JPH04137423A - 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 - Google Patents

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

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JPH04137423A
JPH04137423A JP2256816A JP25681690A JPH04137423A JP H04137423 A JPH04137423 A JP H04137423A JP 2256816 A JP2256816 A JP 2256816A JP 25681690 A JP25681690 A JP 25681690A JP H04137423 A JPH04137423 A JP H04137423A
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electrode
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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、電子ビームの変調あるいは偏向用電極の構成
に特徴を有した電子線発生装置及びそれを用いた画像表
示装置に関する。
[従来の技術] 従来より、線状カソードと、この電子源からの電子ビー
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表示装置が存在している。
この電子線デイスプレィ装置は基本的に次の様な構造か
らなる。
第9図は、従来の装置の概要を示すものである。本図中
、21は線状カソード、22は変調電極、23は偏向電
極、24は蛍光面付アノード(フェースプレート)であ
る。
この電子線デイスプレィは、線状カソード21から発生
した電子線を加速させ蛍光面に衝突9発光させる。この
時、線状カソード(電子放出素子)の電子放出方向と反
対側に配置された変調電極22により外部情報信号に応
じて、電子ビームを変調する。更に放出された電子ビー
ムの偏向に関しては、線状カソード21とアノード24
間に空間を有して配置された偏向電極23により行われ
る。以上の原理により、変調電極22と偏向電極23で
XYマトリックスを形成せしめて、蛍光面上に画像表示
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、上述従来例の原理に基づき、複数配置さ
れた線状電子放出素子を用い、複数の変調電極と偏向電
極によりXYマトリクスを構成し、画像表示装置を形成
すると以下の様な問題点があった。
■、偏向電極が電子放出素子の電子放出方向上部に配置
されるために、偏向電極と電子放出素子の位置合わせが
難しく、大画面で高精細、高輝度な画像表示装置が作製
し難い。
■、電子放出素子と偏向電極が空間を有して相方配置さ
れるために、全ての電子放出素子と偏向電極の距離を揃
えることが難しく、大画面で高精細、高輝度な画像表示
装置が作製し難い。
■、大画面で高精細、高輝度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
問題点を解消し得る電子線発生装置、及びそれを用いた
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
する構成について以下に述べる。
第1に、絶縁性基板上に設けた電子放出素子から放出さ
れる電子線を変調及び偏向するための、各々独立の電圧
印加手段を有した電極を1つの電子放出素子に対して複
数個設けた電子線発生装置、としている点にある。
第2に、前記複数の電極の少なくとも1つが、電子放出
素子と同一面上に設けられている前記第1に記載の電子
線発生装置、 第3に、電子放出素子より照射される電子線を複数の画
素ヘアドレスする前記第1又は第2に記載の電子線発生
装置、 第4に、前記電子放出素子が、絶縁性基板上に設けられ
た電極間に電子放出部を有し、該電極間に電圧を印加す
ることにより該電子放出部から電子を放出する素子であ
る前記第1〜第3いずれかに記載の電子線発生装置、 第5に、電子放出素子を複数配列させた線状電子源をス
トライプ状に配置し、複数の電極を該線状電子源に直交
するように設けてXYマトリックスを構成した前記第1
〜第4いずれかに記載の電子線発生装置、 第6に、電子放出素子と複数の電極に電圧を印加する電
圧印加手段が、別個独立である前記第1〜第5いずれか
に記載の電子線発生装置、第7に、前記第1〜第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(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。
すなわち、本発明の技術思想は、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変調電極
を複数有し、かかる変調電極に変調作用のみならず偏向
機能をも付加することにより、前記問題点を一挙に解消
するものである。
つまり、高精細、高輝度な大画面画像表示装置を実現す
るための問題点が、偏向電極と他の部材との位置合せ、
距離の均一性に大きく依存することに着目し、変調電極
をマルチ化することにより、変調電極に偏向機能をも付
加し、単なるビーム整形のみならず、ビームスキャン機
能をも持たせたことに本発明の意義がある。
以下、本発明の構成要素及び作用について詳述する。
先ず、本発明の主たる特徴は、電子源である電子放出素
子から放出される電子ビームを変調する変調電極が、一
つの電子放出素子に対して複数存在する構成にある。
ここで、本発明に係る電子放出素子は、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。但し、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及び画像表示装置に
あっては、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、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太き(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面と反対
側面(下方)に、或いは、電子放出素子と同−面等放出
部極(近傍に配置されるのが好ましいため、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出面との距離
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〜200μm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〜10LLm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、1.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、Phys、)第10巻、12
90〜1296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、電子の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Snow(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、D i ttmer : Th1
n  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・アイ−・コ
ン7”  (M、Hartwelland  C,G、
  Fonstad:”IEEETrans、ED  
Conf、”)519頁。
(+97s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)j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
出素子を開示した。
本発明で使用できる表面伝導形電子放出素子は、上記以
外にも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、前記電極間距離が
0001μm〜1ootLm、前記電子放出素子のシー
ト抵抗が10”Ω/口〜1o9Ω/口のものをいう。
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
る電子ビームの制御の為の電極であり、導電性材料であ
ればいが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、変調電極が絶縁層を介して電子
放出面と反対面に配置する場合の絶縁層とは、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。
次に、本発明の中心である変調電極の作用について説明
する。元来、変調電極は1つの電子放出素子に対して1
つの変調電極を配置していたので、ビームのON10 
F F制御、ビーム整形等の作用以外は一方向のみの偏
向作用程度であった。
そこで、上述の様に変調電極をマルチ化することにより
、ON10 F F制御を行う電極と全く同一の電極を
用いてもビーム偏向、特にビームスキャンが可能となる
。以下、第1図に基づきその原理を説明する。
第1図は、本発明の概念を示す図である。1は絶縁性基
板、2は素子電極、3は電子放出部、4.4′は変調電
極、5はアノード(画像形成部材)である。アノード5
に電圧を印加した状態で素子電極2に電子が放出する電
圧を印加する。この状態で変調電極4,4′両者にある
電圧を印加するとOFF制御となり、画像形成部材5上
のスポット光は消失する。次に、変調電極4.4′両者
に別の電圧を印加するとON制御となり、画像形成部材
5上にスポット光が観察される。更に、4のみをOvと
すると上述のスポット光が4′の方へずれる。また、逆
を行うとスポット光が4の方へずれる。かかる現象の起
因は、放出部極く近傍の電界が、変調電圧4.4′によ
り変化しているためである。また、変調電極4,4′に
IHz〜100Hzのパルス電圧を順次かけていくと、
周波数に応じてスポット光がスキャンする・この現象か
ら、ビームスキャンが可能なことが容易に理解される。
つまり、変調電極のマルチ化によりビームスキャンが可
能となる。また上記原理に基づき、1つの電子源により
ビームをスキャンすることにより、複数画素例えばRG
B対応が可能になることはいうまでもない。更に、1つ
の画素に複数の電子源から同時に電子ビームを照射する
ことも、外部制御(変調信号)により可能となることも
明らかである。
[実施例] 以下、本発明の実施例を具体的に詳述する。
見立!ユ 第2図は、本発明の電子線発生装置に係る一実施例を示
す図である1は絶縁性基板、4,4′は変調電極、2は
素子電極、3は電子放出部である。
第3図は、第2図のA−Aにおける装置の断面図である
以下に、本装置の製造工程を詳述する。
■、先ず、絶縁性基板1である石英ガラス(コーニング
社製)を中性洗剤によるこすり洗い。
有機溶剤による超音波洗浄等にて十分に洗浄した後、ホ
トリソグラフィー技術によりレジストパターンを形成し
た。
01次に、抵抗加熱法により、密着性向上のための下引
き材であるTi−50人と素子電極材であるNi−95
0人をレジストパターン上■。
■。
■。
■。
■。
に全面に蒸着した後、リフトオフ法により素子電極パタ
ーン2を形成した。この時の素子電極幅は15μm、電
極ギャップは2μmであった。
次に、放出材料をパターニングするためのCrを、抵抗
加熱法により〜1000人全面蒸着した。
次に、ホトリソグラフィー技術を用い、放出部近傍(2
5μmX 150μm)のCrのみを除去するためのレ
ジストパターンを形成した。
次に、エツチングにより所望のCrを除去した。エッチ
ャントには、硝酸セリウムアンモニウム、過塩素酸水溶
液を用いた。
次に、放出材料である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たる有機パラジウム(奥野製薬社
製CCP−4230)を分散塗布し、その後大気中〜3
00℃で12分間焼成し全面に形成した。
次に、上記■のエッチャントを用い放出材料パターニン
グ用Crをエッチアウトした。
01次に、抵抗加熱法の代わりにEB蒸着法を用い、C
r50人、Cu1gmを素子電極パターン形成と同様の
方法で形成した。この時、素子電極、変調電極間距離は
25μmとした。
上記手法により作製した電子線発生装置及び前記電子線
発生装置の基板上方5mmに配置された蛍光板と共に約
2 X 10 ”’T o r rの環境下において、
外部より蛍光板に1kVの電圧を印加し、素子電極2間
に14Vの電圧パルスを印加したところ、蛍光板に放出
された電子ビームに対応するスポット光が観察された。
更に、変調電極4,4′両者に一50V〜+20Vの電
圧を印加したところ、変調電圧に対応して電子ビーム量
が連続的に変化した。この時、変調電圧4,4′両者共
−50V以下でOFF制御、+30v以上でON制御が
可能であった。
次に、変調電極4のみに+30V (4’はOV)を印
加するとスポット光が変調電極4′側へ約1mmシフト
した。一方、変調電極4のみに+30V (4’はOV
)を印加するとスポット光が変調電極4側へ約1mmシ
フトした。以上の事実より、変調電極に偏向機能を持た
せることが可能であることが確認できた。
また、RGBに塗り分けられた蛍光体を用いて同様の実
験を行ったところ、画素(R,G、B)それぞれに対応
する個々の変調電極に印加する電圧により、スポット光
を制御することが可能であった。この際の変調電圧は、
素子に適切な値を選択すればよいことはいうまでもない
。更に、変調電圧としである周波数のパルス電圧を印加
したところ、その周波数に対応するスポット光のシフト
が観察された。
及五■ユ 第4図は、本発明の電子線発生装置に係る第2の実施例
を示す部分斜視図である。同図において、1は絶縁性基
板、2は素子電極、4.4” 。
4″、4″は変調電極、6は4及び4″と4′及び4″
の間を電気的に絶縁する絶縁層、3は電子放出部である
本実施例では、素子電極間に電圧を印加して電子放出を
生じせしめ、放出部3から放出された電子を、先ず変調
電極4,4′で偏向させ、しかる後に変調電極4″、4
″によって変調を行う電子線発生装置を作製した。
かかる電子線発生装置及び該装置上方5mmに配置され
た蛍光板を約2XIO−’TOrrの真空容器中に入れ
、素子電極間に+14v、ビーム成形用としての変調電
極4,4′をアース電位、ビーム変調用としての変調電
極4″、4″を一4OV〜+30Vの範囲で変化させて
、バイアス電圧+1kVを印加した蛍光板上の発光輝点
及び蛍光板に到達する放出電流を測定したところ、変調
電極電圧によって到達電流量1発光の輝度共に連続的に
変化することが確認された。
次に、変調電極4,4′に一2OV〜+20Vの電圧を
印加した場合、上記と同一条件での測定では到達電流量
に変化はな(、蛍光板上の発光形状に変化が生じた。変
調電極4.4′に0〜−20■の電圧を加えた場合には
、印加される負電圧が高くなるに従い輝点は小さくなり
、かつ円形に近づいた。また正電圧0〜20Vを印加し
た場合には、放出部通電方向の輝点の広がりが見られた
。この結果、通常の平面グリッド素子にさらにビーム成
形用としての電極を付加し、負の電圧を印加することで
更に集束性の良い電子線発生装置が得られた。
また、変調電極4,4′別々に独立の電圧を印加したと
ころ、実施例1と全(同様の効果が得られた。
更に、上層、下層の変調電極4.4’ 、4″4″に前
述とは逆の機能、つまり上層で偏向、下層で変調(ON
loFF)をもたせても同様の効果が得られた。しかし
ながら、電子ビームの偏向効率の点から考慮すると、は
ぼ初速度のみしかもっていない放出部極(近傍で偏向す
る前者がより好ましい。
K五■ユ 実施例1の変調電極4,4′を電子放出側面に対して反
対面に絶縁層を介して積層した以外は、実施例1と全(
同様の構成として検討を行った。
その結果、変調電圧の絶対値が実施例1より若干大きく
なる傾向があるものの、実施例1と同等の効果を得るこ
とができた。これは、放出部近傍の電界制御により、変
調電極を用いて偏向させることが可能である証しである
以上グリッドの3種のマルチ化について述べたが、勿論
これ以外の組み合せでも、個々に適切な変調電圧を選択
すれば同様の効果がある。また、電子放出素子の形状に
制限はない。
夫m 本実施例では、第5図に示すように、実施例1の変調電
極4,4′の片方のみを電子放出素子と同一面上に配置
し、他方を電子放出側面に対して反対面に絶縁層6を介
して配置した構成におしAで、実施例1と同様の検討を
行った。
その結果、片側の変調電極のみでも一30V〜+80■
の電位を印加することによりビーム偏向が可能であった
夫i土1 第6図は、本発明に係る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図である。同図において
、1はガラス基板、2は素子電極、4,4′は変調電極
、3は電子放出部、8は変調電極用配線電極、13a、
13bは素子配線電極、9はフェースプレート基板、1
0はITO透明電極、11は蛍光体、12はメタルバッ
クである。
素子電極の幅は、高電位側、低電位側ともに25μmで
あり、電極間ギャップは2μm、放出部幅βは300μ
mとした。また、素子ピッチは2mmとして複数配列し
、変調電極をライン状電子源に対して直交するよう設け
た。さらに、素子配線電極をCu2μmにて形成した。
次に、かかる電子線発生装置の上方に、5mm厚のガラ
ススペーサを介して、ITO電極10゜蛍光体11及び
メタルバック12から成るフェースプレートを設け、フ
リットガラスによる封着な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袋!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
加してライン駆動を行った。
その結果、変調電極を常時−2OV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に情
報信号電圧を印加することで画像表示が可能であった。
更に、変調電圧を先の実施例中で述べた様にマルチ化す
ることにより、同一素子より複数画素への電子ビーム照
射が可能となるため、外部制御により任意の位置1時間
で同一箇所に複数の電子源からの電子ビーム照射が可能
となり、画面輝度が更に向上した。
また、本実施例では面状電子源を用いたが、勿論変調電
極の偏向機能をフルに生かして、画面をセグメント化し
複数のライン分割を行い駆動しても同様の効果が得られ
た。
叉」1江1 次に、本発明に係る第6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 (LightEmitting  Dio
de)アレイ、液晶シャッター等のデバイスを指す。第
10図に示すのは、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7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、本実施例は実施例4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13a、13bに電圧を印加し
、電子放出部3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4
,4′に電気信号を入力することにより電子ビームを0
N10FFilJ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た。
また、変調電極のマルチ化により、電子ビーム偏向機能
が付加されているので光信号受容体側の位置ずれ等のバ
ラツキも本発明の信号供与装置側で容易に補正すること
が可能であった。
[発明の効果コ 以上説明したように、変調電極をマルチ化することによ
り、変調電極に偏向機能をも付加することが可能となる
ので、以下の効果がある。
(1)、電子放出部近傍に空間を有することなく偏向機
能をもつ変調電極が存在するの で、他の部材との位置合せ、距離の均一性の確保等が容
易となり、大画面化が図れる。
(2)、電子放出部近傍に偏向機能をもつ変調電極が存
在するので、偏向効率の向上が図れる。
(3)、マルチ化された変調電極の変調、偏向機能によ
り、1つの素子の電子ビームス キャンが可能となり、高精細化、高輝度化が図れる。
(4)、別途偏向電極を配置する必要がないため、構成
の単純化が図れる。
(5)0画面のセグメント化が可能となるため、ライン
状電子源の間隔を広くすることにより、平面方向での配
線抵抗低減が図れる (6)、マルチ化された変調電極の変調、偏向機能によ
り、電子ビーム照射位置精度が向上し、高精細化が図れ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の基本概念図である。 第2図は、本発明の第1の実施例を示す電子線発生装置
の斜視構成図である。 第3図は、第2図のA−A部の断面図である。 第4図は、本発明の第2の実施例を示す電子線発生装置
の斜視構成図である。 第5図は、本発明の第4の実施例を示す電子線発生装置
の断面図である。 第6図は、本発明の第5の実施例を示す画像表示装置の
斜視構成図である。 第7図は、本発明に係る第6の実施例を示す光信号供与
装置の斜視構成図である。 第8図は、従来の画像表示装置の概略構成図である。 第9図は、従来のLEDアレイの概略構成図である。 1・・・絶縁性基板    2・・・素子電極3・・・
電子放出部 4.4′。 4″、4″ ・・・変調電極 5・・・アノード     6・・・絶縁層8・・・変
調電極用配線電極9・・・フェースプレート基板

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)絶縁性基板上に設けた電子放出素子から放出され
    る電子線を変調及び偏向するための、各々独立の電圧印
    加手段を有した電極を1つの電子放出素子に対して複数
    個設けたことを特徴とする電子線発生装置。
  2. (2)前記複数の電極の少なくとも1つが、電子放出素
    子と同一面上に設けられ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。
  3. (3)電子放出素子より照射される電子線を複数の画素
    へアドレスする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。
  4. (4)前記電子放出素子が、絶縁性基板上に設けられた
    電極間に電子放出部を有し、該電極間に電圧を印加する
    ことにより該電子放出部から電子を放出する素子である
    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。
  5. (5)電子放出素子を複数配列させた線状電子源をスト
    ライプ状に配置し、複数の電極を該線状電子源に直交す
    るように設けてXYマトリックスを構成したことを特徴
    とする請求項1〜4いずれかに記載の電子線発生装置。
  6. (6)電子放出素子と複数の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。
  7. (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表示装
    置。
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