JPH02299121A

JPH02299121A - 表面伝導形電子放出素子及び該素子を用いた画像形成装置

Info

Publication number: JPH02299121A
Application number: JP1118603A
Authority: JP
Inventors: Shinya Mishina; 伸也三品; Nobuyuki Saito; 信之斉藤; Ichiro Nomura; 一郎野村; Tetsuya Kaneko; 哲也金子; Kojiro Yokono; 横野　幸次郎; Yoshikazu Sakano; 坂野　嘉和
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-05-15
Filing date: 1989-05-15
Publication date: 1990-12-11

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、及び該素子を用い
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、ＬＥｌｉｎｓｏｎ）
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　フィジッス（
Ｒａｄｉｏ　Ｅｎｇ、　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ。

Ｐｈｙｓ、　）第１０巻、１２９０〜１２９６頁、１９
６５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電子放出素
子と呼ばれている。

この表面伝導形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ＳｎＯ□（ｓｂ）薄膜を用いたもの
、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：ｔｈｉｎ　
５ｏｌｉｄ　Ｆｉｌｍｓ”　）　、　９巻、３１７頁、
　　（１９７２年）］、ｒＴＯ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ツド　“ア
　イイーイーイートランス”イーディーコンフ”　（Ｍ
。

Ｈａｒｔｖｅｌｌ　ａｎｄ　Ｃ，Ｇ、Ｆｏｎｓｔａｄ：
ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ、　ＥＤＣｏｎｆ、”）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、　　
（１９８３年）］などが報告されている。

これらの表面伝導形電子放出素子は、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等の利点を有する
。

ここで、この表面伝導形電子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は電圧印加
用電極、３は電子放出材料を分散、丁なわち微粒子が堆
積した電子放出部、４は基板である。

また、表面伝導形電子放出素子として、本発明者等は、
以前に開示したように、粒子径が２００Å以下の粒子を
２０％混ぜることを提案した。

案した。

一方、上記素子を面上に配列させた電子源と、この電子
源からの電子ビームの照射を受ける蛍光体ターゲットと
を、各々相対向させた画像形成装置の概略を第２図に示
す。５は電圧印加用素子電極、３は電子放出材料を分散
する電子放出部。

４は基板、６は配線電極、７は変調電極、８は電子通過
孔、９はガラス板、１０は透明電極、　１１は蛍光体、
１２はフェースプレート、１３は蛍光体の輝点である。

つまり、以上水したように配線電極間に素子を並べた線
電子源群とグリッド電極群により、ＸＹマトリックス駆
動を行い画像を形成するものである。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上記従来例で示すように、かかる表面伝
導形電子放出素子を画像形成装置用面状電子源として用
いる際には、以下の様な欠点があった。

第７図に示す様に、一般に微粒子は粒径が小さくなると
融点が急激に減少する。このため、駆動に伴って生じる
発熱により、粒子の変形が必要以上に起こり、更に、二
次粒子に成長する確率が極めて高くなり、画像形成装置
用面状電子源としては、安定性を欠くということになる
。

つまり、現在のところ、詳細は不明であるが、電子放出
のためには粒径の比較的小さな（具体的には２００Å以
下）粒子が非常に有用ではあるにもかかわらず、画像形
成装置用面状電子源として用いる際には、駆動に伴う発
熱及び封着時の熱処理で上記粒子同士が凝集してしまい
、安定性に悪影響を及ぼす結果となる。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、その解決策とし
ての素子を用い、安定な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）］本発明によ
れば、表面伝導形電子放出素子を備える画像形成装置に
おいて、上記素子を少なくとも２つ以上の粒径分布をも
つ電子放出材料から構成することにより、上記素子を画
像形成装置用面状電子源として使用する際に発生する問
題を解決を解決し、安定な画像形成装置を提供すること
が可能となる。

かかる表面伝導形電子放出素子の基本構成は、第１図に
示したように、絶縁基板上に微小間隔をおいて設けられ
た電圧印加用の低抵抗電極から構成されており、絶縁基
板としては石英、ガラス。

青板ガラス、シリコン、白板ガラス等が挙げられる。ま
た、電圧印加用低抵抗電極としては、一般的な導電性材
料例えばＡｕ、　Ａｌ、　Ｐｔ、　Ａｇ、　Ｎｉ等の金
属の他ＳｎＯ２，ＩＴＯ等の酸化物やモリブデンシリサ
イドの様な化合物導電性材料が使用可能である。厚みに
関しては、両者とも制限はないが、絶縁基板に関しては
０．５ｍｍ〜５ｍｍ、電圧印加用低抵抗電極に関しては
５００Å以上が好ましく、より好ましくは１０００人〜
数Ｐｍである。また、微小間隔については、数１００人
〜数μｍが好ましい。勿論、同一平面内に形成された電
極に関しては上記に制限されるわけではない。

また、上記電極間に分散堆積する微粒子、すなわち電子
放出部を形成する材料としては、通常の金属、半導体と
いった導電性材料が使用可能である。具体的には、Ｎｂ
、　Ｍｏ、　Ｒｈ、　Ｈｆ、　Ｔａ、　Ｗ、　Ｒｅ、　
Ｉｒ、　Ｐｔ。

Ｔｉ、　Ａｕ、　Ａｇ、　Ｃｕ、　Ｃｒ、　Ａｌ、　Ｇ
ｏ、　Ｎｉ、　Ｆｅ、　Ｐｂ、　Ｐｄ、　Ｃｓ、　Ｂａ
等の金属、Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体等が挙げられる。尚、
本発明は、上記材料に限定されるものではない。

次に、かかる素子の製造方法について、第３図に基づき
説明する。これは、抵抗加熱法を用いたものである。微
粒子生成室１４中に配置されたるつぼ１５中に蒸発源を
入れ、外部電源１６を用いてるつぼ１５を蒸発する温度
まで加熱する。かかるるつぼ１５は、カーボンるつぼ、
アルミするつぼ等より目的に応じて適宜選択される。そ
こで、微粒子生成室１４を排気系１７により予め８　Ｘ
　１０−’ｔｏｒｒ以下の真空度に排気し、キャリアガ
ス導入口１８よりキャリアガスを導入する。

そして、微粒子を微粒子堆積室１９中に配置して素子基
板２０に分散堆積させる、いわゆる微粒子ビーム吹き付
は法を用いろ。ここでいうビームとは、周囲の空間より
も高い密度で指向性をもって一定方向へ流れる微粒子を
含む噴流をいい、その断面形状は問わないものとする。

つまり、微粒子生成室１４と微粒子堆積室１９の圧力差
を利用して微粒子ビームを形成し、電極間に分散、堆積
させ−る。このときの圧力差は、圧力比にして１０〜１
００００が好ましく、より好ましくは１００−１０００
である。

上記微粒子ビームを形成するために、微粒子生成室１４
と微粒子堆積室１９の間に縮小拡大ノズル２１を取り付
けろ。このノズル径は、目的に応じて適宜選択される。

勿論、微粒子ビーム形成手段としては、かかる縮小拡大
ノズル以外にも末広ノズル、先細ノズル、オリフィス、
輸送管等従来公知のもの全てが適用可能である。但し、
微粒子ビームの指向性、ビームの収束性等を考慮すると
、縮小拡大ノズルがより好ましい。また、両ノズルと基
板間距離は、目的に応じて適宜選定されるが、好ましく
は１１０ｍｍ−３０（）＋ｎである。

次に、微粒子の粒径に関してであるが、これは蒸発源温
度、キャリアガス流量により制御できる。つまり、蒸発
源温度が高い程、キャリアガス流量が大きい程、粒径が
大きくなる。いずれも比較的容易に粒径を制御すること
が可能である。

本発明の表面伝導形電子放出素子は、上述の方法を基に
容易に実現可能である。つまり、粒径分布の異なる少な
くとも２以上の微粒子ビームを同時に吹き付けることで
実現できる。この製法の概念を第４図に示す。原理、構
成は第３図と全く同様である。以上製法に関して述べた
が、もちろん上述製法に限られるわけではない。

次に、微粒子の粒径分布については、３０人〜１０００
人の範囲で複数の分布を有することが好ましく、より好
ましくは、ピークが５０人〜１００人と３００人〜５０
０人の２種を含むことである。

また、微粒子の分散堆積状況であるが、分布が単一のも
の、分布が２種のものをそれぞれ第５図、第６図に示す
。従来の素子は、第５図に示すように比較的均一な粒径
をもって堆積しているのに対し、第６図に示す本発明の
素子は、粒径の異なる素子が堆積している。しかし、こ
のタイプの素子は、電子放出という面のみから考慮する
と極めて有効であるが、前述の様に画像形成装置用面状
電子源として用いる際には、その比表面積の増大による
材料の融点低下が、画像ムラの原因になると思われ、こ
のことは、すなわち主に高電界が印加されにくくなるこ
とに起因するためと考えられる。つまり、二次粒子に成
長する確率が極めて高（なるという矛盾を生ずる。そこ
で、本発明においては、上記有効性を失うことなく、画
像形成装置用面状電子源として利用するために、粒径の
小さな微粒子を分散する割合を２０％以下にし、かつ、
粒径を１００Å以下とし粒子の変形をより活発に行わせ
ようというものである。具体的には、分散する割合、二
次粒子に成長する確率を小さくし、更に、粒径が小さい
ことの効果を引き出すために、粒径な１００Å以下とす
るということである。

かかる分散の割合に関しては、実用面を考慮すると少な
くとも１０％が望ましい。また、粒径に関しても、第７
図から明らかな様にあまり小さ過ぎても完全に溶解して
しまうので、少なくとも３０入以上が望ましい。

以上の概念に基づ（実施例を以下に示す。勿論、本発明
は以下の実施例に限られるわけではない。

［実施例コ夫Ｕユ洗浄した石英製の絶縁基板上にＮｉ電極３０００人を形
成しホトリソグラフィーの手法を用い第１図に示した様
なパターンを形成する。但し、Ｗは２ｐｍ、Ｌは３００
　ｐｍとした。

次に、上記基板を第４図に示した真空装置内に入れ、真
空度が８　Ｘ　１０−’ｔｏｒｒ以下になるまで排気し
た。その後、各々のるつぼ１５にＡｕを入れ、外部電源
１６によりるつぼ温度を一方は１０５０℃、もう一方は
１１５０℃に上昇させ、キャリアガスなそれぞれ４０ｓ
ｅｃｍ及び８０ｓｅｃｍ流した。ここでは、キャリアガ
スとしてアルゴンガスを用いた。この時の圧力は、微粒
子堆積室Ｉ９が２．６　Ｘ　１０−’ｔｏｒｒ、微粒子
生成室１４がそれぞれ４　Ｘ　１０−”ｔｏｒｒ、　６
　Ｘ　１Ｏ−２ｔｏｒｒであった。また、ノズル径は、
両者とも３ｍｍφ、ノズル・基板間距離は２００＋ｎｍ
とした。更に、ノズルはビームの中心方向が各々基板の
中心を向くように調整した。勿論、ビームの広がりによ
り、目的以外、すなわち不必要部にもビームは飛来する
が、かかる部位には電圧印加が起こらないので、素子自
体には何ら影響はない。以上により得られた堆積物を高
分解能ＦＥ−３ＥＭにより観察したところ、粒径２８０
人〜３５０人程変色微粒子と粒径６０人程度の微粒子の
存在が確認された。存在比率はおよそ１７：３であった
。

次に、この素子を第８図に示す測定系を用いて電子放出
特性を評価した。同図において、２２は加速電極、２３
は素子電流を計るための電流計、２４は素子に電圧を印
加するための電源、２５は加速電極に高圧を印加するた
めの電源、２６は放出電流を測定するための電流計であ
る。前記素子をかかる測定系により、５　Ｘ　１０ｍ’
ｔｏｒｒ以下の状況下で評価した結果、素子電圧１４ｖ
、加速電極ＩＫＶ、電極間距離５ｍｍの条件で、平均放
出電流０．９篩と良好な結果を得ることができた。

叉１１吐ヱ実施例１と同様の方法で、第２図に示す様な電極パター
ンを１＋ｎ＋ｎピツチで２０ｘ２４素子形成した。

それ以降は実施例１と全（同様の方法で表面伝導形電子
放出素子を形成した。但し、この時、全体の均一性確保
のため、微粒子ビーム吹付時に外部より素子基板に自転
、公転を加えた（不図示）。

その後、５ｍｍのテフロン製のスペーサーを介して上部
にフェースプレートを配置し、実施例１と同様の条件下
で電子放出特性を評価した。尚、駆動は、ライン駆動を
行い、周波数は１００ＫＩ（ｚであった。その結果、各
素子共に良好な電子放出特性を示し、それぞれ対応する
スポット光がフェースプレートに安定して観測され、画
像形成装置用面状電子源として機能することを確認した
。

支五エユ表面伝導形電子放出素子に通電前に、真空封着、封止を
行った以外は実施例２と全く同様にて実験を行った結果
、各素子共に良好な電子放出特性を示し、それぞれに対
応するスポット光がフェースプレートに安定して観測さ
れ、画像形成装置用面状電子源として機能することを確
認した。

衷１１匣Ａ電子放出材料としてＰｄ及びＡｇを用いて実施例２と同
様の実験を行った。但し、作製条件はそれぞれ材料に応
じて選択した。

その結果、両者とも実施例２と同様に各素子共に良好な
電子放出特性を示し、それぞれ対応するスポット光がフ
ェースプレートに安定して観測され、画像形成装置用面
状電子源として機能することを確認した。

Ｌ較り大小粒子の存在比率を１＝１として以外は実施例２と全
（同様に実験した結果、素子の約４０％からは安定した
スポット光が観測されたが、残りは、スポット光が極め
て不安定もしくはスポット光が消失及び不出現であった
。

［発明の効果］以上説明したように、本発明の表面伝導形電子放出素子
を用いると、画像形成装置用面状電子源として利用する
際、安定な画像形成装置を提供することが可能となる。

すなわち、素子の電子放出部が大小の粒子から成り、か
つかかる小粒子が、駆動・封着に伴う熱のためにその二
次粒子化が生じない割合で存在することにより、放出電
流の安定性向上等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、表面伝導形電子放出素子の素子構成図、第２図は、画像形成装置の概念図、第３図は、従来の素子製造方法を示す概念図、第４図は
、本発明素子の製造方法を示す一実施例としての概念図
、第５図は、従来の素子の微粒子堆積状況模式図、第６図
は、本発明素子の微粒子堆積状況模式図、第７図は、Ａ
ｕ微粒子の融点と粒径の関係図、第８図は、電子放出特
性評価用測定系の概念図である。１、２．５−電圧印加用素子電極３−電子放出部４−素子基板６−配線電極７−変調電極８−電子通過孔９−ガラス板ｌ〇−透明電極１１−蛍光体１２−フェースプレート１３−蛍光体の輝点１４−微粒子生成室１５−るつぼ１６−外部電源１７−排気系１８−キャリアガス導入口１９−微粒子堆積室２〇−素子基板２１−縮小拡大ノズル２２−加速電極

Claims

【特許請求の範囲】

（１）表面伝導形電子放出素子において、該素子の電子
放出部が、少なくとも二つ以上の粒径分布を有する電子
放出金属材料から構成されていることを特徴とする表面
伝導形電子放出素子。
（２）前記電子放出部が、一種類の電子放出金属材料か
ら成ることを特徴とする請求項１記載の表面伝導形電子
放出素子。
（３）前記電子放出金属材料の粒子径１００Å以下の微
粒子が前記電子放出部全体の粒子数に対し、２０％以下
の分散状態であることを特徴とする請求項１又は２記載
の表面伝導形電子放出素子。
（４）請求項１〜３いずれかに記載の表面伝導形電子放
出素子を具備することを特徴とする画像形成装置。