(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を放出させるべき電子放出位置に隣接して、冷陰極カソードを構成する複数の電子放出部を有するカソード部材を配置し、前記カソード部材をカソード枠内に移動可能に保持して、前記カソード枠の内面の所定位置に選択的に前記カソード部材を当接させることにより前記電子放出部を位置決めし、前記カソード部材を移動させて前記カソード枠の前記位置決めのための内面を変更し前記複数の電子放出部を選択的に前記電子放出位置に位置させることにより、前記電子放出部を切り替えて駆動することを特徴とする冷陰極カソードの駆動方法。
【請求項２】
複数の電子放出部を有するカソード部材に対向させて、前記電子放出部の一部に対応する穴部を有する制御電極を配置して冷陰極カソードを構成し、前記カソード部材をカソード枠内に移動可能に保持して、前記カソード枠の内面の所定位置に選択的に前記カソード部材を当接させることにより前記電子放出部を位置決めし、前記カソード部材を移動させて前記カソード枠の前記位置決めのための内面を変更し前記複数の電子放出部のうち選択された一部の中心と前記制御電極の穴部の中心軸が一致するように、前記カソード部材と前記制御電極の相対的な位置関係を調整することにより、前記電子放出部を切り替えて駆動することを特徴とする冷陰極カソードの駆動方法。
【請求項３】
前記カソード部材の移動を磁力によって行うことを特徴とする請求項１または２に記載の冷陰極カソードの駆動方法。
【請求項４】
前記カソード部材が一旦移動させた位置から元の位置に戻ることを防止する逆行防止手段を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の冷陰極カソードの駆動方法。
【請求項５】
電子を放出させるべき電子放出位置に隣接して配置された複数の電子放出部を有するカソード部材と、前記カソード部材を移動可能に保持するとともに、その内面に前記カソード部材を当接させることにより前記電子放出部を位置決めすることが可能なカソード枠と、前記複数の電子放出部を移動させて選択的に前記電子放出位置に位置させる切り替え手段とを備え、前記カソード部材を移動させて前記カソード枠の前記位置決めのための内面を変更することにより、前記電子放出部を切り替えて駆動可能なように構成されたことを特徴とする冷陰極カソード。
【請求項６】
複数の電子放出部を有するカソード部材と、前記カソード部材に対向するように配置され前記電子放出部の一部に対応する穴部を有する制御電極と、前記カソード部材を移動可能に保持するとともに、その内面に前記カソード部材を当接させることにより前記電子放出部を位置決めすることが可能なカソード枠と、前記カソード部材を移動させて、前記複数の電子放出部のうち選択された一部の中心と前記制御電極の穴部の中心軸が一致するように、前記カソード部材と前記制御電極の相対的な位置関係を調整する切り替え手段とを備え、前記カソード部材を移動させて前記カソード枠の前記位置決めのための内面を変更することにより、前記電子放出部を切り替えて駆動可能なように構成されたことを特徴とする冷陰極カソード。
【請求項７】
前記切り替え手段は、前記カソード部材の移動を磁力によって行うように構成された請求項５または６に記載の冷陰極カソード。
【請求項８】
前記カソード部材が一旦移動させた位置から元の位置に戻ることを防止する逆行防止手段を備えたことを特徴とする請求項５または６に記載の冷陰極カソード。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の冷陰極カソードを用いたことを特徴とする電子ビーム装置。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか１項に記載の冷陰極カソードを用いたことを特徴とする光源。
【請求項１１】
請求項１から８のいずれか１項に記載の冷陰極カソードを用いたことを特徴とする放電管。
【請求項１２】
請求項１から８のいずれか１項に記載の冷陰極カソードを用いたことを特徴とする受像管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界放出型の冷陰極カソードおよびその駆動方法、特に、長寿命化に適した電子放出部を有する冷陰極カソードおよびその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電界放出型の冷陰極カソードは、カラーテレビや高精細モニタテレビに用いられる陰極線管（CRT）等の画像表示装置、電子顕微鏡、あるいは、収束した電子ビームを利用する電子ビーム露光装置等に用いられる電子銃などの電子装置への応用が期待されている。これらの応用のためには、長寿命化技術が必要であり、各種の研究が報告されている。
【０００３】
従来の電界放出型冷陰極カソードを構成する電子放出部は、長時間駆動すると素子が劣化し放出電流量が低下してしまう。従来、電子放出部すなわちエミッタ領域としては一つの領域が設けられていただけであるため、ある特定レベルまで素子が劣化した時点を寿命としている。したがって、冷陰極カソードは、電子銃に用いられている熱カソードに比べ、現状では寿命が短い。
【０００４】
従来、長寿命化のために種々の手段が検討されており、たとえば、特開平５−１２９８６号公報などに開示されている従来例の冷陰極素子を図１３に示す。
【０００５】
図１３において、１０４は絶縁性基板であり、その上に、電極１０１、１０２、および電子放出材料からなる微粒子膜１０３が形成されている。１０５は電子放出部を示す。１０８は導電性部材である。１０６は、透明板、透明電極および蛍光体からなる蛍光体ターゲットである。１０７は電子照射領域（発光部）を示す。このように、複数個の電子放出部１０５（図では２個）を電気的に直列に配置接続して、１つの電子放出素子（単位素子）を構成し、かつ、各々の電子放出部１０５近傍で、各々の電子放出部１０５を挟む少なくとも一方の電極に接して導電性部材１０８を配置する。この構成によれば、その原理は不明であるが、いずれか１個の電子放出部１０５から電子が放出される。
【０００６】
この構成において、電子を放出する電子放出部１０５を切り換えるためには、赤外光を導電性部材１０８に照射して溶解させる。それにより、非作動とすべき電子放出部１０５を短絡させて、他の電子放出部１０５が電子放出に寄与するようにする。その際に用いられる赤外光は、熱源となるレーザー等であり、導電性部材１０８の吸収波長と整合の取れた波長を有するものが好ましいとされている。
【０００７】
このような構成の冷陰極素子は、外部から熱源としての赤外光を照射するだけで、容易に電子放出に寄与する電子放出部１０５の切り換えを行うことができる。それにより、（１）素子間で特性のばらつきの少ない素子の製造が可能となる、（２）電子放出部の製造時の歩留りが向上する、（３）電子放出の寿命が向上する、などの効果が期待できるとされている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図１３に示す従来技術では、電子放出部１０５の切り替えに際して、外部から熱源を照射しなくてはならず作業性が悪い。また、切り替え箇所が多いときはタクトが増加し、生産効率が悪くなるという課題がある。また、電子放出部１０５の不良部を特定するために顕微鏡等の装置も必要となり、実用性、量産性が悪いという課題も存在する。
【０００９】
さらに、電子放出部１０５を直列に接続しているため、その上部に穴部を持つ制御電極を設けたとき、電子放出部１０５の切り替えに伴い、電子ビームの発生位置がずれてしまう。このため、制御電極による電界に対する電子ビームの位置にずれが発生し、フォーカス特性が悪くなるという問題点がある。
【００１０】
また、電子放出部１０５の切り替えには外部からの作業が必要であるため、現実的には、製造工程でしか行えない。つまり、商品が市場に出てから不具合が発生しても、切り替え作業は行えず、長寿命化に寄与し得ないという大きな課題がある。
【００１１】
本発明は、電子ビームの軸ずれを発生させることなく高精度にカソードを切り替えることができ、電子ビームのフォーカス特性を維持したままカソードの寿命を延ばすことが可能な冷陰極カソードを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の冷陰極カソードの駆動方法は、前述の問題を解決するために、電子を放出させるべき電子放出位置に隣接して、冷陰極カソードを構成する複数の電子放出部を有するカソード部材を配置し、前記カソード部材をカソード枠内に移動可能に保持して、前記カソード枠の内面の所定位置に選択的に前記カソード部材を当接させることにより前記電子放出部を位置決めし、前記カソード部材を移動させて前記カソード枠の前記位置決めのための内面を変更し前記複数の電子放出部を選択的に前記電子放出位置に位置させることにより、前記電子放出部を切り替えて駆動することを特徴とする。
【００１３】
他の構成の冷陰極カソードの駆動方法は、複数の電子放出部を有するカソード部材に対向させて、前記電子放出部の一部に対応する穴部を有する制御電極を配置して冷陰極カソードを構成し、前記カソード部材をカソード枠内に移動可能に保持して、前記カソード枠の内面の所定位置に選択的に前記カソード部材を当接させることにより前記電子放出部を位置決めし、前記カソード部材を移動させて前記カソード枠の前記位置決めのための内面を変更し前記複数の電子放出部のうち選択された一部の中心と前記制御電極の穴部の中心軸が一致するように、前記カソード部材と前記制御電極の相対的な位置関係を調整することにより、前記電子放出部を切り替えて駆動することを特徴とする
【００１４】
上記構成の方法において、前記カソード部材の移動を磁力によって行うことができる。
【００１５】
また上記構成の方法において好ましくは、前記カソード部材が一旦移動させた位置から元の位置に戻ることを防止する逆行防止手段を用いる。
【００１８】
本発明の冷陰極カソードは、電子を放出させるべき電子放出位置に隣接して配置された複数の電子放出部を有するカソード部材と、前記カソード部材を移動可能に保持するとともに、その内面に前記カソード部材を当接させることにより前記電子放出部を位置決めすることが可能なカソード枠と、前記複数の電子放出部を移動させて選択的に前記電子放出位置に位置させる切り替え手段とを備え、前記カソード部材を移動させて前記カソード枠の前記位置決めのための内面を変更することにより、前記電子放出部を切り替えて駆動可能なように構成される。
【００１９】
他の構成の冷陰極カソードは、複数の電子放出部を有するカソード部材と、前記カソード部材に対向するように配置され前記電子放出部の一部に対応する穴部を有する制御電極と、前記カソード部材を移動可能に保持するとともに、その内面に前記カソード部材を当接させることにより前記電子放出部を位置決めすることが可能なカソード枠と、前記カソード部材を移動させて、前記複数の電子放出部のうち選択された一部の中心と前記制御電極の穴部の中心軸が一致するように、前記カソード部材と前記制御電極の相対的な位置関係を調整する切り替え手段とを備え、前記カソード部材を移動させて前記カソード枠の前記位置決めのための内面を変更することにより、前記電子放出部を切り替えて駆動可能なように構成される。
【００２０】
上記の構成の冷陰極カソードにおいて、前記切り替え手段は、前記カソード部材の移動を磁力によって行うように構成することができる。
【００２１】
また好ましくは、前記カソード部材が一旦移動させた位置から元の位置に戻ることを防止する逆行防止手段を備える。
【００２４】
以上の構成の冷陰極カソードにおいて好ましくは、前記電子放出部を構成するエミッタに、電流制御素子が接続される。
【００２５】
以上のような構成の冷陰極カソードの駆動方法、あるいは冷陰極カソードによれば、電子放出部を移動して切り替え、あるいは同軸に配置された電子放出部を切り替えて動作させることにより、電子ビームの軸ずれを起こすことなくカソードを切り替えることができる。このため、ビームのフォーカス特性を維持したままカソードの寿命を延ばすことが可能となる。従って、高輝度、高解像度でかつ長寿命を可能とする電子ビームを実現できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る冷陰極カソードの構造、およびその切り替え方法について、図１から図５を参照しながら説明する。
【００２７】
図１は、冷陰極カソードを構成するカソード部材３および制御電極４を模式的に示す。カソード部材３上には、３個の電子放出部１と、３個の予備の電子放出部２が形成されている。カソード部材３の上方に制御電極４が配置され、制御電極４は電子放出部１に対向する位置に穴部５を有する。図１では、電子放出部１の直上に制御電極４の穴部５が位置しており、電子放出部１の対称軸１ａと穴部５の中心軸５ａとが一致している。この位置関係においては、電子放出部１から出力された電子ビームが制御電極４の穴部５の中心を通るために、フォーカス特性を最適にすることが可能である。
【００２８】
本実施の形態においては、冷陰極カソードを構成する電子放出部１が、長時間駆動の結果素子が劣化し放出電流量が低下したときには、予備の電子放出部２に切り替えて駆動する。このとき、単に電子放出部を切り替えるだけでは、制御電極４の穴部５と電子放出部の位置がずれてしまうため、本実施の形態においては、カソード部材３を移動させて駆動対象の電子放出部を切り替えている。なお、図１には１組の予備の電子放出部２を配置した例を示したが、２組以上の予備の電子放出部２を配置し、切り替えて駆動する構成とすることもできる。
【００２９】
この様に、カソード部材３を移動させて電子放出部を切り換えることによって、予備の電子放出部２と制御電極４の穴部５との位置を精度良く合わせることが可能となる。したがって、駆動する素子を切り替えても電子ビームの位置ずれを起こすことなく、長寿命化を実現することができる。
【００３０】
次に、カソード部材３の移動機構について、図２を参照して説明する。図２は、カソード部材３および制御電極４を上面から見た図である。但し見易さを考慮して、制御電極４を一点鎖線で示した。カソード部材３は、その位置精度を確保し、またカソード部材３の移動を容易にするためのカソード枠６内に保持されている。カソード枠６の右端には案内溝６ａが設けられ、カソード部材３の右端に設けられた突出部３ａが係合している。案内溝６ａの両側に電磁石１０が配置され、カソード部材３の突出部３ａに対して駆動力を作用させることが可能であって、移動機構を構成している。
【００３１】
図２（ａ）は、電子放出部１が制御電極４の穴部５の直下に位置し、電子放出部１から電子ビームが出力されている状態を示す。このとき、電磁石１０はＯＦＦ状態である。この状態では、カソード部材３の左端面がカソード枠６の左端内面に当接させられることにより、位置精度が確保されている。
【００３２】
図２（ｂ）は、電磁石１０をＯＮすることにより、カソード部材３が平行移動し、予備の電子放出部２が制御電極４の穴部５の直下に位置した状態を示す。この状態では、カソード部材３の右端面がカソード枠６の右端内面に当接させられることにより、位置精度が確保されている。
【００３３】
以上のように、精度良くカソード部材３を位置決めすることが可能であるため、軸ずれを起こすことなく電子放出部を切り替えて駆動することができる。
【００３４】
次に、カソード部材３の移動及び位置あわせのための構成の詳細について、図３を参照して説明する。図３は、図２における電磁石１０が配置された部分について、より具体的な構造を拡大して示す図である。電磁石１０は、コイル１２、鉄心１３、バネ１１から構成されている。なお、電子放出部１、予備の電子放出部２、制御電極４等については、図示が省略されている。
【００３５】
図３（ａ）は、電磁石１０がＯＦＦの場合を示し、カソード部材３がバネ１１によって左方に押圧されている状態である。この時、カソード部材３の左端は、カソード枠６の左端内面に押しつけられている。図３（ｂ）は、電磁石をＯＮした場合を示す。コイル１２に電流が流れ、鉄心１３にカソード部材３の突出部３ａが引き寄せられている。この時カソード部材３は、カソード枠６の右端内面に押しつけられている状態である。
【００３６】
以上のように、電磁石１０をＯＮ／ＯＦＦすることによりカソード部材３を平行移動させることができる。また、カソード枠６の内面によりカソード部材３が位置決めされて、位置精度を確保することが可能となる。このため、精度良く電子放出部を移動させることができる。
【００３７】
また、カソード部材３を右側に移動させた状態を維持するためには、電磁石１０を常にＯＮ状態に保つ必要がある。このため、常に通電して電磁石をＯＮしても良いが、カソード部材３の位置を確保し、逆行を防ぐ機構を付加しても良い。
【００３８】
次に、カソード部材３の移動に際して、その移動位置を確保し、逆行を防ぐ機構について、図４を参照して説明する。図４は、カソード部材３とカソード枠６の要部を示す部分拡大図である。図４（ａ）はカソード部材３が左側に位置する場合を示す。図４（ａ）に示すとおり、カソード部材３には溝部３ｂが設けられており、その中にバネ１７とラッチ１６が配置されている。また、カソード枠６にも溝部１５が形成されている。
【００３９】
図３で説明したように、図４（ａ）に示す状態から電磁石１０をＯＮすると、カソード部材３は右に移動する。右端まで移動し、ラッチ１６が溝部１５の位置と一致すると、バネ１７の力でラッチ１６が溝部１５内に進入する。ラッチ１６はバネ１７によってカソード枠６に向かって強く付勢されているため、一度溝部１５内に移動すると元には戻らない構造になっている。この様にラッチ１６を用いることにより、電磁石１０をＯＦＦにした時のカソード部材３の逆行を防ぐことができる。また、位置決めは、ラッチ１６とそれぞれの溝部壁面とで決定できるため、位置精度も確保し易いという特徴がある。この様にラッチ１６とバネ１７を用いることにより、電磁石１０を常時ＯＮすることなくカソード部材３の位置精度を確保し、かつ逆行を防止することができる。
【００４０】
次に、カソード部材３を移動させたときに、電子放出部１から予備の電子放出部２へ給電を切り換えるための構造について、図５を参照して説明する。図５（ａ）に示すように、カソード枠６には、給電のための端子パッド２０が設置されている。また、カソード部材３の側面には端子パッド２１が設置され、電子放出部１および予備の電子放出部２が、引き出し配線２２によって端子パッド２１にそれぞれ接続されている。図５（ａ）は、カソード部材３が左側に位置している状態を示し、カソード枠６の端子パッド２０と電子放出部１に接続された端子パッド２１が電気的に接続されている。この状態では図２（ａ）に示したように、電子放出部１の直上に制御電極４の穴部５が存在し、電子ビームが穴部５を通過して出力される。
【００４１】
図５（ｂ）は、カソード部材３が右側に移動した状態を示し、カソード部材３側に設置された接続パッド２１も移動している。この状態では、カソード枠６の端子パッド２０と予備の電子放出部２の端子パッド２１が電気的に接続される。また、予備の電子放出部２の直上に制御電極４の穴部５が存在し、同様に電子ビームが穴部５を通過して出力される。
【００４２】
以上のように、カソード部材３の側面に端子パッド２１を設置することにより、カソード部材３が移動してもそれぞれの電子放出部に給電することが可能となり、電子放出部の切り替えを容易に行うことが可能となる。
【００４３】
以上説明したように、本発明に係る冷陰極カソードによると、電子ビームの軸ずれを発生させることなく、高精度にカソードを移動して切り替えることができる。従って、電子ビームのフォーカス特性を維持したままカソードの寿命を延ばすことが可能となる。その結果、高輝度、高解像度でかつ長寿命な冷陰極カソードを実現できる。
【００４４】
なお、本実施形態では、カソード部材３を移動させるために電磁石を用いたがこれに限られるものではなく、永久磁石をカソード部に設置して、外部からの磁界によって移動させるように構成する等、磁力によって移動する方法であれば適用可能である。
【００４５】
また、本実施形態では、ラッチを用いて逆行防止機能を実現したが、これに限られるものではなく、位置を確定しかつ固定できる機能であれば、どのような構造であってもかまわない。
【００４６】
また、本実施形態では、バネと電磁石を用いてカソード部材を移動させたが、電磁石に限らず、外部からの一定のトリガーによりカソード部材を移動させることができれば、どのような構造であってもかまわない。
【００４７】
また、本実施形態では、電子放出部は直列に並んで配置されたが、これに限られない。例えば図６に示すように、電子放出部１および予備の電子放出部２が、円形のカソード部材３Ｂ上に、円周上に並んで配置されていてもかまわない。電子放出部１、２の移動は平行移動ではなく、制御電極４Ｂの穴部５Ｂに合わせてカソード部３Ｂを回転させることにより行われる。
【００４８】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る冷陰極カソードの構造について、図７、図８を参照しながら説明する。本実施の形態では、冷陰極カソードが円形あるいはリング状に構成される。すなわち図７に示すように、リング状のカソード部材３１〜３３が、円形のカソード部材３４に対して同心円状に配置される。本実施の形態では、カソード部材を移動させるのではなく、順次切り替えて使用する方法が採用される。駆動の初期は、カソード部材３４から電子ビームを取り出す。時間経過とともにカソード部材３４を構成する電子放出素子が劣化し、放出電流量が低下したとき、複数の電子放出部すなわちカソード部材３１〜３３を順次切り替えて駆動することにより、長寿命化を実現する。
【００４９】
この構造であれば、それぞれのカソード部材３１〜３４が同一中心に配置されているため、駆動するカソード部材を切り替えてもその中心位置は変化しない。さらに各カソード部材３１〜３４を構成する電子放出部の面積を同一にしておけば、切り替えたときの電子ビーム量もほとんど変化はない。従ってカソード部材上部に穴部を有する制御電極（不図示）を配置して電子ビームを制御する場合でも、その制御性は変化しないため、電子ビームのフォーカス特性に変化は生じない。このように、電子ビームの軸ずれを発生させることなくカソード部材を切り替えることができるため、電子ビームのフォーカス特性を維持したままカソードの寿命を延ばすことが可能となる。
【００５０】
上記のような、円形、あるいはリング状冷陰極カソードのより詳細な構成について、図８を参照して説明する。但し図８には、図７におけるカソード部材３３、３４の部分のみを示す。
【００５１】
図８において、３６はカソード電極であり、その上に、絶縁層３７が堆積されている。絶縁層３７により区画されたカソード電極３６上には、先鋭部をもつエミッタ３８が形成されている。絶縁層３７の上には、引き出し電極（制御電極）３３ａ，３４ａがそれぞれ形成されている。絶縁層３７と引き出し電極３３，３４により、単数あるいは複数の空間が形成されており、その中にエミッタ３８が配置されている。
【００５２】
カソード電極３６はカソード部材３３、３４に対して共通であるが、引き出し電極３３ａ，３４ａはそれぞれのカソード部材３３、３４毎に分離されている。つまり、図８の引き出し電極３４ａは図７のカソード部材３４の部分に相当し、図８の引き出し電極３３ａは図７のカソード部材３３の部分に相当する。
【００５３】
駆動したいカソード部材３３、３４を切り替えるためには、引き出し電極３３ａ、３４ａへの電圧の印加を切り替えれば良く、駆動および切り替えが非常に簡単に行えるというメリットがある。
【００５４】
このように、引き出し電極を分離する構成をとることにより、簡易なプロセスでカソードを形成でき、かつ駆動切り替えも容易に行うことができる。
【００５５】
なお、本実施例では、引き出し電極を分離したがこれに限られず、カソード電極３６を分離する形態をとることもできる。
【００５６】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る冷陰極カソードに用いられる電子放出部の構造について、図９を参照しながら説明する。基本的な動作は第２の実施の形態と同様であり、電子放出部の分割形状が第２の実施の形態と相違するので、その分割形状について説明する。
【００５７】
図９の分割形状は、電子放出部を切り替えて駆動を行う場合に、電子ビームの軸ずれを発生させない形状の他の例である。この形状は、それぞれの電子放出部４１、４２、４３の領域境界が、中心から放射状に延びたものである。電子放出部４１は△印の部分であり、電子放出部４２は○印、電子放出部４３は□印の部分である。この様な形状は軸対称形でありかつ、電子放出部を切り替えても形状は変わらず、実質的に駆動領域が回転しただけとなる。
【００５８】
従って、電子放出部の上部に穴部を有する制御電極（不図示）を配置して電子ビームを制御する場合でも、電子放出部の切り替えに伴いその制御性は変化しないため、電子ビームのフォーカス特性に変化は生じない。
【００５９】
以上のように、電子ビームの軸ずれを発生させることなく電子放出部を切り替えることができるため、電子ビームのフォーカス特性を維持したまま冷陰極カソードの寿命を延ばすことが可能となる。
【００６０】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る冷陰極カソードの駆動方法について、図１０を参照しながら説明する。図１０は、第３あるいは第４の実施の形態と同様に領域を分割して配置した電子放出部３３，３４を、スイッチ５８により切り替えて使用する冷陰極カソードを示す。
【００６１】
図１０に示されるように、共通のカソード電極３６の上には、絶縁層３７が堆積されている。絶縁層３７の上には、電子放出部３３，３４にそれぞれ対応させて、引き出し電極（制御電極）３３ａ，３４ａが形成されている。絶縁層３７と引き出し電極３３ａ，３４ａにより、単数あるいは複数の空間が形成されており、その中に先鋭部をもつエミッタ３８が形成されている。エミッタ３８および引き出し電極３３ａ，３４ａの対向側には、アノード電極５６が形成された基板５７が配置されている。アノード電極５６の上には、エミッタと対向するように蛍光体５５が形成されている。
【００６２】
アノード電極５６には、アノード電源５４が接続されており、エミッタ３８から放出される電子を、アノード電極５６側へ加速させる働きをする。引き出し電極３３ａ、３４ａには、スイッチ５８を介して引き出し電源５３が接続されている。この引き出し電源５３の電圧を上げると、所定のしきい電圧でエミッタ３８から電子が放出される。放出された電子は、アノード電極５６からの電界により加速され、蛍光体５５と衝突して蛍光体が発光する。
【００６３】
電子放出部３３，３４を切り替える動作は、スイッチ５８により行われる。すなわち、スイッチ５８により、引き出し電極３３ａ、３４ａのいずれか一方にのみ、引き出し電源５３の電圧が選択的に供給される。
【００６４】
また、本実施形態によれば、カソード電極３６に電流制御素子５２を接続して、エミッタ３８から放出される電子の量を制御する。制御回路５１から電流制御素子５２に入力され制御信号により、電流制御素子５２を流れる電流量が制御され、それにより、エミッタ３８から放出される電子の量を制御することができる。電流制御素子５２としてたとえばＦＥＴを使用し、飽和領域で使用することにより、変動のきわめて少ない安定した電流を取り出すことが可能である。引き出し電圧３３ａ、３４ａで決定されるエミッション能力値よりも低い範囲内を、電流制御素子５２で一定に制御することにより、経時変化に対しても安定した電流を取り出すことができる。
【００６５】
この動作を図１１に示す。エミッション初期は、電子放出部Ａを主に駆動し、その引き出し電圧により決定されるエミッション能力（図中波線の曲線）以下の領域で、電流制御素子によりエミッション電流を一定に制御する。時間の経過とともに素子が劣化し、エミッション能力が低下してくると、電子放出部Ａから電子放出部Ｂへ駆動を切り替える。それにより、エミッション能力は図のように上昇する。さらに時間が経過すると電子放出部Ｂの素子も劣化しエミッション能力が低下する。すると更に、電子放出部Ｂから電子放出部Ｃへ切り替える。
【００６６】
以上のように、電子放出部の劣化に伴って、使用する電子放出部を切り替えることにより、エミッション能力を所望の一定以上に維持することが可能となり、長寿命化を実現することが可能となる。さらに電流制御素子を接続し、電流値を制御することにより、安定なエミッション電流を提供することができる。
【００６７】
以上のようにして、複数の電子放出部を切り替えることにより、長寿命で安定なエミッション電流を取り出すことが可能となる。
【００６８】
（第５の実施形態）
図１２は、本発明の冷陰極カソードを応用した画像表示装置の一例である、第５の実施形態に係る受像管（ＣＲＴ）を示す図である。
【００６９】
この受像管においては、以上の実施の形態で説明したいずれかの構成の冷陰極カソード７５が、陰極線管７０の内部に設置されている。冷陰極カソード７５から放出された電子は、陰極線管７０の内部に配置された電子銃７１を構成する、第１電極７４、第２電極７３、第３電極７２により集束、加速されて電子ビーム６９となり、偏向コイル６７で偏向されて所定の位置の蛍光体６８に射突する。電子ビーム電流は蛍光体６８と接続された陽極端子６６を通して（接続状態は図示せず）陽極電源６５に流れこむ。冷陰極カソード７５、第１電極７４、第２電極７３、第３電極７２はそれぞれ、電源６１、６２、６３、６４から正の電圧を印加される。入力の映像信号は、例えば図中のオペアンプ７６、トランジスタＴｒ２、抵抗Ｒ３からなる回路を通して冷陰極素子７５に入力される。
【００７０】
このように、電界放出素子を用いた冷陰極カソード７５を受像管に応用することにより、長期にわたって安定して画像を表示することが可能となる。また、電子ビームの軸ずれを発生させることなくカソード切り替えることができるため、高輝度、高解像度でかつ長寿命化を実現することができる。また、電流制御素子を接続することにより、精度良く安定した電子ビームを取り出すことができ、高品位の画像を提供することができる。
【００７１】
なお、本実施の形態では、冷陰極カソード７５を電子銃７１に納めてＣＲＴを構成した例を示したが、応用例はこれに限られるものではなく、電子ビーム装置、光源、放電管にも応用可能である。また、本発明の冷陰極カソードを搭載したＣＲＴ管を用いた受像管システムを構成することもできる。それらの応用例においても、本発明の特徴である高解像度と高精度電流制御、および長寿命化を図ることが可能である。
【００７２】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る冷陰極カソードによれば、電子ビームの軸ずれを発生させることなく高精度にカソードを移動して切り替えることができるため、電子ビームのフォーカス特性を維持したままカソードの寿命を延ばすことが可能となる。よって高輝度、高解像度でかつ長寿命を可能とする電子ビームを実現できる。
【００７３】
また、冷陰極カソードを同一中心で円形状、リング状あるいは放射状にすることにより、電子ビームの軸ずれを発生させることなくカソードを切り替えることができるため、電子ビームのフォーカス特性を維持したままカソードの寿命を延ばすことが可能となる。
【００７４】
また、電流制御素子を接続し、電流値を制御することにより、長寿命で安定なエミッション電流を提供することが可能となる。
【００７５】
また、電界放出素子を受像管に応用した場合、フォーカス特性が良く、長寿命なで安定した電子ビームを取り出すことができ、高品位の画像を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態に係る冷陰極カソードの構成の概要を示す斜視図
【図２】  同冷陰極カソードのより具体的な構造および動作を示す平面図
【図３】  同冷陰極カソードの更に詳細な構造および動作を示す平面図
【図４】  同冷陰極カソードの要部の構造および動作を示す平面図
【図５】  同冷陰極カソードの他の要部の構造および動作を示す平面図
【図６】  本発明の第１の実施形態に係る冷陰極カソードの変形例を示した模式図
【図７】  本発明の第２の実施形態に係る冷陰極カソードを示した模式図
【図８】  本発明の第２の実施形態に係る冷陰極カソードを示した模式図
【図９】  本発明の第３の実施形態に係る冷陰極カソードを示した模式図
【図１０】  本発明の第４の実施形態に係る冷陰極カソードの駆動を示した模式図
【図１１】  本発明の第４の実施形態に係る冷陰極カソードの駆動を示した模式図
【図１２】  本発明の第５の実施形態に係る冷陰極カソードの応用例を示した模式図
【図１３】  従来技術における冷陰極素子の例を示した模式図
【符号の説明】
１、４１、４２、４３  電子放出部
１ａ  対称軸
２  予備の電子放出部
３、３Ｂ、３１〜３４  カソード部材
３ａ  突出部
４、４Ｂ  制御電極
５、５Ｂ  穴部
５ａ  中心軸
６  カソード枠
６ａ  案内溝
１０  電磁石
１１  バネ
１２  コイル
１３  鉄心
１５  溝部
１６  ラッチ
１７  バネ
２０、２１  端子パッド
２２  引き出し配線
３３ａ，３４ａ  引き出し電極
３６  カソード電極
３７  絶縁層
３８  エミッタ
５１  制御回路
５２  電流制御素子
５３  引き出し電源
５４  アノード電源
５５  蛍光体
５６  アノード電極
５７  基板
５８  スイッチ
６１、６２、６３、６４  電源
６５  陽極電源
６６  陽極端子
６７  偏向コイル
６８  蛍光体
６９  電子ビーム
７０  陰極線管
７１  電子銃
７２  第３電極
７３  第２電極
７４  第１電極
７５  冷陰極カソード
７６  オペアンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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