JP2835962B2 - 画像形成装置 - Google Patents

画像形成装置

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哲也 金子
一郎 野村
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • 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

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  • Electrodes 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、表面伝導形電子放出素子を用いた画像形成
装置に関するものである。
[従来の技術] 従来、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 フィジィッス
(Radio Eng.Electron.Phys.)第10巻、1290〜1296頁、
1965年] 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SnO2(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:“Thin Solid Films")、9巻、3
17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 ディー コンフ
(M.Hartwell and C.G.Fonstad:“IEEE Trans.ED Con
f.")519頁、(1975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。
これらの表面伝導形電子放出素子の典型的な素子構造
を第4図に示す。同第4図において、4及び電気的接続
を得る為の高電位側電極,低電位側電極、1は絶緑性基
板、5aは電子放出部、3はターゲット電極14(フェース
プレート)上の蛍光体の輝点、13は素子駆動用電源、15
は加速用電源を示す。
従来、これらの表面伝導形放出素子に於ては、電子放
出を行う前に予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5aを形成する。即ち、前記電極4と電極
6の間に電圧を印加することにより、電子放出材料で形
成した薄膜に通電し、これにより発生するジュール熱で
かかる薄膜を局所的に破壊,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5aを形成するこ
とにより電子放出機能を得ている。
しかしながら、第4図に示すような従来例において
は、電子ビームは高電位側電極4側に距離Lだけ偏向
し、一般にビームは発散して収束しない。この為、電子
ビームの収束性が不十分で、収束性を増すために、第5
図に示すような方法等がとられている。
第5図は、この表面伝導形電子放出素子を用いた従来
の画像形成装置の概要を示している。1は絶緑性基板、
4は高電位側電極、6は低電位側電極、5aは電子放出
部、20は電子通過孔、21は変調電極、25はガラス体22,
透明電極23,蛍光体24、からなるフェースプレートであ
る。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上記従来例では、次に示すような問題
点があた。
(1)第4図に示す様に、電子ビームは高電位側電極
4に距離Lだけ偏向し、一般にビームは発散し、ビーム
の輝点3は大きい。
(2)従って、第5図において絶緑性基板1と、フェ
ースプレート25との距離を短くし、電子の加速電圧15を
大きくしてビームの輝点3の面積を小さくする必要があ
ったが、これにより画像形成装置内での異状放電が発生
し易くなり、装置の信頼性が低下する。
(3)変調電極21を、絶緑性基板1とフェースプレー
ト25との間のどの位置に、どれだけの電圧を印加した時
に、フェースプレート上での電流密度が大きくとれるの
かが明らかでなく装置の設計を行う際に時間と費用がか
さむ。
本発明は従来のものがもつ以上のような問題点を解決
し、電子放出部の中心点の鉛直上方に発光中心点をも
ち、ビームの輝点3の小さな画像形成装置を提供するこ
とを目的とする。
[課題を解決するための手段及び作用] 上記目的を達成する本発明の構成は以下の通りであ
る。
即ち、本発明は、第一の電極と該第一の電極の周囲上
方に配置された第二の電極との間に挟持された絶緑体の
側面に電子放出部を有し、該第一及び第二の電極間に電
圧を印加することにより電子を放出する電子放出素子
と、該電子放出素子から放出された電子ビームの照射に
より画像を形成するターゲットと、該電子放出素子と該
ターゲットとの間に配置され、該電子放出素子から放出
された電子ビームを制御する制御電極とを具備し、該電
子放出素子の該第一の電極が低電位側電極であり、該第
二の電極が高電位側電極であることを特徴とする画像形
成装置にある。
上記本発明の画像形成装置は、更にその特徴として、 『前記電子放出素子の高電位側電極の上端から制御電
極までの距離をd1,制御電極からターゲット下端までの
距離をd2,制御電極電圧をVM,ターゲットに印加された電
圧をVAとした時、電子ビームがターゲットに到着する場
合に、0<(VA−VM)/d2<4VM/d1を満たす構成と成っ
ている』こと、 『前記電子放出素子を複数有する』こと、 『前記電子放出素子は、表面伝導型電子放出素子であ
る』こと、 をも含むものである。
本発明の画像形成装置の構成によれば、ターゲット
(前述のフェースプレートに相当)上の輝点中心は、電
子放出部の中心点の鉛直上方に位置し、かつ、ビームの
発散が小さく、ターゲット上に小さな輝点を得ることが
可能になる。
[実施例] 以下、本発明の実施例を図面に基づきながら詳述す
る。
実施例1 この発明の第1の実施例を、第1図(a),(d)に
基づき説明する。
第1図(a)は、本発明の画像形成装置の構成を示し
た斜視図である。同図において1は絶緑性基板、4は高
電位電極、6は低電位側電極、5は電子放出部の円形開
口、5aは電子放出部、7は高電位側配線、8は低電位側
配線、20は電子通過孔、21は電子放出素子から放出され
た電子ビームの通過と遮断を制御する制御電極であると
ころの変調電極、22はガラス体、23は透明電極、24は蛍
光体、25はフェースプレート、3は蛍光体の輝点であ
る。
第1図(b)は、第1図(a)のA−A断面図を、そ
の上方に存在する変調電極21、フェースプレート25まで
含めて示したものである。同図において、d1は高電位側
電極4の上端から変調電極12までの距離、d2は変調電極
21からフェースプレート25下端までの距離、13は電子放
出素子にVfの電圧を印加する為の素子駆動用電源、15は
フェースプレート25に電圧VAを印加する為の加速用電
源、16は変調電極21に電圧VMを印加するための変調用電
源、rは電子放出部の半径,9は絶緑体である。
次に、実験結果について述べる。第4図の従来例にお
いて、電子放出部5aの大きさを長さW=100μm,幅2μ
m,絶緑性基板1とフェースプレート25との距離を3mm、
電子加速用電源15の電圧を3KV,電子放出素子駆動用電源
13の電圧を14Vとして実験を行ったところ、フォースプ
レート25上の輝点3について、長さ680μm,電子放出部
中心からのズレL=410μmを得た。
一方、第1図(b)において変調電極21の電子通過孔
20の直径を30μm,d1=35μm,d1+d2=3mm,r=15μm,低
電位側電極6の厚さ1000Å,高電位側電極4の厚さ2000
Å,低電位側電極6と高電位側電極4とに挟まれた絶緑
体9の厚さ=2000Å,VA=3KV,Vf=14V、ビームOFF状態
(電子ビームがフェースプレート25に到達しない状態)
のVM=−20V,ビームON状態(電子ビームがフェースプレ
ート25に到達する状態)のVM=20Vとして、本実施例に
ついて実験を行ったところ、ビームON状態における輝点
3の大きさは直径140μmのほぼ円形となり、その位置
は電子放出部の鉛直上方となってズレは観測されなかっ
た。この場合、 となり、 が満たされている。この時のフェースプレート25上の電
子電流値は、前記従来例における実験の電子電流値と同
じであった。
一方、d1=80μm、d1+d2=3mm、VA=3KV、ビームON
時のVM=20V、Vf=14Vで同様の実験を行ったところ、フ
ェースプレート25におけるビームの輝点3の大きさは直
径約130μmであったが、その電流値は、上記実験と比
して約35%となった。この場合 となり が満たされていない。
次に、本実施例における絶緑性基板上電子放出素子の
製造方法の一例を第3図(a)〜(h)に基づいて説明
する。
先ず絶緑性基板(ガラス基板)1上に、真空堆積法に
より低電位側電極6,低電位側配線8用にNiを1000Å堆積
する(第3図(a)参照)。次にホトリソ・エッチング
プロセスにて低電位側電極6,低電位側配線8を形成する
(第3図(b)参照)。次に真空堆積法により絶緑層9
としてSiO2を2000Å堆積する(第3図(c)参照)。次
に高電位側電極4,高電位側配線7用の金属膜としてNiを
2000Å真空堆積法により堆積する(第3図(d)参
照)。次にホトリソ・エッチングプロセスにて高電位側
電極4,高電位側配線7及び、電子放出部の開口5を形成
する(第3図(e)参照)。次に、SiO2からなる絶緑層
9をエッチングにより除去する(第3図(f)参照)。
次にホトリソ・エッチングプロセスにて電子放出部の開
口5の側面からのみ電子が放出する様に、高電位側電極
4を整形する(第3図(g)参照)。最後に有機パラジ
ウム化合物の溶解液を塗布・焼成後、通常のフォーミン
グ処理を実施し絶緑体(絶緑層)9の側面に電子放出部
5aを形成した(第3図(h)参照)。
実施例2 この発明の第2の実施例を、第2図に基づいて説明す
る。
第2図は、第1実施例において、変調電極のかわりに
金属メッシュ変調電極26を使用したものである。本実施
例においても実施例1同様有効な結果が得られた。ま
た、条件 を満たさない時には、第1実施例の場合のような電流値
の減少はないが、フェースプレート25上での輝点3の大
きさが大きくなってしまうことが確認できた。
[発明の効果] 以上説明したように、電子放出素子とターゲット(フ
ェースプレート)との間に制御電極を配置した画像形成
装置において、電子放出素子の電極構成を、下方の低電
位側電極と、その周囲上方の高電位側電極とからなる構
成としたことにより、また、特に好ましくは、電子放出
素子の高電位側電極の上端から制御電極までの距離を
d1,制御電極からターゲット下端までの距離をd2,制御電
極電圧をVM,ターゲットに印加された電圧をVAとした
時、電子ビームがターゲットに到着する場合に、0<
(VA−VM)/d2<4VM/d1を満たす様な構成とすることに
より、次の効果がある。
(1)フェースプレート上の電子ビームによる輝点
が、電子放出部の鉛直上方に位置する小さなスポットと
なる。
(2)これにより、加速電圧を上昇させる必要はなく
なり、画像形成装置内での異常放電が発生しなくなる。
(3)画像形成装置の設計が容易になり、又、実験に
よる確認を最小限に抑えられる為、時間と費用が節約で
きる。
【図面の簡単な説明】 第1図は、本発明の第1実施例である画像形成装置の構
成を示す斜視図及び断面図、 第2図は、本発明の第2実施例である画像形成装置の構
成を示す斜視図、 第3図は、本発明の第1実施例,第2実施例の電子源基
板部の製造方法の一例を示す工程図、 第4図は、表面伝導形電子放出素子の典型的な構成を示
す斜視図、 第5図は、従来の画像形成装置の概略図を示したもので
ある。 1……絶縁性基板(ガラス基板)、16……変調用電源 3……蛍光体の輝点、20……電子通過孔 4……高電位側電極、21……変調電極 5……電子放出部の開口、22……ガラス体 5a……電子放出部、23……透明電極 6……低電位側電極、24……蛍光体 7……高電位側配線、25……フェースプレート 8……低電位側配線、26……金属メッシュ変調電極 9……絶縁体(絶縁層) 13……素子駆動用電源 14……ターゲット電極 15……加速用電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 一郎 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 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 坂野 嘉和 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 平1−105445(JP,A) 特開 平1−311533(JP,A) 特開 平2−112125(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01J 1/30,31/12,31/15

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第一の電極と該第一の電極の周囲上方に配
    置された第二の電極との間に挟持された絶緑体の側面に
    電子放出部を有し、該第一及び第二の電極間に電圧を印
    加することにより電子を放出する電子放出素子と、該電
    子放出素子から放出された電子ビームの照射により画像
    を形成するターゲットと、該電子放出素子と該ターゲッ
    トとの間に配置され、該電子放出素子から放出された電
    子ビームを制御する制御電極とを具備し、該電子放出素
    子の該第一の電極が低電位側電極であり、該第二の電極
    が高電位側電極であることを特徴とする画像形成装置。
  2. 【請求項2】前記電子放出素子の高電位側電極の上端か
    ら制御電極までの距離をd1,制御電極からターゲット下
    端までの距離をd2,制御電極電圧をVM,ターゲットに印加
    された電圧をVAとした時、電子ビームがターゲットに到
    着する場合に、0<(VA−VM)/d2<4VM/d1を満たす構
    成と成っていることを特徴とする請求項1記載の画像形
    成装置。
  3. 【請求項3】前記電子放出素子を複数有することを特徴
    とする請求項1または2記載の画像形成装置。
  4. 【請求項4】前記電子放出素子は、表面伝導型電子放出
    素子であることを特徴とする請求項1〜3いずれかに記
    載の画像形成装置。
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