JPH02247935A

JPH02247935A - 電子線発光装置

Info

Publication number: JPH02247935A
Application number: JP1067431A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Sakano; 坂野　嘉和; Ichiro Nomura; 一郎野村; Toshihiko Takeda; 俊彦武田; Tetsuya Kaneko; 哲也金子; Hidetoshi Suzuki; 英俊鱸; Haruto Ono; 治人小野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-03-22
Filing date: 1989-03-22
Publication date: 1990-10-03
Anticipated expiration: 2013-05-06
Also published as: JP2748143B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は１表面伝導形電子放出素子を利用して、マルチ
の電子放出を行わせる電子放出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１
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・フィシ４、−／ス（Ｒａｄｉｏ　Ｅｎｇ、　Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ。

Ｐｈｙｓ、　）第！Ｏ巻、　１２９０　Ｎ１２９Ｇ頁、
　１１１１６ｔ５年１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
層放出素子と呼ばれている。

この表面伝導層放出素子としては、前記エリンソン等に
より発表された５ｎ０２（Ｓｂ）ｉｉ膜を用いたものの
他、Ａｕ薄膜によるもの［ジー・ディトマ一二“スイン
・ソリッド・フィルムス″（Ｃ，Ｄｉｔｔｍｅｒ：“丁
ｂｉｎ　５ｏｌｉｄ　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・フオフスタッ
ド：“アイ・イー・イー・イー・トランス・イー・デイ
−・コン７”　（Ｎ、　Ｈａｒｔｗｅｌｌ　ａｎｄ　Ｃ
，Ｇ、　Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ、　
ＩＥＤ　Ｃｏｎｆ、″”　）　５１９頁、　（１９７’
５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の典型的な素子構成を第７
５Ａに示す、同第７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。

この表面伝導形放出素子において、電子放出部５は、電
子放出を行う前にあらかじめフォーミングと呼ばれる通
電加熱処理を施すことによって形成される。即ち、前記
電極ｌと電極２の間に電圧を印加することにより、薄膜
３に通電し、これにより発生するジュール熱で薄Ｍ３を
局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、電気的に高抵
抗な状態にすることによって形成されるもので、この電
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。

上述の表面伝導形素子は。

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、縦横等間隔でマルチに複数個の電子源を展開した
電子放出装置が知られているが、残念なことに、上記電
子放出装置では、電子源として熱カソード、フィールド
カソード等を用いているため、電子放出効率が低く、し
かも構造が複雑化してしまい、装置の消費電力や製造コ
ストが莫大なものとなることから、実用化されるまでに
は至っていない。

そこで、上記カソードに代えて、電子源として、前記表
面伝導層電子放出素子を使用することにより、電子放出
効率の向上並びに構造の簡略化を図り、実用的な電子放
出装置とすることが考えられるが、これには次のような
問題がある。

［発明が解決しようとする課ＷＪ］前記カソードを単に表面伝導層電子放出素子に置き代え
ただけでは、各素子からの電子照射領域間に重複を生じ
たり、過度の隙間を生じ易く、マルチに等間隔な電子の
放出が得られない問題点がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので１表面伝
導形電子放出素子を平面状に展開して電子放出装置とし
たときの、電子照射領域間の重複や、過度の隙間を無く
すことをその解決すべき課題とするものである。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明は、前述
の問題点が表面伝導層電子放出素子の特性に起因するこ
とを見い出したことによって完成されたものである。

本発明において、前記課題を解決するために講じられた
手段は１表面伝導形電子放出素子の電子放出部を一列に
並べたライン状電子源が複数並列に配置されており、各
ライン状電子源における電子放出部の間隔Ｐ２　（第２
図（ａ）参照）と、相隣接するライン状電子源において
、同じ側に位置する電子放出部の間隔Ｐ１（第２図（ａ
）参照）と、電子照射領域の輻Ｗ及び長さＬとがＰ＋＞
Ｗでかつ、Ｐ２＞Ｌの関係に構成するという手段を講じ
ているものである。（尚１本発明において、電子照射領
域の輻Ｗとは、ｙ方向の電子照射領域の長さをいい、電
子照射領域の長さＬとは、Ｘ方向の電子照射領域の長さ
をいう、第１図参照）［作　用］表面伝導層電子放出素子による電子照射領域は、その特
性上、ＬＡＷとなった楕円に近い形状となる。

本発明において、Ｐ＋＞Ｗでかつ、Ｐ２＞Ｌとしている
のは、上記特性に合わせた電子放出部の配列状態を得る
ためのものである。即ち、各電子照射領域を部分的に重
複させることなく均一な間隔に電子照射領域を配置する
働きをなすものである。

［実施例］以下に１図面に示す実施例により、本発明の詳細な説明
する。

丈１ｊす。

第１図、第２図（ａ）、（ｂ）は１本発明の一実施例を
示す概念図である。先ず、第１図に示されるような単の
表面伝導形電子放出素子と、蛍光体基板を以下のように
して作製し、その特性を調べた。

尚、第１図、第２図（ａ）、（ｂ）において、４は絶縁
性基板、３は電子放出材料で形成される薄膜、ｌ及び２
は電気的接続を得るための電極、５は薄膜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
蛍光体基板、８は蛍光体基板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、ｌＯは電子放出部５
から放出された電子ビームを蛍光体基板７へ到達させる
ための加速電源である。

本発明に用いた電子放出素子は、同第３図において、絶
縁性基板４として石英基板を用い、洗浄された石英基板
上に、電子放出材料１　ｎ２０３を用い、膜厚１０００
Ａの薄１１９３を成膜し、（他の電子放出材料としてＳ
ｎＯ２，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等がある。）次に、
フォトリソグラフィー技術により、電子放出部５が形成
される皇＝１．Ｏｍ層、Ｗ＝０．３ｍｍ　　（Ｉ２．　
ｗ第１図参照）のネック部を有する電子放出材料の薄膜
３を形成する。

さらに、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ＮＬを用いて、マスク蒸着に
より膜厚１５００人を形成する。（他の電極１．２用と
しての導電性材料は、Ｐｔ、　Ａｕ、　Ｃｕ。

Ａｉ）等の通常の金属材料がある。）前記電極１と電極２の間に、３０Ｖ程度の電圧を印加す
ることにより、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、電気的に高低−抗な状態にした電子放出部５を
形成する。この時電子放出部５のギャップＧ（第１図参
照）は、はぼ１終ｍであった。

それから、上記素子のＨ＝５ｍＩ１１（第１図参照）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（Ｉｎ、０．　：　ＳｎＯ，＝　９５　：　
５　）を用い、蒸着により膜厚１０００人を形成し、電
子により発光する蛍光体の塗布された蛍光体基板７を配
置する。

上記のごとく構成し、前記素子の放射特性を蛍光体基板
７により測定する。先ず、蛍光体基板７にＩＫＶの加速
電圧を加速電源ｌＯにより印加する。

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１４Ｖの駆動電圧を駆動電源９により印加する。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
体基板７上に電子ビームを照射し、発光部８を得る。

上記発光部８は、電子放出部５に平行な長さＬが約４．
０ｍｍ　ｓ直角な方向の幅Ｗが約２−０ｍｍ　ｓ電子放
出部５の法線に対して電極２すなわち正電位側へのずれ
量Δｙが約１．０ｍａ＋の発光を得た。す・なわち、上
記素子において、ｌ素子当りの電子放出部５の幅ω方向
と同じ方向に長細く広がる特性を得た。

上記特性は、上記表面伝導形電子放出素子の固有の特性
で、電子放出部５の幅ωが広がれば、蛍光体基板７上の
発光部８の長さしが長くなる性質が認められた。

上記素子と同様の表面伝導形電子放出素子な複数個用い
て第２図（ａ）のごとく、各ライン状電子源における電
子放出部５の間隔なＰ２、相隣接するライン状電子源間
の電子放出部５の間隔なＰ、としたとき１発光部８の幅
Ｗ及び長さしとの関係がＰ　ｒ　＞　ＷでかつＰｇ＞　
Ｌの関係となるようにする。さらに１本実施例のごとく
、放出素子を配置する場合、発光部８の真下に電子放出
部５が配置されないようにするガが好ましく、素子間隔
Ｐ、を、発光部８の電子放出部５に直角な方向の幅Ｗと
電子放出部５のギャップＧと発光部８の電子放出部５か
らの法線に対するずれ量Δｙの和より太き（する、すな
わち、Ｐｔ＞Ｗ＋Δｙ十Ｇの関係にする。

更に具体的に説明すると、前記特性よりを満足するよう
にする。よって、本実施例では、Ｐｘ＝５．Ｏｎ＋ｗ＋
　、　Ｐ＋＝３．５ｍｍとし、ライン状に４素子を用い
、３ラインからなる１２素子を有する電子放出装置を構
成した。

上記の通り配置し、前記ｌ素子の駆動条件と同じ条件で
本電子放出装置を駆動し、蛍光体基板７を発光させたと
ころ、第２図（ｂ）のごとく、各素子による発光部８が
、部分的に重複することな（、均一な間隔で得られる電
子放出装置を構成出来た。

尚、個々の電子放出部５の法線上に相対応する個々の発
光部８がないため、電−子ビームが照射された部分の蛍
光体が、電子放出部５上に落下し電子放出の安定性が劣
化、耐久性に劣るといった問題の発生等は抑えられ、安
定した耐久性に優れた電子放出装置を得た。

１１■ユ第３図（ａ）、（ｂ）に本発明の第２の実施例を示す。

本発明の第１の実施例で用いた、表面伝導形電子放出素
子を用いて、第３図（ａ）のごとく、素子間隔Ｐ８．　
Ｐｇと発光部８の幅Ｗ及び長さしとの関係がＰ、＞Ｗ、
　ＰＩＬＬの関係となるようにし、さらに、本実施例の
ごとく、相隣接するライン状電子源を千鳥状に配置する
場合、素子間隔Ｐイな発光部８の電子放出部５に平行な
方向の長さしと、電子放出部５の幅ωの和より太き（す
る、すなわち、ｐｇ＞　Ｌ＋ωの関係にし°、相隣接す
るライン状電子源間の素子間隔Ｐ２方向の電子放出部５
の間隔なＰ２／２の関係にする。具体的に説明すると、
前記特性により、を満足するようにする。本実施例では、ＰＩ＝２．２ｍ
ｍ　、　ｐＨ＝４．４ｍｍ　、ライン状電子源間の電子
放出部５の間隔を２．２ｍｍとし、１４素子からなる電
子放出装置を構成し、駆動させたところ、第３図（ｂ）
のごとく各素子による発光部８が部分的に重複すること
なく、均一な間隔で得られ、第１の実施例と同様、安定
した耐久性に優れた電子放出装置を得た。

夾ｊｌｌＪｌユ第４図、第５図（ａ）、（ｂ）に本発明の第３の実施例
を示す。

同第４図において、絶縁性基板４として、石英基板を用
い、洗浄された該石英基板上に、電極１．２にＮｉを用
いＥＢ蒸着により膜厚１０００人を成膜し、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　＝　０．００５ｍｍの形状を有する電
極部を形成する。次に、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人のＳｉＯｘ
分散液（ＳｉＯｘ　：　１　ｇ　＋溶剤ＭＥＫ／シクロ
へキサノン＝　３／１　　：　１０００ｃｃ、ブチラー
ル：Ｉｇ）を用い、スピンコード法により塗布し、２５
０℃で加熱処理ル、形成する。

上記のごと（形成された表面伝導形電子放出素子と実施
例１と同様の蛍光体基板７とを用い上記素子に駆動電圧
１４Ｖを印加し、蛍光体基板７を発光させ発光部８を測
定したところ、幅り方向に約１．５ｍｍ　、長さＷ方向
に約２．０ｍｍの発光をし、ずれ量ΔＸは約０．５ｍｍ
であった。

上記特性の放出素子を用い第５図（ａ）のどと（、素子
間隔Ｐ、、　ｐｇと発光部８の幅り、長さＷの関係がｐ
ｌｏｗ、　ｐｇ＞Ｌの関係となるようにし、さらに本実
施例のとと（、ライン状電子源の電子放出部５が平行で
かつ、相隣接する電子源の電子放出部５が直線的に構成
する場合、素子間隔Ｐｌ、　Ｐ諺はＰＩ＞Ｗ、　Ｐｇ＞
Ｌ＋Δｙ＋Ｇの関係にする。具体的に説明すると、前記
特性−よりを満足するようにする。本実施例は、Ｐ、　＝　２．２
ｍｍ。

Ｐ＊＝２．２ｍａ＋とし、５素子からなるライン状電子
源３ラインを用い、電子放出装置を構成し駆動させたと
ころ、第５図（ｂ）のごとく、各素子による発光部８が
部分的に重複することなく、均一な間隔で得られ、安定
した耐久性に優れた電子放出装置を得た。

尚、本実施例のごとく配列することにより、高密度に素
子配置が可能である。

！ＬＩＬＬ第６図（ａ）、（ｂ）に本発明の第４の実施例を示す。

本発明の実施例３で用いた表面伝導形電子放出素子を用
いて、第６図（ａ）のどと（、素子間隔ｐ、、　ｐ、と
発光部８のＷ、Ｌとの関係がＰＩ＞Ｗ。

Ｐｇ＞Ｌの関係となるようにし、さらに本実施例のごと
く、相隣接するライン状電子源を千鳥状に配置する場合
、素子間隔ｐ、、　ＰｇはＰｍ＞　Ｌ　、　Ｐｉ＞　Ｗ
　＋ωの関係にし、相隣接するライン状電子源間の素子
間隔Ｐ＋方向の電子放出部５の間隔なＰ、／２の関係に
する。具体的に説明すると、前記特性より、を満足する
ようにする。本実施例では、Ｐ、＝２．６ｍｍ　、　Ｐ
＊＝１．８ｍｍ　、ライン状電子源間の電子放出部５の
間隔を１．３ｍｍとし、１３素子からなる電子放出装置
を構成し駆動させたところ、第６図（ｂ）のごとく、各
素子による発光部８が部分的に重複することなく、均一
な間隔かつ高密度に得られ、安定した耐久性に優れた電
子放出装置を得た。

［発明の効果］以上説明したように、表面伝導形電子放出素子を並べた
各ライン状電子源における電子放出部の間隔Ｐ２と、相
隣接するライン状電子源において同じ側に位置する電子
放出部の間隔Ｐｌと、電子照射領域の発光部のＷ（相隣
接するライン方向）、Ｌ（ライン状電子源方向）との関
係なＰ　＋　＞　Ｗ　。

ＰＩＬＬとした条件で素子を配置することにより、均一
な間隔の電子照射領域が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１．第２の実施例で用いた表面伝
導形電子放出素子の発光部確認のための試験の説明図、
第２図（ａ）、（ｂ）は、第１の実施例の説明図、第３
図（ａ）、（ｂ）は第２の実施例の説明図、第４図は第
３．４の実施例で用いた表面伝導形電子放出素子の発光
部確認のための試験の説明図、第５図（ａ）、（ｂ）は
、第３の実施例の説明図、第６図（ａ）、（ｂ）は第４
の実施例の説明図、第７図は従来例の説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】

表面伝導形電子放出素子を用いた電子放出装置において
、上記素子の電子放出部を一列に並べたライン状電子源
が複数並列されており、各ライン状電子源における電子
放出部の間隔Ｐ＿２と、相隣接するライン状電子源間の
電子放出部の間隔Ｐ＿１が、電子照射領域の幅Ｗ（ライ
ン状電子源に直交する方向）及び長さＬ（ライン状電子
源方向）とが、Ｐ＿１＞ＷでかつＰ＿２＞Ｌの関係にあ
ることを特徴とする電子放出装置。