JPH02257554A

JPH02257554A - 電子線発生装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JPH02257554A
Application number: JP1076608A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Takeda; 俊彦武田; Ichiro Nomura; 一郎野村; Hidetoshi Suzuki; 英俊鱸; Yoshikazu Sakano; 坂野　嘉和; Tetsuya Kaneko; 哲也金子; Haruto Ono; 治人小野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-03-30
Filing date: 1989-03-30
Publication date: 1990-10-18
Anticipated expiration: 2013-06-25
Also published as: JP2769841B2

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、多数の′電子放出素子と前記多数の電子放出
素子から放出される電子線を変調するためのグリッド電
極とを備えた画像形成装置に関し、具体的には平板型Ｃ
ＲＴや蛍光表示管等に適用が可能な画像形成装置に関す
る。

［従来の技術］従来、簡単な構造で′重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、　Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎ。

Ｐｈｙｓ、）第１０巻、１２９０〜１２９Ｅｉ頁、１９
６５年］この種の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Ｓｎ０？（Ｓｂ）薄膜を用いたも
の、Ａ　ｕ　６１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、　Ｄｉｔｔｓ
ｅｒ　：　　“Ｔｈ１ｎＳｏｌｉｄ　Ｆｉｌｍｓ　”　
）　、　９巻、３１７頁、　（１９７２年）】、ｒｔｏ
ｏ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−コ　ン　）（Ｎ、Ｈａｒｔｗｅｌｌ　
　ａｎｄ　　Ｃ，Ｇ、　　Ｆａｎｓｔａｄ：　　　“　
夏ＥＥＥ　　丁ｒａｎｓ。

ＥＤ　Ｃａｎｔ、”　）　５１９頁、　　（１９７５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）］などが報告され
ている。

また上記以外にも薄膜熱カソードやＨＩＭ形放出素子等
有望な電子放出素子が多数報告されている。

これらは、成膜技術やホトリングラフイー技術の急速な
進歩に伴い基板上に多数の素子を形成することか可能と
なりつつあり、マルチ電子線源として蛍光表示管、平板
型ＣＲＴ等の各種画像形成装置への応用が期待されると
ころである。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、これらの素子を画像形成装置に応用した
場合、一般には、基板上に多数の素子を配列し、各素子
間を薄膜もしくは厚膜の電極で電気的に配線し、マルチ
電子線源として用いていたが、配線抵抗で生じる電圧降
下のために各素子ごとに印加される電圧がばらついてし
まうという現象が起きている。その結果、各放出素子か
ら放出される電子線の電流量にばらつきが生じ、形成さ
れる画像に濃度むらが起きるという問題が発生していた
。

第４図及び第５図はこの問題をより詳しく説明するため
の図で両図とも（ａ）は電子放出素子と配線抵抗及び電
源を含む等価回路図であり、（ｂ）は各電子放出素子の
正極と負極の電位を示す図、（ｃ）は各素子の正負極間
に印加される電圧を示す図である。

第４図（ａ）は、並列接続されたＮ個の電子放出素子Ｄ
１〜Ｄ、と電源ＶＥとを接続した回路を示すもので、電
源の正極と素子り、の正極を、また電源の負極と素子Ｄ
Ｈの負極を接続したものである。また、各素子を並列に
結ぶ共通配線は、図に示すように隣接する素子間でｒの
抵抗成分を有するものとする。（画像形成装置では、電
子線のターゲットとなる画素は、通常等ピツチで配列さ
れている。従って、電子放出素子も空間的に等間隔をも
って配列されており、これらを結ぶ配線は幅や膜厚が製
造上ばらつかない限り、素子間で等しい抵抗値をもつ。

）また、電子放出素子Ｄ１〜Ｄ８は、はぼ等しい抵抗値Ｒ
ｄを各々有するものとする。

縦軸は印加電圧を各々示し、第４図（ｂ）と同様傾向を
見易くする為に、便宜的にＯを実線で結んでいる。

本図から明らかなように、第４図（ａ）のような回路の
場合には、両端の素子（Ｄ、及びＯＮ）に近い程大きな
電圧が印加され、中央部付近の素子では印加電圧が小さ
くなる。従って、各電子放出素子から放出される電子線
は、両端の素子程放出電流が太き（なり、画像形成装置
に応用した場合、極めて不都合であった。（例えば、両
端に近い部分の画像は濃度が濃（、中央部付近の濃度は
淡くなってしまう。）一方、第５図に示すのは、並列接続された素子列の片側
（本図では素子り、側）に電源の正負極を接続した場合
である。この様な回路の場合には、同図（ｂ）に示すよ
うに、正極側、負極側ともＤｌに近い程配線抵抗ｒによ
る電圧降下が太き（なる。

前記第４図（ａ）の回路図に於て、各素子の正極及び負
極の電位を示したのが第４図（ｂ）である。

図の横軸はり、〜ＤＮの素子番号を示し、縦軸は電位を
示す。・印は各素子の正極電位を、■印は負極電位を表
わしており、電位分布の傾向を見易くする為、便宜的に
・印（■印）を実線で結んでいる。

本図から明らかなように、配線抵抗ｒによる電圧降下は
、−様に起こるわけではなく、正極側の場合は素子ＤＩ
に近い程急峻であり、逆に負極側では素子ＤＨに近い程
急峻になっている。これは、正極側では、ＤＩに近い程
配線抵抗ｒを流れる電流が大きく、また負極側では、逆
にＤＨに近い程大きな電流が流れる為である。

これから、各素子の正負極間に印加される電圧をプロッ
トしたのが第４図（Ｃ）である０図の横軸は口１”’Ｄ
Ｈの素子番号を、従って、各素子に印加される電圧は、
同図（Ｃ）に示すようにＤＩに近い程大きなものとなり
１画像形成装置として応用するには極めて不都合であっ
た。

以上二つの例で示したような素子毎の印加電圧のばらつ
きの程度は、並列接続される素子の総数Ｎや、素子抵抗
Ｒｄと配線抵抗ｒの比（、＝　Ｒｄ／　ｒ　）や、ある
いは電源の接続位置により異なるが、一般にはＮが大き
い程、Ｒｄ／ｒが小さい程ばらつきは顕著となり、また
前記第４図よりも第５図の接続方法のほうが、素子に印
加される電圧のばらつきが大きい。

例えば、第４図の接続法で素子抵抗Ｒｄ＝　ｌｋΩ。

ｒ　＝　１０ｍΩの場合、Ｎ　＝　１００であれば、印
加電圧の最も大きな素子と最も小さな素子を比較すると
、Ｖｓａｘ　：　Ｖｓｉｎ＝　１０２　：　１００程度
であるが、Ｎ＝１０００であれば、Ｖｓａｘ　：　Ｖｓ
ｉｎ＝　４７２　　：　１００と、ばらつきの割合は大
きくなる。

また、Ｎ　＝　１０００．　Ｒｄ＝　１　ｋΩ、ｒ＝１
ｍΩの場合には、Ｖｓａｘ　：　Ｖａｉｎ＝　１２７　
：　１００程度であるが、ｒ　＝　ｌＯｍΩの配線抵抗
の場合には、Ｖ＠ａｘ　：　Ｖｓｉｎ＝４７２　：　１
００程度というようにばらつきの程度は大きくなる。

以上説明したように、特性の等しい電子放出素子を複数
個並列に接続した場合には、配線抵抗により生ずる電圧
降下の為、各素子に実効的に印加される電圧は素子毎に
ばらついてしまい、電子ビームの放出量が不均一となり
、画像形成装置として応用する場合に不都合であった。

特に、画素数の多い（すなわちＮの大きい）大容量表示
装置を実現しようとする場合には、上記ばらつきの割合
は顕著となり、画像の濃度むらが大きな問題となってい
た。

［課題を解決するための手段及び作用］上記問題点を解
決するために、本発明では、多数並列接続された表面伝
導形電子放出素子の各々の抵抗値を全て一定とし、各素
子の電子放出特性を変化させて、印加電圧がばらついて
も並列接続された各素子の放出電流が一定となるよう、
素子特性を制御するという手段を講じている。

従来１表面伝導形電子放出素子の電子放出特性は、第６
図に示すように、素子印加電圧Ｖｆが８ｖ程度となった
ときから電子放出が始まり、Ｖｆに比例して放出電流１
ｅが増加する。

従って、電圧降下によって各素子の印加電圧にばらつき
が生じる場合、第７図に示すように、各素子の放出特性
を同図■、■、■のように予め変えておくことで、一定
の放出電流が得られることになる。その−例を挙げると
、並列接続された複数個の素子の両端から２０Ｖの電圧
を印加した場合、ｌ素子に印加される電圧の最大値Ｖｆ
ｓａｘが１９Ｖ　、最小値Ｖｆｓｉｎが１２Ｖとなり、
各素子から一様に１μ＾の放出電流を得るには、第７図
に示したように電圧降下が最大となる中央部の素子特性
を■、電圧降下が最小となる両端部の素子特性を■とな
るように予め特性を制御しておくことで印加電圧のばら
つきには無関係に、全素子からＩｅ＝１ｐＡの放出電流
が得られることになる。

また、実効的な印加電圧がＶｆ＊ａｘ　とＶｆｓｉｎの
間になるような素子では、同図中■と■の間（例えば■
）の特性としておけば良いことになる。

また本発明では１表面伝導形電子放出素子の電子放出部
の幅を印加電圧のばらつきに応じて変え、放出特性の制
御を行なうことを特徴としている。これを第１図を用い
てさらに詳細に説明する。

第１図は、本発明による画像形成装置に用いる電子放出
素子の部分的上面図である。同図において、ｌは絶縁性
基板、２は正極側電極、３は負極側電極、４は中央部分
の電子放出部、５は両端部分の電子放出部である０本素
子に第４図（ａ）に示すように電源ＶＥを接続した場合
、中央部分の素子に印加される電圧が最も小さくなるた
め中央部分の電子放出量を最大としなければならない、
そこで、第１図に示したように、中央部分の電子放出部
の幅を両端部よりも広くすることで、１素子当りの電子
放出量の均一化を図るものである。

一方、第５図（ａ）のように電源を配置した場合には、
電源から最も遠い素子に印加される電圧が最小となるた
め、電源から遠ざかるに伴い電子放出部の幅を広げ電子
放出量を増加させることで１素子当りの放出量を均一化
できる。

また、並列接続された各放出部の幅が異なることで、各
放出素子の抵抗値が変化し、駆動方法、消費電力等に問
題が生じる場合には、各素子の放出部に設けられる微粒
子の配置を変えることで抵抗値一定のまま放出電流を増
加させることも可能である。

具体的には、放出部幅の広い素子部分の微粒子密度を低
下させ、高抵抗素子とすれば良い。

本発明で用いられる表面伝導形電子放出素子の電子放出
部幅Ｗと放出電流１ｅの関係は、本発明者等の検討から
第８図で示されることが実験的に確認されている（各素
子の抵抗をｌｋΩとなるように微粒子を配置した場合）
。

以上述べたように、本発明によれば、各素子に実効的に
印加される電圧に応じて電子放出部の幅に変化をもたせ
ることで、電子放出特性を変化させ配線抵抗による印加
電圧のばらつきの影響を無視しうる高品位な画像形成装
置が得られる。

［実施例］以下図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

実施例１第２図（ａ）は、本発明による画像形成装置に用いられ
る並列接続された電子放出素子の上面図である。同図に
おいて、１′はガラス基板、２は正極側電極、３は負極
側電極、５は両端部分の電子放出部、６は中間部分の電
子放出部、４は中央部分の電子放出部である。

先ず、実際に電子放出素子を作製する前に、典型的な表
面伝導形電子放出素子の特性をもとにｔｏｏｏ素子並列
接続されたときの配線抵抗による電圧降下を見積ったと
ころ、配線抵抗ｒ＝１ｍΩ。

素子抵抗Ｒｄを３００〜１０００Ωとして実際の素子に
印加される電圧は、両端部分が最大Ｖｆ＠ａｘ　　＋中
央部分が最小Ｖｆｓｉｎ　とするとモの比Ｖ、ｆｍａｘ
　　：　Ｖｆ＊ｉｎ二１３０　：　１００となった。こ
れは、正、負両電極の両端から駆動電圧１５Ｖを印加し
たとき、中央部分の素子には実効的には１１．５Ｖ程度
の印加電圧となることを示している。また画像形成装置
として、１素子当り１μＡ程度の放出電流が必要である
ことから、全素子よりｌμＡの電流を得るためには、中
央部分には印加電圧１１．５ＶのときにＩｅ＝　１　＃
ＬＡ、両端部分には印加電圧２５ＶのときにＩＩ！＝Ｉ
ＪＬＡとなるような素子を配置すれば良いことになる。

そこで、第８図から、両端部分の電子放出部幅Ｗを１１
００ｐ、中央部分の電子放出部＃ＩＷを４００μｍ程度
にすれば、駆動電圧１５Ｖのときにほぼ一様な放出電流
が得られることが分かる。

上記のような見積りの基に、各素子の位置（電源正極側
からＤｌ＋Ｄ２＋・・・、　０１００Ｇ　）と電子放出
部幅Ｗの関係をプロットしたものが第２図（ｂ）である
。

第２図（ｂ）に従って、先ずガラス基板１′に通常のホ
トリソグラフィ技術を用いてｌライン中央部の電子放出
部幅Ｗが４００ｇｍ１両端が１００μｍ、中間は４００
ｐｍ　−１００ｇ園まで徐々に減少するように電極２．
３を形成した　ｉｔ電子放出部形成する電極のギャップ
は全て２＃Ｌ１１である・次に、電極２，３を形成したガラス基板１′上に、有機
パラジウム化合物を含む有機溶媒（奥野製薬工業製キャ
タペース）ＣＣＰ）を全面に回転塗布後、空気中で２５
０℃にて１０分間の焼成を行い、有機パラジウムを微粒
子化して、島構造を有する不連続状態膜（図示せず）と
して電子放出実験板を得た。

次に、基板ｌ上に５■麹厚のガラススペーサーを設け、
スペーサー上に一様に蛍光体を塗布した蛍光体基板を設
けた後、全体をＩ　Ｘ　１Ｏ−６Ｔｏｒｒ程度の真空度
に保たれた容器中に入れ加速電圧ＩＫＶで電子放出実験
を行った。電源の接続方法は第４図（ａ）に示したよう
に、電極２の０１側を電源正極、電極３の０１０００側
をアースとした。

その結果、各放出部に対応した輝点が観察され、各輝点
の輝度は目視でほぼ均一であった。また、各輝度のばら
つきをスポット輝度計を用いて測定したところ、ばらつ
きは５％以内であった。

実施例２第５図（ａ）に示し゛たような多数並列接続された素子
の一方側に電源の正極及びアースが接続される場合に適
した素子を作製した。第３図（ａ）はその上面図である
。同図において、１′はガラス基板、２は正極側電極、
３は負極側電極、７．８゜９　、１０．１１は各々電圧
降下に対応して幅の異なる電子放出部である。

各放出部の幅Ｗは実施例１と同様に配線抵抗ｒ＝　１ｍ
Ω、素子抵抗Ｒｄ＝　１　ｋΩとして全ての放出部から
１μＡの放出電流が得られることを条件として計算を行
った。その結果、各放出部の幅Ｗは、第３図（ｂ）のよ
うな分布が適することが分かった。

そこで、第３図（ｂ）に従って、実施例１と同様にホト
リソグラフィ技術を用いて電極２．３を作製した。電子
放出部７，８，９，１０．１１を形成する電極のギャッ
プは全て２μ腸である。

次に、電極２．３を形成したガラス基板１′上に、有機
パラジウム化合物を含む有機溶媒（奥野製薬工業製キャ
タペース）ＣＣＰ）を電極幅の広い部分には薄く、狭い
部分には厚くスプレー塗布した後、空気中で２５０℃に
て１０分間の焼成を行い、パラジウムを微粒子化して、
島状構造を有する不連続状態膜（図示せず）として電子
放出素子板を得た。

こうして得られた基板１′上に第９図に示すようにガラ
ススペーサーを介して蛍光体基板１２を設け、その間に
変調用グリッド電極１３を設けた後、真空容器１４に入
れ、内部をＩ　Ｘ　１０−６丁◎ｒｒ程度に真空排気し
て画像形成装置パネルを作製した。

本パネルの放出素子電極は図示の通り２を電源の正極側
に、３をアースに接続して電源電圧１５Ｖ、加速電圧Ｉ
ＫＶでパネルを駆動したところ、各放出部に対応した輝
点が観察され、その輝度のばらつきは５％以内であった
。

［発明の効果］以上説明したように、配線抵抗により生じる電圧降下に
応じて、電子放出部の幅と微粒子密度を任意に制御した
表面伝導形電子放出素子を用いることで、各素子から放
出される電流のばらつきを抑え、高品位な画像形成装置
を実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施した電子放出素子の上面図、第
２図は、実施例１で示した電子放出素子の電極幅に特徴
をもつ上面図、第３図は、実施例２で示した電子放出素
子の電極幅に特徴をもつ上面図、第４図、第５図は、複
数並列接続した場合の等価回路、電位、印加電圧を示す
図、第６図は、典型的な表面伝導形放出素子の放出特性
、第７図は、電子放出部幅による特性差を示す図、第８
図は、電子放出部幅と放出電流量の関係を示す図、第９
図は、本発明を用いて作製した画像形成装置の概略図で
ある。ｌ−絶縁性基板　　　　１′−ガラス基板２−正極側電
極　　　　３−負極側電極４−中央部電子放出部　５一
端部電子放出部６−中間部電子放出部７．８，９，１０，１１−各々電圧降下に対応して幅の
異なる電子放出部１２−蛍光体基板１３−変調用グリッド電極１４−真空容器

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも一対の相対向する電極（正極側電極と
負極側電極）と該電極間に設けられた微粒子から成る表
面伝導形電子放出素子が多数電気的に並列に接続された
電子線発生装置を用いた画像形成装置において、前記表
面伝導形電子放出素子の電子放出部が少なくとも２種以
上の異なる幅を有することを特徴とする画像形成装置。
（２）前記並列接続された電子放出素子の各抵抗値が全
て等しくなるように前記微粒子の密度が異なって設けら
れていることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置
。
（３）前記並列接続された電子放出素子列の正極側とり
出し電極が該素子列の正極側電極の一端に配置され、負
極側とり出し電極が素子列の負極側電極の他の一端に配
置されており、素子列中央部の電子放出部幅が両端の放
出部幅より広いことを特徴とする請求項１記載の画像形
成装置。
（４）前記並列接続された電子放出素子列の正極側、負
極側各とり出し電極が素子列同一端の正極側電極、負極
側電極に各々配置されており、電子放出部の幅がとり出
し電極から遠くなるに従って広くなっていることを特徴
とする請求項１記載の画像形成装置。