JP2976118B2

JP2976118B2 - 画像表示装置

Info

Publication number: JP2976118B2
Application number: JP1287865A
Authority: JP
Inventors: 尚人中村; 治人小野; 英俊鱸; 一郎野村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-11-07
Filing date: 1989-11-07
Publication date: 1999-11-10
Anticipated expiration: 2014-11-10
Also published as: JPH03149728A

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電子源として用
いる画像表示装置に関し、特に電子ビームの変更を補償
する補助電極を設けた画像表示装置に関する。

［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、1
965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）薄膜を用いたものの他、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,317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
Conf."）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）］等が報告されている。

これらの表面伝導形放出素子は、１）高い電子放出効率が得られる、２）構造が簡単であるため、製造が容易である、３）同一基板上に多数の素子を配列形成できる、４）応答速度が速い、等の利点があり、今後広く応用される可能性をもってい
る。

一方、面状に展開した複数の電子源と、この電子源か
らの電子ビームの照射を各々受ける蛍光体ターゲットと
を、各々相対向させた薄形の画像表示装置が、特開昭58
−1956号，特開昭60−225342号等で開示されている。

これら電子線ディスプレイ装置は次のような構造から
なる。

第６図は従来ディスプレイ装置の概要を示すものであ
る。１はガラス基板、２は支持体、３は配線電極、４は
電子放出部、５は電子通過孔、６は変調電極、７はガラ
ス板、８は透明電極、９は画像形成部材で、例えば蛍光
体、レジスト材等電子が衝突することにより発光，変
色，帯電，変質等する部材から成る。10はフェースプレ
ート、11は蛍光体の輝点である。電子放出部４は薄膜技
術により作製され、ガラス基板１とは接触することがな
い中空構造を成すものである。配線電極３は電子放出部
材と同一の材料を用いて形成しても、別材料を用いても
良く、一般に融点が高く電気抵抗の小さいものが用いら
れる。支持体２は絶縁性材料もしくは導電性材料で形成
されている。

これら電子線ディスプレイ装置は、配線電極３に電圧
を印加せしめ中空構造をなす電子放出部より電子を放出
させ、これら電子流を情報信号に応じて変調する変調電
極６に電圧を印加することにより電子を取り出し、取り
出した電子を加速させ蛍光体９に衝突させるものであ
る。また、配線電極３と変調電極６でXYマトリックスを
形成せしめ、蛍光体９上に画像表示を行うものである。

上述従来の電子線ディスプレイは熱電子源を用いてい
る為、次のような問題点があった。

1.消費電力が高い。

2.変調スピードが遅い為大容量の表示ができない。

3.各素子間のバラツキが生じ易い為大面積化が難しい。

これらの問題点を解決する為に熱電子源に代えて、前
述した表面伝導形電子放出素子を配置した画像表示装置
が考えられる。

第７図は、表面伝導形電子放出素子を用いた画像表示
装置の構成図である。12は絶縁性基板、13は配線電極、
14は素子電極、15は電子放出部である。この画像表示装
置は、第７図に示すように、配線電極間に素子を並べた
線電子源群と変調電極６群でXYマトリックス駆動を行う
ことにより画像表示するものである。

これら電子線ディスプレイは通常１×10^-7〜１×10^-5
torrの真空状態で駆動させる為に、系全体を真空封止す
ることによりディスプレイ装置を製作しなければならな
い。

このため、上述したような電子放出素子を用いて平面
形の画像表示装置を製作する場合、大気圧に耐える構造
であることが必須である。大気圧によるフェースプレー
トの歪み，変形等が画像に影響を及ぼさないよう、単純
にフェースプレートの厚みを増すことで対処しようとす
ると、画面対角16インチ程度の装置でフェースプレート
の厚みは約20mm程度必要であり、パネルの重量も20kg程
度になると考えられる。より大形のディスプレイ装置を
製作する場合、さらにフェースプレートの板厚を増す必
要があることから、重量が増すばかりでなくフェースプ
レートの光の透過率の低下から、十分な輝度が得られな
いという問題が生じてくる。

そこで、表面伝導形電子放出素子を電子源とする画像
表示装置に限らず平面形の画像表示装置においては各画
素毎，あるいはいくつかの画素毎に支持壁を設けて補強
し、フェースプレートを支えフェースプレートの厚みが
増すことを防ぐ手段が一般に必要とされている。

ここで、支持壁の形状としては、第８図（ａ），
（ｂ），（ｃ）に示すようにフェースプレート側から見
て、井げた状（ａ），円形（ｂ）あるいは多角形，スリ
ット状（ｃ），柱状及びそれらの組合せ等各種の構造が
考えられる。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上述の耐大気圧のための支持壁は絶縁
体でなければならないことから、次のような問題点があ
った。

（１）放出された電子ビームが支持壁に衝突し、フェー
スプレートに到達する電流量が減少し、輝度が低下す
る。

（２）耐大気圧支持壁のチャージアップによる沿面耐圧
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。

かかる耐大気圧支持壁への電子の衝突，チャージアッ
プの問題は、表面伝導形電子放出素子を電子源として用
いた場合に、より深刻となる。

その理由を、本発明者らが行った実験に基づき以下に
説明する。

本発明者らは、第９図に示すような実験系が用い表面
伝導形電子放出素子の諸特性を測定していたが、この
時、放出素子の二極間に電圧Vf、フェースプレート10に
電圧Vaを印加し、フェースプレート10上に発生する発光
点の位置を観測すると、電子放出部15の鉛直上方から素
子の正電極側にΔX₁だけずれた位置に発光点が観測され
ることを見い出した。

この現象の原理については、十分に解明されているわ
えではないが、表面伝導形電子放出素子からは、Ｘ方向
に初速度を持つ電子線が放出されていることが考えられ
る。すなわち、薄膜16の局所領域15には、印加電圧Vfに
よりＸ軸と平行に強い電界が発生しているはずであり、
そのことから、空間に飛び出してきた電子がＸ方向の速
度成分を持っていることが推測できる。

かかる速度成分を持った放出電子は、第３図（ａ）に
示すような軌道を描くため、他の例えば電子放出部鉛直
軸を中心としてガウス分布に従う電子の広がりを有する
熱電子源等に比べ、耐大気圧支持壁への電子の衝突確立
は一段と高くなる。

以上のような問題点があるため、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のが現状で
ある。

本発明は、表面伝導形電子放出素子を電子源とする画
像表示装置における上記課題を解決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］基板と、該基板面に沿って並設された一対の電極間
に、該電極を介して電圧が印加される電子放出を有する
複数の表面伝導形電子放出素子と、該表面伝導形電子放
出素子から放出された電子ビームを加速するための加速
電圧が印加されるフェースプレートと、該基板と該フェ
ースプレートとの間に配置された複数の耐大気圧用支持
壁とを有する画像表示装置において、前記耐大気圧用支持壁が、少なくとも前記一対の電極
の並設方向に表面伝導形電子放出素子を挟んで位置し、
しかも少なくともこの電極の並設方向の両側面より突出
した補助電極を有するもので、各補助電極は、以下の関
係を満たす一定電圧Vcが印加されるものであることを特
徴とする画像表示装置にある。

Vc≦Va×d/D Va:前記フェースプレートに印加される加速電圧 d 前記基板と該補助電極の距離 D :該基板と該フェースプレートとの距離本発明によれば、補助電極に、上記範囲の低電圧Vcを
印加することにより、フェースプレートと補助電極間に
電子レンズを形成し、電子ビームの耐大気圧用支持壁へ
の衝突を防ぎ、チャージアップを低減すると共に、フェ
ースプレートへの電子ビームの集束性をも併せて改善す
るものである。

［実施例］以下、実施例を用いて本発明を具体的に詳述する。

実施例１本発明の第１の実施例を、図面に基づいて詳細に説明
す。第１図は、本実施例を示す装置の斜視図であり、第
２図は第１図のAA′面における断面図である。

第１図及び第２図において、10は内面に蛍光体が塗布
されているフェースプレート、17は本発明に係る補助電
極、18は耐大気圧用支持壁、６は変調電極、15は表面伝
導形電子放出素子の電子放出部、12は絶縁性基板、13は
配線電極、５は変調電極の電子ビーム通過孔、19は変調
電極の支持体を示す。

かかる構成において、本発明による補助電極17の作用
を、第３図及び第４図を用いて説明する。先ず、補助電
極17がない場合の電子の運動を考える。第３図におい
て、電子放出部15から放出された電子は、変調電極６の
電子ビーム通過孔５を通り、変調電圧により変調を受け
ながら加速電圧Vaにより加速され、フェースプレート10
に衝突し蛍光体を励起し画像を形成する。

しかしながら、表面伝導形電子放出素子では、電子放
出部15から放出される電子は、放出される時点で高電位
側電極側へ、すなわちＸ方向の速度成分を持っている。
また、変調電極６による変調の際、変調電圧によりＹ方
向の加速電圧の働きが相対的に弱くなることもあるた
め、結果として第３図矢印ａに示すように支持壁18に衝
突してしまうことがある。

次に、本発明の補助電極17に印加する電圧をVcとし、
電子源とフェースプレート10との距離をＤ、電子源と補
助電極17との距離をｄ、フェースプレートに印加される
加速電圧をVaとするとき、の関係を満たすように情報信号に応じて変化しない定電
圧Vcを印加すると、補助電極17の開孔近傍の等電位面は
第４図に示すように湾曲する。このため、支持壁18方向
に飛んできた電子は、補助電極17付近で内側への力Ｆを
受け、その軌道は図中ｂに示すように曲げられる。

この作用により、支持壁18への負電荷のチャージアッ
プを減少させるとともに、画像形成に寄与する電子ビー
ムを増加させることができる。

ここで、補助電極17の位置と、印加電圧Vcの具体的な
値の範囲だが、フェースプレート10と電子放出部15との
距離Ｄが10mm、加速電圧Vaが10KV程度を標準とすると、
実験から、補助電極17と電子放出部15との距離ｄは７〜
9mm、補助電極17に与える電圧Vcは７〜9KVの範囲が望ま
しい。

一方、補助電極17の材質としては、CRTのシャドウマ
スクに用いられる通常のFe材で良いが、熱膨張が問題と
なる場合、インバー材を用いても良い。補助電極17の厚
さは、0.1〜0.3mmで十分であった。また、補助電極17の
開口部（電子通過孔）の寸法は、支持壁18の間隔によっ
ても異なる。また、開口の大きさにより電圧Vcの値も変
化するため、系全体において最適となるよう決めなけれ
ばならない。支持壁18のＸ方向間隔が700μｍ〜1mm程度
の時、支持壁18からの電極の突き出し部の寸法が100〜2
00μｍ、すなわち、電子放出部15の鉛直軸から突き出し
部端部までの距離が500〜800μｍのとき最適と考えられ
る。

本実施例においては、フェースプレート10と電子放出
部15の距離Ｄを10mm、加速電圧Vaを10KVとした時、支持
壁18間のＸ方向間隔が700μｍの装置で電子放出部15と
補助電極17との距離ｄを8mmとし、補助電極17に印加す
る電圧Vcを7KVとしたときに最も良い結果を得た。

尚、支持壁18は感光性ガラスで形成し、補助電極17に
は厚さ0.1mmのFe材を使用し、支持壁18からの補助電極1
7の突き出し量は100μｍとした。

実施例２本発明の第２の実施例を第５図に示す。第５図には、
第２の実施例の主要部のみを示しており、装置の断面図
については、第１の実施例と変わるところがないため、
第２図をもって省略する。

本実施例は、支持壁18がスリット状を成す補助電極17
の構成を示している。尚、支持壁18がスリット状の場合
においても、第１の実施例第１図に示した網状の補助電
極17、第５図に示す支持壁18の一部に設けたひさし状の
補助電極17いずれを用いても、支持壁18への負電荷のチ
ャージアップを低減する点で同様の効果が得られる。か
かるひさし状の分離形補助電極17の場合には、電極全て
導通し、同電位の定電圧Vcが印加される構成としなけれ
ばならないことは言うまでもない。

ところで、以上の例のどの構成においても、変調電極
あるいはフェースプレートの衝突する電子ビームの位置
を制御するための偏向電極を有する構成の場合が考えら
れ、それらの電極に印加される電圧が前述のの関係式を満たす範囲となる場合があるが、変調電極あ
るいは偏向電極に印加される電圧は、それぞれの作用か
ら考えて情報信号に応じて変化するものでなければ意味
がない。

これに対し、本発明の補助電極には、変調電極や偏向
電極とは独立に、一定の電圧Vcが印加される構成としな
ければならないことは言うまでもない。

ここに、本発明に係る補助電極の存在意義があると言
えよう。

［発明の効果］以上説明したように、本発明の画像表示装置によれ
ば、耐大気圧用支持壁への電子の衝突を防ぐことがで
き、次のような特有の効果がある。

（１）放出される電子ビームの支持壁へ衝突が低減する
ため、フェースプレートに到達する電流量が増加し、輝
度が向上する。

（２）耐大気圧支持壁のチャージアップによる沿面耐圧
の低下がないため、沿面放電による素子破壊を防ぐこと
ができる。

（３）ある広がりを持ってフェースプレートに到達する
電子ビームのうち周縁付近の電子が内側に曲げられるた
め、フェースプレートでの輝点の鮮鋭さが増す。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例を示す装置斜視図であ
る。第２図は、本発明の第１の実施例を示す装置のＡ−Ａ′
面における断面図である。第３図は、本発明における電子軌道を示す断面図であ
る。第４図は、本発明における電子軌道を示す断面図の部分
拡大図である。第５図は、本発明の第２の実施例である装置の主要部を
示す斜視図である。第６図は、従来ディスプレイの概要図を示す。第７図は、表面伝導形電子放出素子を用いた画像表示装
置を示す。第８図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、耐大気圧用支持壁の
構造斜視図を示す。第９図は、表面伝導形電子放出素子の発光点観測実験を
示す図である。１……ガラス基板、2,19……支持体 3,13……配線電極、4,15……電子放出部５……電子通過孔、６……変調電極７……ガラス板、８……透明電極９……蛍光体、10……フェースプレート 11……蛍光体の輝点、12……絶縁性基板 14……素子電極、17……補助電極 18……耐大気圧用支持壁

───────────────────────────────────────────────────── 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 (56)参考文献特開昭61−133539（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−15977（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01J 31/12 - 31/15 H01J 29/62,29/87

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、該基板面に沿って並設された一対
の電極間に、該電極を介して電圧が印加される電子放出
部を有する複数の表面伝導形電子放出素子と、該表面伝
導形電子放出素子から放出された電子ビームを加速する
ための加速電圧が印加されるフェースプレートと、該基
板と該フェースプレートとの間に配置された複数の耐大
気圧用支持壁とを有する画像表示装置において、前記耐大気圧用支持壁が、少なくとも前記一対の電極の
並設方向に表面伝導形電子放出素子を挟んで位置し、し
かも少なくともこの電極の並設方向の両側面より突出し
た補助電極を有するもので、各補助電極は、以下の関係
を満たす一定電圧Vcが印加されるものであることを特徴
とする画像表示装置。 Vc≦Va×d/D Va:前記フェースプレートに印加される加速電圧 d :前記基板と該補助電極の距離 D :該基板と該フェースプレートとの距離
【請求項２】前記補助電極が、前記耐大気圧用支持壁の
フェースプレート寄りに設けられていることを特徴とす
る請求項１の画像表示装置。