位とし、引き出し電極（第１の引き出し電極）と第２の引き出し電極とを開口部の内面で接続したので、厚い引き出し電極を用いた場合と同様に集束電極と電子放出部との距離が確保でき、且つ第１の引き出し電極と第２の引き出し電極とで形成される実効的な引き出し電極の厚さが十分厚く、また、引き出し電極に与える電位の影響を開口部の内部に形成される電界に与え易く、電子放出部即ちカソード電極先端の電界の低下を防止でき、電流密度が高く集束特性の優れた電子線を発する電子源を提供することができる。さらに、１つの電極の厚さを厚くする必要がないため、製造プロセスが容易となり、歩留りも向上する。
【００８６】
また、集束電極と同一平面上で、かつ前記集束電極の開口部側に第２の引き出し電極を備えたので、電子放出部即ちカソード電極先端の電界の低下を防止でき、電流密度が高く集束特性の優れた電子線を発する電子源を提供することができる。さらに、全膜厚を薄くすることができ、製造が容易となり、製造コスト低減、歩留まり向上等が実現できる。
【００８７】
また、前記電子源において、引き出し電極（第１の引き出し電極）と第２の引き出し電極とを同電位としたので、厚い引き出し電極を用いた場合と同様に集束電極と電子放出部との距離が確保でき、且つ第１の引き出し電極と第２の引き出し電極とで形成される実効的な引き出し電極の厚さが十分厚いため、電子放出部即ちカソード電極先端の電界の低下を防止でき、引き出し電極の電位を電子放出部に与え易くなり、電流密度が高く集束特性の優れた電子線を発する電子源を提供することができる。さらに、１つの電極の厚さを厚くする必要がないため、製造プロセスが容易となり、歩留りも向上する。
【００８８】
また、前記電子源において、引き出し電極（第１の引き出し電極）と第２の引き出し電極とを開口部の内面で接続したので、引き出し電極に与える電位の影響を開口部の内部に形成される電界に与え易く、電子放出部即ちカソード電極先端の電界の低下を防止でき、電流密度が高く集束特性の優れた電子線を発する電子源を提供することができる。
【００８９】
また、前記電子源において、引き出し電極（第１の引き出し電極）と第２の引き出し電極とを開口部の外部で接続したので、電流密度が高く集束特性の優れた電子線を発する電子源を容易に製造することができる。
【００９０】
また、前記電子源において、第２の引き出し電極に印加する電位を引き出し電極（第１の引き出し電極）に印加する電位より高くしたので、全体の膜厚を薄くし、第１の引き出し電極と第２の引き出し電極の間の距離を小さくしても、第１の引き出し電極と第２の引き出し電極を同電位としたものと同じように電子線を集束する効果が得られ、高性能な電子源を提供することができる。また、膜厚が薄くできることから、製造プロセスが容易となり、歩留まりも向上する。
【００９１】
また、陰極線管において、前記電子源のいずれか１つの電子源を搭載したので、元々集束性が高く、高電流密度の電子線を電子源から発することができるため、制御性の高い陰極線管を構成することができ、高性能な陰極線管を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１による電子源の要部の構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態１による電子源の電極の結線状態を示す概略平面図である。
【図３】引き出し電極の厚さと放出電流の関係を示す電界解析結果のグラフである。
【図４】引き出し電極の厚さと総放出電流の関係を示す電界解析結果のグラフである。
【図５】引き出し電極の厚さを変化させた時の集束電極への印加電圧とアノード電流の関係を示すグラフである。
【図６】実施の形態２による電子源の要部の構成を示す断面図である。
【図７】第２絶縁膜の厚さと放出電流の関係を示す電界解析結果のグラフである。
【図８】第２絶縁膜の厚さと総放出電流の関係を示す電界解析結果のグラフである。
【図９】実施の形態３による電子源の要部の構成を示す断面図である。
【図１０】実施の形態３による電子源の電極の結線状態を示す概略平面図である。
【図１１】実施の形態４による電子源の要部の構成を示す断面図である。
【図１２】実施の形態４による電子源の電極の結線状態を示す概略平面図である。
【図１３】３段電極構造（第２の引き出し電極有り）の効果を示すグラフである。
【図１４】実施の形態５による電子源の要部の構成を示す断面図である。
【図１５】実施の形態７による電子源の要部の構成を示す断面図である。
【図１６】実施の形態７による電子源の電極の結線状態を示す概略平面図である。
【図１７】実施の形態８による電子源の要部の構成を示す断面図である。
【図１８】実施の形態８による電子源の電極の結線状態を示す概略平面図である。
【図１９】実施の形態９による電子源の要部の構成を示す断面図である。
【図２０】実施の形態９による電子源の電極の結線状態を示す概略平面図である。
【図２１】実施の形態１０による電子源の製造プロセスを示す断面図である。
【図２２】マスク厚さの違いによる電子源の製造の良否を示す模式図である。
【図２３】マスク厚さを決定するための、マスク上の蒸着物の径と基板上の蒸着物の内径との関係を示すグラフである。
【図２４】実施の形態１０および実施の形態１１による電子源の製造方法により製造された電子源を示す断面図である。
【図２５】実施の形態１〜１１のいずれかによる電子源を搭載した陰極線管の断面構成図である。
【図２６】実施の形態１〜１１のいずれかによる電子源を複数搭載した陰極線管の断面構成図である。
【図２７】従来の電子源を示す断面構成図である。
【図２８】従来の電子源の製造プロセスを示す断面図である。
【図２９】従来の陰極線管を示す断面構成図である。
【図３０】従来の電子源の集束電極への印加電圧とアノード電流、電子ビーム発散角の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 開口、 １１ カソード電極、
１２ 引き出し電極（第１の引き出し電極）、１２ａ 第２の引き出し電極、
１３ 集束電極、 １４ 基板、 １５ エミッタ、
１６ 第２絶縁膜、 １７ 第１絶縁膜、 １８ 電極端子、
１９ 電極端子、 １９ａ 電極端子、 ２０ 配線、 ２１ 配線、
２１ａ 配線、 ２２ 配線、 ２３ 電極端子、 ２４ 導線、
２４ａ 導線、 ２５ 導線、 ２６ 導線、 ２８ エミッタ材、
２９ 円形マスク、 ３０ 円形マスク材、 ３１ 不要蒸着物、
３５ 絶縁層、 ３６ 第３絶縁膜、 ３７ 開口部内壁の電極面、
３８ 電極端子、 ５１、５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂ 電子源、
５２ 電子銃、５３ 電子線、 ５４ 偏向磁石、 ５５ シャドウマスク、
５６ 蛍光体、 ５７ アルミ膜、 ５８ 真空容器、
５９、５９Ｒ、５９Ｇ、５９Ｂ クロスオーバー点、
１００ 電子線、 １０１ カソード電極（基板）、 １０１ａ 酸化膜、
１０２ 引き出し電極、 １０３ 集束電極、 １０４ エミッタ、
１０５ 絶縁膜、 １０６ 絶縁膜、 １０７ 第３絶縁膜、
１０８ 加速電極、 １０９ 引き出し電極用電源、
１１０ 集束電極用電源、 １１１ 加速電極用電源、
１１２ マスク、 １１３ａ、１１３ｂ フォトレジスト、
１２１ フィールドエミッタからなるカソード、
１２２ アノード電極、 １２３ アノード電極、 １２４ 電子レンズ、
１２５ 電子レンズ、 １２６ コンバージェンス電極、
１２７ クロスオーバー点、 １２８ 偏向マグネット、
１２９ シャドウマスク、 １３０ アルミ膜、
１３１ アルミバックつき蛍光体。
Claims (10)
- 略円錐形状の電子放出部を有するカソード電極上に、開口部を形成して電子放出部を囲むように順に第１の絶縁層、カソード電極部から電子を引き出すための引き出し電極、第２の絶縁層、引き出された電子を集束するための集束電極が配置され、前記集束電極に印加された電位により形成された電界のカソード電極の電子放出部への影響を遮蔽する手段を備えた電子源において、集束電極に印加された電位により形成された電界のカソード電極の電子放出部への影響を遮蔽する手段が、カソード電極の略円錐形状の電子放出部の高さに対する引き出し電極の厚さの比が０．５以上の厚さの引き出し電極であることを特徴とする電子源。
- 集束電極に印加された電位により形成された電界のカソード電極の電子放出部への影響を遮蔽する手段が、カソード電極の略円錐形状の電子放出部の高さに対する引き出し電極の厚さの比が１以上の厚さの引き出し電極であることを特徴とする請求項１に記載の電子源。
- 略円錐形状の電子放出部を有するカソード電極上に、開口部を形成して電子放出部を囲むように順に第１の絶縁層、カソード電極部から電子を引き出すための引き出し電極、第２の絶縁層、引き出された電子を集束するための集束電極が配置され、前記集束電極に印加された電位により形成された電界のカソード電極の電子放出部への影響を遮蔽する手段を備えた電子源において、集束電極に印加された電位により形成された電界のカソード電極の電子放出部への影響を遮蔽する手段が、カソード電極の略円錐形状の電子放出部の高さに対する第２の絶縁層の厚さの比が２．５以上の厚さの第２の絶縁層であることを特徴とする電子源。
- 略円錐形状の電子放出部を有するカソード電極上に、開口部を形成して電子放出部を囲むように順に第１の絶縁層、カソード電極部から電子を引き出すための引き出し電極（第 1 の引き出し電極）、第２の絶縁層、引き出された電子を集束するための集束電極が配置され、前記集束電極に印加された電位により形成された電界のカソード電極の電子放出部への影響を遮蔽する手段を備えた電子源において、集束電極に印加された電位により形成された電界のカソード電極の電子放出部への影響を遮蔽する手段が、集束電極と引き出し電極（第１の引き出し電極）の間に第２の引き出し電極を備え、引き出し電極（第１の引き出し電極）と第２の引き出し電極とを同電位とし、引き出し電極（第１の引き出し電極）と第２の引き出し電極とを開口部の内面で接続したことを特徴とすることを特徴とする電子源。
- 略円錐形状の電子放出部を有するカソード電極上に、開口部を形成して電子放出部を囲むように順に第１の絶縁層、カソード電極部から電子を引き出すための引き出し電極（第 1 の引き出し電極）、第２の絶縁層、引き出された電子を集束するための集束電極が配置され、前記集束電極に印加された電位により形成された電界のカソード電極の電子放出部への影響を遮蔽する手段を備えた電子源において、集束電極に印加された電位により形成された電界のカソード電極の電子放出部への影響を遮蔽する手段が、集束電極と同一平面上で、かつ前記集束電極の開口部側に第２の引き出し電極を備えたことを特徴とする電子源。
- 引き出し電極（第１の引き出し電極）と第２の引き出し電極とを同電位としたことを特徴とする請求項５に記載の電子源。
- 引き出し電極（第１の引き出し電極）と第２の引き出し電極とを開口部の内面で接続したことを特徴とする請求項６に記載の電子源。
- 引き出し電極（第１の引き出し電極）と第２の引き出し電極とを開口部の外部で接続したことを特徴とする請求項６に記載の電子源。
- 第２の引き出し電極に印加する電位は、引き出し電極（第１の引き出し電極）に印加する電位より高くしたことを特徴とする請求項５に記載の電子源。
- 真空容器内に、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の電子源と、該電子源から出射された電子線を集束する手段と、集束された電子線を蛍光体の所定の位置に偏向して導く手段とを備えたことを特徴とする陰極線管。
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