JP3010296B2 - 画像形成装置 - Google Patents

画像形成装置

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JP3010296B2
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    • H01J31/125—Flat display tubes provided with control means permitting the electron beam to reach selected parts of the screen, e.g. digital selection
    • H01J31/127—Flat display tubes provided with control means permitting the electron beam to reach selected parts of the screen, e.g. digital selection using large area or array sources, i.e. essentially a source for each pixel group
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    • H01J2201/30—Cold cathodes
    • H01J2201/316—Cold cathodes having an electric field parallel to the surface thereof, e.g. thin film cathodes
    • H01J2201/3165—Surface conduction emission type cathodes

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。
［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,19
65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電子放出素子と呼
ばれている。
この表面伝導形電子放出素子としては、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 Film
s"）,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:“IEE
E 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電子放出素子は、 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１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、12は蛍光体の輝点である。電子放出部４は薄膜技
術により形成され、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は絶縁体材料もしくは導電体材料で形成
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、画像形成部材たる蛍光体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２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。20は絶縁性基板、21は素子配線電
極、22は素子電極、23は電子放出部である。この画像表
示装置は、第２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。また、これら
電子線ディスプレイは通常１×10-7〜１×10-5torr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。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した表面伝導形電子放出素子を用
いた画像表示装置には、次のような問題点があった。
．フェースプレート10に設けた画像形成部材９と変調
電極６と電子放出部23の位置合わせが難しい為、大画面
で高精細なディスプレイが作製できない。
．変調電極６と電子放出部23の絶対的な位置が場所に
よって異なると表示画像にムラが生じる。よって、極め
て正確に位置合わせをして製造する必要がある。
．，を鑑みて大画面で高精細なディスプレイを製
造するには、多大な設備投資が必要であり、ディスプレ
イの価格も非常に高価になる。
すなわち、本発明の目的とするところは、上述のよう
な問題点を解消した画像形成装置を提供することにあ
る。
［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成すべく成された本発明の構成は以下の
通りである。
すなわち、本発明の第１は、基板上に、基板面に沿っ
て並設された素子電極間に、該素子電極を介して電圧が
印加される電子放出部を有する電子放出素子と、該電子
放出素子から放出される電子ビームを情報信号に応じて
変調する、電子放出素子とは独立に電圧が印加される変
調電極とを有し、更に該電子放出素子からの電子ビーム
の照射により画像を形成する画像形成部材を有する画像
形成装置において、 前記電子放出素子が、前記変調電極上に絶縁体を介し
て積層配置されており、かつ、前記変調電極が、少なく
とも前記電子放出素子の電子放出部直下を囲む位置に存
在していると共に、 前記電子放出素子と前記画像形成部材との間に、一つ
の電子放出部に対して多数の孔を有するメッシュ状の補
助電極が配置されており、かつ、該補助電極に印加され
る電圧V1は、前記変調電極、画像形成部材への印加電圧
がそれぞれVg、Va、前記変調電極と補助電極間の距離が
l1、前記変調電極と画像形成部材の距離がl2のとき、 ｜（Va−Vg）/l2|＞｜（V1−Vg）/l1| の関係を満足することを特徴とする画像形成装置であ
る。
本発明の第１に係る画像形成装置は、更にその特徴と
して、 『前記l1が10〜200μｍである』こと、 『前記絶縁体の厚さが、１μｍ〜200μｍの範囲であ
る』こと、 『前記変調電極には導電性部材が接続されており、該
導電性部材は前記電子放出素子が配置された前記絶縁体
面上に配置されている』こと、 『前記導電性部材が、前記変調電極の一部である』こ
と、 『前記導電性部材が、シート抵抗が0.5×105Ω／□〜
１×109Ω／□の範囲の部材である』こと、 『前記電子放出素子が複数結線された線状電子放出素
子の複数と、前記変調電極の複数とがXYマトリクスを構
成している』こと、 をも含むものである。
また、本発明の第２は、基板上に、基板面に沿って並
設された素子電極間に、該素子電極を介して電圧が印加
される電子放出部を有する電子放出素子と、該電子放出
素子から放出される電子ビームを情報信号に応じて変調
する、電子放出素子とは独立に電圧が印加される変調電
極とを有し、更に該電子放出素子からの電子ビームの照
射により画像を形成する画像形成部材を有する画像形成
装置において、 前記電子放出素子と前記変調電極とが、基板の同一面
上に配置されており、かつ、前記変調電極は、該一対の
素子電極の並設された方向に対して略直交する方向に並
設され、該電子放出部を挟むように配置された一対の電
極からなると共に、 前記電子放出素子と前記画像形成部材との間に、一つ
の電子放出部に対して多数の孔を有するメッシュ状の補
助電極が配置されており、かつ、該補助電極に印加され
る電圧V1は、前記変調電極、画像形成部材への印加電圧
がそれぞれVg、Va、前記変調電極と補助電極間の距離が
l1、前記変調電極と画像形成部材の距離がl2のとき、 ｜（Va−Vg）/l2|＞｜（V1−Vg）/l1| の関係を満足することを特徴とする画像形成装置であ
る。
本発明の第２に係る画像形成装置は、更にその特徴と
して、 『前記l1が10〜200μｍである』こと、 『前記素子電極と前記変調電極との間隔が、30μｍ以
下である』こと、 『並設された素子電極間方向における前記素子電極の
幅が、１μｍ〜50μｍの範囲である』こと、 『前記電子放出素子が複数結線された線状電子放出素
子の複数と、前記変調電極の複数とがXYマトリクスを構
成している』こと、 をも含むものである。
［作 用］ 本発明においては、従来別体として設けていた変調電
極を、絶縁性基板上に電子源となる電子放出素子と一体
（電子源の下方に、あるいは電子源と同一面上）に設け
た構造とし、さらに、従来の変調電極に換えて一つの電
子放出部に対して多数の孔を有するメッシュ状の補助電
極を設けたことで、電子源と変調電極のアライメントが
容易となり、また、補助電極への印加電圧の選定により
変調電極への印加電圧を低減することが可能となる。
また、絶縁性基板上に設ける変調電極は、従来に比
べ、そのボリュームを大きくとることができ、すなわち
抵抗の低減となり、結果として印加電圧を低減できると
いった作用がある。
以上述べた本発明の構成を、以下に示す実施例を用い
て詳細に説明する。
［実施例］ 実施例１ 第３図は、第１の実施例の画像表示装置であり、電子
源及び補助電極37、フェースプレート10を表わす。尚、
38は補助電極37に設けられた電子通過孔である。第４図
は、その電子源と変調電極の構成図である。31はガラス
基板、32は変調電極、33は絶縁体膜、34は素子配線電
極、35は素子電極、36は電子放出部である。
本実施例は、前述第２図に示す従来例の電子放出素子
と蛍光体の間にある変調電極を電子放出部36の下に配置
し、かつ電子放出素子と変調電極32を絶縁体膜33を介し
て一体に形成し、さらに、従来の変調電極に代って補助
電極37を設けたものである。
第５図は、第４図のＡ−Ａ′の断面における本実施例
の電子源と変調電極の製造工程を示すものである。ここ
で、本実施例の画像表示装置の製造方法を説明する。
．先ず、ガラス基板31を十分洗浄し、通常良く用いら
れる蒸着技術とホトリソグラフィー技術により、ライン
状の変調電極32群を形成する。かかる基板31は、ガラス
以外にもアルミナセラミックス等の絶縁体であれば良
い。また変調電極32は、金，ニッケル，タングステン等
の導電性材料であれば良いが、基板との熱膨張率がなる
べく近いものが好ましい。
本実施例の変調電極は、ニッケル材料を用い、幅1.6m
mで2mmピッチの変調電極群を作製した。
．次に、蒸着技術によりSiO2で絶縁体膜33を形成し
た。絶縁体膜33の材料としては、SiO2,ガラス，その他
のセラミックス材料が好適である。また、その厚さは、
薄い方が変調電極に印加する電圧が低くなるので良い
が、実用的には１μｍ〜200μｍが好ましく、さらには
１μｍ〜10μｍが最適である。本実施例では厚さを10μ
ｍとした。
．次に、蒸着技術とエッチング技術により素子電極35
と素子配線電極34をNi材料で作製した。かかる素子配線
電極34は、電気抵抗が十分低くなるように作製しさえす
ればどのような材料でもかまわない。素子電極35は、素
子配線電極34−ａ及び34−ｂと接続され、素子電極35が
相対向する電子放出部36を形成する。その電極ギャップ
（Ｇ）は、0.1μｍ〜10μｍが好適で本実施例は２μｍ
に形成した。電子放出部36に対応する長さ（l:第４図参
照）を300μｍに形成した。素子電極35の幅は狭い方が
望ましいが実際には１μｍ〜100μｍが好適で、さらに
は１μｍ〜10μｍが最適である。また、電子放出部36は
変調電極32の幅の中心近傍に作製する。素子配線電極34
群（a,bで一組）のピッチは2mm、電子放出部36のピッチ
は2mmに形成した。
．次に、ガスデポジション法を用いて相対向する電極
間に超微粒子膜を設けることにより電子放出部36を形成
した。超微粒子の材質はPdを用いたが、その他の材料と
してAg,Au等の金属材料やSnO2,In2O3の酸化物材料が好
適であるがこれに限定されるものではない。本実施例で
はPd粒子の直径を約100Åに設定したが、これに限定さ
れるものではない。また、ガスデポジション法以外に
も、例えば有機金属を分散塗布し、その後熱処理するこ
とにより電極間に超微粒子膜を形成しても所望の特性が
得られる。
．以上説明したプロセスで形成された電子源と変調電
極を有するガラス基板から、100μｍ離して補助電極37
を設ける。変調電極32から補助電極37の距離はフェース
プレート10の位置にも因るが、数μｍ〜1mmが好適で、1
0μｍ〜200μｍが実用的である。不図示ではあるが、本
実施例では100μｍの厚さのガラス板をスペーサーとし
て、補助電極37をガラス基板の上方に配置した。かかる
補助電極37の材料としてはステンレスやニッケルが好適
で、その厚さは0.03mm〜0.5mmが実用的である。また、
補助電極37には電子放出部36に対応して多数の孔を有す
る電子通過孔38が設けられているが、電子放出部に対応
している必要はなく補助電極37全体に電子通過孔38があ
っても構わない。電子通過孔38を形成する多数の孔は、
＃25〜＃500（＃a,1インチ当たりの孔の数）で開口率
（孔の開いている割合）の高いものが好適であり、本実
施例では＃250で開口率50％の補助電極を形成した。
．次に、補助電極37から6mm離して蛍光体９を有する
フェースプレート10を設け画像表示装置を形成した。本
実施例では、高輝度で発光効率が高い画像表示を得る為
に、蛍光体９の上に通常良く用いられるメタルバック11
を設けたフェースプレートを用いた。
次に本実施例の駆動方法を説明する。
蛍光体面の設定電圧は6kV以上が好ましく、発光開始
電圧は2.5kVで、設定電圧にほぼ比例した発光輝度が得
られる。本実施例では、高電圧リークの安全から、6kV
〜8kVに設定した。補助電極37の電圧は20Vに設定した。
第４図において、一対の配線電極34−ａと34−ｂに14
Vの電圧パルスを印加し、線状に並べた複数の電子放出
素子から電子を放出させる。放出された電子は、情報信
号に対応して変調電極群に電圧を印加することにより電
子ビームをON/OFF制御する。この制御は変調電極32の電
圧によって電子放出部36近傍の電位がプラスからマイナ
スまで変化し、電子ビームが加速または減速することに
基づくものであり、この電位は変調電極32の電圧と補助
電極37の電圧によって決定される。例えば、補助電極37
の電圧を20Vより高くすると電子放出部36近傍の電位が
高くなる為、変調電極に負のより高い電圧を印加しない
と電子ビームをOFF制御できなくなる。
補助電極37は、その電圧を適当に設定することにより
変調電極32に印加する電圧を低下させる、いわゆる変調
を補助する電極である。
変調電極32、補助電極37、蛍光体９に接する透明電極
８の印加電圧がそれぞれVg,V1,Va、変調電極と補助電極
間の距離l1、変調電極と蛍光体の距離l2とすると を満足するように補助電極37の電圧を設定することが望
ましい。つまり、変調電極と補助電極間の電界を小さく
するように補助電極の電圧を設定することにより、変調
電極に印加する電圧を低下せしめ変調を補助するもので
ある。また、素子電極35の幅（Ｗ）が広くなれば、変調
電極32に印加する電圧を高くしないと、電子放出部36近
傍の電界分布が変化しにくくなるので、素子電極35の幅
（Ｗ）は実用的に問題ならない範囲で十分小さくする方
が望ましい。
次に、変調電極32によって引き出された電子は、補助
電極37の電子通過孔38を通過し、加速されて蛍光体９に
衝突する。
蛍光体９は、情報信号に応じて一ラインの表示を行
う。次にこの隣りの素子配線電極34−a,34−ｂに14Vの
電圧パルスを印加し上述した一ラインの表示を行う。こ
れを順次行うことにより一画面の画像を形成した。つま
り、素子配線電極群を走査電極として、走査電極と変調
電極でXYマトリックスを形成し画像を表示した。
本実施例の表面伝導形電子放出素子は、100ピコ秒以
下の電圧パルスに応答して駆動できるので、１画面を30
分の１秒で画像を表示すると１万本以上の走査線数が形
成可能である。
本実施例の補助電極のある場合とない場合で、変調電
極に印加する電圧がどうなるかという実験をしたところ
表１の結果を得た。
表１に示すように、本実施例の補助電極は変調電極に
印加する電圧（絶対値）を減少させるのに効果があっ
た。また、本実施例において変調電極に印加する電圧を
−22Vから30Vまで連続的に変えると、それに伴って蛍光
体面に当たる電子ビームの量が変化した。よって、変調
電極に印加する電圧を変えることにより階調表示が可能
であった。
さらに、補助電極がないときは、変調電極の電圧が変
化するとそれに伴って蛍光体上の輝点12の位置と輝点形
状が変化したが、本実施例では殆ど変化がなかった。
当然ではあるが、補助電極を除いた場合においても、
蛍光体面の電圧を下げるか、又は蛍光体面の位置を変調
電極から離せば変調電極の印加電圧を下げることができ
る。しかし、前者では電子ビームの加速電圧が小さい為
蛍光体の発光輝度が著しく低下するか又は発光しなくな
る。後者では、装置が厚くなるだけでなく電子ビームの
拡がりが大きくなったり、変調電極の電圧によって輝点
12の位置や輝点形状が変わる等の問題を生じる。
以上説明した様に、本実施例では電子放出素子と変調
電極が一体に形成されているので、アライメントが容易
で、補助電極の電圧を適当に設定すると、変調電極の印
加電圧を下げることができ、さらに薄形で高輝度の画像
表示装置を提供するものである。また製造技術として、
薄膜製造技術を用いて作製している為、大画面で高精細
なディスプレイを安価に得ることができ、さらに、電子
放出部と変調電極の間隔を極めて精度良く作製すること
ができるので輝度ムラのない極めて一様な画像表示装置
を得ることができた。
また、表面伝導形電子放出素子においては、数ボルト
の初速度を持った電子が真空中に放出されるが、このよ
うな素子において本発明のパネル構造は極めて有効であ
った。
実施例２ 第６図は、第２の実施例であるところの電子源と変調
電極の構成図である。
第７図は、第６図のＢ−Ｂ′の断面図である。39は本
実施例の変調電極群である。本実施例は実施例１におけ
る変調電極を電子放出面内にも配置したものである。
第６図に示す本実施例の製造方法は、実施例１と同等
な蒸着技術及びエッチング技術により形成できるので説
明を省略する。また、各構成材の形状は実施例１と同一
に製造した。第７図において素子電極35と変調電極39の
間隔（Ｓ）を10μｍとした。
本実施例において変調電極39に印加する電圧は、−17
V以下で電子ビームをOFF制御し、10V以上でON制御でき
た。また、実施例１と同様−17V〜10Vで電子ビームの量
を連続的に制御できた。
本実施例は実施例１に対し、変調電極39に印加する電
圧を約２分の１に減少させることができた。このことに
より変調電極に電圧を印加する為のトランジスターの価
格を大幅に下げることができる。
以上説明したように、本実施例は実施例１と比較し
て、変調電極に印加する電圧を低く設定しても電子放出
部36近傍の電位を容易に制御できた。
実施例３ 第８図は、第３の実施例であるところの電子源と変調
電極の構成図である。第９図は、第８図のＣ−Ｃ′の断
面での製造工程の説明図である。ここで、本実施例の製
造方法を説明する。40はコンタクトホールである。
．実施例１の製造方法と同じ。
．実施例１の製造方法と同じ。ただし絶縁体膜33の厚
さを３μｍとした。
．エッチング技術により第８図，第９図に示すような
コンタクトホール40を設ける。かかるコンタクトホール
は、素子電極35を挟む位置において絶縁体膜33を取り除
くことにより形成した。つまり、コンタクトホールを通
して変調電極32が露出している。
．実施例１における製造方法のと同じ。
．次に有機パラジウムをディッピング法により基板全
面に塗布する。これを300℃で１時間焼成することによ
り基板全面にパラジウム微粒子41を析出させた。有機パ
ラジウムは奥野製薬（株）CCP−4230を用いた。このプ
ロセスにおいて、相対抗する素子電極35の間に電子放出
体であるところのパラジウムを主成分とする超微粒子を
設けるだけでなく、コンタクトホール40の内壁と絶縁体
膜33の表面に導電性の微粒子が析出する。このとき、絶
縁体膜表面のシート抵抗は0.5×105Ω／□〜１×109Ω
／□が好適で、さらには１×105Ω／□〜１×107Ω／□
が最適である。
．実施例１における製造方法とと同じ。
．実施例１における製造方法のと同じ。
本実施例のコンタクトホール40の大きさは、第８図に
示すように電子放出部36の長さ（ｌ）と同程度が好適で
ある。また、コンタクトホールと素子電極の距離（Ｓ）
は10μｍ〜500μｍが好適で、さらには25μｍ〜100μｍ
が最適である。
本実施例は変調電極32に電圧を印加すると、コンタク
トホール40を通して電流が流れ絶縁体膜表面の電位を変
えるもので、素子電極35近傍の絶縁体膜の表面電位を制
御するものである。
本実施例において、変調電極32に印加する電圧は、−
17V以下で電子ビームをOFF制御し10V以上でON制御でき
た。
本実施例は、実施例１に対し変調電極に印加する電圧
を約２分の１に減少させることができた。このことによ
り、変調電極に電圧を印加する為のトランジスターの価
格を大幅に下げることができた。
参考例 第10図は、参考例に係る電子源と変調電極の構成図で
ある。
第11図は、第10図のＤ−Ｄ′の断面図を示すものであ
る。
両図において、31は絶縁性基板、35は表面伝導形電子
放出素子の素子電極、36は電子放出部、42は変調電極、
34（34−a,34−ｂ）は素子配線電極、33は絶縁体膜、43
は変調配線電極である。
線電子源は、素子配線電極34−ａと34−ｂの間に電子
放出部36を複数配置することにより形成する。変調電極
42は、素子電極35を挟む位置に配置され、また、第11図
に示すように絶縁体膜33のコンタクトホール40を介して
変調配線電極43に接続されている。以後これを線変調電
極と呼ぶ。また、かかる線電子源と線変調電極を複数並
列に設けることにより線電子源群と線変調電極群を形成
する。
本参考例では、基板31の同一面上に表面伝導形電子放
出素子と変調電極を設け、さらに、前述の実施例同様電
子源と画像形成部材との間に補助電極37を設けることを
特徴とするものである。
ここで、素子電極35の幅（Ｗ）は、１〜50μｍが好適
で、実用的には３〜20μｍが望ましいが、これに限るも
のではない。また、幅（Ｗ）が小さい方が変調電極に印
加する電圧を小さくできるが、上記範囲より小さいと素
子電極の抵抗が高くなるという欠点を生じる。
電子放出部36であるところの素子電極35の間隔（Ｇ）
は、実用的には0.5〜５μｍであるがこれに限るもので
はない。次に、電子放出部36の形成については、奥野製
薬株式会社製CCP−4230の有機パラジウムを分散塗布
し、その後300℃の温度で大気焼成することにより、パ
ラジウム微粒子と酸化パラジウム微粒子の混合微粒子膜
を素子電極間に設けることで電子放出部を形成した。次
に、素子電極35と変調電極42の間隔（Ｓ）は、各電極間
の電気的絶縁さえ維持できれば、できる限り小さくする
ことが望ましく30μｍ以下が好適で、実用的には５〜20
μｍが望ましい。かかる間隔（Ｓ）は、変調電極42に印
加する電圧と深く係わるものであり、間隔（Ｓ）が大き
くなると変調電極42に印加する電圧が高くなる。また、
第10図に示す電子放出部36の長さ（ｌ）は、素子電極35
の相対向する長さで、この長さ（ｌ）から一様に電子が
放出される。変調電極42の幅（Ｌ）は、電子放出部36の
長さ（ｌ）より長くすることが必要である。例えば、電
子放出部36の長さ（ｌ）が50〜150μｍであれば、素子
電極の幅（Ｗ）や素子電極と変調電極の間隔（Ｓ）にも
よるが、変調電極42の幅（Ｌ）は、100〜200μｍが実用
的である。ここでｌ＞Ｌのときは、電子放出部から放出
された電子を変調電極42によってON/OFF制御できなくな
るか、制御できたとしても変調電極42に印加する電圧が
高くなる。
次に、補助電極37については、実施例１にて述べたよ
うに、かかる電子源と変調電極を有する基板と、フェー
スプレート10との間に設ける。
また、補助電極以外の構成材料についても、実施例１
にて記したものと同様のものが使用できる。
次に、本参考例の画像表示装置の製造方法を第12図に
基づいて説明する。
．ガラス基板31を十分洗浄し通常良く用いられる蒸着
技術とホトリソグラフィー技術により、素子電極35と変
調電極42を形成する。ここで、電極材料としてニッケル
材料を用いたが、導電性材料であればこれに限るもので
はない。素子電極間（Ｇ）は２μｍ、素子電極幅（Ｗ）
は10μｍ、素子電極35と変調電極42の距離（Ｓ）は５μ
ｍ、電子放出部36の長さ（ｌ）は150μｍ、変調電極42
の幅（Ｌ）は220μｍに形成した。ここで、素子電極35
と変調電極42は同一のプロセスで、すなわち同一の材料
で形成したが、それぞれ別の材料を用いて形成しても構
わない。本参考例の電子放出素子及び線電子源，線変調
電極は全て2.0mmピッチに形成した。
次に、電子放出素子を複数同時に駆動する為の素子配
線電極34を形成する。材料としては、金，銅，アルミニ
ウム等の金属材料が適当であり、電子放出素子を多数同
時に駆動する為には、電気抵抗の小さな材料がより望ま
しい。本参考例では、銅を主体とする材料で1.5μｍの
厚さに形成した。
．次に、絶縁体膜33を変調電極42の端部に設ける。こ
のとき、絶縁体膜33は素子配線電極34と直角方向に設け
られ、絶縁体膜上に設ける変調配線電極43と素子配線電
極34との電気的絶縁をとる必要がある。その為には、絶
縁体膜33厚さは素子配線電極34より厚く形成する必要が
ある。本参考例では、厚さ３μｍのSiO2で形成した。次
に変調電極42と変調配線電極43の電気的接続を得る為に
絶縁体膜33にコンタクトホール40を形成する。
．次に、変調配線電極43を絶縁体膜33上に形成する。
このときコンタクトホール40を介して変調電極の結線が
成され、かつ電子放出部36を挟む２つの変調電極に同一
の電圧が印加されるように配線する。本参考例では基板
端部でこの配線を行た。本参考例の変調配線電極43は、
５μｍのNi材料で形成した。
．次に、素子電極間に微粒子膜を形成し電子放出部36
を形成する。かかる微粒子膜は、有機パラジウム微粒子
をスピナー塗布し、その後約300℃で30分焼成すること
により形成した。得られた微粒子膜は、パラジウムと酸
化パラジウムの混合微粒子膜であった。尚、パターニン
グ方法は、通常良く用いられるリフトオフ技術によるこ
とができ、このとき微粒子膜は素子電極35の間のみに配
置されるだけでなく、素子電極35上に配置されていても
構わない。
．以上説明したプロセスで形成された電子源と変調電
極を有するガラス基板から、100μｍ離して補助電極37
を設ける。この補助電極37としては、厚さ0.05mmのニッ
ケル電極を用いた。また、補助電極37には電子放出部36
に対応して＃250で開口率50％の電子通過孔38が設けら
れている。
．次に、補助電極37から本参考例では6mm離して蛍光
体９を有するフェースプレート10を設け画像表示装置を
形成した。本参考例でも、高輝度で発光効率が高い画像
表示を得る為に、蛍光体９の上に通常良く用いられるメ
タルバック11を設けたフェースプレートを用いた。
次に本参考例の駆動方法を説明する。
蛍光体面の設定電圧は6kV以上が好ましく、発光開始
電圧は2.5kVで、設定電圧にほぼ比例した発光輝度が得
られる。本参考例では、高電圧リークの安全から、6kV
〜8kVに設定した。補助電極37の電圧は25Vに設定した。
第10図において、一対の配線電極34−ａと34−ｂに14
Vの電圧パルスを印加し、線状に並べた複数の電子放出
素子から電子を放出させる。放出された電子は、情報信
号に対応して線変調電極群43に電圧を印加することによ
り電子ビームをON/OFF制御する。この制御は変調電極42
の電圧によって電子放出部36近傍の電位がプラスからマ
イナスまで変化し、電子ビームが加速または減速するこ
とに基づくものであり、この電位は変調電極42の電圧と
補助電極37の電圧によって決定される。例えば、補助電
極37の電圧を25Vより高くすると電子放出部36近傍の電
位が高くなる為、変調電極の負のより高い電圧を印加し
ないと電子ビームをOFF制御できなくなる。
補助電極37は、その電圧を適当に設定することにより
変調電極42に印加する電圧を低下させる、いわゆる変調
を補助する電極である。
変調電極42、補助電極37、蛍光体９に接する透明電極
８の印加電圧がそれぞれVg,V1,Va、変調電極と補助電極
間の距離l1、変調電極と蛍光体の距離l2とすると を満足するように補助電極37の電圧を設定することが望
ましい。つまり、変調電極と補助電極間の電界を小さく
するように補助電極の電圧を設定することにより、変調
電極に印加する電圧を低下せしめ変調を補助するもので
ある。また、素子電極35の幅（Ｗ）が広くなれば、変調
電極42に印加する電圧を高くしないと、電子放出部36近
傍の電界分布が変化しにくくなるので、素子電極35の幅
（Ｗ）は実用的に問題ならない範囲で十分小さくする方
が望ましい。
次に、変調電極42によって引き出された電子は、補助
電極37の電子通過孔38を通過し、加速されて蛍光体９に
衝突する。
蛍光体９は、情報信号に応じて一ラインの表示を行
う。次にこの隣りの素子配線電極34−a,34−ｂに14Vの
電圧パルスを印加し上述した一ラインの表示を行う。こ
れを順次行うことにより一画面の画像を形成した。つま
り、素子配線電極群を走査電極として、走査電極と変調
電極でXYマトリックスを形成し画像を表示した。
本参考例の表面伝導形電子放出素子は、100ピコ秒以
下の電圧パルスに応答して駆動できるので、１画面を30
分の１秒で画像を表示すると１万本以上の走査線数が形
成可能である。
本参考例の補助電極のある場合とない場合で、変調電
極に印加する電圧がどうなるかという実験をしたところ
表２の結果を得た。
表２に示すように、本参考例の補助電極は変調電極に
印加する電圧（絶対値）を減少させるのに効果があっ
た。また、本参考例において変調電極に印加する電圧を
−20Vから30Vまで連続的に変えるとそれに伴って蛍光体
面に当たる電子ビームの量が変化した。よって、変調電
極に印加する電圧を変えることにより階調表示が可能で
あった。
さらに、補助電極がないときは、変調電極の電圧が変
化するとそれに伴って蛍光体上の輝点12の位置と輝点形
状が変化したが、本参考例では殆ど変化がなかった。
当然ではあるが、補助電極を除いた場合においても、
蛍光体面の電圧を下げるか、又は蛍光体面の位置を変調
電極から離せば変調電極の印加電圧を下げることができ
る。しかし、前者では電子ビームの加速電圧が小さい為
蛍光体の発光輝度が著しく低下するか又は発光しなくな
る。後者では、装置が厚くなるだけでなく電子ビームの
拡がりが大きくなったり、変調電極の電圧によって輝点
12の位置や輝点形状が変わる等の問題を生じる。
以上説明した様に、本参考例でも前述の実施例同様、
電子放出素子と変調電極が一体に形成されているので、
アライメントが容易で、補助電極の電圧を適当に設定す
ると、変調電極の印加電圧を下げることができ、さらに
薄形で高輝度の画像表示装置を提供するものである。ま
た製造技術として、薄膜製造技術を用いて作製している
為、大画面で高精細なディスプレイを安価に得ることが
でき、さらに、電子放出部と変調電極の間隔を極めて精
度良く作製することができるので輝度ムラのない極めて
一様な画像表示装置を得ることができた。
また、表面伝導形電子放出素子においては、数ボルト
の初速度を持った電子が真空中に放出されるが、このよ
うな素子において本発明のパネル構造は極めて有効であ
った。
実施例４ 第13図は、第４の実施例であるところの電子源と変調
電極の構成図である。
本実施例は、参考例の電子放出素子の形状を換えたも
のである。本実施例の電子放出素子は、素子電極35の幅
が電子放出部36の長さ（ｌ）を形成するものである。
本実施例の画像表示装置については、参考例と同様の
方法にて作製することができるので説明を省略する。
本実施例は、電子放出部の長さ（ｌ）を10μｍ、変調
電極42と素子電極35の距離（Ｓ）を５μｍに形成した。
その他の構成材の寸法は、参考例とほぼ同等の値とし
た。
本実施例は、参考例と比較して、電子放出量は少くな
るが、電子ビームの収束，発散の制御が可能で、非常に
高精細な画像表示ができる。また、電子放出部36と変調
電極42の距離を短くできるので、さらに低電圧にて電子
ビームをON/OFF制御できる。
［発明の効果］ 以上説明したように、変調電極と電子放出素子を基板
に一体あるいは同一面上に形成することで、電子源と変
調電極の位置合わせが容易となり、さらに補助電極を電
子源と蛍光体の間に配置し、適当な電圧を印加すること
で次のような効果がある。
（１）．蛍光体面の電圧を高くすることができるので高
輝度な画像表示ができる。
（２）．薄膜製造技術を用いて変調電極と電子源を一体
に製造しているので高精細で表示ムラのない画像表示が
できる。
（３）．補助電極を設けることで変調電極の印加電圧を
下げることができる。
（４）．補助電極を設けることで変調電極の印加電圧を
変えても輝点形状の変化がない画像表示ができる。
（５）．低価格の画像表示装置が作製できる。
（６）．変調電極と電子放出素子を同一材料，同一プロ
セスで絶縁基板上に形成でき、画像表示装置の作製が容
易かつ工程の短縮化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、従来の画像表示装置の構成図である。 第２図は、表面伝導形電子放出素子を従来の画像表示装
置に応用した場合の構成図である。 第３図は、実施例１の画像表示装置の構成図である。 第４図は、実施例１の電子源と変調電極の構成図であ
る。 第５図は、実施例１の電子源と変調電極の製造方法をＡ
−Ａ′断面にて示したものである。 第６図は、実施例２の電子源と変調電極の構成図であ
る。 第７図は、第６図のＢ−Ｂ′の断面図である。 第８図は、実施例３の電子源と変調電極の構成図であ
る。 第９図は、実施例３の電子源と変調電極の製造方法をＣ
−Ｃ′断面にて示したものである。 第10図は、参考例の電子源と変調電極の構成図である。 第11図は、第10図のＤ−Ｄ′断面を示したものである。 第12図は、参考例の電子源と変調電極の製造方法をＤ−
Ｄ′断面にて示したものである。 第13図は、実施例４の電子源と変調電極の構成図であ
る。 1,20,31……絶縁層基板（ガラス基板）、２……支持体 ３……配線電極、4,23,36……電子放出部 5,38……電子通過孔、6,32,39,42……変調電極 ７……ガラス基板、８……透明電極 ９……画像形成部材（蛍光体）、10……フェースプレー
ト 11……メタルバック 12……蛍光体の輝点、21,34,34−a,34−ｂ……素子配線
電極 22,35……素子電極、33……絶縁体膜 37……補助電極、41……パラジウム微粒子 40……コンタクトホール 43……変調配線電極
フロントページの続き (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60−109156（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−5249（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−6718（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−20941（ＪＰ，Ａ) 特公 昭62−20662（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 1/30,3/08,29/04 H01J 29/46,29/52 H01J 31/12 - 31/15

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板上に、基板面に沿って並設された素子
    電極間に、該素子電極を介して電圧が印加される電子放
    出部を有する電子放出素子と、該電子放出素子から放出
    される電子ビームを情報信号に応じて変調する、電子放
    出素子とは独立に電圧が印加される変調電極とを有し、
    更に該電子放出素子からの電子ビームの照射により画像
    を形成する画像形成部材を有する画像形成装置におい
    て、 前記電子放出素子が、前記変調電極上に絶縁体を介して
    積層配置されており、かつ、前記変調電極が、少なくと
    も前記電子放出素子の電子放出部直下を囲む位置に存在
    していると共に、 前記電子放出素子と前記画像形成部材との間に、一つの
    電子放出部に対して多数の孔を有するメッシュ状の補助
    電極が配置されており、かつ、該補助電極に印加される
    電圧V1は、前記変調電極、画像形成部材への印加電圧が
    それぞれVg、Va、前記変調電極と補助電極間の距離が
    l1、前記変調電極と画像形成部材の距離がl2のとき、 ｜（Va−Vg）/l2|＞｜（V1−Vg）/l1| の関係を満足することを特徴とする画像形成装置。
  2. 【請求項２】基板上に、基板面に沿って並設された素子
    電極間に、該素子電極を介して電圧が印加される電子放
    出部を有する電子放出素子と、該電子放出素子から放出
    される電子ビームを情報信号に応じて変調する、電子放
    出素子とは独立に電圧が印加される変調電極とを有し、
    更に該電子放出素子からの電子ビームの照射により画像
    を形成する画像形成部材を有する画像形成装置におい
    て、 前記電子放出素子と前記変調電極とが、基板の同一面上
    に配置されており、かつ、前記変調電極は、該一対の素
    子電極の並設された方向に対して略直交する方向に並設
    され、該電子放出部を挟むように配置された一対の電極
    からなると共に、 前記電子放出素子と前記画像形成部材との間に、一つの
    電子放出部に対して多数の孔を有するメッシュ状の補助
    電極が配置されており、かつ、該補助電極に印加される
    電圧V1は、前記変調電極、画像形成部材への印加電圧が
    それぞれVg、Va、前記変調電極と補助電極間の距離が
    l1、前記変調電極と画像形成部材の距離がl2のとき、 ｜（Va−Vg）/l2|＞｜（V1−Vg）/l1| の関係を満足することを特徴とする画像形成装置。
  3. 【請求項３】l1が10〜200μｍであることを特徴とする
    請求項１又は２に記載の画像形成装置。
  4. 【請求項４】前記絶縁体の厚さが、１μｍ〜200μｍの
    範囲であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成
    装置。
  5. 【請求項５】前記変調電極には導電性部材が接続されて
    おり、該導電性部材は前記電子放出素子が配置された前
    記絶縁体面上に配置されていることを特徴とする請求項
    １に記載の画像形成装置。
  6. 【請求項６】前記導電性部材が、前記変調電極の一部で
    あることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
  7. 【請求項７】前記導電性部材が、シート抵抗が0.5×105
    Ω／□〜１×109Ω／□の範囲の部材であることを特徴
    とする請求項５に記載の画像形成装置。
  8. 【請求項８】前記素子電極と前記変調電極との間隔が、
    30μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の画
    像形成装置。
  9. 【請求項９】並設された素子電極間方向における前記素
    子電極の幅が、１μｍ〜50μｍの範囲であることを特徴
    とする請求項２に記載の画像形成装置。
  10. 【請求項１０】前記電子放出素子が複数結線された線状
    電子放出素子の複数と、前記変調電極の複数とがXYマト
    リクスを構成していることを特徴とする請求項１〜９の
    いずれかに記載の画像形成装置。
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