JPH02297844A - 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から放出される電子
線を利用して画像を形成する装置に関するものであり、
特に素子に傾斜を持たせて放出方向の補正を行った画像
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、
例えば、エム・アイ・エリンソン（Ｍ、Ｉ。

ＥＩ　Ｌｎｓｏｎ）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１θ巻、　　１２９０〜１２９６
頁、　１９６５年］。

これは、基盤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、一般には表面伝導系放出素子と呼ばれて
いる。

この表面伝導系放出素子としては、前記エリンソン等に
より発表された５ｎＯ−（Ｓｂ）薄膜を用いたものの他
、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：”Ｔｈ
１ｎ　５ｏｌｉｄ　Ｆｉｌａ＋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・フオンスタッ
ド：　“アイ・イー・イー・イー・トランス・イー・デ
ィー・コン７”　（Ｍ、Ｈａｒｔｗｅｌｌ　ａｎｄ　Ｃ
，Ｇ、Ｆｏｎｓｔａｄ：　”ＩＥＥＥＴｒａｎｓ、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、２２頁、　（１９１１１３年）］等が報告され
ている。

これらの表面伝導水放出素子の典型的な素子構成を第５
図に示す。図中、■は絶縁性基板、３及び４は電気的接
続を得るための電極、５は電子放出部、６は電子放出材
料で形成される薄膜を示す。

上述した表面伝導水放出素子は、いずれも、薄膜６を設
けた基板１上に電極３．４を設けて、電極３．４間に電
圧を印加し、フォーミングと呼ばれる通電加熱処理で電
子放出部５を形成することによって製造されている。即
ち、電極３．４間への電圧の印加によって薄膜６に通電
し、これにより発生するジュール熱で薄膜６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
能を付与しているものである。

上記電気的な高抵抗状態とは、薄膜６の一部に０．５ｐ
ｍ〜５μｍの亀裂を有し、かつ亀裂内が、いわゆる島構
造を有する不連続状態膜となっていることをいう。島構
造を有する不連続状態膜とは、一般に数十人から数ｐｍ
径の微粒子が基板１上にあり、該微粒子は空間的に不連
続でかつ電気的に連続な膜を形成していることをいう。

また、従来報告されてきた表面伝導水放出素子では電子
放出の放射特性、即ち素子から放出される電子の方向は
、第５図のように電極４をプラス電位、電極３をアース
電位、蛍光体を塗布した基板７を＋１ｏｏｏｖ稈度とし
た場合、同図中８のように蛍光体の発光輝点は実際の電
子放出部の鉛直上よりもプラス電極側にずれており、同
素子から放出される電子はアース電極側から見ると斜め
前方に向って放出されていることを示している。

さらに、特開昭６１−２１０５８８、特願昭６２−２５
５０６３゜特願昭６２−２５５０６１１を等で既に技術
開示したような、微小間隔部と金属、あるいは酸化物等
の微粒子から形成されるフォーミング工程を必要としな
い表面伝導水放出素子においても、上記電子放出の方向
はアース電極側から見て斜め前方にずれを生じている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来例においては、表面伝導水放出
素子から放出される電子線が、素子のアース電極側から
見て斜め前方に放出されているため、次のような欠点を
有していた。

（１）表面伝導水放出素子から放出された電子線を放出
部鉛直上に照射するためには、非常に複雑な電子光学系
を必要とする。

（２）電子放出部と電子線照射位置めＳ異なるため、電
子光学系を含めた装置の構造物の位置合せが非常に困難
である。

（３）放出される電子線が放出部鉛直上から常にプラス
電極方向にずれるため、２ケ所以上の電子放出部を同一
基板上に設ける場合、電極の共通化ができず高密度配置
を困難にしている。

以上のような問題点があるため、表面伝導水放出素子は
素子構造が簡単であり発熱も少な（微細化が容易である
等、マルチ電子源を用いた画像形成装置用として多くの
利点があるにもかかわらず産業上積極的に利用されるに
は至っていない。

本発明は上記従来例の欠点を除去し、表面伝導水放出素
子の特徴を生かした画像形成装置を実現することを目的
として成されたものである。

［課題を解決するための手段（及び作用）］すなわち、
本発明の特徴は、少なくとも１ヶ以上の表面伝導形電子
放出素子と蛍光体基板を備える画像形成装置において、
上記素子を形成する基板表面（素子形成面）が画像形成
面に対して傾きを有する画像形成装置にある。

また、前記素子形成面を含む平面と蛍光体基板を含む平
面が交わる交線に対して、放出素子通電方向が直交、か
つ、素子両電極の蛍光体基板に近い側をプラス電極とな
るように素子配列されている画像形成装置にある。

以上により、前記表面伝導形放出素子特有の放出電子線
の傾きによる問題点を解決し、同一基板上に複数の電子
放出部を高密度に設けた画像形成装置を実現した。

以下に、本発明の特徴を第１図に基づいて詳述する。

本発明では、画像形成装置の構成要素である上部に設け
られた蛍光体基板に対して、表面伝導形放出素子を作製
する絶縁性基板に傾きを持たせることを特徴としている
。同図に示すように、絶縁性基板１の素子を形成する部
分、すなわち素子形成面２に上部の蛍光体基板７に対し
て、５〜４５度傾きを持たせる。この素子形成面２の加
工は、研磨、エツチング等いかなる方法を用いてもよい
が、一つの素子形成面上では、全てが一定の傾きとなる
ことが望ましい。

次に、かかる傾斜部に表面伝導形放出素子を形成するが
、このときの素子と傾斜部の位置関係は、同図に示す通
り蛍光体基板７どの距離が長い側をアース電極３、距離
の短い側をプラス電極４となるように素子を配置しなけ
ればならない。

この位置関係が保たれれば、実際に用いる素子は従来の
フォーミング工程を必要とする素子、あるいはフォーミ
ングを必要としない素子、どちらの構成を用いても良い
。

次に、以上述べた手段を生ずるに至った根拠となる従来
技術の特性を実験結果に基づいて述べる。

先ず、第５図に示すように、従来形の表面伝導形放出素
子を用いて、素子から５ｍｍ鉛直上方平行に蛍光体基板
７を設けた実験装置によって放出電子の傾きを測定した
。十分な放出電流を得るため、素子の電極３をアース、
電極４を＋１４Ｖとし、十分な発光が得られるよう蛍光
体基板７に＋　ＩＫＶの電圧を印加して測定を行ったと
ころ、電子放出部の鉛直上の点Ａから約１　、２ｍｍプ
ラス電極４側の点Ｂに発光が確認された。

また、放出電子の到達点Ｂは、蛍光体基板７に印加する
加速電圧に依存しており、加速電圧を高くする程点Ａに
近づくが、素子から蛍光体基板７までの距離を５ｍｍと
した場合、Ａ−Ｂ間の距離は最小でも０．８ｍｍ程度で
ある。印加電圧とＡ−Ｂ間の距離を表１に示す。

表　　１ この原因は、未だ明らかではないが、本発明者等が検討
を行った結果、真空中に放出された電子が素子上部に設
けられた加速電極から受ける力に対して直角方向の速度
成分を持っているためであると考えられる。

そこで第１図に示したように、放出素子形成面２と蛍光
体基板７とのなす角を種々変化させた画像形成装置を作
製し、発光輝点８の位置を観察したところ、素子形成面
２の傾きによって、発光輝点８の位置が変えられること
が明らかになった。

本発明は、この特徴を生かし、蛍光体基板に対して素子
形成面に傾きを持たせることで、発光部の位置を制御し
た画像形成装置を提供するものである。

［実施例］ 以下に、実施例を用いて本発明を具体的に詳述する。

夫１」口２ 第１の実施例として、先ず第１図に示すような表面伝導
形放出素子と蛍光体基板から成る画像形成装置を作製し
た。

本実施例では、絶縁性基板１として機械加工性の良いガ
ラスセラミクスを用いた。具体的には、コーニング（Ｃ
ｏｒｎｉｎｇ）社のマコール（マイカセラミクス）（７
５ｍｍＸ　７５ｍｍＸ　ｔ５ｍｍ）を基板として採用し
、素子形成面が３０＠傾斜となるようにマコール表面の
研削加工を行った。

こうして得られた基板を十分脱脂洗浄を行った後、素子
形成面に通常のホトリソグラフィ技術を用いてリフトオ
フによりアース電極３とプラス電極４を作製した。この
とき、電極３．４の間に５μｍの間隔（以下電極ギャッ
プという。）を設けた。従って、この状態では電極３，
４間には電気的に導通はない。電極作製は真空蒸着によ
って行い、材料はニッケル、膜厚はほぼ２０００人であ
る。

こうして得られた電極の放出部近傍の拡大上面図を第２
図に示す。同図中、βは１　ｍｍＷは０．３ｍｍ、また
不図示であるが、隣接する素子との間隔は２＋ｎ＋ｎで
ある。

次に、上記基板全面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トーＣＣＰ）をスピ
ンコータを用いて回転塗布した後、酸素雰囲気中で２５
０℃にて１０分間の焼成を行い、パラジウム微粒子から
なる島構造を有する不連続状態膜を電極ギャップの中に
設けて電子放出部５を完成した。

こうして得られた素子の５ｍｍ上方に１００１ピツチの
目盛をつけた蛍光体基板７を設け、真空容器中で加速電
圧を５　ＫＶ、素子印加電圧を１４Ｖとして蛍光体の発
光を観察したところ、各放出部のほぼ鉛直上に発光輝度
８が現れた。

また、蛍光体基板７に印加する加速電圧をＩ　ＫＶとし
たときの発光輝点８は、放出部鉛直上から、０、４ｍｍ
プラス電極側にずれ、３ＫＶとしたときは０、２ｍｍプ
ラス電極側にずれた。この結果、本素子では３〜５に■
の加速電圧とすることで、放出部鉛直上方の位置に実用
上十分な発光輝点が得られることが分かった。

すなわち、素子に適当な傾斜を設けることで放出角の傾
きを補正し、放出部鉛直上に電子を放出させ、放出部と
発光輝点の位置をほぼ一致させた画像形成装置を得るこ
とができた。

支巖五ユ 第３図に示すように、複数電子放出素子を線状に並列接
続し、変調グリッドを設けた画像形成装置を作製した。

同図において、１は絶縁製（ガラスセラミクス）基板、
３は放出素子アース側電極、４は放出素子プラス側電極
、５は電子放出部、７は蛍光体基板、９は変調用グリッ
ド電極である。

実施例１と同様に、先ずガラスセラミクス基板１を機械
加工により素子形成面と蛍光体基板が２０°の角度をな
すよう、研削した。

次に、こうして得られた基板を脱脂洗浄した後、厚膜印
刷により素子形成面に電極３，４を作製した。電極ギャ
ップは５６ｍである。また電子放出部は、１ライン当た
り２４ケ所並列に接続され、同ラインを２４列作製した
。

次に、上記基板全面に有機パラジウム化合物を含む有機
溶媒（鳥野製薬工業製キャタペーストーＣＣＰ）をスピ
ンコータを用いて回転塗布した後、酸素雰囲気中で２５
０℃にて１０分間の焼成を行い、パラジウム微粒子から
成る島構造を有する不連続状態膜を電極ギャップ中に設
けて、電子放出部５を形成した。さらに、各放出部鉛直
上０．２ｍｍの位置に直径３００ｇｍの電子通過孔ｌＯ
を有する変調用グリッド電極９を素子列と直交するよう
に配置し、さらに３ｍｍ上方に蛍光体基板７をガラスス
ペーサを介して設け、低融点ガラスを用いて全体を封着
して画像形成装置を完成した。以上の工程を経て作製さ
れた装置の断面図を第４図に示す。

こうして得られた画像形成装置の各グリッド電極の電圧
（Ｖｇ）を＋５０Ｖ、蛍光体基板に印加する加速電圧（
Ｖａ）を３ＫＶとして、各素子列を線順次駆動したとこ
ろ、１ライン当り２４個の発光が得られ、素子駆動周波
数を５ＫＨ！程度まで上げると、はぼ全面に均一な点状
発光が得られた。

次に、駆動周波数を５ＫＨｚ、加速電圧を３ＫＶとして
、グリッド電極の０Ｎ−ＯＦＦを行ったところ、駆動周
波数に同期させることで、所望の１点のみを発光させる
ことも可能であった。

第４図において、素子駆動用スイッチ１２がＯＮになっ
た場合、同スイッチに対応した１ラインに並列接続され
た２４ケ所の放出部から一様に電子放出される。この時
、２４ケ所の各々に独立に設けられたグリッド電極９の
うちの１本に＋５０Ｖを印加し、他のグリッド電極をア
ース電位としておくことで、２４Ｘ　２４ドツトのうち
の１ドツトのみを選択的に発光させることができる。

この操作を連続的に、全素子列について行うことで、２
４Ｘ２４ドツトで構成される画像を形成することができ
た。

［発明の効果］ 以上説明したように、表面伝導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角をあらかじめ素
子自体に傾きを持たせて補正することによって、 １、電子放出部から放出された電子線の到達位置の制御
が容易となり、高品位な画像形成装置を容易に提供でき
る。

２、電子放出部と発光部が同一線上にあるため、高密度
画像形成装置を容易に製造できる。

等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の特徴を表わす第１実施例で作製した
画像形成装置の部分断面図、 第２図は、実施例１で作製した装置の素子部上面図、 第３図は、実施例２で作製した画像形成装置の斜視図、 第４図は、実施例２で作製した画像形成装置の断面図、 第５図は、従来形表面伝導形放出素子の断面図及び電子
の飛翔状態を示す図である。 １−絶縁性基板 ２−素子形成面 ３−アース電極 ４−プラス電極 ５−電子放出部 ６−薄膜 ７−蛍光体基板 ８−発光輝点 ９−変調用グリッド電極 ｌ〇−電子通過孔 １１、１２．１３−素子駆動用スイッチ１４−グリッド
電極スイッチ １５−グリッド用電源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも１ケ以上の表面伝導形電子放出素子と
   蛍光体基板を備える画像形成装置において、上記素子を
   形成する基板表面（素子形成面）が画像形成面に対して
   傾きを有することを特徴とする画像形成装置。
2. （２）前記素子形成面を含む平面と蛍光体基板を含む平
   面が交わる交線に対して、放出素子通電方向が直交、か
   つ、素子両電極の蛍光体基板に近い側をプラス電極とな
   るように素子配列さ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。