JPH0927264A - 電子線発生装置および該電子線発生装置を用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子被照射部材の帯電を防止することで放出
電子軌道を安定させる。 【解決手段】 複数の電子放出素子１５がマトリクス状
に搭載された電子源１には、電子が衝突することにより
発光する蛍光膜７が設けられたフェースプレート３が対
向配置される。電子源１はリアプレート２に固定され、
リアプレート２とフェースプレート３とは支持枠４を介
して封着されている。支持枠４の内面、およびフェース
プレート３のガラス基板６が露出している部位には、電
子放出素子１５から放出された電子を加速するための加
速電極であるメタルバック８に電気的に接続された導電
膜９が形成され、電子放出素子から放出される電子が照
射される範囲が電位が規定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子線発生装置お
よびこれを用いた画像表示装置等の画像形成装置に関わ
り、特に表面伝導型電子放出素子を多数個備える電子線
発生装置および画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子放出素子としては、熱電子源
と冷陰極電子源の２種類が知られており、また、これら
の電子源を利用した画像形成装置が知られている。

【０００３】熱電子源を用いた平面型の画像形成装置と
しては、図１１に示すものが知られている。図１１は、
熱電子源を用いた従来の画像形成装置の概略構成図であ
る。この画像形成装置は、絶縁支持体１５０１上に平行
に配置され、表面に電子線衝撃により発光する部材（蛍
光体）が塗布された複数の陽極１５０２と、陽極１５０
２と平行に、かつ、対向して配置された複数のフィラメ
ント１５０３と、陽極１５０２とフィラメント１５０３
との間に、陽極１５０２およびフィラメント１５０３と
直交して配置された複数のグリッド１５０４とを有し、
これら陽極１５０２、フィラメント１５０３およびグリ
ッド１５０４は、透明の容器１５０５内に保持されてい
る。容器１５０５は、その内部の真空を保持できるよう
に絶縁支持体１５０１に気密接着（以下、「封着」とい
う）され、容器１５０５と絶縁支持体１５０１とで構成
される外囲器の内部は１０^-6Ｔｏｒｒ程度の真空に保た
れている。

【０００４】フィラメント１５０３は、真空中で加熱さ
れることにより電子を放出し、グリッド１５０４と陽極
１５０２に適当な電圧を印加することにより、フィラメ
ント１５０３から放出された電子が陽極１５０２に衝突
し、陽極１５０２上に塗布された蛍光体が発光する。陽
極１５０２の列（Ｘ方向）とグリッド１５０４の列（Ｙ
方向）をマトリクスアドレッシングすることにより、発
光する位置の制御が可能となり、容器１５０５を通して
画像を表示することができる。

【０００５】しかし、熱電子源を用いた画像形成装置
は、 （１）消費電力が大きい。 （２）変調スピードが遅いため、大容量の表示が困難で
ある。 （３）各素子間のばらつきが生じやすく、また構造が複
雑となるため大画面化が難しい。 という問題点がある。

【０００６】そこで、熱電子源にかえて、冷陰極電子源
を用いた画像形成装置が考えられている。

【０００７】冷陰極電子源には電界放出型（以下、ＦＥ
型という）、金属／絶縁層／金属型（以下、ＭＩＭ型と
いう）や表面伝導型電子放出素子等がある。

【０００８】ＦＥ型の例としては、W.P.Dyke & W.W.Dol
an, "Field emission", Advance inElectron Physics,
8, 89(1956)、あるいはC.A.SPindt, "PHYSICAL Propert
iesof thin-filmfield emission cathodes with moybde
nium coces", J.Appl.Phys., 47, 5248(1976) 等が知ら
れている。

【０００９】このＦＥ型の電子源を用いた画像形成装置
の例について図１２を用いて説明する。図１２は、ＦＥ
型の電子源を用いた従来の画像形成装置を一部拡大して
示した概略構成図である。

【００１０】図１２に示すようにこの画像形成装置は、
多数の電子放出素子が形成された電子源２００１と、電
子源２００１に対向配置されたフェースプレート２００
３とを有する。電子源２００１は、絶縁性基板上２０１
１に導電体２０１２を介して電気的に接続されて形成さ
れた多数のマイクロポイント２０１３と、マイクロポイ
ント２０１３に対応した開口を有し、絶縁層２０１４に
よりマイクロポイントと２０１３は絶縁されて絶縁性基
板２０１１に支持されたグリッド２０１５とで構成され
る。マイクロポイント２０１３の底部の直径および高さ
は約２μｍであり、グリッド２０１５の開口径も約２μ
ｍである。フェースプレート２００３は、ガラス板２０
３１の内面に塗布された蛍光体２０３２と、蛍光体２０
３２を被覆し、マイクロポイント２０１３から放出され
た電子を加速するための電圧が印加される加速電極とし
て作用する導電膜２０３３とで構成される。

【００１１】上記構造において、マイクロポイント２０
１３の先端部とグリッド２０１５間の距離は非常に小さ
く（１μｍ以下）、また、マイクロポイント２０１３の
先端部が突起状であることから、マイクロポイント２０
１３とグリッド２０１５間には１００Ｖ以下の電位差で
も、電界電子放出可能な強電界（１０⁷ Ｖ／ｃｍ以上）
が形成できる。１つのマイクロポイント２０１３からの
電子放出量は数μＡ程度得られるが、平方ｍｍ当り数万
個程度のマイクロポイント２０１３を形成することが可
能なため、画像形成装置においては、通常は数千個から
数万個程度のマイクロポイント２０１３の集合で１つの
画素に対応する電子放出素子を構成する。したがって、
１画素に対応する電子放出素子当り数ｍＡ以上の電子放
出量が得られる。

【００１２】グリッド２０１５およびマイクロポイント
２０１３へ与える電位としては、例えばグリッド２０１
５にアース電位（０Ｖ）を与え、マイクロポイント２０
１３には導電体２０１２を通じて負電位（−１００Ｖ程
度）を印加することで電子放出が可能となる。さらに、
フェースプレート２００３に導電膜２０３３を通じ、グ
リッド２０１５と同じかそれ以上の電位が印加されるこ
とにより、電子源２００１から放出された電子が蛍光体
２０３２に衝突し、蛍光体を励起、発光させる。

【００１３】この発光点を制御するために、複数のマイ
クロポイント２０１３が電気的に接続された導電体２０
１２がＸ方向に帯状に配列されて形成される複数の行配
線２０４１と、グリッド２０１５がＹ方向に電気的に接
続される列配線２０４２とを設け、この行列状の配線パ
ターンの交差部に形成される複数の電子放出素子領域２
０１０のうち所望の領域に、外部電源２０４３、２０４
４により所望の電子放出開始電圧以上の電圧が印加され
るようにマトリクスアドレッシングし、加速電圧印加電
源２０４５から導電膜２０３３を通じて電圧が印加され
ている蛍光体２０３２に電子が照射される位置を選択す
ることで画像を表示することができる。

【００１４】一方、ＭＩＭ型の例としては、C.A.Mead,
"Operation of Tunnel-emission Devices", J.Appl.Ph
ys., 32, 646(1961) 等が知られている。

【００１５】表面伝導型電子放出素子の例としては、M.
I.Elinson, Radio Eng. Electron Phys., 10, (1965)等
がある。表面伝導型電子放出素子は、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ある。この
表面伝導型電子放出素子としては、前記エリンソン等に
よるＳｎＯ₂ 薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によるもの
［G.Dittmer:"Thin SolidFilms", 9, 317(1972)］、Ｉ
ｎ₂Ｏ₃／ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの［M.Hartwell andC.G.
Fonstad:"IEEE Trans. ED Conf.", 519(1975)］、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）］等が報告されている。

【００１６】これらの表面伝導型電子放出素子の素子構
成の典型的な例として、前述のＭ．Ｈａｒｔｗｅｌｌら
による素子の平面図を図１３に示す。同図において３０
０１は基板で、３００４はスパッタで形成された金属酸
化物よりなる導電性薄膜である。導電性薄膜３００４は
図示のようにＨ字形の平面形状に形成されている。該導
電性薄膜３００４に後述の通電フォーミングと呼ばれる
通電処理を施すことにより、電子放出部３００５が形成
される。図中の間隔Ｌは、０．５〜１ｍｍ、Ｗは０．１
ｍｍで設定されている。尚、図示の便宜から、電子放出
部３０５は導電性薄膜３００４の中央に矩形の形状で示
したが、これは摸式的なものであり、実際の電子放出部
の位置や形状を忠実に表現しているわけではない。

【００１７】Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌらによる素子をはじ
めとして上述の表面伝導型電子放出素子においては、電
子放出を行う前に導電性薄膜３００４に通電フォーミン
グと呼ばれる通電処理を施すことによりでんし放出部３
００５を形成するのが一般的であった。すなわち、通電
フォーミングとは、前記導電性薄膜３００４の両端に一
定の直流電流、もしくは、例えば１Ｖ／分程度の非常に
ゆっくりとしたレートで昇圧する直流電流を印加して通
電し、導電性薄膜３００４を局所的に破壊もしくは変形
もしくは変質させ、電気的に高抵抗な状態の電子放出部
３００５を形成することである。尚、局所的に破壊もし
くは変形もしくは変質した導電性薄膜３００４の一部に
は、亀裂が発生する。前記通電フォーミング後に導電性
薄膜３００４に適宜の電圧を印加した場合には、前記亀
裂付近において電子放出が行われる。

【００１８】上述した冷陰極電子源は、例えばフォトリ
ソグラフィやエッチング等の技術を用いて形成できるた
め、多数個の素子を微小な間隔で配置することが可能で
ある。しかも熱電子源と比較すると、陰極や周辺部が比
較的低温の状態で駆動できるため、より微細な配列ピッ
チのマルチ電子線発生源を容易に実現できる。このよう
な冷陰極電子源の中でも、特に表面伝導型電子放出素子
は、素子構造が単純でしかも製造が容易であり、大面積
のものを容易に製造できるという利点があるので、近年
求められている大画面の画像形成装置に使用される電子
放出素子としては好適である。

【００１９】例えば、この種の電子放出素子を用いた画
像形成装置としては、図１４に示すように、電子放出素
子が設けられた電子源１００１をリアプレート１００２
に搭載し、ガラス基板１００６の内面に電子の衝突によ
り発光する蛍光膜１００７を備えた画像形成部材１００
３を、支持枠１００４を介して電子源１００１に対向配
置し、リアプレート１００２と画像形成部材１００３と
支持枠１００４とで構成される外囲器１０１０の内部を
真空にしたものが知られている。また、画像形成部材１
００３には、電子源１００１から放出された電子を画像
形成部材１００３に向けて加速するための加速電極とし
て作用する導電体１００８が備えられ、導電体１００８
に高電圧を印加することで放出電子が画像形成部材１０
０３へ向けて加速され、画像形成部材１００３に衝突す
る。そのため支持枠１００４は、高電圧に耐える絶縁性
材料で構成されている。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の画像形成装置においては、電子源から放出される電子
が画像形成部材の蛍光体に衝突することによって発光す
る現象を利用しているが、電子の画像形成部材への衝突
の際の反応や、装置内部の雰囲気ガスを電離子すること
によりイオンが発生する。一方、画像形成部材の内面に
は、図１４に示したようにガラス基板１００６と支持枠
１００４との固定のために導電体１００８と支持枠１０
０４との間に間隙部Ａが必要となり、絶縁性のガラス基
板１００６が露出している。そのため、これらイオンが
この間隙部Ａに帯電する場合がある。

【００２１】例えば正イオンが帯電すると、電子源１０
０１から放出された電子は正規の軌道（ａで示した軌
道）からずれ、正イオンに引かれて外側に飛翔する
（ａ’で示した軌道）。逆に負イオンが帯電すると、電
子源１００１から放出された電子は内側に飛翔する
（ａ”で示した軌道）。いずれの場合でも、帯電した部
分の電位が不定となって電子の軌道がずれ、発光位置の
ずれなどの問題が生じる。また、帯電電荷によって放電
等が引き起こされる確率が高くなり、装置の信頼性や寿
命も損なわれてしまう。

【００２２】本出願人は、表面伝導型電子放出素子を用
いた画像形成装置をより簡単な構成で実現する方法とし
て、複数本の行方向配線と複数本の列方向配線とによっ
て、表面伝導型電子放出素子の対向する１対の素子電極
をそれぞれ結線することで、行列状に、多数個の表面伝
導型電子放出素子を配列した単純マトリクス型の電子源
を構成し、行方向と列方向に適当な駆動信号を与えるこ
とで、多数の表面伝導型電子放出素子を選択し、電子放
出量を制御し得る系を考えている。このような、表面伝
導型電子放出素子を用いた単純マトリクス型の画像形成
装置においても、同様に絶縁性部材の表面に帯電が生
じ、電子軌道に影響が出るおそれがある。

【００２３】上述した電子の軌道がずれるという問題
は、電子被照射部材として蛍光体を用いていない電子線
発生装置においても画像形成装置と同様に発生する。

【００２４】そこで本発明は、電子被照射部材の帯電を
防止することで放出電子軌道を安定させる電子線発生装
置および画像形成装置を提供することを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の電子線発生装置は、電子放出素子が設けられた
電子源と、前記電子放出素子から放出された電子を照射
させるために前記電子源に真空雰囲気中で対向配置さ
れ、前記電子放出素子から放出された電子を加速するた
めの加速電極を備えた電子被照射部材とを有する電子線
発生装置において、前記電子放出素子の電子放出部から
見て、前記電子源の面に垂直な方向に対する角度をθと
したとき、ｔａｎθ≦２を満たす範囲内の部材が電位規
定されていることを特徴とする。

【００２６】また、前記電子源と電子被照射部材との間
の真空雰囲気を維持するための外囲器の一部をなす支持
枠を有し、前記電子被照射部材の内面および前記支持枠
の内面に前記加速電極と電気的に接続された導電膜が形
成されていることで、前記導電膜により前記範囲内の部
材が構成されているものや、前記電子放出素子と電子被
照射部材との対向距離をｄとしたとき、前記電子被照射
部材の、前記電子放出素子の電子放出部と対向する位置
から、前記電子源との対向面上のいずれの方向にも少な
くとも２ｄの範囲内に前記加速電極が形成されているこ
とで、前記加速電極により前記範囲内の部材が構成され
ているものや、前記電子被照射部材の外周に前記加速電
極に電気的に接続され、かつ、前記電子源に向かって突
出する壁状電極が形成されていることで、前記加速電極
および前記壁状電極により前記範囲内の部材が構成され
ているものであってもよい。

【００２７】さらに、前記電子放出素子は、冷陰極型電
子放出素子であってもよく、その中でも特に表面伝導型
電子放出素子を用いたものであってもよい。

【００２８】この場合、前記表面伝導型電子放出素子が
２次元のマトリクス状に複数個配置され、前記各表面伝
導型電子放出素子は、複数本の行方向配線と複数本の列
方向配線とによって、それぞれ結線されているものであ
ってもよい。

【００２９】本発明の画像形成装置は、上記本発明の電
子線発生装置を用い、前記電子被照射部材に代えて、前
記電子源に対向配置され、前記電子放出素子から放出さ
れた電子が衝突することにより発光する蛍光体および前
記電子放出素子から放出された電子を加速するための加
速電極を備えた画像形成部材としたものである。

【００３０】上記のとおり構成された本発明の電子線発
生装置では、電子源の電子放出素子から電子が放出さ
れ、電子被照射部材に衝突すると、電子被照射部材から
はイオンが発生する。また、この他に、電子源と電子被
照射部材との間にあるガスに電子が衝突してイオンが発
生することもある。一方、記電子放出素子の電子放出部
から見て、電子源の面に垂直な方向に対する角度をθと
したとき、ｔａｎθ≦２を満たす範囲内の部材が電位規
定されているので、電子放出素子から放出される電子が
照射される可能性のある全ての範囲が電位規定される。
その結果、電子放出素子から放出された電子が照射され
ても前記イオンにより電子被照射部材が帯電することが
なくなり、電子の軌道が安定する。

【００３１】また、電子源と電子被照射部材との間に支
持枠を有し、電子被照射部材の内面および支持枠の内面
に加速電極と電気的に接続された導電膜が形成すること
により、前記範囲内にある部材が確実に電位規定される
し、電子放出素子と電子被照射部材との対向距離をｄと
したとき、電子被照射部材の、電子放出素子の電子放出
部と対向する位置から、電子源との対向面上のいずれの
方向にも少なくとも２ｄの範囲内に加速電極を形成する
ことにより、前記範囲内を電位規定する部材の構成が簡
単になる。さらに、電子被照射部材の外周に加速電極に
電気的に接続され、かつ、電子源に向かって突出する壁
状電極を形成することで、前記範囲のうち加速電極から
外れる範囲では壁状電極によって電位が規定されるの
で、加速電極の大きさが小さくてすむ。その結果、同じ
電子被照射部材の大きさでより小さな電子線発生装置が
構成される。

【００３２】そして本発明は、複数本の行方向配線と複
数本の列方向配線とによって表面伝導型電子放出素子を
それぞれ結線することで、行列状に多数個の表面伝導型
電子放出素子を配列した単純マトリクス型の電子源を用
いた電子線発生装置に好適である。上記単純マトリクス
型の電子源は、行方向と列方向に適当な駆動信号を与え
ることで、多数の表面伝導型電子放出素子を選択し電子
放出量を制御し得るので、基本的には他の制御電極を付
加する必要がなく、１枚の基板上で容易に構成できる。

【００３３】もちろん、本発明は電子源と電子被照射部
材との間に何らかの付加構造（例えば集束電極や偏向電
極等）を有する場合についても、上記の考え方を該付加
構造間の各々の空間に適用し、支持部材に設けられる複
数の電極の構成を決めることで同様の効果を与える。さ
らに、上記付加構造が上記複数の電極の一部を兼ねる場
合についても適用できる。

【００３４】本発明の画像形成装置では、本発明の電子
線発生装置で用いた電子被照射部材に代えて、電子源に
対向配置され、電子放出素子から放出された電子が衝突
することにより発光する蛍光体および電子放出素子から
放出された電子を加速するための加速電極を備えた画像
形成部材を用いているので、上述したように電子放出素
子から放出される電子の軌道が安定し、その結果、発光
位置のずれのない良好な画像が形成される。

【００３５】

【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。

【００３６】（第１実施例）図１は、本発明の電子線発
生装置を応用した画像形成装置の第１実施例の一部を破
断した斜視図であり、図２は、図１に示した画像形成装
置の概略断面図である。

【００３７】図１において、リアプレート２には、複数
の表面伝導型の電子放出素子１５がマトリクス状に配列
された電子源１が固定されている。電子源１には、ガラ
ス基板６の内面に蛍光膜７と加速電極であるメタルバッ
ク８が形成された、画像形成部材としてのフェースプレ
ート３が、絶縁性材料からなる支持枠４を介して対向配
置されており、メタルバック８には、不図示の電源によ
り高電圧が印加される。これらリアプレート２、支持枠
４およびフェースプレート３は互いにフリットガラス等
で封着され、リアプレート２と支持枠４とフェースプレ
ート３とで外囲器１０を構成する。

【００３８】また、図２に示すように、支持枠４の内
面、およびフェースプレート３のガラス基板６が露出し
ている部位には、メタルバック８に電気的に接続された
導電膜９が形成されている。この導電膜９は電子源１よ
りも下方まで延びており、そのためにリアプレート２の
支持枠４との接合部分は、電子源１が搭載される部分よ
りも低く形成されている。

【００３９】以下に、上述した各構成要素について詳細
に説明する。

【００４０】（１）電子源１ 図３は、図１に示した画像形成装置の電子源の要部平面
図であり、図４は、図３に示した電子源のＡ−Ａ’線断
面図である。

【００４１】図３および図４に示すように、ガラス基板
等からなる絶縁性基板１１には、ｍ本のＸ方向配線１２
とｎ本のＹ方向配線１３とが、層間絶縁層１４で電気的
に分離されてマトリクス状に配線されている。各Ｘ方向
配線１２と各Ｙ方向配線１３との間には、それぞれ表面
伝導型の電子放出素子１５が電気的に接続されている。
各電子放出素子１５は、それぞれＸ方向に間をおいて配
置された１対の素子電極１６、１７と、各素子電極１
６、１７を連絡する電子放出部形成用薄膜１８とで構成
され、１対の素子電極１６、１７のうち一方の素子電極
１６が、層間絶縁層１４に形成されたコンタクトホール
１４ａを介してＸ方向配線１２に電気的に接続され、他
方の素子電極１７がＹ方向配線１３に電気的に接続され
る。各素子電極１６、１７は、それぞれ導電性金属等か
らなるものであり、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等
で形成される。

【００４２】絶縁性基板１１の大きさ及び厚みは、絶縁
性基板１１に設置される電子放出素子１５の個数および
個々の素子の設計上の形状や、電子源１の使用時に容器
の一部を構成する場合には、その容器を真空に保持する
ための条件等に依存して適宜設定される。

【００４３】各Ｘ方向配線１２および各Ｙ方向配線１３
は、それぞれ絶縁性基板１１上に、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等により所望のパターンに形成された導
電性金属等からなり、多数の電子放出素子１５にできる
だけ均等な電圧が供給されるように、材料、膜厚、配線
巾が設定される。また、層間絶縁層１４は、真空蒸着
法、印刷法、スパッタ法等で形成されたＳｉＯ₂ 等であ
り、Ｘ方向配線１２を形成した絶縁性基板１１の全面或
いは一部に所望の形状で形成され、特にＸ方向配線１２
とＹ方向配線１３の交差部の電位差に耐え得るように、
膜厚、材料、製法が適宜設定される。

【００４４】また、Ｘ方向配線１２には、Ｘ方向に配列
する電子放出素子１５の行を任意に走査するための走査
信号を印加するための不図示の走査信号発生手段と電気
的に接続されている。一方、Ｙ方向配線１３には、Ｙ方
向に配列する電子放出素子１５の各列を任意に変調する
ための変調信号を印加するための不図示の変調信号発生
手段と電気的に接続されている。ここにおいて、各電子
放出素子１５に印加される駆動電圧は、当該素子に印加
される走査信号と変調信号の差電圧として供給されてい
るものである。

【００４５】ここで、電子源１の製造方法の一例につい
て図５により工程順に従って具体的に説明する。尚、以
下の工程ａ〜ｈは、図５の（ａ）〜（ｈ）に対応する。

【００４６】工程ａ：清浄化した青板ガラス上に厚さ
０．５μｍのシリコン酸化膜をスパッタ法で形成した絶
縁性基板１１上に、真空蒸着により厚さ５０オングスト
ロームのＣｒ、厚さ６０００オングストロームのＡｕを
順次積層した後、ホトレジスト（ＡＺ１３７０ ヘキス
ト社製）をスピンナーにより回転塗布、べークした後、
ホトマスク像を露光、現像して、Ｘ方向配線１２のレジ
ストパターンを形成し、Ａｕ／Ｃｒ堆積膜をウエットエ
ッチングして、所望の形状のＸ方向配線１２を形成す
る。

【００４７】工程ｂ：次に、厚さ０．１μｍのシリコン
酸化膜からなる層間絶縁層１４をＲＦスパッタ法により
堆積する。

【００４８】工程ｃ：工程ｂで堆積したシリコン酸化膜
にコンタクトホール１４ａを形成するためのホトレジス
トパターンを作り、これをマスクとして層間絶縁層１４
をエッチングしてコンタクトホール１４ａを形成する。
エッチングはＣＦ₄ Ｈ₂ とガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａ
ｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法による。

【００４９】工程ｄ：その後、素子電極と素子電極間ギ
ャップとなるべきパターンをホトレジスト（ＲＤー２０
００Ｎー４１ 日立化成社製）で形成し、真空蒸着法に
より厚さ５０オングストロームのＴｉ、厚さ１０００オ
ングストロームのＮｉを順次堆積した。ホトレジストパ
ターンを有機溶剤で溶解し、Ｎｉ／Ｔｉ堆積膜をリフト
オフし、素子電極間隔Ｌ１（図３参照）が３μｍ、素子
電極幅Ｗ１（図３参照）が３００μｍである素子電極１
６、１７を形成する。

【００５０】工程ｅ：素子電極１６、１７の上にＹ方向
配線１３のホトレジストパターンを形成した後、厚さ５
０オングストロームのＴｉ、厚さ５０００オングストロ
ームのＡｕを順次真空蒸着により堆積し、リフトオフに
より不要の部分を除去して、所望の形状のＹ方向配線１
３を形成する。

【００５１】工程ｆ：図６に示すような、素子電極間隔
Ｌ１だけ間をおいて位置する１対の素子電極１６、１７
を跨ぐような開口２０ａを有するマスク２０を用い、膜
厚１０００オングストロームのＣｒ膜２１を真空蒸着に
より堆積・パターニングし、その上に有機Ｐｄ（ｃｃｐ
４２３０ 奥野製薬（株）社製）をスピンナーにより回
転塗布、３００℃で１０分間の加熱焼成処理をした。

【００５２】このようにして形成されたＰｄを主元素と
する微粒子からなる電子放出部形成用薄膜１８の膜厚は
約１００オングストローム、シート抵抗値は５×１０⁴
Ω／□であった。なお、ここで述べる微粒子膜とは、複
数の微粒子が集合した膜であり、その微細構造として、
微粒子が個々に分散配置した状態のみならず、微粒子が
互いに隣接、あるいは、重なり合った状態（島状も含
む）の膜をさし、その粒径とは、前記状態で粒子形状が
認識可能な微粒子についての径をいう。

【００５３】工程ｇ：酸エンチャントによりＣｒ膜２１
を除去して、所望のパターン形状を有する電子放出部形
成用薄膜１８を形成した。

【００５４】工程ｈ：コンタクトホール１４ａ部分以外
にレジストを塗布するようなパターンを形成し、真空蒸
着により厚さ５０オングストロームのＴｉ、厚さ５００
０オングストロームのＡｕを順次堆積した。リフトオフ
により不要の部分を除去することにより、コンタクトホ
ール１４ａを埋め込んだ。

【００５５】以上の工程を経て、Ｘ方向配線１２、Ｙ方
向配線１３および電子放出素子１５が絶縁性基板１１上
に２次元状に等間隔に形成配置される。

【００５６】そして、外囲器１０（図１参照）を、不図
示の排気管を通じて真空ポンプにて排気し、十分な真空
度に達した後、容器外端子Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍとＤ
ｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じ、電子放出素子１５の素子
電極１６、１７間に電圧を印加し、電子放出部形成用薄
膜１８を通電処理（フォーミング処理）することにより
電子放出部形成用薄膜１８が局所的に破壊して電子放出
部形成用薄膜１８に電子放出部２３（図４参照）が形成
される。例えば、フォーミング処理として、１０^-6Ｔｏ
ｒｒの真空雰囲気下で、図７に示すようなパルス幅Ｔ₁
が１ミリ秒、波高値（フォーミング時のピーク電圧）が
５Ｖの三角波を、１０ミリ秒のパルス間隔Ｔ₂ で６０秒
間、素子電極１６、１７間に通電することにより、電子
放出部形成用薄膜１８が局所的に破壊され、電子放出部
形成用薄膜１８に電子放出部２３を形成できる。

【００５７】このようにして形成された電子放出部２３
は、パラジウム元素を主成分とする微粒子が分散配置さ
れた状態となり、その微粒子の平均粒径は３０オングス
トロームであった。

【００５８】（２）蛍光膜７ 蛍光膜７は、モノクロームの場合は蛍光体のみから成る
が、カラーの場合は、図８に示されるように蛍光体の配
列によりブラックストライプあるいはブラックマトリク
スなどと呼ばれる黒色導電材７ｂと蛍光体７ａとで構成
される。蛍光体７ａは電子放出素子１５に対応して配置
する必要があるので、外囲器１０を構成する場合、フェ
ースプレート３とリアプレート２との位置合わせを精度
よく行なわなければならない。ブラックストライプ、ブ
ラックマトリクスが設けられる目的は、カラー表示の場
合必要となる三原色蛍光体の、各蛍光体７ａ間の塗り分
け部を黒くすることで混色を目立たなくすることと、蛍
光膜７における外光反射によるコントラストの低下を抑
制することである。黒色導電材７ｂの材料としては、通
常よく用いられている黒鉛を主成分とする材料だけでな
く、導電性があり、光の透過及び反射が少ない材料であ
れば適用できる。また、ガラス基板６に蛍光体７ａを塗
布する方法はモノクローム、カラーによらず、沈殿法や
印刷法が用いられる。

【００５９】（３）メタルバック８ メタルバック８の目的は、蛍光体７ａの蛍光のうち内面
側への光をフェースプレート３側へ鏡面反射することに
より輝度を向上すること、電子ビーム加速電圧を印加す
るための加速電極として作用すること、外囲器１０内で
発生した負イオンの衝突によるダメージからの蛍光体７
ａの保護等である。メタルバック８は、蛍光膜７を作製
後、蛍光膜７の内側表面の平滑化処理（通常フィルミン
グと呼ばれる）を行い、その後Ａｌを真空蒸着等で堆積
することで作製できる。フェースプレート３には、さら
に蛍光膜７の導電性を高めるため、蛍光膜７とガラス基
板６との間にＩＴＯ等の透明電極（不図示）を設けても
よい。

【００６０】（４）外囲器１０ 外囲器１０は、不図示の排気管に通じ、１０^-6Ｔｏｒｒ
程度の真空度にされた後、封止される。そのため、外囲
器１０を構成するリアプレート２、フェースプレート
３、支持枠４は、外囲器１０に加わる大気圧に耐えて真
空雰囲気を維持でき、かつ、電子源１とメタルバック８
間に印加される高電圧に耐えるだけの絶縁性を有するも
のを用いることが望ましい。その材料としては、例えば
石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少したガラス、
青板ガラス、アルミナ等のセラミックス部材等が挙げら
れる。ただし、フェースプレート３については可視光に
対して一定以上の透過率を有するものを用いる必要があ
る。また、各々の部材の熱膨張率が互いに近いものを組
み合わせることが好ましい。

【００６１】また、図２に示したように支持枠４の内
面、およびフェースプレート３のガラス基板６が露出し
ている部位には導電膜９が形成されているが、この導電
膜９の形成は、以下のようにして行なわれる。

【００６２】まず、支持枠４とフェースプレート３との
接合部にフリットガラスを塗布し、大気中あるいは窒素
雰囲気中で４００〜５００℃で１０分以上焼成して支持
枠４とフェースプレート３とを封着する。その後、メタ
ルバック８の表面をマスクし、支持枠４およびフェース
プレート３の内面に厚さ５００〜１０００オングストロ
ームのカーボンを、メタルバック８面から見て図２中の
Ｚ方向の塗布範囲が電子源１とメタルバック８との間隔
ｄよりも大きくなるように真空蒸着する。これにより、
メタルバック８に電気的に接続された導電膜９が形成さ
れる。本実施例では、電子源１とメタルバック８との間
隔ｄを５ｍｍとし、導電膜９の先端（図示下端）が電子
源１の表面から１ｍｍ（図２中、ｈで示した寸法）図示
下方に位置するように導電膜９を形成した。また、導電
膜９はメタルバック８に電気的に接続されているので、
メタルバック８に電圧を印加することにより電子放出素
子１５から放出された電子が支持枠４に向かって加速さ
れないようにするために、電子放出素子１５の電子放出
部２３から導電膜９までの距離は十分大きくとる必要が
ある。本実施例では、最も導電膜９に近い位置にある電
子放出素子１５の電子放出部２３から導電膜９までの距
離Ｂを１０ｍｍとした。

【００６３】次に、電子源１が固定されたリアプレート
２との支持枠３の接合部をフリットガラスで封着し、外
囲器１０を完成した。

【００６４】リアプレート２は、主に電子源１の強度を
補強する目的で設けられるため、電子源１自体で十分な
強度をもつ場合にはリアプレート２は不要であり、電子
源１に直接支持枠４を封着し、電子源１と支持枠４とフ
ェースプレート３とで外囲器１０を構成してもよい。

【００６５】また、外囲器１０の封止後の真空度を維持
するために、ゲッター処理を行う場合もある。これは、
外囲器１０の封止を行う直前あるいは封止後に、抵抗加
熱あるいは高周波加熱等により、外囲器１０内の所定の
位置（不図示）に配置されたゲッターを加熱し、蒸着膜
を形成する処理である。ゲッターは通常Ｂａが主成分で
あり、該蒸着膜の吸着作用により、たとえば１×１０^-5
〜１×１０^-7Ｔｏｒｒの真空度を維持するものである。

【００６６】次に、本実施例の動作について図１および
図２を参照して説明する。

【００６７】各電子放出素子１５に、容器外端子Ｄｏｘ
１ないしＤｏｘｍとＤｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じて電
圧を印加すると、電子放出部２３から電子が放出され
る。それと同時にメタルバック８（あるいは不図示の透
明電極）に高圧端子Ｈ_V を通じて数ｋＶ以上の高電圧を
印加して電子放出部から放出された電子を加速し、フェ
ースプレート３の内面に衝突させる。これにより、蛍光
膜７の蛍光体７ａ（図８参照）が励起されて発光し、画
像が表示される。

【００６８】ところで、電子放出素子１５から放出され
た電子は、電子源１の面と平行な方向、具体的には電子
放出素子１５の各素子電極１６、１７（図３参照）の正
極側の方向に初速度を持っている。そのため、電子放出
素子１５から放出された電子は、加速されることによっ
て放物線軌道を描いて飛翔する。

【００６９】ここで、電子放出素子１５とメタルバック
８との間の電位差をＶａ、電子放出素子１５から放出さ
れた電子の水平方向の初期運動エネルギーの最大値をｅ
Ｖｉ（エレクトロンボルト；ｅは電子の電荷量）とする
と、電子放出素子１５から放出された電子が距離ｄだけ
離れたメタルバック８に到達するまでに電子源１の面に
平行な方向への移動距離ΔＳは、電子の垂直方向への初
速度を０としたとき、 ΔＳ＝２ｄ×√（ｅＶｉ／Ｖａ） …（１） で表わされる。なお、本実施例では、メタルバック８と
蛍光体７とをあわせた厚さは約５０μｍ以下であり、し
かも絶縁性基板１１（図４参照）に形成された電子放出
素子１５の厚さは約１０μｍ以下なので、電子放出素子
１５とメタルバック８との距離ｄを、絶縁性基板１１と
ガラス基板６との距離としても実用上は差し支えない。

【００７０】ここで、仮に電子放出素子１５から放出さ
れた電子が、メタルバック８に印加された電圧によるエ
ネルギーの全てを受けて電子源１の面と水平な方向に飛
び出したとすると、この電子がメタルバック８に到達す
るまでの移動距離ΔＳは、（１）式においてＶｉにＶａ
を代入し、２ｄとなる。すなわち、電子放出素子１５の
電子放出部２３から電子源１の面に対する垂線を延ば
し、フェースプレート３の内面上において、この垂線の
フェースプレート３との交点を中心とする半径２ｄの範
囲内が、電子放出素子１５から放出された電子が到達す
る可能性のある部位である。これを角度で表わすと、電
子が到達する可能性のある範囲は、 ｔａｎθ≦２ｄ／ｄ＝２ …（２） を満たす範囲ということになる。

【００７１】したがって、少なくとも（２）式を満たす
範囲内を電位規定しておけば、電子放出素子１５から放
出された電子の飛翔方向に電位不定面が存在せず、帯電
することがなくなる。本実施例では、上述したように、
フェースプレートの内面に導電膜を形成しているので、
（２）式を満たしている。その結果、フェースプレート
の内面の帯電が発生しなくなるので、電子放出素子１５
から放出された電子の軌道が安定し、位置ずれのない良
好な画像が得られた。また、放電等が引き起こされる確
率も極めて低くなり、信頼性の高い画像形成装置が得ら
れた。

【００７２】通常、電子放出素子１５の対の素子電極１
６、１７間の印加電圧は１２〜１６Ｖ程度、メタルバッ
ク８と電子源１との距離ｄは２ｍｍ〜８ｍｍ程度、メタ
ルバック８の印加電圧Ｖａは１ｋＶ〜１０ｋＶ程度であ
る。本実施例では、対の素子電極１６、１７間の印加電
圧は１４Ｖ、メタルバック８と電子源１との距離は上述
したように５ｍｍ、メタルバック８の印加電圧Ｖａは５
ｋＶとした。

【００７３】（第２実施例）図９は、本発明の画像形成
装置の第２実施例の概略断面図である。

【００７４】本実施例では、リアプレート５２としては
平らなものを用い、また、フェースプレート５３および
支持枠５４の内面に導電膜を形成する代りに、メタルバ
ック５８の大きさを大きくした点が第１実施例のものと
異なる。

【００７５】メタルバック５８の大きさは、前述の
（２）式を満たすように、最も外側に位置する電子放出
素子６５の電子放出部から電子源５１の面に対して垂線
を延ばし、この垂線からＸ方向およびそれに垂直なＹ方
向に２ｄずつ外側までの範囲に形成されている。ここ
で、ｄはメタルバック５８と電子放出素子６５との距離
であり、本実施例でも第１実施例と同様に５ｍｍとし
た。その他の構成および駆動条件については第１実施例
と同様なので、その説明は省略する。

【００７６】このようにメタルバック５８の大きさを大
きくすることで、電子放出素子６５から放出された電子
の飛翔方向には電位不定面が存在せず支持枠５４やガラ
ス基板５６の内面に帯電しなくなるので、第１実施例と
同様に電子放出素子６５から放出される電子の軌道が安
定し、良好な画像が形成できる。また、本実施例ではメ
タルバック５８を大きくしただけなので、構成は非常に
簡単なものとなる。

【００７７】（第３実施例）図１０は、本発明の画像形
成装置の第３実施例の概略断面図である。

【００７８】本実施例では、リアプレート１０２として
は平らなものを用い、また、フェースプレート１０３お
よび支持枠１０４の内面に導電膜を形成する代りに、メ
タルバック１０８の外周に、メタルバック１０８の素子
電極と電気的に接続する壁状電極１０５を設けた点が第
１実施例のものと異なる。

【００７９】この壁状電極１０５は、最も外側の電子放
出素子１１５の電子放出部から垂直な方向となす角度を
θとしたとき、ｔａｎθ＝２なる範囲で延ばした直線上
に、少なくとも先端（図示下端）が位置し、前述した
（２）式において、メタルバック１０８の最外端までの
範囲ではメタルバック１０８により電位規定され、それ
を越える範囲では壁状電極１０５により電位規定される
構成となっている。具体的には、最も外側の電子放出素
子１１５からの距離Ｃが４ｍｍの位置に、高さが３ｍｍ
の壁状電極１０５を設けた。また、電子源１０１とメタ
ルバック１０８との距離は５ｍｍとした。壁状電極１０
５は導電材であれば特に材料は限定されないが、ここで
は厚さ１００μｍの４２６合金を用い、フリットガラス
により固定した。その他の構成および駆動条件について
は第１実施例と同様なので、その説明は省略する。

【００８０】このように壁状電極１０５を設けることで
も、電子放出素子１１５から放出された電子の飛翔方向
には電位不定面が存在せず、支持枠１０４やガラス基板
１０６の内面に帯電しなくなるので、第１実施例と同様
に電子放出素子１１５から放出される電子の軌道が安定
し、良好な画像が形成できる。また、本実施例ではメタ
ルバック１０８の大きさを小さくできるので、同じ画面
の大きさでより小さな画像形成装置を構成することがで
きる。

【００８１】以上の実施例においては、本発明の画像形
成装置を画像表示装置に応用した例で示したが、本発明
はこの範囲に限られるものではなく、光プリンタの画像
形成用発光ユニットとして用いるなど、記録装置への応
用も可能である。この場合、通常の形態としては１次元
的に配列された画像形成ユニットを用いることが多い
が、上述のｍ本の行方向配線とｎ本の列方向配線を、適
宜選択することで、ライン状発光源だけでなく、２次元
状の発光源としても応用できる。

【００８２】また、電子被照射体は特定せず、マルチの
平面電子源をなす電子線発生装置としての応用も可能で
ある。

【００８３】

【発明の効果】本発明は以上説明したとおり構成されて
いるので、以下に記載する効果を奏する。

【００８４】本発明の電子線発生装置は、記電子放出素
子の電子放出部から見て、電子源の面に垂直な方向に対
する角度をθとしたとき、ｔａｎθ≦２を満たす範囲内
の部材が電位規定されているので、電子放出素子から放
出された電子が照射されても電子源と電子被照射部材と
の間に発生するイオンにより電子被照射部材が帯電する
ことがなくなり、電子の軌道を安定させることができ
る。

【００８５】また、電子源と電子被照射部材との間に支
持枠を有し、電子被照射部材の内面および支持枠の内面
に加速電極と電気的に接続された導電膜が形成すること
により、前記範囲内にある部材を確実に電位規定するこ
とができる。

【００８６】さらに、電子放出素子と電子被照射部材と
の対向距離をｄとしたとき、電子被照射部材の、電子放
出素子の電子放出部と対向する位置から、電子源との対
向面上のいずれの方向にも少なくとも２ｄの範囲内に加
速電極を形成することにより、前記範囲内を電位規定す
る部材の構成を簡単にすることができる。

【００８７】また、電子被照射部材の外周に加速電極に
電気的に接続され、かつ、電子源に向かって突出する壁
状電極を形成することで、前記範囲のうち加速電極から
外れる範囲では壁状電極によって電位を規定でき、同じ
電子被照射部材の大きさでより小さな電子線発生装置を
構成することができる。

【００８８】電子放出素子として冷陰極型電子放出素子
を用いることで、省電力で応答速度が速く、しかも大型
の電子線発生装置を構成することができる。その中でも
特に表面伝導型電子放出素子は、素子構造が簡単で、か
つ複数の素子を容易に配置することができるので、表面
伝導型電子放出素子を用いることによって、構造が簡単
で、しかも大型の電子線発生装置が達成できる。

【００８９】さらに、複数個の表面伝導型電子放出素子
を２次元のマトリクス状に配置し、複数本の行方向配線
と複数本の列方向配線とによってそれぞれを結線するこ
とで、行方向と列方向に適当な駆動信号を与えること
で、多数の表面伝導型電子放出素子を選択し電子放出量
を制御し得るので、基本的には他の制御電極を付加する
必要がなく、電子源を１枚の基板上で容易に構成でき
る。

【００９０】本発明の画像形成装置は、本発明の電子線
発生装置を用いているので上述したように電子の軌道が
安定し、発光位置ずれのない良好な画像を形成すること
ができるようになる。特に、電子放出素子として表面伝
導型電子放出素子を用いることで、構造が簡単で、か
つ、大画面の画像形成装置が達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像形成装置の第１実施例の一部を破
断した斜視図である。

【図２】図１に示した画像形成装置の概略断面図であ
る。

【図３】図１に示した画像形成装置の電子源の要部平面
図である。

【図４】図３に示した電子源のＡ−Ａ’線断面図であ
る。

【図５】図１に示した画像形成装置の電子源の製造工程
を順に示した図である。

【図６】電子放出部形成用薄膜を形成する際に用いられ
るマスクの一例の平面図である。

【図７】フォーミング処理に用いられる電圧波形の一例
を示す図である。

【図８】蛍光膜の構成を説明するための図である。

【図９】本発明の画像形成装置の第２実施例の概略断面
図である。

【図１０】本発明の画像形成装置の第３実施例の概略断
面図である。

【図１１】熱電子源を用いた従来の画像形成装置の概略
構成図である。

【図１２】電界放出型の電子源を用いた従来の画像形成
装置を一部拡大して示した概略構成図である。

【図１３】表面伝導型電子放出素子の典型的な素子構成
を示す図である。

【図１４】表面伝導型電子放出素子を用いた従来の画像
形成装置の概略断面図である。

【符号の説明】

１、５１、１０１ 電子源 ２、５２、１０２ リアプレート ３、５３、１０３ フェースプレート ４、５４、１０４ 支持枠 ６、５６、１０６ ガラス基板 ７ 蛍光膜 ７ａ 蛍光体 ８、５８、１０８ メタルバック ９ 導電膜 １０ 外囲器 １１ 絶縁性基板 １２ Ｘ方向配線 １３ Ｙ方向配線 １４ 層間絶縁層 １４ａ コンタクトホール １５、６５、１１５ 電子放出素子 １６、１７ 素子電極 １８ 電子放出部形成用薄膜 ２０ マスク ２０ａ 開口 ２１ Ｃｒ膜 ２３ 電子放出部 １０５ 壁状電極

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子放出素子が設けられた電子源と、前
   記電子放出素子から放出された電子を照射させるために
   前記電子源に真空雰囲気中で対向配置され、前記電子放
   出素子から放出された電子を加速するための加速電極を
   備えた電子被照射部材とを有する電子線発生装置におい
   て、 前記電子放出素子の電子放出部から見て、前記電子源の
   面に垂直な方向に対する角度をθとしたとき、ｔａｎθ
   ≦２を満たす範囲内の部材が電位規定されていることを
   特徴とする電子線発生装置。
2. 【請求項２】 前記電子源と電子被照射部材との間の真
   空雰囲気を維持するための外囲器の一部をなす支持枠を
   有し、前記電子被照射部材の内面および前記支持枠の内
   面に前記加速電極と電気的に接続された導電膜が形成さ
   れていることで、前記導電膜により前記範囲内の部材が
   構成されている請求項１に記載の電子線発生装置。
3. 【請求項３】 前記電子放出素子と電子被照射部材との
   対向距離をｄとしたとき、前記電子被照射部材の、前記
   電子放出素子の電子放出部と対向する位置から、前記電
   子源との対向面上のいずれの方向にも少なくとも２ｄの
   範囲内に前記加速電極が形成されていることで、前記加
   速電極により前記範囲内の部材が構成されている請求項
   １に記載の電子線発生装置。
4. 【請求項４】 前記電子被照射部材の外周に前記加速電
   極に電気的に接続され、かつ、前記電子源に向かって突
   出する壁状電極が形成されていることで、前記加速電極
   および前記壁状電極により前記範囲内の部材が構成され
   ている請求項１に記載の電子線発生装置。
5. 【請求項５】 前記電子放出素子は、冷陰極型電子放出
   素子である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電
   子線発生装置。
6. 【請求項６】 前記冷陰極型電子放出素子は表面伝導型
   電子放出素子である請求項５に記載の電子線発生装置。
7. 【請求項７】 前記表面伝導型電子放出素子が２次元の
   マトリクス状に複数個配置され、前記各表面伝導型電子
   放出素子は、複数本の行方向配線と複数本の列方向配線
   とによって、それぞれ結線されている請求項６に記載の
   電子線発生装置。
8. 【請求項８】 請求項１ないし７のいずれか１項に記載
   の電子線発生装置を用いた画像形成装置であって、 前記電子被照射部材に代えて、前記電子源に対向配置さ
   れ、前記電子放出素子から放出された電子が衝突するこ
   とにより発光する蛍光体および前記電子放出素子から放
   出された電子を加速するための加速電極を備えた画像形
   成部材とした画像形成装置。