JPH0428137A - マルチ電子ビーム源及びこれを用いた画像表示装置 - 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、多数の電子放出素子を複数列にわたり配列形
成したマルチ電子ビーム源及びこれを用いた画像表示装
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、　Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ。

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
、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：Ｔｈ１ｎ
　５ｏｌｉｄ　Ｆｉｌｍｓ”　）　、　９巻、３１７頁
、　　（１９７２年）１、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
ンフ（Ｍ、　Ｈａｒｔｗｅｌｌ　ａｎｄ　Ｃ，Ｇ、Ｆｏ
ｎｓｔａｄ：“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、　　（１９８３年）］などが報告されている
。

また、表面伝導形電子放出素子以外にも、ＭＩＭ形電子
放出素子や微細な電界放射電子銃（Ｃ，Ａ。

５ｐｉｎｄｔ　ｅｔ　ａｌ、、　Ｊ、　Ａｐｐｌ、　Ｐ
ｈｙｓ、、　Ｖｏｌ、４７．　Ｎｏ。

１２、　Ｐ５２４８．１９７６）などの冷陰極素子が報
告されている。

これらの冷陰極素子は、 ｌ）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
。

そこで、これらの冷陰極素子を多数個密集して配列させ
、しかも電気配線の抵抗を低減する方法として、本発明
者らは第６図に示すような方法を既に提案した。図中Ｅ
Ｓは電子放出素子で、Ｅ１〜Ｅ１□は配線電極を示して
おり、ｍ列の電子放出素子列が配列形成されている。

本装置は、任意の一列を選択的に駆動する事が可能で、
例えば電極Ｅ＋にＶＥ　［Ｖ］　、電極Ｅ２〜Ｅ＠＊１
に０　［Ｖ］を印加すれば、第１列の素子にのみ■□［
Ｖ］の駆動電圧が印加され、この列の素子のみ電子ビー
ムを放出する。−船釣には、第ｎ列を駆動する為には、
電極Ｅ１〜Ｅ、にＶｔ　［Ｖ］を印加し、電極Ｅｎ＋ｌ
〜ＥＩＩｌ＋ｌにＯＥＶ］を印加すればよく、また、ど
の列も駆動しない場合にはＥ１〜Ｅ１゜１を全て同電位
（例えばＯ［Ｖ］）にすればよい。

このような列順法駆動が可能なマルチ電子ビーム源は、
素子列と直交するグリッド電極を設けることにより、Ｘ
Ｙママトリクス形電子ビーム源を構成することが容易な
為、例えば平板形ＣＲＴなどへの応用が大いに期待され
るところである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、第６図に示すマルチ電子ビーム源を電気
回路で駆動する場合、本来休止中の素子列にスパイク状
の電圧が印加されるという問題が発生していた。第７図
と第８図は、かかる問題を説明する為の図である。

先ず第７図は、前記第６図のマルチ電子ビーム源を駆動
する為に用いる回路の典型例を示したものである。図中
、Ｅ１〜Ｅ、＋１の各配線電極には、例えば電界効果ト
ランジスタ（ＦＥＴ）のようなスイッチング素子がトー
テムポール型に接続されており、各ＦＥＴのゲート信号
ＧＰ、〜ＧＰ、、、およびＧＮ。

〜ＧＮ、。１を適宜制御することにより、各配線電極に
はＯ［Ｖ］（グランドレベル）か又はＶＰ：［Ｖ］が選
択的に印加できるものである。

第８図は、前記第７図のマルチ電子ビーム源を駆動する
際に、各部に印加される電圧を例示するグラフである。

同図■に示すように、休止期間をはさみながら、第１列
目から順次素子列を駆動してゆく場合を想定する。（か
かる駆動手段は、マルチ電子ビーム源を平板形ＣＲＴな
どに応用する場合一般に行われる方法である。） この様な駆動を行うにあたり、配線電極Ｅ１〜Ｅ４には
、同図■〜■に示すようなタイミングで■。［Ｖ］の矩
形電圧パルスが印加される。例えば、電子放出素子の第
１列目には■と■の差電圧が印加されるのであるから、
■で示される第１列駆動タイミングにおいてのみＶＥ［
Ｖ］がかかることになる。以下同様に、第２列目には■
と■の差電圧、第３列目には■と■の差電圧が印加され
ることになる。

しかしながら、各素子列に印加される電圧を、実際にオ
シロスコープなどを用いて観測してみると、同図■〜■
に示すように、他の素子列をオンまたはオフするタイミ
ングにおいて、スパイク状の電圧ＳＰ（。）（図中点線
で示す）または５Ｐｌ−＋（図中実線で示す）が印加さ
れることが判った。

このようなスパイク状の電圧のうち、逆方向電圧ｓｐ　
＋−＋　が電子放出素子に印加される場合には、素子の
電子放圧特性の劣化が著しく早（なったり、あるいは瞬
時に破壊されることがあり、かかるマルチ電子ビーム源
を表示装置などへ応用するうえで大きな問題となってい
た。

この様なスパイク状の電圧が発生するのは、前記■〜■
に示した各電極への印加電圧波形に時間的なずれが生じ
ている為と考えられる。例えば第１列目の場合、第２列
目以降の素子列をオン（またはオフ）するタイミングに
おいて、電極Ｅ、と電極Ｅ２は同時にＯ［ＶＥ　−ｖｉ
［ｖｌ　　（またはＶＥ（Ｖｌ　−０［ＶＥ）ヘスイッ
チするべきであるが、このタイミングにずれがあると■
に示したようなスパイク状の電圧が印加されてしまうわ
けである。

その際、正電圧のスパイク５７ｔｈ＋　どなるか、負電
圧のスパイクｓｐ　ｃ−、となるかは、Ｅ１印加電圧と
Ｅ２印加電圧のうちどちらが先行してスイッチしたかに
よって決まるものである。

各電極に印加する電圧波形に時間的なずれが生じる原因
としては、前記第７図で示した駆動回路のＦＥＴのゲー
ト信号ＧＰ、〜ＧＰ、、、、　ＧＮ、〜ＧＮ、、、がず
れていたり、あるいは、ＦＥＴの特性ばらつきによりス
イッチング時間がばらつ（ことなどが挙げられる。

しかしながら、前記ゲート信号のずれや、ＦＥＴ特性の
ばらつきを電気回路的に調整して、スパイク状の印加電
圧ｓｐ、、を完全に解消することは、技術的に非常に困
難であり、またコストの面から見ても現実的な解決策と
は言えなかった。

すなわち、本発明の目的とするところは、上述のような
問題を克服したマルチ電子ビーム源及びこれを用いた画
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］本発明の特徴と
するところは、基板上に複数の電子放出素子を２次元的
に行列状に配設し、行方向に配列された隣接する電子放
出素子の対向する端子同士を電気的に結線するとともに
、列方向に配列された同一列上の全電子放出素子の同じ
側の端子同士を電気的に結線してなり、前記列方向の複
数の電子放出素子は２列以上のｍ列にわたって設けられ
、かつ、前記ｍ列の電子放出素子の各列には、電子放出
素子と並列して整流素子が設けられているマルチ電子ビ
ーム源としている点にある。

また、上述マルチ電子ビーム源を用い、その上方に、該
マルチ電子ビーム源を構成する２次元に配列された電子
放出素子の行方向にグリッド電極を配列し、さらにその
上方に、電子ビームの照射により映像を可視化する為の
蛍光体ターゲットを配置した画像表示装置をも特徴とす
るものである。

すなわち、本発明によれば、前記電子放出素子列の各列
に、電子放出素子と電気的に並列結線として整流素子を
設けることにより、前記スパイク状の逆電圧ＳＰ　ｌ−
１が印加されることによる電子放出素子の破壊あるいは
特性の劣化という問題を防止したものである。

以下、実施例を用いて本発明を具体的に詳述する。

［実施例］ １１１吐１ 第１図は、本発明の第１の実施例を示す図で、図中の電
子放出素子ＥＳ、配線電極Ｅ１〜Ｅ１および駆動電圧印
加用スイッチング素子（ＦＥＴ）は、前記従来技術の項
で説明したものと同様である。本図中りで示すのは、整
流用ダイオードであり、各電子放出素子列毎に、電子放
出素子と並列して設けられている。かかるダイオードＤ
の向きは、任意のｎ列において、アノードが配線電極Ｅ
ｎや、に、カソードが配線電極ＥＩ、に接続されている
。

かかる構成によれば、前記第８図で説明した駆。

動手順に従って電子放出素子列を駆動する際、ダイオー
ドＤに対して、電子放出素子の駆動電圧■４は逆方向電
圧として働き、スパイク状電圧ＳＰ。

は順方向電圧として働（ものである。

従って、かかるダイオードＤの働きにより、各電子放出
素子列に印加される電圧波形は、第２図■、■、■に示
すようになる（尚、各々のグラフは、前記第８図の■、
■、■の電圧波形に対応している。）。

すなわち、各電子放出素子列には、スパイク状の逆電圧
ＳＰ　＋−＋が印加されない為、従来問題となっていた
電子放出素子の特性劣化や破壊といった現象は発生しな
（なり、マルチ電子ビーム源の寿命を実用レベルにまで
延ばすことに成功した。

次に、本発明適用のマルチ電子ビーム源を平板形画像表
示装置に応用した例を第３図に基づいて説明する。

本図において、ＶＣはガラス製の真空容器で、その一部
であるＦＰは、表示面側のフェースプレートを示してい
る。フェースプレートＦＰの内面には、例えばＩＴＯを
材料とする透明電極が形成され、さらにその内側には、
赤、緑、青の蛍光体がモザイク状に塗り分けられ、ＣＲ
Ｔの分野では公知のメタルバック処理が施されている。

（透明電極、蛍光体、メタルバックは図示せず。）また
、前記透明電極は、加速電圧を印加するために、端子Ｅ
Ｖを通じて真空容器外と電気的に接続されている。

また、Ｓは前記真空容器ＶＣの底面に固定されたガラス
基板で、その上面には、電子放出素子がＮ個×ρ列にわ
たり配列形成されている。該電子放出素子群は、配線Ｅ
１．Ｅａ、Ｅｓ・・・により列毎に電気的に並列接続さ
れており、各配線Ｅ、、Ｅ、、Ｅ３・・・は、各々端子
ＥＸ　Ｉ　＋　ＥＸ２＋　ＥＸ、　”’　　”’　ＥＸ
　１４１によって、真空容器外と電気的に接続されてい
る。かかる端子ＥＸＩ〜Ｅｘｊ＊１は、絶縁材料よりな
る基板１０４に設けられた配線パターン１０６を介して
、図示外の駆動回路と電気的に接続されている。また、
各配線パターン１０６には、ダイオード１０５が接続さ
れているが、これらは前記第１図で説明したダイオード
Ｄに相当するものである。

尚、図中の円内に拡大図示したものは、電子放出素子の
一例であり、正極１０１及び負極１０２及び電子放出部
１０３より成る表面伝導形放出素子を示している。

また、基板ＳとフェースプレートＦＰの中間には、スト
ライブ状のグリッド電極ＧＲが設けられている。グリッ
ド電極ＧＲは、前記素子列と直交してＮ本設けられてお
り、各電極には電子ビームを透過するための空孔Ｇｈが
設けられている。空孔Ｇｈは、第３図の例のように各電
子放出素子に対応して１個づつ設けてもよいし、あるい
は微小な孔をメツシュ状に多数設けてもよい。各グリッ
ド電極は、端子６１〜Ｇ８によって真空容器外と電気的
に接続されている。

本装置では、β個の電子放出素子列とＮ個のグリッド電
極列により、ＸＹマトリクスが構成されているため、電
子放出列を一列づつ順次駆動（走査）するのと同期して
グリッド電極列に画像１ライン分の変調信号を同時に印
加することにより、各電子ビームの蛍光体への照射を制
御し、画像を１ラインづつ表示してい（ものである。

さて、同様な構成でダイオード１０５を備えていなかっ
た従来の表示装置においては、数十〜数百時間程度で輝
度むらや画素欠陥等実用上問題となる画質劣化が比較的
高い頻度で発生していたが、本実施例の表示装置におい
ては、少なくとも子持間以上にわたって、電子放出素子
の特性劣化による画質劣化は発生しなかった。

支立土ｌ 第４図は、前記第１実施例のダイオードＤの代りに、ツ
ェナーダイオードＺＤを接続した場合を示すものである
。この場合には、第１実施例と同様スパイク状逆電圧Ｓ
Ｐ　＋−＋が電子放出素子に印加されるのを防止する効
果があるのはもちろんであるが、適当なツェナー電圧（
例えば、１．３　ｘｖ＝：［Ｖ））を選択することによ
り、正極性の異常電圧（ｌ、３ｘ　ＶＥ　［Ｖ］　を超
える電圧）が電子放出素子に印加されるのを防止する効
果も兼ねることができる。

支五■ユ 第５図は、前記第１実施例のダイオードＤと直列に電流
制限抵抗ｒを接続した例で、スパイク状逆電圧ｓｐ　＋
−＋　に伴い、スイッチング素子に流れるスパイク状の
電流を制限するためのものである。

ただし、不必要な電力消費を抑える為に、電流制限抵抗
ｒの値は電子放出素子−列の並列抵抗よりも十分小さい
ことが望ましい。例えば、電子放出素子１素子の抵抗値
１０にΩのものが、１００素子並列接続されている場合
には、１列の並列抵抗は１００Ωとなるわけだが、この
場合にはｒとして例えば１Ωを用いれば、消費電力を大
巾に増加させることな（スイッチング素子の保護抵抗と
して機能させることが可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、電気的に並列接続された電子放出
素子列の各列に、並列に整流素子を設けることにより、
スパイク状の逆電圧が電子放出素子に印加されるのを防
止する効果がある。その結果、電子放出素子の電子放出
特性の劣化、あるいは破壊を防止することが可能となり
、マルチ電子ビーム源の実用上の寿命を大巾に延長する
ことができた。

また、本発明のマルチ電子ビーム源を平板形表示装置に
応用することで、従来数十〜数百時間で輝度むらや画像
欠陥が発生していたものが、少なくとも子持間以上にわ
たって初期の画質を維持することが可能となり、実用性
を大巾に向上させることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るマルチビーム電子源を示した簡
易回路図である。 第２図は、本発明の効果を示す為の印加電圧のグラフで
ある。 第３図は、本発明に係るマルチビーム電子源を用いた平
板形表示装置の斜視図である。 第４図は、本発明に係る整流素子としてツェナーダイオ
ードを用いたマルチビーム電子源を示す図である。 第５図は、第１図に示すマルチビーム電子源に電流制限
抵抗を接続した電子源を示す図である。 第６図は、本発明の適用対象となるマルチビーム電子源
の電子放出素子の配列を示す図である。 第７図は、第６図の電子源に用いられる駆動用スイッチ
ング素子の例を示す図である。 第８図は、従来のマルチ電子ビーム源で問題となってい
た、スパイク状逆電圧ＳＰ　ｔ−＋　を説明する為のグ
ラフである。 ＥＳ・・・電子放出素子　　　Ｅ、、Ｅ、、Ｅ、・・・
Ｅｍ＊＋・・・配線電極り、　１０５・・・ダイオード
　　ＺＤ・・・ツェナーダイオードｒ・・・電流制限抵
抗　　　ＶＣ・・・真空容器ＦＰ・・・フェースプレー
ト １０４・・・基板 ＧＲ・・・グリッド電極 Ｓ・・・ガラス基板 １０６・・・配線パターン Ｇｈ・・・空孔

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に複数の電子放出素子を２次元的に行列状
   に配設し、行方向に配列された隣接する電子放出素子の
   対向する端子同士を電気的に結線するとともに、列方向
   に配列された同一列上の全電子放出素子の同じ側の端子
   同士を電気的に結線してなり、前記列方向の複数の電子
   放出素子は２列以上のｍ列にわたって設けられ、かつ、
   前記ｍ列の電子放出素子の各列には、電子放出素子と並
   列して整流素子が設けられていることを特徴とするマル
   チ電子ビーム源。
2. （２）請求項１記載のマルチ電子ビーム源を用い、その
   上方に、該マルチ電子ビーム源を構成する２次元に配列
   された電子放出素子の行方向にグリッド電極を配設し、
   さらにその上方に、電子ビームの照射により映像を可視
   化する為の蛍光体ターゲットを配置したことを特徴とす
   る画像表示装置。