JPH02299136A - 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、表面伝導形電子放出素子を用いた画像形成装
置に関するものである。

［従来の技術］ 従来より、簡単な構造で電子の放出が得られる素子とし
ては、例えば「ラジオ・エンジニアリング・エレクトロ
ン・フィジイックス（Ｒａｄｉｏ　Ｅｎｇ、Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ、Ｐｈｙｓ、）Ｊ　１９６５年刊、第１０巻１２
９０−１２９６る冷陰極素子が知られている。

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放出素子を呼ばれて
いる。

この表面伝導形放出素子としては、前記エリンソン等に
より開発されたＳｎＯ□（ｓｂ）薄膜を用いたものや、
「スイン・ソリッド・フィルムス（ＴｈｉｎＳｏｌｉｄ
　Ｆｉｌｍｓ）Ｊ　１９７２年刊第９巻３１７頁ディト
マー（Ｇ、　Ｄｉｔｔｍｅｒ）により発表されたＡｕ薄
膜によるものや、「アイ・イー・イー・イー技報（ＩＥ
ＥＥ　Ｔｒａｎｓ。

ＥＤ　Ｃｏｎｆ、Ｎ　１９７５年版５１９頁でハートウ
ェル（Ｍ、Ｈａｒｔｗｅｌｌ）及びフォンスタッド（Ｃ
，Ｇ、　Ｆｏｎｓｔａｄ）共著になるＩＴＯ薄膜による
ものや、「真空Ｊ　１９８３年刊第２６巻第１号２２頁
に荒木久他で発表されたカーボン薄膜によるものなどが
報告されている。

これらの表面伝導形放出素子の典型的な素子構成を第１
図に示す。第１図において、１及び２は電気的接続を得
る為の電極、３は電子放出材料で形成される薄膜、は基
板、５は電子放出部を示す。

従来、これらの表面伝導形放出素子に於ては、電子放出
を行なう前にあらかじめフォーミングと呼ばれる通電加
熱処理によって電子放出部を形成する。即ち、前記電極
１と電極２の間に電圧を印加する事により、薄膜３に通
電し、これにより発生するジュール熱で薄膜３を局所的
に破壊、変形もしくは変質せしめ、電気的に高抵抗な状
態にした電子放出部５を形成することにより電子放出機
能を得ている。

さらに、上記素子の電子放出の放射特性、すなわち放出
された電子の広がる面積を目視で測定できる様に上記素
子上に、蛍光体の塗布された基板を用いており、図中６
は蛍光体基板、７は放出電子により発光した発光部であ
る。

上記素子の電子放出の放射特性は、上記素子から数ｍｍ
程度離れた空間に、蛍光体基板６を配置し、数百Ｖから
数千Ｖの電圧を印加し、前記電極１と電極２の間に駆動
電圧を印加し、電子放出させると、発光部７は蛍光体基
板６上に第１図に示す如（、電子放出部５から放出され
た電子ビームは、電子放出部５の法線に対して、該素子
に印加した電位の正極側にずれて飛翔する。

前記、放射特性は、上記素子を含む、同一平面内で電位
が対称でない、表面伝導形電子放出素子の固有の特性で
ある。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のように、同一平面内で電位が対称でない、表面伝
導形電子放出素子は、電子放出部から放出された電子ビ
ームは、該素子に印加した電位の正極側にずれて飛翔す
る。また、該素子は、Ｉ　Ｘ　１０−’ｔｏｒｒ程度以
上の真空中で動作させることから、該素子を用いた画像
形成装置を形成する場合、耐大気圧スペーサを構成する
必要がある。従来、該大気圧スペーサを該素子に対して
垂直に形成していたために次のような欠点があった。

（１）放出された電子ビームが正極側の耐大気圧スペー
サに衝突し、蛍光体ターゲット上へ到達する電流量が減
少し、発光効率が低下する。

（２）耐大気圧スペーサへのチャージアップにより沿面
耐圧の低下により、沿面放電が発生し、該素子の破壊等
が発生する。

（３）発光効率の低下、沿面放電を防止するような構成
に配置すると、高密度にマルチに該素子を配置した画像
形成装置を構成することが出来ない。

以上のような、問題点があるため、従来、表面伝導形電
子放出素子は、素子構造が簡単でかつ、２つ以上の複数
の素子をライン状に配置することが容易であるにもかか
わらず、産業上、積極的に応用されるには至っていない
。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明は、上記
のような従来の欠点を解決した画像形成装置を目的とす
る。

上記目的を達成するために本発明で講じられた手段は、
表面伝導形電子放出素子から放出された、電子ビームの
飛翔軌道に沿って、テーパー、わん曲もしくは、ひな般
式に積層された、耐大気圧スペーサを設けることである
。これにより電子ビームの軌道を確保し、また沿面距離
が長くなることによる沿面耐圧が増加し、電子ビームの
耐大気圧スペーサへの衝突による発光効率の低下、さら
に、耐大気圧スペーサのチャージアップによる沿面耐圧
低下による沿面放電がなくなる。さらに、沿面耐圧の増
加により、加速電圧を上げることができ、より高効率で
輝度の高い発光部が得られる。

［実施例］ 実施例１ 以下に、図面に示す実施例により、本発明の詳細な説明
する。

第１図、第２図は、本発明の一実施例を示す説明図であ
る。同第１図において、４は、絶縁性を有する基板、３
は、電子放出材料で形成される薄膜、１及υ２は、電気
的接続を得るための電極、５は薄膜３に形成された電子
放出部、７は、電子放出素子の空間上に配置された蛍光
体ターゲット、８は、蛍光体ターゲット７上で発光した
発光部、９は素子を駆動するための駆動電源、１０は、
電子放出部５から照射された電子ビームを、蛍光体ター
ゲット７に、到達させるための加速電源である。

第１図において、絶縁性基板４に、石英基板を用い、洗
浄された石英基板４上に、電子放出材料にＩｎｚＯｓを
用い、膜厚１０００人の薄膜３を成膜する。他の電子放
出材料としては、ＳｎＯ□、　ｐｂｏ等の金属酸化物、
Ａｕ、Ａｇ等の金属、カーボン、その他の各種半導体な
どを用いることができる。次いで、フォトリソグラフィ
ー技術により、電子放出部５が形成されるＬ　＝　１．
０ｍｍ、　Ｖ／　＝　０．３ｍｍのネック部を有する電
子放出材料の薄膜３を形成する。

次いで、前記薄膜３に形成される電子放出部５と電気的
接続を得る電極１．２にＮｉを用いて、マスク蒸着によ
り膜厚１５００人を形成する。電極１．２となる導電性
材料としては他にＰｕ、　Ａｕ、　Ｃｕ、　Ａ１などの
通常の金属材料を用いることができる。

前記電極１と電極２の間に、３０Ｖ程度の電圧を印加す
る事により、薄膜３に通電し、これにより発生するジュ
ール熱で薄膜３を局所的に破壊、変形もしくは変質せし
め、電気的に高抵抗な状態にした電子放出部５を形成す
る。

次いで、上記素子のＨ＝　５　ｍｍの空間上に、透明な
ガラス基板に青板ガラスを用い、透明電極ＩＴＯ（Ｉｎ
ｓＯｘ：５ｎＯｚ＝９５：５）を蒸着により１０００人
形成し、電子により発光する蛍光体を塗布して形成した
蛍光体ターゲット７を配置する。

上記のごと（構成した前記素子から放出される電子ビー
ムの放射特性を蛍光体ターゲット７により測定する。ま
ず、蛍光体ターゲット７に加速電源１０により、ＩＫＶ
加速電圧を印加する。次に、前記素子の電極ｌ、２に電
極２が正電位となるように駆動電源９により、１８Ｖの
駆動電圧を印加する。

駆動電圧を印加された前記素子は、同第１図のごと（蛍
光体ターゲット７上に、電子ビームを照射し、発光部８
を得る。

上記素子により発光した発光部８は、電子放出部５に平
行な方向の長さＸが約４．０ｎｏｎ、垂直な方向の長さ
Ｙが約２．０ｍｍ、電子放出部５の法線に対し、電極２
側、すなわち、印加電圧に対し、正極側へのずれ量ΔＹ
は約２．０ｍｍの特性を示した。

上記放射特性を有する素子と、耐大気圧スペーサとによ
り構成した画像形成装置の断面図を第２図に示す。

第２図に於いて、絶縁性基板４に石英基板を用い、基板
４上に前記素子を、電子放出部５の間隔を６．０ｍｎ＋
とじ、マルチに形成し、配置し、電極１．２上に感光性
ガラスからなる耐大気圧スペーサ１１を、４段からなる
ひな股上に構成した。本実施例では、１段目幅＝　２．
０ｍｍ、高さ＝０゜５ｍｍ、２段目幅＝１．６ｍｍ高さ
＝０．５ｍｍ、３段目幅＝１．２ｍｍ、高さ＝１．０＋
ｎｍ、４段目幅＝Ｌ、Ｏｍｍ、高さ＝２．０ｍｍとした
。

又、耐大気圧スペーサ１１は印刷法で形成されるガラス
等、絶縁性の材料であればかまわない。次いで蛍光体タ
ーゲット７を耐大気圧スペーサ１１上に配置する。

上記のごと（、構成した画像形成装置の蛍光体ターゲッ
ト７に加速電圧ＩＫＶを印加、電極１．２に駆動電圧１
８Ｖを印加したところ、蛍光体ターゲット７の発光状態
の変化するにとのない、すなわち、発光効率の低下のな
い発光部を得ることができた。

さらに、耐大気圧スペーサ１１は、ひな段状に形成した
ことにより沿面距離すなわち沿面耐圧が高（なり、本実
施例では、加速電圧を１０ＫＶまで増加したが、沿面放
電による故障が何ら発生することな（、画像を形成する
ことが出来た。

さらに、本実施例によれば、耐大気圧スペーサ１１が左
右対称に形成されているため、電極１．２のどちら側が
正電位になろうとも、耐大気圧スペーサ１１に何ら影響
を与えることのない、画像形成装置を構成した。

実施例２ 第３図、第４図に本発明の第２の実施例を示す。

第３図に於いて、絶縁性の基板４に、石英基板を用い、
洗浄された石英基板４上に、電極１．２にＮｉを用い、
ＥＢ蒸着により膜厚１０００人を成膜し、フォトリソグ
ラフィー技術により電子放出部５となるＷ　＝　０．３
ｍｍ、　Ｇ　”　０．００５ｍｍの形状を有する電極部
を形成する。次いで電極１．２の間へ、電子放出材料と
なる微粒子８に１次粒径８０〜２００人のＳｎＯ□１分
散液（Ｓｎｏｗ　：　ＩＬ溶剤ＭＥＫ／シクロヘキサン
＝３八二１０００ｃｃ、ブチラール：１ｇ）を用い、ス
ピンコード法により、塗布し、２５０℃で加熱処理し、
形成する。

次いで、上記素子のＨ”　５　ｍｍの空間上に、前記実
施例１と同様の蛍光体ターゲット７を配置、構成し、前
記素子から放出される電子ビームの放射特性を蛍光体タ
ーゲット７により測定する。先ず蛍光体ターゲット７に
加速電源１０によりＩＫＶの加速電圧を印加する。次に
前記素子の電極１．２に、電極２が正電位となるように
、駆動電源９により１４Ｖの駆動電圧を印加する。駆動
電圧を印加された前記素子は、第３図のごとく蛍光体タ
ーゲット７上に電子ビームを照射し発光部８を得る。

上記素子により発光した発光部８は、電子放出部５に平
行な方向の長さＸが約２．０ｍｍ、直角な方向の長さＹ
が約１．５ｍｍ、電子放出部５の法線に対し電極２側す
なわち、印加電圧に対し、正極側へのずれ量△Ｙは約１
．０ｍｍの特性を示した。

上記放射特性を有する素子と耐大気圧スペーサとにより
構成した画像形成装置の断面図を第４図に示す。

第４図において、絶縁性基板４に石英基板を用い、基板
４上に前記素子を電子放出部５の間隔を３．０ｍｍとし
、マルチに形成、配置し、電極１．２上に感光性ガラス
からなる耐大気圧スペーサ１１を幅＝１．Ｏｍｍ、高さ
＝５．０ｍｍ、角度θ＝７８°にフォトリソエツチング
法によりテーパー状に形成しく放出された電子ビームの
軌道に沿ったわん曲した形状でもよい。）蛍光体ターゲ
ット７を耐大気圧スペーサ１１上に配置する。

上記のごとく構成した画像形成装置の蛍光体ターゲット
７に加速電圧ＩＫＶを印加、電極１．２に駆動電圧１４
Ｖを印加したところ、蛍光体ターゲット７の発光状態の
変化することのない、すなわち、発光効率の低下のない
発光部を得ることができた。さらに、耐大気圧スペーサ
１１に電子ビームが照射されることがな（なったため、
耐大気圧スペーサ１１にチャージアップがなく、沿面放
電の発生のない装置が得られた。

さらに、同様の構造を従来の長方形の耐大気圧スペーサ
で構成すると、電子放出部５の間隔が４ｍｍ以上必要で
あるのに対し、本実施例によれば、電子放出部５の間隔
が３ｍｍで良く、従来に比べて電子放出素子を高密度に
マルチに配線することが出来る。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、表面伝導形電子
放出素子を用いた画像形成装置の耐大気圧スペーサを、
放出された電子ビームの飛翔軌道に沿ってテーパーもし
くは、わん曲もしくはひな般式に積層させ、電子ビーム
の軌道の確保、スペーサ沿岸面距離を増すすなわち、沿
面耐圧が増すことにより、耐大気圧スペーサへの電子ビ
ームの照射がな（なるため、次のような特有の効果があ
る。

（１）蛍光体ターゲットへの到達電流量のロスがなく、
発光効率の低下のない安定した発光が得られる。

（２）耐大気圧スペーサのチャージアップによる沿面耐
圧低下により発生する沿面放電がなく、素子破壊のない
画像形成装置が得られる。

（３）沿面耐圧の増加により、加速電圧を上げることが
できるため、より高効率で輝度の高い発光部が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例を説明する斜視図、第
２図は本発明の第１の実施例の断面図、第３図は本発明
の第２の実施例を説明する斜視図、第４図は本発明の第
２の実施例の断面図、第５図は従来例の説明図である。 １．２：電極 ３：薄膜 ４：基板 ５：電子放出部 ６：微粒子 ７：蛍光体ターゲット ８：発光部 ９：駆動電源 ｌＯ：加速電源 １１：耐大気圧スペーサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面伝導形電子放出素子を用いた画像形成装置に
   おいて、該素子から放出された電子の軌道に沿って、耐
   大気圧スペーサを設けたことを特徴とする画像形成装置
   。