JPH04137332A - 電子線発生装置及びそれを用いた画像形成装置 - 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、情報信号に応じて電子線を放出する電子線発
生装置及び該電子線発生装置を用いた画像表示装置に関
する。

［従来の技術〕 従来より、面状に展開した複数の電子放出素子とこの電
子放出素子から放出された電子線の照射を各々受ける蛍
光体ターゲットとを各々相対向させた薄形の画像表示装
置が存在する。これら電子線デイスプレィ装置は、基本
的に次のような構造からなる。

第１０図は従来のデイスプレィ装置の概要を示すもので
ある。１１は基板、１２は支持体、１３は配線電極、４
は電子放出部、１４は電子通過孔、３は変調電極、８は
ガラス板、９は画像形成部材で、例えば蛍光体、レジス
ト材等電子が衝突することにより発光、変色、帯電、変
質等する部材から成る。１０は蛍光体の輝点である。

ここで、電子放出部４は薄膜技術により形成され、ガラ
ス基板１１とは接触することがない中空構造を成すもの
である。配線電極１３は電子放出部材と同一の材料を用
いて形成しても、別材料を用いても良（、一般に融点が
高く電気抵抗の小さいものが用いられる。支持体１２は
絶縁体材料もしくは導電体材料で形成されている。

これら電子線デイスプレィ装置は、配線電極１３に電圧
を印加せしめ中空構造をなす電子放出部より電子を放出
させ、これら電子流を情報信号に応じて変調する変調電
極３に電圧を印加することにより電子を取り出し、取り
出した電子を加速させ蛍光体９に衝突させるものである
。また、配線電極１３と変調電極３でＸＹマトリックス
を形成せしめ、画像形成部材たる蛍光体９上に画像表示
を行うものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来例の原理に基づき、複数配置さ
れた点状あるいは線状電子放出素子を用いて前記放出素
子と複数の変調電極との間でＸＹマトリクスを構成する
画像表示装置では、以下の問題点があった。

■、変調電極が電子放出素子の電子放出方向上方に配置
されるため、上記電極と電子放出素子との位置合せが難
しく、大画面かつ高精細な画像表示装置が作製し難い。

■、変調電極が電子放出部との間に空間を介して配置さ
れるため、変調電極と放出部との距離を全て一定に揃え
ることが難しく、大画面で高精細な画像表示装置が作製
し難い。

■、大画面、高精細な画像表示装置を作製しようとする
と、表示画像の輝度むらが顕著となる。

すなわち、本発明の目的とするところは、上述した製造
上の問題点を解決し、複数の電子放出素子と変調電極と
の位置合わせを容易にし、更に、チャージアップ等に起
因するクロストーク等を防止し得る電子線発生装置及び
それを用いた高密度高精細を可能ならしめる画像表示装
置を提供することにある。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明者等は、
従来の画像表示装置における先述した作製上の問題点で
ある変調電極と電子放出素子の電子放出部とのアライメ
ントの困難性と、大画面で高精細の画像表示装置を作製
した際の該装置の表示むらの発生との関連性に着目し、
鋭意研究の結果以下のことを解明した。先ず、変調電極
の電子ビーム通過孔と電子放出素子の電子放出部との若
干の位置ずれが画像形成部材に達する電子ビームの飛翔
に大きな影響を与え、結果として画像形成部材面での輝
度むらを生じてしまう。更には、個々の、変調電極と電
子放出素子の電子放出部間の距離の相違が画像形成部材
に達する電子ビームの飛翔に大きな影響を与え、結果と
して画像形成部材面での輝度むらを生じてしまう。以上
の事を知見し、後述する構成を有する本発明に至った。

すなわち、本発明の特徴とする構成は、第１に、複数の
電子放出素子と該電子放出素子から放出される電子線を
変調する変調電極を有し、該変調電極が電子放出素子の
非放出面側に絶縁層を介して配置され又は電子放出素子
と同一面上に配置されており、かつ、隣接する電子放出
素子間に電位を規定する部材が配置されている電子線発
生装置にある。

第２に、前記電位を規定する部材を設ける位置が、電子
放出素子と同一面上でかつ隣接する電子数８素子の間で
ある前記第１に記載の電子線発生装置、 第３に、前記電位を規定する部材を設ける位置が、電子
放出素子の非放出面側の絶縁層を介した位置であり、か
つ該電位を規定する部材の一部が電子放出素子形成面に
露出している前記第１に記載の電子線発生装置、 第４に、前記第１〜第３いずれかに記載の電子線発生装
置の電子放出側に、少な（とも、電子が衝突して画像を
形成する画像形成部材を設けた画像表示装置、 としている点にある。

以下、本発明の構成要素及び作用について詳細に説明す
る。

本発明の主たる第１の特徴は、電子源である電子放出素
子と該電子放出素子から放出される電子ビームを変調す
る変調電極とが、同一の基板に保持され、すなわち電子
放出素子の非放出面側に絶縁層を介して、あるいは電子
放出素子と同一面上に変調電極が形成された構成にある
。

本発明における電子放出素子は、従来より画像表示装置
の電子源として用いられているものであれば、熱陰極、
冷陰極のいずれであっても良いが、熱陰極の場合は基板
への熱拡散により電子放出効率が低下するので好ましく
は冷陰極である方がよい。さらには、冷陰極の中でも表
面伝導形電子放出素子と呼ばれる電子放出素子を用いた
方が、本発明の電子線発生装置及び画像表示装置にあっ
ては、 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、４）応答速度
が速い、 ５）輝度コントラストが優れている、 等の利点を有するので特に好ましい。前記利点の中でも
とりわけ５）に関しては、表面伝導形電子放出素子が薄
膜素子であることに大きく起因している。即ち、本発明
に係る変調電極は、電子放出素子の電子放出側と反対側
面に、或いは、電子放出素子と同一面に配置されるため
、電子放出素子の厚さ（電子ビームの放出方向での厚さ
）が極端に厚すぎると変調電極と電子放出素子の電子放
圧面との距離が離れすぎて、放出される電子ビームの充
分な変調ができなくなる為、輝度コントラストが悪くな
る等の新たな問題点を生じてしまう。従って、本発明に
用いられる電子放出素子は、その厚さが１００人〜２０
０１．Ｌｍであることが好ましく、優れた輝度コントラ
ストを得る為に特に好ましくは１００人〜１０μｍであ
ることが望ましい。ここで表面伝導形電子放出素子とは
、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［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、　　　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、Ｐ
ｈｙｓ、）第１０巻、１２９０〜１２９６頁、１９６５
年］であり、これは基板面上に設けられた小面積の薄膜
（電子放出部）を挟持した電極（素子電極）間に電圧を
印加して、該膜面に平行に電流を流すことにより、電子
放出が生じる素子である。かかる素子については、エリ
ンソン等により開発された５ｎＯｚ（Ｓｂ）薄膜を用い
たものの他、Ａｕ薄膜によるもの［ジー・ディトマ一二
“スイン・ソリッド・フィルムス”（Ｇ、Ｄｉｔｔｍｅ
ｒ：　“Ｔｈ１ｎ　　ＳｏｌｉｄＦｉｌｍｓ”）、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・フォンス
タッド：“アイ・イー・イー・イー・トランス・イー・
デイ−・コン７（Ｍ、Ｈａｒｔｗｅ　１１　　ａｎｄＣ
，Ｇ、　　Ｆｏｎｓｔａｃｉ：　　“　Ｉ　　ＥＥＥＴ
ｒａｎｓ、ＥＤ　　Ｃｏｎｆ、　）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）］等が報告されている。

また、我々は鋭意検討した結果、新型表面伝導形電子放
出素子を技術開示した。

本発明で使用できる表面伝導形電子放出素子としては、
上記以外にも後述する様にその電子放出部が金属微粒子
分散によって形成されているものであっても良い。一般
に表面伝導形電子放出素子とは、前記電極間隔が０．０
１μｍ〜１００μｍ、前記放出部の比抵抗が１０’Ω／
口〜１０９Ω／口のものをいう。

更に１本発明に係る変調電極とは、情報信号に応じて電
圧を印加することにより、電子放出素子から放出される
電子ビームのＯＮ１０　Ｆ　Ｆ制御をする為の電極であ
り、導電性材料であればいかなる材料から形成されてい
ても良い。

更に、本発明に係る絶縁層とは、電子放出素子と変調電
極の両方を保持する為の基体であって、絶縁性材料であ
ればいかなる材料から形成されていても良い。

尚、かかる絶縁層は、変調電極と電子放出素子の電子放
出面との距離が、全ての電子放出素子に対して等しくな
る様に、その厚さが均一に形成されていることが望まし
い。

以上述べたように、電子放出素子と変調電極が基板を媒
体として一体に形成されることで、アライメント精度の
向上を図ることができ、従来例に観るような問題点を解
消できる。

次に、本発明の第２の特徴は、隣接する電子放出素子の
間に外部からの電位を規定する電位規定部材を設けた構
成にある。

すなわち、基板表面における電子放出素子間でのチャー
ジアップを防止する効果のある電位規定部材を設けるこ
とで、クロストークを防止するものである。

以上の構成によって得られる電子線発生装置の概略図を
第１図及びそのＡ−Ａ部断面を第２図に示す。図示する
ように、隣接する電子放出素子（１，２，４）間に外部
からの電位を規定する手段たる電位規定部材７を設け、
これにより、基板上のチャージを逃がすことで隣接画素
（不図示）へのクロストークを防止する。かかる電位規
定部材の電位は任意であるが、チャージアップの原因が
電子放出素子から放出された電子の照射による場合には
第３図に示したように正の電圧を、電子の加速によって
生じた真空的残留ガスのイオン照射による場合には負の
電圧を、それぞれ印加することが効果的である。

また、電位規定部材７を設ける場所については、基板表
面上が効果的であるが、基板内部であっても同部材が基
板表面に露出していれば何ら問題はない。

また、本発明に用いられる電子源としては、熱電子源、
フィールドエミッタ、半導体電子源等いかなるものでも
応用可能であるが、特に表面伝導形電子放出素子のよう
に大きな初速度を持った電子が放出される場合にはより
効果的である。

また、本発明に係る構成は、線状に並列配置された電子
放出素子間のみならず、隣接する他の放出素子列とのク
ロストーク防止にも極めて効果的である。その−例を第
４図に示す。

同図に示すように、電位規定部材７を放出素子列と直交
させるように配置し、さらに配線電極上にも同部材７を
配置することも可能であり、かかる電位規定部材７にお
いて放出部近傍の全領域の電位を規定することが容易で
ある。

この結果、放出部周辺のチャージアップは完全に防止さ
れ、極めて集束性良好なりロストークのない画像の表示
が実現できる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について説明する。

Ｋ１■ユ 第１図は、本発明の電子線発生装置の実施形態を示す部
分斜視図である。同図において、１は高電位側素子電極
、２は低電位側素子電極、３は変調するためのグリッド
電極、４は電子放出部、７は電位規定部材である。また
、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図である。

以下に、本図を用いて本発明の電子線発生装置の製造工
程を詳述する。

■、先ず、絶縁性基板である石英ガラス５を充分洗浄し
た後、通常のフォトリングラフィ技術を用いてかかる石
英ガラス５上にグリッド電極３及び電位規定部材７を形
成するためのレジストパターンを形成した。

０１次に、真空蒸着によりレジストパターンを形成した
石英ガラス５上全面に、厚さ約５０人のＴｉ層及び厚さ
約９５０人のＮｉ層を形成した後、前記レジストパター
ンを剥離し、グリッド電極３及び電位規定部材７を形成
した。

０１次に、ＲＦスパッタ法を用いて５ｉＯ＝薄膜を眉厚
約１．５μｍに形成し、絶縁層６を得た。

０１次に、グリッド電極３の形成方法と同様の手法を用
いて、素子電極１．２を形成した。かかる素子電極１，
２に用いた材料は、Ｔｉ（厚さ約５０人）、Ｎｉ（厚さ
約９５０人）であり、電極幅は全て１５μｍ、素子電極
１，２間のギャップを２μｍとした。

００次に、放出部を成す金属膜塗布領域を形成するため
、素子電極の形成された石英ガラス上全面に、真空蒸着
によりＣｒ薄膜をほぼ１０００人形成した後、フォトリ
ングラフィ技術を用いて素子電極ギャップ上及び素子電
極上のＣｒ薄膜をエツチングにより除去した。

除去したＣｒのサイズは３０　ＩＬｍ　Ｘ　３００　Ｌ
Ｌｍ角であり、素子電極間のギャップ部及び素子電極上
にのみ後述する金属薄膜塗布領域が形成される形状とし
た。

０３次に、放出部を形成するために、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）を回転塗布した後、３００℃で１２分間焼成を
行い、パラジウムから成る金属膜を形成して電子放出部
とした。

０１次に、Ｃｒ薄膜をエツチング除去して電子線発生装
置を完成した。この結果、素子電極ギャップ中にのみパ
ラジウムから成る放出部が形成された。この後、電位規
定部材７を露出させるため、ＲＩＥにより５ｉｎ２をエ
ツチング除去した。

こうして得られた電子線発生装置の上方５ｍｍの位置に
蛍光板を配置し、全体を約２Ｘ１０−’Ｔｏｒｒの真空
容器中に入れ、素子電極１を＋１４Ｖ、素子電極２をア
ース電位、蛍光板を＋ＩＫＶとし、グリッド電極３及び
電位規定部材７をアース電位としたところ、蛍光板上に
放出された電子線に対応したスポット発光が観察され、
隣接素子とのクロストークも発生しなかった。

さらに、上記同一条件で、グリッド電極３を一４Ｏｖ〜
＋３０Ｖの範囲で外部から電圧印加したところ、印加し
た電圧に応じて蛍光板に達する電子線量が連続的に変化
し、グリッド電極がその機能を果していることが確認さ
れた。

次に、電位規定部材７に正の電圧を印加して上記と同様
の実験を行っても、クロストークは生じなかった。また
、電位規定部材７に正の電圧を印加した状態でグリッド
の電圧を変化させた場合にも、グリッド電圧と蛍光板に
到達する電流量及び放出電子のカットオフ電圧の関係は
、電位規定部材７がアース電位の場合と全（同様であっ
た。

また、電位規定部材７を放出素子と同一面内に形成する
ため、グリッド電極３を形成した後全面にＳｉＯ２薄膜
６を第５図に示したように形成し、平坦化を行った後電
子放出素子（１，２゜４）及び電位規定部材７を形成し
た。

かかる電子線発生装置の場合にも、前記同様クロストー
クのない良好な発光輝点が得られた。

及五亘ユ 第６図は、本発明により得られた電子線発生装置を用い
た画像表示装置の一実施形態を示す斜視構成図である。

同図において、５はガラス基板、３は変調電極、３４は
素子配線電極、１．２は素子電極、４は電子放出部、６
は絶縁層、７は電位規定部材である。素子電極の幅は高
電位側、低電位側ともに２５μｍ、電極間ギャップは２
μｍ、放出部幅（β）は３００μｍとした。また、素子
ピッチは２ｍｍとして複数配列し、変調電極３及び電位
規定部材７をライン状電子源（素子列）に対して直交す
るよう設けた。さらに素子配線電極３４をＣｕ２μｍに
て形成した。以上の電子線発生装置部の製造方法は、実
施例１とほぼ同様である。

また、電位規定部材７に印加する電圧を極力低く抑える
ため、第２図に示したように放出部近傍の電位規定部材
上のＳｉＯ□薄膜６をＲＩＥにより除去し、同部材表面
を露出させる形状とした。

次に、電子線発生装置上に、５ｍｍ厚のガラススペーサ
ーを介して、ガラス基板８にＩＴＯ電極。

蛍光体９及びメタルバックを有するフェースプレートを
設け、フリットガラスによる封着を経て画像表示装置を
完成した。

上記構成から成る画像表示装置内を約２×１０−’Ｔｏ
ｒｒ程度まで真空排気した後、蛍光体面に＋１．５ＫＶ
の電圧を印加し、素子電極間に１４Ｖのパルス電圧を印
加し、ライン駆動を行った。電位規定部材７を常時−２
３Ｖとすることで、充分集束した輝点が観察され、隣接
放出部とのクロストークも生じなかった。

また、ライン駆動と同時に変調電極３に情報信号電圧を
印加することで画像表示が可能であ−た。

叉Ｊ１硼旦 次に、本発明に係る第３の実施例であるとこイの光信号
供与装置について説明する。ここで光信号供与装置とは
、電気信号を光信号に変換するデバイスで、具体的には
ＬＥＤ　（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇ　　Ｄｉｏｄｅ
）アレイ、液醒シャッター等のデバイスを指す。

第１１図は、ＬＥＤアレイの概略的説明図である。基板
５１上にＬＥＤ５２が一次元的に配置され、かかるＬＥ
Ｄは基板５１上の電極５３と結緯され、電極５３に電圧
を印加することによりＬＥＤから光放出させることがで
きる。つまり、電気信号を電極５３に入力することによ
りＬＥＤアレイから光信号として出力できる。

第７図は、本発明に係る光信号供与装置の実施態様の図
であり、第８図はその装置の概略的説明図である。第８
図から分かるように、本実施例は実施例１の画像表示装
置の一ラインの構造と同様な構成を成すものであり、デ
バイス構造及び作製方法は実施例１とほぼ同等なので説
明を省略する。

次に、本実施例の光信号供与装置の駆動方法について説
明する。素子配線電極３４に電圧を印加し、電子放出部
４より電子ビームを放出させる。

予め蛍光体９に所定の電圧を印加し、変調信号に応じて
変調電極３に電気信号を入力することにより電子ビーム
をＯＮ１０　Ｆ　Ｆ制御する。制御された電子ビームは
、蛍光体に衝突し光信号として出力される。

本実施例の電子放出素子として表面伝導形電子放出素子
を用いることで、高輝度、高精細は言うまでもな（、極
めてスイッチングスピードの速い画期的な光信号供与装
置を作製することができた。

！１１匣Ａ 第９図に、本発明による第４の実施形態を示す電子線発
生装置の概略的上面図を示す。

本実施例では、電子放出素子に表面伝導形電子放出素子
を用いており、変調電極３は絶縁層を介して電子放出素
子非放出面側に形成した。本発明の特徴である電位規定
部材７は、電子放出部４上及び該素子近傍の変調電極上
を除いて、素子電極１．２上を含む全面に形成した。

本電子線発生装置を素子列でライン駆動し、変調電極で
変調を行い、本電子線発生装置上方に蛍光体基板を設け
て実験を行った結果、放出部に対応した良好な発光輝点
が観察された。また、隣接する素子へのクロストークも
生じなかった。さらに、電位規定一部材７を設けたこと
で、異状なチャージアップが発生していないことが確認
された。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明による電位規定部材を設け
ることにより、 （１）、隣接素子とのクロストークのない、高品位な画
像表示を実現できる。

（２）１位置合わせを必要としないため、大画面かつ高
精細な画像表示装置が実現できる。

等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の特徴をよく表わす電子線発生装置の
概略図である。 第２図は、第１図のＡ−Ａ部断面図である。 第３図は、本発明の動作原理を示す図である。 第４図及び第５図は、本発明の電子線発生装置の変形例
である。 第６図は、本発明の電子線発生装置を用いた画像表示装
置の概略図である。 第７図及び第８図は、光信号供与装置の図である。 第９図は、本発明の電子線発生装置の第４の実施例を示
す平面図である。 第１０図は、従来のデイスプレィの概略図である 第１１図は、従来のＬＥＤアレイの図である。 １．２・・・素子電極　　　３・・・変調電極４・・・
電子放出部　　　　５，１１・・・絶縁性基板６・・・
絶縁層　　　　　　７・・・電位規定部材８・・・蛍光
体基板 １０・・・発光輝点 １３．３４．（３４ａ。 １４・・・電子通過孔 ５２・・・ＬＥＤ ５４・・・光 ９・・・蛍光体 １２・・・支持体 ３４ｂ）・・・配線電極 ５１・・・基板 ５３・・・電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の電子放出素子と該電子放出素子から放出さ
   れる電子線を変調する変調電極を有し、該変調電極が電
   子放出素子の非放出面側に絶縁層を介して配置され又は
   電子放出素子と同一面上に配置されており、かつ、隣接
   する電子放出素子間に電位を規定する部材が配置されて
   いることを特徴とする電子線発生装置。
2. （２）前記電位を規定する部材を設ける位置が、電子放
   出素子と同一面上でかつ隣接する電子放出素子の間であ
   ることを特徴とする請求項１記載の電子線発生装置。
3. （３）前記電位を規定する部材を設ける位置が、電子放
   出素子の非放出面側の絶縁層を介した位置であり、かつ
   該電位を規定する部材の一部が電子放出素子形成面に露
   出していることを特徴とする請求項１記載の電子線発生
   装置。
4. （４）請求項１〜３いずれかに記載の電子線発生装置の
   電子放出側に、少なくとも、電子が衝突して画像を形成
   する画像形成部材を設けたことを特徴とする画像表示装
   置。