特許 6397656 単一電源の多極型電界放出装置およびその駆動方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6397656

(24)【登録日】2018年9月7日

(45)【発行日】2018年9月26日

(54)【発明の名称】単一電源の多極型電界放出装置およびその駆動方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 1/304 20060101AFI20180913BHJP

【ＦＩ】

   H01J1/304

【請求項の数】7

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-105396(P2014-105396)

(22)【出願日】2014年5月21日

(65)【公開番号】特開2014-229619(P2014-229619A)

(43)【公開日】2014年12月8日

【審査請求日】2017年5月8日

(31)【優先権主張番号】10-2013-0059025

(32)【優先日】2013年5月24日

(33)【優先権主張国】KR

(31)【優先権主張番号】10-2014-0023415

(32)【優先日】2014年2月27日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】596180076

【氏名又は名称】韓國電子通信研究院

【氏名又は名称原語表記】Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(72)【発明者】

【氏名】鄭 珍 宇

(72)【発明者】

【氏名】宋 潤 鎬

(72)【発明者】

【氏名】金 栽 佑

(72)【発明者】

【氏名】姜 俊 泰

【審査官】 野田 華代

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０３３４１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／００７４３０９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭６２−０９７２４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０３５２１０７３（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ １／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

１つ以上のエミッタが形成されたカソード電極と、
アノード電極とカソード電極との間に形成され、前記エミッタから放出された電子が通過可能な開口部を含む１つ以上のゲート電極と、
１つ以上の分配抵抗を含み、前記分配抵抗によって電源部から印加された電圧を分圧し、前記１つ以上のゲート電極に印加する電圧分圧部と、
単一電源から形成され、前記電圧分圧部、前記カソード電極および前記アノード電極に電圧を印加する電源部とを含み、
前記カソード電極と電気的に接続され、前記カソード電極に流れるカソード電流を制御する電流制御部をさらに含み、
前記電流制御部は、
前記カソード電流を制御するための制御信号を電流スイッチング部に入力する制御信号発生部と、
前記制御信号によって前記カソード電流をオン／オフする電流スイッチング部とを含み、前記電流スイッチング部は、前記カソード電極に接続される高電圧トランジスタと、前記高電圧トランジスタに直列接続される低電圧トランジスタを含み、前記低電圧トランジスタのゲート端子には、可変抵抗を介して、前記制御信号発生部からの前記制御信号を低電圧にした信号が入力されることを特徴とする電界放出装置。

【請求項2】

前記制御信号は、
０Ｖ〜５Ｖの範囲の低電圧パルス信号またはＤＣ信号であることを特徴とする、請求項１に記載の電界放出装置。

【請求項3】

前記制御信号発生部は、
無線通信部を含み、前記無線通信部を介して外部から制御信号を受信し、前記電流スイッチング部に入力することを特徴とする、請求項１に記載の電界放出装置。

【請求項4】

前記単一電源は負極（ｎｅｇａｔｉｖｅ）電源であり、前記アノード電極は接地されることを特徴とする、請求項３に記載の電界放出装置。

【請求項5】

前記各分配抵抗の値は、
前記ゲート電極に印加される電圧が最小保障ゲート電圧より大きいようにする第１条件、および前記電流制御部の電流制御時にカソード電圧が前記電流制御部の許容電圧より大きくないようにする第２条件をすべて満足する任意の値であることを特徴とする、請求項１に記載の電界放出装置。

【請求項6】

前記各分配抵抗の値は、
前記第１条件および第２条件を満足する値の中から、その和が最大となるようにする値であることを特徴とする、請求項５に記載の電界放出装置。

【請求項7】

電界放出装置の駆動方法において、
電圧分圧部の１つ以上の分配抵抗に対する抵抗値を設定するステップと、
電源部の単一電源を介して前記電圧分圧部、カソード電極およびアノード電極に電圧を印加するステップと、
前記電圧分圧部が、前記印加された電圧を分圧し、１つ以上のゲート電極に印加するステップと、
電流制御部が、制御信号によってカソード電極に流れるカソード電流を制御するステップであって、前記カソード電極に接続される高電圧トランジスタと、前記高電圧トランジスタに直列接続される低電圧トランジスタを含み、前記低電圧トランジスタのゲート端子には、可変抵抗を介して、前記制御信号を低電圧にした信号が入力されることを特徴とする、電界放出装置の駆動方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

単一駆動電源を備えた多極型電界放出装置および単一電源でその多極型電界放出装置を駆動する方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

電界放出素子（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ）は、一般的に、カソードに電界を印加し、カソード電極上に形成されたエミッタから電子を放出させる素子である。電界放出素子の構造は、アノードに印加された電圧を用いてカソードエミッタに電界を印加し、アノードに放出された電子を集める２極構造、あるいはゲート電極に印加された電圧でカソードから電子を放出させ、ゲートを通過した電子がアノードに印加された電圧によって加速される３極構造などがある。電子ビームを集束するなどのより多くの機能のために電極の数が追加され得るが、カソード上に形成されたエミッタに電界を印加して電子を放出させることは同様である。

【0003】

韓国公開特許第１０−２０１０−０１０８７２０号は、電界放出装置およびその駆動方法について開示している。一般的な３極構造の電界放出素子は、電界放出電流を制御するゲート電源、および放出された電子の加速電圧を決定するアノード電源で駆動されるため、少なくとも２つの駆動電源が必要である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】韓国公開特許第１０−２０１０−０１０８７２０号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

単一駆動電源で３極以上の電極を有する電界放出装置およびその電界放出装置の駆動方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一態様にかかる電界放出装置は、１つ以上の電界エミッタが形成されたカソード電極と、アノード電極とカソード電極との間に形成され、エミッタから放出された電子が通過可能な開口部を含む１つ以上のゲート電極と、１つ以上の分配抵抗を含み、その分配抵抗によって電源部から印加された電圧を分圧し、１つ以上のゲート電極に印加する電圧分圧部と、単一電源から形成され、電圧分圧部に電圧を印加する電源部とを含むことができる。

【0007】

また、電界放出装置は、カソード電極と電気的に接続され、カソード電極に流れるカソード電流を制御する電流制御部をさらに含むことができる。

【0008】

電流制御部は、カソード電流を制御するための制御信号を電流スイッチング部に入力する制御信号発生部と、その制御信号によってカソード電流をオン／オフする電流スイッチング部とを含むことができる。

【0009】

この時、制御信号は、０Ｖ〜５Ｖの範囲の低電圧パルス信号またはＤＣ信号であり得る。

【0010】

電流スイッチング部は、ソース端子には前記電源が接続され、ドレイン端子にはカソード電極が接続され、ゲート端子には制御信号が入力されるトランジスタを含むことができる。

【0011】

また、電流スイッチング部は、第１トランジスタのゲート端子に接続され、第２トランジスタに入力される制御信号の電圧を調整する可変抵抗と、ソース端子に電源が接続され、ドレイン端子に第２トランジスタのソース端子が接続され、ゲート端子に可変抵抗が接続される第１トランジスタと、ソース端子に第１トランジスタのドレイン端子が接続され、ドレイン端子にカソード電極が接続され、ゲート端子に可変抵抗によって電圧調整された制御信号が入力される第２トランジスタとを含むことができる。

【0012】

この時、第１トランジスタは低電圧トランジスタであり、第２トランジスタは高電圧トランジスタであり得る。

【0013】

電圧分圧部は、電源部から印加された電圧を分圧し、制御信号発生部に印加する分配抵抗をさらに含むことができる。

【0014】

制御信号発生部は、無線通信部を含み、無線通信部を介して外部から制御信号を受信し、電流スイッチング部に入力することができる。

【0015】

この時、電界放出装置の単一電源は負極（ｎｅｇａｔｉｖｅ）電源であり、アノード電極は接地されるとよい。

【0016】

この時、各分配抵抗の値は、ゲート電極に印加される電圧が最小保障ゲート電圧より大きいようにする第１条件、および電流制御部の電流制御時にカソード電圧が電流制御部の許容電圧より大きくないようにする第２条件をすべて満足する任意の値であり得る。

【0017】

また、各分配抵抗の値は、第１条件および第２条件を満足する値の中から、その和が最大となるようにする値であり得る。

【0018】

一態様によれば、電界放出装置の駆動方法において、電圧分圧部の１つ以上の分配抵抗に対する抵抗値を設定するステップと、電源部の単一電源を介して電圧分圧部に電圧を印加するステップと、電圧分圧部が、印加された電圧を分圧し、１つ以上のゲート電極に印加するステップと、電流制御部が、制御信号によってカソード電極に流れるカソード電流を制御するステップとを含むことができる。

【0019】

分配抵抗に対する抵抗値を設定するステップは、ゲート電極に印加される電圧が最小保障ゲート電圧より大きいようにする第１条件、および電流制御部の電流制御時にカソード電圧が電流制御部の許容電圧より大きくないようにする第２条件をすべて満足する値を算出するステップと、算出された値の中から、任意の値を選択するステップとを含むことができる。

【0020】

任意の値を選択するステップは、第１条件および第２条件を満足する値の中から、各分配抵抗に対する抵抗値の和が最大となるようにする値を選択することができる。

【0021】

この時、制御信号は、０Ｖ〜５Ｖの範囲の低電圧パルス信号またはＤＣ信号であり得る。

【0022】

カソード電流を制御するステップは、電界放出装置の単一電源が負極（ｎｅｇａｔｉｖｅ）電源であり、アノード電極が接地された場合、電流制御部が、外部から無線通信を介して前記制御信号を受信することができる。

【発明の効果】

【0023】

単一電圧源によって電界放出装置を３極以上駆動することができ、特に、アノードが接地される負極高電圧駆動の場合にも電流制御駆動を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】一般的な３極構造の電界放出装置の一例を示すものである。

【図2】一実施形態にかかる電界放出装置を示すものである。

【図3】他の実施形態にかかる電界放出装置を示すものである。

【図4】一実施形態により電界放出装置の分配抵抗を説明するための図である。

【図5】図３の電界放出装置における電流制御部の一実施形態を説明するための図である。

【図6】図３の電界放出装置における電流制御部の他の実施形態を説明するための図である。

【図7】図３の電界放出装置における電流制御部のさらに他の実施形態を説明するための図である。

【図8】一実施形態にかかる多極構造の電界放出装置を説明するための図である。

【図9】電界放出装置の単一駆動電源を説明するための図である。

【図10】電界放出装置の単一駆動電源を説明するための図である。

【図11】図１０の電界放出装置における電流制御部を説明するための図である。

【図12】一実施形態にかかる電界放出装置を駆動する方法を示すものである。

【発明を実施するための形態】

【0025】

その他、実施形態の具体的な事項は詳細な説明および図面に含まれている。記載された技術の利点および特徴、そして、それらを達成する方法は、添付した図面と共に詳細に後述する実施形態を参照すれば明確になる。明細書全体にわたって同一の参照符号は同一の構成要素を指し示す。

【0026】

以下、単一電源の多極型電界放出装置およびその駆動方法の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。

【0027】

図１は、一般的な３極構造の電界放出装置の一例を示すものである。

【0028】

図１を参照すれば、一般的な３極構造の電界放出装置は、カソード電極１１０と、アノード電極１２０と、ゲート電極１３０とを含む。この時、カソード電極１１０にはエミッタ１１１が形成される。

【0029】

一般的な電界放出装置は、ゲート電極１３０に印加された電圧でカソード電極１１０上に形成されたエミッタ１１１に電界を印加して電子を放出させ、放出された電子は、ゲート電極のホールを通過してアノードに印加された電圧によって加速される構造を有する。

【0030】

しかし、図１の一般的な３極構造の電界放出装置は、図示のように、電界放出電流を制御するゲート電源１５０、および放出された電子の加速電圧を決定するアノード電源１４０の少なくとも２つの駆動電源が必要になる。

【0031】

図２は、一実施形態にかかる電界放出装置を示すものである。

【0032】

図２を参照すれば、一実施形態にかかる電界放出装置は、カソード電極２１０と、アノード電極２２０と、ゲート電極２３０と、カソード電極２１０上に形成されたエミッタ２１１と、電源部２４０と、電圧分圧部２５０とを含むことができる。

【0033】

電源部２４０は、単一駆動電源からなり、カソード電極２１０およびアノード電極２２０の間に電源を印加する。

【0034】

電圧分圧部２５０は、電源部２４０からカソード電極２１０およびアノード電極２２０の間に印加される電圧を分配抵抗Ｒ_１、Ｒ_２を介して分圧し、ゲート電極２３０に印加する。

【0035】

したがって、電源部２４０の単一駆動電源で３極構造以上の電界放出装置を駆動することができ、簡単な構造の電界放出装置を構成することができる。反面、ゲートに印加された電圧の制御が相対的に難しく、電界放出電流を任意に制御しにくいことがある。

【0036】

以下、図３から図１１を参照して、このようにゲートに印加された電圧の制御を容易にする電界放出装置の多様な実施形態を説明する。

【0037】

図３は、他の実施形態にかかる電界放出装置を示すものである。図４は、一実施形態により電界放出装置の分配抵抗を説明するための図である。

【0038】

図３を参照すれば、電界放出装置は、カソード電極２１０と、アノード電極２２０と、ゲート電極２３０と、カソード電極２１０上に形成されたエミッタ２１１と、電源部２４０と、電圧分圧部２５０とを含むことができる。また、ゲートに印加された電圧の制御を容易にするための電流制御部２６０をさらに含むことができる。

【0039】

電源部２４０の単一駆動電源からの電圧Ｖは、カソード電極２１０およびアノード電極２２０の間に印加される。

【0040】

電圧分圧部２５０は、分配抵抗Ｒ_１およびＲ_２を介して印加された電圧Ｖを分圧し、ゲート電極２３０に印加する。この時、アノード電極２２０に印加されたアノード電圧Ｖ_ａと、ゲート電極２３０に印加されたゲート電圧Ｖ_ｇは、下記の数式１の通りである。

【数1】

【0041】

すなわち、ゲート電圧Ｖ_ｇは、直列抵抗Ｒ_１＋Ｒ_２を流れる電流から、ゲートに漏洩する電流Ｉ_ｇを差し引いた電流によるＲ_２の電圧降下として定義される。

【0042】

仮に、アノード電極２２０およびゲート電極２３０に印加されたアノード電圧Ｖ_ａとゲート電圧Ｖ_ｇが時間に応じて一定であれば、カソード電極２１０上のエミッタ２１１から放出される電子ビームの量すなわち、カソード電流は、カソードに直列に接続された電流制御部２６０の制御によって決定できる。

【0043】

例えば、電界放出が起こる時、カソードに放出された電子ビームが１００％アノード電極２２０に到達する場合、ゲート電極２３０のリーク電流はないことから、この時のゲート電圧Ｖ_ｇは、下記の数式２の通りである。

【数2】

【0044】

しかし、一般的に、ゲート電極２３０のリーク電流が存在するため、実際に、ゲート電極２３０には数式２のように最大に印加可能なゲート電圧Ｖ_ｇよりは低い電圧が印加される。したがって、電界放出に十分なゲート電圧を印加するためには、電圧分圧部２５０の分配抵抗Ｒ_１およびＲ_２を電界放出装置に好適に予め設定する必要がある。

【0045】

図４は、一実施形態により電界放出装置の分配抵抗を説明するための図であり、図４を参照して、電界放出装置に適した分配抵抗の値を決定する方法を説明する。

【0046】

まず、最小保障ゲート電圧がＶ_ｇｍｉｎ、最大ゲートリーク電流がＩ_ｇｍａｘ、カソード電極２１０に接続された電流制御部２６０の許容電圧がＶ_Ｍ、電界放出が始まるゲート電圧がＶ_Ｔの時、下記の数式３から５の関係式が成立する。

【数3】

【数4】

【数5】

【0047】

ここで、Ｉ_Ｒは、Ｒ_１＋Ｒ_２の関数である。数式３は、分配抵抗に流れる電流は最大ゲートリーク電流Ｉ_ｇｍａｘより大きくなければならない条件で誘導され、数式４は、ゲートに印加される電圧が最小保障ゲート電圧Ｖ_ｇｍｉｎより大きくなければならない条件で誘導され、数式５は、電流制御部２６０による電流制御時にカソード電極２１０に印加されるカソード電圧が電流制御部２６０の許容電圧Ｖ_Ｍ以上上昇しないようにする条件で誘導されるとよい。

【0048】

この時、数式４の第１条件と数式５の第２条件をすべて満足する任意の値を分配抵抗値として決定することができる。すなわち、図４に示されたグラフにおいて、斜線領域が第１条件と第２条件をすべて満足する領域となり、斜線領域から任意のＲ_１およびＲ_２を選択して電界放出装置に設定する分配抵抗値に決定することができる。

【0049】

しかし、分配抵抗によって電流リークが生じるため、分配抵抗値は、Ｒ_１＋Ｒ_２の値が最も大きい抵抗値すなわち、図４のグラフ上で２つの関数が交差する地点の抵抗値を選択することが好ましい。下記の数式６および数式７により、図４のグラフ上で交差する地点に相当するＡ地点のＲ_１＋Ｒ_２の値と、Ｂ地点に相当するＲ_２値をそれぞれ求めることができる。ここで、数式６は、数式４と数式５が互いに同じであるという条件によって誘導することができ、数式７は、数式４から誘導することができる。

【数6】

【数7】

【0050】

例えば、Ｖが５ｋＶ、最大電界放出電流が４ｍＡ、ゲートリーク電流が１０％すなわち、０．４ｍＡであり、最小保障ゲート電圧が２ｋ、電界放出開始電圧が５００Ｖの電界放出装置を駆動するとする時、電流制御部２６０の許容電圧が２．５ｋＶであれば、分配抵抗値は、数式６および数式７から、Ｒ_１は約１．６７ＭΩ、Ｒ_２は約２．４９ＭΩに決定できる。

【0051】

このように、数式６および数式７によって分配抵抗値を決定し、決定された分配抵抗値に設定する場合、電界放出装置で所望の駆動特性が得られる。

【0052】

図５は、図３の電界放出装置における電流制御部の一実施形態を説明するための図である。

【0053】

図５を参照すれば、本実施形態にかかる電界放出装置は、同様に、カソード電極２１０と、アノード電極２２０と、ゲート電極２３０と、カソード電極２１０上に形成されたエミッタ２１１と、電源部２４０と、電圧分圧部２５０と、電流制御部２６０とを含むことができる。以下、前述した電界放出装置の構成と重複する構成に関する詳細な説明は省略する。

【0054】

この時、電流制御部２６０は、図示のように、制御信号発生部２６１と、電流スイッチング部２６２とを含むことができる。

【0055】

制御信号発生部２６１は、カソード電極２１０に流れるカソード電流を制御するための制御信号を電流スイッチング部２６２に入力する。この時、制御信号は、０Ｖ〜５Ｖの範囲の低電圧パルス信号またはＤＣ信号であり得る。

【0056】

電流スイッチング部２６２は、制御信号発生部２６１から入力される制御信号によってカソード電流をオン／オフ制御することができる。

【0057】

電流スイッチング部２６２は、電界効果トランジスタＴＲを含み、電界効果トランジスタＴＲを用いてカソード電流を制御することができる。この時、トランジスタＴＲは、高電圧に耐えられる高電圧ＭＯＳＦＥＴであり得、ソース端子Ｓには電源部２４０の単一駆動電源が接続され、ドレイン端子Ｄにはカソード電極２１０が接続され、ゲート端子Ｇには制御信号発生部２６１に接続されて制御信号が入力される。

【0058】

図６は、図３の電界放出装置における電流制御部の他の実施形態を説明するための図である。

【0059】

図６に示されるように、本実施形態にかかる電界放出装置は、カソード電極２１０と、アノード電極２２０と、ゲート電極２３０と、カソード電極２１０上に形成されたエミッタ２１１と、電源部２４０と、電圧分圧部２５０と、電流制御部２６０とを含むことができる。以下、前述した電界放出装置の構成と重複する構成に関する詳細な説明は省略する。

【0060】

図６を参照すれば、電界放出装置の電流制御部２６０は、制御信号発生部２６１と、電流スイッチング部２６２とを含み、この時、電流スイッチング部２６２は、２つのトランジスタすなわち、第１トランジスタＴＲ１および第２トランジスタＴＲ２と、可変抵抗ＶＲとを含むことができ、２つのトランジスタＴＲ１、ＴＲ２を用いて電流制御特性を高めることができる。

【0061】

ここで、第１トランジスタＴＲ１は、電流制御特性の良い低電圧ＭＯＳＦＥＴであり得、ソース端子Ｓに電源部２４０の単一駆動電源が接続され、ドレイン端子Ｄに第２トランジスタＴＲ２のソース端子Ｓが接続され、ゲート端子Ｇに可変抵抗ＶＲが接続されるとよい。第１トランジスタＴＲ１は、ゲート端子Ｇに接続された可変抵抗ＶＲを介して制御信号発生部２６１から入力された制御信号より相対的に低い低電圧の信号が入力されるようにすることで、カソード電流を制御することができる。

【0062】

また、第２トランジスタＴＲ２は、カソード電圧が上昇する時、高電圧に耐えられる高電圧ＭＯＳＦＥＴであり得、ソース端子Ｓには第１トランジスタＴＲ１のドレイン端子Ｄが接続され、ドレイン端子Ｄにはカソード電極２１０が接続され、ゲート端子Ｇには可変抵抗によって電圧調整された制御信号が入力される。

【0063】

図７は、図３の電界放出装置における電流制御部のさらに他の実施形態を説明するための図である。

【0064】

図７を参照すれば、本実施形態にかかる電界放出装置は、カソード電極２１０と、アノード電極２２０と、ゲート電極２３０と、カソード電極２１０上に形成されたエミッタ２１１と、電源部２４０と、電圧分圧部２５０と、電流制御部２６０とを含むことができる。電流制御部２６０は、制御信号発生部２６１と、電流スイッチング部２６２とを含むことができ、電流スイッチング部２６２は、１つ以上のトランジスタＴＲ１、ＴＲ２と、可変抵抗ＶＲとを含むことができる。以下、前述した電界放出装置の構成と重複する構成に関する詳細な説明は省略する。

【0065】

電流制御部２６０の制御信号発生部２６１は、電源部２４０の単一駆動電源でない他の外部電源やバッテリなどから電源を受けることが可能である。また、図７に示されるように、電圧分圧部２５０は、分配抵抗Ｒ_３をさらに含むことができ、追加された分配抵抗Ｒ_３を介して電源部２４０の単一駆動電源から印加された電圧を分圧し、制御信号発生部２６１に印加することも可能である。

【0066】

この時、図示しないが、制御信号発生部２６１は、ゲートリーク電流による電圧変動でも安定した電圧供給が可能となるように電圧レギュレータをさらに含むことができる。

【0067】

図８は、一実施形態にかかる多極構造の電界放出装置を説明するための図である。

【0068】

図８を参照すれば、電界放出装置は、カソード電極３１０と、アノード電極３２０と、カソード電極３１０上に形成されたエミッタ３１１と、電源部３４０と、電圧分圧部３５０と、電流制御部３６０とを含むことができる。以下、先に説明した構成と同一の構成に関する詳細な説明は省略する。

【0069】

また、本実施形態にかかる電界放出装置は、２つ以上のゲート電極３３０ａ、３３０ｂ、…、３３０ｎを含むことができる。また、電源部３４０の単一駆動電源から印加される電源を分圧し、２つ以上のゲート電極３３０ａ、３３０ｂ、…、３３０ｎに印加するための２つ以上の分配抵抗Ｒ_１、Ｒ_２、…、Ｒ_Ｎを含むことができる。

【0070】

本実施形態にかかる多極構造の電界放出装置も、先に説明した３極構造の分配抵抗値を決定する方法と同じ原理で分配抵抗値を求めることができ、その求められた分配抵抗値を設定することにより、所望の駆動特性が得られる。

【0071】

図９および図１０は、電界放出装置の単一駆動電源を説明するための図である。

【0072】

図９および図１０は、カソード電極４１０、５１０と、アノード電極４２０、５２０と、１つ以上のゲート電極４３０ａ〜４３０ｎ、５３０ａ〜５３０ｎと、電源部４４０、５４０と、電圧分圧部４５０、５５０と、電流制御部４６０、５６０とを含むことができる。また、カソード電極４１０、５１０にはエミッタ４１１、５１１が形成できる。以下、前述した電界放出装置と重複する構成に関する詳細な説明は省略する。

【0073】

図９および図１０を参照すれば、電界放出装置は、図９に示されるように、電源部４４０の単一駆動電源は正極（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）電源になるとよい。すなわち、カソード電極４１０が接地されると（ＣＧ）、アノード電極４２０は正極高電圧になり、正極電圧源によって駆動される。

【0074】

また、図１０に示されるように、電源部５４０の単一駆動電源は負極（ｎｅｇａｔｉｖｅ）電源になるとよい。すなわち、図示のように、アノード電極５２０が接地されると（ＡＧ）、カソード電極５１０が負極高電圧になり、このような負極駆動は、アノード電極５２０が接地されるＸ−Ｒａｙソースなどに有用に応用可能である。

【0075】

図１１は、図１０の電界放出装置における電流制御部を説明するための図である。

【0076】

図１１の電界放出装置は、図示のように、カソード電極５１０と、アノード電極５２０と、ゲート電極５３０と、電源部５４０と、電圧分圧部５５０と、電流制御部５６０とを含むことができる。また、カソード電極５１０にはエミッタ５１１が形成できる。以下、重複する構成に関する詳細な説明は省略する。

【0077】

電流制御部５６０の制御信号発生部５６１は、図示しない無線通信部をさらに含むことができる。無線通信部は、無線通信を介して外部から制御信号ＣＳを受信することができる。制御信号発生部５６１は、無線通信部が外部から制御信号ＣＳを受信すると、電流スイッチング部５６２に入力してカソード電流を制御できるようにする。この時、図示のように、電流スイッチング部５６２は、１つ以上のトランジスタＴＲ１、ＴＲ２、または可変抵抗ＶＲを含むことができる。

【0078】

これにより、アノード電極５２０が接地され、電源部５４０の単一駆動電源が負極高電圧になる場合、絶縁などの問題により外部制御信号を直接受信しにくい問題を解決することができる。

【0079】

図１２は、一実施形態にかかる単一駆動電源を備えた多極構造の電界放出装置を駆動する方法を示すものである。

【0080】

図１２を参照して、単一駆動電源を備えた多極構造の電界放出装置を駆動する方法を説明する。

【0081】

まず、電界放出装置の電圧分圧部に含まれた分配抵抗の値が予め設定される（ステップ７１０）。この時、分配抵抗の値は、先に説明した数式によって決定できる。

【0082】

すなわち、ステップ７１０は、ゲート電極に印加される電圧が最小保障ゲート電圧より大きいようにする数式４の第１条件、および電流制御部の電流制御時にカソード電圧が電流制御部の許容電圧より大きくないようにする数式５の第２条件をすべて満足する値を算出するステップと、算出された値の中から、任意の値を選択するステップとを含むことができる。この時、値を選択するステップは、第１条件および第２条件を満足する値の中から、各分配抵抗に対する抵抗値の和が最大となるようにする任意の値を選択することができる。

【0083】

次に、電源部の単一駆動電源を介して電圧分圧部に電源が印加されると（ステップ７２０）、電圧分圧部は、分配抵抗を介して印加された電圧を分圧し、１つ以上のゲート電極に印加する（ステップ７３０）。

【0084】

次に、電流制御部が、外部から入力される制御信号によってカソード電極に流れるカソード電流を制御する（ステップ７４０）。この時、電流制御部は、先に詳細に説明したように、制御信号発生部と、制御信号によってカソード電流を制御する１つ以上のトランジスタを含む電流スイッチング部とを介してカソード電流を制御することができる。また、制御信号は、０Ｖ〜５Ｖの範囲の低電圧パルス信号またはＤＣ信号であり得る。

【0085】

また、ステップ７４０は、電界放出装置の単一電源が負極（ｎｅｇａｔｉｖｅ）電源であり、アノード電極が接地された場合、電流制御部が、外部から無線通信を介して制御信号を受信し、受信された制御信号によってカソード電流を制御することができる。

【0086】

本実施形態の属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更することなく他の具体的な形態で実施可能であることを理解することができる。そのため、以上に述べた実施形態はすべての面で例示的なものであり、限定的ではないと理解しなければならない。

【符号の説明】

【0087】

２１０、３１０、４１０、５１０：カソード電極
２１１、３１１、４１１、５１１：エミッタ
２２０、３２０、４２０、５２０：アノード電極
２３０、３３０ａ〜３３０ｎ、４３０ａ〜４３０ｎ、５３０、５３０ａ〜５３０ｎ：ゲート電極
２４０、３４０、４４０、５４０：電源部
２５０、３５０、４５０、５５０：電圧分圧部
２６０、３６０、４６０、５６０：電流制御部
２６１、５６１：制御信号発生部
２６２、５６２：電流スイッチング部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】