JPH02247963A - 画像形成装置 - Google Patents

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、表面伝導形電子放出素子を使用して画像の形
成を行わせる画像形成装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来より、簡単な構造で電子の放出が得られる素子とし
ては、例えば「ラジオ・エンジニアリング・エレクトロ
ン・フィジイックス（Ｒａｄｉｏ　Ｅｎｇ。

Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、　　Ｐｈｙｓ、）Ｊ　１９６５年刊
、第１０巻１２９ｏ〜１２９６頁に記載されたエリンソ
ン（Ｍ、　１．Ｅｌｉｎｓｏｎ）等による冷陰極素子が
知られている。

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Ｓｎｕｇ　（Ｓｂ）薄膜を用いたものや
、［スイン・ソリッド・フィルムス（ＴｈｉｎＳｏｌｉ
ｄ　Ｆｉｌｍｓ）Ｊ　１９７２年刊第９巻３１７頁にデ
ィトマー（Ｇ、　Ｄｉｔｔａ＋ｅｒ）により発表された
Ａｕ薄膜によるものや、［アイ・イー・イー・イー技報
（ＩＥＥＥＴｒａｎｓ、　ＥＤ　Ｃｏｎｆ、）Ｊ　１９
７５年版５１９頁でハートウェル（Ｍ、　Ｈａｒｔｗｅ
ｌｌ）及びフオフスタッド（Ｃ，Ｇ。

Ｆｏｎｓｔａｄ）共著になるＩＴＯ薄膜によるものや、
「真空４１９８３年刊第２６巻第１号２２頁に荒木久他
で発表されたカーボン薄膜によるものなどが報告されて
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１
図に示す。第１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。

従来、これらの表面伝導水放出素子に於ては、電子放出
を行なう前にあらかじめフォーミングと呼ばれる通電加
熱処理によって電子放出部を形成する。即ち、前記電極
１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。

さらに、上記素子の電子放出の放射特性、すなわち放出
された電子の広がる面積を目視で測定できる様に上記素
子上に、蛍光体の塗布された基板を用いており、図中６
は蛍光体基板、７は放出電子により発光した発光部であ
る。

上記素子の電子放出の放射特性は、上記素子から数ｍｍ
程度離れた空間に、蛍光体基板６を配置し、数百Ｖから
数千Ｖの電圧を印加し、前記電極ｌと電極２の間に駆動
電圧を印加し、電子放出させると、発光部７は蛍光体基
板６上に第１図に示す如（、Ｗ（幅）よりＬ（長さ）の
方が細長い形の広がりを示す。

前記放射特性は上記素子を含む表面伝導水放出素子の固
有の特性である。

従来、上記素子をライン状にマルチに配置した画像形成
装置の例では、上記素子の電子放出部が直線的にライン
状に規則正しく配置されていて、ライン状に並んだ点発
光の発光部７を得るには、第３図（ａ）に示す如く、発
光部７の間隔が非常に広い電子放出が点発光のライン電
子源を構成し、同一ライン状に並んだ上記素子の電子放
出部上に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の蛍
光体、を配置し、画像形成装置を構成していた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、・上記従来例では、 （１）表面伝導形電子放出素子の同一形状を有する電子
放出部が直線的にライン状に規則正しく配置されており
、同電子放出部の空間上に、赤、緑、青、３色に発光す
る蛍光体が同一面積に形成され、配置、構成されている
。このように構成された画像形成装置に、ライン毎に駆
動電圧を印加すると各電子放出部から放出される電流量
は多少のバラツキはあるものの、蛍光体ターゲットに照
射される電流量はほぼ一定である。しかしながら、各色
によって発光効率が異なるため、同量の電子ビームが照
射されても、蛍光体ターゲット上での発光状態は各色に
よって輝度が異なるため、赤、緑、青の３原色を用いた
カラーの表示が充分に行うことができない。

（２）表面伝導水放出素子の電子放出が図中左右に細長
（放射し、かつ上記素子の配置が素子の電子放出部がラ
イン状で直線的になるように構成されているため、複数
個の素子をライン状に、規則正しくマルチに配置した場
合、発光部の間隔の広い、すなわち、表示密度の非常に
低い、画像形成装置しか得られておらず、高密度に表示
が可能な画像形成装置が得られない−０ 以上のような欠点があるので、表面伝導形電子放出素子
は、素子構造が簡単でかつ、２つ以上の複数個の素子を
ライン状に配置し、画像形成装置を構成することが容易
であるにもかかわらず、産業分野として積極的に応用さ
れるには至っていなかった。

【課題を解決するための手段及び作用］本発明は、直線
電極を有するライン状表面伝導形電子放出素子を用いた
画像形成装置において、上記素子の電子放出部が平行に
配置し、上記素子の蛍光体の効率により電子放出部の形
状を変えるように構成することにより、高密度に蛍光体
を均一な輝度で発光することの出来る画像形成装置を可
能にしたものである。

本発明において、直線電極とは、電子放出素子の相対す
る電極が直線かつ平行に形成されているものであり、ラ
イン状表面伝導形電子放出素子とは、複数個の表面伝導
形電子放出素子が１対のライン状電極に沿って直線状に
連なって形成されたものである。

［実施例］ 以下に図面に示す実施例により本発明の詳細な説明する
。

実施例１ 第２図は本発明の一実施例を示す説明図であり、第１図
に示した表面伝導形電子放出素子を用いたものである。

本発明に用いた電子放出素子は、第１図において、絶縁
性基板４に、石英基板を用い、洗浄された石英基板４上
に、電子放出材料にＩｎ＊Ｏｓを用い、膜厚１０００人
の薄膜３を成膜し、（他の電子放出材料として、Ｓｎｏ
ｗ、　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などがあ
る。）次いで、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Ｌ＝１．０ｍｍ％Ｗ＝０．３ｍｍ、
　０．２ｍｍ、　０．１５ｍｍの３種類のネック部を有
する電子放出材料の薄膜３を形成する。

次いで、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Ｎｉを用いて、マスク蒸着によ
り膜厚１５００人を形成する。電極１゜２となる導電性
材料として他に、Ｐｔ、　Ａｕ、　Ｃｕ、　ＡＲなどの
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。

次いで、上記素子のＨ”５ｍｍ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、
０．７５ｎＯａ＝　９５　：　５　）を蒸着により１０
００人形成し、電子により発光する蛍光体を塗布して形
成した蛍光体基板６を配置する。

前記、第１図で説明した表面伝導形電子放出素子と蛍光
体基板６を用い上記素子の電子放出特性を測定する。上
記素子に駆動電圧を１６Ｖ印加し、電子放出させ、蛍光
体基板６に照射された電子ビームの電流値と電子放出領
域を蛍光体基板６の蛍光体の発光した発光部７の面積を
測定したところ、電子放出部５が形成される薄膜３のネ
ック部のＷ　＝　０．３ｍｍのとき電流値Ｉｅ＝約１．
０１＆Ａで、発光部７の面積はＷ（幅）＝約２．（１ｍ
＋ａ　ｓ　Ｌ　（長さ）＝約４．０ｍｍ　、　Ｗ＝０．
２ｍｍのときＩｅ＝約０．６７％Ａ、Ｗ＝約１．８ｍｍ
　％Ｌ　＝約３．６ｍ＋ａ　、　、Ｗ　＝　０．１５ｍ
ｍのときＩｅ＝約０．５％Ａ　％Ｗ＝約１．５ｍｔａ　
ｓ　Ｌ　＝約３．０ｍｍの特性が得られ、薄膜３のネッ
ク部のＷとＩｅの関係はリニアに変化する。

本実施例で用いた蛍光体は、電子線励起による発光タイ
プで赤色は登録番号Ｐ２２、組成ｙ、ｏ、ｓ：Ｅｕ”、
効率約１３％、緑色は登録番号Ｐ２２、組成ＺｎＳ：Ｃ
ｕ、　ＡＩｌ、効率約２３％、青色は登録番号Ｐ２２、
組成ＺｎＳ：Ａｇ、　Ｃ１）、効率約２１％である。（
登録番号はＪＥＤＥＩＩ；（Ｊｏｉｎｔ　Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅ　Ｃｏｍｍ１ｔｔｅｅ）によるもの
） 効率の異なる蛍光体で３色とも同一の輝度を得るために
各蛍光体に対応したライン状素子毎に電子放出部５のＷ
を変える。すなわち放出された電子ビームの電流値を変
えることにより、同一の輝度を得る。まず、赤色の蛍光
体を上記素子により駆動電圧１４Ｖを印加し、放出電流
ｌμＡを得て、発光させた輝度と、緑、青色の蛍光体の
発光した輝度を同じにするために蛍光体の効率と放出電
流値と電子放出部Ｗの関係から、電子放出部Ｗを決める
と、赤：緑：青＝１３％＝２３％：２１％＝１．ＯＰＡ
　：０．５６＃＆Ａ　：　０．６２ｐＡ＝　３００μｍ
　：１６８ＩＡｍ　：　１８６μｍとなる。

第２図（ａ）は上記素子を用い、ライン状に規則正しく
マルチに配置された表面伝導形電子放出素子を示した説
明図で、第２図（ｂ）は、蛍光体基板６上に配置した蛍
光体の色および構成と発光部８を示した説明図である。

第２図（ａ）において、上記素子の薄膜３のネック部Ｗ
　＝　０．３ｍｍの発光部７のＷが約２．０ＬＩＩｎで
あるから素子間隔を２．５ｍｍとし、Ｌが約４．０ｍｍ
であるから、隣接するライン間の素子間隔を４．５ｍｍ
とし、発光部７が重なり合わないように、赤色の蛍光体
に対応する素子の薄膜３のネック部をＷ＝３００μｍに
、緑色の蛍光体に対応する素子の薄膜３のネック部をｗ
　＝　１６８μｍ、青色の蛍光体に対応する素子の薄膜
３のネック部をｗ　＝　１８６ｐｍとし、上記素子と同
じ構成の素子を１ラインに赤、緑、青の順に６素子を配
置し、赤、緑、青の各色の蛍光体に対応した、薄膜３の
ネック部の長さの異なるライン状素子を３ライン構成し
、電子放出部５が平行になるようにライン状に規則正し
く配置、構成する。

ついで、第２図（ｂ）において、上記マルチ状素子の素
子間隔と同じ間隔で、赤、緑、青３色の蛍光体をライン
状素子上に、ネック部のＷに対応するように、赤、緑、
青の順で蛍光体を配置、構成する。

上記の通り配置した結果、上記ｌ素子の駆動条件と同じ
条件で６素子×３ラインを同時に電子放出させ、蛍光体
を発光させたところ、第２図（ｂ）に示す如（赤、緑、
貴台蛍光体を均一な輝度で発光させることができ、発光
部８の発光間隔の狭い高密度な画像形成装置を得た。

さらに、本実施例のごとく上記素子の電子放出部５が規
則正しく直線的でなく平行にマルチに構成することによ
り、電極１，２の配線抵抗を小さく出来る作用があり、
大画面の画像形成装置を構成出来るといった効果がある
。

また、上記構成で、赤、緑、青色の蛍光体から一絵素を
構成すると、従来例では、横方向に長い長方形な絵素し
か構成できないのに対し、非常に、正方形に近い絵素形
状まで構成することが出来、さらに、上記絵素構成にす
ることにより、絵素密度を飛躍的に高めることができる
。

実施例２ 第３図、第４図に本発明の第２の実施例を示す。

第３図において、絶縁性の基板４に石英基板を用い、洗
浄きれた石英基板４上に、電極１．２にＮｉを用い、Ｅ
Ｂ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　＝　３００１
Ｌｓ＋、　２００Ｈ，１１００Ｐ　、　Ｇ　＝　２　Ｐ
ｍの形状を有する電極部を形成する０次いで、電極１，
２の間へ電子放出材料となる微粒子８に１次粒径８０〜
２００人のＳｎ０ｗ分散液（Ｓｎｏｗ：　１　ｇ−溶剤
ＭＥＫ　／シクロヘキサノン＝　３　／　１　：　１０
００Ｃｃ、ブチラール：Ｉｇ）を用いスピンコード法に
より塗布し、２５０℃で加熱処理し形成する。

次いで、上記素子と本発明の第１の実施例で用いた蛍光
体基板６を用い、電子放出特性を測定する。蛍光体基板
６を上記素子の空間上に配置し１０００Ｖの電圧を印加
し、上記素子に駆動電圧を１４Ｖ印加し、電子放出させ
、蛍光体基板６に照射された電子ビームの電流値と電子
放出領域を蛍光体基板６の蛍光体の発光した発光部７の
面積を測定したところ、電子放出部３のｗ＝３００ｐａ
＋のとき電流値Ｉｅ＝約１．０ｐＡ　％ｗ　＝　２００
　ｐｍのときＩｅ＝約０．６７ｐＡ、　ｗ　＝　１１０
０ＰのときＩｅ＝約０．３３μＡ得られ、電子放出部３
のＷとＩｅはリニアに変化し発光部８は同第３図に示す
如く、ｗ＝３００ＰｍのときＷ（幅）＝約０．５ｍｍ　
、　Ｌ　（長さ）＝約０．８ｍｍ　。

ｗ　＝　２００ＰｍのときＷ＝約０．４ｍｍ　％Ｌ　＝
約０．７ｍａ＋　１ｗ　＝　１１００１ＬのときＷ＝約
０．３ｍｍ　ｓ　Ｌ　”約０．６ｍｍの発光部が得られ
た。

次いで、電子放出部Ｗの大きさを決定する。本実施例で
用いた赤、緑、青色の蛍光体は、本発明の第１の実施例
と同じ蛍光体を用いた。効率のことなる蛍光体で３色と
も同一の輝度を得るために、各蛍光体に対応したライン
状素子毎に電子放出部５のＷを変える。すなわち放出さ
れた電子ビームの電流値を変えることにより、同一の輝
度を得る。まず、赤色の蛍光体を上記素子により駆動電
圧１４Ｖを印加し、放出電流１ｐＡを得て、発光させた
輝度と、緑、青色の蛍光体の発光した輝度を同じにする
ために蛍光体の効率と放出電流値と電子放出部ｗ（７ｊ
関係から、電子放出部Ｗを決めると、赤：緑：青＝１３
％：２３％：２１％＝１．ＯｐＡ　：０．５６経Ａ：０
．６２μＡ、　３００μｍ：１６８μｍ：１ｇ６μｍと
なる。

第４図（ａ）は上記素子を用い、ライン状に規則正しく
マルチに配置された表面伝導形電子放出素子を示した説
明図で、第４図（ｂ）は、蛍光体基板６上に配置した蛍
光体の色および構成と発光部７を示した説明図である。

第４図（ａ）において、上記素子の電子放出部５のｗ　
＝　３００ＩＬｍの発光部７のＷが約０．５ｍｍである
から素子間隔を０．７ｍｎ＋とし、Ｌが約０．８ｍｍで
あるから、隣接するライン間の素子間隔を１．０ｍｍと
し、発光部８が重なり合わないように、赤色の蛍光体に
対応する素子の電子放出部５をｗ＝３００１Ｌｍに、緑
色の蛍光体に対応する素子の電子放出部５をｗ　＝　１
６８１Ｌｍに、青色の蛍光体に対応する素子の電子放出
部５をｗ　＝＝　１８６ｐｍとし、上記素子と同じ構成
の素子を１ラインに赤、緑、青の順に６素子を配置し、
赤、緑、青の各色の蛍光体に対応した、電子放出部５の
Ｗの異なるライン状素子を３ライン構成し、電子放出部
５が平行になるようライン状に規則正しく配置、構成す
る。

ついで、第４図（ｂ）において、上記マルチ状素子の素
子間隔と同じ間隔で、赤、緑、青３色の蛍光体をライン
状素子上に、電子放出部５のＷに対応するように、赤、
緑、青の順で蛍光体を配置、構成する。

上記の通り配置した結果、上記１素子の駆動条件と同じ
条件で、６素子×３ラインを同時に電子放出させ、蛍光
体を発光させ６たところ、第４図（ｂ）に示す如く赤、
緑、貴台蛍光体を均一な輝度で発光させるこひとができ
、発光部７の発光間隔の狭い高密度な画像形成装置を得
た。

本実施例に於いても、前記第１の実施例のごとく配線抵
抗を低減出来る。絵素密度を高くする効果がある。

［発明の効果］ 以上説明した様に本発明によれば、表面伝導形電子放出
素子の電子放出部が直線的でなく、平行になるようライ
ン状にマルチに配置、構成し、上記素子上の蛍光体の効
率により電子放出部の形状を変えることにより、蛍光体
の効率にかかわらず、均一な輝度の得られる発光部を高
密度に構成できる画像形成装置を提供することができる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は表面伝導形電子放出素子を説明した斜視図、第
２図（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施例の説明図
、第３図、第４図（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実
施例の説明図、第５図（ａ）、（ｂ）は、従来例を説明
した図である。 １．２：電極　　　　３：薄膜 ４：基板 ６：蛍光体基板 ８：微粒子 ５：電子放出部 ７：発光部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）直線電極を有するライン状表面伝導形電子放出素
   子の各電子放出部の相対する空間上に電子線励起発光の
   赤、緑、青色の蛍光体を構成した画像形成装置であって
   、蛍光体の蛍光効率により該素子の電子放出部の形状が
   異なり、かつ平行に構成されていることを特徴とする画
   像形成装置。