JP3572001B2 - Electron beam generator - Google Patents
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Description
【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それを利用し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２４に示すものが知られている。図２４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１５０２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（以下、ＳＣＥという）等がある。
【０００８】
ＦＥ型の例としては、Ｗ．Ｐ．Ｄｙｋｅ ＆ Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ， ”Ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ”， Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ８， ８９（１９５６）、あるいはＣ．Ａ．ＳＰｉｎｄｔ， ”ＰＨＹＳＩＣＡＬ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｍｏｙｂｄｅｎｉｕｍ ｃｏｃｅｓ”， Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．， ４７， ５２４８（１９７６） 等が知られている。
【０００９】
ＭＩＭ型の例としては、Ｃ．Ａ．Ｍｅａｄ， ”Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｕｎｎｅｌ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ”， Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．， ３２， ６４６（１９６１） 等が知られている。
【００１０】
ＳＣＥの例としては、Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ， Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ． Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓ．， １０， （１９６５）等がある。ＳＣＥ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ＳＣＥ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 Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ”， ９， ３１７（１９７２）］、Ｉｎ２Ｏ３／ＳｎＯ２ 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎｄ Ｃ．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。
【００１１】
これら表面伝導型電子放出素子の典型的な素子構成として、前述のハートウェル（Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ）の文献による素子構成を図２５に示す。図２５において、絶縁性基板２０１１には、素子電極となる電子放出部形成用薄膜２０１２が形成されている。電子放出部形成用薄膜２０１２は、Ｈ型形状のパターンに、スパッタで形成された金属酸化物膜等からなり、後述のフォーミングと呼ばれる通電処理により電子放出部２０２３が形成される。また、電子放出部形成用薄膜２０１２のうち電子放出部２０２３が含まれる部分を、電子放出部を含む薄膜２０１８と呼ぶことにする。
【００１２】
従来、これらの表面伝導型電子放出素子においては、電子放出を行なう前に、電子放出部形成用薄膜２０１２を、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２０２３を形成するのが一般的であった。すなわちフォーミングとは、電子放出部形成用薄膜２０１２の両端に電圧を印加し、電子放出部形成用薄膜２０１２を局所的に破壊もしくは変質させ、電気的に高抵抗な状態にした電子放出部２０２３を形成することである。なお、電子放出部２０２３は、電子放出部形成用薄膜２０１２の一部に亀裂が発生し、その亀裂付近から電子放出が行なわれる。以下、フォーミングにより形成した電子放出部を含む電子放出部形成用薄膜２０１２を、電子放出部を含む薄膜２０１８と呼ぶ。前記フォーミング処理をした表面伝導型電子放出素子は、上述の電子放出部を含む薄膜２０１８に電圧を印加し、素子に電流を流すことにより、上述の電子放出部２０２３より電子を放出させるものである。
【００１３】
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、電子放出素子が設けられた電子源と、電子の衝突により発光する蛍光体等を備えた画像形成部材とを支持枠を介して対向配置し、これら電子源と画像形成部材と支持枠とで構成される外囲器の内部を真空にしたものが知られていいる。また、画像形成部材には、電子源から放出された電子を画像形成部材に向けて加速するための加速電極が備えられ、加速電極に高電圧を印加することで放出電子が画像形成部材へ向けて加速され、画像形成部材に衝突する。また、薄型画像表示装置等のように扁平な外囲器を用いる画像形成装置においては、耐大気圧構造体として支持柱（スペーサ）を用いる場合もある。
【００１４】
多数のＳＣＥを配列した例としては、並列にＳＣＥを配列し、個々の要素の両端を配線にてそれぞれ結線した行を多数配列した電子源が挙げられる（例えば、特開平１−３１３３２号公報）。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本出願人は、ＳＣＥ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、ＳＣＥ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ＳＣＥ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ＳＣＥを選択し、電子放出量を制御し得る系を考えている。
【００１６】
上記単純マトリクス型のＳＣＥ電子源を用いた画像形成装置の検討において、本発明者らは、画像形成部材をなす蛍光体上の発光位置すなわち電子の到達位置や発光形状が設計値からずれる場合が生じることを見出した。特に、カラー画像用の画像形成部材を用いた場合は、発光位置ずれとあわせて、輝度低下や色ずれの発生も見られる場合があった。また、本現象は電子源と画像形成部材間に配置される支持枠または支持柱（スペーサ）の近傍、あるいは画像形成部材の周縁部で起こることを確認した。
【００１７】
そこで本発明は、電子放出素子からの電子放出軌道を安定させ、電子の到達位置ずれのない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。
【００１８】
【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、前記電子源と前記電子被照射部材との間に配置された絶縁性部材とを有する電子線発生装置において、
前記絶縁性部材の表面には、電位規定された複数の電極が、それぞれ前記電子源と電子被照射部材との間の電場のなす方向と垂直な方向に沿って設けられ、
前記複数の電極は、以下の条件式、
（突出量／電極間隔）≧√［（ｄ・Ｖｉ）／（ｚ・Ｖａ）］
に従って設けられていることを特徴とする電子線発生装置である。
ここで、
ｄ：前記電子源と電子被照射部材との距離、
Ｖｉ：前記電子源と電子被照射部材との間に発生する電荷担持体の初期運動エネルギーの最大値、
ｚ：前記電子源と電子被照射部材との間の電場のなす方向における前記電子放出素子の電子放出部または前記電子被照射部材の前記電子放出素子から放出された電子の照射部における電荷担持体発生部から前記電極間までの距離、
Ｖａ：前記電子源と電子被照射部材の加速電極との間の電位差、
突出量：前記電子源と電子被照射部材との間の電場のなす方向に直交する方向への前記電極の突出量、
電極間隔：前記電子源と電子被照射部材との間の電場のなす方向での前記電極の間隔である。
本発明の他の形態による電子線発生装置は、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、前記電子源と前記電子被照射部材との間に配置された少なくともひとつの電極部と、前記電子源と前記電極部との間に設置された絶縁性部材とを有する電子線発生装置において、
前記絶縁性部材の表面には、電位規定された複数の電極が、それぞれ前記電子源と前記電極部との間の電場のなす方向と垂直な方向に沿って設けられており、
前記複数の電極は、以下の条件式、
（突出量／電極間隔）≧√［Ｖｉ／（ｚ・Ｅｚ）］
に従って設けられていることを特徴とする電子線発生装置である。
ここで、
Ｖｉ：前記電子源と前記電極部との間に入射する電荷担持体の初期運動エネルギーの最大値、
ｚ：前記電子源と前記電極部との間の電場のなす平均的方向における前記電荷担持体が前記電極部を横切る箇所から前記電極間までの距離、
Ｅｚ：前記電子源と前記電極部との間の電場のなす平均的方向の電場の平均値、
突出量：前記電場のなす平均的方向に直交する方向への前記電極の突出量、
電極間隔：前記電場のなす平均的方向での前記電極の間隔である。
本発明の更に他の形態による電子線装置は、電子放出素子が設けられた電子源と、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、前記電子源と前記電子被照射部材との間に配置された複数の電極部と、前記複数の電極部の隣接する電極部間に設置された絶縁性部材とを有する電子線発生装置において、
前記絶縁性部材の表面には、電位規定された複数の電極が、それぞれ前記隣接する電極部間の電場のなす方向と垂直な方向に沿って設けられており、
前記複数の電極は、以下の条件式、
（突出量／電極間隔）≧√［Ｖｉ／（ｚ・Ｅｚ）］
に従って設けられていることを特徴とする電子線発生装置。
ここで、
Ｖｉ：前記隣接する電極部間に入射する電荷担持体の初期運動エネルギーの最大値、
ｚ：前記隣接する電極部間の電場のなす平均的方向における前記電荷担持体が前記隣接する電極部の一方を横切る箇所から前記電極間までの距離、
Ｅｚ：前記隣接する電極部間の電場のなす平均的方向の電場の平均値、
突出量：前記電場のなす平均的方向に直交する方向への前記電極の突出量、
電極間隔：前記電場のなす平均的方向での前記電極の間隔である。
本発明の更に他の形態による電子線装置は、電子放出素子が設けられた電子源と、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、前記電子源と前記電子被照射部材との間に配置された電極部と、前記電子被照射部材と前記電極部との間に設置された絶縁性部材とを有する電子線発生装置において、
前記絶縁性部材の表面には、電位規定された複数の電極が、それぞれ前記電子被照射部材と前記電極部との間の電場のなす方向と垂直な方向に沿って設けられており、
前記複数の電極は、以下の条件式、
（突出量／電極間隔）≧√［Ｖｉ／（ｚ・Ｅｚ）］
に従って設けられていることを特徴とする電子線発生装置。
ここで、
Ｖｉ：前記電子被照射部材と前記電極部との間に入射する電荷担持体の初期運動エネルギーの最大値、
ｚ：前記電子被照射部材と前記電極部との間の電場のなす平均的方向における前記電子被照射部材の前記電子放出素子から放出された電子の照射部における電荷担持体発生部から前記電極間までの距離、
Ｅｚ：前記電子被照射部材と前記電極部との間の電場のなす平均的方向の電場の平均値、
突出量：前記電場のなす平均的方向に直交する方向への前記電極の突出量、
電極間隔：前記電場のなす平均的方向での前記電極の間隔である。
【００１９】
この場合、前記絶縁性部材の表面には複数の凸部が形成され、前記複数の凸部のそれぞれに前記電位規定された電極が設けられているとしてもよい。
【００２０】
また、前記電荷担持体は、前記電子源から放出される電子、前記電子源から放出される電子が衝突することにより発生する２次電子またはイオンであってもよい。
【００２１】
また、前記絶縁性部材は、前記電子源と電極部との間に設置された耐大気圧構造体であってもよい。
【００２２】
また、前記絶縁性部材は、前記電子源と電極部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であってもよい。
【００２３】
また、前記複数の電極は、それぞれ引き出し配線により外部に引き出されていてもよい。
【００２４】
また、前記複数の電極は、それぞれ引き出し配線により外部に引き出されていてもよい。
【００２５】
前記引き出し配線は、前記支持枠に設けられていてもよい。
【００２６】
前記引き出し配線は、前記電極部に設けられていてもよい。
【００２７】
また、前記電子源が搭載されるリアプレートを有し、
前記引き出し配線が、前記リアプレートに設けられていてもよい。
【００２８】
また、前記絶縁性部材に前記複数の電極を接続する高抵抗導電膜が形成されるとともに、前記電極部および前記電子源にそれぞれ前記高抵抗導電膜と電気的に接続される導電性部材が設けられ、
前記引き出し配線が、前記導電性部材に設けられていてもよい。
【００３３】
【作用】
本発明者らは鋭意研究した結果、上記課題は電子源から放出される電子がその誘因となることを見出した。
【００３４】
電子源から放出された電子は画像形成部材である蛍光体への衝突の他に、確率は低いが真空中の残留ガスへの衝突が起こる。これらの衝突時にある確率で発生した散乱粒子（イオン、２次電子、中性粒子等）の一部が、画像形成装置内の絶縁性材料の露出した部分に衝突し、上記露出部が帯電していることがわかった。この帯電により、上記露出部の近傍では電場が変化して電子軌道のずれが生じ、蛍光体の発光位置や発光形状の変化が引き起こされたと考えられる。
【００３５】
また、上記蛍光体の発光位置、形状の変化の状況から、上記露出部には主に正電荷が蓄積していることもわかった。この原因としては、散乱粒子のうちの正イオンが付着帯電する場合、あるいは散乱粒子が上記露出部に衝突するときに発生する２次電子放出により正の帯電が起きる場合などが考えられる。
【００３６】
以下に、上述の課題を解決するための手段による作用を説明する。
【００３７】
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、この電子が電子被照射部材の加速電極に印加された高電圧により加速されて電子被照射に衝突すると、電子被照射部材からは散乱粒子が発生する。この散乱粒子のうち正イオンの散乱時の最大運動エネルギーは５０ｅＶ程度である（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ， ６６（１９７７）， ３４６による）。また、この正イオンの他に、電子源と電子被照射部材との間には、電子源から放出された電子といった電荷担持体が存在する。一方、電子源と電子被照射部材との間に配置された絶縁性部材の表面には、電位規定された電極が設けられているので、絶縁性部材の表面には前記荷電担持体が付着帯電しにくくなる。その結果、電子放出素子から放出される電子の軌道がずれにくくなる。また、電極は、電子源と電子被照射部材との間の電場のなす方向と垂直な方向に沿って複数設けられているので、電子被照射部材の加速電極に印加される高電圧にも耐え得る構造となる。
【００３８】
ここで、電荷担持体が発生した位置を原点としたとき、電子源と電子被照射部材との間の電場のなす方向をＺ、それに直交する方向をＹ、電子源と電子被照射部材との間隔をｄ、電子源と電子被照射部材との電位差をＶａ、電荷担持体の初期運動エネルギーの最大値をＶｉとすると、電荷担持体のなす軌跡は、
Ｚ＝［Ｖａ／（４ｄ・Ｖｉ）］×Ｙ２
で表わされる。
【００３９】
そこで、電子源と電子被照射部材との間の電場のなす方向における電荷担持体発生部から電極間までの距離をｚとしたとき、
（突出量／電極間隔）≧√［（ｄ・Ｖｉ）／（ｚ・Ｖａ）］…条件式（１）
の関係を満たすように各電極を形成すれば、絶縁性部材への電荷担持体の軌道が電極によって遮られ、絶縁性部材への帯電は防止される。
【００４０】
また本発明は、複数本の行方向配線と複数本の列方向配線とによってＳＣＥをそれぞれ結線することで、行列状に多数個のＳＣＥ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ＳＣＥ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。
【００４１】
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、絶縁性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。
【００４２】
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画像が形成される部材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、発光位置のずれの少ない良好な画像が形成される。
【００４３】
【実施例】
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００４４】
本発明にかかわる画像形成装置は基本的には、薄型の真空容器内に、基板上に多数の冷陰極素子を配列してなるマルチ電子ビーム源と、電子ビームの照射により画像を形成する画像形成部材とを対向して備えている。
【００４５】
冷陰極素子は、たとえばフォトリソグラフィーやエッチングのような製造技術を用いれば基板上に精密に位置決めして形成できるため、微小な間隔で多数個を配列することが可能である。しかも、従来からＣＲＴ等で用いられてきた熱陰極と比較すると、陰極自身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ビーム源を容易に実現することができる。
【００４６】
本発明は、上述した冷陰極素子をマルチ電子ビーム源として用いた画像形成装置にかかわるものである。
【００４７】
また、冷陰極素子のなかでもとりわけ好ましいのは、表面伝導型電子放出素子（ＳＣＥ）である。すなわち、前記ＭＩＭ型素子は絶縁層や上部電極の厚さを比較的精密に制御する必要があり、またＦＥ型は針状の電子放出部の先端形状を精密に制御する必要がある。そのため、これらの素子は比較的製造コストが高くなったり、製造プロセス上の制限から大面積のものを作製するのが困難となる場合があった。
【００４８】
これに対してＳＣＥは、構造が単純で製造が簡単であり、大面積のものを容易に作製できる。近年、特に大画面で安価な表示装置が求められている状況においては、とりわけ好適な冷陰極素子であるといえる。
【００４９】
ＳＣＥの典型的な構成を図２２に示す。図２２は、ＳＣＥの典型的な素子構成を示す図である。すなわち図２２に示すように、絶縁性基板１０１１上に１対の素子電極１０１６、１０１７を設け、これら各電極１０１６、１０１７を連絡するように金属酸化物等の薄膜１０１８（以下、「電子放出部形成用薄膜」という。）を成膜し、この薄膜１０１８をフォーミングと呼ばれる通電処理により局所的に破壊もしくは変質させ電子放出部１０２３を形成したものである。
【００５０】
次に、図２２に示した電子放出素子の製造方法を、本出願人による特開平２−５６８２２、４−２８１３９を参考にして、図２３の製造工程図を用いて概説する。なお、以下の工程ａ〜ｃは図２３の（ａ）〜（ｃ）に対応する。
【００５１】
工程ａ：絶縁性基板１０１１を洗剤、純水および有機溶剤により十分に洗浄後、真空蒸着法、スパッタ法等により素子電極材料を堆積後、フォトリソグラフィー技術により絶縁性基板１０１１の面上に素子電極１０１６、１０１７を形成する。
【００５２】
絶縁性基板１０１１としては、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、青板ガラスにスパッタ法等により形成したＳｉＯ２ を積層したガラス基板等のガラス部材及びアルミナ等のセラミックス部材等が挙げられる。素子電極１０１６、１０１７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、例えばＮｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属、あるいは合金、或いはＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ２ 、Ｐｄ−Ａｇ等の金属や金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体、あるいはＩｎ２ Ｏ３ ／ＳｎＯ２ 等の透明導電体、あるいはポリシリコン等の半導体導体材料等が挙げられる。
【００５３】
工程ｂ：絶縁性基板１０１１上に設けられた素子電極１０１６、１０１７の間に、有機金属溶液を塗布して放置することにより、有機金属薄膜を形成する。この後、有機金属薄膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッチング等によりパターニングし、電子放出部形成用薄膜１０１８を形成する。
【００５４】
上記有機金属溶液とは、電圧印加により電子を放出しやすいもの、即ち仕事関数の低いもので、かつ安定なもの、例えばＰｄ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ、Ｈｇ、Ｃｄ、Ｐｔ、Ｍｎ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｃｏ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｔｈ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｉｒ等の金属、ＡｇＭｇ、ＮｉＣｕ、Ｐｂ、Ｓｎ等の合金を主元素とする有機化合物の溶液である。
【００５５】
なお、ここでは、有機金属溶液の塗布法により説明したが、これに限る物でなく、真空蒸着法、スパッタ法、化学的気相堆積法、分散塗布法、ディッピング法、スピンナー法等によって形成される場合もある。
【００５６】
工程ｃ：素子電極１０１６、１０１７間に電圧を不図示の電源により電圧を印加することで、先述のフォーミングと呼ばれる通電処理を施し、電子放出部形成用薄膜１０１８に、電子放出部形成用薄膜１０１８の構造が変化した部位である電子放出部１０２３を形成する。このようにして形成された電子放出部１０２３は、導電性微粒子で構成されていることを本発明者等は観察している。
【００５７】
このＳＣＥは、素子電極１０１６、１０１７間にある程度（しきい値電圧）以上の電圧を印加することにより急激に放出電流が増加して電子放出部１０２３から電子を放出し、一方、上記しきい値電圧未満では放出電流がほとんど検出されない非線形素子である。ＳＣＥの放出電流は素子電極１０１６、１０１７間に印加する電圧で制御でき、また、放出電荷はこの電圧の印加時間により制御できる。
【００５８】
また、本出願人は、ＳＣＥのなかでは電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形成したものが特性上、あるいは大面積化する上で好ましいことを見出している。
【００５９】
そこで、以下に述べる実施例では、微粒子膜を用いて形成したＳＣＥをマルチ電子ビーム源として用いた画像表示装置を、本発明の画像形成装置の好ましい例として説明する。
【００６０】
（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要部断面図である。
【００６１】
図１および図２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（ＳＣＥ）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、電子源１とメタルバック８との間には、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。
【００６２】
また、外囲器１０の内部は１０−６Ｔｏｒｒ程度の真空に保持されるので、大気圧や不意の衝撃などによる外囲器１０の破壊を防止する目的で、耐大気圧構造体として、外囲器１０の内部には薄板状のスペーサ５が設けられている。スペーサ５は絶縁性材料からなるもので、上記目的を達成するのに必要な数だけ、かつ、必要な間隔をおいてＸ方向に平行に配置され、外囲器１０の内面および電子源１の表面にフリットガラス等で封着される。
【００６３】
スペーサ５の表面には、Ｘ方向に延びる３つのストライプ状の電極９ａ、９ｂ、９ｃが、それぞれＺ方向に間隔をおいて互いに平行に設けられている。各電極９ａ、９ｂ、９ｃは、後述する取り出し配線を通じて、外囲器１０の外部への取り出しが行なわれる。
【００６４】
以下に、上述した各構成要素について詳細に説明する。
【００６５】
（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。
【００６６】
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（図３では不図示）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１６、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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
工程ｂ：次に、厚さ１．０μｍ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。
【００７３】
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 とＨ２ ガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法による。
【００７４】
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２０００Ｎ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１６、１７を形成する。
【００７５】
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５０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１３を形成する。
【００７６】
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（ｃｃｐ４２３０ 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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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５０００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。
【００８０】
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。
【００８１】
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Ｄｏｙ１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、１０−６Ｔｏｒｒ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に電子放出部２３を形成できる。
【００８２】
（２）蛍光膜７
蛍光膜７は、モノクロームの場合は、電子が衝突することにより画像を形成する部材としての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。
【００８３】
（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７ａ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。
【００８４】
（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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
（５）スペーサ５
スぺーサ５としては、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であればどのようなものであっても構わないが、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、その熱膨張率が外囲器１０を成す部材と近いものが好ましい。
【００８８】
図９はスぺーサ５の要部拡大図斜視図である。前述したようにスペーサ５の表面には、各素子電極１６、１７が対向する方向（Ｘ方向）、すなわち電子源１とフェースプレート３のメタルバック８（図１参照）との間の電場のなす方向と垂直な方向に沿って延びる３つのストライプ状の電極９ａ、９ｂ、９ｃが間隔をおいて互いに平行に設けられており、その互いの間隔Ｓａｂ、Ｓｂｃと厚みＤａ 、Ｄｂ 、Ｄｃ との関係は、上記条件式（１）を満たしている。
【００８９】
スぺーサ５上の電極９ａ、９ｂ、９ｃ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、例えばＮｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属あるいは合金、あるいはＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ２ 、Ｐｄ−Ａｇ等の金属や金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体、あるいはＩｎ２ Ｏ３ −ＳｎＯ２ 等の透明導電体、あるいはポリシリコン等の半導体導体材料等が挙げられる。ただし、一定以上の厚み（数十μｍ以上）の形成に適した製法（印刷等）を適用できる材料が好ましい。
【００９０】
また、図１０に示すように、各電極９ａ、９ｂ、９ｃには、支持枠４の内面に設けられた３本の取り出し配線４ａ、４ｂ、４ｃがそれぞれ電気的に接続されており、これら各取り出し配線４ａ、４ｂ、４ｃにより、各電極９ａ、９ｂ、９ｃには外囲器１０（図１参照）の外部の不図示の電源により所定の電位が与えられる。各取り出し配線４ａ、４ｂ、４ｃは、例えば金属や金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体を用いて印刷により支持枠上に形成することができる。
【００９１】
以上説明した構成に基づき、各電子放出素子１５に、容器外端子Ｄｏｘ１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ＨＶ 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が励起されて発光し、画像が表示される。
【００９２】
この様子を図１１および図１２に示す。図１１および図１２は、それぞれ図１に示した画像形成装置における電子およびイオンの軌跡を説明するための図であり、図１１はＹ方向から見た図、図１２はＸ方向から見た図である。すなわち図１１に示すように、電子源１の素子電極１６、１７に電圧Ｖｆを印加することにより電子放出部２３から放出された電子は、フェースプレート３上のメタルバック８に印加された加速電圧Ｖａにより、電子源１の面に対する電子放出部２３からの法線に対して、正極側の素子電極１７のほうにずれて２５ｔで示した放物線軌跡をとって飛翔する。このため、蛍光膜７上の発光部中心は電子源１の面に対する電子放出部２３からの法線上からずれることになる。このような放射特性は、電子源１に平行な面内での電位分布が、電子放出部２３に対して非対称になることによるものと考えられる。
【００９３】
電子がフェースプレート３の内面に衝突することにより、蛍光膜７の発光現象以外に、図１２に示すように、蛍光膜７やメタルバック８に付着した粒子が電離・散乱される現象が生じる。この散乱粒子のうち、正イオンは電子源１及びフェースプレート３間に印加される電圧Ｖａにより電子源１側に向かって加速され、電界に対して垂直方向（図示Ｙ方向）の初速度に応じて、例えば、２６ｔ、２６ｔａｂ、２６ｔｂｃで示したような放物線軌道をとって飛翔する。
【００９４】
ここで、前記正イオンが電離した位置を原点としたとき、電子源１とフェースプレート３との間の電場のなす方向をＺ、それに直交する方向をＹ、電子源１とフェースプレート３との間隔をｄ、正イオンの初期運動エネルギーの最大値をＶｉとすると、電荷担持体のなす軌跡は、
Ｚ＝［Ｖａ／（４ｄ・Ｖｉ）］×Ｙ２
で表わされる。
【００９５】
そして、フェースプレート３からの距離Ｚｓでスペーサ５に衝突するとき、電荷担持体の飛翔方向は、
ｄｙ／ｄｚ＝√［（ｄ・Ｖｉ）／（Ｚｓ・Ｖａ）］
となる。
【００９６】
そこで、電極９ａ、９ｂ、９ｃの厚みと間隔との関係を条件式（１）に従って設定することにより、正イオンは電極９ａ、９ｂ、９ｃの表面に全て衝突し、スぺーサ５の非電極面に衝突することはない。従って、スぺーサ５への電荷付着による帯電は起こらない。なお、電極９ａ、９ｂ、９ｃは、正イオンが付着しても不図示の電源により、その位置における電子源１とメタルバック８のなす電位と同程度の電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３に保持される。
【００９７】
また、フェースプレート３と電子源１との間の空間には、上述した正イオンの他にも、電子源１から放出される電子の電荷担持体が存在するが、これについても同様に適用される。
【００９８】
正イオン等の電荷担持体がスペーサ５に付着しないようにするためには、スペーサ５の全面を１つの電極で覆ってしまうことも考えられるが、これでは電子源１とメタルバック８間の高電圧に耐えられなくなってしまうので、複数の電極９ａ、９ｂ、９ｃを設けた。また、電界強度が一部に集中しないようにするために、各電極９ａ、９ｂ、９ｃに適切な電位を与えている。
【００９９】
通常、電子放出素子１５の一対の素子電極１６、１７間の印加電圧Ｖｆは１２〜１６Ｖ程度、メタルバック８と電子放出素子１５との距離ｄは２ｍｍ〜８ｍｍ程度、メタルバック８と電子放出素子１５間の電圧Ｖａは１ｋＶ〜１０ｋＶ程度である。また、スペーサ５上に設けられた各電極９ａ、９ｂ、９ｃに印加される電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、各電極９ａ、９ｂ、９ｃがない場合の各位置での電位に対し、各々の値に対し２０〜３０％までは異なる値を設定してもよい。
【０１００】
以上述べた構成は、画像表示等に用いられる好適な画像形成装置を作製する上で必要な概略構成であり、例えば各部材の材料や配置等、詳細な部分は上述内容に限定されるものでなく、画像形成装置の用途に適するように適宜選択する。
【０１０１】
以下に、本実施例の画像形成装置を用いた画像表示の実験例を示す。
【０１０２】
（実験例１−１）
本実験例では、まず、未フォーミングの電子源１をリアプレート２に固定し、さらに図１３に示すように３本のストライプ電極９ａ、９ｂ、９ｃを両側の表面に形成したスぺーサ５（板厚２００μｍ、高さ５ｍｍ）を電子源１上に等間隔でＸ方向配線１２と平行に固定した。その後、電子源１の５ｍｍ上方に、フェースプレート３を支持枠４を介し配置し、リアプレート２、フェースプレート３、支持枠４の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中で４００℃乃至５００℃で１０分以上焼成することで封着した。このとき、スぺーサ５上の各々の電極９ａ、９ｂ、９ｃを支持枠４の表面に形成された複数の取出配線（不図示）に接触させるようにした。また、リアプレート２への電子源１の固定及びスぺーサ５の電子源１への固定もフリットガラスで行った。
【０１０３】
スぺーサ５上への３本の電極９ａ、９ｂ、９ｃの形成は、Ｐｄ、Ａｇ、ＲｕＯ２ 、Ｐｄ−Ａｇ等の金属や金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体を用いて印刷により行った。このとき、図１３の（ｂ）に示すように、各電極９ａ、９ｂ、９ｃの厚みＤは５０μｍ、高さＨは１．４ｍｍ、各電極９ａ、９ｂ、９ｃ間および電子源１、フェースプレート３との間隔Ｓは２００μｍとした。この電極形状（特に電極間隔に対する電極厚の比）は、フェースプレート３の内面上で散乱された正イオン（最大初期エネルギー約５０ｅＶ）あるいは電子源１上から放出される電子（最大初期エネルギー約１４ｅＶ）がなす放物線軌道が、スぺーサ５の非電極面上に到達しないという条件を満たすように条件式（１）に従って設定したものである。
【０１０４】
画像形成部材であるところの蛍光膜７は、本実験例では蛍光体７ａはストライプ形状（図８の（ａ）参照）を採用した。ブラックストライプの材料として、通常よく用いられている黒鉛を主成分とする材料を用いた。ガラス基板６に蛍光体７ａを塗布する方法はスラリー法を用いた。
【０１０５】
また、蛍光膜７の内面側に設けられるメタルバック８は、蛍光膜７の作製後、蛍光膜７の内面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を真空蒸着することで作製した。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の外面側に透明電極が設けられる場合もあるが、本実験例では、メタルバック８のみで十分な導電性が得られたので省略した。前述の封着を行う際、カラーの場合は各色蛍光体７ａを電子放出素子１５と対応させなくてはいけないため、十分な位置合わせを行った。
【０１０６】
以上にようにして完成したガラス容器内の雰囲気を排気管（不図示）を通じ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Ｄｏｙ１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２３を形成した。フォーミング処理は、図７に示した、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行なった。
【０１０７】
次に、１０−６Ｔｏｒｒ程度の真空度で、不図示の排気管をガスバーナで熱することで溶着し外囲器１０の封止を行った。
【０１０８】
最後に、封止後の真空度を維持するために、ゲッター処理を行った。
【０１０９】
以上のようにして完成した画像形成装置において、各電子放出素子１５には、容器外端子Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍとＤｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じ、走査信号及び変調信号を不図示の信号発生手段によりそれぞれ印加することにより電子を放出させ、メタルバック８（或いは不図示の透明電極）には、高圧端子Ｈｖを通じて高圧を印加することにより電子ビームを加速し、蛍光膜７に電子を衝突させ、蛍光体を励起・発光させることで画像を表示した。なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧は５ｋＶ、素子電極１６、１７への印加電圧は１４Ｖとした。また、スぺーサ５上に設けられた３本の電極９ａ、９ｂ、９ｃへの印加電圧は、メタルバック８に近い側から各々４ｋＶ、２．５ｋＶ、１ｋＶとした。
【０１１０】
このとき、スぺーサ５に近い位置にある電子放出素子１５からの放出電子による発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよい画像表示ができた。このことは、スぺーサ５を設置しても電子軌道に影響を及ぼすような電界の乱れは発生しなかったことを示している。
【０１１１】
（実験例１−２）
実験例１−１との差異は、電極９ａ、９ｂ、９ｃの各々の厚みＤを互いに異ならせたことにあり、メタルバック８に近い側から各々の厚みＤを５０、４０、３０μｍとした。この電極形状（特に電極間隔に対する電極厚の比）は、フェースプレート３の内面で散乱された正イオン（最大初期エネルギー約５０ｅＶ）がなす放物線軌道が、スぺーサ５の非電極面上に到達しないという条件を満たすように設定した。
【０１１２】
このときも、スペーサ５に近い位置にある電子放出素子１５からの放出電子による発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよい画像表示ができた。
【０１１３】
（実験例１−３）
実験例１−１との差異は、電極９ａ、９ｂ、９ｃの高さＨおよび間隔Ｓを互いに異ならせたことにあり、メタルバック８に近い側から各々の高さＨを１．４５、１．４、１．３５ｍｍとし、互いの間隔Ｓを０．１５、０．２５ｍｍとした。この電極形状（特に電極間隔に対する電極厚の比）は、実験例２と同様に、フェースプレート３の内面で散乱された正イオン（最大初期エネルギー約５０ｅＶ）がなす放物線軌道が、スぺーサ５の非電極面上に到達しないという条件を満たすように設定した。
【０１１４】
このときも、スペーサ５に近い位置にある電子放出素子１５からの放出電子による発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよい画像表示ができた。
【０１１５】
本実施例では、取り出し配線４ａを支持枠４に設け、外囲器１０の外部への各電極９ａ、９ｂ、９ｃの取り出しを支持枠４から行なった例を示したが、この場合、支持枠４の近傍での電界乱れも防止でき、かつ、耐電圧特性も良好に保つことができる。
【０１１６】
他の方法としては、図１４に示すように、支持枠４よりも一回り大きいリアプレート２’を用い、このリアプレート２’に取り出し配線２’ａ 、２’ｂ 、２’ｃ を設けてリアプレート２’から各電極９ａ、９ｂ、９ｃの取り出しを行なったり、図１５に示すように、支持枠４よりも一回り大きいフェースプレート３’を用い、このフェースプレート３’に取り出し配線３’ａ 、３’ｂ 、３’ｃ を設けてフェースプレート３’から各電極９ａ、９ｂ、９ｃの取り出しを行なってもよい。この場合は、電子源１またはフェースプレート３の基板上から配線が取り出せるので、電気的接続がやり易くなる。
【０１１７】
さらに、図１６に示すように、フェースプレート３のメタルバック８および電子源１の、スペーサ５が接触する部位にそれぞれ印刷等により導電性部材（不図示）を設け、これら各導電性部材間を、各電極９ａ、９ｂ、９ｃ間に設けられた高抵抗導電膜３２を介して電気的に接続した構成としてもよい。あるいは各導電性部材の代りに、電子源１のＸ方向配線１２またはＹ方向配線１３が取り出し配線を兼ねてもよく、また、メタルバック８が取り出し配線を兼ねてもよい。高抵抗導電膜３２は、例えば、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、かつ、各電極９ａ、９ｂ、９ｃの電位を安定させるのに適当な抵抗値を持つ半絶縁性膜で形成される。この場合は、電子源１およびフェースプレート３の周辺部へ取り出し配線を追加して設ける必要がないので、装置サイズを小さくできる。また、スペーサ５自体を上記周辺部まで延ばす必要がなくなるので、スペーサ５の配置をかなり自由に行なうことができる。
【０１１８】
（第２実施例）
本実施例は、スペーサに設ける電極の数を５本とした点が、第１実施例と異なる。その他の構成は第１実施例と同様であるので、その説明は省略する。
【０１１９】
具体的には、各電極の厚みは２０μｍ、高さは０．９ｍｍ、各電極間および電子源、フェースプレートとの間隔は８０μｍとした。また、５本の電極への印加電圧は、メタルバックに近い側から各々４．１５、３．３、２．５、１．７、０．８５ｋＶとした。この電極形状（特に電極間隔に対する電極厚の比）は、第１実施例と同様に、フェースプレートの内面上で散乱された正イオン（最大初期エネルギー約５０ｅＶ）がなす放物線軌道が、スぺーサの非電極面上に到達しないという条件を満たすように設定した。
【０１２０】
このときも、スペーサに近い位置にある電子放出素子からの放出電子による発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよい画像表示ができた。
【０１２１】
本実施例では５本の電極を設け、また、第１実施例では３本の電極を設けたが、電極の数は３本や５本に限定されるものではなく、必要に応じて増減することができる。
【０１２２】
（第３実施例）
図１７は、本発明の画像形成装置の第３実施例の一部を破断した斜視図である。本実施例は、装置サイズを小さくするために、支持枠５４を電子源５１上の電子放出部及びフェースプレート５３上の発光部に近接して設け、かつ支持枠５４の内側の表面にスぺーサ５５の電極５９ａ、５９ｂ、５９ｃと同様なストライプ状の電極７９ａ、７９ｂ、７９ｃを設けた点が、第１実施例と異なる。その他の構成は第１実施例と同様であるのでそれらの詳しい説明は省略し、以下、本実施例の画像形成装置について、その製造手順とともに説明する。
【０１２３】
まず、未フォーミングの電子源５１をリアプレート５２に固定し、さらに３本のストライプ状の電極５９ａ、５９ｂ、５９ｃを表面に形成したスぺーサ５５（板厚２００μｍ、高さ５ｍｍ）を電子源５１上に等間隔でＸ方向配線６２と平行に固定した。その後、電子源５１の５ｍｍ上方にフェースプレート５３を、３本のストライプ状の電極７９ａ、７９ｂ、７９ｃを内側の表面に形成した支持枠５４を介し配置し、リアプレート５２、フェースプレート５３、支持枠５４の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中で４００℃乃至５００℃で１０分以上焼成することで封着した。スぺーサ５５上の各々の電極５９ａ、５９ｂ、５９ｃおよび支持枠５４上の各々の電極７９ａ、７９ｂ、７９ｃには、それぞれ取り出し配線（不図示）により所定の電位が与えられる。また、リアプレート５２への電子源５１の固定及びスぺーサ５５の電子源５１への固定もフリットガラスで行った。
【０１２４】
支持枠５４は４本の板状部材からなり、スぺーサ５５上への電極５９ａ、５９ｂ、５９ｃの形成、および支持枠５４（板状部材）上への電極７９ａ、７９ｂ、７９ｃの形成は、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ２ 、Ｐｄ−Ａｇ等の金属や金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体を用いて印刷により行った。このとき、各電極５９ａ、５９ｂ、５９ｃ、７９ａ、７９ｂ、７９ｃの厚みは５０μｍ、高さは１．４ｍｍ、各電極間及び電子源５１、フェースプレート５３との間隔は２００μｍとした。この電極形状（特に電極間隔に対する電極厚の比）は、フェースプレート５３の内面上で散乱された正イオン（最大初期エネルギー約５０ｅＶ）あるいは電子源５１上から放出される電子（最大初期エネルギー約１４ｅＶ）がなす放物線軌道が、スぺーサ５５および支持枠５４の非電極面上に到達しないという条件を満たすように設定した。
【０１２５】
以上のようにして完成した画像形成装置において、各電子放出素子６５には、容器外端子Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍとＤｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じ、走査信号及び変調信号を不図示の信号発生手段によりそれぞれ印加することにより電子放出させ、メタルバック５８（あるいは不図示の透明電極）には、高圧端子Ｈｖを通じて高圧を印加することにより電子ビームを加速し、蛍光膜５７に電子を衝突させ、蛍光体を励起・発光させることで画像を表示した。なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧は５ｋＶ、電子放出素子６５の一対の素子電極への印加電圧は１４Ｖとした。また、各電極５９ａ、５９ｂ、５９ｃ、７９ａ、７９ｂ、７９ｃへの印加電圧は、メタルバック５８に近い側から各々４ｋＶ、２．５ｋＶ、１ｋＶとした。
【０１２６】
このとき、スぺーサ５５および支持枠５４に近い位置にある電子放出素子６５からの放出電子による発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよい画像表示ができた。このことは、スぺーサ５５を設置しても電子軌道に影響を及ぼすような電界の乱れは発生しなかったことを示している。また、装置サイズも第１実施例に比べ、よりコンパクトになった。
【０１２７】
（第１参考例）
図１８は、本発明の画像形成装置の第１参考例のスペーサの断面図であり、図１９は、図１８に示したスペーサの拡大斜視図である。
【０１２８】
本実施例では、図１８および図１９に示すように、電子源１０１とフェースプレート１０３との間に封着されるスペーサ１０５の表面には、Ｘ方向、すなわち電子放出素子１１５を構成する一対の素子電極１１６、１１７が対向する方向に延びる３つのストライプ状の凸部１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ（厚みＤ’、高さＨ’）が互いにＺ方向に間隔Ｓ’をおいて一体的に設けられ、これら各凸部１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの表面に、それぞれ電極１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃが形成されている。各電極１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃの間隔と突出量との関係は、それぞれ条件式（１）を満たしている。スペーサ１０５へ凸部１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃを形成する方法としては、例えばガラス研磨による方法が挙げられる。また、電極１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃを形成する方法としては、印刷による方法や、斜方蒸着による方法などが挙げられる。その他の構成については第１実施例と同様であるので、その説明は省略する。
【０１２９】
このように、スペーサ１０５に凸部１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃを設け、その表面に電極１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃを形成しても、結果として電極１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃの間隔に対する突出量の比が条件式（１）を満たしていれば、スペーサ１０５への電荷付着による帯電は起こらない。また、各電極１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃそのものの厚みは、他の実施例に比べ、より薄くできた。
【０１３０】
以下に、本実施例の画像形成装置を用いた画像表示の実験例を示す。
【０１３１】
（実験例４−１）
本実験例では、厚みＤ’が５０μｍ、高さＨ’が１．４ｍｍ、間隔Ｓ’が２００μｍで凸部１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃが形成されたスペーサ１０５を用い、各凸部１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの表面に電極を形成した。電極の形成は、金属や金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体を用いて印刷により行なった。この電極形状（特に電極間隔に対する突出量の比）は、フェースプレート１０３の内面で散乱された正イオン（最大初期エネルギー約５０ｅＶ）あるいは電子源１０１から放出される電子（最大初期エネルギー約１４ｅＶ）がなす放物線軌道が、スペーサ１０５の非電極面上に到達しないという条件を満たすように設定した。
【０１３２】
そして、その他の条件を第１実施例と同様の条件として画像を表示させたところ、スペーサ１０５に近い位置にある電子放出素子１１５からの放出電子による発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現正のよい画像表示ができた。このことは、スペーサ１０５を設置しても電子軌道に影響を及ぼすような電界の乱れが発生しなかったことを示している。
【０１３３】
（実験例４−２）
実験例４−１との差異は、スペーサ１０５の凸部１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの各々の厚みＤ’を互いに異ならせたことにあり、メタルバック１０８に近い側から各々の厚みＤ’を５０、４０、３０μｍとした。この電極形状（特に電極間隔に対する突出量の比）は、フェースプレート１０３の内面で散乱された正イオン（最大初期エネルギー約５０ｅＶ）がなす放物線軌道が、スぺーサ１０５の非電極面上に到達しないという条件を満たすように設定した。
【０１３４】
このときも、スペーサ１０５に近い位置にある電子放出素子１１５からの放出電子による発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよい画像表示ができた。
【０１３５】
（実験例４−３）
実験例４−１との差異は、スペーサ１０５の凸部１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの高さＨ’および間隔Ｓ’を互いに異ならせたことにあり、メタルバック１０８に近い側から各々の高さＨ’を１．４５、１．４、１．３５ｍｍとし、互いの間隔Ｓ’を０．１５、０．２５ｍｍとした。この電極形状（特に電極間隔に対する突出量の比）は、実験例２と同様に、フェースプレート１０３の内面で散乱された正イオン（最大初期エネルギー約５０ｅＶ）がなす放物線軌道が、スぺーサ１０５の非電極面上に到達しないという条件を満たすように設定した。
【０１３６】
このときも、スペーサ１０５に近い位置にある電子放出素子１１５からの放出電子による発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよい画像表示ができた。
【０１３７】
なお、本参考例では、スペーサ１０５に設けられる凸部１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの形状が矩形状のものの例を示したが、それに限らず、図２０の（ａ）〜（ｃ）に示すような断面視三角状の凸部１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃとしたり、図２０の（ｄ）に示すような断面視円弧状の凸部１５５ｄとすることもできる。このようにした場合でも、凸部の表面に形成される電極の間隔Ｓと突出量Ｄとの比が条件式（１）を満たしていれば、スペーサへの荷電付着による帯電を防止できる。
【０１３８】
（第２参考例）
本実施例は、スペーサ近傍での電界をより均一にするために、スペーサに設ける凸部の数を５本とし、その各々に電極を形成した点が、第１参考例と異なる。その他の構成は第１参考例と同様であるので、その説明は省略する。
【０１３９】
具体的には、スペーサの各凸部の厚みを２０μｍ、高さを０．９ｍｍとし、各電極間および電子源、フェースプレートとの間隔は８０μｍとした。また、５本の電極への印加電圧は、メタルバックに近い側から各々４．１５、３．３、２．５、１．７、０．８５ｋＶとした。この電極形状（特に電極間隔に対する突出量の比）は、第１実施例と同様に、フェースプレートの内面で散乱された正イオン（最大初期エネルギー約５０ｅＶ）がなす放物線軌道が、スぺーサの非電極面上に到達しないという条件を満たすように設定した。
【０１４０】
このときも、スペーサに近い位置にある電子放出素子からの放出電子による発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよい画像表示ができた。
【０１４１】
（第３参考例）
本参考例は、図１７で説明した第３実施例と同様に支持枠にも３つの電極を設けたものであるが、支持枠の内面に３つのストライプ状の凸部を設け、その表面にそれぞれ電極を形成した点が第３実施例と異なる。
【０１４２】
具体的には、支持枠の内面に、厚みが５０μｍ、高さが１．４ｍｍ、間隔が２００μｍの３つの凸部を電子源に沿って設け、その表面にそれぞれ電極を形成した。この電極形状（特に電極間隔に対する突出量の比）は、フェースプレートの内面で散乱された正イオン（最大初期エネルギー約５０ｅＶ）あるいは電子源から放出される電子（最大初期エネルギー約１４ｅＶ）がなす放物線軌道が、スペーサおよび支持枠の非電極面上に到達しないという条件を満たすように設定した。その他の構成については第３実施例と同様であるので、その説明は省略する。
【０１４３】
そして、第３実施例と同様の条件で画像を表示したところ、スペーサおよび支持枠に近い位置にある電子放出素子からの放出電子による発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよい画像表示ができた。このことは、スペーサを設置しても電子軌道に影響を及ぼすような電界の乱れが発生しなかったことを示している。また、第３実施例と同様に、装置サイズがよりコンパクトになった。
【０１４４】
（第４実施例）
図２１は、本発明の画像形成装置に、例えばテレビジョン放送をはじめとする種々の画像情報源より提供される画像情報を表示できるように構成した画像表示装置の一例を示すための図である。尚、本表示装置は、例えばテレビジョン信号のように映像情報と音声情報の両方を含む信号を受信する場合には、当然映像の表示と同時に音声を再生するものであるが、本発明の特徴と直接関係しない音声情報の受信、分離、再生、処理、記憶等に関する回路やスピーカー等については説明を省略する。
【０１４５】
以下、画像信号の流れに沿って各部を説明してゆく。
【０１４６】
まず、ＴＶ信号受信回路５１３は、例えば電波や空間光通信などのような無線伝送系を用いて伝送されるＴＶ画像信号を受信するための回路である。受信するＴＶ信号の方式は特に限られるものではなく、例えば、ＮＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式、ＳＥＣＡＭ方式などの諸方式でも良い。また、これらよりさらに多数の走査線よりなるＴＶ信号（例えばＭＵＳＥ方式を始めとするいわゆる高品位ＴＶ）は、大面積化や大画素数化に適した本発明の画像形成装置を用いたディスプレイパネル５００の利点を生かすのに好適な信号源である。ＴＶ信号受信回路５１３で受信されたＴＶ信号は、デコーダ５０４に出力される。
【０１４７】
また、画像ＴＶ信号受信回路５１２は、例えば同軸ケーブルや光ファイバーなどのような有線伝送系を用いて伝送されるＴＶ画像信号を受信するための回路である。ＴＶ信号受信回路５１３と同様に、受信するＴＶ信号の方式は特に限られるものではなく、また本回路で受信されたＴＶ信号もデコーダ５０４に出力される。
【０１４８】
また、画像入力インターフェース回路５１１は、例えばＴＶカメラや画像読取スキャナーなどの画像入力装置から供給される画像信号を取り込むための回路で、取り込まれた画像信号はデコーダ５０４に出力される。
【０１４９】
また、画像メモリインターフェース回路５１０は、ビデオテープレコーダ（以下ＶＴＲと略す）に記憶されている画像信号を取り込むための回路で、取り込まれた画像信号はデコーダ５０４に出力される。
【０１５０】
また、画像メモリインターフェース回路５０９は、ビデオディスクに記憶されている画像信号を取り込むための回路で、取り込まれた画像信号はデコーダ５０４に出力される。
【０１５１】
また、画像メモリインターフェース回路５０８は、いわゆる静止画ディスクのように、静止画像データを記憶している装置から画像信号を取り込むための回路で、取り込まれた静止画像データはデコーダ５０４に出力される。
【０１５２】
また、入出力インターフェース回路５０５は、本表示装置と、外部のコンピュータ、コンピュータネットワークもしくはプリンタなどの出力装置とを接続するための回路である。画像データや文字・図形情報の入出力を行うのはもちろんのこと、場合によっては本表示装置の備えるＣＰＵ５０６と外部との間で制御信号や数値データの入出力などを行うことも可能である。
【０１５３】
また、画像生成回路５０７は、入出力インターフェース回路５０５を介して外部から入力される画像データや文字・図形情報や、あるいはＣＰＵ５０６より出力される画像データや文字・図形情報に基づき表示用画像データを生成するための回路である。本回路の内部には、例えば画像データや文字・図形情報を蓄積するための書き換え可能メモリや、文字コードに対応する画像パターンが記憶されている読み出し専用メモリや、画像処理を行うためのプロセッサなどを初めとして画像の生成に必要な回路が組み込まれている。
【０１５４】
画像生成回路５０７により生成された表示用画像データは、デコーダ５０４に出力されるが、場合によっては入出力インターフェース回路５０５を介して外部のコンピュータネットワークやプリンターに出力することも可能である。
【０１５５】
また、ＣＰＵ５０６は、主として本表示装置の動作制御や、表示画像の生成、選択、編集に関わる作業を行なう。
【０１５６】
例えば、マルチプレクサ５０３に制御信号を出力し、ディスプレイパネルに表示する画像信号を適宜選択したり組み合わせたりする。また、その際には表示する画像信号に応じてディスプレイパネルコントローラ５０２に対して制御信号を発生し、画像表示周波数や走査方法（例えばインターレースかノンインターレースか）や一画面の走査線の数など表示装置の動作を適宜制御する。
【０１５７】
また、画像生成回路５０７に対して画像データや文字・図形情報を直接出力したり、あるいは入出力インターフェース回路５０５を介して外部のコンピュータやメモリをアクセスして画像データや文字・図形情報を入力する。
【０１５８】
なお、ＣＰＵ５０６は、むろんこれ以外の目的の作業にも関わるものであってもよい。例えば、パーソナルコンピュータやワードプロセッサなどのように、情報を生成したり処理する機能に直接関わってもよい。
【０１５９】
あるいは、前述したように入出力インターフェース回路５０５を介して外部のコンピュータ−ネットワークと接触し、例えば数値計算などの作業を外部機器と協同して行なってもよい。
【０１６０】
また、入力部５１４は、ＣＰＵ５０６に使用者が命令やプログラム、あるいはデータなどを入力するためのものであり、例えばキーボードやマウスの他、ジョイステック、バーコードリーダー、音声認識装置など多様な入力機器を用いることが可能である。
【０１６１】
また、デコーダ５０４は、画像生成回路５０７ないしＴＶ信号受信回路５１３より入力される種々の画像信号を３原色信号、または輝度信号とＩ信号、Ｑ信号に逆変換するための回路である。なお、同図中に点線で示すように、デコーダ５０４は内部に画像メモリを備えるのが望ましい。これは、例えばＭＵＳＥ方式をはじめとして、逆変換するに際して画像メモリを必要とするようなテレビ信号を扱うためである。また、画像メモリを備えることにより、静止画の表示が容易になる、あるいは画像生成回路５０７およびＣＰＵ５０６と協同して画像の間引き、補間、拡大、縮小、合成をはじめとする画像処理や編集が容易に行なえるようになるという利点が生まれるからである。
【０１６２】
また、マルチプレクサ５０３はＣＰＵ５０６より入力される制御信号に基づき表示画像を適宜選択するものである。すなわち、マルチプレクサ５０３はデコーダ５０４から入力される逆変換された画像信号のうちから所望の画像信号を選択して駆動回路５０１に出力する。その場合には、一画面表示時間内で画像信号を切り換えて選択することにより、いわゆる多画面テレビのように、一画面を複数の領域に分けて領域によって異なる画像を表示することも可能である。
【０１６３】
また、ディスプレイパネルコントローラ５０２は、ＣＰＵ５０６より入力される制御信号に基づき駆動回路５０１の動作を制御するための回路である。
【０１６４】
まず、ディスプレイパネル５００の基本的な動作に関わるものとして、例えばディスプレイパネル５００の駆動用電源（不図示）の動作シーケンスを制御するための信号を駆動回路５０１に対して出力する。
【０１６５】
また、ディスプレイパネル５００の駆動方法に関わるものとして、例えば画面表示周波数や走査方法（例えばインターレースかノンインターレースか）を制御するための信号を駆動回路５０１に対して出力する。
【０１６６】
また、場合によっては表示画像の輝度、コントラスト、色調、シャープネスといった画質の調整に関わる制御信号を駆動回路５０１に対して出力する場合もある。
【０１６７】
また、駆動回路５０１は、ディスプレイパネル５００に印加する駆動信号を発生するための回路であり、マルチプレクサ５０３から入力される画像信号と、ディスプレイパネルコントローラ５０２より入力される制御信号に基づいて動作するものである。
【０１６８】
以上、各部の機能を説明したが、図２１に例示した構成により、本表示装置においては多様な画像情報源より入力される画像情報をディスプレイパネル５００に表示することが可能である。すなわち、テレビジョン放送をはじめとする各種の画像信号はデコーダ５０４において逆変換された後、マルチプレクサ５０３において適宜選択され、駆動回路５０１に入力される。一方、ディスプレイコントローラ５０２は、表示する画像信号に応じて駆動回路５０１の動作を制御するための制御信号を発生する。駆動回路５０１は、上記画像信号と制御信号に基づいてディスプレイパネル５００に駆動信号を印加する。これにより、ディスプレイパネル５００において画像が表示される。これらの一連の動作は、ＣＰＵ５０６により統括的に制御される。
【０１６９】
また、本表示装置においては、デコーダ５０４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路５０７およびＣＰＵ５０６が関与することにより、単に複数の画像情報の中から選択したものを表示するだけでなく、表示する画像情報に対して、例えば拡大、縮小、回転、移動、エッジ強調、間引き、補間、色変換、画像の縦横比変換などをはじめとする画像処理や、合成、消去、接続、入れ替え、はめ込みなどをはじめとする画像編集を行なうことも可能である。また、本実施例の説明では、特に触れなかったが、上記画像処理や画像編集と同様に、音声情報に関しても処理や編集を行なうための専用回路を設けてもよい。
【０１７０】
従って、本表示装置は、テレビジョン放送の表示機器、テレビ会議の端末機器、静止画像及び動画像を扱う画像編集機器、コンピューターの端末機器、ワードプロセッサをはじめとする事務用端末機器、ゲーム機などの機能を一台で兼ね備えることが可能で、産業用或いは民生用として極めて応用範囲が広い。
【０１７１】
尚、上記図２１は、本発明による画像形成装置を用いた表示装置の構成の一例を示したに過ぎず、これのみに限定されるものでないことは言うまでもない。例えば図２１の構成要素のうち使用目的上必要のない機能に関わる回路は省いても差し支えない。またこれとは逆に、使用目的によってはさらに構成要素を追加してもよい。例えば、本表示装置をテレビ電話機として応用する場合には、テレビカメラ、音声マイク、照明機、モデムを含む送受信回路などを構成要素に追加するのが好適である。
【０１７２】
本表示装置においては、とりわけ本発明による画像形成装置の薄型化が容易なため、表示装置の奥行きを小さくすることができる。それに加えて、大画面化が容易で輝度が高く視野角特性にも優れるため、本表示装置は臨場感あふれ迫力に富んだ画像を視認性良く表示することが可能である。
【０１７３】
上述した各実施例では、電子源上に配置した各電子放出素子の一対の素子電極への印加電圧により電子のオン（放出）とオフ（非放出）を制御したが、電子放出素子とは別の変調電極を設け、この変調電極により電子のオンとオフを制御してもよい。変調電極としては、電子源が設けられる絶縁性基板上に一体成型したものや、電子源が設けられる絶縁性基板とフェースプレートとの間の空間上に配置したもの等が可能である。上記構成においては、変調電極に印加される電圧により、これまでの実施例とは異なる電界分布となるが、基本的にはこの電位分布に対して、これまでの実施例と同様の条件式に従った電極を設けたスペーサあるいは支持枠を設置することにより、これまでの実施例と同様の効果を得ることができる。特に、絶縁性基板とフェースプレートとの間の空間上に配置した場合は、電子源と変調電極間およびフェースプレートと変調電極の間の各々の空間に形成される電位分布に対し、これまでの条件式と同様の条件式に従った電極を設けたスペーサあるいは支持枠を設置することにより、これまでの実施例と同様の効果を得ることができる。また、変調電極を前記空間上に支持するための別のスペーサが付加される場合もあるが、そのスペーサに対しても同様な構成を用いればよい。
【０１７４】
さらに、他の作用をなす電極（偏向電極、収束電極等）を付加した場合についても、これら付加電極間の空間に設置されるスペーサあるいは支持枠に対し、同様の条件で電極を設けることにより、同様の効果を得ることができる。
【０１７５】
これらの場合、変調電極等の各電極で区分される空間（以下、「部分空間」という）内に設置された絶縁性部材の表面には、条件式（１）と実質的に同等な以下の条件式（２）にしたがって、電位規定された電極を設ければよい。
（突出量／電極間隔）≧√［Ｖｉ／（ｚ・Ｅｚ）］…条件式（２）
ただし、
Ｖｉ：上記部分空間に入射する電荷担持体の初期運動エネルギーの最大値
ｚ：上記部分空間内の電場の平均的方向のなす方向
Ｅｚ：上記部分空間内のｚ方向の電場の平均値
突出量：ｚ方向に直交する方向への前記電極の突出量
電極間隔：ｚ方向での前記電極の間隔
とする。
【０１７６】
以上の実施例においては、電子放出素子として表面伝導型電子放出素子を用いた例を示したが、それに限らず、ＦＥ型電子放出素子やＭＩＭ型電子放出素子を用いたものでも、電子放出軌道の安定性の点では同様の効果が得られる。ただし、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という点を考えると、表面伝導型電子放出素子を用いることが好ましい。これは特に、大型の画像形成装置において有効である。
【０１７７】
また、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。
【０１７８】
さらに、以上の実施例で用いた蛍光体のように直接発光する物質を有する画像形成部材を用いたものに限らず、電子の帯電による潜像画像が形成されるような部材を有する画像形成部材を用いたものであれば、本発明は適用できる。
【０１７９】
そして、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。
【０１８０】
【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。
【０１８１】
本発明の電子線発生装置は、電子源と電子被照射部材との間に配置された支持枠や耐大気圧構造体等の絶縁性部材の表面に、電位規定された電極を設けることにより、絶縁性部材の表面には前記荷電担持体が付着しにくくなるので、電子放出素子から放出される電子の軌道のずれを防止できる。しかも、電極は電子源と電子被照射部材との間の電場のなす方向と垂直な方向に沿って複数設けられているので、電子被照射部材の加速電極に印加される電圧にも耐え得る構造とすることができる。
【０１８２】
特に、電子源と電子被照射部材との間に存在する電荷担持体の軌跡を考慮し、各電極の突出量と電極間隔との比を条件式（１）に従って設定することにより、絶縁性部材への電荷担持体の軌跡が電極によって遮られ、絶縁性部材への帯電を完全に防止することができる。従って、絶縁性部材に複数の凸部を形成し、それら各凸部にそれぞれ電極を設けても同様の効果が得られる。
【０１８３】
電子源と電子被照射部材との間に少なくともひとつの電極部を有する場合にも、絶縁性部材の表面に、絶縁性部材が設置された空間の電場のなす方向と垂直な方向に沿って複数の電極を設けることで、上述した効果と同様の効果を得ることができる。この場合には、各電極の突出量と電極間隔との比は、条件式（２）に従って設定すれば、絶縁性部材への帯電を完全に防止できる。
【０１８４】
また、各電極の取り出し配線を支持枠に設けることで、支持枠近傍での電界乱れも防止でき、かつ、耐電圧特性も良好に保つことができるし、取り出し配線をフェースプレートに設けると、電気的接続をやり易くすることができる。さらに、絶縁性部材に高抵抗導電膜を形成し、これと電気的に接続される導電性部材に取り出し配線を設けることで、装置サイズを小さくすることができるとともに、スペーサを自由に配置することができる。
【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スペーサ近傍の断面図である。
【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】図１に示した画像形成装置のスペーサ近傍の拡大斜視図である。
【図１０】スペーサに設けられた各電極の取り出し配線の一例を示す図である。
【図１１】図１に示した画像形成装置における電子およびイオンの軌跡を説明するための図で、スペーサ近傍の電子放出部をＹ方向から見た図である。
【図１２】図１に示した画像形成装置における電子およびイオンの軌跡を説明するための図で、スペーサ近傍の電子放出部をＸ方向から見た図である。
【図１３】スペーサに設けられた各電極の形状を説明するための図である。
【図１４】スペーサに設けられた各電極の取り出し配線の他の例を示す図である。
【図１５】スペーサに設けられた各電極の取り出し配線の他の例を示す図である。
【図１６】スペーサに設けられた各電極の取り出し配線の他の例を示す図である。
【図１７】本発明の画像形成装置の第３実施例の一部を破断した斜視図である。
【図１８】本発明の画像形成装置の第１参考例のスペーサ近傍の断面図である。
【図１９】図１８に示した画像形成装置のスペーサ近傍の拡大斜視図である。
【図２０】図１８に示した画像形成装置のスペーサの形状の他の例を示す断面図である。
【図２１】本発明の画像形成装置を用いた画像表示装置の一例のブロック図である。
【図２２】表面伝導型電子放出素子の典型的な素子構成を示すであり、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ’線断面図である。
【図２３】図２２に示した表面伝導型電子放出素子の製造工程を順に示した図である。
【図２４】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２５】従来の表面伝導型電子放出素子の平面図である。
【符号の説明】
１、５１、１０１ 電子源
２、２’、５２ リアプレート
２’ａ 、２’ｂ 、２’ｃ 取り出し配線
３、３’、５３、１０３ フェースプレート
３’ａ 、３’ｂ 、３’ｃ 取り出し配線
４、５４ 支持枠
４ａ、４ｂ、４ｃ 取り出し配線
５、５５、１０５ スペーサ
６ ガラス基板
７、５７ 蛍光膜
７ａ 蛍光体
７ｂ 黒色導電材
８、５８、１０８ メタルバック
９ａ、９ｂ、９ｃ、５９ａ、５９ｂ、５９ｃ、７９ａ、７９ｂ、７９ｃ、１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ 電極
１０ 外囲器
１１ 絶縁性基板
１２、６２ 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、１１６、１１７ 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
３２ 高抵抗導電膜
１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃ、１５５ｄ 凸部
５００ ディスプレイパネル
５０１ 駆動回路
５０２ ディスプレイパネルコントローラ
５０３ マルチプレクサ
５０４ デコーダ
５０５ 入出力インターフェース回路
５０６ ＣＰＵ
５０７ 画像生成回路
５０８、５０９、５１０ 画像メモリインターフェース回路
５１１ 画像入力インターフェース回路
５１２、５１３ ＴＶ信号受信回路
５１４ 入力部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron beam generator and an image forming apparatus such as an image display device using the same, and more particularly to an electron beam generator and an image forming apparatus having a large number of surface conduction electron-emitting devices.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, two types of electron emitting elements, a thermionic electron source and a cold cathode electron source, are known, and an image forming apparatus using these electron sources is also known.
[0003]
As a flat type image forming apparatus using a thermionic electron source, the one shown in FIG. 24 is known. FIG. 24 is a schematic configuration diagram of a conventional image forming apparatus using a thermionic electron source. This image forming apparatus is arranged in parallel on an insulating support 1501, and has a plurality of anodes 1502, the surfaces of which are coated with a member (phosphor) emitting light by electron beam impact, in parallel with and opposed to the anodes 1502. And a plurality of grids 1504 arranged between the anode 1502 and the filament 1503 at right angles to the anode 1502 and the filament 1503. The anode 1502, the filament 1503, and the grid 1504 Are held in a transparent container 1505. The container 1505 is hermetically bonded (hereinafter, referred to as “sealing”) to the insulating support 1501 so that a vacuum inside the container 1505 can be maintained, and the inside of the envelope formed by the container 1505 and the insulating support 1501-6The vacuum is maintained at about Torr.
[0004]
The filament 1503 emits electrons by being heated in a vacuum, and by applying an appropriate voltage to the grid 1504 and the anode 1502, the electrons emitted from the filament 1503 collide with the anode 1502 and The applied phosphor emits light. By matrix-addressing the rows of the anode 1502 (X direction) and the rows of the grid 1504 (Y direction), the light emission position can be controlled, and an image can be displayed through the container 1505.
[0005]
However, an image forming apparatus using a thermionic electron source,
(1) Large power consumption.
(2) Since the modulation speed is slow, it is difficult to display a large capacity.
(3) Variation among the elements is likely to occur, and the structure is complicated, so that it is difficult to enlarge the screen.
There is a problem.
[0006]
Therefore, an image forming apparatus using a cold cathode electron source instead of a thermionic electron source has been considered.
[0007]
The cold cathode electron source includes a field emission type (hereinafter, referred to as FE type), a metal / insulating layer / metal type (hereinafter, referred to as MIM type), and a surface conduction type electron emission element (hereinafter, referred to as SCE).
[0008]
As an example of the FE type, W. P. Dyke & W. W. Dolan, "Field emission", Advance in Electron Physics, 8, 89 (1956), or C.I. A. SPindt, "PHYSICAL Properties of thin-film field cathodes with moisturedencoses", J. Amer. Appl. Phys. , 47, 5248 (1976).
[0009]
Examples of the MIM type include C.I. A. Mead, "Operation of Tunnel-emission Devices", J. Amer. Appl. Phys. , 32, 646 (1961).
[0010]
Examples of SCE include: I. Elinson, Radio Eng. Electron Phys. , 10, (1965). The SCE utilizes a phenomenon in which electron emission occurs when a current flows in a small-area thin film formed on a substrate in parallel with the film surface. The SCE includes SnO by Elinson et al.2 One using a thin film, one using an Au thin film [G. Dittmer: "Thin Solid Films", 9, 317 (1972)], In2O3/ SnO2 By a thin film [M. Hartwell and C.I. G. FIG. Fonstad: "IEEE Trans. ED Conf.", 519 (1975)], and a method using a carbon thin film [Hisashi Araki et al .: Vacuum, Vol. 26, No. 1, p. 22 (1983)] and the like are reported.
[0011]
As a typical device configuration of these surface conduction electron-emitting devices, FIG. 25 shows a device configuration according to the above-mentioned M. Hartwell document. In FIG. 25, an insulating substrate 2011 is provided with an electron-emitting-portion forming
[0012]
Conventionally, in these surface-conduction electron-emitting devices, it is common to form an electron-
[0013]
For example, as an image forming apparatus using this type of electron-emitting device, an electron source provided with an electron-emitting device and an image forming member provided with a phosphor or the like that emits light by collision of electrons are provided via a support frame. It has been known that the inside of an envelope composed of the electron source, the image forming member, and the support frame is evacuated to face each other. Further, the image forming member is provided with an acceleration electrode for accelerating electrons emitted from the electron source toward the image forming member, and the emitted electrons are directed to the image forming member by applying a high voltage to the acceleration electrode. To accelerate and collide with the image forming member. Further, in an image forming apparatus using a flat envelope such as a thin image display device, a support column (spacer) may be used as an atmospheric pressure resistant structure.
[0014]
As an example in which a large number of SCEs are arranged, an electron source in which SCEs are arranged in parallel and a large number of rows in which both ends of each element are connected by wiring is arranged (for example, JP-A-1-31332). .
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
As a method of realizing an image forming apparatus using an SCE with a simpler configuration, the applicant has proposed a method in which a plurality of row-direction wirings and a plurality of column-direction wirings are used to separate a pair of element electrodes of the SCE, respectively. By connecting the wires, a simple matrix type electron source in which a large number of SCEs are arranged in a matrix is formed, and by providing appropriate drive signals in the row and column directions, a large number of SCEs are selected and electron emission is performed. We are considering a system that can control the amount.
[0016]
In the study of the image forming apparatus using the simple matrix type SCE electron source, the present inventors have found that the light emitting position on the phosphor forming the image forming member, that is, the electron arrival position and the light emitting shape may deviate from the design values. Was found to occur. In particular, when an image forming member for a color image is used, in some cases, a decrease in luminance and a color shift occur in addition to a shift in the light emitting position. In addition, it was confirmed that this phenomenon occurred near a support frame or a support column (spacer) disposed between the electron source and the image forming member, or at the periphery of the image forming member.
[0017]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an electron beam generator and an image forming apparatus that stabilize the electron emission trajectory from an electron emission element and that do not shift the arrival position of electrons.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an electron beam generator according to the present invention is provided so as to face an electron source provided with an electron-emitting device and to face the electron source in a vacuum atmosphere to accelerate electrons emitted from the electron-emitting device. In an electron beam generator having an electron irradiation member provided with an accelerating electrode for, and an insulating member disposed between the electron source and the electron irradiation member,
On the surface of the insulative member, a plurality of electrodes with a regulated electric potential are respectively provided along a direction perpendicular to a direction of an electric field between the electron source and the electron irradiation member,
The plurality of electrodes have the following conditional expression:,
(Projection amount / electrode interval) ≧ √ [(d · Vi) / (z · Va)]
Electron beam generator provided in accordance withIs.
here,
d: distance between the electron source and the electron irradiation member,
Vi: the maximum value of the initial kinetic energy of the charge carrier generated between the electron source and the electron-irradiated member,
z: in the direction of the electric field between the electron source and the electron irradiation memberIn the electron emission portion of the electron emission element or the irradiation portion of the electron emission element of the electron irradiation member of the electron emission element.Distance from charge carrier generator to the electrode,
Va: potential difference between the electron source and the acceleration electrode of the electron-irradiated member,
Projection amount:The electric field between the electron source and the electron irradiation memberAmount of protrusion of the electrode in a direction perpendicular to the direction,
Electrode spacing:The electric field between the electron source and the electron irradiation memberSpacing of the electrodes in the directionIt is.
An electron beam generator according to another aspect of the present invention includes an electron source provided with an electron-emitting device, and an electron source provided to face the electron source in a vacuum atmosphere to accelerate electrons emitted from the electron-emitting device. An electron irradiation member provided with an accelerating electrode, at least one electrode portion disposed between the electron source and the electron irradiation member, the electron source and the electrode portionBetweenAn electron beam generator having an insulating member installed on the
On the surface of the insulative member, a plurality of electrodes with a prescribed potential are respectivelyBetween the electron source and the electrodeAlong the direction perpendicular to the direction of the electric fieldYes,
The plurality of electrodes, the following conditional expression,
(Projection amount / electrode interval) ≧ √ [Vi / (z · Ez)]
Provided according toElectron beam generator characterized by the following:Is.
here,
Vi: the maximum value of the initial kinetic energy of the charge carrier incident between the electron source and the electrode unit;
z: a distance from a point where the charge carrier traverses the electrode portion to an interval between the electrodes in an average direction formed by an electric field between the electron source and the electrode portion;
Ez: average value of the electric field in the average direction formed by the electric field between the electron source and the electrode unit,
Projection amount: Projection amount of the electrode in a direction orthogonal to the average direction of the electric field,
Electrode spacing: The spacing between the electrodes in the average direction of the electric field.
An electron beam apparatus according to still another aspect of the present invention includes an electron source provided with an electron-emitting device, and an electron source arranged to face the electron source in a vacuum atmosphere to accelerate electrons emitted from the electron-emitting device. An electron irradiation member provided with an accelerating electrode; a plurality of electrode portions disposed between the electron source and the electron irradiation member; and an insulating member provided between adjacent electrode portions of the plurality of electrode portions. An electron beam generator having a member and
On the surface of the insulating member, a plurality of electrodes with a regulated electric potential are respectively provided along a direction perpendicular to a direction of an electric field between the adjacent electrode portions,
The plurality of electrodes, the following conditional expression,
(Projection amount / electrode interval) ≧ √ [Vi / (z · Ez)]
An electron beam generator provided according to the following.
here,
Vi: the maximum value of the initial kinetic energy of the charge carrier incident between the adjacent electrode portions,
z: the distance from the point where the charge carrier crosses one of the adjacent electrode portions to the distance between the electrodes in the average direction of the electric field between the adjacent electrode portions;
Ez: average value of the electric field in the average direction formed by the electric field between the adjacent electrode portions,
Projection amount: Projection amount of the electrode in a direction orthogonal to the average direction of the electric field,
Electrode spacing: The spacing between the electrodes in the average direction of the electric field.
An electron beam apparatus according to still another aspect of the present invention includes an electron source provided with an electron-emitting device, and an electron source arranged to face the electron source in a vacuum atmosphere to accelerate electrons emitted from the electron-emitting device. An electron-irradiated member provided with an accelerating electrode, an electrode portion disposed between the electron source and the electron-irradiated member, and an insulating member disposed between the electron-irradiated member and the electrode portion An electron beam generator having
On the surface of the insulating member, a plurality of electrodes with a regulated electric potential are respectively provided along a direction perpendicular to a direction of an electric field between the electron-irradiated member and the electrode portion,
The plurality of electrodes, the following conditional expression,
(Projection amount / electrode interval) ≧ √ [Vi / (z · Ez)]
An electron beam generator provided according to the following.
here,
Vi: the maximum value of the initial kinetic energy of the charge carrier incident between the electron-irradiated member and the electrode portion;
z: between the charge carrier generating portion and the electrode in the irradiated portion of the electron irradiated member of the electron irradiated member in the average direction of the electric field between the electron irradiated member and the electrode portion Distance to,
Ez: the average value of the electric field in the average direction formed by the electric field between the electron-irradiated member and the electrode portion,
Projection amount: Projection amount of the electrode in a direction orthogonal to the average direction of the electric field,
Electrode spacing: The spacing between the electrodes in the average direction of the electric field.
[0019]
In this case, a plurality of protrusions may be formed on the surface of the insulating member, and each of the plurality of protrusions may be provided with an electrode having the specified potential.
[0020]
MaFurther, the charge carrier may be an electron emitted from the electron source, or a secondary electron or ion generated by collision of an electron emitted from the electron source.
[0021]
Further, the insulating member may be an atmospheric pressure resistant structure provided between the electron source and the electrode unit.
[0022]
Further, the insulating member may be a support frame forming a part of an envelope for maintaining a vacuum atmosphere between the electron source and the electrode unit.
[0023]
Further, the plurality of electrodes may be respectively led out to the outside by lead wires.
[0024]
Further, the plurality of electrodes may be respectively led out to the outside by lead wires.
[0025]
The lead wiring may be provided on the support frame.
[0026]
The lead wiring may be provided in the electrode unit.
[0027]
A rear plate on which the electron source is mounted;
The lead wiring may be provided on the rear plate.
[0028]
In addition, a high-resistance conductive film that connects the plurality of electrodes is formed on the insulating member, and a conductive member that is electrically connected to the high-resistance conductive film is provided on each of the electrode portion and the electron source. And
The lead wiring may be provided on the conductive member.
[0033]
[Action]
As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above problem is caused by electrons emitted from an electron source.
[0034]
The electrons emitted from the electron source collide with the phosphor, which is an image forming member, and also collide with the residual gas in a vacuum with a low probability. Some of the scattered particles (ions, secondary electrons, neutral particles, etc.) generated at a certain probability at the time of the collision collide with the exposed portion of the insulating material in the image forming apparatus, and the exposed portion is charged. I understood that. It is considered that, due to this charging, the electric field changed near the exposed portion, causing a shift in the electron trajectory, causing a change in the light emission position and light emission shape of the phosphor.
[0035]
Further, from the light emission position and the state of the change in the shape of the phosphor, it was found that mainly the positive charges were accumulated in the exposed portion. This may be caused by the case where the positive ions of the scattering particles are attached and charged, or the case where the positive charging is caused by secondary electron emission generated when the scattering particles collide with the exposed portion.
[0036]
Hereinafter, the operation of the means for solving the above-described problem will be described.
[0037]
In the electron beam generator of the present invention configured as described above, electrons are emitted from the electron-emitting device of the electron source, and the electrons are accelerated by the high voltage applied to the accelerating electrode of the electron-irradiated member to be irradiated with the electrons. Scattered particles are generated from the electron irradiation member. The maximum kinetic energy of the scattering particles during scattering of positive ions is about 50 eV (according to Surface Science, 66 (1977), 346). In addition to the positive ions, a charge carrier such as electrons emitted from the electron source exists between the electron source and the electron irradiation member. On the other hand, the surface of the insulating member disposed between the electron source and the electron-irradiated member is provided with a potential-regulated electrode, so that the charge carrier adheres to the surface of the insulating member. It becomes difficult to do. As a result, the trajectory of the electrons emitted from the electron-emitting device is less likely to shift. In addition, since a plurality of electrodes are provided along a direction perpendicular to the direction of the electric field between the electron source and the electron irradiation member, the electrodes withstand a high voltage applied to the accelerating electrode of the electron irradiation member. Structure.
[0038]
Here, when the position where the charge carrier is generated is defined as the origin, the direction of the electric field between the electron source and the electron irradiation member is Z, the direction orthogonal thereto is Y, and the direction between the electron source and the electron irradiation member is Assuming that the interval is d, the potential difference between the electron source and the electron irradiation member is Va, and the maximum value of the initial kinetic energy of the charge carrier is Vi, the locus formed by the charge carrier is
Z = [Va / (4d · Vi)] × Y2
Is represented by
[0039]
Therefore, when the distance from the charge carrier generator to the electrode in the direction of the electric field between the electron source and the electron irradiation member is z,
(Projection amount / electrode interval) ≧ √ [(d · Vi) / (z · Va)] conditional expression (1)
If each electrode is formed so as to satisfy the relationship, the trajectory of the charge carrier to the insulating member is blocked by the electrode, and the charging of the insulating member is prevented.
[0040]
The present invention also provides an electron beam generator using a simple matrix type electron source in which a large number of SCEs are arranged in a matrix by connecting the SCEs with a plurality of row-direction wirings and a plurality of column-direction wirings. Suitable for the device. The above-mentioned simple matrix type electron source can select a large number of SCEs and control the amount of electron emission by giving appropriate drive signals in the row direction and the column direction, so that basically other control electrodes are added. There is no need, and it can be easily configured on one substrate.
[0041]
Of course, the present invention applies the above-described concept to each space between the additional structures even in the case where there is some additional structure (for example, a focusing electrode or a deflection electrode) between the electron source and the electron irradiation member, The same effect is provided by determining the configuration of the plurality of electrodes provided on the insulating member. Further, the present invention can be applied to a case where the additional structure also serves as a part of the plurality of electrodes.
[0042]
In the image forming apparatus of the present invention, instead of the electron irradiation member used in the electron beam generating apparatus of the present invention, an image is formed by arranging the electron source so as to face the electron source and colliding with electrons emitted from the electron-emitting device. Since the image forming member provided with a member and an accelerating electrode for accelerating the electrons emitted from the electron-emitting device is used, the trajectory of the electrons emitted from the electron-emitting device is stabilized as described above, and as a result, As a result, a good image with little shift of the light emitting position is formed.
[0043]
【Example】
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0044]
An image forming apparatus according to the present invention basically includes a multi-electron beam source having a large number of cold cathode elements arranged on a substrate in a thin vacuum vessel, and an image forming apparatus for forming an image by irradiating an electron beam. The member is provided facing the member.
[0045]
Cold cathode devices can be precisely positioned and formed on a substrate by using a manufacturing technique such as photolithography or etching, so that many cold cathode devices can be arranged at minute intervals. Moreover, as compared with the hot cathode conventionally used in CRTs and the like, the cathode itself and its peripheral portion can be driven at a relatively low temperature, so that a multi-electron beam source with a finer arrangement pitch can be easily realized. it can.
[0046]
The present invention relates to an image forming apparatus using the above-described cold cathode device as a multi-electron beam source.
[0047]
Among the cold cathode devices, a surface conduction electron-emitting device (SCE) is particularly preferable. That is, the MIM type element needs to control the thickness of the insulating layer and the upper electrode relatively accurately, and the FE type element needs to precisely control the tip shape of the needle-like electron emitting portion. For this reason, these elements have a relatively high manufacturing cost, and it is sometimes difficult to manufacture a large-area element due to limitations in the manufacturing process.
[0048]
In contrast, the SCE has a simple structure and is easy to manufacture, and a large-area SCE can be easily manufactured. In recent years, especially in a situation where a large-screen and inexpensive display device is required, it can be said that the cold-cathode element is particularly suitable.
[0049]
FIG. 22 shows a typical configuration of the SCE. FIG. 22 is a diagram showing a typical element configuration of the SCE. That is, as shown in FIG. 22, a pair of
[0050]
Next, a method of manufacturing the electron-emitting device shown in FIG. 22 will be outlined with reference to the manufacturing process diagram of FIG. 23 with reference to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-56822 and 4-28139 by the present applicant. Note that the following steps a to c correspond to (a) to (c) of FIG.
[0051]
Step a: After sufficiently washing the insulating
[0052]
Examples of the insulating
[0053]
Step b: An organic metal solution is applied between the
[0054]
The organic metal solution is a solution that easily emits electrons by applying a voltage, that is, a solution having a low work function and being stable, such as Pd, Ru, Ag, Au, Ti, In, Cu, Cr, Fe, and Zn. , Sn, Ta, W, Pb, Hg, Cd, Pt, Mn, Sc, La, Co, Ce, Zr, Th, V, Mo, Ni, Os, Rh, Ir, and other metals, AgMg, NiCu, Pb, This is a solution of an organic compound having an alloy such as Sn as a main element.
[0055]
In addition, here, the description has been given of the method of applying the organic metal solution, but the present invention is not limited to this, and is formed by a vacuum evaporation method, a sputtering method, a chemical vapor deposition method, a dispersion coating method, a dipping method, a spinner method, or the like. In some cases.
[0056]
Step c: A voltage is applied between the
[0057]
In the SCE, when a voltage (a threshold voltage) of a certain level or more is applied between the
[0058]
In addition, the present applicant has found that among the SCEs, those in which the electron emitting portion or its peripheral portion is formed of a fine particle film are preferable in terms of characteristics or a large area.
[0059]
Therefore, in the embodiments described below, an image display apparatus using an SCE formed using a fine particle film as a multi-electron beam source will be described as a preferable example of the image forming apparatus of the present invention.
[0060]
(First embodiment)
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of a first embodiment of an image forming apparatus to which the electron beam generator according to the present invention is applied, and FIG. 2 is a sectional view of a main part of the image forming apparatus shown in FIG. It is.
[0061]
1 and 2, an
[0062]
The inside of the
[0063]
On the surface of the
[0064]
Hereinafter, each component described above will be described in detail.
[0065]
(1)
FIG. 3 is a plan view of a main part of the electron source of the image forming apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a sectional view taken along line A-A 'of the electron source shown in FIG.
[0066]
As shown in FIGS. 3 and 4, on an insulating substrate 11 made of a glass substrate or the like, m
[0067]
The size and thickness of the insulating substrate 11 depends on the number of electron-emitting
[0068]
Each of the
[0069]
Further, the
[0070]
Here, an example of a method for manufacturing the
[0071]
Step a: A 50 angstrom thick Cr and a 6000 angstrom thick Au are sequentially deposited by vacuum evaporation on an insulating substrate 11 in which a 0.5 μm thick silicon oxide film is formed on a cleaned blue plate glass by a sputtering method. After lamination, a photoresist (AZ1370 made by Hoechst) is spin-coated with a spinner and baked, then a photomask image is exposed and developed to form a resist pattern of the
[0072]
Step b: Next, an
[0073]
Step c: A photoresist pattern for forming the contact hole 14a is formed in the silicon oxide film deposited in the step b, and the interlayer insulating
[0074]
Step d: Thereafter, a pattern to be a gap between the device electrodes is formed by a photoresist (RD-2000N-41 manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.), and a Ti film having a thickness of 50 Å and a Ni film having a thickness of 1000 Å are formed by a vacuum deposition method. Were sequentially deposited. The photoresist pattern is dissolved with an organic solvent, and the Ni / Ti deposited film is lifted off to form
[0075]
Step e: After forming a photoresist pattern of the Y-
[0076]
Step f: A Cr film 21 having a thickness of 1000 angstroms using a mask 20 having an opening 20a extending over a pair of
[0077]
The
[0078]
Step g: The Cr film 21 was removed with an acid enchant to form an electron emitting portion forming
[0079]
Step h: A pattern was formed such that a resist was applied to portions other than the contact hole 14a, and 50 Å thick Ti and 5000 Å thick Au were sequentially deposited by vacuum evaporation. Unnecessary portions were removed by lift-off to fill the contact holes 14a.
[0080]
Through the above steps, the
[0081]
Then, the envelope 10 (see FIG. 1) is evacuated by a vacuum pump through an exhaust pipe (not shown), and after reaching a sufficient degree of vacuum, the electron-emitting device passes through the outer terminals Dox1 to Doxm and Doy1 to Doyn. A voltage is applied between the fifteen
[0082]
(2) Fluorescent film 7
In the case of monochrome, the fluorescent film 7 is made of only a phosphor as a member for forming an image by collision of electrons, but in the case of color, as shown in FIG. It is composed of a black conductive material 7b called a black matrix or the like and a phosphor 7a. Since the phosphor 7a needs to be arranged corresponding to the electron-emitting
[0083]
(3) Metal back 8
The purpose of the metal back 8 is to improve the brightness by mirror-reflecting the light toward the inner surface side of the fluorescent light of the phosphor 7a to the
[0084]
(4)
The
[0085]
Since the
[0086]
In addition, getter processing may be performed to maintain the degree of vacuum after sealing of the
[0087]
(5)
The
[0088]
FIG. 9 is an enlarged perspective view of a main part of the
[0089]
The material of the
[0090]
As shown in FIG. 10, three extraction wirings 4a, 4b, 4c provided on the inner surface of the
[0091]
Based on the configuration described above, when a voltage is applied to each of the electron-emitting
[0092]
This situation is shown in FIG. 11 and FIG. 11 and 12 are diagrams for explaining trajectories of electrons and ions in the image forming apparatus shown in FIG. 1, respectively. FIG. 11 is a diagram viewed from the Y direction, and FIG. 12 is a diagram viewed from the X direction. It is. That is, as shown in FIG. 11, the electrons emitted from the
[0093]
When the electrons collide with the inner surface of the
[0094]
Here, when the position where the positive ions are ionized is defined as the origin, the direction of the electric field between the
Z = [Va / (4d · Vi)] × Y2
Is represented by
[0095]
Then, when colliding with the
dy / dz = √ [(d · Vi) / (Zs · Va)]
It becomes.
[0096]
Therefore, by setting the relationship between the thicknesses and the intervals of the
[0097]
In addition, in the space between the
[0098]
In order to prevent the charge carriers such as positive ions from adhering to the
[0099]
Usually, the applied voltage Vf between the pair of
[0100]
The configuration described above is a schematic configuration necessary for manufacturing a suitable image forming apparatus used for image display and the like, and detailed portions such as materials and arrangement of each member are limited to the above-described contents. Instead, it is appropriately selected so as to be suitable for the use of the image forming apparatus.
[0101]
Hereinafter, an experimental example of image display using the image forming apparatus of the present embodiment will be described.
[0102]
(Experimental example 1-1)
In the present experimental example, first, the
[0103]
The formation of the three
[0104]
In the fluorescent film 7 which is an image forming member, the phosphor 7a has a stripe shape (see FIG. 8A) in this experimental example. As a material for the black stripe, a material mainly containing graphite, which is generally used, was used. A slurry method was used for applying the phosphor 7a to the glass substrate 6.
[0105]
The metal back 8 provided on the inner surface side of the fluorescent film 7 performs a smoothing process (usually called filming) on the inner surface of the fluorescent film 7 after the formation of the fluorescent film 7, and then vacuum-deposits Al. It was produced by doing. The
[0106]
The atmosphere in the glass container completed as described above is evacuated by a vacuum pump through an exhaust pipe (not shown) to reach a sufficient degree of vacuum, and then the electron-emitting device is connected to the outer terminals Dox1 to Doxm and Doy1 to Doyn. A voltage was applied between the fifteen
[0107]
Next, 10-6At a degree of vacuum of about Torr, an exhaust pipe (not shown) was welded by heating with a gas burner, and the
[0108]
Finally, a getter process was performed to maintain the degree of vacuum after sealing.
[0109]
In the image forming apparatus completed as described above, a scanning signal and a modulation signal are applied to each electron-emitting
[0110]
At this time, a two-dimensional array of light-emitting spots including light-emitting spots generated by electrons emitted from the electron-emitting
[0111]
(Experimental example 1-2)
The difference from Experimental Example 1-1 is that the thicknesses D of the
[0112]
Also at this time, a two-dimensional array of light emitting spots including light emitting spots due to electrons emitted from the
[0113]
(Experimental example 1-3)
The difference from Experimental Example 1-1 is that the heights H and the intervals S of the
[0114]
Also at this time, a two-dimensional array of light emitting spots including light emitting spots due to electrons emitted from the
[0115]
In the present embodiment, an example is shown in which the extraction wiring 4a is provided on the
[0116]
As another method, as shown in FIG. 14, a rear plate 2 'which is slightly larger than the
[0117]
Further, as shown in FIG. 16, a conductive member (not shown) is provided by printing or the like on each of the portions of the
[0118]
(Second embodiment)
This embodiment is different from the first embodiment in that the number of electrodes provided on the spacer is five. The other configuration is the same as that of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0119]
Specifically, the thickness of each electrode was 20 μm, the height was 0.9 mm, and the distance between each electrode and between the electron source and the face plate was 80 μm. The voltages applied to the five electrodes were 4.15, 3.3, 2.5, 1.7, and 0.85 kV, respectively, from the side close to the metal back. As in the first embodiment, the shape of the electrode (especially, the ratio of the electrode thickness to the electrode interval) is such that the parabolic orbit formed by the scattered positive ions (maximum initial energy of about 50 eV) on the inner surface of the face plate is a spacer. Are set so as not to reach the non-electrode surface.
[0120]
Also at this time, a two-dimensional array of light-emitting spots including light-emitting spots generated by electrons emitted from the electron-emitting devices located close to the spacers was formed two-dimensionally, and a clear image with good color reproducibility was obtained.
[0121]
In this embodiment, five electrodes are provided, and in the first embodiment, three electrodes are provided. However, the number of electrodes is not limited to three or five, and may be increased or decreased as necessary. Can be.
[0122]
(Third embodiment)
FIG. 17 is a partially broken perspective view of a third embodiment of the image forming apparatus of the present invention. In this embodiment, in order to reduce the size of the device, the support frame 54 is provided close to the electron emission portion on the
[0123]
First, an
[0124]
The support frame 54 is composed of four plate-like members. The formation of the
[0125]
In the image forming apparatus completed as described above, a scanning signal and a modulation signal are applied to the electron-emitting devices 65 through signal terminals (not shown) through the external terminals Dox1 to Doxm and Doy1 to Doyn. Electrons are emitted and a high voltage is applied to a metal back 58 (or a transparent electrode (not shown)) through a high-voltage terminal Hv to accelerate the electron beam, collide electrons with the fluorescent film 57, and excite and emit a phosphor. The image was displayed. The voltage applied to the high voltage terminal Hv was 5 kV, and the voltage applied to the pair of device electrodes of the electron-emitting device 65 was 14 V. The voltages applied to the
[0126]
At this time, a two-dimensional array of light-emitting spots including light-emitting spots generated by electrons emitted from the electron-emitting devices 65 located near the spacer 55 and the support frame 54 is formed two-dimensionally at equal intervals. Good image display was achieved. This indicates that even when the spacer 55 was installed, no electric field disturbance affecting the electron trajectory occurred. Further, the size of the apparatus is more compact than that of the first embodiment.
[0127]
(First reference example)
FIG. 18 is a sectional view of the spacer of the first reference example of the image forming apparatus of the present invention, and FIG. 19 is an enlarged perspective view of the spacer shown in FIG.
[0128]
In the present embodiment, as shown in FIGS. 18 and 19, a pair of the
[0129]
As described above, even when the
[0130]
Hereinafter, an experimental example of image display using the image forming apparatus of the present embodiment will be described.
[0131]
(Experimental example 4-1)
In the present experimental example, the
[0132]
Then, when an image was displayed with other conditions being the same as those in the first embodiment, two-dimensionally equally spaced light-emitting spots due to electrons emitted from the electron-emitting
[0133]
(Experimental example 4-2)
The difference from Experimental Example 4-1 is that the thickness D ′ of each of the
[0134]
Also at this time, a two-dimensional array of light-emitting spots including light-emitting spots generated by electrons emitted from the electron-emitting
[0135]
(Experimental example 4-3)
The difference from the experimental example 4-1 is that the heights H ′ and the intervals S ′ of the
[0136]
Also at this time, a two-dimensional array of light-emitting spots including light-emitting spots generated by electrons emitted from the electron-emitting
[0137]
In the present embodiment, an example in which the shape of the
[0138]
(Second reference example)
The present embodiment differs from the first reference example in that the number of protrusions provided on the spacer is five and electrodes are formed on each of the protrusions in order to make the electric field near the spacer more uniform. The other configuration is the same as that of the first reference example, and the description is omitted.
[0139]
Specifically, the thickness of each projection of the spacer was 20 μm, the height was 0.9 mm, and the distance between each electrode and between the electron source and the face plate was 80 μm. The voltages applied to the five electrodes were 4.15, 3.3, 2.5, 1.7, and 0.85 kV, respectively, from the side close to the metal back. As in the first embodiment, the shape of the electrode (especially the ratio of the protruding amount to the electrode spacing) is such that the parabolic orbit formed by the positive ions (maximum initial energy of about 50 eV) scattered on the inner surface of the face plate is the same as that of the spacer. It was set so as to satisfy the condition of not reaching the non-electrode surface.
[0140]
Also at this time, a two-dimensional array of light-emitting spots including light-emitting spots generated by electrons emitted from the electron-emitting devices located close to the spacers was formed two-dimensionally, and a clear image with good color reproducibility was obtained.
[0141]
(Third reference example)
In the present reference example, three electrodes are provided on the support frame as in the third embodiment described with reference to FIG. 17, but three stripe-shaped convex portions are provided on the inner surface of the support frame, and The third embodiment differs from the third embodiment in that electrodes are formed.
[0142]
Specifically, three projections having a thickness of 50 μm, a height of 1.4 mm, and an interval of 200 μm were provided along the electron source on the inner surface of the support frame, and electrodes were formed on the surfaces thereof. The shape of the electrode (particularly, the ratio of the protrusion amount to the electrode interval) is a parabola formed by positive ions (maximum initial energy of about 50 eV) scattered on the inner surface of the face plate or electrons (maximum initial energy of about 14 eV) emitted from the electron source. The track was set so as to satisfy the condition that the track did not reach the non-electrode surfaces of the spacer and the support frame. The other configuration is the same as that of the third embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0143]
Then, when an image was displayed under the same conditions as in the third embodiment, a two-dimensional array of light-emitting spots including light-emitting spots generated by electrons emitted from the electron-emitting devices near the spacer and the support frame were formed. The image was formed and a clear image with good color reproducibility could be displayed. This indicates that even when the spacers were provided, the disturbance of the electric field that would affect the electron trajectory did not occur. Further, as in the third embodiment, the size of the apparatus is more compact.
[0144]
(Fourth embodiment)
FIG. 21 is a diagram illustrating an example of an image display device configured to display image information provided from various image information sources such as a television broadcast on the image forming apparatus of the present invention. . When the display device receives a signal including both video information and audio information, such as a television signal, the display device naturally reproduces the audio simultaneously with the display of the video. Descriptions of circuits, speakers, and the like related to reception, separation, reproduction, processing, storage, and the like of audio information that are not directly related to the above are omitted.
[0145]
Hereinafter, each part will be described along the flow of the image signal.
[0146]
First, the TV
[0147]
The image TV
[0148]
Further, the image input interface circuit 511 is a circuit for receiving an image signal supplied from an image input device such as a TV camera or an image reading scanner, and the captured image signal is output to the
[0149]
Further, the image
[0150]
The image memory interface circuit 509 is a circuit for taking in an image signal stored in the video disk, and the taken-in image signal is output to the
[0151]
The image
[0152]
The input /
[0153]
Further, the
[0154]
The display image data generated by the
[0155]
In addition, the
[0156]
For example, a control signal is output to the
[0157]
Further, image data and character / graphic information are directly output to the
[0158]
The
[0159]
Alternatively, as described above, the computer may be brought into contact with an external computer-network via the input /
[0160]
The
[0161]
The
[0162]
The
[0163]
The
[0164]
First, for example, a signal for controlling an operation sequence of a drive power supply (not shown) of the
[0165]
In addition, as a signal related to the driving method of the
[0166]
In some cases, a control signal relating to image quality adjustment such as luminance, contrast, color tone, and sharpness of a display image may be output to the
[0167]
The
[0168]
The function of each unit has been described above. With the configuration illustrated in FIG. 21, the present display device can display image information input from various image information sources on the
[0169]
Further, in the present display device, the image memory incorporated in the
[0170]
Therefore, the present display device can be used as a display device for television broadcasting, a terminal device for a video conference, an image editing device for handling still images and moving images, a computer terminal device, an office terminal device including a word processor, a game machine, and the like. It is possible to have a single function, and it has a very wide range of applications for industrial or consumer use.
[0171]
It should be noted that FIG. 21 only shows an example of the configuration of a display device using the image forming apparatus according to the present invention, and it is needless to say that the present invention is not limited to this. For example, among the components shown in FIG. 21, circuits relating to functions that are not necessary for the purpose of use may be omitted. Conversely, additional components may be added depending on the purpose of use. For example, when the present display device is applied as a video phone, it is preferable to add a television camera, an audio microphone, a lighting device, a transmission / reception circuit including a modem, and the like to the components.
[0172]
In the present display device, in particular, it is easy to reduce the thickness of the image forming apparatus according to the present invention, so that the depth of the display device can be reduced. In addition, since the screen can be easily enlarged, the luminance is high, and the viewing angle characteristics are excellent, the present display device can display an image full of presence and full of power with good visibility.
[0173]
In each of the above-described embodiments, the on (emission) and off (non-emission) of electrons are controlled by the voltage applied to a pair of device electrodes of each electron-emitting device arranged on the electron source. May be provided, and on / off of the electrons may be controlled by the modulation electrode. The modulation electrode may be one that is integrally molded on an insulating substrate on which the electron source is provided, or one that is arranged in a space between the insulating substrate on which the electron source is provided and the face plate. In the above configuration, the electric field distribution is different from that of the previous embodiments due to the voltage applied to the modulation electrode. However, basically, this potential distribution is expressed by the same conditional expression as that of the previous embodiments. By providing a spacer or a support frame provided with such an electrode, the same effect as in the previous embodiments can be obtained. In particular, in the case of being arranged in the space between the insulating substrate and the face plate, the electric potential distribution formed in the space between the electron source and the modulation electrode and between the face plate and the modulation electrode is affected by the current. By installing a spacer or a support frame provided with an electrode according to the same conditional expression as the conditional expression, the same effect as in the previous embodiments can be obtained. Further, another spacer for supporting the modulation electrode in the space may be added, but a similar configuration may be used for the spacer.
[0174]
Furthermore, when electrodes having other functions (deflection electrodes, focusing electrodes, etc.) are added, the electrodes are provided under the same conditions with respect to spacers or support frames installed in the space between these additional electrodes. Similar effects can be obtained.
[0175]
In these cases, the surface of the insulating member provided in a space (hereinafter, referred to as a “partial space”) divided by each electrode such as a modulation electrode has the following substantially equivalent to conditional expression (1). In accordance with the conditional expression (2), an electrode whose potential is regulated may be provided.
(Projection amount / electrode interval) ≧ √ [Vi / (z · Ez)] ... Conditional expression (2)
However,
Vi: the maximum value of the initial kinetic energy of the charge carrier incident on the subspace
z: the direction formed by the average direction of the electric field in the subspace
Ez: average value of the electric field in the z direction in the subspace
Projection amount: Projection amount of the electrode in a direction orthogonal to the z direction
Electrode spacing: spacing of the electrodes in the z-direction
And
[0176]
In the above embodiment, an example in which a surface conduction electron-emitting device is used as an electron-emitting device is described. However, the present invention is not limited to this, and an electron-emitting orbit may be used even if an FE-type or MIM-type electron-emitting device is used. The same effect can be obtained in terms of stability. However, considering that the element structure is simple and a plurality of elements can be easily arranged, it is preferable to use a surface conduction electron-emitting element. This is particularly effective in a large-sized image forming apparatus.
[0177]
Also, the example in which the image forming apparatus of the present invention is applied to an image display apparatus has been described. However, the present invention is not limited to this range, and may be applied to a recording apparatus such as an image forming light emitting unit of an optical printer. Is also possible. In this case, the image forming units arranged one-dimensionally are often used as a normal mode. However, by appropriately selecting the above-mentioned m row-directional wirings and n column-directional wirings, the line-shaped wirings can be formed. The present invention can be applied not only to a light emitting source but also to a two-dimensional light emitting source.
[0178]
Further, the image forming member is not limited to the one using the image forming member having a substance that emits light directly, such as the phosphor used in the above-described embodiments, and may be a member having a member on which a latent image is formed by electrification of electrons. The present invention can be applied as long as it uses.
[0179]
The electron irradiation object is not specified, and application as an electron beam generator serving as a multi-plane electron source is also possible.
[0180]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
[0181]
The electron beam generator of the present invention, by providing a potential-regulated electrode on the surface of an insulating member such as a support frame and an atmospheric pressure resistant structure disposed between an electron source and an electron irradiation member, Since the charge carrier hardly adheres to the surface of the insulating member, it is possible to prevent the orbit of the electrons emitted from the electron-emitting device from being shifted. Moreover, since a plurality of electrodes are provided along the direction perpendicular to the direction of the electric field between the electron source and the electron-irradiated member, a structure capable of withstanding the voltage applied to the acceleration electrode of the electron-irradiated member is provided. It can be.
[0182]
In particular, by taking into account the trajectory of the charge carrier existing between the electron source and the electron-irradiated member, the ratio between the protruding amount of each electrode and the electrode interval is set in accordance with the conditional expression (1). The trajectory of the charge carrier is blocked by the electrode, and the charging of the insulating member can be completely prevented. Therefore, the same effect can be obtained by forming a plurality of convex portions on the insulating member and providing electrodes on each of the convex portions.
[0183]
Even in the case where at least one electrode portion is provided between the electron source and the electron irradiation member, a plurality of electrodes may be provided on the surface of the insulating member along a direction perpendicular to the direction of the electric field in the space where the insulating member is installed. By providing the electrode described above, the same effect as the above-described effect can be obtained. In this case, if the ratio between the protrusion amount of each electrode and the electrode interval is set in accordance with the conditional expression (2), charging of the insulating member can be completely prevented.
[0184]
In addition, by providing the wiring for taking out each electrode on the support frame, it is possible to prevent electric field disturbance near the support frame and also to maintain good withstand voltage characteristics. Connection can be easily performed. Further, by forming a high-resistance conductive film on the insulating member and providing a lead-out wiring on the conductive member electrically connected to the conductive member, the size of the device can be reduced, and the spacer can be freely arranged. Can be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially broken perspective view of a first embodiment of an image forming apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view near a spacer of the image forming apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is a plan view of a main part of an electron source of the image forming apparatus shown in FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the electron source taken along line A-A 'of FIG.
FIG. 5 is a diagram sequentially illustrating a process of manufacturing an electron source of the image forming apparatus illustrated in FIG. 1;
FIG. 6 is a plan view of an example of a mask used when forming a thin film for forming an electron-emitting portion.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a voltage waveform used for forming processing.
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a fluorescent film.
FIG. 9 is an enlarged perspective view of the vicinity of a spacer of the image forming apparatus shown in FIG.
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a lead-out line of each electrode provided on a spacer.
11 is a view for explaining the trajectories of electrons and ions in the image forming apparatus shown in FIG. 1, and is a view of an electron emission portion near a spacer viewed from the Y direction.
FIG. 12 is a view for explaining the trajectories of electrons and ions in the image forming apparatus shown in FIG. 1, and is a view in which an electron emission portion near a spacer is viewed from the X direction.
FIG. 13 is a diagram for explaining the shape of each electrode provided on a spacer.
FIG. 14 is a diagram showing another example of a lead-out wiring of each electrode provided on a spacer.
FIG. 15 is a diagram showing another example of a lead-out wiring of each electrode provided on a spacer.
FIG. 16 is a diagram showing another example of the lead-out wiring of each electrode provided on the spacer.
FIG. 17 is a partially broken perspective view of a third embodiment of the image forming apparatus of the present invention.
FIG. 18 is a sectional view of the vicinity of a spacer in the first reference example of the image forming apparatus of the present invention.
19 is an enlarged perspective view of the vicinity of a spacer of the image forming apparatus shown in FIG.
20 is a cross-sectional view illustrating another example of the shape of the spacer of the image forming apparatus illustrated in FIG.
FIG. 21 is a block diagram of an example of an image display device using the image forming apparatus of the present invention.
FIGS. 22A and 22B show a typical device configuration of a surface conduction electron-emitting device. FIG. 22A is a plan view thereof, and FIG. 22B is a sectional view taken along line A-A ′.
FIG. 23 is a view sequentially illustrating the manufacturing process of the surface conduction electron-emitting device shown in FIG. 22;
FIG. 24 is a schematic configuration diagram of a conventional image forming apparatus using a thermoelectron source.
FIG. 25 is a plan view of a conventional surface conduction electron-emitting device.
[Explanation of symbols]
1, 51, 101 electron source
2, 2 ', 52 rear plate
2'a, 2'b, 2'c Extraction wiring
3, 3 ', 53, 103 face plate
3'a, 3'b, 3'c Extraction wiring
4, 54 support frame
4a, 4b, 4c Extraction wiring
5, 55, 105 spacer
6 Glass substrate
7,57 fluorescent film
7a phosphor
7b Black conductive material
8, 58, 108 Metal back
9a, 9b, 9c, 59a, 59b, 59c, 79a, 79b, 79c, 109a, 109b, 109c Electrode
10 envelope
11 Insulating substrate
12, 62 X direction wiring
13 Y direction wiring
14 Interlayer insulation layer
14a Contact hole
15, 65, 115 electron-emitting device
16, 17, 116, 117 device electrodes
18 Thin film for electron emission part formation
20 mask
20a opening
21 Cr film
23 Electron emission section
32 High resistance conductive film
105a, 105b, 105c, 155a, 155b, 155c, 155d Convex part
500 display panel
501 drive circuit
502 Display panel controller
503 Multiplexer
504 decoder
505 I / O interface circuit
506 CPU
507 Image generation circuit
508,509,510 Image memory interface circuit
511 Image input interface circuit
512, 513 TV signal receiving circuit
514 Input unit
Claims (11)
前記絶縁性部材の表面には、電位規定された複数の電極が、それぞれ前記電子源と電子被照射部材との間の電場のなす方向と垂直な方向に沿って設けられ、
前記複数の電極は、以下の条件式に従って設けられていることを特徴とする電子線発生装置。
（突出量／電極間隔）≧√［（ｄ・Ｖｉ）／（ｚ・Ｖａ）］
ｄ：前記電子源と電子被照射部材との距離、
Ｖｉ：前記電子源と電子被照射部材との間に発生する電荷担持体の初期運動エネルギーの最大値、
ｚ：前記電子源と電子被照射部材との間の電場のなす方向における前記電子放出素子の電子放出部または前記電子被照射部材の前記電子放出素子から放出された電子の照射部における電荷担持体発生部から前記電極間までの距離、
Ｖａ：前記電子源と電子被照射部材の加速電極との間の電位差、
突出量：前記電子源と電子被照射部材との間の電場のなす方向に直交する方向への前記電極の突出量、
電極間隔：前記電子源と電子被照射部材との間の電場のなす方向での前記電極の間隔。 An electron source provided with an electron-emitting device, an electron-irradiated member provided opposite to the electron source in a vacuum atmosphere, and having an accelerating electrode for accelerating electrons emitted from the electron-emitting device; An electron beam generator having a source and an insulating member disposed between the electron irradiation member,
On the surface of the insulative member, a plurality of electrodes with a regulated electric potential are respectively provided along a direction perpendicular to a direction of an electric field between the electron source and the electron irradiation member,
The plurality of electrodes are provided in accordance with the following conditional expression.
(Projection amount / electrode interval) ≧ √ [(d · Vi) / (z · Va)]
d: distance between the electron source and the electron irradiation member ;
Vi: the maximum value of the initial kinetic energy of the charge carrier generated between the electron source and the electron irradiation member ,
z: a charge carrier in an electron emission portion of the electron emission element or an electron emission portion of the electron emission member of the electron emission element in a direction of an electric field between the electron source and the electron emission member. Distance from the generator to the electrode ,
Va: potential difference between the electron source and the accelerating electrode of the electron irradiation member ,
Projection amount: Projection amount of the electrode in a direction perpendicular to the direction of the electric field between the electron source and the electron irradiation member ,
Electrode spacing: The spacing of the electrodes in the direction of the electric field between the electron source and the electron-irradiated member .
前記絶縁性部材の表面には、電位規定された複数の電極が、それぞれ前記電子源と前記電極部との間の電場のなす方向と垂直な方向に沿って設けられており、
前記複数の電極は、以下の条件式に従って設けられていることを特徴とする電子線発生装置。
（突出量／電極間隔）≧√［Ｖｉ／（ｚ・Ｅｚ）］
Ｖｉ：前記電子源と前記電極部との間に入射する電荷担持体の初期運動エネルギーの最大値、
ｚ：前記電子源と前記電極部との間の電場のなす平均的方向における前記電荷担持体が前記電極部を横切る箇所から前記電極間までの距離、
Ｅｚ：前記電子源と前記電極部との間の電場のなす平均的方向の電場の平均値、
突出量：前記電場のなす平均的方向に直交する方向への前記電極の突出量、
電極間隔：前記電場のなす平均的方向での前記電極の間隔。 An electron source provided with an electron-emitting device, an electron-irradiated member provided opposite to the electron source in a vacuum atmosphere and provided with an accelerating electrode for accelerating electrons emitted from the electron-emitting device; source and said electron irradiated member with at least one electrode portion disposed between, in the electron beam generating device having a installed insulative member between said electron source and said electrode portion,
On the surface of the insulating member, a plurality of electrodes with a prescribed potential are provided along a direction perpendicular to the direction of the electric field between the electron source and the electrode portion , respectively .
The plurality of electrodes are provided according to the following conditional expression .
(Projection amount / electrode interval) ≧ √ [Vi / (z · Ez)]
Vi: the maximum value of the initial kinetic energy of the charge carrier incident between the electron source and the electrode unit;
z: a distance from a point where the charge carrier traverses the electrode portion to an interval between the electrodes in an average direction formed by an electric field between the electron source and the electrode portion;
Ez: average value of the electric field in the average direction formed by the electric field between the electron source and the electrode unit,
Projection amount: Projection amount of the electrode in a direction orthogonal to the average direction of the electric field,
Electrode spacing: the spacing of the electrodes in the average direction of the electric field.
前記絶縁性部材の表面には、電位規定された複数の電極が、それぞれ前記隣接する電極部間の電場のなす方向と垂直な方向に沿って設けられており、On the surface of the insulating member, a plurality of electrodes with a regulated electric potential are respectively provided along a direction perpendicular to a direction of an electric field between the adjacent electrode portions,
前記複数の電極は、以下の条件式に従って設けられていることを特徴とする電子線発生装置。The plurality of electrodes are provided in accordance with the following conditional expression.
（突出量／電極間隔）≧√［Ｖｉ／（ｚ・Ｅｚ）］(Projection amount / electrode interval) ≧ √ [Vi / (z · Ez)]
Ｖｉ：前記隣接する電極部間に入射する電荷担持体の初期運動エネルギーの最大値、Vi: the maximum value of the initial kinetic energy of the charge carrier incident between the adjacent electrode portions,
ｚ：前記隣接する電極部間の電場のなす平均的方向における前記電荷担持体が前記隣接する電極部の一方を横切る箇所から前記電極間までの距離、z: the distance from the point where the charge carrier crosses one of the adjacent electrode portions to the distance between the electrodes in the average direction of the electric field between the adjacent electrode portions;
Ｅｚ：前記隣接する電極部間の電場のなす平均的方向の電場の平均値、Ez: average value of the electric field in the average direction formed by the electric field between the adjacent electrode portions,
突出量：前記電場のなす平均的方向に直交する方向への前記電極の突出量、Projection: Projection of the electrode in a direction perpendicular to the average direction of the electric field,
電極間隔：前記電場のなす平均的方向での前記電極の間隔。Electrode spacing: the spacing of the electrodes in the average direction of the electric field.
前記絶縁性部材の表面には、電位規定された複数の電極が、それぞれ前記電子被照射部材と前記電極部との間の電場のなす方向と垂直な方向に沿って設けられており、On the surface of the insulating member, a plurality of electrodes with a regulated electric potential are respectively provided along a direction perpendicular to a direction of an electric field between the electron-irradiated member and the electrode portion,
前記複数の電極は、以下の条件式に従って設けられていることを特徴とする電子線発生装置。The plurality of electrodes are provided in accordance with the following conditional expression.
（突出量／電極間隔）≧√［Ｖｉ／（ｚ・Ｅｚ）］(Projection amount / electrode interval) ≧ √ [Vi / (z · Ez)]
Ｖｉ：前記電子被照射部材と前記電極部との間に入射する電荷担持体の初期運動エネルギーの最大値、Vi: the maximum value of the initial kinetic energy of the charge carrier incident between the electron-irradiated member and the electrode portion;
ｚ：前記電子被照射部材と前記電極部との間の電場のなす平均的方向における前記電子被照射部材の前記電子放出素子から放出された電子の照射部における電荷担持体発生部から前記電極間までの距離、z: between the charge carrier generating portion and the electrode in the irradiated portion of the electron irradiated member of the electron irradiated member in the average direction of the electric field between the electron irradiated member and the electrode portion Distance to,
Ｅｚ：前記電子被照射部材と前記電極部との間の電場のなす平均的方向の電場の平均値、Ez: the average value of the electric field in the average direction formed by the electric field between the electron-irradiated member and the electrode portion,
突出量：前記電場のなす平均的方向に直交する方向への前記電極の突出量、Projection: Projection of the electrode in a direction perpendicular to the average direction of the electric field,
電極間隔：前記電場のなす平均的方向での前記電極の間隔。Electrode spacing: the spacing of the electrodes in the average direction of the electric field.
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