JPH02247940A - 電子放出素子及びその製造方法と、該素子を用いた画像形成装置 - Google Patents
電子放出素子及びその製造方法と、該素子を用いた画像形成装置Info
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- JPH02247940A JPH02247940A JP1067436A JP6743689A JPH02247940A JP H02247940 A JPH02247940 A JP H02247940A JP 1067436 A JP1067436 A JP 1067436A JP 6743689 A JP6743689 A JP 6743689A JP H02247940 A JPH02247940 A JP H02247940A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
- H01J2201/30—Cold cathodes
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- H01J2201/3165—Surface conduction emission type cathodes
Landscapes
- Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
- Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
［産業上の利用分野Ｊ
本発明は、冷陰極型の電子放出素子、及び該素子を用い
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。
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 フィジックス（Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ、Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ。 Ｐｈｙｓ、 ）第１０巻、１２９０〜１２９６頁、１９
６５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ＳｎＯ□（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：”Ｔｈ１
ｎ ５ｏｌｉｄ Ｆｉｌｅ’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 シージーフオフスタッ′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、Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎｄ Ｃ，Ｇ、Ｆｏｎｓｔ
ａｄ：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２
６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成を
第１図に示す、同図において、１及び２は電気的接続を
得るための電極、３は電子放出材料で形成される薄膜、
４は基盤、５は電子放出部を示す。 従来、これらの表面伝導形電子放出素子においては、電
子放出を行う前に予めフォーミングと呼ばれる通電加熱
処理によって電子放出部を形成する。即ち、前記電極ｌ
と電極２の間に電圧を印加する事により、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、電気的に高抵抗な状態
にした電子放出部５を形成することにより電子放出機能
を得ている。 なお、電気的に高抵抗状態とは、薄膜３の一部に０．５
μｍ〜５ｐｍの亀裂を有し、且つ亀裂内が所謂島構造を
有する不連続状態膜をいう、島構造とは一般に数十人か
ら数１径の微粒子が基盤４にあり、各微粒子は空間的に
不連続で電気的に連続な膜をいう。 従来、表面伝導形電子放出素子は上述高抵抗不連続膜に
電極１．２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放出せしめるものであ
る。 しかしながら、上記の様な従来の通電加熱によるフォー
ミング処理によって製造された電子放出素子には１次の
ような問題点があった。 １）電子放出部となる島構造の設計が不可能なため、素
子の改良が難しく、素子間のバラツキも生じやすい。 ２）フォーミング工程の際に生じるジュール熱が大きい
ため、基板が破壊しやすくマルチ化が難しい。 ３）島の材料が金、銀、５ｎＯｉ、ＩＴＯ等に限定され
仕事関数の小さい材料が使えないため、大電流を得るこ
とができない。 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、素子構造が簡単であるという利点があるにもかか
わらず、産業上積極的に応用されるには至っていなかっ
た。 本発明者等は上記問題点を鑑みて検討した結果、特願昭
６３−１０７５７０号、特願昭６３−１１０４８０号に
於いて電極間に微粒子膜を配置しこれに通電処理を施す
ことにより電子放出部を設ける新規な表面伝導形電子放
出素子を提案した。この新規な電子放出素子の構成図を
第２、図に示す。 同図において、１１及び１２は電極、１３は微粒子膜、
１４は電子放出部、１５は基板である。 この電子放出素子の特徴としては次のようなことが挙げ
られる。 １）微粒子膜１３に非常に少ない電流を流すことで電子
放出部１４を形成できるので素子劣化のない素子が作成
でき、さらに電極の形状を任意に設計できる。 ２）微粒子膜を形成する微粒子自身が電子放出の構成材
となる為、微粒子の材料や形状等の設計が可能となり電
子放出特性を変えることができる。 ３）素子の構成材である基板１５や電極の材料の選択性
が広がる。 ［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記発明者等が先に提案した表面伝導形
電子放出素子においては、第２図に示す如（、電極間の
微粒子膜１３内に電子放出部１４が形成され、該電子放
出部１４が電子の放出位置となっているが、実際には、
電子放出部１４は０． ＯＩＩＬｍ〜０．５Ｐｍの微細
な範囲から形成されており、その位置は、微粒子膜の形
成条件や通電処理の条件等によってばらつきが生じ、電
極間の所定の位置に正確に配置することが困難であった
。 第２図に於いて、電子放出部は直線的に描かれているが
、実際には電極１．１及び１２の間でかなり蛇行してお
り、通電条件によりその形態はかなり変化し、電子放出
部の実効的な長さが設計できなかった。 一般に、電極１１と電極１２の間隔は０．５ ｐｔａ−
ＳＯＨであるが、電極間が広くなる程電子放出部の位置
を制御することは不可能であった。 このような電子放出部の位置のばらつきは、電子放出素
子として応用する場合、電子放出量にばらつきを生じ、
特にこれらの素子を複数配置した面状電子源として応用
する場合には、場所によって電子放出量が変わるという
問題があった。 面状電子源の有効な応用として、特開昭５６−２８４４
５号にあるような、面状の展開した複数の電子源と、こ
の電子源から゛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形成装置が
あるが、この画像形成装置の電子源として上記表面表面
伝導形電子放出素子を応用すると、各素子の電子放出量
が異なる為場所によって蛍光体の発光輝度が異なり表示
ムラを生じていた。 また、上述した通電加熱を施す従来の電子放出素子に於
いては、通電加熱に要するパワーが大きい為電子放出部
や基板の劣化が著しく、電子放出特性や電子放出部の位
置を制御することは不可能であった。 ［課題を解決するための手段及び作用］本発明は、対向
する電極間に微粒子膜又は微粒子を含む薄膜導電体を設
け、その一部に形状が定まった不連続な電子放出部を設
けることで、上述問題点を解決するものである。 本発明に於ける微粒子膜は、粒径が数十人から数１の導
電性微粒子の膜であり、薄膜導電体としては導電性微粒
子膜やこれら導電性微粒子が分散されたカーボン薄膜が
挙げられる。そしてこれらの膜はガスデポジション法や
分散塗布法等により電極間に形成される。 形状が定まった不連続な電子放出部の形成方法としては
様々な方法が考えられるが、その−例として次のような
ものがある。 第３図は本発明の一実施態様を示す素子構成図である。 同図において、３１は絶縁性基板、３２は段差形成部材
、３３と３４は電極、３５は微粒子膜。 ３６は電子放出部、３７は段差である。 第３図で示す電子放出素子は第２図で示す電子放出素子
に対し電極間に段差３７が在ることを′特徴とする。電
極３３と３４の間隔は０．１終−１００μ■が望ましく
、一般には０．５ｐｍ−１０μｍが実用的である。また
、段差形成部材３２は、ガラスやＳｎｏｗ等の絶縁物質
で形成され、その厚さは微粒子膜の種類にもよるが通常
１００人〜数終■が望ましく、一般には０、１μｍ−１
ｐａ＋が実用的である。 次に、電極間に有機金属を分散塗布し、その後焼成する
ことにより電極間に金属微粒子膜を形成する。金属微粒
子膜の径は数十人〜数μｍが好ましく、その材料はＰｂ
、 Ａｇ、 Ａｕ、 Ｔｉ等の金属、ＰｂＯ，Ｓｎｏｗ
等の酸化物導電体等導電性材料であればどれを用いても
構わない、また、微粒子膜の形成方法は、通常良く用い
られるガスデポジション法等の超微粒子膜の形成等いず
れの方法を用いても構わない。 以上のような段差上に設けられた微粒子膜３５に通電処
理を施すと、第３図に示すように段差部に沿って電子放
出部３６が直線状に形成され、上述従来例のような電子
放出部が蛇行することはない。 かかる電子放出部は通電の方向や微粒子材料の種類、段
差の厚さ等によって段差部の上側か下側あるいは側面の
いずれかに形成することができる。 勿論、段差部が曲線であれば電子放出部は段差に沿って
曲線に形成されるものである。 通電処理の方法は、微粒子膜を通電加熱によりその一部
を高抵抗化して電子放出部を形成するものや、微粒子膜
に通電することによりその一部を低抵抗化して電子放出
部を形成するものがあるがいずれを用いても構わない。 かかる通電処理時に微粒子膜の構造が変わり、上述した
ような不連続な電子放出部が形成される。実際、段差３
７がこの構造変化にどのような役割を果たしているかは
不明であるが、発明者等は段差部近傍で温度分布或は電
界分布が不連続となり、それが原因で段差に沿って電子
放出部が形成されるものと推測している。よって、電極
間に段差部を設ける意外にも温度と電界が不連続となる
部材を設ければ同等な効果が得られるものと期待できる
。 第５図〜第７図は、本発明の一実施態様を示す素子断面
図であるが段差の形状は上述のような階段状の他にも第
５図で示す凸形段差３８、第６図に示す三角形段差３９
、第７図に示す凹型段差４０等様々なものが考えられ、
上述第３図の階段形状と同等な作用効果がある。つまり
、段差部近傍で温度分布或は電界分布が不連続な段差形
状であれば同等な作用効果がある。 本発明の電子放出素子は、形状が定った電子放出部と電
子放出部を挟み電気的に接続された微粒子膜と該電子放
出部と該微粒子膜に電流を通電する為の電極を設けると
いう素子構成であり、従来例と比較すれば電子放出素子
の形状と位置が正確に設計できるので、電子放出特性の
制御が可能であるばかりでなく素子の再現性が得られる
ようになる。 前述した複数の電子放出素子を設けた画像形成装置に於
いて、本発明の電子放出素子を用いれば、各素子の電子
放出量が同等となる為、表示ムラがない良好な画像が形
成される。 【実施例］ 以下に、本発明の実施例を詳述する。 Ｋ五■ユ 第３図は、本実施例の素子構成図であり、第４図はその
製造方法を示した説明図である。 次に本実施例の電子放出素子の製造方法を概略的ではあ
るが説明する。 ■、絶縁性基板（石英基板） ３１を十分洗浄し通常良
く用いられる蒸着技術や液体コーティング法等により絶
縁体膜３２′を形成する。その材料としては、Ｓ １０
＊ ｔガラス、アルミナ等の材料が好適であるが、本
実施例では５ｉｎｓを用いた。厚さは実用的には０．１
Ｐｔａ−１，０μｍが望ましく本実施例では０．２終
ｌに形成した。 ００次に通常良く用いられるホトリソ・エツチング技術
により絶縁体膜３２′をエツチングして段差形成部材３
２を形成する、段差部の厚さは実質的に絶縁体膜３２゛
の厚さである。 ００次に蒸着技術、ホトリソ・エツチング技術を用いて
電極３３及び３４を形成する。電極の材料としては導電
性を有するものであればどのようなものであっても構わ
ないが、本実施例ではＮｉ金属を用いて形成した。電極
３３と電極３４は段差３７を挟むように形成され、その
電極間隔は実用的には０．５μ■〜２０μｍに形成され
ることが望ましく、本実施例では５μ園ギヤツプに形成
した。 ００次に有機パラジウムを電極３３と３４の間に分散塗
布する。有機パラジウムは奥野製薬■ＣＣＰ−４２３０
を用いた。 微粒子を分散したくないところにはテープ又はレジスト
膜を設け、その後ディッピング法又はスピナー法で有機
パラジウムを塗布する０次に３００℃で１時間焼成し有
機パラジウムを分解し、パラジウムと酸化パラジウムの
混合した微粒子膜を形成する０次にテープ又はレジスト
膜を剥離することにより所定の位置に微粒子膜３５を作
成した。微粒子膜の幅Ｗはどのような値のものでも構わ
ないが本実施例では１１ｍとした。このとき、パラジウ
ムと酸化パラジウムの微粒子の径は共に６０人〜１５０
人であったが本発明はこれに限るものではない。 ００次に段差形成部材３２上にある電極３３をマイナス
側、石英基板３１上にある電極３４をプラス側となるよ
うに電源に接続し、微粒子膜３５に通電処理を行った。 その結果、第３図に示すように段差３７に沿って段差部
材３２上に電子放出部３６が形成できた。 ここで通電処理前の微粒子膜の厚さは数十人から２００
人が実用的であるがこれに限るものではない。なお、こ
のときの微粒子膜のシート抵抗は１０”〜１０”Ω／口
程度である。又、微粒子膜３５の膜厚は段差３７を含め
て電極間でほぼ均一であると考えられる。 本実施例に於ける通電処理に於いて、電流の流れる向き
を電極３４側から電極３３側にしたが、このように設定
することにより再現良（上述した位置に電子放出部を形
成できた。 本実施例の電子放出素子を段差３７を設けていない従来
の電子放出素子と比較したところ、電子放出量及び電子
放出効率に於いてほぼ同等の値が得られた０次に電子放
出部の形状を比較すると従来の素子は１ｍ＋ａの幅にわ
たって大きく蛇行しているにもかかわらず、本実施例の
電子放出素子は段差に沿ってほぼ直線的に電子放出部が
形成できた。 電子放出部の位置が正確に設定できることは、応用を考
えると非常に重要な意味がある０例えば、素子から放出
された電子を偏向及び変調するにあたって、その正確な
制御をする為には電子放出部の位置が正確に配置されて
いる必要がある。よって、本実施例の素子は実用的には
非常に有効な素子を提供するものである。 また、段差の位置を変えることによりそれに伴って容易
に電子放出部を変えることができる。 本実施例の電子放出素子は位置設計が可能な表面伝導形
電子放出素子を提供するものである。 支１亘ユ 第８図は本実施例の素子構成図である。 本実施例は、実施例１とほぼ同等の形状を成すものであ
るが、微粒子膜３５をガスデポジション法で作成したも
ので、段差３７上の４１は電子放出部である。 次に本実施例の製造方法を説明する。 ■、実施例１−■と同材質、同方法で作成する。 本実施例に於ける絶縁体膜３２′の厚さは実用的には０
．５１Ｌｍ−１，２μｍが望ましく、本実施例では０．
２５ｇｍに形成した。 ■、実施例１−■と同一 ■、実施例１−■と同一 ０１次に微粒子膜を所定の位置に形成する為に金属マス
クを電極３３と３４の上に配置し、ガスデポジション法
で微狩子膜３５を作成した。その材質は、Ａｕ、 Ａｇ
、 Ｔｉ、Ｓｎ、Ｐｂ等の金属またはその他のどのよう
な導電性微粒子を用いても構わないが、本実施例ではｐ
ｂを用いた。また、その粒径は５０人〜１５０人であっ
たが本実施例はこれに限るものではない。 ■、実施例１−■と同一。 以上の工程により、本実施例の電子放出部４１は、第８
図に示すように段差３７の側面に形成された。これは、
ガスデポジション法による微粒子の作成法に基づくもの
と考えられる１本実施例ではガスデポジション法で微粒
子を基板とほぼ直角方向から吹付けている為に段差部の
側面で微粒子膜の厚さが薄く形成され、通電処理により
段差３７の側面に形成されたものと推測する。 本実施例は、実施例１と同様な検討をした結果、同等な
効果があった。 見立■１ 第９図は、本実施例の画像形成装置を示す構成図である
。本実施例の面状電子源は、実施例１の電子放出素子を
複数配列したもので、とくに電極３３と電極３４の間に
電子放出素子を並列に配置した線電子源を複数本基板に
規則正しく設けたものである。 同図において、５１はグリッド電極、５２は電子通過孔
、５３はガラス板、５４は蛍光体、５５はアルミニュム
材からなるメタルバック、５６はフェースプレート、５
７は蛍光体の輝点である。 本実施例において、グリッド電極５１は複数のライン電
極群からなり、面状電子源の電極群と直角方向に配置さ
れる。電子通過孔５２は電子放出部３６のほぼ鉛直上に
設けられ、グリッド電極５１を信号電極、線電子源群を
走査電極として、ＸＹマトリクス駆動を行い画像を形成
するものである。 フェースプレート５６は透明なガラス板５３の上に蛍光
体５４が一様に塗布され、さらにその上にメタルバック
を設けたものである。 本実施例の画像形成装置に於いて、電極３３と電極３４
に１４Ｖの電圧を印加することにより各電子放出部３６
から電子を放出させ、グリッド電極５１に適当な電圧を
印加することにより電子を引き出し蛍光体５４に電子を
衝突させた。本画像形成装置は、当然ながら真空度Ｉ
Ｘ １０−’ｔｏｒｒ〜Ｉ Ｘ １０−’ｔｏｒｒの環
境下に置かれ、蛍光体に５００〜５ｏｏｏｖの電圧を印
加した。 本実施例において、段差部３７のない同様な画像形成装
置と比較検討したところ次のような結果を得た。 １、本実施例は各電子放出部から放出される電子量が等
しいので明るさが均一な表示画面が得られた。 ２、本実施例は各電子放出部の位置が正確に定まってい
るので蛍光体上の輝点もほぼ同一な形状で規則正しい配
列であった。 それに比べ段差部のない装置は、輝点の形状と輝点のピ
ッチが場所によって異っていた。 このことから本実施例は、カラー画像、高精細画像を得
るのに効果がある。 以上、本実施例は画像形成装置についてのみ説明してき
たが、画像形成部材としては、蛍光体の他にレジスト材
や薄膜金属のような電子ビームが衝突することにより状
態が変化する全ての部材が含まれ、電子ビーム応用装置
としては、記録装置、記憶装置、電子ビーム描画装置等
の様々な装置があり、本発明は、電子放出素子が複数配
置された面状電子源を用いた画像形成装置であれば同等
の効果がある。 ［発明の効果］ 以上説明したように、形状が定った電子放出部を形成す
ることで電子放出素子あるいは画像形成装置として次の
ような効果がある。 １、電子放出量や電子放出効率等の電子放出特性が制御
できるだけでな（、素子間で特性のばらつきの少ない素
子製造が可能になった。 ２、画像形成装置として均一な発光輝度の画像表示が得
られる。 ３、電子放出部の位置が正確に定まるので、画像形成装
置として蛍光体の輝点形状が均一な画像表示が得られる
ようになった。 ４、電子放出部の位置が正確に定まるので、画像形成装
置として変調電極の形状設計や制御系が簡易になる効果
がある。
ン フィジックス（Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ、Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ。 Ｐｈｙｓ、 ）第１０巻、１２９０〜１２９６頁、１９
６５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ＳｎＯ□（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：”Ｔｈ１
ｎ ５ｏｌｉｄ Ｆｉｌｅ’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 シージーフオフスタッ′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、Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎｄ Ｃ，Ｇ、Ｆｏｎｓｔ
ａｄ：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２
６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成を
第１図に示す、同図において、１及び２は電気的接続を
得るための電極、３は電子放出材料で形成される薄膜、
４は基盤、５は電子放出部を示す。 従来、これらの表面伝導形電子放出素子においては、電
子放出を行う前に予めフォーミングと呼ばれる通電加熱
処理によって電子放出部を形成する。即ち、前記電極ｌ
と電極２の間に電圧を印加する事により、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、電気的に高抵抗な状態
にした電子放出部５を形成することにより電子放出機能
を得ている。 なお、電気的に高抵抗状態とは、薄膜３の一部に０．５
μｍ〜５ｐｍの亀裂を有し、且つ亀裂内が所謂島構造を
有する不連続状態膜をいう、島構造とは一般に数十人か
ら数１径の微粒子が基盤４にあり、各微粒子は空間的に
不連続で電気的に連続な膜をいう。 従来、表面伝導形電子放出素子は上述高抵抗不連続膜に
電極１．２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放出せしめるものであ
る。 しかしながら、上記の様な従来の通電加熱によるフォー
ミング処理によって製造された電子放出素子には１次の
ような問題点があった。 １）電子放出部となる島構造の設計が不可能なため、素
子の改良が難しく、素子間のバラツキも生じやすい。 ２）フォーミング工程の際に生じるジュール熱が大きい
ため、基板が破壊しやすくマルチ化が難しい。 ３）島の材料が金、銀、５ｎＯｉ、ＩＴＯ等に限定され
仕事関数の小さい材料が使えないため、大電流を得るこ
とができない。 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、素子構造が簡単であるという利点があるにもかか
わらず、産業上積極的に応用されるには至っていなかっ
た。 本発明者等は上記問題点を鑑みて検討した結果、特願昭
６３−１０７５７０号、特願昭６３−１１０４８０号に
於いて電極間に微粒子膜を配置しこれに通電処理を施す
ことにより電子放出部を設ける新規な表面伝導形電子放
出素子を提案した。この新規な電子放出素子の構成図を
第２、図に示す。 同図において、１１及び１２は電極、１３は微粒子膜、
１４は電子放出部、１５は基板である。 この電子放出素子の特徴としては次のようなことが挙げ
られる。 １）微粒子膜１３に非常に少ない電流を流すことで電子
放出部１４を形成できるので素子劣化のない素子が作成
でき、さらに電極の形状を任意に設計できる。 ２）微粒子膜を形成する微粒子自身が電子放出の構成材
となる為、微粒子の材料や形状等の設計が可能となり電
子放出特性を変えることができる。 ３）素子の構成材である基板１５や電極の材料の選択性
が広がる。 ［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記発明者等が先に提案した表面伝導形
電子放出素子においては、第２図に示す如（、電極間の
微粒子膜１３内に電子放出部１４が形成され、該電子放
出部１４が電子の放出位置となっているが、実際には、
電子放出部１４は０． ＯＩＩＬｍ〜０．５Ｐｍの微細
な範囲から形成されており、その位置は、微粒子膜の形
成条件や通電処理の条件等によってばらつきが生じ、電
極間の所定の位置に正確に配置することが困難であった
。 第２図に於いて、電子放出部は直線的に描かれているが
、実際には電極１．１及び１２の間でかなり蛇行してお
り、通電条件によりその形態はかなり変化し、電子放出
部の実効的な長さが設計できなかった。 一般に、電極１１と電極１２の間隔は０．５ ｐｔａ−
ＳＯＨであるが、電極間が広くなる程電子放出部の位置
を制御することは不可能であった。 このような電子放出部の位置のばらつきは、電子放出素
子として応用する場合、電子放出量にばらつきを生じ、
特にこれらの素子を複数配置した面状電子源として応用
する場合には、場所によって電子放出量が変わるという
問題があった。 面状電子源の有効な応用として、特開昭５６−２８４４
５号にあるような、面状の展開した複数の電子源と、こ
の電子源から゛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形成装置が
あるが、この画像形成装置の電子源として上記表面表面
伝導形電子放出素子を応用すると、各素子の電子放出量
が異なる為場所によって蛍光体の発光輝度が異なり表示
ムラを生じていた。 また、上述した通電加熱を施す従来の電子放出素子に於
いては、通電加熱に要するパワーが大きい為電子放出部
や基板の劣化が著しく、電子放出特性や電子放出部の位
置を制御することは不可能であった。 ［課題を解決するための手段及び作用］本発明は、対向
する電極間に微粒子膜又は微粒子を含む薄膜導電体を設
け、その一部に形状が定まった不連続な電子放出部を設
けることで、上述問題点を解決するものである。 本発明に於ける微粒子膜は、粒径が数十人から数１の導
電性微粒子の膜であり、薄膜導電体としては導電性微粒
子膜やこれら導電性微粒子が分散されたカーボン薄膜が
挙げられる。そしてこれらの膜はガスデポジション法や
分散塗布法等により電極間に形成される。 形状が定まった不連続な電子放出部の形成方法としては
様々な方法が考えられるが、その−例として次のような
ものがある。 第３図は本発明の一実施態様を示す素子構成図である。 同図において、３１は絶縁性基板、３２は段差形成部材
、３３と３４は電極、３５は微粒子膜。 ３６は電子放出部、３７は段差である。 第３図で示す電子放出素子は第２図で示す電子放出素子
に対し電極間に段差３７が在ることを′特徴とする。電
極３３と３４の間隔は０．１終−１００μ■が望ましく
、一般には０．５ｐｍ−１０μｍが実用的である。また
、段差形成部材３２は、ガラスやＳｎｏｗ等の絶縁物質
で形成され、その厚さは微粒子膜の種類にもよるが通常
１００人〜数終■が望ましく、一般には０、１μｍ−１
ｐａ＋が実用的である。 次に、電極間に有機金属を分散塗布し、その後焼成する
ことにより電極間に金属微粒子膜を形成する。金属微粒
子膜の径は数十人〜数μｍが好ましく、その材料はＰｂ
、 Ａｇ、 Ａｕ、 Ｔｉ等の金属、ＰｂＯ，Ｓｎｏｗ
等の酸化物導電体等導電性材料であればどれを用いても
構わない、また、微粒子膜の形成方法は、通常良く用い
られるガスデポジション法等の超微粒子膜の形成等いず
れの方法を用いても構わない。 以上のような段差上に設けられた微粒子膜３５に通電処
理を施すと、第３図に示すように段差部に沿って電子放
出部３６が直線状に形成され、上述従来例のような電子
放出部が蛇行することはない。 かかる電子放出部は通電の方向や微粒子材料の種類、段
差の厚さ等によって段差部の上側か下側あるいは側面の
いずれかに形成することができる。 勿論、段差部が曲線であれば電子放出部は段差に沿って
曲線に形成されるものである。 通電処理の方法は、微粒子膜を通電加熱によりその一部
を高抵抗化して電子放出部を形成するものや、微粒子膜
に通電することによりその一部を低抵抗化して電子放出
部を形成するものがあるがいずれを用いても構わない。 かかる通電処理時に微粒子膜の構造が変わり、上述した
ような不連続な電子放出部が形成される。実際、段差３
７がこの構造変化にどのような役割を果たしているかは
不明であるが、発明者等は段差部近傍で温度分布或は電
界分布が不連続となり、それが原因で段差に沿って電子
放出部が形成されるものと推測している。よって、電極
間に段差部を設ける意外にも温度と電界が不連続となる
部材を設ければ同等な効果が得られるものと期待できる
。 第５図〜第７図は、本発明の一実施態様を示す素子断面
図であるが段差の形状は上述のような階段状の他にも第
５図で示す凸形段差３８、第６図に示す三角形段差３９
、第７図に示す凹型段差４０等様々なものが考えられ、
上述第３図の階段形状と同等な作用効果がある。つまり
、段差部近傍で温度分布或は電界分布が不連続な段差形
状であれば同等な作用効果がある。 本発明の電子放出素子は、形状が定った電子放出部と電
子放出部を挟み電気的に接続された微粒子膜と該電子放
出部と該微粒子膜に電流を通電する為の電極を設けると
いう素子構成であり、従来例と比較すれば電子放出素子
の形状と位置が正確に設計できるので、電子放出特性の
制御が可能であるばかりでなく素子の再現性が得られる
ようになる。 前述した複数の電子放出素子を設けた画像形成装置に於
いて、本発明の電子放出素子を用いれば、各素子の電子
放出量が同等となる為、表示ムラがない良好な画像が形
成される。 【実施例］ 以下に、本発明の実施例を詳述する。 Ｋ五■ユ 第３図は、本実施例の素子構成図であり、第４図はその
製造方法を示した説明図である。 次に本実施例の電子放出素子の製造方法を概略的ではあ
るが説明する。 ■、絶縁性基板（石英基板） ３１を十分洗浄し通常良
く用いられる蒸着技術や液体コーティング法等により絶
縁体膜３２′を形成する。その材料としては、Ｓ １０
＊ ｔガラス、アルミナ等の材料が好適であるが、本
実施例では５ｉｎｓを用いた。厚さは実用的には０．１
Ｐｔａ−１，０μｍが望ましく本実施例では０．２終
ｌに形成した。 ００次に通常良く用いられるホトリソ・エツチング技術
により絶縁体膜３２′をエツチングして段差形成部材３
２を形成する、段差部の厚さは実質的に絶縁体膜３２゛
の厚さである。 ００次に蒸着技術、ホトリソ・エツチング技術を用いて
電極３３及び３４を形成する。電極の材料としては導電
性を有するものであればどのようなものであっても構わ
ないが、本実施例ではＮｉ金属を用いて形成した。電極
３３と電極３４は段差３７を挟むように形成され、その
電極間隔は実用的には０．５μ■〜２０μｍに形成され
ることが望ましく、本実施例では５μ園ギヤツプに形成
した。 ００次に有機パラジウムを電極３３と３４の間に分散塗
布する。有機パラジウムは奥野製薬■ＣＣＰ−４２３０
を用いた。 微粒子を分散したくないところにはテープ又はレジスト
膜を設け、その後ディッピング法又はスピナー法で有機
パラジウムを塗布する０次に３００℃で１時間焼成し有
機パラジウムを分解し、パラジウムと酸化パラジウムの
混合した微粒子膜を形成する０次にテープ又はレジスト
膜を剥離することにより所定の位置に微粒子膜３５を作
成した。微粒子膜の幅Ｗはどのような値のものでも構わ
ないが本実施例では１１ｍとした。このとき、パラジウ
ムと酸化パラジウムの微粒子の径は共に６０人〜１５０
人であったが本発明はこれに限るものではない。 ００次に段差形成部材３２上にある電極３３をマイナス
側、石英基板３１上にある電極３４をプラス側となるよ
うに電源に接続し、微粒子膜３５に通電処理を行った。 その結果、第３図に示すように段差３７に沿って段差部
材３２上に電子放出部３６が形成できた。 ここで通電処理前の微粒子膜の厚さは数十人から２００
人が実用的であるがこれに限るものではない。なお、こ
のときの微粒子膜のシート抵抗は１０”〜１０”Ω／口
程度である。又、微粒子膜３５の膜厚は段差３７を含め
て電極間でほぼ均一であると考えられる。 本実施例に於ける通電処理に於いて、電流の流れる向き
を電極３４側から電極３３側にしたが、このように設定
することにより再現良（上述した位置に電子放出部を形
成できた。 本実施例の電子放出素子を段差３７を設けていない従来
の電子放出素子と比較したところ、電子放出量及び電子
放出効率に於いてほぼ同等の値が得られた０次に電子放
出部の形状を比較すると従来の素子は１ｍ＋ａの幅にわ
たって大きく蛇行しているにもかかわらず、本実施例の
電子放出素子は段差に沿ってほぼ直線的に電子放出部が
形成できた。 電子放出部の位置が正確に設定できることは、応用を考
えると非常に重要な意味がある０例えば、素子から放出
された電子を偏向及び変調するにあたって、その正確な
制御をする為には電子放出部の位置が正確に配置されて
いる必要がある。よって、本実施例の素子は実用的には
非常に有効な素子を提供するものである。 また、段差の位置を変えることによりそれに伴って容易
に電子放出部を変えることができる。 本実施例の電子放出素子は位置設計が可能な表面伝導形
電子放出素子を提供するものである。 支１亘ユ 第８図は本実施例の素子構成図である。 本実施例は、実施例１とほぼ同等の形状を成すものであ
るが、微粒子膜３５をガスデポジション法で作成したも
ので、段差３７上の４１は電子放出部である。 次に本実施例の製造方法を説明する。 ■、実施例１−■と同材質、同方法で作成する。 本実施例に於ける絶縁体膜３２′の厚さは実用的には０
．５１Ｌｍ−１，２μｍが望ましく、本実施例では０．
２５ｇｍに形成した。 ■、実施例１−■と同一 ■、実施例１−■と同一 ０１次に微粒子膜を所定の位置に形成する為に金属マス
クを電極３３と３４の上に配置し、ガスデポジション法
で微狩子膜３５を作成した。その材質は、Ａｕ、 Ａｇ
、 Ｔｉ、Ｓｎ、Ｐｂ等の金属またはその他のどのよう
な導電性微粒子を用いても構わないが、本実施例ではｐ
ｂを用いた。また、その粒径は５０人〜１５０人であっ
たが本実施例はこれに限るものではない。 ■、実施例１−■と同一。 以上の工程により、本実施例の電子放出部４１は、第８
図に示すように段差３７の側面に形成された。これは、
ガスデポジション法による微粒子の作成法に基づくもの
と考えられる１本実施例ではガスデポジション法で微粒
子を基板とほぼ直角方向から吹付けている為に段差部の
側面で微粒子膜の厚さが薄く形成され、通電処理により
段差３７の側面に形成されたものと推測する。 本実施例は、実施例１と同様な検討をした結果、同等な
効果があった。 見立■１ 第９図は、本実施例の画像形成装置を示す構成図である
。本実施例の面状電子源は、実施例１の電子放出素子を
複数配列したもので、とくに電極３３と電極３４の間に
電子放出素子を並列に配置した線電子源を複数本基板に
規則正しく設けたものである。 同図において、５１はグリッド電極、５２は電子通過孔
、５３はガラス板、５４は蛍光体、５５はアルミニュム
材からなるメタルバック、５６はフェースプレート、５
７は蛍光体の輝点である。 本実施例において、グリッド電極５１は複数のライン電
極群からなり、面状電子源の電極群と直角方向に配置さ
れる。電子通過孔５２は電子放出部３６のほぼ鉛直上に
設けられ、グリッド電極５１を信号電極、線電子源群を
走査電極として、ＸＹマトリクス駆動を行い画像を形成
するものである。 フェースプレート５６は透明なガラス板５３の上に蛍光
体５４が一様に塗布され、さらにその上にメタルバック
を設けたものである。 本実施例の画像形成装置に於いて、電極３３と電極３４
に１４Ｖの電圧を印加することにより各電子放出部３６
から電子を放出させ、グリッド電極５１に適当な電圧を
印加することにより電子を引き出し蛍光体５４に電子を
衝突させた。本画像形成装置は、当然ながら真空度Ｉ
Ｘ １０−’ｔｏｒｒ〜Ｉ Ｘ １０−’ｔｏｒｒの環
境下に置かれ、蛍光体に５００〜５ｏｏｏｖの電圧を印
加した。 本実施例において、段差部３７のない同様な画像形成装
置と比較検討したところ次のような結果を得た。 １、本実施例は各電子放出部から放出される電子量が等
しいので明るさが均一な表示画面が得られた。 ２、本実施例は各電子放出部の位置が正確に定まってい
るので蛍光体上の輝点もほぼ同一な形状で規則正しい配
列であった。 それに比べ段差部のない装置は、輝点の形状と輝点のピ
ッチが場所によって異っていた。 このことから本実施例は、カラー画像、高精細画像を得
るのに効果がある。 以上、本実施例は画像形成装置についてのみ説明してき
たが、画像形成部材としては、蛍光体の他にレジスト材
や薄膜金属のような電子ビームが衝突することにより状
態が変化する全ての部材が含まれ、電子ビーム応用装置
としては、記録装置、記憶装置、電子ビーム描画装置等
の様々な装置があり、本発明は、電子放出素子が複数配
置された面状電子源を用いた画像形成装置であれば同等
の効果がある。 ［発明の効果］ 以上説明したように、形状が定った電子放出部を形成す
ることで電子放出素子あるいは画像形成装置として次の
ような効果がある。 １、電子放出量や電子放出効率等の電子放出特性が制御
できるだけでな（、素子間で特性のばらつきの少ない素
子製造が可能になった。 ２、画像形成装置として均一な発光輝度の画像表示が得
られる。 ３、電子放出部の位置が正確に定まるので、画像形成装
置として蛍光体の輝点形状が均一な画像表示が得られる
ようになった。 ４、電子放出部の位置が正確に定まるので、画像形成装
置として変調電極の形状設計や制御系が簡易になる効果
がある。
第１図は、従来の通電加熱によって作成された電子放出
素子の構成図である。 第２図は、従来の微粒子膜及び微粒子を含む薄膜導電体
を通電処理することにより作成された電子放出素子の構
成図である。 第３図は、本発明の実施例１に於ける電子放出素子の構
成図である。 第４図は、本発明の実施例１に於ける電子放出素子の製
造方法を示した説明図である。 第５〜７図は、本発明の他の実施態様を示す素子段差部
の断面図である。 実施例２に於ける電子放出素子の構 築８図は、 成因である。 第９図は、 成因である。 １．２．１１．１２．３３．３４−電極３−薄膜 ４．１５一基板 ５、１４．３６．４１−電子放出部 １３．３５−微粒子膜 ３１−絶縁性基板（石英基板） ３２−段差形成部材 ３２′−絶縁体膜 ３７、３８．３９．４０−段差 実施例３に於ける画像形成装置の構 ５１−グリッド電極 ５２−電子通過孔 ５３−ガラス体 ５４−蛍光体 ５５−メタルバック ５６−フェースプレート ５７−蛍光体の輝点 電子放出素子の典竪的な構成図 第１図
素子の構成図である。 第２図は、従来の微粒子膜及び微粒子を含む薄膜導電体
を通電処理することにより作成された電子放出素子の構
成図である。 第３図は、本発明の実施例１に於ける電子放出素子の構
成図である。 第４図は、本発明の実施例１に於ける電子放出素子の製
造方法を示した説明図である。 第５〜７図は、本発明の他の実施態様を示す素子段差部
の断面図である。 実施例２に於ける電子放出素子の構 築８図は、 成因である。 第９図は、 成因である。 １．２．１１．１２．３３．３４−電極３−薄膜 ４．１５一基板 ５、１４．３６．４１−電子放出部 １３．３５−微粒子膜 ３１−絶縁性基板（石英基板） ３２−段差形成部材 ３２′−絶縁体膜 ３７、３８．３９．４０−段差 実施例３に於ける画像形成装置の構 ５１−グリッド電極 ５２−電子通過孔 ５３−ガラス体 ５４−蛍光体 ５５−メタルバック ５６−フェースプレート ５７−蛍光体の輝点 電子放出素子の典竪的な構成図 第１図
Claims (2)
- （１）段差部を有した絶縁性基板上に、該段差部を挟み
電気的に接続された微粒子から成る低抵抗部と該低抵抗
部に通電するための一対の電極を設けた電子放出素子に
おいて、該素子の電子放出部が前記段差部近傍に位置す
ることを特徴とする電子放出素子。 - （２）真空容器内に少なくとも請求項１記載の電子放出
素子を複数並べた電子源と該電子源から放出された電子
の照射により画像を形成する画像形成部材から成ること
を特徴とする画像形成装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6743689A JP2631007B2 (ja) | 1989-03-22 | 1989-03-22 | 電子放出素子及びその製造方法と、該素子を用いた画像形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP6743689A JP2631007B2 (ja) | 1989-03-22 | 1989-03-22 | 電子放出素子及びその製造方法と、該素子を用いた画像形成装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02247940A true JPH02247940A (ja) | 1990-10-03 |
| JP2631007B2 JP2631007B2 (ja) | 1997-07-16 |
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|---|---|
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- 1989-03-22 JP JP6743689A patent/JP2631007B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US7988513B2 (en) | 2005-07-25 | 2011-08-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Electron-emitting device, electron source and display apparatus using the same device, and manufacturing methods of them |
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| JP2631007B2 (ja) | 1997-07-16 |
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