JPH03263742A - 画像表示装置 - 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を電子源として用い
る画像表示装置に関し、特に、変調電極を有した画像表
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
・フィジイッス（Ｒａｄｉｏ　Ｅｎｇ、　Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ。

Ｐｈｙｓ、　）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
の他、Ａｕ薄膜によるちの［ジー・ディトマ一二　“ス
イン・ソリド・フィルムス”（Ｇ。

Ｄｉｔｔｍｅｒ：“Ｔｈ１ｎ　５ｏｌｉｄ　Ｆｉ１ｍｓ
″）、９巻、３１７頁、　　（１９７２年）ｌ、ＩＴＯ
薄膜によるもの［エム・バー　トウＪ、ル・アンド・シ
ー・シー　・ソＡ〜ン久タッド：　“アイ・イー・イー
・イー　・）・ランス・イー・デイ−・コン７”　（Ｍ
、　Ｈ，ａｒｔ、ｗｅｌｌ　ａｎｄ　Ｃ，Ｇ。

Ｆｏｎｓｔ、ａｄ：　”　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｒ＋ｓ、Ｅ
Ｄ　Ｃｏｎｆ、　”　）　５１９３４　。

（１９７５年）１、カーボン薄膜によるもの１荒木久他
：“真空“、第２６巻、第１号、２２真、　　（１９８
３年）］郷が報告されでいる。

これらの表面伝導形電子放出素子は、 １）高い電子故山効率が得られる、 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１・色る、４）応答速
度が速い、 郷の利点があり、今後広く応用される可能性なもつでい
る。

また、かかる表面伝導形電イ”・放出素子な曲状に展開
した複数の素子から成る電子源と、この電子源からの電
子ビームの照側を各々受のる蛍光体ターゲラＬとな、各
々相対向させた溝形σ）ｉ：ｉ像表示装置の構成図を第
４図に示す。図中５１３は絶縁性基板、　１４は素子配
線電極、１５は素子Ｎ極、１６は電イ放出部である。

かかる画像表示装着“は、表面伝導形電子放出素子の両
電極間に電１子を印加するこ、！′−（”電子ろ・・放
出させ、これら電子流を情報１１１号に応じで変調する
円形あるいは長寿形等の１！ず通過孔５を石する変調電
極６に電Ｈ−を印加するこヒにより電Ｔ−を取り出し、
取り出しまた電子を加速キ＋３、ガラス板７゜透明電極
０．蛍光体９の二層構造からなる）Ｊ・〜スジｌノー用
・１０の蛍光体９に衝突さセ、また、素子配線電極１４
と変調電極ＧでＸＹマトリックス駆動な行つことにより
画像表示を（１つものである。

また、これら［ｆ［ディスブｌ／イは、通常ｌ×１０″
１へ・ｌ　Ｘ　１０”’Ｔｏｒｒの真空状態で駆動訃ぜ
るたぬ５一般に、系全体を真空封止するご゛とにより作
製される。

Ｌ発明が解決し２ようとする課題］ しかしながら、上述のｊ、うな表面伝導形電子放出累ｒ
を用いる構成におい“Ｃは１本発明者等が電ｆ′−放出
Ｑ）確認実験苓、・行った循次のＪ、′〉な問題点かあ
・）た。ずなオ）ち、放出された電子がフＪ、・−スジ
レート１０上の蛍光体９に照射された場名、第５図（ａ
）に示すように、その輝点１１が電子放出部３山鉛直」
：方から一定の距離Ｌ（印加電圧に依存する）だけ素子
電極の高電位側にずれていることを発見した。また、素
子の二極間に印加４゛る１ｆｆ（Ｖｒ）の向ぎな逆転き
せると、逆プｊ向に距離１４だＯずれることも確認した
。

この現象の原理について（よ、〜ト分に解明きれてしす
るわけではないが、本発明者らは次の２つの原因を考え
ている。

第１に表面伝導形電子放出素子」二の空間の電位分布が
、例えば、同第５図（ｂ）に示す形になっでおり、放出
された電子が空間を飛翔する間に、Ｘ方向だけでなくＸ
方向にも加速されるイ１用が考えられる。同図で婢電位
を表わす線が表面イ云導形電子放出素子の放出部３に集
中し”ｃ　ｂ＼るＱ）は、フォーミング処理によりこの
部分が特に高抵抗化されており、電極１５ａ、１５ｂ間
に印加する電圧■１の大部分がここにかかると考えられ
るからである。

箒２に、表面伝導形電子放出素子からは、ｘ　ｈ向に初
速度を持−つ電子線が放出され°Ｃいるζヒが考えられ
る。かかる素子からの電子放出が、どωようなメカニズ
ムによって生じているかは、現在のとこ７）°１分に解
明されて（ハるわげではないが、領域３には印加電圧（
ＶｄによりＸ軸と平行な強い電解が発生しでいるはずで
あり、空間に飛び出しできた電子が、Ｘ方向の速用成分
を持つでいることは１゛分考えられる。

いずれの理由にせよ、表湘イ云導形電子放出素子から放
出された電子は、電子放出部３のごく近傍においで、Ｘ
方向の速度成分を持っていることは実験から明らかであ
る。

このため、蛍光体上の輝点の大きさや位置がＸ方向に一
′〕シヘでばらついたり、輝点の形状が非対称にな−）
たすする不都合が生じていた。

すなわち、本発明のＬ」的とするところは、表面伝導形
電子放出素子のイＦｉする白らの放出電子の偏向特性を
補償すべく手段を設けた画像表示装置を提供するこヒに
ある。

Ｅ課題を解決するための手段及び作用〕本発明の特徴と
するところは、高電位側と低電位側の画電極の一方の電
極（Ａ）を中心として、該一方の電極（Ａ）の両側に電
子放出部を有し、該電子放出部を挟んで他方の電極（Ｂ
）を各々有した対称形の表面伝導形電子放出素子を基板
上に設け、該対称形表面伝導形電子放出素子の、少なく
とも中央の電極（Ａ）及びその両側の電子放出部の上方
に開口部を有した第１の変調電極、及び中央の電極（Ａ
）の上方に第２の変調電極を各々並行配置し、さらにそ
の上方に電子の照射により画像を表示するターゲットを
設け、かつ、前記第１の変調電極の電位Ｖ、と前記第２
の変調電極の電位Ｖ、の関係がＶ、＜Ｖ、である構成と
している画像表示装置にある。

以下、本発明の構成及び作用について詳述する。

先ず、第６図に示すような変調電極のない構造の画像表
示装置を考える。第６図中、電子放出部３は、中央の高
電位側電極１５ａを挾んで対称に２ケ所設けられており
、その外側にやはり対称に低電位側電極１５ｂを設け（
いわゆる本発明に係る対称形表面伝導形電子放出素子）
、電極間に電圧を印加すると、２ケ所の電子放出部から
放出された電子がフェースプレートｌＯ上で重なり合い
、あたかも一つの輝点を形成するような構造となってい
る。この構造によれば、輝点形状はＸ方向について対称
となり、また輝点の大きさも高電位側電極幅、言い換え
れば二つの電子放出特性隔で制御でき、輝点中心も高電
位側電極１５ａの鉛直上方の位置となり従来技術の欠点
を解消する。

しかしながら、上述の構造に変調電極を設けた構造とし
た場合、放出された電子が電子放出部近傍でＸ方向の速
度成分を持っていることが再び問題となる。

かかる変調電極は、第４図に示した従来例のように、電
子放出部とフェースプレートとの間に置かれ、円形ある
いは長方形等の電子通過孔を有し、当該変調電極に印加
する電圧を変化させることにより、電子通過孔を通る電
子の量を制御している。

ここで、第６図に示す装置に変調電極を設けた場合の、
Ｘ方向断面図を第７図に示す。

本図（ａ）に示すように１通常、フェースプレートｌＯ
には電子の加速電圧（Ｖａ）として、数にＶ以上の電圧
が印加されており、変調電極６には映像信号に応じて電
子の通過量を制御するための変調電圧（ｖｅ）ｚｏが印
加される。そこで、電子の通過量を増やす場合には変調
電圧（ＶＧ）２０を正で大きくすれば良いが、その際、
電子通過孔近傍の等電位面は、第７図（ｂ）に示すよう
に上に凸の形状となる。

この場合、前述したように、放出された電子はＸ方向の
速度成分Ｖｘを持つものが主要であると考えられる。

加速電圧（Ｖａ）からの電界は、Ｘ方向に力を及ぼさな
いため、電子はＸ方向には等速度Ｖｘで進み、変調電極
６の電子通過孔５に達すると考えられる。

ここで、電子通過孔５の周辺部では、等電位面の湾曲化
により、電子は第８図に示すように、通過孔の中心から
外側へ向かう力Ｆを電界から受けることとなる。力Ｆの
Ｘ方向成分をＦｘとすると、Ｆｘ 電子は加速度−（ｍは電子の質量）でＸ方向の速度を増
すことになる。

従って、表面伝導形電子放出素子において放出された電
子は、その電子放出特性から、電子放出面と平行な方向
、つまりＸ方向の速度成分を持つため従来構造の変調電
極では、変調電極開口に垂直に入射しない電子が多く、
そのような電子は、Ｘ方向の速度を増してフェースプレ
ートを目指すこととなる。仮に、変調電圧（Ｖｃ）を正
で大きくした場合、等電位面の湾曲が強くなるから、力
ＦのＸ方向成分が増すことと、力Ｆ自体も大きくなり、
ベクトルも水平方向に近づく。よって、力ＦのＸ方向成
分Ｆｘはさらに大きくなる。

これをフェースプレートｌＯ上の輝点１１と関係づけて
考えてみると、輝点の明るさを増すため、電流密度を高
めるという目的で変調電極６に正電圧を与え、電子通過
量を増やそうとすると、変調電極６の電子通過孔５の電
子通過量は増えるが、同時に電子はＸ方向に発散作用を
受け、広がりっつフェースプレートｌＯに違し、電流密
度は逆に低くなってしまうこ２二が起こりつる。あるい
は、輝点の大きさが不要に犬舎くな・）たり、輝点の周
辺部のみ明るくなる郷の間粗が起こる。

そこで、本発明０特徴でもある別個の変調Ｍ揄が必要と
なるわけである。すなオ）ち、第１−３［１に示すよう
に、従来のものに相当する単玉σ）変調電極６ａど、こ
れとは別個に第２の変調電極６ｈ＆、前述対称形表面伝
導形電子放出素子の中央の電極（Ａ）（第１図では、１
５ａ、第２図中（ａ）では１５ａ。

（ｂ）では】５ｈ、第３図ではＲ５ｈが該当）十、力に
、各々並（テ装置した構造こする。

ここで、第１の変調電極６ａｅ第２の変調１！極６ｂに
は各々独立した変調電圧Ｖｌ及びｖ２が印加され、かか
る変調電圧ｖ、ｈｖ、の関係をｖ、＜ｖ２ｈするご°辷
により、第１の変調電極６ａ外縁部から中央部に向かう
電界を電子通過孔に形成し、変調型ＪＥｉにＪする電子
ビームの発散作用な防ぐものである。

以上の構成及び作用により、変調の際、特に変調電圧が
高い場合に顕薯となる電イービ・−ムＱ）広がり、及び
電流密度の低■・とい５問題が解決でた、適正な変調０
信を得ることがて・き、フェースプレー　ｌ・にの蛍光
体の輝点の広がりが改仰できるという効果がある。

（実施例１ 以Ｆ、実施例、比較例を用いて本発明を具体的に詳述す
る。

夾徳、−鉱Ｊ− 第１図に本発明σ）第Ｊの実施例をよく表わす斜視図を
小１．同図においでｌばガラス載板、１５は表ｍ　（；
・、導形電Ｊ′放出累−ｒの電ｔ！１な示し、１５ａは
高電位側電極、１５ｉｉは低電位側電極である。また、
３は電子数１ハ部、４は変調電極を電子放出部から一宗
の沖離１こ支持する絶縁☆′持体、６ａが第１０）変調
電極、６ｂが第２変調電極であり、６ａＱ）変調型ｊ土
Ｖ、と６市の変調型ＨＥ　Ｖ　ａ　（７３間にばＶ、＜
Ｖ、なる関係がある。尚、５は６ａに設けた電子“通過
孔である。また、ターゲラ）・ヒなるソニースプレ・−
ト１０４：ｔ、ガラス板７．透明Ｎ極８．蛍光体９にて
構成され、１１け蛍光体Ｑ）輝点である。

本実施例では、ガラス基板１１に薄脱プロセスにより、
幡１５μｍの高電位側素子電極１５ａ　、　’ｆ：の両
側に低電位側素子電極１５ｂ　、及び画電極１５ａ。１
５１］に挟まれるようにし”Ｃ幡２μｍｍずつ電子放出
部３を形成した。さらに、低電位側変調Ｎ極６ａを、５
ｉＯａ等の絶縁性支持体魂な介し、電子放出部３及び素
子電極１５ａ、、１５ｔ＞上絶縁し５．１０ｐｍ土力に
犀き１　ｇｒｎで形成した。電子通過孔５は、変調電極
材と絶縁性材料を、Ｌツチングにより加工し開口形成２
シ、た。

尚、Ｘ軸方向の開目帳ば４１】Ｉ（２）ヒした。そし、
で、さらに、低電位側変調電極６ａの土に導通な避ける
「Ｉ的でＳ　ｊ、　Ｏｚ等の絶ｍ祠を２μＩ１１積み、
そのＬ！、：、当該中心が高電位側素子電極１５ａの中
心の鉛直上ブｉに（るように、中空ｍ造にて高電位側変
調電極０ｂを形成した。高電位側変調電極６ｈの厚きと
ｘｊｊ向０）幅線、それぞれ３　ｐＩｆｌ、　ＩＯ＃Ｌ
ｎ＋ヒした。

かかろ構成において、高電位側変調電極６目ご印加する
変調電圧な■２、低電位側変調電極６ａに印加する変調
電圧をｖＩとする時、Ｖ、、　Ｖ２は映像信（；に伴い
それぞれ交流的に値が変化するが％ηにｖ２−ｖ、＋ｃ
ｃｃは止の定電Ｊｆ）の関係を満たすように電圧なＩ）
えることにより、第２図（ａ）に示すよう（、Ｔ、電子
通過孔１５の近傍で電−１′は内側への収束作用な愛け
ることさなＦ）、発散することが抑止さオ゛する。

本実施例°τ・・は、上記関係式の穿数Ｃの電圧なｌＯ
■とし、電子放出部３とフェースプレー　ト１０との１
ト離を・４　ｍｍに設定し、加速電圧（Ｖａ）どしで４
ＫＶ印如し、たとごろ、Ｘ軸力向の輝点の広がりは、３
０％程度減と大吉く改倒された。

Ｌ遣、廻−２ 第３図に、本発明の第２の実施例を示す。

１ｉｉ］図においでは、第１０）実施例の素子駆動型ａ
：、Ｖ＋１８のｉＩ負が逆転しでいる。従って、第２図
（１））に示すように、第１の実施例と逆に、電子（Ｊ
相対する２ケ所の電子“放出部３からそれぞれ中心軸か
ら見て別個σ）Ｘ方向速度成分を持って飛び出ず。この
ため、本実施例では電子通過孔５に到達した時の電子の
Ｘ方向広がりは実施例１より大きくなると考えられるた
め、かかる電子通過孔５の幅は、第１の実施例より広げ
る必要がある。また、電子を内側に向ける力Ｆも大きく
する必要があるため、Ｖ、＝Ｖ、＋Ｃの関係式において
、Ｃの電圧を大きくしなければならない。ここで、他の
仕様を実施例１と同じとした時、本実施例では、電子通
過孔５のＸ方向幅は６０＃Ｌｍ、定電圧Ｃの値は２０Ｖ
が適当であった。

本実施例においては、フェースブレー）−１０上の蛍光
体９の輝点１１の大きさを絞るという点では、電子通過
孔５の幅と定電圧Ｃの値を適正とすることで、はぼ実施
例１と同等の効果があり、また、もともと電子が外向き
に飛び出し、低電位側変調電極６ａとの距離が近いこと
もあって、電子をカットオフする際に有利である。

以上の実施例では、電子ビームの発散を抑えるため、中
央部の変調電極（第２の変調電極）への印加電圧ｖ２を
高電位に、外縁部の変調電極（第１の変調電極）への印
加電圧ｖｌを低電位とし、Ｖｇ＞Ｖ＋とじた場合をあげ
たが、仮に加速電圧（Ｖａ）が非常に高く、蛍光体の輝
点の大きさが必要以上に小さい場合などは、逆にＶ、≦
ｖ１としてもさしつかえない。

比」Ｌ例 第９図に、本比較例の構成図を示すが、これは前述実施
例１の構成から第２の変調電極６ｂを取り除いた構成と
なっている。

かかる装置において、加速電圧（Ｖａ）として３ＫＶ印
加し、変調電圧（ｖ６）を変化させ、Ｘ方向の輝点の大
きさを測定した。それによると、変調電圧Ｏボルトで５
００μｍであった輝点の幅は、変調電圧＋３０ボルトで
１０００μｍに増大した。また５輝点Ｘ方向周縁部で特
に輝度が高くなることも観測された。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の構成である第１、第２の
変調電極を用いることにより、軸対称形の表面伝導形電
子放出素子を電子源とする電子線デイスプレィ装置にお
いては、変調の際、特に変調電圧が高い場合顕著となる
電子ビームの広がり及び電流密度の低下という問題が解
決でき、適正な変調特性を得ることができ、フェースプ
レート上の蛍光体の輝点の広がりが改善できるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例の構成を示す斜視図で
ある。 第２図（ａ）は、第１の実施例の電子放出部断面図であ
る。 第２図（ｂ）は、第２の実施例の電子放出部断面図であ
る。 第３図は、本発明の第２の実施例の構成を示す斜視図で
ある。 第４図は、表面伝導形電子放出素子を電子源とする従来
の電子線デイスプレィ装置を示す図である。 第５図（ａ）は、１素子の表面伝導形電子放出素子の放
出特性を示す斜視図である。 第５図（ｂ）は、第５図（ａ）の断面図である。 第６図は、１素子軸対称形表面伝導形電子放出素子の放
出特性を示す斜視図である。 第７図（ａＨｂ）は、従来の変調電極と軸対称形表面伝
導形電子放出素子を構成要素とする装置の断面図である
。 第８図は、変調電極近傍で電子が受ける力を示す断面図
である。 第９図は、実施例１の構成から第２の変調電極を取り除
いた構成を示す図である。 １．１３・・・ガラス基板　　　　３．１６・・・電子
放出部４・・・変調電極支持体　　　５・・・電子通過
孔６・・・変調電極　　　　　　６ａ・・・第１の変調
電極６ｂ・・・第２の変調電極　　　７・・・ガラス板
８・・・透明電極　　　　　　９・・・蛍光体１０・・
・フェースプレート　　１１・・・蛍光体の輝点１４・
・・素子配線電極　　　　１５・・・素子電極１５ａ・
・・高電位側電極　　　１５ｂ・・・低電位側電極１７
・・・加速電圧　　　　　　１８・・・素子駆動電圧２
０・・・変調電圧

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）高電位側と低電位側の両電極の一方の電極（Ａ）
   を中心として、該一方の電極（Ａ）の両側に電子放出部
   を有し、該電子放出部を挟んで他方の電極（Ｂ）を各々
   有した対称形の表面伝導形電子放出素子を基板上に設け
   、該対称形表面伝導形電子放出素子の、少なくとも中央
   の電極（Ａ）及びその両側の電子放出部の上方に開口部
   を有した第１の変調電極、及び中央の電極（Ａ）の上方
   に第２の変調電極を各々並行配置し、さらにその上方に
   電子の照射により画像を表示するターゲットを設け、か
   つ、前記第１の変調電極の電位Ｖ＿１と前記第２の変調
   電極の電位Ｖ＿２の関係がＶ＿１＜Ｖ＿２である構成を
   特徴とする画像表示装置。