JP3072809B2

JP3072809B2 - 電子放出素子と該素子を用いた電子線発生装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP3072809B2
Application number: JP26871492A
Authority: JP
Inventors: 一郎野村; 嘉和坂野; 理恵上野; 敬野間; 英俊鱸; 尚人中村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-10-08
Filing date: 1992-10-07
Publication date: 2000-08-07
Anticipated expiration: 2015-08-07
Also published as: EP0790631A2; JPH05242793A; AU2628992A; US6593950B2; US20020041294A1; EP0790631B1; AU655677B2; EP0790631A3

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に、冷陰極型の電子
放出素子及び該電子放出素子を用いた電子線発生装置並
びに画像形成装置に関する。

【０００２】

【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
ロンフィジックス（ＲａｄｉｏＥｎｇ．Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎＰｈｙｓ．）第１０巻、１２９０〜１２９６
頁、１９６５年］．これは、基体上に形成された小面積
の薄膜に、膜内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．Ｄ
ｉｔｔｍｅｒ：“ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉｌｍ
ｓ”）第９巻、３１７頁、１９７２年）、ＩＴＯ薄膜に
よるもの［エムハートウエ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
ンファレン（Ｍ．ＨａｒｔｗｅｌｌａｎｄＣ．Ｇ．Ｆ
ｏｎｓｔａｄ；“ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ＥＤＣｏｎ
ｆ．”）５１９頁、１９７５年］等が報告されている。

【０００３】これらの表面伝導形放出素子の典型的な素
子構成を図３０に示す。同図において８２及び８３は電
気的接続を得るための電極、８５は電子放出材料で形成
される薄膜、８１は基板、８４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おいては、電子放出
を行なう前に予めフォーミングと呼ばれる通電加熱処理
によって電子放出部を形成する。即ち、前記電極８２と
電極８３の間に電圧を印加する事により、薄膜８５に通
電し、これにより発生するジュール熱で薄膜８５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８４を形成することにより電子放
出機能を得ている。尚、電気的に高抵抗な状態とは、薄
膜８５の一部に、０．５μｍ〜５μｍの長さの亀裂を有
し、かつ亀裂内がいわゆる島構造を有する不連続状態膜
を言う。島構造とは一般に数十オングストロームから数
ミクロンメーター径の微粒子が基板８１にあり、各微粒
子は空間的に不連続で電気的には連続な膜をいう。従
来、表面伝導形放出素子は上述の高抵抗不連続膜に電極
８２、８３により電圧を印加し、素子表面に電流を流す
ことにより、上述微粒子より電子を放出せしめるもので
ある。

【０００４】また、本発明者らは、特開平１−２００５
３２号公報及び特開平２−５６８２２号公報において、
電極間に電子を放出せしめる微粒子を分散配置した新規
な表面伝導形放出素子を技術開示した。この電子放出素
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。等の利点を有する素
子である。これらの表面伝導形放出素子の典型的な素子
構成を図３１に示す。図３１において、８２及び８３は
電気的接続を得るための電極、８６は電子放出せしめる
微粒子が分散配置した電子放出部、８１は基板である。

【０００５】近年、上述した表面伝導形放出素子を画像
形成装置に用いようとする試みが成されている。その例
を図３２に示す。同図は上述した電子放出素子を多数並
べた画像形成装置を示すものである。ここで、９２及び
９３は配線電極、９４は電子放出部、９５はグリット電
極、９６は電子通過孔、９７は画像形成部材である。こ
の画像形成部材は例えば、蛍光体、レジスト材等、電子
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。また、この画像形成装置は、配線電極９２及
び９３の間に複数の電子放出部９４が線状に並べられた
線状電子源とグリット電極９５でＸＹマトリックス駆動
を行ない、画像形成部材９７に、情報信号に応じて電子
を衝突させることにより画像形成を行なう装置である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】まず、以上述べた従来
の表面伝導形放出素子の電気特性（電流−電圧特性）に
ついて、図６を用いて説明するならば、従来の電子放出
素子は、放出電子は一定の素子電圧（素子に印加される
電圧）Ｖｅから急激に増加し、素子電圧Ｖｄで、例えば
上記画像形成装置において画像形成するのに充分な電子
線を放出し得る。また、素子電流（素子に流れる電流）
Ｉｆは素子電圧の上昇とともに増加し、素子電圧Ｖｅ付
近から増加割合が高くなる。一般にこれら従来の素子は
電子放出に無関係な電流、即ち、同図に示す大きな無効
電流が流れるものであるが、かかる無効電流の素子電流
Ｉｆに対する割合は、５０パーセント程度にまで及ぶ場
合がある。このような無効電流の増加は、電子放出素子
の駆動時の消費電力の増加、電子放出素子の発熱による
電子放出特性（電子放出効率、放出電子の安定性等）を
低下せしめるものである。また、上記無効電流の増加
は、以下の様な問題点をも生み出す。すなわち、無効電
流の大きな電子放出素子を上述の如き画像形成装置に用
いた場合、１）．無効電流が配線電極に流れ、電圧降下
が生じるために電子放出量が電子放出素子によって異な
る。２）．無効電流が形成する画像の種類（即ち、入力
される情報信号の違い）によって変化するため、配線電
極での電圧降下が変化し、素子から放出される電子量が
変動する。以上の問題点は結局、形成画像のコントラス
ト及び鮮明性の低下、特に、形成画像が蛍光画像である
場合には、蛍光画像の輝度のバラツキ、輝度変化をもた
らし、画像形成装置の高精細化、大画面化が困難とな
り、また消費電力の増大にもつながる。

【０００７】そこで本発明は上記問題点に鑑みなされた
発明であって、その目的は特に、無効電流の極めて小さ
い電子放出素子並びに電子線発生装置を提供することに
ある。更に本発明の目的は、電子放出効率、放出電子の
安定性等の電子放出特性に優れ、消費電力の小さな電子
放出素子並びに電子線発生装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、装置全体の無効電流が極めて小
さく、形成画像のコントラスト及び鮮明性に優れ、消費
電力の小さな画像形成装置の提供、とりわけ、輝度のバ
ラツキ、輝度の変動の極めて少ない発光画像を形成する
画像形成装置の提供にある。

【０００８】更に、本発明の目的は上記問題点を解決す
る他に、画像形成装置の外囲器が加重される大気圧を支
持する支持部材を設け、該外囲器を構成するフェースプ
レート及びバックプレートを薄い材料で形成し、大画面
且つ軽量の画像形成装置の提供にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、以下の本発
明により達成される。

【００１０】即ち、本発明は、基体上に配置された一対
の電極と、該電極間に配置された導電膜および電子放出
領域とを有しており、該電子放出領域内の電圧印加長が
５オングストローム〜３００オングストロームの範囲内
にあり、前記電子放出領域に微粒子が分散配置されてな
ることを特徴とする電子放出素子である。

【００１１】更に、本発明は、上記電子放出素子の複数
と、各電子放出素子に接続した走査配線電極および信号
配線電極と、を有する単純マトリクス構造の電子線発生
装置であって、前記電子放出素子が、請求項１乃至４の
いずれかに記載の電子放出素子であることを特徴とする
電子線発生装置である。

【００１２】更に、本発明は、上記電子線発生装置と、
該電子線発生装置を構成する電子放出素子から放出され
る電子線により画像を形成する画像形成部材とを有する
ことを特徴とする画像形成装置である。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】以下に、まず本発明の電子放出素子につい
て詳述する。まず、本発明の電子放出素子の主たる特徴
部分について、図１（平面図）、図２（図１のＡ−Ａ′
断面図）及び図３（図２のＢ−Ｂ′断面図）を用いて説
明する。同図において、１は絶縁性基体、２及び３は電
極、５は電子放出領域、４は電子放出領域５よりも低抵
抗の微粒子膜、６は電子放出領域５に分散配置された微
粒子を示す。本発明の電子放出素子は、第１に、微粒子
６が分散配置された電子放出領域５と該領域５内部に電
圧を印加するための電極２及び３を必須の構成要件とす
る。即ち、本発明の電子放出素子は該電極２、３間に印
加される電圧により電子放出領域に電子（電流）が流
れ、該電子が該領域内部の微粒子６により形成されたギ
ャップ（微粒子同志の間隙）により該領域外へ放出され
るという機構を有する素子である。尚、同図において、
上記低抵抗の微粒子膜４は本発明の必須の要件ではない
が、電子放出領域５と電極２及び３との電気的接触をよ
り一層向上させる点で、配置されていることが好まし
い。また、電子放出領域５及び微粒子膜４を構成する微
粒子はいずれも導電性材料が用いられる。

【００２２】本発明の電子放出素子は上記必須の構成要
件に加えて、以下の第２の要件を更に具備することが必
要とされ、その具備する要件により大きく２つの態様に
分類される。その２つの各態様について、次に詳述す
る。

【００２３】まず、第１の態様は、上記電子放出領域５
内における、上記微粒子６の面積占有率が２０％〜７５
％の範囲内にある電子放出素子である。ここで、図４及
び図５は後述する実施例の一つとして作成された本発明
の電子放出素子のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真の模
写図であり、図４は、図２のＡ−Ａ′領域を上から観察
した場合の平面図、図５は、図３のＢ−Ｂ′領域を上か
ら観察した場合の平面図、更に、図５の点線領域は、電
子放出領域１５をより高倍率でＳＥＭにて観察した場合
の拡大図に相当する。尚、１２及び１３は電極、１４は
低抵抗の微粒子膜、１５は電子放出領域、１６は電子放
出領域１５内部に分散配置された微粒子を示す。本発明
で言う前記微粒子の面積占有率とは、次の様に測定され
る値を意味する。まず、図５の点線領域で示されるよう
に、素子の電子放出領域１５内部のＳＥＭ像（写真）
（但し、ＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡）でも良い）
を、微粒子数が１０個〜１０００個観察し得る倍率にて
採り、かかるＳＥＭ像から、全面積に対し全微粒子１６
の面積が占める割合を測定する。この測定を該電子放出
領域１５の全領域にわたり行い、得られた測定値の平均
値を算出して、これを上記微粒子の面積占有率とした。

【００２４】以上の本発明の電子放出素子において、該
微粒子の面積占有率と上述した該素子に流れる無効電流
との関係、更には、素子の電子放出特性との関係は、本
発明者等の知見によれば、次の様に考えられる。即ち、
前記微粒子の面積占有率が大き過ぎると、電子放出領域
全体に占める前記ギャップの割合が小さくなり過ぎるた
め、電子放出領域は連続膜としての性状を呈することと
なり、該ギャップから放出される電子量よりも該連続膜
を流れる電子量の方が大きくなり、結局、素子の無効電
流が大きくなってしまい、しかも、放出される電子量も
少なくなってしまうと考えられる。一方、前記微粒子の
占有面積が小さ過ぎると、該ギャップの割合が大きくな
り過ぎるため、電子放出のための印加電圧が大きくなる
ので、一度放出された電子が電極に引き戻されてしまう
現象が生じるため、この場合もまた素子の無効電流が大
きくなってしまい、また、放出される電子量も少なくな
ってしまうと考えられる。

【００２５】本発明者らは、以上の知見に基づき、鋭意
研究の結果、該微粒子の面積占有率について、２０％〜
７５％の範囲内とすること、特に好ましくは３５％〜６
０％の範囲内とすることが、電子放出素子の無効電流を
極めて小さくする上で有効であり、しかも、電子放出量
が多く、また、電子放出効率及び電子の放出安定性とい
う点でも極めて有効であることを見出し、本発明に至っ
た。

【００２６】更に、本発明のかかる第１の態様において
は、該電子放出領域に分散配置される微粒子の平均粒径
は、５オングストローム〜３００オングストロームの範
囲に設定されていることが好ましく、特に好ましくは５
オングストローム〜８０オングストロームの範囲に設定
されていることが望ましい。即ち、上記範囲に設定され
ていることは、極端に大きな粒径の微粒子自体に流れる
無効電流をも防ぐことができ、素子全体としての無効電
流をより一層低減することができる上、電子放出効率及
び放出電子の安定性（特に、放出電子の揺らぎ）をも一
層低減できる。

【００２７】次に、本発明の電子放出素子の第２の態様
は、上記電子放出領域５内における、上記微粒子６の微
粒子間隔が５オングストローム〜１００オングストロー
ムの範囲内にあり、且つ該微粒子の平均粒径が５オング
ストローム〜１０００オングストロームの範囲にある電
子放出素子である。本発明で言う前記微粒子間隔とは、
図３のＳで示される様に微粒子同志の間隙幅を意味す
る。又、微粒子間隔Ｓ及び平均粒径ｔは次の様に測定さ
れる値である。まず、図５の点線領域で示されるよう
に、素子の電子放出領域１５内部のＳＥＭ像（写真）
（但し、ＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡）でも良い）
を、微粒子数が１０個〜１０００個観察し得る倍率にて
採り、かかるＳＥＭ像から、全ての微粒子間隙ｓ、微粒
子直径ｔを測定する。この測定を該電子放出領域１５の
全領域にわたり行い、得られた各々の測定値の平均値を
算出して、これを上記微粒子間隔及び平均粒径とした。

【００２８】以上の本発明の電子放出素子において、該
微粒子間隔及び該平均粒径と、上述した該素子に流れる
無効電流との関係、及び、素子の電子放出特性との関係
は、本発明者等の知見によれば、上述の第１の態様同様
に次の様に考えられる。即ち、前記平均粒径が大き過ぎ
且つ前記微粒子の間隔が小さ過ぎると、電子放出領域全
体に占める前記ギャップの割合が小さくなり過ぎるた
め、電子放出領域は連続膜としての性状を呈することと
なり、該ギャップから放出される電子量よりも該連続膜
を流れる電子量の方が大きくなり、結局、素子の無効電
流が大きくなってしまい、しかも、放出される電子量も
少なくなってしまうと考えられる。一方、前記平均粒径
が小さ過ぎ且つ前記微粒子の間隔が大き過ぎると、該ギ
ャップの割合が大きくなり過ぎるため、電子放出のため
の印加電圧が大きくなるので、一度放出された電子が電
極に引き戻されてしまう現象が生じるため、この場合も
また素子の無効電流が大きくなってしまい、また、放出
される電子量も少なくなってしまうと考えられる。

【００２９】本発明者らは、以上の知見に基づき、鋭意
研究の結果、該微粒子間隔については、５オングストロ
ーム〜１００オングストロームの範囲内とし、且つ該微
粒子の平均粒径については５オングストローム〜１００
０オングストロームの範囲内とすることが、電子放出素
子の無効電流を極めて小さくする上で有効であり、しか
も、電子放出量が多く、また、電子放出効率及び電子の
放出安定性という点でも極めて有効であることを見出
し、本発明に至った。更に、本発明のかかる第２の態様
においては、該微粒子間隔は５オングストローム〜５０
オングストロームの範囲とすることが特に好ましく、
又、該微粒子の平均粒径は、５オングストローム〜３０
０オングストロームの範囲に設定されていることが好ま
しく、特に好ましくは５オングストローム〜８０オング
ストロームの範囲に設定されていることが望ましい。

【００３０】以上、本発明の電子放出素子に関し、２つ
の態様に分けて述べたが、各態様のいずれの構成要件を
も具備した電子放出素子は、本発明において、より好ま
しい態様である。即ち、該微粒子の該電子放出領域内に
おける面積占有率が２０％〜７５％の範囲内にあり、該
微粒子間隔が５オングストローム〜１００オングストロ
ームの範囲内にあり、且つ該微粒子の平均粒径が５オン
グストローム〜１０００オングストロームの範囲にある
電子放出素子は、前記各態様の電子放出素子に比べ、と
りわけ、素子の無効電流の低減に関し、より優れた効果
を奏し、更に、電子放出量、電子放出効率及び放出安定
性（放出電子の揺らぎ防止）の点でもより優れている
他、素子の駆動に際し、より低電圧で駆動でき、より長
寿命の電子放出素子をも提供できる。しかも、上記面積
占有率を３５％〜６０％の範囲内とすること、更に、前
記粒子間隔を５オングストローム〜５０オングストロー
ムとすることは、より一層上記の効果を向上させる点で
好ましく、更には、該電子放出領域に分散配置される微
粒子の平均粒径を、５オングストローム〜３００オング
ストローム、より望ましくは５オングストローム〜８０
オングストロームの範囲に設定することは、特に好まし
い態様である。

【００３１】次に、以上述べた本発明の電子放出素子の
前記面積占有率、前記微粒子間隔及び前記微粒子径の制
御方法について述べる。かかるパラメーターの制御は、
本発明においては次の様に行われた。まず、電極間隔は
０．２ミクロンメータ〜５ミクロンメータの範囲内で設
定し、粒子径が５オングストローム〜１０００オングス
トロームの範囲内にある導電性粒子を該電極間に分散配
置してシート抵抗が３×１０³ Ω／□〜１×１０⁷ Ω／
□の範囲内にある導電体膜を形成する。次に、該導電体
膜に該電極を通じて特定波形の電圧パルスを印加する。
ここで、印加する電圧パルスは電極の形状、導電体膜の
材質、基体の材質によって適宜設定される。また、上記
導電性粒子としては、例えば、Ｐｄ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒ
ｈ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｕ、
Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｃ
ｓ、Ｂａ等の金属、ＬａＢ₆ 、ＣｅＢ₆ 、ＨｆＢ₄ 、Ｇ
ｄＢ₄ 等の硼化物、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、
ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ等の
窒化物、ＰｄＯ、Ｉｒ₂ Ｏ₃ 、ＳｎＯ₂ 、Ｓｂ₂ Ｏ₃等
の金属酸化物、Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体、カーボン、Ａ
ｇ、Ｍｇ等が挙げられる。以上の方法が上記パラメータ
ーの制御において好ましい方法である。

【００３２】次に、本発明者等は、従来の電子放出素子
が有する先述した大きな無効電流について、更に検討し
た結果、以下の知見をも得た。即ち、電子放出素子に流
れる無効電流の大きさは、素子駆動の際の電圧が、その
素子に実効的に印加されている領域の大きさ（以後、電
圧印加長という）によって変化するとの知見を得たので
ある。そして該無効電流を極めて小さく抑えるために
は、この電圧印加長を一定の範囲内に制御することが必
要であり、しかもその長さを５オングストローム〜３０
０オングストロームの範囲、好ましくは５オングストロ
ーム〜５０オングストロームの範囲内とすることによ
り、素子の無効電流をほとんど無くすることができるこ
とを見出した。ここで、電圧印加長について更に詳述す
る。電圧印加長とは、上記の如く電子放出素子の、実効
的に電圧が印加されている領域の長さを意味するもの
で、該領域においては、実質的に電圧降下が生じている
が、該領域以外は実質上電圧降下は生じない。

【００３３】また、この電圧印加長は、次の様に測定さ
れる長さである。図８は本発明の電子放出素子に電圧を
印加した際の電極間のＳＥＭ像（写真）の模写図であ
り、図９は図８と同じ電子放出素子に対して、図８とは
逆方向の電圧を印加した際の電極間のＳＥＭ像の模写図
である。両図において、１５は電子放出領域、１４は電
極（不図示）と電子放出領域との電気的接触を良好にす
るための導電膜、１７は２次電子の放出量が少ない部分
で、実際のＳＥＭ像でも黒く表れる。測定対象となる電
子放出素子に、１×１０^-3ｔｏｒｒ〜１×１０^-6ｔｏｒ
ｒの真空下、１．５Ｖ〜４．０Ｖの電圧を印加してその
時の素子電極間のＳＥＭ像を採る。次に、同じ素子に対
して、同じ大きさで逆方向の電圧を印加し、その時の素
子電極間の同倍率のＳＥＭ像を採る。得られた２つのＳ
ＥＭ像を図１０に示す様に重ね、電子放出領域１５内部
の白抜け領域１８の最長幅Ｌを測り、ＳＥＭ像の倍率か
ら実際の長さを算出する。また、上記ＳＥＭ像では該測
定が困難な場合には、ＳＴＭを用いても測定できる。こ
の場合は、素子に印加する電圧を１Ｖ〜２．５Ｖとし、
ＳＴＭの探針を素子の負電位電極側から正電位電極側へ
走査しながらその時の電位を測定していく。この時の測
定値において、印加電圧の３０％から７０％の値を示す
領域の長さを電圧印加長Ｌとする。

【００３４】また、更に、本発明者等は、電子放出素子
にかかる電界強度についても検討した結果、素子に印加
される素子電圧に対し、上記電圧印加長を小さくするこ
とは結局、素子にかかる電界強度を高くすることであ
り、上記電圧印加長の測定結果から該無効電流が極めて
小さい電子放出素子は、１×１０⁷ Ｖ／ｃｍ以上の電界
強度を有する素子であることを見出した。ここで、上記
電界強度（Ｅ）は、Ｅ＝Ｖｆ／Ｌで算出される値であ
る。

【００３５】以上述べた、本発明の電子放出素子におけ
る、電圧印加長及び電界強度の制御は、本発明において
は次の様に行われた。まず、電極間隔は０．２ミクロン
メータ〜５ミクロンメータの範囲内で設定し、該電極間
にシート抵抗が３×１０³ Ω／□〜１×１０⁷ Ω／□の
範囲内にある導電体膜を形成する。次に、該導電体膜に
該電極を通じて特定波形の電圧パルスを印加する。ここ
で、印加する電圧パルスは電極の形状、導電体膜の材
質、基体の材質によって適宜設定される。また、後述す
る実施例で示される様に、上記導電体膜は、粒子径が５
オングストローム〜１ミクロンメータの範囲内にある導
電性粒子を該電極間に分散配置して形成された膜である
ことが好ましく、その材質は先述した同様の材料が用い
られる。

【００３６】以上、詳述した各態様の本発明の電子放出
素子は、図７に示す電流−電圧特性のグラフから明らか
な様に、素子の無効電流が極めて小さい電子放出素子で
あり、該無効電流が２％以下、より好ましい態様では１
％以下の電子放出素子である。更に、本発明のいずれの
態様の電子放出素子も、電子放出量、電子放出効率及び
放出安定性（放出電子の揺らぎ防止）等の電子放出特性
の点でも優れた電子放出素子である。

【００３７】次に、以下で本発明の電子線発生装置及び
画像形成装置について詳述する。本発明の電子線発生装
置及び画像形成装置は、上述した電子放出素子を用いた
ことを主たる特徴とするものである。まず、本発明の電
子線発生装置は、上記電子放出素子の複数と、該電子放
出素子から放出される電子線を情報信号に応じて変調す
る変調手段とを有するものである。その一実施態様例を
図１８、図１９、図２０及び図２１を用いて説明する。
図１８、図１９、図２０及び図２１において、４１は絶
縁性基板、４２、４３は電極、４５は電子放出領域、４
４は該電極と該電子放出領域との良好な電気的接触を得
るための導電膜、４６は変調手段を示す。図１８、図１
９、図２０に示す態様は、電子放出領域を一対の電極間
に複数有する線電子放出素子が、該基板面上に複数並設
されており、上記変調手段として複数のグリット電極
（変調電極）４６が、該複数の線電子放出素子に対し
て、行列配置（ＸＹマトリックス状配置）されている。
該グリット電極は、図１８では該電子放出素子の電子放
出面上方空間内に配置されており、図１９では該電子放
出素子と同一基板面に並設されており（斜線部）、図２
０では該電子放出素子と基板を介して積層されている。
また、図２１に示す態様は、単一の電子放出領域を有す
る電子放出素子の複数が行列配置され、各素子が信号配
線電極５０と走査配線電極５１により同図の様に接続配
線された、一般に単純マトリクス構成と呼ばれる態様で
あり、この信号配線電極５０と走査配線電極５１とが上
記変調手段として作用する。以上例示した本発明の電子
線発生装置の駆動方法は、図１８、図１９、図２０にお
いては、まず、１ラインの線電子放出素子の電極４２、
４３に１０Ｖ〜３５Ｖの電圧パルスを印加して、複数の
電子放出部より電子線を放出させる。放出された電子線
は、該グリット電極群４６に、情報信号に対応して５０
Ｖ〜−７０Ｖの電圧を印加することによりオン−オフが
制御され、該１ライン分の情報信号に対応する電子線放
出が得られる。かかる動作を上記ラインの隣の線電子放
出素子に対し順次行うことにより、一画面分の電子線放
出が行われる。また、図２１においては、まず、１ライ
ン上の複数の電子放出素子に対し走査配線電極５１によ
り電圧パルスを印加し、次に、情報信号に対応して信号
配線電極群５０に電圧パルスを印加することで、１ライ
ン分の情報信号に対応する電子線放出が得られる。かか
る動作を上記ラインの隣のラインに対して順次行うこと
により、一画面分の電子線放出が行われる。

【００３８】以上一例を挙げて述べた、本発明の電子線
発生装置は、装置全体の無効電流が極めて小さく、電子
放出効率、放出電子の安定性等の電子放出特性に優れ、
消費電力の小さな電子線発生装置である。

【００３９】次に、本発明の画像形成装置について説明
する。本発明の画像形成装置は上記電子線発生装置の電
子線放出側に画像形成部材が配置された構成を有する。
該画像形成部材としては、蛍光体等の発光体、レジスト
材等、電子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。図２２に本発明の画像形成装置の
一例を示す。同図において、５２はリアプレート（ただ
し、前記絶縁性基体４１を兼用しても良い）、４６は変
調手段（図１８のグリット電極で示したが、図１９、図
２０のグリット電極あるいは図２１の変調手段であって
も構わない）、４２及び４３は電極、４５は電子放出領
域、４４は該電極と該電子放出領域との良好な電気的接
触を得るための導電膜、５８はフェースプレート、５７
はガラス板、５５は透明電極、５６は蛍光体である。以
上の本発明の画像形成装置の駆動方法は、まず、画像形
成部材（図２２においては、透明電極５５）に０．５ｋ
Ｖ〜１０ｋＶの電圧を印加し、次に、上記電子線発生装
置と同様の駆動方法を行うことで、該画像形成部材に情
報信号に応じた画像が形成される（図２２においては、
蛍光画像が表示される）。また、上記画像形成装置にお
いて、画像形成部材が発光体（例えば、蛍光体）の場
合、一画素についてかかる発光体をレッド、グリーン、
ブルーの三原色発光体とすることによって、フルカラー
の表示画像が得られる。また、以上述べた電子線発生装
置及び画像形成装置は、通常は、真空度が１０^-4〜１０
^-9ｔｏｒｒで駆動される。

【００４０】また、本発明の画像形成装置は、図２８及
び図２９に示す態様をも含む。即ち、図２８で示される
画像形成装置は、それぞれ図２３、図２４、図２５で示
される画像形成装置において、大気圧を支持する支持部
材１００をフェースプレート５８とリアプレート５２の
間に配置したものである。

【００４１】図２８は本発明の画像形成装置の外略的構
成図であり、図２９は図２８に示される画像形成装置の
大気圧支持部材近傍の断面図である。

【００４２】図２８において、１００は大気圧支持部
材、１０１は支持枠、１０２は蛍光体の輝点である。こ
れらの画像形成装置において、フェースプレート５８、
リアプレート５２、支持枠１０１によって外囲器が形成
され、装置内部を真空度が１０^-4〜１０^-9ｔｏｒｒとな
るように維持される。

【００４３】大気圧支持部材のない画像形成装置は大画
面化すればするほどフェースプレート５８及びリアプレ
ート５２に大気圧が加重され、この加重を支持する為に
フェースプレート５８とリアプレート５２を厚い材料で
構成する必要があり、装置が重くなると云う問題がある
ので、その対策として大気圧支持部材を設けることが望
ましい。又、大気圧支持部材１００は通常、１ミリメー
トルから１００ミリメートルおきに配置され、なるべく
画像欠陥とならないように画素間に設けられる。（大気
圧）支持部材１００の材質としては、ガラス材等の絶縁
体が用いられる。

【００４４】又、図２８、図２９に示される様な大気圧
支持部材１００を有する画像形成装置において、前述し
たような駆動を行うと、支持部材１００は電気的に浮い
た状態にある為に、予期せぬ電子ビームやイオンが支持
部材１００に衝突し、支持部材が帯電しやすい。このよ
うな帯電が発生すると電子ビームの軌道が曲げられ蛍光
体に当たる電子ビーム量が変化し、輝度ムラ、色ムラを
生じる。本発明者らは、このような支持部材の帯電によ
る問題が電子放出素子の駆動電圧と係りがあることを見
出した。つまり、電子放出素子の無効電流が大きいと素
子に印加する電圧が高くなり、支持部材１００が帯電し
やすくなる。よって本発明の無効電流の小さい電子放出
素子を用いることにより、支持部材が帯電することなく
軽量かつ大画面の画像形成装置が得られる。

【００４５】また、本発明の画像形成装置は、図２６及
び図２７に示す態様も含む。即ち、図２６及び図２７
は、例えば、図２２に示された上記画像形成装置を発光
源として用いた光プリンターの例である。図２６におい
て、６２は上記発光源、６５はドラム、６３は搬送ロー
ラ、６４は感熱または感光シートである。同図のａ、ｂ
に示す様に該光プリンターは、発光源６２を上記同様の
駆動方法（図２２の画像形成装置の駆動方法）にて駆動
し、情報信号に応じた光線を放出させ、支持体（６５及
び６３）にて支持された被記録体６４あるいは発光源６
２を走査しながら、被記録体に該光線を照射することで
該被記録体に画像を記録する装置である。更に、図２７
に示した装置も光プリンターの別の態様例である。７１
は発光源、７２はドラム状の被記録体、７７は現像機、
７５は除電器、７４はクリーナー、７３は帯電器、７６
は画像転写材である。該光プリンターでは、帯電器７３
により被記録体７２を帯電し、発光源７１から上記同様
の駆動方法（図２２の画像形成装置の駆動方法）にて放
出された光線を該被記録体７２に照射することで被記録
体７３の該照射部分を除電する。被記録体７３の光未照
射部分に現像機７７によりトナーを吸着させ、除電器７
５の位置で除電により該トナーを転写体７６に転写させ
て画像を記録する。

【００４６】以上一例を挙げて述べた、本発明の画像形
成装置は、形成画像のコントラスト及び鮮明性に優れ、
消費電力の小さな画像形成装置である。特に、上記発光
画像を形成する画像形成装置にあっては、輝度バラツ
キ、輝度の変動の極めて少ない画像形成装置である。

【００４７】以下に実施例を挙げ、本発明を更に詳述す
る。

【００４８】

【実施例】

（実施例１）本実施例の電子放出素子として図１、図
２、図３に示すタイプの電子放出素子を作成した。その
作成方法を図１１を用いて以下で述べる。

【００４９】絶縁性基体２１として石英基板を用い、
これを有機溶剤により充分に洗浄後、該基体２１面上
に、電極２２、２３を形成した（図１１のａ）。電極の
材料として、Ｎｉ金属を用いた。電極間隔Ｇは３ミクロ
ンメータとし、電極の長さを５００ミクロンメータ、そ
の厚さを１０００オングストロームとした。

【００５０】有機パラジウム（奥野製薬（株）製、Ｃ
ＣＰ−４２６０）を塗布した後、３２０℃で加熱処理を
して、酸化パラジウム（ＰｄＯ）微粒子（平均粒径：２
０オングストローム）からなる微粒子膜２４を形成し
た。ここで微粒子膜２４の長さを３００ミクロンメータ
として電極１、２のほぼ中央部に配置した（図１１の
ｂ）。

【００５１】次に、図１１のｃに示すように、電子放
出領域２５を電極２２と電極２３の間に電圧を印加し、
微粒子膜２４を通電処理（フォーミング処理）すること
により作成した。フォーミング処理の電圧波形を図１２
に示す。

【００５２】図１２中、Ｔ₁ 及びＴ₂ は電圧波形のパル
ス幅とパルス間隔であり、本実施例ではＴ₁ を１．０ミ
リ秒、Ｔ₂ を１０ミリ秒とした。また、フォーミング電
圧は以下に示す電圧にて行った。また、フォーミング処
理は約１×１０^-6ｔｏｒｒの真空雰囲気下で行った。こ
のように作成された電子放出領域２５は、図３に示され
るようにパラジウム微粒子６が酸化パラジウム微粒子膜
４の間に分散配置され、微粒子６の平均粒径は１０オン
グストロームであった。

【００５３】上記工程の有機パラジウムの塗布量を変
えて微粒子膜２４のシート抵抗値を変えることと、上記
工程のフォーミング電圧を変えることにより、微粒子
６の面積占有率の異なる次の３種類の素子を作成した。（１）シート抵抗値８×１０⁴ Ω／□、フォーミング電
圧４Ｖ：微粒子の面積占有率が７５％の素子を作成し
た。（２）シート抵抗値３×１０⁴ Ω／□、フォーミング電
圧７Ｖ：微粒子の面積占有率が５０％の素子を作成し
た。（３）シート抵抗値５×１０³ Ω／□、フォーミング電
圧１３Ｖ：微粒子の面積占有率が２０％の素子を作成し
た。

【００５４】該素子を１×１０^-7ｔｏｒｒの真空下にて
図１６に示される評価装置で電子放出特性を測定したと
ころ表１に示されるような結果が得られた。

【００５５】（測定方法）ここで、図１６は測定評価装
置の概略構成図である。図１６において、２１は絶縁性
基体、２２及び２３は電極、２５は電子放出領域、２４
は電気的接続を得るための導電膜、３１は素子に電圧を
印加するための電源、３０は素子電流Ｉｆを測定するた
めの電流計、３４は素子より発生する放出電流Ｉｅを測
定するためのアノード電極、３３はアノード電極３４に
電圧を印加するための高圧電源、３２は放出電流を測定
するための電流計である。ここで、上記素子電流とは、
電流計３０によって測定される電流量であり、また、上
記放出電流とは、電流計３２により測定される電流量で
ある。電子放出素子の上記素子電流、放出電流の測定に
あたっては、素子電極２２、２３に電源３１と電流計３
０とを接続し、該電子放出素子の上方に電源３３と電流
計３２とを接続したアノード電極３４を配置し、真空度
１×１０^-5ｔｏｒｒの環境下で該測定を行う。測定結果
から、無効電流は、図６に示す様に、以下の様に算出さ
れる。

【００５６】無効電流＝（Ｉｘ／Ｉｆ′）×１００［％］（ここで、Ｉｆ′は駆動電圧Ｖｄにおける素子電流値で
あり、Ｉｘは、素子電圧がゼロのときの素子電流値と素
子が電子放出し始める素子電圧Ｖｅでの素子電流値とを
結ぶ直線の駆動電圧Ｖｄでの外挿値）（実施例２）本実施例の電子放出素子は次の方法で作成
された。

【００５７】実施例１のと同じ方法で、絶縁性基体
上に一対の電極を作成した。

【００５８】実施例１のと同じ方法で、微粒子膜２
４を作成したもの（図１１のｂ）を還元雰囲気（水素ガ
スと窒素ガスの混合ガス）中で３５０℃に加熱し、更に
大気中で３５０℃で加熱する。これにより、酸化パラジ
ウム微粒子の粒径が７０オングストロームから５００オ
ングストロームに成長し、実施例１と比較して大粒径の
酸化パラジウム微粒子膜２４が形成された。微粒子膜２
４のシート抵抗値は２×１０⁴ Ω／□であった。

【００５９】上記で作成した酸化パラジウム微粒子
膜２４に図１３で示される電圧波形のフォーミング処理
を施すことにより本実施例の電子放出素子を作成した。
尚、実施例ではパルス幅Ｔ₁ を１０ミリ秒、パルス間隔
Ｔ₂ を１００ミリ秒とした。

【００６０】フォーミング処理の電圧値を以下の様に変
えて、次の２種類の素子を作成した。（１）フォーミング電圧６Ｖ：微粒子６の平均粒径が４
０オングストローム、微粒子６の面積占有率が６０％の
素子を作成した。（２）フォーミング電圧１３Ｖ：微粒子６の平均粒径が
３００オングストローム、微粒子６の面積占有率が３５
％の素子を作成した。

【００６１】該素子を実施例１と同様な評価をしたとこ
ろ表１に示されるような結果を得た。

【００６２】（実施例３）微粒子膜２４のシート抵抗値
５×１０⁵ Ω／□、フォーミング電圧値を４Ｖとした以
外、実施例２と同様な方法で、微粒子６の面積占有率が
５０％、微粒子６の平均粒径が５オングストロームの素
子を作成した。該電子放出素子は、実施例２とほぼ同等
な効果（無効電流が１％以下）が得られた。

【００６３】（実施例４）本実施例の電子放出素子を以
下の様に作成した。

【００６４】実施例１のと同様の方法で電極間隔Ｇ
が１ミクロンメータとなるように絶縁性基体２１上に電
極２２、２３を形成した（図１１のａ）。

【００６５】実施例１のと同様の方法で酸化パラジ
ウム（ＰｄＯ）微粒子（粒径：２０〜８０オングストロ
ーム）からなる微粒子膜２４を形成した（図１１のｂ）
後、還元雰囲気（水素ガスと窒素ガスの混合ガス）中で
約２００℃に加熱し、該微粒子膜２４をパラジウム（Ｐ
ｄ）（粒径：１５〜６０オングストローム）微粒子膜と
した。この微粒子膜の長さは３００ミクロンメータであ
り、シート抵抗値はΩ／□であった。

【００６６】次に図１１のｃに示すように電子放出領
域２５を、電極２２と電極２３の間に電圧を印加し微粒
子膜２４をフォーミング処理することにより作成した。
フォーミング処理は図１２で示される電圧波形で行い、
パルス幅Ｔ₁ を１０マイクロ秒、パルス間隔Ｔ₂ を５０
０マイクロ秒とした。また、フォーミング処理は約１×
１０^-6ｔｏｒｒの真空雰囲気下で行った。

【００６７】上記工程において、実施例１の工程と
同様に有機パラジウムの塗布量を変えて、上記微粒子膜
２４のシート抵抗値を変えることと、上記工程のフォ
ーミング電圧の値を以下の様に変えることにより、次の
３種類の素子を作成した。（１）シート抵抗値１×１０⁵ Ω／□、フォーミング電
圧３．５Ｖ：平均粒子間隔が１２オングストローム、平
均粒子径が３０オングストロームの素子を作成した。（２）シート抵抗値５×１０⁴ Ω／□、フォーミング電
圧６．０Ｖ：平均粒子間隔が２０オングストローム、平
均粒子径が３５オングストロームの素子を作成した。（３）シート抵抗値３×１０⁴ Ω／□、フォーミング電
圧１４Ｖ：平均粒子間隔が５０オングストローム、平均
粒子径が４０オングストロームの素子を作成した。

【００６８】該素子を実施例１と同様な評価をしたとこ
ろ表２に示される結果が得られた。

【００６９】（実施例５）微粒子膜２４のシート抵抗値
を１×１０⁵ Ω／□、フォーミング電圧値を４Ｖとした
以外は実施例４と同様に、平均粒子間隔が５オングスト
ローム、平均粒子径が５０オングストロームの電子放出
素子を作成した。該素子は、実施例４とほぼ同等の効果
（無効電流３％以下）が得られた。

【００７０】（実施例６）微粒子膜２４のシート抵抗値
を５×１０³ Ω／□フォーミング電圧値を１４Ｖとした
以外は実施例４と同様に、平均粒子間隔が１００オング
ストローム、平均粒子径が５０オングストロームの電子
放出素子を作成した。該素子は、実施例４とほぼ同等の
効果（無効電流１％以下）が得られた。

【００７１】（実施例７）本実施例の電子放出素子を以
下の様に作成した。

【００７２】実施例４のと同じ方法で、絶縁性基体
２１上に電極２２及び２３を形成した（図１１のａ）。

【００７３】実施例４のにおいて、還元雰囲気中の
加熱温度を３７０℃にして、パラジウム（Ｐｄ）（粒
径：６０〜５００オングストローム）の微粒子膜２４
（図１１のｂ）を形成した。

【００７４】次に図１１のｃに示す様に電子放出領域
２５をフォーミング処理することにより形成した。フォ
ーミング処理は図１３に示される電圧波形、パルス幅Ｔ
₁ が５０マイクロ秒、パルス間隔Ｔ₂ が５００マイクロ
秒で行った。

【００７５】塗布量を変えて微粒子膜２４のシート抵抗
値を変えることと、該フォーミング電圧を変えることに
より、次の２種類の素子を作成した。（１）シート抵抗値５×１０⁴ Ω／□、フォーミング電
圧４．０Ｖ：平均粒子間隔が２０オングストローム、平
均粒子径が４０オングストロームの素子を作成した。（２）シート抵抗値７×１０³ Ω／□、フォーミング電
圧１２Ｖ：平均粒子間隔が３５オングストローム、平均
粒子径が３００オングストロームの素子を作成した。

【００７６】該素子を実施例１と同様な評価をしたとこ
ろ表２に示される結果が得られた。

【００７７】（実施例８）微粒子膜２４のシート抵抗値
を３×１０⁵ Ω／□、フォーミング電圧を４Ｖにした以
外は実施例７と同様な方法で、平均粒子間隔が３０オン
グストロームでかつ微粒子の平均粒径が５オングストロ
ームの素子を作成したところ、実施例７と同等の効果
（無効電流が１．０％以下）が得られた。

【００７８】（実施例９）本実施例の電子放出素子を以
下の様に作成した。その作成方法を図１４を用いて説明
する。

【００７９】図１４のａ、ｂ、ｃは実施例１の、、
と同様な方法で作成した。ただし、フォーミング処理
は図１２の電圧波形でフォーミング電圧が８Ｖ、パルス
幅Ｔ₁ が１ミリ秒、パルス間隔Ｔ₂ が１０ミリ秒で行っ
た。

【００８０】次に図１４のｄに示されるように所望の
位置にデイッピング法により、有機パラジウム（奥野製
薬（株）製、ＣＣＰ−４２６０）を塗布した後、３２０
℃で加熱処理し酸化パラジウム（ＰｄＯ）微粒子からな
る微粒子膜２４−ｂを電子放出領域２５−ａ上に形成し
た。

【００８１】次に図１４のｅに示されるように最初と
同等のフォーミング処理により電子放出領域２５−ｂを
作成した。このとき電子放出領域２５−ｂは、最初に形
成した電子放出領域２５−ａとほぼ同位置に形成され
た。また、本実施例の、の工程を繰り返し行うこと
により、パラジウム微粒子６の間隔が制御でき、次の３
種類の素子を作製した。（１）、の工程を３回繰り返した。：微粒子の平均
粒子間隔が１２オングストローム、微粒子の平均粒径が
３５オングストローム、微粒子の面積占有率が６５％の
電子放出素子を作成した。（２）、の工程を２回繰り返した。：微粒子の平均
粒子間隔が２０オングストローム、微粒子の平均粒径が
３０オングストローム、微粒子の面積占有率が５０％の
電子放出素子を作成した。（３）、の工程を１回行った。：微粒子の平均粒子
間隔が５０オングストローム、微粒子の平均粒径が２５
オングストローム、微粒子の面積占有率が３０％の電子
放出素子を作成した。

【００８２】該素子を実施例１と同様な方法で評価した
ところ表３に示されるような結果が得られた。

【００８３】（実施例１０）実施例９と同様な方法で、
、の工程を４回繰り返すことにより、電子放出領域
の面積占有率が７５％、微粒子の平均粒径が３５オング
ストローム、微粒子の平均間隔が５オングストロームの
電子放出素子を作成した。

【００８４】実施例９と同様な評価をしたところ、ほぼ
同等の効果（無効電流２．０％以下）が得られた。

【００８５】（実施例１１）実施例９と同様な方法で、
の工程のフォーミング電圧を１２Ｖとすることによ
り、電子放出領域の面積占有率が２０％、微粒子の平均
粒径が２５オングストローム、微粒子の平均間隔が１０
０オングストロームの電子放出素子を作成した。

【００８６】実施例９と同様な評価をしたところ、ほぼ
同等の効果（無効電流０．２％以下）が得られた。

【００８７】（実施例１２）実施例９と同様な方法で、
の工程のフォーミング電圧を１２Ｖとし、、の工
程を２回繰り返すことにより、電子放出領域の面積占有
率が５０％、微粒子の平均粒径が３００オングストロー
ム、微粒子の平均間隔が３０オングストロームの電子放
出素子を作成した。

【００８８】実施例９と同様な評価をしたところ、ほぼ
同等の効果（無効電流１．０％以下）が得られた。

【００８９】（実施例１３）本実施例の電子放出素子を
以下の様に作成した。その作成方法を図１５を用いて説
明する。

【００９０】図１５のａ、ｂはそれぞれ実施例１の
、と同様の方法にて行われた。

【００９１】次に、酸化パラジウム微粒子膜２４の一
部を電子ビームで照射し、酸化パラジウム微粒子を還元
して、パラジウム微粒子（粒径：１５〜６０オングスト
ローム）からなる微粒子膜２６を形成した（図１５の
ｃ）。電子ビームの照射は電流値：３０ｎＡ、加速電
圧：３０ｋＶ、真空度：１×０^-6ｔｏｒｒで行った。パ
ラジウム微粒子膜２６は酸化パラジウム微粒子膜２４の
ほぼ中央部に幅１０００オングストロームに形成した。

【００９２】次に図１５のｄに示す様に電子放出領域
２５を、電極２２と電極２３の間に電圧を印加し、パラ
ジウム微粒子膜２６をフォーミング処理することにより
形成した。フォーミング処理は図１２で示されるような
電圧波形で、パルス幅Ｔ₁ が７０マイクロ秒、パルス間
隔Ｔ₂ が５００マイクロ秒で行った。

【００９３】上記フォーミング電圧を変えることによ
り、次の３種類の素子を作製した。（１）フォーミング電圧３．５Ｖ：微粒子の平均間隔が
１２オングストローム、微粒子の平均粒径が２５オング
ストローム、微粒子の面積占有率が６５％の電子放出素
子を作成した。（２）フォーミング電圧６．０Ｖ：微粒子の平均粒子間
隔が２０オングストローム、微粒子の平均粒径が２８オ
ングストローム、微粒子の面積占有率が５０％の電放出
素子を作成した。（３）フォーミング電圧１４Ｖ：微粒子平均間隔が５０
オングストローム、微粒子の平均粒径が３５オングスト
ローム、微粒子の面積占有率が３５％の電子放出素子を
作成した。

【００９４】該素子を実施例１と同様な評価をしたとこ
ろ表３で示されるような結果を得た。

【００９５】

【表１】

【００９６】

【表２】

【００９７】

【表３】

【００９８】（実施例１４）上記実施例１〜１３の電子
放出素子を直線状に複数配置し、図１７に示すような電
子線発生装置を作製した。図１７において、４１は絶縁
性基体（リアプレート）、４２及び４３は配線電極、４
４は電気抵抗の低い低抵抗部、４５は電子放出領域、Ｇ
₁ 〜Ｇ_L （４６）は変調手段（グリッド電極）、４７は
電子通過孔である。絶縁性基体４１と変調手段４６との
間隔は１０ミクロンメータとした。以上の電子線発生装
置を次の方法にて駆動した。すなわち、該装置を真空度
１０^-6ｔｏｒｒの環境下に配置し、まず配線電極間に、
駆動電圧（実施例１〜１３で示される各素子電圧）を印
加し、次に情報信号に応じて変調手段に３０Ｖの電圧を
印加した。その結果、複数の領域４５から該情報信号に
応じた電子線の放出が得られた。

【００９９】本実施例の電子線発生装置は、素子電流中
の無効電流が極めて小さい（２％以下）ので消費電力が
小さく、電子放出素子をファインピッチに配置すること
ができた。また、電極４２及び４３に流れる電流が小さ
いので、電極４２及び４３での電圧降下が小さく、各素
子から放出する電子ビーム量（放出電流）が均一であ
り、素子を多数電極４２及び４３間に配置することがで
きた。

【０１００】本実施例において、上記実施例の電子放出
素子のうち、実施例１の（１）、（２）、実施例２の
（１）、実施例３、実施例４の（１）、（２）、
（３）、実施例５、実施例７の（１）、実施例８、特
に、実施例９の（１）、（２）、（３）、実施例１２の
（１）、（２）、（３）の電子放出素子が駆動電圧が低
い、放出電流が高い、素子間の放出電流のバラツキが小
さい等の点で優れた効果を有した。

【０１０１】（実施例１５）上記実施例１〜１３の電子
放出素子を直線状に複数配列した線電子放出素子を、図
１８に示すように複数併設した電子線発生装置を作成し
た。絶縁性基体４１と変調手段４７との間隔は１０ミク
ロンメータ、各線電子放出素子の間隔は１ミリメータと
した。以上の電子線発生装置を次の方法にて駆動した。
すなわち、該装置を真空度１０^-6ｔｏｒｒの環境下に配
置し、まず配線電極４２、４３間に駆動電圧（実施例１
〜１３で示される各素子電圧）を印加し、次に変調手段
４６に情報信号に応じた電圧を印加した。すなわち、０
Ｖ以下で電子線をオフ制御でき、＋３０Ｖ以上でオン制
御できた。また、３０〜０Ｖの間で電子線の電子量を連
続的に変化し得た。その結果、配線電極４２、４３間の
複数の電子放出領域４５から該１ライン分の情報信号に
応じた電子線の放出が得られた。以上の動作を隣接する
線電子放出素子に対し順次行うことにより、全情報信号
に応じた電子線の放出が得られた。

【０１０２】本実施例においても、実施例１４と同様の
効果が確認できた。

【０１０３】（実施例１６）図１９に示すように、変調
手段４６のグリッド電極（斜線部）を絶縁性基体４１の
面上に配設したことを除いて実施例１５と同様の電子線
発生装置を作成した。該装置の駆動も実施例１５と同様
に行い、情報信号に応じた電子線の放出が得られた。た
だし、本装置においては、変調手段に印加される電圧と
して、−３０Ｖ以下で電子線をオフ制御でき、＋２０Ｖ
以上でオン制御できた。また、−３０〜＋２０Ｖの間で
電子線の電子量を連続的に変化し得た。

【０１０４】本実施例においても、実施例１４と同様の
効果が確認できた。

【０１０５】（実施例１７）図２０に示すように、変調
手段（グリッド電極）４６を絶縁性基体４１を介して、
線電子放出素子の電子放出面に対して反対側面に配設し
たことを除いて実施例１５と同様の電子線発生装置を作
成した。該装置の駆動も実施例１５と同様に行い、情報
信号に応じた電子線の放出が得られた。ただし、本装置
においては、変調手段に印加される電圧として、−３０
Ｖ以下で電子線をオフ制御でき、＋２０Ｖ以上でオン制
御できた。また、−３０〜＋２０Ｖの間で電子線の電子
量を連続的に変化し得た。

【０１０６】本実施例においても、実施例１４と同様の
効果が確認できた。

【０１０７】（実施例１８）図２１は本実施例の電子線
発生装置の概略構成図である。本実施例は実施例１〜１
３のいずれかの電子線放出素子の複数が行列配置され、
各素子が信号配線電極５０と走査配線電極５１により接
続された単純マトリックス構成の電子線発生装置であ
る。

【０１０８】本実施例の駆動方法を説明する。該電子放
出素子により電子線を放出するために、実施例１〜１３
で示される各素子電圧を電子放出素子に印加した。ま
ず、１ライン上の複数の電子放出素子に対し、走査配線
電極５１により、０Ｖまたは素子電圧の２分の１の値の
電圧パルスを印加し、次に、情報信号に対応して信号配
線電極５０に、素子電圧の２分の１の値または素子電圧
値の電圧パルスを印加することで１ライン分の情報信号
に対応する電子線放出が得られた。かかる動作を上記ラ
インの隣のラインに対して順次行うことにより１画面分
の電子放出を行った。

【０１０９】本実施例においても、実施例１４と同様の
効果が確認できた。

【０１１０】（実施例１９）図２２に示す画像形成装置
を実施例１５の電子線発生装置を用いて作成した。同図
において、５８はフェースプレート、５７はガラス板、
５５は透明電極、５６は蛍光体である。フェースプレー
ト５８とリヤプレート５２との間隔は３ミリメートルと
した。

【０１１１】以上の画像形成装置を以下の方法にて駆動
した。フェースプレート５８及びリアプレート５２で構
成されるパネル容器内を真空度１０^-6ｔｏｒｒとし、蛍
光体面の電圧をＥＶ端子５９を通じて５〜１０ｋＶに設
定し、配線５３を通じて、まず、一対の配線電極４２、
４３に駆動電圧（実施例１〜１３で示される各素子電
圧）を印加した。次に、情報信号に対応して変調手段に
配線５４を通じて電圧を印加することにより該放出電子
線のオン−オフを制御した。ここで、−３０Ｖ以下で電
子線をオフ制御でき０Ｖ以上でオン制御できた。また、
−３０〜＋０Ｖの間で電子線の電子量を連続的に変化で
き、階調表示も可能であった。

【０１１２】上記変調手段により放出された該情報信号
に対応する電子線は蛍光体５６に衝突し、蛍光体５６は
情報信号に応じて１ラインの表示を行った。以上の動作
を隣の線電子放出素子に対し順次行うことで１画面の表
示を行うことができた。

【０１１３】本実施例の画像形成装置により得られた上
記表示画像は輝度ムラが少なく高コントラストで鮮明な
画面であった。また、蛍光体５６として、Ｒ（レッ
ド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）のカラー蛍光体を
用いて、通常よく知られる構成、カソードレイチュ
ーブのフェースプレートにした画像形成装置において
も、表示画像は輝度ムラが少なく高コントラストで鮮明
なカラー画像であった。

【０１１４】（実施例２０）図２３に示す画像形成装置
を実施例１６の電子線発生装置を用いて作成した。実施
例１９と同様に駆動し、蛍光体の発光画像を表示した。
ただし、変調手段に印加する電圧として、−４０Ｖ以下
で電子線のオフ制御を行い。＋１０Ｖ以上で電子線のオ
ン制御を行った。また、−４０〜＋１０Ｖの間で電子線
の電子量を連続的に変化でき、階調表示も可能であっ
た。

【０１１５】本実施例においても、実施例１９と同様の
効果が確認できた。

【０１１６】（実施例２１）図２４に示す画像形成装置
を実施例１７の電子線発生装置を用いて作成した。実施
例１９と同様に駆動し、蛍光体の発行画像を表示した。
ただし、変調手段に印加する電圧として、−４０Ｖ以下
で電子線のオフ制御を行い、＋１０Ｖ以上で電子線のオ
ン制御を行った。また、−４０〜＋１０Ｖの間で電子線
の電子量を連続的に変化でき、階調表示も可能であっ
た。

【０１１７】本実施例においても、実施例１９と同様の
効果が確認できた。

【０１１８】（実施例２２）図２５に示す画像形成装置
を実施例１８の電子線発生装置を用いて実施例１９と同
様な画像形成装置を作成した。同図において、５１、５
０はそれぞれ、走査配線電極と信号配線電極に接続され
た配線である。本実施例の画像形成装置を以下の方法に
て駆動した。

【０１１９】フェースプレート５８及びリアプレート５
２で構成されるパネル容器内を真空度１０^-6ｔｏｒｒと
し、蛍光体面の電圧をＥＶ端子５９を通じて５〜１０ｋ
Ｖに設定し、該電子放出素子より電子線を放出するため
には実施例１〜１３で示される各素子電圧を電子放出素
子に印加すれば良かった。まず、１ライン上の複数の電
子放出素子に対し、走査配線電極５１により０Ｖまたは
素子電圧の２分の１の値の電圧パネルを印加し、次に情
報信号に対応して信号配線電極５０に、素子電圧の２分
の１または素子電圧値の電圧パルスを印加することで、
情報信号に対応する電子線が蛍光体５６に衝突し、蛍光
体５６は情報信号に対応した１ライン分の表示を行っ
た。以上の動作を上記ラインの隣のラインに対し順次行
うことにより、１画面の表示を行うことができた。本実
施例においても、実施例１９と同様の効果が確認でき
た。

【０１２０】（実施例２３）図２８に示す画像形成装置
を実施例２２の画像形成装置に大気圧支持部材９５を新
たに設けることで作成した。

【０１２１】本実施例において、実施例２２と同様な駆
動を行い、ほぼ同等な結果が得られたばかりでなく、フ
ェースプレート及びリアプレートの厚さを薄くすること
ができ軽量で大画面の画像形成装置が作成できた。

【０１２２】

【発明の効果】以上詳述した本発明の電子放出素子及び
電子線発生装置は、とりわけ、無効電流が極めて小さ
く、更には、長寿命で、電子放出効率、放出電子の安定
性等の電子放出特性に優れるものである。更に、本発明
の電子線発生装置は、上記電子放出特性のバラツキが各
素子間（または各電子放出部間）で極めて少ない装置で
あり、また、該電子線発生装置を用いた本発明の画像形
成装置は、上述の如く個々の電子放出素子（または電子
放出領域）が電子放出特性に優れしかも互いに該特性の
バラツキが少ないことにより、情報信号に忠実な高コン
トラストで鮮明な画像が得られる装置である。とりわ
け、画像形成部材として発光体を有する表示装置にあっ
ては、発光画像の輝度のバラツキ、輝度の変化の極めて
少ない装置である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子放出素子の実施態様を示す概略構
成図（平面図）。

【図２】図１のＡ−Ａ′断面図。

【図３】図２のＢ−Ｂ′断面図。

【図４】本発明の電子放出素子のＳＥＭ写真の模写図
（平面図）。

【図５】図４の電子放出素子の電子放出領域の拡大ＳＥ
Ｍ写真の模写図（平面図）。

【図６】従来の電子放出素子の電流−電圧特性を示す
図。

【図７】本発明の電子放出素子の電流−電圧特性を示す
図。

【図８】本発明の電子放出素子の電圧印加長の測定方法
を説明するための図。

【図９】本発明の電子放出素子の電圧印加長の測定方法
を説明するための図。

【図１０】本発明の電子放出素子の電圧印加長の測定方
法を説明するための図。

【図１１】本発明の電子放出素子の作成方法を説明する
ための図（断面図）。

【図１２】本発明の電子放出素子の作成工程の中で行わ
れる、フォーミング処理時の電圧パルスの波形を示す
図。

【図１３】本発明の電子放出素子の作成工程の中で行わ
れる、フォーミング処理時の電圧パルスの波形を示す
図。

【図１４】本発明の電子放出素子の作成方法を説明する
ための図（断面図）。

【図１５】本発明の電子放出素子の作成方法を説明する
ための図（断面図）。

【図１６】電子放出素子の電子放出特性の測定評価装置
を示す概略構成図。

【図１７】本発明の電子線発生装置を示す概略構成図
（斜視図）。

【図１８】本発明の電子線発生装置を示す概略構成図
（斜視図）。

【図１９】本発明の電子線発生装置を示す概略構成図
（斜視図）。

【図２０】本発明の電子線発生装置を示す概略構成図
（斜視図）。

【図２１】本発明の電子線発生装置を示す概略構成図
（斜視図）。

【図２２】本発明の画像形成装置を示す概略構成図（斜
視図）。

【図２３】本発明の画像形成装置を示す概略構成図（斜
視図）。

【図２４】本発明の画像形成装置を示す概略構成図（斜
視図）。

【図２５】本発明の画像形成装置を示す概略構成図（斜
視図）。

【図２６】本発明の画像形成装置（光プリンター）を示
す概略構成図。

【図２７】本発明の画像形成装置（光プリンター）を示
す概略構成図。

【図２８】本発明の、支持部材を設ける画像形成装置の
概略構成図（組み図）。

【図２９】図２８の断面図。

【図３０】従来の電子放出素子を示す概略構成図（平面
図）。

【図３１】従来の電子放出素子を示す概略構成図（平面
図）。

【図３２】従来の画像形成装置を示す概略構成図（斜視
図）。

【符号の説明】

１，２１，４１，８１，９１基体（絶縁性基体）２，３，１２，１３，２２，２３，４２，４３，８２，
８３，９２，９３素子電極４，１４，２４，２４−ａ，２４−ｂ，４４，８５導
電膜５，１５，２５，２５−ａ，２５−ｂ，４５，８４，９
４電子放出領域６，１６，８６微粒子３０，３２電流計３１，３３電源３４アノード電極４６，５９変調手段４７，９８電子通過孔５０信号配線電極５１走査配線電極５２リアプレート５３素子配線５４グリッド電極配線５５蛍光体５６透明電極５７カラス板５８フェースプレート５９ＥＶ端子６０，６１端子６２，７１発光源６３搬送ローラー６４，７２被記録体６５ドラム７３帯電器７４クリーナー７５除電器７６画像転写材７７現像機９７画像形成部材１００支持部材１０１支持枠１０２輝点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野間敬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 (72)発明者中村尚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 (56)参考文献特開昭63−184230（ＪＰ，Ａ) Ｍ．ＢＩＳＣＨＯＦＦ，”Ｃａｒｂｏｎ−ｎａｎｏｓｌｉｔｍｏｄｅｌｆｏｒｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｆｏｍｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｎＭ−Ｉ− Ｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ”，ＩＮＴ. Ｊ．ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ，1991，Ｖｏｌ．70，Ｎｏ．３，ｐｐ．491−498 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 1/30,29/04,31/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上に配置された一対の電極と、該電極
間に配置された導電膜および電子放出領域とを有してお
り、該電子放出領域内の電圧印加長が５オングストロー
ム〜３００オングストロームの範囲内にあり、前記電子
放出領域に微粒子が分散配置されてなることを特徴とす
る電子放出素子。
【請求項２】前記電圧印加長が５オングストローム〜
５０オングストロームの範囲内である請求項１に記載の
電子放出素子。
【請求項３】前記素子に流れる無効電流が２％以下であ
る請求項１または２に記載の電子放出素子。
【請求項４】前記素子に流れる無効電流が１％以下であ
る請求項１または２に記載の電子放出素子。
【請求項５】基板上に配置された複数の電子放出素子
と、各電子放出素子に接続した走査配線電極および信号
配線電極と、を有する単純マトリクス構造の電子線発生
装置であって、前記電子放出素子が、請求項１乃至４の
いずれかに記載の電子放出素子であることを特徴とする
電子線発生装置。
【請求項６】請求項５に記載の電子線発生装置と、該電
子線発生装置を構成する電子放出素子から放出される電
子線により画像を形成する画像形成部材とを有すること
を特徴とする画像形成装置。