JPH02250244A - 画像表示装置とその駆動方法 - 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、表面伝導形放出素子を電子源として用いた画
像表示装置に関する。

［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
やフィジイッス（Ｒａｄｉｏ　Ｅｎｇ、　Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ。

Ｐｈｙ８．　）第１０巻、１２９０〜１２９６頁、　　
１９６５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：／ソン等
により開発されたＳｎＯ□（ｓｂ＞薄膜を用いたものの
他、Ａｌｌ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、　Ｄｉｔｔ、ｍ
ｅｒ：”Ｔｈ１ｎ　５ｏｌｉｄ　Ｆｉｌｍｓ”　）　、
　９巻、３１７頁、　　（１９７２年）１、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、イー・コンブ’　（Ｍ、　Ｈａｒｔｗ
ｅｌｌ　ａｎｄ　Ｃ，Ｇ、　Ｆｏｎｓｔａｄ：”ＩＥＥ
Ｅ　Ｔｒａｎｓ、　ＥＤ　Ｃｏｎｆ、”　）５１９頁、
　　（１９７５年）１、カーボン薄膜によるもの［荒木
久他：　゛真空”第２６巻、第１号１２２頁、　　（１
９８３年）］等が報告されている。

これらの表面伝導形放出素子は、 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、平板状デイスプレィ装置は現在数々のタイプが提
案されている、代表的なものにエレクトロルミネッセン
ス方式、プラズマ方式、液晶方式がある。しかし、これ
らの方式の平面状デイスプレィ装置をカラーテレビジョ
ン用等の高速走査で画素密度の高い画像が必要なものに
使用しようとした場合、発光効率等に問題があり、また
大画面用としては実用的ではない。このためテレビジョ
ン用等には真空中で電子源より放出された電子を高電圧
で加速し蛍光体に衝突発光させ画像を再現させる電子線
加速型の平板状デイスプレィ装置が有力候補の一つとな
っている。

このデイスプレィ装置の一つとして金沢工業大学の宮崎
栄−氏と坂本康正氏らが開発を進める、水平アドレス垂
直静電偏向方式デイスプレィ装置がある。第１図は装置
の構成図であり、第２図はその原理図である。１は基板
、２は変調電極、３は熱電子線源、４は上偏向電極、５
は下偏向電極、６は透明電極と蛍光体、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
画像形成部材を設けたフェースプレート、７は電子ビー
ム、８は等電位線である。熱電子線源は、タングステン
線に電子放射物質を被覆したもので、外径は約３５ｐｍ
、動作温度は７００〜８５０℃である。

熱電子線源３に電流を流し電子放出させ、放出した電子
を変調電極に電圧を印加させることにより電子ビームを
ＯＮ、　ＯＦＦ制御する。熱電子線源３と変調電極の間
隔は０．１５ｍｍであり、変調電極に印加する電圧が一
５■でカットオフし、０■で電子ビームを引き出す。引
き出された電子ビーム７は偏向電極４，５に一２００〜
２００■の電圧を印加することにより偏向させフェース
プレート６上の蛍光体に衝突発光させるものである。つ
まり、偏向電極で垂直画素数が、変調電極で水平画素数
が決まるものである。又、電子ビーム７は、フェースプ
レート６、偏向電極４，５、変調電極２の各電位によっ
て決定される電界分布で、偏向、結像を行い画像表示す
るものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来例では次のような問題点があっ
た。

１、構成部品を高精度に組立てないと画像歪が生じる。

２、タングステン線を母体とする熱電子線源を用いる為
、線源が長くなると熱膨張により線源が弛んだり、ある
いは振動の原因となる。その為大画面の表示装置ができ
ない。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明は、従来
の熱電子線源と変調電極の代わりに個々に駆動できる表
面伝導形電子放出素子を水平画素数個並べた線状電子源
を設け、かつ綿状電子源と偏向電極が絶縁体を介して一
体に形成することで上述問題点を解決したものであるつ
本発明は長年鋭意検討を進め開発された表面伝導形電子
放出素子を用いることにより初めて達成された画像表示
装置である。

以下に、実施例を用いて具体的に詳述する。

［実施例１ 見立五ユ 第３図は本実施例の電子源と偏向電極を示す構成因であ
る。第４図は第３図のＡ−Ａ’断面図であり、本実施例
の製造方法を示したものである。

１１はガラス基板、１２は上偏向電極、１３は下偏向電
極、１５は絶縁体膜、１６．１７は配線電極、１８は素
子電極、１９は電子放出部である。ここで表面伝導形電
子放出素子は素子電極１８と電子放出部１９から形成さ
れている。

本実施例は、電子放出素子自身が変調機能を兼ね備え、
係る電子源と偏向電極１４が絶縁体膜１５を介して一体
に形成された画像表示装置である。

次に本実施例の製造方法を説明する。

■、ガラス基板１１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、一対の偏向
電極１４をＮｉ材料を用いて作成した。基板は、ガラス
材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。偏向電極は、金、ステンレス等の導電性材料であれ
ば良いが、基板の熱膨張率と近いものが望ましい。

偏向電極の間隔は、電子放出部１９を挾む位置に配置さ
れれば良く１μｍ〜５ｍｍが適当で実用的には５０μｍ
〜１　ｍｍが好ましく、本実施例では２００μｍに設定
した。

００次に蒸着技術により、厚さ１０ｐｍの５ｉＣｈ膜で
絶縁体膜１５を形成した。厚さは数１ｉ１１１〜１ｍｍ
が好ましく、実用的には５μｍ〜１１００）ｚが望まし
い。また絶縁体膜の材料はＳｉＯ□以外にもガラス、セ
ラミックス材等のいずれの絶縁体を用いても構わない。

０１次に蒸着技術とエツチング技術を用いて、素子電極
１８と配線電極１６．１７をＮｉ材料で形成した。配線
電極の幅はできる限り狭い方が望ましく、１１００ｐ以
下が好適で実用的にはｌＯμｍ程度が望ましい。素子電
極１８の幅はＩＩＪ、ｍｍ１１００１ｚが好適で、さら
にＩｇｍ〜２０ｐｍが好適である。本実施例では素子電
極１８、配線電極１６．１７の幅を共に１０ｇｍで形成
した。電子放出部１９は素子電極１８の相対抗する部分
で形成され、その電極ギャップは０．１μｍ〜ｌ　Ｏｐ
ｍが好適で本実施例では２ｐｍに形成した。電子放出部
１９は２枚の偏向電極の中心に配置し、３００ｐｍの長
さで形成した。素子電極１８の厚さは０．１μｍで、配
線電極は電気抵抗が十分小さくなるようにｌｐｍで作成
した。素子ピッチは２ｍｍになるように設計したが、こ
れに限るものではない。

００次にガスデポジション法を用いて、相対抗する電極
間に微粒子膜を設けることにより電子放出部を形成した
。微粒子の材質はＰｄを用いたがその他の材料としてＡ
ｇ、　Ａｕ等の金属材料やＳｎＯ２，Ｉｎ、Ｏｉ等の酸
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１００人に設定した
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微粒子膜を形成しても
所望の特性が得られる。

■、上述した電子源と偏向電極の設けられた基板から２
０ｍｍ離して蛍光体の設けられたフェースプレート６を
配置して画像表示装置を作成した。

次に本実施例の駆動方法を説明する。

蛍光体の電圧を２．０ｋＶに設定する。第３図に於いて
、配線電極１６は共通配線となるように形成されていて
ＯＶの電圧に設定する。一方、情報信号によって各配線
電極１７には、１３Ｖの電圧パルス（ＯＮ（７）ときは
１３Ｖ、　ＯＦＦ　（７）ときはＯＶ）を印加し各電子
放出部１９より、変調された電子ビームを放出させる。

ここで、本実施例の表面伝導形電子放出素子は約１００
ピコ秒〜ＤＣまで電子放出が応答し、通常良く用いら第
１るパルス幅変調等による中間調の表示が可能である。

別の中間調の表示方法として、各配線電極１７に印加す
る電圧を変えろ方法があるが、どちらの方法を用いても
構わない。

次に、上偏向電極１２に＋５０Ｖがら一４０Ｖまで下偏
向電極１３に一４０Ｖから５０Ｖまでそれぞれ連続的に
電圧を変化させ、変調された電子ビームで蛍光体上を走
査させ、画像表示を行った。

本実施例では、情報信号に応じて電子ビームをＯＮ、　
ＯＦＦ制御する変調は、電子放出素子自身で行い、電子
ビームの偏向及び結像は、偏向電極１２゜１３とフェー
スプレート６の電圧で形成される電界分布で行って画像
を表示するものである。よって、本実施例の水平画素数
は電子放出素子の数で形成され、垂直画素数は偏向電極
の印加電圧で形成される。

偏向電極へ印加する電圧は、電子源と偏向電極の距離が
近い程低（でき、係る電圧で電子ビームを偏向できる。

従来のタングステン線を用いたフィラメントでは、温度
が上がると熱でフィラメントが伸びたり、フィラメント
が振動したりするので、偏向電極と電子源の距離が近い
と適正な偏向ができないという問題があった。

本実施例では、冷陰極であるところの表面伝導形電子放
出素子を用いることにより、電子源の近傍に偏向電極を
絶縁体を介して一体に形成したので低い偏向電圧で駆動
できた。また、電子源と偏向電極とのアライメント精度
が高く配置できたので画像歪のない良好な画像が得られ
た。

本実施例は水平画素数はい（らでも多（設けることがで
き、本実施例の画像表示装置を複数個並べれば容易に大
画面の画像表示が得られる。

衷Ｊ１吐ｌ 第５図は本実施例に於ける線状電子源と偏向電極の構成
図である。

本実施例は実施例１の偏向電極１４を電子放出部１９の
上に移行して偏向電極２４としたものであり、構成材の
製法、形状及び材質は実施例１とほぼ同等に作成した。

２１は絶縁体膜で、ガラスを材料として厚さ２０ｇｍで
作成しその上に上偏向電極２２と下偏向電極２３を作成
した。

本実施例は実施例Ｊと同様にタングステン線を熱電子線
源とする従来例と比較して、電子放出部１９と偏向電極
２２．２３の位置合わせ精度を飛躍的に向上させた構造
であることは言うまでもない。

本実施例で実施例１と同様な検討をした結果、実施例１
と同等な結果が得られた。また、本実施例は偏向電極２
２．２３が配線電極１６．１７の上に位置する為、電子
ビームの飛翔において配線電極の影響を受けることがな
かった。その結果、実施例１と比較して画像歪のない良
好な画像が得られた。

叉」Ｕ江旦 実施例１の画像表示装置に於いて別の駆動を行った。

表面伝導形電子放出素子は、相対抗する一対の電極間に
微粒子を配置した冷陰極型の電子放出素子である。その
駆動は、電極間に８Ｖ〜１５Ｖ程度の電圧を印加するこ
とにより電子放出させるものである。放出する電子ビー
ムは素子面から直角方向に飛翔せずに指向性があり、一
般には素子面の法線からプラスの電極側に数度〜３０度
傾いて放出するという特有の特性がある。

本実施例はこれらを鑑みて実施例１の画像表示装置の駆
動を行うものである。次に本実施例の駆動法を説明する
。

実施例１と同様に蛍光体には２ｋＶの電圧を印加した。

第３図に於いて配線電極１６は共通配線となるように形
成されていてＯｖの電圧に設定する。

一方、情報信号によって各配線電極１７には、］、　３
　Ｖの電圧パルス（ＯＮのときは１３Ｖ、ＯＦＦのとき
はＯＶ）を印加し各電子放出部１９より、変調された電
子ビームを放出させる。

次に上偏向電極１２に＋５０Ｖから＋５■まで、下偏向
電極１３に−５０から一５■までそれぞれ連続的に印加
し、変調された電子ビームで一画面の上側半分を走査し
画像を形成する。

次に配線電極１６の電圧を１３Ｖに設定し、情報信号に
よって各配線電極１７に電圧パルス（ＯＮのときはＯＶ
、ＯＦＦのときは１３■）を印加し電子ビームを放出さ
せる。

次に上偏向電極ｊ２に＋５■から一５０Ｖまで、下偏向
電極１３に一５■から５０Ｖまでそれぞれ連続的に印加
し、一画面の下側半分を走査し画像を形成する。

本実施例は、電子ビームの上半分と下半分の走査に対し
電子放出素子に印加する電圧を逆極性にすることで一画
面を作成するものである。

本実施例の駆動方法によれば、表面伝導形電子放出素子
の、指向性をキャンセルし、実施例１よりも画面全体に
わたって画像歪のない表示が可能となる。

［発明の効果］ 本発明は、従来の熱電子線源と変調電極の代わりに、個
々に駆動できる表面伝導形電子放出素子を水平画素数個
並べた線状熱電子源を設け、かつ前記線状熱電子源と偏
向電極を絶縁体を介して一体に形成することで次のよう
な効果がある。

■、線状熱電子源と偏向電極の位置が高精度に製造でき
る為画像歪のない優れた画像が形成できる。

２、冷陰極の電子放出素子を用いているので、素子の数
を増やすことが可能であり、大画面で高容量の情報を表
示できる。

３、良く知られている薄膜成膜技術を用いて製造する為
、従来の組立て工程が大幅に削減できる。

４、従来例の変調電極が不用な為単純な構造の画像表示
装置を提供できる。

５、偏向電極に印加する電圧を約７分１に下げることが
できる為、駆動が容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来画像表示装置の構成図である。第２図は従
来画像表示装置の原理図である。第３図は実施例１に於
ける線状電子源と偏向電極の構成図である。第４図は実
施例１の製造方法を示す説明図である。第５図は実施例
２に於ける線状電子源と偏向電極の構成図である。 １一基板　　　　　　２−変調電極 ３−熱電子線源　　　４．１２．２２−上偏向電極５、
１３．２３−下偏向電極 ６−フェースプレート ７−電子ビーム　　　　８−等電位線 １１−ガラス基板　　　　１４．２４−偏向電極１５、
２１−絶縁体膜　　　１り、　１７−配線電極１８−素
子電極　　　　　１９−電子放出部用願人　キャノン株
式会社

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）個々に駆動できる表面伝導形電子放出素子を線状
   に並べた線状電子源と該線状電子源を挟む位置に設けら
   れた偏向電極と電子が衝突することにより画像を形成す
   る画像形成部材を有することを特徴とする画像表示装置
   。
2. （２）前記線状電子源と前記偏向電極が絶縁体を介して
   一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の
   画像表示装置。
3. （３）前記偏向電極と前記線状電子源と前記画像形成部
   材が順次配置されていることを特徴とする請求項１又は
   ２記載の画像表示装置。
4. （４）前記偏向電極間に、該電極間の電圧を連続的に変
   化させ電子ビームを偏向走査できる電圧印加手段を設け
   た請求項１〜３いずれかに記載の画像表示装置の駆動に
   際し、該偏向電極の一方に対応する画像表示と該偏向電
   極の残り他方に対応する画像表示とで、前記表面伝導形
   電子放出素子に印加する電圧の極性を変えることを特徴
   とする画像表示装置の駆動方法。