JP2961524B2 - 電子放出素子、電子源及び画像形成装置 - Google Patents
電子放出素子、電子源及び画像形成装置Info
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Description
いられる電子放出素子、詳しくは冷陰極型素子の一つで
ある表面伝導形電子放出素子、該電子放出素子を複数備
える電子源及び、該電子源を用いた画像形成装置に関す
る。
る素子としては、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
が知られている。[ラジオ エンジニアリング エレク
トロン フィジックス(Radio Eng.Elec
tron Phys.)第10巻,1290〜1296
頁,1965年] これは、基板上に形成された小面積の薄膜に、膜内に平
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電子放出素子と呼ば
れている。
記エリンソン等により開発されたSnO2 (Sb)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:”Thin Sol
id 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 ジーシーフォンスタッド ”アイイーイーイー
トランス”イーディーコンファレンス(M.Hartw
ell and C.G.Fonstad;”IEEE
Trans.ED Conf.”)519頁,(19
75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)]など
が報告されている。
な素子構成を図5に示す。同図において231及び23
2は電気的接続を得るための電極、233は電子放出材
料で形成される薄膜、234は基板、235は電子放出
部を示す。
おいては、電子放出を行う前に予めフォーミングと呼ば
れる通電処理によって電子放出部を形成する。即ち、前
記電極231と電極232の間に電圧を印加する事によ
り、薄膜233に通電し、これにより発生するジュール
熱で薄膜233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235を形
成することにより電子放出機能を得ている。
3の一部に、0.5〜5μmの亀裂を有し、かつ亀裂内
が所謂島構造を有する不連続状態膜をいう。島構造とは
一般に数十Åから数μm径の微粒子が基板234にあ
り、各微粒子は空間的に不連続で電気的に連続な膜をい
う。
抗不連続膜に電極231,232により電圧を印加し、
素子表面に電流を流すことにより、上述微粒子より電子
放出せしめるものである。
によるフォーミング素子には次のような問題点があっ
た。 1)フォーミング工程の際に生じるジュール熱が大きい
為、基盤が破壊しやすくマルチ化が難しい。 2)電子放出部となる島構造の設計が不可能なため、素
子の改良が難しく、素子間のバラツキも生じやすい。 3)島の材料が金、銀、SnO2 、ITO等に限定さ
れ、仕事関数の小さい材料が使えないため、大電流を得
ることができない。
形電子放出素子は、素子構造が簡単であるという利点が
あるにもかかわらず、産業上積極的に応用されるには至
っていなかった。
結果、特願昭63−17570号、特願昭63−110
480号に於いて電極間に微粒子膜を配置しこれに通電
処理を施すことにより電子放出部を設ける新規な表面伝
導型電子放出素子を提案した。この新規な電子放出素子
の構成図を図6に示す。
243は微粒子膜、245は電子放出部、244は基板
である。
なことが挙げられる。 1)微粒子膜243に非常に少ない電流を流すことで電
子放出部245を形成できるので素子劣化のない素子が
作成でき、さらに電極の形状を任意に設計できる。 2)微粒子膜を形成する微粒子自身が電子放出の構成材
となる為、微粒子の材料や形状等の設計が可能となり、
電子放出特性を変えることができる。 3)素子の構成材である基板244や電極の材料の選択
性が広がる。
子放出素子とこの電子放出素子から放出された電子線の
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する。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造からなる。
すものである。251は基板、252は支持体、253
は素子配線電極、254は電子放出部、255は電子通
過孔、256は変調電極、257はガラス板、258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。259は蛍光体の輝点である。
り形成され、ガラス基板251とは接触することがない
中空構造を成すものである。素子配線電極253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252は絶縁体材料もしくは導電体
材料で形成されている。
電極253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256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25
8に衝突させるものである。また、素子配線電極253
と変調電極256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258上に画像表示を行うもので
ある。
発明者等が先に提案した表面伝導形電子放出素子におい
ては、図8に示す如く、電極間の微粒子膜243内に電
子放出部245が形成され、該電子放出部245が電子
の放出位置になっているが、実際には、電子放出部24
5は0.01μm〜0.5μmの微細な範囲から形成さ
れており、その位置は、微粒子膜の形成条件や通電処理
の条件等によってばらつきが生じ、電極間の所定の位置
に正確に配置することが困難であった。
れているが、実際には電極241及び242の間でかな
り蛇行しており、通電条件によりその形態はかなり変化
し、電子放出部の実効的な長さが設計できなかった。
0.5μm〜50μmであるが、電極間が広くなる程電
子放出部の位置を制御することが難しかった。
は、電子放出素子として応用する場合、電子放出量にば
らつきを生じ、特にこれらの素子を複数配置した面状電
子源として応用する場合には、場所によって電子放出量
が変わるという問題があった。
6−23445号公報にあるような、面状に展開した複
数の電子源と、この電子源から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
画像形成装置があるが、この画像形成装置の電子源とし
て上記表面伝導形電子放出素子を応用すると、各素子の
電子放出量が異なる為場所によって蛍光体の蛍光輝度が
異なり表示ムラを生じていた。
電子放出素子においては、フォーミングに要するパワー
が大きい為電子放出部や基板の劣化が著しく、電子放出
特性や電子放出部の位置を制御することは不可能であっ
た。
上述のような問題点を解消し得る電子放出素子、該電子
放出素子を複数備える電子源及び、該電子源を用いた画
像形成装置を提供することにある。
された本発明の構成は、以下の通りである。
て設けられた一対の電極間に、電子放出部を有する微粒
子膜を備える電子放出素子において、上記微粒子膜に
は、部分的に異なる膜厚をもって構成された段差部が、
上記電極間方向に略直交する方向に沿って離散的に形成
されており、該段差部に沿って電子放出部が形成されて
いることを特徴とする電子放出素子にある。
出素子を複数配置したことを特徴とする電子源にある。
源と、該電子源から放出された電子の照射により画像を
形成する画像形成部材とを具備することを特徴とする画
像形成装置にある。
について詳述する。
十数Åから数μmの導電性微粒子の膜、あるいはこれら
導電性微粒子が分散されたカーボン薄膜等が挙げられ
る。その材料はPd,Ag,Au,Ti等の金属、Pd
O,SnO2 等の酸化物導電体等導電性材料であればど
れを用いても構わない。そしてこれらの膜はガスデポジ
ション法や分散塗布法等により電極間に形成される。
構成図である。同図において、1は絶縁性基板、2は他
の部分と膜厚が異なり、しかも電極3,4間方向に略直
交する方向に沿って離散的に形成された段差部、3と4
は電極、5は微粒子膜、6は電子放出部である。
部は、他の微粒子膜との差が微粒子1個分以上あれば良
く、200Å〜1μmが実用的で望ましい。また段差部
の位置や幅等は電子放出部を形成する電極間に位置すれ
ば、特に限定されない。
て離散的に形成された段差部2を有する微粒子膜5に通
電処理を施すと、図1に示すように、段差部2に沿って
電子放出部6が直線状に形成され、前述した従来素子の
ように電子放出部2が蛇行することはない。
よりその一部を高抵抗化して電子放出部を形成するもの
や、微粒子膜に通電することによりその一部を低抵抗化
して電子放出部を形成するものがあるがいずれを用いて
も構わない。
わり、上述したような電子放出部6が形成される。本発
明第1に於いて、実際、膜厚の異なる段差部2がこの構
造変化にどのような役割を果たしているかは不明である
が、本発明者等は、膜厚の異なる段差部2で温度分布或
いは電界分布が不連続となり、それが原因で段差部2近
傍に電子放出部6が形成されるものと判断している。更
に説明すると、電子放出部6の形成は、微粒子膜5の全
幅に亘って一気に行われるのではなく、通電処理によっ
て構造が変わりやすい箇所を起点として、これが拡大成
長することで行われると考えられる。そして、この拡大
成長過程で電子放出部6の蛇行が生じやすいと考えられ
る。本発明第1のように段差部2を離散的に設けておく
と、上記のように電子放出部6へと変質しやすい各段差
部2近傍に生じた複数の起点がそれぞれ拡大して連なる
ことで電子放出部6を形成することができ、1つの起点
から拡大成長する範囲を短くすることができ、これによ
って電子放出部6の蛇行を抑制することができると考え
られる。
異なる段差部2の形状によって電子放出部の形態が変化
し、例えば図1に示したように、段差部2を直線状に設
けることにより、電子放出部6も直線状に形成され、電
子放出部の位置と形状を制御した電子放出素子が容易に
実現できる。
いては、従来例と比較すれば電子放出部の形状と位置を
正確に設計することができるので、電子放出特性の制御
が可能であるばかりでなく素子の再現性が得られるよう
になる。
置した電子源及び、かかる電子源を用いた画像形成装置
の概略構成例を図6に示す。
83は電極、84は微粒子膜、85は電子放出部であ
り、これらにより面状電子源86が形成されている。
の電子放出素子を複数配置したもので、特に電極82と
電極83の間に電子放出素子を並列に配置した線電子源
を数本基板に規則正しく設けたものである。
過孔、89はガラス基板、90は画像形成部材であると
ころの蛍光体、91はアルミニウム材からなるメタルバ
ック、92はフェースプレート、93は蛍光体の輝点で
ある。
9の上に蛍光体90が一様に塗布され、さらにその上に
メタルバック91を設けたものである。
らなり、面状電子源86の電極群と直角方向に配置され
る。電子通過孔88は電子放出部85のほぼ鉛直上に設
けられ、グリッド電極87を信号電極、線電子源群を走
査電極として、XYマトリックス駆動を行い画像を形成
するものである。
が、電子ビーム応用装置としては他にも記録装置,記憶
装置,電子ビーム猫画装置等の様々な装置があり、本発
明の電子放出素子はこれらの装置へも好適に利用するこ
とができる。
材は、電子放出素子から放出された電子線の照射によっ
て発光,変色,帯電,変質或いは変形等を起こす材料よ
り形成されたものであれば、いかなるものであっても良
いが、その一例として蛍光体,レジスト材料等が挙げら
れる。とりわけ、画像形成部材として蛍光体が用いられ
る場合には、形成される画像は発光(蛍光)画像であ
る。
る。
方法を示した説明図である。
を説明する。
通常良く用いられる蒸着技術、ホトリソ・エッチング技
術を用いて電極3及び4を形成した(図2(a))。電
極の材料としては導電性を有するものであればどのよう
なものであっても構わないが、本実施例ではNi金属を
用いて形成した。この電極間隔は実用的には0.5μm
〜20μmに形成されることが望ましく、本実施例では
10μmギャップに形成した。
分散塗布した。有機パラジウムは奥野製薬(株)CCP
−4230を用いた。微粒子を分散したくないというと
ころにはテープ又はレジスト膜を設け、その後ディッピ
ング法又はスピナー法で有機パラジウムを塗布する。次
に300℃で1時間焼成し有機パラジウムを分散し、パ
ラジウムと酸化パラジウムの混合した微粒子膜を形成し
た。次にテープ又はレジスト膜を剥離することにより所
定の位置に膜厚のほぼ均一な微粒子膜5を形成した(図
2(b))。微粒子膜5の幅はどのような値のものでも
構わないが本実施例では1mmとした。このとき、パラ
ジウムと酸化パラジウムの微粒子の径は共に10Å〜1
50Åであった。
記方法と同様な方法で微粒子膜5の上の膜厚を厚くした
いところのみに微粒子膜が形成されるようにパラジウム
膜を形成し、他の部分より膜厚の厚い段差部2を離散的
に形成した(図2(c))。この時、段差部2は電極
3,4間のほぼ中央に幅(W)2μm,長さ(L)2μ
m,間隔(S)2μm,厚さ(H)200Åとなるよう
に形成した。
ス側となるように電源に接続し、微粒子膜5に通電処理
を行った。その結果、図3に示すように離散的に設けた
複数の段差部2に沿ってほぼ直線状の電子放出部6が形
成された(図2(d))。
流れる向きを電極4から電極3側にしたが、電流の流れ
る向きに関係なく、段差部2に沿って再現性良く電子放
出部6を形成できた。
の一定である従来の電子放出素子と比較したところ、電
子放出効率に於いてほぼ同等の値が得られた。つぎに電
子放出部の形状を比較すると、従来の素子は1mmの幅
にわたって大きく蛇行しているにもかかわらず、本実施
例の電子放出素子は段差部2に沿ってほぼ直線的に電子
放出部6が形成されていた。電子放出部の位置を正確に
設計できることは、応用を考えると非常に重要な意味が
ある。例えば、素子から放出された電子の偏向及び変調
する際に、その制御を正確に行うことが可能となる。
を説明する。
上に電極3,4を形成した。
した。
と同様な方法で微粒子膜5の上の膜厚を薄くしたいとこ
ろのみに微粒子膜が形成されないようにパラジウム膜を
形成し、他の部分より膜厚の薄い段差部2を離散的に形
成した。この時、段差部2は電極3,4間のほぼ中央に
幅(W)2μm,長さ(L)2μm,間隔(S)2μ
m,厚さ(H)200Åとなるように形成した。
ス側となるように電源に接続し、微粒子膜5に通電処理
を行った。その結果、図3に示すように、離散的に設け
た複数の段差部2に沿ってほぼ直線状に電子放出部6が
形成された。
をした結果、同等な効果があった。
素子を複数個配置して面状電子源を形成し、これを用い
て図4に示すような画像形成装置を作製した。
2と電極83に14Vの電圧を印加することにより各電
子放出部85から電子を放出させ、グリッド電極87に
適当な電圧を印加することにより電子を引きだし、メタ
ルバック91に500〜5000Vの電圧を印加し、画
像形成部材であるところの蛍光体90に電子を衝突させ
た。本画像形成装置は、真空度1×10-5Torr〜1
×10-7Torrの真空容器内に形成されている。
ある従来の電子放出素子を用いて構成した同様な画像形
成装置と比較したところ、次のような結果を得た。 1.本実施例は各電子放出部から放出される電子量が等
しいので明るさが均一な表示画面が得られた。 2.本実施例は各電子放出部の位置が正確に定まってい
るので蛍光体の輝点93もほぼ同一な形状で規則正しい
配列であった。
のない従来の電子放出素子を用いて構成した装置は、輝
点の形状と輝点のピッチが場所によって異なっていた。
精細画像を得るのに好適である。
放出部の形状及び位置を設計することができ、次のよう
な効果がある。
性が制御でき、さらに素子間で特性のバラツキの少ない
素子製造が可能となる。
画像表示が得られる。
で、画像形成装置として蛍光体の輝点形状が均一な画像
表示が得られる。
で、画像形成装置として変調電極の形状設計や制御系が
簡易になる。
成図である。
の図である。
構成図である。
像形成装置の概略構成図である。
理することにより作製された従来の電子放出素子の構成
図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 基板上に対向して設けられた一対の電極
間に、電子放出部を有する微粒子膜を備える電子放出素
子において、上記微粒子膜には、部分的に異なる膜厚を
もって構成された段差部が、上記電極間方向に略直交す
る方向に沿って離散的に形成されており、該段差部に沿
って電子放出部が形成されていることを特徴とする電子
放出素子。 - 【請求項2】 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に記載の電子放出素子。 - 【請求項3】 基板上に、請求項1又は2に記載の電子
放出素子を複数配置したことを特徴とする電子源。 - 【請求項4】 請求項3に記載の電子源と、該電子源か
ら放出された電子の照射により画像を形成する画像形成
部材とを具備することを特徴とする画像形成装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15420797A JP2961524B2 (ja) | 1997-06-12 | 1997-06-12 | 電子放出素子、電子源及び画像形成装置 |
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JP18572692A Division JP2946140B2 (ja) | 1992-06-22 | 1992-06-22 | 電子放出素子、電子源及び画像形成装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH1055749A JPH1055749A (ja) | 1998-02-24 |
JP2961524B2 true JP2961524B2 (ja) | 1999-10-12 |
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JP (1) | JP2961524B2 (ja) |
-
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