JPH02297848A

JPH02297848A - 電子発生装置及び画像形成装置の駆動方法

Info

Publication number: JPH02297848A
Application number: JP11740889A
Authority: JP
Inventors: Haruto Ono; 治人小野; Hidetoshi Suzuki; 英俊鱸; Tetsuya Kaneko; 哲也金子; Ichiro Nomura; 一郎野村; Yoshimi Uda; 宇田　芳巳
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-05-12
Filing date: 1989-05-12
Publication date: 1990-12-10
Anticipated expiration: 2013-06-25
Also published as: JP2769861B2

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、電子源を用いた電子放出素子群及び該素子群
を用いた画像形成装置の駆動方法に関する。

［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　フィシ４ｖ）ス（Ｒａｄｉｏ　Ｅｎｇ、　Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎ。

Ｐｈｙｓ、　）第１Ｏ巻、１２９０〜１２９６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５ｎＯｚ　（Ｓｂ）９　Ｍ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：“Ｔ
ｈ１ｎＳｏｌｉｄ　Ｆｉｌｍｓ　”　）　　、　９巻、
３１７頁、　　（１９７２年）ｌ。

ＩＴＯｇｌｌＱ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　ディー　コン７（Ｍ、　　Ｈａｒ
ｔｗｅｌｌ　ａｎｄ　Ｃ，Ｇ、　　Ｆｏｎａｔａｄ：　
　“ＩＥＥＥＴｒａｎｓ、　ＥＤ　Ｃｏｎｅ、　”　）
　５１９頁、　　（１９７５年）］、カーボン薄膜によ
るもの［荒木久他：“真空”。

第２Ｂ巻、第１号、２２頁、　　（１９８３年）１等が
報告されている。

また、上記以外にも、薄膜熱カソードやＭＩＸ型放出素
子等の有望な電子放出素子が数多く報告されている。

これらは、成膜技術やホトリソグラフィー技術の急速な
進歩とあいまって、基板上に多数の素子を形成すること
が可能となりつつあり、マルチ電子ビーム源として蛍光
表示管、平板型ＣＲＴ　、電子ビーム描画装置等の各種
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］ところで、これらの素子を画像形成装置に応用する場合
、一般には、基板上に多数の素子を配列形成し、各素子
間をＳ膜もしくは厚膜の電極で電気的に配線し、マルチ
電子ビーム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、各素子毎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ビーム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３図及び第４図は、この問題をより詳しく説明する為
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、また（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３図（ａ）
は、並列接続されたＮ個の電子放出素子Ｄ１ｘＤＮ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Ｄ１の正極を、また電源の負極と素子ＤＮ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１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、電子ビームのタ
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有する。）また、全ての電子放出素子ＤＩ　−ＤＨは、はぼ等しい
抵抗値Ｒｄを各々有するものとする。

前記第３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同図（ｂ）である０図の横軸はＤ
１〜［ｌＨの素子番号を示し、縦軸は電位を示す、φ印
は各素子の正極電位を、ｌ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
一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［ＩＮ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
トしたのが同図（Ｃ）である０図の横軸はＤＩ＃ＤＮの
素子番号を、縦軸は印加電圧を各々示し、同図（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、同図（ａ）のような回路の場
合には１両端の素子（ＤＩ及びＤＨ）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ｔ各電子放出素子から放出される電子ビームは１
両端の素子程ビーム電流が大きくなり１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５両端
に近い部分の画像は濃度が濃く、中央部付近の濃度は淡
くなってしまう、）一方、第４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Ｄｌ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、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
圧降下が大きくなる。

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、画像形成装
置として応用するには極めて不都合である。

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３図よりも第４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３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
、Ｖａａｘ　：　Ｖｓｉｎ＝　１０２：１００程度であ
るが、Ｎ＝１０００であれば、Ｖｓａｘ　：　Ｖ＊ｌｎ
＝　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、　Ｖ自ａｘ　：　Ｖｓｌｎ＝　１２７
：１００程度であるが、ｒ　＝　ＩｏｎΩの場合には、
　Ｖｓａｘ　：　Ｖｓｉｎ＝　４７２：１００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１画像の濃度むらが大きな問題となってい
た。

この発明は、従来のものがもつ電子放出素子に実効的に
印加される電圧の素子毎のばらつきを小さく押え、電子
ビームの放出量が一定となる画像形成装置を提供するこ
とを目的とする。

［課題を解決するための手段及び作用］この目的を達成
するため、この発明は次のような構成としている。すな
わち、この発明に係る画像形成装置は、電子放出素子を
第５図に示す様な、並列と直列接続とを併用する構成（
以後、並列／直列接続法と呼ぶ）とすることにより、大
きな画素数Ｎによる各素子への印加電圧の大きなばらつ
きを、各並列グループに属する、より小さな素子数Ｎ’
（＜Ｎ）の場合に相当する、実効的に小さな印加電圧の
ばらつきに抑えられるようにした。

ものである。

さらに、この発明に係る画像形成装置の構成について説
明する。並列／直列接続法を実施することにより、直列
段数に相当する電位が、各並列グループの電子源に印加
されることとなる。

第５図においてこのことを説明すれば、並列グループＫ
（１≦に５Ｍ）においては、（Ｋ−１）ＸＶｄボルト分
だけの電位の上昇が見られる。このように、各並列グル
ープ毎に異なる電位の上昇が発生する為、例えば第７図
に示す様に同一変調電極電圧を印加したのでは、異なる
並列グループに属する電子源から射出された電子の軌道
が異なり、（各電子放出素子に実効的に印加される電圧
のばらつきが押えられ、電子ビームの放出量が一定とな
ったにもかかわらず）画像形成装置としては使用できな
いという新たな問題が発生する。つまり、並列グループ
１の電子放出素子には電位上昇分がない為、本来の変調
電圧＋ＶＧでターゲット電極までビームが到達するが、
直列段数が増加していくに従い、各並列グループＫ（１
≦に５Ｍ）においては（Ｋ−１）ＸＶｄボルト分の電位
上昇が発生して、電子がターゲット電極に到達できない
様になる。これに対処する為、本発明に係る画像形成装
置は、第２図に示す様に、各並列グループに対応する変
調電極に、各並列グループに属する電子源の電位上昇分
を加えて変調電極電圧として印加する構成としている。

第２図について更に詳しく説明すると、並列グループＫ
（１≦に５Ｍ）に属する電子源に対しては、本来の変調
電極電圧＋Ｖｅ＋（ＯＮ）、　−Ｖｓ２（ＯＦＦ）ニを
位上昇分（７）を圧（Ｋ−１）　　・Ｖｄボルトを加え
て、変調電極電圧として印加する訳である。一般に電子
の軌道は、それが通過する空間の電位ではな（、電位の
勾配（電場）に依存する為、加速電圧ＶａｅＣが変調電
極電圧ｖ０に比して大きい範囲においては上記の方法に
より、各電子放出素子から射出された電子の軌道はほぼ
一定となり、ターゲット上のビームスポット９の大きさ
及び電流値を等しくすることができる。本説明では、並
列／直列接続法により接続、された電子放出素子群の場
合について、印加すべき変調電極電圧を説明したが、一
般には、何らかの理由で電子源がバイアス電位をもって
いる場合、そのバイアス電位と等しい電圧を変調電極電
圧に印加すればよい。

［実施例］この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

Ｋ立！ユこの発明の第１の実施例を第１図、第８図を用いて説明
する。第１図は、本発明の画像形成装置の一実施例を示
す図である。同図において、１はガラス基板（絶縁基板
）、２は支持体、３ａ及び３ｂは配線電極、４は電子放
出部、５は変調電極、６は電子通過孔、７は並列／直列
接続法により接続された熱電子線源群である。さらに、
同図では省略されているが、変調電極５の上方には、い
わゆるフェースプレート８（ターゲット電極）が存在す
る。（第２図、第７図参照、）一方１本発明の熱電子ｔｉ源群７の製造方法の一例を第
８図（ａ）〜（Ｃ）に基づいて説明する。

第８図は、第１図のＡ−Ａ断面図を示している。

■、先ず、ガラス基板ｌ上に真空堆積法により支持体２
としてＣｕを７終■、配線電極３ａ、　３ｂ及び電子放
出部４用にＴａを１．ＯＩＬ■堆積させる（第８図（ａ
）参照）。

■、次に、ホトリソエツチングプロセスによりＴａ層を
加工し、電子放出部４を形成する（第８図゛（ｂ）参照
）。

■、次に、Ｇｕを選択的にエツチングさせＴａから成る
電子放出部４の中空構造を作成する（第８図（Ｃ）参照
）。

以上の方法により本実施例では、かかる電子数・出部４
の大きさを幅１５ｐｍ、長さ４００　ｐｍで作成した。

次に、本実施例における実験結果を述べる。各並列グル
ープに含まれる電子放出部４の数を１０個、直列段数す
なわち並列グループ数Ｍを５０個。

電子放出部４から変調電極５までの距離を７０ｐｍ。

電子放出部４からフェースプレート８までの距離を１０
ｍｍ、基本変調電極電圧をＯＮ時Ｖａ＋”１５Ｖ　、　
ＯＦＦ時−Ｖ、、＝−５０Ｖ　、フェースプレート電圧
（加速電圧）　１ｏｋｖ、素子駆動電圧Ｖｄ＝約２■で
本発明の画像形成装置を動作させたところ、フェースプ
レート上の各電子放出部からのビームスポット９の大き
さ及び輝度が一定である画像が得られた。

本実施例では各並列グループに含まれる電子放出部の数
を同数としたが、一般には、異なっても構わない。又、
本実施例では電子源として熱電子線源を用いたが、一般
には電子を放出する電子源であればその種類は何であっ
てもよい。

！立ヨユこの発明の第２の実施例を第６図に基づいて説明する。

ここでは、変調電極５として金属メツシュを使用した。

本実施例の場合にも実施例１同様、フェースプレート上
のビームスポットの大きさ及び輝度が等しいものが得ら
れた。

［発明の効果〕以上説明したように、電子放出素子を並列／直列接続法
により接続することにより、各素子への印加電圧のばら
つきを抑え電子放出量を一定にする効果があり、又直列
段数分の電子源電位の上昇分を変調電極電圧に付加する
ことにより、フェースプレート上のビームスポットの大
きさを一定（輝点の濃度むらを減少）にする効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例を示す斜視図、第２図
は、本発明の説明図、第３図、第４図は、従来の問題点
の説明図、第５図は、本発明の説明図、第６図は、本発
明の第２の実施例を示す斜視図、第７図は、問題点の説
明図、第８図は、本発明の実施例１，２の電子源基板部
の製造方法の−例を示す工程図である。１−ガラス基板（絶縁基板）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数の電子放出素子が、並列接続と直列接続とを
併用して接続されることを特徴とする電子放出素子群。
（２）各並列接続グループに属する電子放出素子数が同
数であることを特徴とする請求項１記載の電子放出素子
群。
（３）各並列接続グループに属する電子放出素子数が異
なることを特徴とする請求項１記載の電子放出素子群。
（４）含まれる電子放出素子の種類が、複数個であるこ
とを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の電子放出
素子群。
（５）請求項１〜４いずれかに記載の電子放出素子群を
成す複数の電子放出素子と、該電子放出素子から射出さ
れる電子ビームの通過と遮断を制御する為の複数の変調
電極と、電子ビームの照射により画像を形成するための
ターゲットとを具備した画像形成装置の駆動に際し、前
記電子放出素子にバイアス電圧が印加される場合、それ
とほぼ等しいバイアス電圧を対応する変調電極にも付加
することを特徴とする画像形成装置の駆動方法。