JP2610188B2 - 画像形成装置 - Google Patents

画像形成装置

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    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30Cold cathodes
    • H01J2201/316Cold cathodes having an electric field parallel to the surface thereof, e.g. thin film cathodes
    • H01J2201/3165Surface conduction emission type cathodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2329/00Electron emission display panels, e.g. field emission display panels
    • H01J2329/86Vessels
    • H01J2329/8625Spacing members
    • H01J2329/863Spacing members characterised by the form or structure

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  • Vessels, Lead-In Wires, Accessory Apparatuses For Cathode-Ray Tubes (AREA)
  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、電子放出素子を電子源として用いた画像形
成装置に関するものである。
[従来の技術] 従来より、簡単な構造で電子の放出が得られる素子と
しては、例えば「ラジオ・エンジニアリング・エレクト
ロン・フィジィックス(Radio Eng.Electron.Phys.)」
1965年刊、第10巻1290〜1296頁に記載されたエリンソン
(M.I.Elinson)等による冷陰極素子が知られている。
これは、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を呼ばれ
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SnO2(Sb)薄膜を用いたものや、「ス
イン・ソリッド・フィルムス(Thin Solid Films)」19
72年刊第9巻317頁ディトマー(G.Dittmer)により発表
されたAu薄膜によるものや、「アイ・イー・イー・イー
技報(IEEE Trans.ED Conf.)」1975年版519頁でハート
ウェル(M.Hartwell)及びウォンスタッド(C.G.Fonsta
d)共著になるITO薄膜によるものや、「真空」1983年刊
第26巻第1号22頁に荒木久他で発表されたカーボン薄膜
によるものなどが報告されている。
これらの表面伝導形放出素子の典型的な素子構成を第
5図に示す。第5図において、1及び2は電気的接続を
得る為の電極、3は電子放出材料で形成される薄膜、4
は基板、5は電子放出部を示す。
従来、これらの表面伝導形放出素子に於ては、電子放
出を行なう前にあらかじめフォーミングと呼ばれる通電
処理によって電子放出部を形成する。即ち、前記電極1
と電極2の間に電圧を印加する事により、薄膜3に通電
し、これにより発生するジュール熱で薄膜3を局所的に
破壊、変形もしくは変質せしめ、電気的に高抵抗な状態
にした電子放出部5を形成することにより電子放出機能
を得ている。
さらに、上記素子の電子放出の放射特性、すなわち放
出された電子の広がる面積を目視で測定できる様に上記
素子上に、蛍光体の塗布された基板を用いており、図中
7は蛍光体ターゲット、8は放出電子により発光した発
光部である。
上記素子の電子放出の放射特性は、上記素子から数mm
程度離れた空間に、蛍光体ターゲット7を配置し、数百
Vから数千Vの電圧を印加し、前記電極1と電極2の間
に駆動電圧を印加し、電子放出させると、発光部8は蛍
光体ターゲット7上に第5図に示す如く、電子放出部5
から放出された電子ビームは、電子放出部5の法線に対
して、該素子に印加した電位の正極側にずれて飛翔す
る。
前記、放射特性は、上記表面伝導形電子放出素子を含
む、同一平面内で電位が対称でない、電子放出素子の固
有の特性である。
[発明が解決しようとする課題] 上記のように、同一平面内で電位が対称でない、表面
伝導形電子放出素子のような電子放出素子では、電子放
出部から放出された電子ビームは、該素子に印加した電
位の正極側にずれて飛翔する。また、該素子は、1×10
-5torr程度以上の真空中で動作させることから、該素子
を用いた画像形成装置を形成する場合、耐大気圧スペー
サを構成する必要がある。従来、該大気圧スペーサを該
素子に対して垂直に形成していたために次のような欠点
があった。
(1)放出された電子ビームが正極側の耐大気圧スペー
サに衝突し、蛍光体ターゲット上へ到達する電流量が減
少し、発光効率が低下する。
(2)耐大気圧スペーサへのチャージアップにより沿面
耐圧の低下により、沿面放電が発生し、該素子の破壊等
が発生する。
(3)発光効率の低下、沿面放電を防止するような構成
に配置すると、高密度にマルチに該素子を配置した画像
形成装置を構成することが出来ない。
以上のような、問題点があるため、従来、表面伝導形
電子放出素子は、素子構造が簡単でかつ、2つ以上の複
数の素子をライン状に配置することが容易であるにもか
かわらず、産業上、積極的に応用されるには至っていな
い。
[課題を解決するための手段及び作用] 本発明は、上記のような従来の欠点を解決した画像形
成装置を目的とする。
上記目的を達成するために本発明で講じられた手段
は、基板と、該基板の一面に並設された一対の電極と、
前記基板の電極が形成された面に対向して配置された蛍
光体ターゲットとを備え、前記電極間に電圧を印加する
ことによって、前記電極間の電子放出部から電子ビーム
が放出され、放出された電子ビームが前記電子放出部の
法線に対して前記電極間に印加した電圧の正極側にずれ
て飛翔し、前記蛍光体ターゲットに当たって発光するこ
とにより画像を形成する画像形成装置において、前記基
板の電極が形成された領域に隣接して、前記基板と蛍光
体ターゲットとの間にスペーサを設け、該スペーサの少
なくとも前記正極側に対向した面を、その面と前記電子
放出部の法線との距離が、基板から蛍光体ターゲットに
近付くにしたがって長くなるような形状としたことを特
徴とする画像形成装置としているものである。
本発明において、前記スペーサとしては、例えばテー
パー状、湾曲状、ひな段式の積層状等の形状のものを用
いることができる。
本発明によれば、電子放出部から放出された電子ビー
ムの軌道を確保し、また沿面距離が長くなることによる
沿面耐圧が増加し、電子ビームの耐大気圧スペーサへの
衝突による発光効率の低下、さらに、耐大気圧スペーサ
のチャージアップによる沿面耐圧低下による沿面放電が
なくなる。さらに、沿面耐圧の増加により、加速電圧を
上げることができ、より高効率で輝度の高い発光部が得
られる。
[実施例] 実施例1 以下に、図面に示す実施例により、本発明を詳細に説
明する。
第1図、第2図は、本発明の一実施例を示す説明図で
ある。同第1図において、4は、絶縁性を有する基板、
3は、電子放出材料で形成される薄膜、1及び2は、電
気的接続を得るための一対の電極、5は一対の電極1,2
間の薄膜3に形成された電子放出部、7は、電子放出素
子の空間上に配置された蛍光体ターゲット、8は、蛍光
体ターゲット7上で発光した発光部、9は素子を駆動す
るための駆動電源、10は、電子放出部5から照射された
電子ビームを、蛍光体ターゲット7に、到達させるため
の加速電源である。
第1図において、絶縁性基板4に、石英基板を用い、
洗浄された石英基板4上に、電子放出材料にIn2O3を用
い、膜厚1000Åの薄膜3を成膜する。他の電子放出材料
としては、SnO2,PbO等の金属酸化物、Au,Ag等の金属、
カーボン、その他の各種半導体などを用いることができ
る。次いで、フォトリソグラフィー技術により、電子放
出部5が形成されるL=1.0mm,W=0.3mmのネック部を有
する電子放出材料の薄膜3を形成する。
次いで、前記薄膜3に形成される電子放出部5と電気
的接続を得る電極1、2にNiを用いて、マスク蒸着によ
り膜厚1500Åを形成する。電極1、2となる導電性材料
としては他にPu、Au、Cu、Alなどの通常の金属材料を用
いることができる。
前記電極1と電極2の間に、30V程度の電圧を印加す
る事により、薄膜3に通電し、これにより発生するジュ
ール熱で薄膜3を局所的に破壊、変形もしくは変質せし
め、電気的に高抵抗な状態にした電子放出部5を形成す
る。
次いで、上記素子のH=5mmの空間上に、透明なガラ
ス基板に青板ガラスを用い、透明電極ITO(In2O3:SnO2
=95:5)を蒸着により1000Å形成し、電子により発光す
る蛍光体を塗布して形成した蛍光体ターゲット7を配置
する。
上記のごとく構成した前記素子から放出される電子ビ
ームの放射特性を蛍光体ターゲット7により測定する。
まず、蛍光体ターゲット7に加速電源10により、1KV加
速電圧を印加する。次に、前記素子の電極1、2に電極
2が正電位となるように駆動電源9により、18Vの駆動
電圧を印加する。駆動電圧を印加された前記素子は、同
第1図のごとく蛍光体ターゲット7上に、電子ビームを
照射し、発光部8を得る。
上記素子により発光した発光部8は、電子放出部5に
平行な方向の長さXが約4.mm、垂直な方向の長さYが約
2.0mm、電子放出部5の法線に対し、電極2側、すなわ
ち、印加電圧に対し、正極側へのずれ量ΔYは約2.0mm
の特性を示した。
上記放射特性を有する素子と、耐大気圧スペーサとに
より構成した画像形成装置の断面図を第2図に示す。
第2図に於いて、絶縁性基板4に石英基板を用い、基
板4上に前記素子を、電子放出部5の間隔を6.0mmと
し、マルチに形成し、配置し、電極1,2上に感光性ガラ
スからなる耐大気圧スペーサ11を、4段からなるひな段
上に構成した。本実施例では、1段目幅=2.0mm、高さ
=0.5mm、2段目幅=1.6mm、高さ=0.5mm、3段目幅=
1.2mm、高さ=1.0mm、4段目幅=1.0mm、高さ=2.0mmと
した。又、耐大気圧スペーサ11は印刷法で形成されるガ
ラス等、絶縁性の材料であればかまわない。次いで蛍光
体ターゲット7を耐大気圧スペーサ11上に配置する。
上記のごとく、構成した画像形成装置の蛍光体ターゲ
ット7に加速電圧1KVを印加、電極1,2に駆動電圧18Vを
印加したところ、蛍光体ターゲット7の発光状態の変化
することのない、すなわち、発光効率の低下のない発光
部を得ることができた。
さらに、耐大気圧スペーサ11は、ひな段状に形成した
ことにより沿面距離すなわち沿面耐圧が高くなり、本実
施例では、加速電圧を10KVまで増加したが、沿面放電に
よる故障が何ら発生することなく、画像を形成すること
が出来た。
さらに、本実施例によれば、耐大気圧スペーサ11が左
右対称に形成されているため、電極1,2のどちら側が正
電位になろうとも、耐大気圧スペーサ11に何ら影響を与
えることのない、画像形成装置を構成した。
実施例2 第3図、第4図に本発明の第2の実施例を示す。
第3図に於いて、絶縁性の基板4に、石英基板を用
い、洗浄された石英基板4上に、電極1,2にNiを用い、E
B蒸着により膜厚1000Åを成膜し、フォトリソグラフィ
ー技術により電子放出部5となるW=0.3mm、G=0.005
mmの形状を有する電極部を形成する。次いで電極1,2の
間へ、電子放出材料となる微粒子6に1次粒径80〜200
ÅのSnO2分散液(SnO2:1g,溶剤MEK/シクロヘキサン=3/
1:1000cc,ブチラール:1g)を用い、スピンコート法によ
り、塗布し、250℃で加熱処理し、形成する。
次いで、上記素子のH=5mmの空間上に、前記実施例
1と同様の蛍光体ターゲット7を配置、構成し、前記素
子から放出される電子ビームの放射特性を蛍光体ターゲ
ット7により測定する。先ず蛍光体ターゲット7に加速
電源10により1KVの加速電圧を印加する。次に前記素子
の電極1,2に、電極2が正電位となるように、駆動電源
9により14Vの駆動電圧を印加する。駆動電圧を印加さ
れた前記素子は、第3図のごとく蛍光体ターゲット7上
に電子ビームを照射し発光部8を得る。
上記素子により発光した発光部8は、電子放出部5に
平行な方向の長さXが約2.0mm、直角な方向の長さYが
約1.5mm、電子放出部5の法線に対し電極2側すなわ
ち、印加電圧に対し、正極側へのずれ量ΔYは約1.0mm
の特性を示した。
上記放射特性を有する素子と耐大気圧スペーサとによ
り構成した画像形成装置の断面図を第4図に示す。
第4図において、絶縁性基板4に石英基板を用い、基
板4上に前記素子を電子放出部5の間隔を3.0mmとし、
マルチに形成、配置し、電極1,2上に感光性ガラスから
なる耐大気圧スペーサ11を幅=1.0mm、高さ=5.0mm、角
度θ=78゜にフォトリソエッチング法によりテーパー状
に形成し(放出された電子ビームの軌道に沿ったわん曲
した形状でもよい。)蛍光体ターゲット7を耐大気圧ス
ペーサ11上に配置する。
上記のごとく構成した画像形成装置の蛍光体ターゲッ
ト7に加速電圧1KVを印加、電極1,2に駆動電圧14Vを印
加したところ、蛍光体ターゲット7の発光状態の変化す
ることのない、すなわち、発光効率の低下のない発光部
を得ることができた。さらに、耐大気圧スペーサ11に電
子ビームが照射されることがなくなったため、耐大気圧
スペーサ11にチャージアップがなく、沿面放電の発生の
ない装置が得られた。
さらに、同様の構造を従来の長方形の耐大気圧スペー
サで構成すると、電子放出部5の間隔が4mm以上必要で
あるのに対し、本実施例によれば、電子放出部5の間隔
が3mmで良く、従来に比べて電子放出素子を高密度にマ
ルチに配線することが出来る。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、基板の一面に
並設された一対の電極間に電圧を印加することによっ
て、電極間の電子放出部から電子ビームを放出させ、画
像を形成する画像形成装置において、スペーサの少なく
とも正極側に対向した面を、その面と電子放出部の法線
との距離が、基板から蛍光体ターゲットに近付くにした
がって長くなるような形状としたことにより電子ビーム
の軌道の確保、スペーサ沿岸面距離を増すすなわち、沿
面耐圧が増すことにより、耐大気圧スペーサへの電子ビ
ームの照射がなくなるため、次のような特有の効果があ
る。
(1)蛍光体ターゲットへの到達電流量のロスがなく、
発光効率の低下のない安定した発光が得られる。
(2)耐大気圧スペーサのチャージアップによる沿面耐
圧低下により発生する沿面放電がなく、素子破壊のない
画像形成装置が得られる。
(3)沿面耐圧の増加により、加速電圧を上げることが
できるため、より高効率で輝度の高い発光部が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の第1の実施例を説明する斜視図、第
2図は本発明の第1の実施例の断面図、第3図は本発明
の第2の実施例を説明する斜視図、第4図は本発明の第
2の実施例の断面図、第5図は従来例の説明図である。 1,2:電極 3:薄膜 4:基板 5:電子放出部 6:微粒子 7:蛍光体ターゲット 8:発光部 9:駆動電源 10:加速電源 11:耐大気圧スペーサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武田 俊彦 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 小野 治人 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 鱸 英俊 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−5545(JP,A) 特開 昭64−31335(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板と、該基板の一面に並設された一対の
    電極と、前記基板の電極が形成された面に対向して配置
    された蛍光体ターゲットとを備え、前記電極間に電圧を
    印加することによって、前記電極間の電子放出部から電
    子ビームが放出され、放出された電子ビームが前記電子
    放出部の法線に対して前記電極間に印加した電圧の正極
    側にずれて飛翔し、前記蛍光体ターゲットに当たって発
    光することにより画像を形成する画像形成装置におい
    て、 前記基板の電極が形成された領域に隣接して、前記基板
    と蛍光体ターゲットとの間にスペーサを設け、該スペー
    サの少なくとも前記正極側に対向した面を、その面と前
    記電子放出部の法線との距離が、基板から蛍光体ターゲ
    ットに近付くにしたがって長くなるような形状としたこ
    とを特徴とする画像形成装置。
  2. 【請求項2】前記スペーサが、テーパー状,湾曲状,ひ
    な段式の積層状のいずれかの形状を有することを特徴と
    する請求項1に記載の画像形成装置。
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