JP2981502B2

JP2981502B2 - 電子線発生装置及びそれを用いた画像形成装置と光信号供与装置

Info

Publication number: JP2981502B2
Application number: JP25169790A
Authority: JP
Inventors: 治人小野; 一郎野村; 伸也三品; 英俊鱸; 哲也金子
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-09-25
Filing date: 1990-09-25
Publication date: 1999-11-22
Anticipated expiration: 2014-11-22
Also published as: JPH04132137A

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ビームを放出する電
子線発生装置及び該電子線発生装置を用いた画像形成装
置に関する。又、本発明は、該電子線発生装置を用いる
ことにより、情報信号に応じて光を放出する光信号供与
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の電子ビーム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形成
装置が存在している。

これら電子線ディスプレイ装置は、基本的に次のよう
な構成からなる。

第１図は従来のディスプレイ装置の概要を示すもので
ある。本図中、１は基板、２は支持体、３は配線電極、
４は電子放出部、５は電子通過孔、６は変調電極、７は
ガラス板、８は透明電極、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はフェースプ
レート、11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１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３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く、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２は絶縁
体材料もしくは導電体材料で形成されている。

これら電子線ディスプレイ装置は、配線電極３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６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３と変調電極６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。

また、従来の電子線ディスプレイ装置の他の例を第２
図に示す。

第２図に示された従来の電子線ディスプレイでは、変
調電極が線状カソード（電子放出素子）の電子放出方向
と反対側に配置されているものである。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上述従来の電子線ディスプレイには、
次のような問題点があった。

．第１図に示されるように、変調電極６が電子放出素
子（支持体2,配線電極３及び電子放出部４より成る）の
電子放出方向上部に配置される為、変調電極６の電子通
過孔５と電子放出素子の電子放出部４との位置合わせが
難しく、大画面で高精細な画像表示素子が作製しがた
い。

．第１図及び第２図に示されるように、変調電極６と
電子放出素子の電子放出部との間に空間を有して相方配
置されている為、変調電極６と電子放出素子の電子放出
部４との距離を、全ての変調電極６と電子放出部４との
間で揃えることが難しく、大画面で高精細な画像表示装
置が作製しがたい。

．大画面で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ってしまう。

すなわち、本発明の目的とするところは、上述のよう
な従来例にみる問題点を解決し、変調電極と電子放出部
とのアライメントを容易にし、その作製が簡単な電子線
発生装置及び画像形成装置、さらには光信号供与装置を
提供することにある。

更に本発明の目的は、輝度むらのない画像表示を可能
ならしめる電子線発生装置及び画像形成装置、さらには
光信号供与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］上記目的を達成すべく成された本発明の構成は、以下
の通りである。

すなわち、本発明の第１は、基板上に、基板面に沿っ
て並設された低電位側電極と高電位側電極との間に、こ
れらの電極を介して電圧が印加される電子放出部を有す
る電子放出素子と、該電子放出素子から放出される電子
ビームを情報信号に応じて変調する、電子放出素子とは
電気的に独立して設けた変調電極とを有する電子線発生
装置において、前記電子放出素子と前記変調電極とが、
前記基板の同一面上に配置されており、かつ、前記変調
電極が、前記電子放出素子の高電位側電極の側のみに配
置され、前記低電位側電極が前記高電位側電極よりも両
電極の並ぶ方向における電極幅が大きいことを特徴とす
る電子線発生装置にある。

上記本発明の第１の電子線発生装置は、さらにその特
徴として、前記低電位側電極の厚さが、前記高電位側電極の厚さ
よりも厚いこと、前記変調電極の厚さが、前記高電位側電極の厚さより
も厚いこと、前記電子放出素子が表面伝導形電子放出素子であるこ
と、前記電子放出素子の複数が結線された線状電子放出素
子の複数と、前記変調電極の配線の複数とがXYマトリッ
クスを構成していること、前記電子放出素子と前記変調電極に電圧を印加する電
圧印加手段が、別個独立であること、をも含む。

また、本発明の第２は、上記本発明の第１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
像形成装置にある。

さらに、本発明の第３は、上記本発明の第１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
発光する発光体を設け、該発光体からの光を信号として
用い得る構成としたことを特徴とする光信号供与装置に
ある。

以下で本発明について説明する。

第５図は、本発明の一実施態様を示す図である。31は
ガラス基板、40は変調電極、33は絶縁体膜、34（34a,34
b）は素子配線電極、35は素子電極、36は電子放出部で
ある。第５図に於ける電子放出素子は後述する表面伝導
形電子放出素子で、素子電極35と電子放出部36から形成
されているが、本発明は該電子放出素子に限定されるも
のではない。第６図は第５図Ｅ−Ｅの断面図である。

本発明の主たる第１の特徴は、基板31の同一面上に電
子放出素子と変調電極が配置された構成にある。

本発明における電子放出素子は、基板面に沿って並設
された電極間に、該電極を介して電圧が印加される電子
放出部を有するものであり、従来より画像形成装置の電
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、絶縁体
への熱拡散により電子放出効率が低下する。

よって、電子放出素子は冷陰極である方が望ましい。
さらには、冷陰極の中でも表面伝導形放出素子と呼ばれ
る電子放出素子を用いた方が、本発明の電子線発生装
置、画像形成装置及び光信号供与装置にあっては、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。

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・フィジィッス（Radio Eng.Electron.Phys.）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。尚、
かかる素子は、前記エリンソン等により開発されたSnO₂
（Sb）薄膜を用いたものの他、Au薄膜によるもの［ジー
・ディトマー：“スイン・ソリッド・フィルムス”（G.
Dittmer:“Thin Solid Films"）,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・ディー・コンフ”（M.Hart
well and C.G.Fonstad:“IEEE Trans.ED Conf."）5
19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。

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。

更に、本発明において変調電極とは、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ON/OFF制御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、本発明において、基板とは、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。

本発明の主たる第２の特徴は、変調電極が電子放出素
子の高電位側電極の側のみに配置された構成にある。

第３図は、電子放出素子の両素子電極の側に変調電極
を配した場合の参考図であり、第４図は第３図のＤ−Ｄ
断面図である。このように電子放出素子の両素子電極の
側に変調電極を配した場合に比し、上記本発明の構成に
よれば第３図におけるＸ方向の画素ピッチを小さくで
き、画素の高精細化に効果がある。

一方、変調電極を電子放出素子の高電位側電極の側の
みに配置すると、電子放出部から射出される電子ビーム
をカットオフする為に変調電極に印加する電圧の絶対値
は一般に大きくなる。このため、本発明においては、電
子放出素子の低電位側電極が高電位側電極よりも、両電
極の並ぶ方向における電極幅（以下、「素子電極幅」又
は「素子電極の幅」と称する場合がある。）が大きい。
これにより変調電極に印加すべきカットオフ電圧の増加
を抑えることができる。この点について第８図を参照し
ながら説明する。

第８図は、電子放出部の両側に変調電極が存在する第
４図において素子電極幅Ｗ＝20μm,素子電極間距離Ｇ＝
２μm,素子電極−変調電極間距離Ｓ＝10μm,素子−蛍光
体面間距離＝4mm（不図示），蛍光体面の電圧（加速電
圧）＝2kV（不図示），高電位側素子電極電圧＝14V,低
電位側素子電極電圧＝0Vの場合の素子電極近傍の等電位
線及び電子飛翔例を表わしたものである。

第８図に示される様に、電子放出素子から射出された
電子がカットオフされるのは、０［Ｖ］の等電位線によ
り電子放出部が取り囲まれる場合である。このことよ
り、０［Ｖ］が印加される低電位側素子電極幅を大きく
とれば、低電位側素子電極側の変調電極が存在しなくて
も、カットオフ電圧（の絶対値）の増加を抑えられるこ
とが分かる。

更に、電子放出部36の片側にだけ変調電極40を配する
場合には、低電位側素子電極35bの側ではなく高電位側
素子電極35aの側に配した方が、カットオフ電圧（の絶
対値）を抑えられることも理解できる。

［実施例］以下、実施例により、本発明を具体的に詳述する。

実施例１本実施例では、電子線発生装置及びこれを用いた画像
表示装置の一実施例を第５図，第６図に基づいて説明す
る。第５図は本発明の電子線発生装置における電子源と
変調電極部を示す概略的な構成図である。第６図は第５
図におけるＥ−Ｅの断面図である。31は絶縁性基板、35
は表面伝導形電子放出素子の素子電極（35aは高電位側,
35bは低電位側）、36は電子放出部、40は変調電極、34
（34−a,34−ｂ）は素子配線電極、33は絶縁体膜、41は
変調配線電極である。

線状電子放出素子（線電子源）は、素子配線電極34−
ａと34−ｂの間に電子放出部36を複数配置することによ
り形成する。変調電極40は、高電位側素子電極35a側に
配置され、また、第６図に示すように絶縁体膜33のコン
タクトホールを介して変調配線電極41に接続されてい
る。以後これを線変調電極と呼ぶ。また、かかる線電子
源と線変調電極41を複数並列に設けることにより、線電
子源群と線変調電極群を形成する。

本実施例は、上記電子源と変調電極を設けた基板上方
に前述従来例で述べたような画像形成部材９付フェース
プレート10を設けることで画像表示装置を作製するもの
である。

本実施例では、基板31の同一面上に表面伝導形電子放
出素子と変調電極40を設けている。高電位側素子電極35
aの幅（Wa）は20μm,低電位側素子電極35bの幅（Wb）は
50μｍとした。電子放出部36であるところの素子電極35
の間隔（Ｇ）は２μｍとした。

次に、電子放出部36の形成については、奥野製薬株式
会社製CCP−4230の有機パラジウムを分散塗布し、その
後300℃の温度で大気焼成することにより、パラジウム
微粒子と酸化パラジウム微粒子の混合微粒子膜を素子電
極間に設けることで電子放出部を形成した。

次に、素子電極35と変調電極40の間隔（Ｓ）は10μｍ
とした。また、第５図に示す電子放出部36の長さ（ｌ）
は、素子電極35の相対向する長さで150μｍとした。変
調電極40の幅（Ｌ）は200μｍとした。

次に、本発明の構成材料を説明する。基板31として
は、ガラス材料を用いた。素子電極35と変調電極40は厚
さ1000Åの、ニッケルで形成した。絶縁体膜33は、SiO₂
で形成した。

次に、本実施例の画像表示装置の製造方法を第７図に
基づいて説明する。

．ガラス基板31を十分洗浄し通常良く用いられる蒸着
技術とホトリソグラフィー技術により素子電極35と変調
電極40を形成する。本実施例の電子放出素子及び線電子
源、線変調電極は全て1.0mmピッチに形成した。

次に、電子放出素子を複数同時に駆動する為の素子配
線電極34（不図示）を形成する。本実施例では、銅を主
体とする材料で1.5μｍの厚さに形成した。

．次に、絶縁体膜33を変調電極40の端部に設ける。こ
のとき、絶縁体膜33は素子配線電極34と直角方向に設け
られ、絶縁体膜上に設ける変調配線電極41と素子配線電
極34との電気的絶縁をとる必要がある。次に変調電極40
と変調配線電極41の電気的接続を得る為に絶縁体膜33に
コンタクトホール38を形成する。

．次に、変調配線電極41を絶縁体膜33上に形成する。
このときコンタクトホール38を介して変調電極の結線が
成される。

．次に、素子電極間に微粒子膜を形成し電子放出部36
を形成する。かかる微粒子膜は、有機パラジウム微粒子
をスピナー塗布し、その後約300℃で30分焼成すること
により形成した。

．以上説明したプロセスで形成された電子源と変調電
極40を有するガラス基板31から5mm離して蛍光体９を有
するフェースプレート10を設け画像表示装置を作製し
た。

次に、本実施例の駆動方法を説明する。

蛍光体面の電圧を0.8kV〜2.0kVに設定する。第５図に
おいて、一対の素子配線電極34−ａと34−ｂに（本実施
例では14Vの）電圧パルスを印加し、線状に並べた複数
の電子放出素子から電子を放出させる。放出された電子
は情報信号に対応して線変調電極群に電圧を印加するこ
とにより電子ビームをON/OFF制御する。電子放出部36よ
り射出された電子は、加速し蛍光体９に衝突する。蛍光
体９は情報信号に応じて一ラインの表示を行う。次にこ
の隣りの配線電極34−a,34−ｂに（本実施例では14V
の）電圧パルスを印加し上述した一ラインの表示を行
う。これを順次行うことにより一画面の画像を形成し
た。つまり、配線電極群を走査電極として、走査電極と
変調電極でXYマトリックスを形成し画像を表示した。

尚、低電位側素子電極35bの幅Wbを高電位側素子電極3
5aの幅Waと等しくした第９図（第10図は、第９図のＦ−
Ｆ断面を示す。）の例においては、変調電極40に印加す
べきカットオフ電圧は約−60Vであったのに対し、本実
施例におけるカットオフ電圧は約−45Vであり、カット
オフ電圧（の絶対値）を減少させる効果があることが確
認できた。

実施例２本発明の第２の実施例を、第11図及び第12図を参照し
ながら説明する。本実施例では、第１実施例における低
電位側素子電極35b及び変調電極40の厚さを５μｍとし
た。これによりカットオフ電圧は約−38Vとなり、カッ
トオフ電圧（の絶対値）を更に減少できることが確認で
きた。

本実施例では、低電位側素子電極35b及び変調電極40
の両電極を同じ厚さとしたが、一般には異なる厚さでも
よく、又片方の電極だけを厚くしても同様の効果があ
る。

実施例３次に、本発明の第３の実施例であるところの、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あり、具体
的にはLED（Light Emitting Diode）アレイ、液晶シ
ャッター等のデバイスを指す。

第13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LEDは基板51上の
電極53と結線され、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14図は、本発明の電子線発生装置を光信号供与装置
とした実施態様の図であり、第15図はその電子線発生装
置の概略的説明図である。第15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電子線発
生装置と同様な構造を成すものであり、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
36より電子ビームを放出させる。予め蛍光体に所定の電
圧を印加し、変調信号に応じて変調電極32に電気信号を
入力することにより電子ビームをON/OFF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く、
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る。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、電子放出素子
と変調電極の位置合わせが容易となり、実用上次のよう
な効果がある。

（１）表示むらのない高輝度な画像が得られる。

（２）大容量表示が可能である。

（３）製造技術として薄膜技術が使えるので、高精細な
表示が可能である。

（４）低価格の画像形成装置が作製できる。

（５）変調電極に印加すべき電圧の絶対値の増加を抑え
られる。

（６）更に低電位側素子電極又は／及び変調電極の厚さ
を厚くすれば、カットオフ電圧（の絶対値）の抑制効果
が増す。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、従来の画像表示装置の構成図であ
る。第３図は、電子放出部の両側に変調電極がある画像表示
装置の例である。第４図は、第３図のＤ−Ｄ部における断面図である。第５図は、本発明の第１実施例を示す斜視構成図であ
る。第６図は、第５図のＥ−Ｅ部における断面図である。第７図は、第１実施例における画像表示装置の製造方法
を示す工程図である。第８図は、本発明の効果を説明する断面図である。第９図は、電子放出部を挟む電極幅を等しくした場合の
画像表示装置の例である。第10図は、第９図のＦ−Ｆ部における断面図である。第11図は、本発明の第２実施例を示す斜視構成図であ
る。第12図は、第11図のＪ−Ｊ部における断面図である。第13図は、従来の光信号供与装置たるLEDアレイの斜視
構成図である。第14図は、本発明に係る光信号供与装置の斜視構成図で
ある。第15図は、第14図に示す構成の電子線発生装置の細部説
明図である。 1,31……絶縁層基板（ガラス基板）、２……支持体３……配線電極、4,36……電子放出部５……電子通過孔、6,32,40……変調電極７……ガラス基板、８……透明電極９……画像形成部材（蛍光体）、10……フェースプレー
ト 11……蛍光体の輝点、34,34−a,34−ｂ……素子配線電
極 35……素子電極、33……絶縁体膜 35a……高電位側素子電極 35b……低電位側素子電極 38……コンタクトホール 41……変調配線電極 51……基板、52……LED 53……電極、54……光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鱸英俊東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者金子哲也東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献特開昭57−5249（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01J 1/30,29/04 H01J 31/12 - 31/15 H01J 3/08,29/62

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、基板面に沿って並設された低電
位側電極と高電位側電極との間に、これらの電極を介し
て電圧が印加される電子放出部を有する電子放出素子
と、該電子放出素子から放出される電子ビームを情報信
号に応じて変調する、電子放出素子とは電気的に独立し
て設けた変調電極とを有する電子線発生装置において、
前記電子放出素子と前記変調電極とが、前記基板の同一
面上に配置されており、かつ、前記変調電極が、前記電
子放出素子の高電位側電極の側のみに配置され、前記低
電位側電極が前記高電位側電極よりも両電極の並ぶ方向
における電極幅が大きいことを特徴とする電子線発生装
置。
【請求項２】前記電子放出素子が表面伝導形電子放出素
子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。
【請求項３】前記低電位側電極の厚さが、前記高電位側
電極の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項１又は２
記載の電子線発生装置。
【請求項４】前記変調電極の厚さが、前記高電位側電極
の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項１〜３いずれ
かに記載の電子線発生装置。
【請求項５】前記電子放出素子の複数が結線された線状
電子放出素子の複数と、前記変調電極の配線の複数とが
XYマトリックスを構成していることを特徴とする請求項
１〜４いずれかに記載の電子線発生装置。
【請求項６】前記電子放出素子と前記変調電極に電圧を
印加する電圧印加手段が、別個独立であることを特徴と
する請求項１〜５いずれかに記載の電子線発生装置。
【請求項７】請求項１〜６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
形成装置。
【請求項８】請求項１〜６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、電子が衝突して発光
する発光体を設け、該発光体からの光を信号として用い
得る構成としたことを特徴とする光信号供与装置。