JPH02257551A

JPH02257551A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH02257551A
Application number: JP7661189A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Suzuki; 英俊鱸; Haruto Ono; 治人小野; Tetsuya Kaneko; 哲也金子; Ichiro Nomura; 一郎野村; Yoshimi Uda; 宇田　芳巳; Kiyoshi Takimoto; 瀧本　清; Takeo Tsukamoto; 健夫塚本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-03-30
Filing date: 1989-03-30
Publication date: 1990-10-18

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と前記多数の電子放出素
子から放出される電子ビーム群を変調する為のグリッド
電極と電子ビームの照射により画像を形成する為のター
ゲットとを備え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、Ｉ。

Ｅｌｉｎｅｏｎ）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、　Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ。

Ｐｈｙｓ、　）第１０巻、１２９０〜１２９６頁、１９
６５年１この種の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Ｓｎｕｇ　（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：ｔｈｉ
ｎＳｏｌｉｄ　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　）（Ｍ、　Ｈａｒｔｗｅｌｌ　ａｎｄ　Ｃ，Ｇ、Ｆ
ｏｎｓｔａｄ：　”ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ。

εＤ　Ｃｏｎｆ、”）５１９頁、　　（１９７５年）］
、カーボン薄膜によるもの「荒木久他」”真空”、第２
６巻、第１号、２２頁、（１９８３年）］などが報告さ
れている。

また、上記以外にも、薄膜熱カソードやＭＩＭ型放出素
子等の有望な電子放出素子が数多く報告されている。

これらは、成膜技術やホトリソグラフィー技術の急速な
進歩とあいまって、基板上に多数の素子を形成すること
が可能となりつつあり、マルチ電子ビーム源として、蛍
光表示管、平板型ＣＲＴ　、電子ビーム描画装置等の各
種画像形成装置への応用が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、これらの素子を画像形成装置に応用する
場合、一般には、基板上に多数の素子を配列形成し、各
素子間を薄膜もしくは厚膜の電極で電気的に配線しマル
チ電子ビーム源として用いていたが、配線抵抗で生じる
電圧降下の為に、各素子毎に印加される電圧がばらつい
てしまうという現象が生じる。その結果、各放出素子か
ら放出される電子ビームの電流量にばらつきが生じ、形
成される画像形成装置に輝度（濃度）むらが起きるとい
う問題が発生していた。

第９図及び第１Ｏ図はこの問題をより詳しく説明する為
の図で、両図とも　（ａ）は電子放出素子と配線抵抗及
び電源を含む等価回路図であり、（ｂ）は各電子放出素
子の正極と負極の電位を示す図、又（Ｃ）は各素子の正
負極間に印加される電圧を示す図である。

第９図（ａ）は、並列接続されたＮ個の電子放出素子Ｄ
τ〜ＤＨ’と電源ＶＥとを接続した回路を示すもので、
電源の正極と素子り、の正極を、また電源の負極と素子
ＤＮの負極を接続したものである。また、各素子を並列
に結ぶ共通配線は、図に示すように隣接する素子間でｒ
の抵抗成分を有するものとする。（画像形成装置では、
電子ビームのターゲットとなる画素は、通常、等ピッチ
で配列されている。従って、電子放出素子も空間的に等
間隔をもって配列されており、これらを結ぶ配線は幅や
膜厚が製造上ばらつかない限り、素子間で等しい抵抗値
を有する。）また、全ての電子放出素子り、〜ＤＮは、はぼ等しい抵
抗値Ｒｄを各々有するものとする。

前記第９図　（ａ）の回路図に於て、各素子の正極及び
負極の電位を示したのが同図（ｂ）である。図の横軸は
、Ｄ１〜ＤＮの素子番号を示し、縦軸は電位を示す。・
印は各素子の正極電位を、厘印は負極電位を表わしてお
り、電位分布の傾向を見易くする為、便宜的に・印（■
印）を実線で結んでいる。

本図から明らかなように、配線抵抗ｒによる電圧降下は
一様に起こるわけではな（、正極側の場合は素子り、に
近い程急峻であり、逆に負極側では素子ＤＮに近い程急
峻になっている。これは、正極側では、Ｄ、に近い程配
線抵抗ｒを流れる電流が大きく、また、負極側では、逆
にＤＮに近い程大きな電流が流れる為である。

これから、各素子の正負極間に印加される電圧をプロッ
トしたのが同図　（ｃ）である。図の横軸はり、〜ＤＮ
の素子番号を、横軸は印加電圧を各々示し、同図　（ｂ
）と同様、傾向な見易（する為に便宜的に０を実線で結
んでいる。

本図から明らかなように、同図（ａ）のような回路の場
合には、両端の素子（Ｄ、及びり、）に近い程大きな電
圧が印加され、中央部付近の素子では印加電圧が小さく
なる。

従って、各電子放出素子から放出される電子ビームは、
両端の素子程ビーム電流が大きくなり、画像形成装置に
応用した場合極めて不都合であった。（例えば、両端に
近い部分の画像は濃度が濃く、中央部付近の濃度は淡く
なってしまう。）一方、第１Ｏ図に示すのは、並列接続された素子列の片
側（本図では素子Ｄ１側）に、電源の正負極を接続した
場合である。この様な回路の場合には、同図　（ｂ）に
示すように、正極側、負極側ともり、に近い程配線抵抗
ｒによる電圧降下が太き（なる。

従って、各素子に印加される電圧は、同図　（ｃ）に示
すように、Ｄ、に近い程大きなものとなり、画像形成装
置として応用するには極めて不都合であった。

以上、二つの例で示したような素子毎の印加電圧のばら
つきの程度は、並列接続される素子の総数Ｎ、素子抵抗
Ｒｄと配線抵抗ｒの比（＝　Ｒｄ／ｒ）　、あるいは電
源の接続位置により異なるが、一般には、Ｎが大きい程
、Ｒｄ／ｒが小さい程ばらつきは顕著となり、また前記
第９図よりも第１θ図の接続方法のほうが、素子に印加
される電圧のばらつきが大きい。

例えば、第９図の接続法で素子抵抗Ｒｄ＝１にΩ、ｒ＝
ｌＯｍΩの場合、Ｎ　＝　１００であれば、印加電圧の
最も大きな素子と最も小さな素子を比較すると、Ｖ　＋
ｍａＸ：ｖ＋＋ｔ１゜＝　１０２：１００程度であるが
、Ｎ　＝　１０００であれば、Ｖ、、、、：Ｖ、、ｎ＝
４７２：１００と、ばらつきの割合は大きくなる。

また、　Ｎ　＝　１０００．Ｒｄ　＝　１　ｋΩ、ｒ＝
１ｍΩの場合には、Ｖ　、、、：Ｖ　１１１＝　１２７
：１００程度であるが、ｒ　＝　１０ｍΩの場合には、
Ｖ　＋＋＋ａｘ：Ｖａｔ、＝　４７２：１００程度とい
うようにばらつきの程度は大きくなる。

以上説明したように、特性の等しい電子放出素子を複数
個並列に接続した場合には、配線抵抗により生ずる電圧
降下の為、各素子に実効的に印加される電圧は素子毎に
ばらついてしまい、電子ビームの放出量が不均一となり
、画像形成装置として応用する場合に不都合であった。

特に、画素数の多い（すなわちＮの大きい）大容量表示
装置を実現しようとする場合には、上記ばらつきの割合
は顕著となり、画像の輝度（濃度）むらが大きな問題と
なっていた。

［課題を解決するための手段（及び作用）］本発明によ
れば、各電子放出素子から放出される電子ビームの通過
と遮断を制御するための変調グリッド電極を設け、各変
調グリッド電極の開口部（空孔）の面積を変えることに
より、どの素子からも等しいビーム電流が゛ターゲット
に照射されるようにしたものである。

より詳しくは、電子放出素子が前記第９図のような配線
の場合には、両端よりも中央のグリッド電極の開口面積
を大きくする。また、前記第１Ｏ図のような配線の場合
には、素子の給電側から遠いグリッド電極程開口面積を
太き（するものである。

以上の手段により、電圧降下によって生じた電子放出部
からの単位面積当たりの電子ビーム放出量の減少を、変
調グリッド電極の開口面積を拡大することにより実効的
な電子ビームを増加させ、結果として画像形成面におい
ては均一な画像濃度を生じ得るという作用を成すもので
ある。

［実施例Ｊ以下に、実施例を用いて本発明を具体的に詳述する。

第１図〜第７図は、本発明の一実施例である平板型画像
形成装置を説明するものである。

第１図は表示パネルの構造を示しており図中、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、ＣＲＴ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為に端子ＥＶ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、従来技術の項で例示した電子放
出素子が２００個×２００列にわたり配列形成されてい
る。該電子放出素子群は、列毎に電気的に並列接続され
ており、各列の正極側配線（負極側配線）は、端子ｏｐ
ｌ〜Ｄｐ３゜。（端子Ｄｍ＋〜Ｄｌｌｉｏ。）によって
真空容器外と電気的に接続されている。すなわち、本装
置では、前述第９図の給電方法による素子列が２００列
にわたり基板Ｓ上に形成されている。（１列あたりの素
子数は２００個である。）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２００本設けられ
ており、各電極には、電子ビームを透過する為の空孔Ｇ
Ｒ（開口）が設けられている。空孔Ｇｈは、第１図の例
では各電子放出素子に対応して１個づつ設けられている
が、後述する様に、電極により空孔の開口面積を適宜変
えであることが特徴である。

各グリッド電極ＧＲは端子Ｇ、〜Ｇ２゜。によって、真
空容器外と電気的に接続されている。

本表示パネルでは、２００個の電子放出素子列と、２０
０個のグリッド電極列により、Ｘ　Ｙ、マトリクスが構
成されている。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
くものである。

次に第２図に示すのは、前記第１図の表示パネルに用い
られるグリッド電極ＧＲの一部を示す平面図で、（ａ）
、　、（ｂ）　、　（ｃ）の３種類を示しである。本図
から明らかなように、各グリッド電極の空孔Ｇｈは、異
なる開口面積をもち、Ｇｈａ　＜Ｇｈｂ　＜Ｇｈｃなる
大小関係にある。

これらの開口面積の異なるグリッド電極ＧＲは、前記第
１図の表示パネルに於て、次の様に用いられている。す
なわち、両端のグリッド電極（Ｇ、及びＧａｏｏ）に於
ては最も開口の小さな　（ａ）を用い、中央のグリッド
電極ＧＲ（Ｇ＋ｏ。）に於ては最も開口の大きな　（ｃ
）を用い、両端と中央の間に於ては中間的な開口面積の
（ｂ）を用いる。

具体的には、例えばＧ、〜Ｇ８゜及びＧＩ’ＦＩ−Ｇｌ
。ａに（ａ）を、Ｇｓ＋−Ｇｙｏ及びＧｔｓｔ−Ｇｔｙ
。に（ｂ）を、Ｇ？　１−ＧＩ３０に　（Ｃ）を用いて
表示パネルを構成することにより、従来問題となってい
た画像の輝度（濃度）むらを大幅に低減することが可能
となった。

この開口面積の異なるグリッド電極の効果を説明する為
に、電子放出素子の出力特性を第３図に、グリッド電極
の動作特性を第４図に示す。

第３図に示すのは、本表示パネルに用いた電子放出素子
の出力特性の一例である。（電子放出素子には、従来技
術の冒頭で例示した冷陰極素子、薄膜熱カソード、ＭＩ
Ｍ型放出素子、あるいはこれらに類似するもの等多数個
を配列形成できるものであれば良い、従って、第３図の
出力特性は、これらの中のほんの一例にすぎないが、本
発明は電子放出素子の特性が異なるものであっても、適
宜、グリッド電極の開口面積を調整することにより、同
様の効果を発揮するものである。）本図に於て、横軸は
電子放出素子に印加される電圧で、縦軸は電子放出素子
から放射される出力ビーム電流である。第９図　（Ｃ）
で説明したように、並列接続した電子放出素子に於ては
、印加電圧にばらつきが生じ（便宜上、印加電圧の最大
値をＶｍａｘ、最小値をＶｍｉｎと表わす。）、第３図
のグラフから明らかなように、Ｖｍａｘが印加される素
子（列の両端、すなわちり、とＤ２゜。）からはＥＢｍ
ａｘの電子ビームが放射され、またＶＩＩＩｉｎが印加
される素子（列の中央、すなわちＤｌ。。）からはＥＢ
ｍｉｎの電子ビームが放射される。

説明を簡単にする為、前記ＥＢｍａｘ及びＥＢｍｉｎを
出力する素子だけについて述べるが、本発明によれば、
ＥＢｍａｘを出力する素子に対しては開口面積の最も小
さなグリッド電極を用い、逆にＥＢｍｉｎを出力する素
子に対しては開口面積が最も大きなグリッド電極を用い
ている。

従って、第４図に示すように、表示パネルの蛍光面電位
（加速電圧）を一定（例えばｌ０ＫＶ）にし、同時にグ
リッド電極の引き出し電圧を一定（例えば１５ＫＶ）に
した場合は、グリッド電極空孔Ｇｈを通じて蛍光面に到
達する電流は、ＥＢｍａｘの素子もＥＢｍｉｎの素子も
等しくなる。

以上の説明から明らかなように、グリッド電極の開口面
積を電子放出素子の出力ビーム電流にあわせて適宜変え
ておくことにより、表示パネルの輝度（濃度）むらを大
幅に低減することができる。前述したように本実施例で
は、第２図　（ａ）。

（ｂ）　、　（ｅ）の３種の開口面積のものを用いたが
、より精密に輝度（濃度）むらを低減させる為には、各
グリッド電極毎に開口面積を変えてやれば良い。

第５図に、各グリッド電極の開口面積を略図で示すが、
各グリッド電極毎に異なる開口を形成することは、ホト
リソグラフィー・エツチング技術により容易に可能であ
る。

発明者等は、第５図のようなグリッド電極を用いて、平
板形画像形成装置を試作した結果、本発明を適用しない
場合（すなわち、全ての素子に対して同一開口面積のグ
リッド電極を用いた場合）と比較して、発光の輝度（濃
度）むらをｌ／、。以下に低減させることに成功した。

次に、本実施例の表示パネルの駆動方法の概略を説明す
る。

第６図に示すのは、前記第１図の表示パネルを駆動する
為の電気回路をブロック図として示したもので、図中、
ｌは第１図で示した表示パネル。

２は素子列駆動回路、３は変調グリッド駆動回路、４は
高電圧電源である。表示パネル１の電極端子ＥＶには、
高電圧電源４からｌ０ＫＶ程度の加速電圧が供給される
。また、電子放出素子列の負極側配線端子（Ｄａ、〜Ｄ
ｍ＊。。）は、グランドレベル（ＯＶ）に接地され、正
極側の配線端子（Ｄｐ−ａｐｌ。。）は素子列駆動回路
２と接続されている。また、グリッド電極は、端子Ｇ、
〜Ｇ８゜。を通じて変調グリッド駆動回路３と接続され
ている。

さらに、素子列駆動回路２及び変調グリッド駆動回路３
からは、第７図の駆動タイムチャートに示すタイミング
で信号電圧が出力される。第７図中（ａ）〜（ｄ）は、
素子列駆動回路２から表示パネルｌのＤｐ＋、Ｄｐｓ、
Ｄｐｓ、及びＤＩ。。端子に印加される信号を示すが、
図から分かる通り、Ｄｐ＋、Ｄａ雪。

Ｄｐｓ、　ａｓｓ　（ＤＩ）４−　Ｄｐ＋ｓｓは図中路
）　、０９＊ｏｏの順に、順次、振幅ｖｉ　［Ｖ］の駆
動パルスが印加される。これと同期して変調グリッド駆
動回路３からは、端子ＧＩ−Ｇ鵞◎０に対し、第３図（
ｅ）に示すタイミングで変°調信号（ｖ６（ＯＮ）また
はＶ、（ＯＦＦ）　）が印加される。各端子に対してＶ
、（ＯＮ）レベル、　Ｖａ（ＯＦＦ）レベルのどちらが
印加されるかは、表示画像のパターンにより決まるもの
である。

以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明の
実施形態はこれに限るものではなく、例えば、電子放出
素子が前記第１θ図の給電方法で配線されている場合に
は、給電側に近い素子に対するグリッド電極（即ちＧ、
側）よりも、給電側から遠い素子に対するグリッド電極
（即ちａ黛ＯＯ側）程空孔の開口面積を大きくすること
が輝度（濃度）むらを低減するのに有効である。

また、グリッド電極に設ける空孔は、各電子放出素子に
対して、必ずしも１個である必要はなく、例えば、第８
図に示すように多数の孔からなるメツシュ状のものでも
よい、その場合には、同図（ａ）　、　（ｂ）　、　（
ｃ）に示すように、形成する孔の個数を変えることによ
り、開口面積を変化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、本発明では、グリッド電極に設け
た空孔の開口面積を、電子放出素子から放出される電子
ビーム電流のばらつきに応じて、異なった大きさとする
ことにより、蛍光面に到達するビーム電流を素子によら
ず均一にすることが可能である。これにより、従来問題
となっていた画像の輝度（濃度）むらを解消でき薄形で
大面積の大容量画像形成装置の実用性能を大幅に向上す
ることができた。

本発明の適用は、実施例で示したような平板形画像形成
装置以外に、電子放出素子を多数個並列接続した電子源
部を有する画像形成装置の殆どに適用が可能で、例えば
電子ビーム描画装置や画像記録装置の分野にも極めて有
効なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、表示パネルの一部を示す斜視図、第２図は、
表示パネルに用いられる変調グリッド電極の一部平面図
、第３図は、本画像形成装置に用いられる電子放出素子の
出力特性を示す図、第４図は、変調グリッド電極の動作特性を示す図、第５図は、各変調グリッド電極に形成された開口部の面
積を簡略に示すためのグラフ、第６図は、表示パネルを
駆動するブロック回路を示す図、第７図は、表示パネルの駆動タイミングを示すタイムチ
ャート、第８図は、他の実施態様を示すグリッド電極の一部平面
図、第９図、第１θ図は、従来問題点を説明する為の図であ
る。１−表示パネル　　　　　ＧＲ−グリッド電極２−素子
列駆動回路　　　Ｇｈ−空孔３−変調グリッド駆動回路４−高電圧電源

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数の電子放出素子を電気的に並列に配線したマ
ルチ電子ビーム源と、前記電子放出素子から放出される
電子ビームの通過と遮断を行う為の複数の変調グリッド
電極と、電子ビームの照射により画像を形成する為のタ
ーゲットとを具備し、前記複数の変調グリッド電極には
、前記電子放出素子に印加される電圧に応じて、異なる
開口面積を有した電子ビームの通過用の空孔が設けられ
ていることを特徴とする画像形成装置。
（２）前記マルチ電子ビーム源において、並列接続され
た電子放出素子列の一端から正電圧を、他端から負電圧
を印加し得るよう給電手段が設けられ、かつ、前記変調
グリッド電極に設けられている空孔の開口面積が該素子
列の両端の素子に対するものよりも、該素子列の中央の
素子に対するものの方が大きくなっていることを特徴と
する請求項１記載の画像形成装置。
（３）前記マルチ電子ビーム源において、並列接続され
た電子放出素子列の一端に該素子を駆動する為の正電圧
と負電圧を給電する手段が設けられ、かつ、変調グリッ
ド電極に設けられている空孔の開口面積が該素子列の前
記給電手段が設けられた一端に近い素子に対するものよ
りも、遠い素子に対するものの方が大きくなっているこ
とを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。