JP3044435B2

JP3044435B2 - 電子源及び画像形成装置

Info

Publication number: JP3044435B2
Application number: JP8115994A
Authority: JP
Inventors: 光利長谷川; 好真岡村; 有二笠貫; 秀司川崎; 芳幸長田; 一佐哲河出
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-04-05
Filing date: 1994-03-29
Publication date: 2000-05-22
Anticipated expiration: 2015-05-22
Also published as: AU674206B2; US20020021083A1; US6313571B1; EP0619594A1; CA2120388C; DE69404061T2; CN1096132A; DE69404061D1; CN1086054C; US6409566B1; AU5926594A; JPH07235256A; KR0144653B1; EP0619594B1; ATE155283T1; CA2120388A1; US5912531A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子源及びこれを用い
た表示装置等の画像形成装置に関し、特に、表面伝導型
電子放出素子を多数個備えてなる電子源及びこれを用い
た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熱電子源と冷
陰極電子源の２種類が知られている。冷陰極電子源には
電界放出型（以下、ＦＥ型と記す）、金属／絶縁層／金
属型（以下、ＭＩＭ型と記す）や表面伝導型電子放出素
子等が有る。ＦＥ型の例としてはＷ．Ｐ．Ｄｙｋｅ＆
Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｉｏ
ｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈ
ｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）或いはＣ．Ａ．Ｓｐ
ｉｎｄｔ，“ＰＨＹＳＩＣＡＬＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉ
ｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈｍｏｌｙｂｄｅｎ
ｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４
７，５２４８（１９７６）等が知られている。また、Ｍ
ＩＭ型の例としてはＣ．Ａ．Ｍｅａｄ，“Ｔｈｅｔｕ
ｎｎｅｌ−ｅｍｉｓｓｉｏｎａｍｐｌｉｆｉｅｒ”，
Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３２，６４６（１９６１）
等、ＳＣＥ型の例としては、Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，
ＲａｄｉｏＥｎｇ．ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓ．，
１０，（１９６５）等が知られている。

【０００３】表面伝導型電子放出素子は基板上に形成さ
れた小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことによ
り、電子放出が生ずる現象を利用するものである。この
表面伝導型電子放出素子としては、前記エリンソン等に
よるＳｎＯ₂薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によるもの
［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉ
ｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］，Ｉｎ₂Ｏ₃／Ｓｎ
Ｏ₂薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌａｎｄ
Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．Ｅ
ＤＣｏｎｆ．”，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。

【０００４】これらの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Ｍ．ハートウェルの素子構成を
図３１に示す。同図において３１１は絶縁性基板であ
り、３１３が電子放出部、３１４は該電子放出部３１３
を含む金属酸化物薄膜であり、３１５及び３１６は前記
薄膜３１４と同じ材料で作ることもできる素子電極であ
る。図中のＬ₁は０．５〜１ｍｍ、Ｗは０．１ｍｍに限
定されている。尚電子放出部３１３は、模式図である。

【０００５】従来、このような表面伝導型電子放出素子
は、絶縁性基板３１１上に電子放出部形成用の金属酸化
物薄膜をスパッタによりＨ型形状に形成し、該薄膜に予
めフォーミングと呼ばれる通電処理により電子放出部３
１３を形成するのが一般的である。このフォーミングと
は、上記電子放出部形成用薄膜の両端に電圧を印加通電
し、電子放出部形成用薄膜を局所的に破壊、変形もしく
は変質せしめ、電気的に高抵抗な状態にした電子放出部
３１３を形成する工程である。フォーミング処理を行な
った表面伝導型電子放出素子の電子放出部３１３は薄膜
の一部に亀裂が発生しており、薄膜３１４に電圧を印加
して素子に電流を流すことにより、該亀裂より電子が放
出される。

【０００６】このような表面伝導型電子放出素子の実用
化に当たっては、様々な問題が有り、本出願人は後述す
る様々な改善を鋭意検討し、実用化上の問題点を解決し
ている。

【０００７】上述した従来の表面伝導型電子放出素子
は、構造が単純で製造も容易であることから大面積にわ
たって多数の素子を配列形成することができる。そこで
この利点を生かせる様な、荷電ビーム源、表示装置等へ
の応用が研究されている。多数の表面伝導型電子放出素
子を配列形成した例としては、並列に該素子を配列し、
個々の素子の両端を配線にてそれぞれ結線した行を多数
行配列してなる電子源が挙げられる（例えば、本出願人
が提案した特開昭６４−３１３３２号公報）。

【０００８】また、特に表示装置等の画像形成装置にお
いては、近年、液晶を用いた平板型表示装置がＣＲＴに
替わって普及してきたが、自発光型でないため、バック
ライト等を持たなければならない等の問題点があり、自
発光型の表示装置の開発が望まれていた。表面伝導型電
子放出素子を多数配置した電子源と、該電子源より放出
された電子によって可視光を発光せしめる蛍光体とを組
合せた表示装置である画像形成装置は、大画面の装置で
も比較的容易に製造でき、且つ表示品位の優れた自発光
型表示装置であり、例えば本出願人が先に提案したＵＳ
Ｐ５０６６８８３号明細書が挙げられる。

【０００９】特開平１−２８３７４９号公報、特開平１
−２５７５５２号公報、特開昭６４−３１３３２号公報
等に記載された様な電子源を用いた画像形成装置におい
て、複数形成された素子の選択は、該素子を並列に配置
し結線した配線（行方向配線）、行方向配線と直交する
方向（列方向）に該電子源と蛍光体間の空間に設置され
た制御電極（グリッド）と列方向配線への適当な駆動信
号により行なわれる。図１９にこの様な複数の表面伝導
型電子放出素子を用いた電子源の一部の平面図を示す。
図１９において、基板上に設けた複数の電子放出素子３
２０はそれぞれ２本の配線例えば３２１と３２２に並列
接続されており、電子放出素子３２０を形成した基板の
上方には電子通過孔Ｇｈを有するグリッドＧＲが電子放
出素子３２０の配線３２１，３２２と直交して配置して
ある。

【００１０】しかしながら、当然のことながら、個々の
表面伝導型電子放出素子とグリッドとの位置合わせや、
グリッドと表面伝導型電子放出素子間の距離を正確に制
御する必要が有り、これらは製法上の問題であった。本
出願人はこれらグリッドに伴う製法上の問題を解決する
ため、グリッドを表面伝導型電子放出素子上に積層した
新規な構成を提案してきた（特開平３−２０９４１号公
報等）。

【００１１】しかしながら、本出願人が提案してきた表
面伝導型電子放出素子を複数設置した電子源及び該電子
源と対向した位置に蛍光体を配置した表示装置等の画像
形成装置においても、電子を放出する素子を選択するた
めには前記列方向にグリッドが必須であり、また、該電
子源と対向配置した蛍光体を選択的に制御された明るさ
で発光せしめるためにもグリッドが必須であり、簡易な
構成で且つ容易に電子を放出する素子を選択し、その電
子放出量を制御し、蛍光体の輝度を制御でき得る画像形
成装置ではなかった。

【００１２】更に、従来の表面伝導型電子放出素子を複
数個形成する場合には、通常の配線製造工程に素子電極
及び電子放出部の形成工程が加わり、上記グリッドの形
成工程を含めて製造工程全体が非常に煩雑になってしま
う。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は係る従来の問
題点に鑑み、簡易な構成で且つ容易に、多数素子からな
る電子源より任意の素子を選択し、放出電子量を制御す
る電子源、及び該電子源と対向した位置に蛍光体を配置
してなる画像形成装置において、選択的に制御された明
るさで発光せしめる表示品位の高い画像形成装置を提供
することを目的とするものである。

【００１４】更に本発明は製造工程の簡略化を意図した
簡易な構成の電子源及び該電子源を用いた画像形成装置
の提供を目的とするものである。

【００１５】本発明の第１は、基板と、該基板上に配置
された、複数の行方向配線と、該複数の行方向配線と交
差した複数の列方向配線と、該両配線の各々の交差部の
該両配線間に配置された絶縁層と、該両配線の各々の交
差部の該絶縁層の外側面に配置され該両配線と接続され
た、電子放出部を有する導電性膜、とを有することを特
徴とする電子源である。

【００１６】更に本発明は、上記本発明の電子源の実施
態様として以下の電子源を提供するものである。

【００１７】

【００１８】

【００１９】本発明第２の電子源として、上記第１の電
子源において、側面が屈曲形状を有する電子源。

【００２０】本発明第３の電子源として、上記第１又は
第２の電子源において、更に、絶縁層を通じて、両配線
のうち該絶縁層の上部に配置された配線側へ、該両配線
のうち該絶縁層の下部に配置された配線側から引き出さ
れた補助電極を有する電子源。

【００２１】本発明第４の電子源として、上記第３の電
子源において、更に、補助電極と、両配線のうち絶縁層
の上部に配置された配線とに接続されて配置された、電
子放出部を有する導電性膜を有する電子源。

【００２２】本発明第５の電子源として、上記第１〜第
４の電子源において、絶縁層が、電子放出部を有する導
電性膜が配置された該絶縁層の領域の厚さよりも、該絶
縁層の他領域の厚さのほうが厚く形成されている電子
源。本発明第６の電子源として、上記第１〜第５の電子
源において、電子放出部を有する導電性膜が、絶縁層の
複数の側面に複数配置されている電子源、更には第７の
電子源として、上記第６の電子源において、電子放出部
を有する導電性膜の複数が、複数の電子放出部から放出
される複数の電子線が互いに重なる様に配置されている
電子源。

【００２３】本発明第８の電子源として、前記第１〜第
７の電子源において、電子放出部を有する導電性膜が、
微粒子にて構成されている電子源、更に第９の電子源と
して、該第８の電子源において、電子放出部を有する導
電性膜が、Ｐｄを主元素とする微粒子にて構成されてい
る電子源。

【００２４】

【００２５】

【００２６】また本発明は、画像形成装置を提供するも
のであり、本発明第１０として、電子源と、入力信号に
応じて、該電子源から放出された電子線の照射により画
像を形成する画像形成部材とを有する画像形成装置にお
いて、該電子源が、基板と、該基板上に配置された、複
数の行方向配線と、該複数の行方向配線と交差した複数
の列方向配線と、該両配線の各々の交差部の該両配線間
に配置された絶縁層と、該両配線の各々の交差部の該絶
縁層の外側面に配置され該両配線と接続された、電子放
出部を有する導電性膜、とを有する電子源である画像形
成装置である。

【００２７】更に本発明は、上記本発明の画像形成装置
の実施態様として以下の画像形成装置を提供するもので
ある。

【００２８】

【００２９】

【００３０】本発明第１１の画像形成装置として、上記
第１０の画像形成装置において、電子源が、絶縁層の側
面が、屈曲形状を有する電子源である画像形成装置。

【００３１】

【００３２】本発明第１２の画像形成装置として、上記
第１０又は第１１の画像形成装置において、電子源が、
更に、絶縁層を通じて、両配線のうち該絶縁層の上部に
配置された配線側へ、該両配線のうち該絶縁層の下部に
配置された配線側から引き出された補助電極を有する電
子源である画像形成装置。

【００３３】

【００３４】本発明第１３の画像形成装置として、上記
第１２の画像形成装置において、電子源が、更に、補助
電極と、両配線のうち絶縁層の上部に配置された配線と
に接続されて配置された、電子放出部を有する導電性膜
を有する電子源である画像形成装置。

【００３５】

【００３６】本発明第１４の画像形成装置として、前記
第１０〜第１３の画像形成装置において、電子源が、絶
縁層が、電子放出部を有する導電性膜が配置された該絶
縁層の領域の厚さよりも、該絶縁層の他領域の厚さのほ
うが厚く形成されている電子源である画像形成装置。本
発明第１５の画像形成装置として、該第１０〜第１４の
画像形成装置において、電子源が、電子放出部を有する
導電性膜が、絶縁層の複数の側面に複数配置されている
電子源である画像形成装置、また更には第１６の画像形
成装置として、該第１５の画像形成装置において、電子
源が、電子放出部を有する導電性膜の複数が、複数の電
子放出部から放出される複数の電子線が互いに重なる様
に配置されている電子源である画像形成装置、及び第１
７の画像形成装置として、上記第１５又は第１６の画像
形成装置において、電子源が、複数の電子放出部が、互
いに以下の関係式を満たす間隔Ｄにて配置されている電
子源である画像形成装置。

【００３７】Ｋ₂×２Ｈ（Ｖｆ／Ｖａ）^1/2≧Ｄ／２≧Ｋ
₃×２Ｈ（Ｖｆ／Ｖａ）^1/2 ［但し、Ｋ₂＝１．２５±０．０５、Ｋ₃＝０．３５±
０．０５、Ｈは電子放出部と画像形成部材との距離、Ｖ
ｆは電子放出部を有する導電性膜に印加される電圧、Ｖ
ａは画像形成部材に印加される電圧を示す］

【００３８】本発明第１８の画像形成装置として、前記
第１０〜第１７の画像形成装置において、電子源が、電
子放出部を有する導電性膜が、微粒子にて構成されてい
る電子源である画像形成装置、及び第１９の画像形成装
置として、前記第１８の画像形成装置において、電子源
が、電子放出部を有する導電性膜が、Ｐｄを主元素とす
る微粒子にて構成されている電子源である画像形成装
置、第２０の画像形成装置として、前記第１０〜第１９
の画像形成装置において、入力信号が、ＴＶ信号、画像
入力装置からの信号、画像メモリーからの信号、コンピ
ュータからの信号のうちの少なくとも一つである画像形
成装置。

【００３９】

【００４０】

【００４１】

【００４２】

【００４３】本発明は、表面伝導型電子放出素子の電子
放出特性の特徴を見出し、グリッドなしの構成で、即
ち、ｍ本の行方向（或いはＸ方向）配線とｎ本の列方向
（或いはＹ方向）配線（但しｍ及びｎは１以上の整数）
とでマトリクスを形成し、上記配線の交点において表面
伝導型電子放出素子を構成し、行列状に、多数個の表面
伝導型電子放出素子を配列した電子源を構成し、Ｘ方向
とＹ方向に適当な駆動信号を与えることで任意の表面伝
導型電子放出素子を選択し、電子放出量を制御し得るこ
とを可能としたため、グリッド電極に伴う前述の製法上
の問題点が解決され、簡易な構成の電子源が提供され
る。また、各電子放出素子は行方向配線と列方向配線を
そのまま素子電極として用いた垂直型の表面伝導型電子
放出素子であるため、素子電極の形成工程を必要とせ
ず、構成が簡素であり、煩雑な製造工程が不要である。
更に、該電子源より放出した電子を入射せしめて蛍光を
発光するように蛍光体を上記電子源に対向配置せしめる
ことにより、新規な画像形成装置が提供される。

【００４４】以下で本発明について更に詳述する。

【００４５】先ず、本発明に係る表面伝導型電子放出素
子について説明する。

【００４６】本発明に係る表面伝導型電子放出素子の基
本的な構成の模式図を図１に示す。図中１は基板、３は
電子放出部、４は該電子放出部を含む薄膜、５及び６は
素子電極、７は段差形成部である。尚電子放出部３の位
置及び形状は図示したものとは限らない。尚、後述する
通り、本発明においては、上記素子電極５，６は、Ｘ方
向及びＹ方向配線に相当し、また、段差形成部７は、層
間絶縁層に相当する。

【００４７】本発明において、上記基板１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ＳｉＯ₂を
積層したガラス基板及びアルミナ等セラミックスなどの
絶縁性基板が好ましい。素子電極５，６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も使用で
きるが、例えばＮｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔ
ｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属或いは合金、及びＰｄ，
Ａｇ，Ａｕ，ＲｕＯ₂，Ｐｄ−Ａｇ等の金属或いは金属
酸化物とガラス等から構成される印刷導電体、Ｉｎ₂Ｏ₃
−ＳｎＯ₂等の透明導電体、及びポリＳｉ等の半導体材
料等が挙げられる。

【００４８】図３１に示したような表面伝導型電子放出
素子においては、一対の素子電極３１５，３１６が同じ
平面上に対向配置し、その間に電子放出部を含む薄膜３
１４が平面上に形成されていることから平面型と呼ばれ
る。これに対し、本発明に係る表面伝導型電子放出素子
においては、段差形成部７により素子電極５、６が上下
方向にずれて配置し、素子電極５、６とは直交して段差
形成部７側面に電子放出部を含む薄膜４が位置している
ことに特徴を有する。以下に該段差形成部７及び電子放
出部を含む薄膜４について詳述する。

【００４９】段差形成部７は、真空蒸着法、印刷法、ス
パッタ法等で形成されたＳｉＯ₂等の絶縁性材料で構成
され、段差形成部７の厚さは数百Å〜数十μｍで前記平
面型表面伝導型電子放出素子の素子電極間隔Ｌ₁に対応
し、段差形成部７の製法及び素子電極間に印加される電
圧と電子放出しうる電界強度により設定されるが、好ま
しくは、１０００Å〜１０μｍである。素子電極長さＷ
₁、素子電極５、６の膜厚ｄは、電極の抵抗値、前述し
たＸ、Ｙ配線との結線、多数配置された電子源の配置上
の問題より適宜設計され、通常は素子電極長さＷ₁は好
ましくは数μｍ〜数百μｍ、素子電極５、６の膜厚ｄは
好ましくは数百Å〜数μｍである。

【００５０】電子放出部を含む薄膜４は、素子電極５、
６と段差形成部７作製後に真空蒸着法、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。該薄膜４は素子電極５、
６の上に積層される。また、薄膜４の膜厚は数Å〜数千
Å、好ましくは１０Å〜２００Åであり、素子電極５、
６へのステップカバレージ、電子放出部３と素子電極
５、６間の抵抗値及び後述するフォーミング処理条件等
によって、適宜設定されるが、該膜厚はその製法に依存
しており、段差形成部７側面での膜厚と素子電極５、６
の上に積層された部分の膜厚では異なる場合が多く、一
般に段差形成部７における膜厚が薄い。その結果、前述
した平面型表面伝導型電子放出素子と比べて容易に通電
処理されて電子放出部３が形成される場合が多い。

【００５１】電子放出部を含む薄膜４の抵抗値は、１０
³〜１０⁷Ω／□のシート抵抗値を示す。電子放出部を含
む薄膜４の構成材料としては、Ｐｄ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａ
ｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ，ＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，
ＰｂＯ，Ｓｂ₂Ｏ₃等の酸化物、ＨｆＢ₂，ＺｒＢ₂，Ｌａ
Ｂ₆，ＣｅＢ₆，ＹＢ₄，ＧｄＢ₄等の硼化物、ＴｉＣ，Ｚ
ｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、Ｔｉ
Ｎ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導
体、カーボン、ＡｇＭｇ，ＮｉＣｕ，Ｐｂ，Ｓｎ等であ
り、好ましくは微粒子膜からなる。尚、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、或いは重なり合った状態
（島状も含む）の膜をさす。

【００５２】電子放出部３は、数Å〜数千Å、好ましく
は１０Å〜２００Åの粒径の導電性微粒子多数個からな
り、電子放出部を含む薄膜４の膜厚及び後述するフォー
ミング処理条件等の製法に依存して適宜選択される。電
子放出部３を構成する材料は、電子放出部を含む薄膜４
を構成する材料の元素の一部或いは全てと同じである。

【００５３】上記したフォーミング処理条件について説
明する。図２にフォーミング処理の電圧波形を示す。図
２中、Ｔ₁及びＴ₂は電圧波形のパルス幅とパルス間隔で
あり、Ｔ₁を１μ秒〜１０ｍ秒、Ｔ₂を１０μ秒〜１００
ｍ秒とし、三角波の波高値（フォーミング時のピーク電
圧）を適宜選択し、フォーミング処理は真空雰囲気下で
数十秒から数十分程度で適宜設定する。また、フォーミ
ング処理において素子電極間に印加する波形は三角波に
限らず、矩形波など所望の波形を用いることができる。
また、その波高値及びパルス幅、パルス間隔等について
も特に制限はなく、電子放出部が良好に形成されれば所
望の値を選択することができる。

【００５４】次に本発明に係る電子放出素子の基本特性
について図３、図４を用いて説明する。図３は図１に示
した電子放出素子の電子放出特性を測定するための測定
評価装置の概略図である。尚電子放出素子は、図１と同
様模式図である。本図において１〜７は図１と同じであ
り、３１は素子電極５・６間の電子放出部を含む薄膜４
を流れる素子電流Ｉ_fを測定するための電流計、３２は
素子に素子電圧Ｖ_fを印加するための電源、３３は素子
の電子放出部３より放出される放出電流Ｉ_eを測定する
ための電流計、３４はアノード電極に電圧を印加するた
めの高圧電源、３５はアノード電極である。上記素子電
流Ｉ_f、放出電流Ｉ_eの測定にあたっては、素子電極５、
６に電源３２と電流計３１とを接続し、電子が放出する
方向にアノード電極３５を配置している。また、測定す
る電子放出素子及びアノード電極３５は真空装置内に設
置され、所望の真空下で素子の測定評価を行なえる様に
なっている。尚、アノード電極３５の電圧は１ｋＶ〜１
０ｋＶ、アノード電極３５と電子放出素子との距離Ｈは
２ｍｍ〜８ｍｍの範囲で測定する。

【００５５】図４に上述の測定評価装置により測定され
た放出電流Ｉ_e及び素子電流Ｉ_fと素子電圧Ｖ_fの関係の
典型的な例を示す。尚、素子電流Ｉ_fは放出電流Ｉ_eに比
べて著しく大きいため、図４においてはそれぞれ任意単
位で示した。図４からも明らかな様に、本発明に係る電
子放出素子は放出電流Ｉ_eに対する３つの特性を有す
る。

【００５６】先ず第１に、本素子はある電圧（しきい値
電圧と呼ぶ、図４中のＶ_th）以上の素子電圧を印加する
と急激に放出電流Ｉ_eが増加し、一方しきい値電圧Ｖ_th
以下では放出電流Ｉ_eがほとんど検出されない。即ち、
放出電流Ｉ_eに対する明確なしきい値電圧Ｖ_thを持った
非線形素子である。第２に、放出電流Ｉ_eが素子電圧Ｖ_f
に依存するため、放出電流Ｉ_eは素子電圧Ｖ_fで制御でき
る。第３に、アノード電極３５に捕捉される放出電荷
は、素子電圧Ｖ_fを印加する時間により制御できる。以
上の様な特性を有するため、本発明に係る表面伝導型電
子放出素子は多方面への応用が期待できるのである。

【００５７】また、素子電流Ｉ_fは素子電圧Ｖ_fに対して
単調増加特性を示す場合（図４の実線にて示された曲
線）と、電圧制御型負性抵抗特性（ＶＣＮＲ特性と呼
ぶ）を示す場合（図４の破線にて示された曲線）とがあ
る。いずれの場合も、本発明に係る電子放出素子は上述
した３つの特性上の特徴を示すが、より好ましくは単調
増加特性を示す態様が採用される。

【００５８】次に、本発明の電子源について説明する。
本発明の電子源とは、上述した表面伝導型電子放出素子
を複数個備えた基板である。上述した通り、本発明に係
る電子放出素子の基本的特性によれば、放出電子はしき
い値電圧以上では素子電極間に印加するパルス状電圧の
波高値と幅に制御される。一方、しきい値電圧以下では
電子は放出されない。この特性を利用し、複数の電子放
出素子を配置した場合においても、個々の素子に上記パ
ルス状電圧を適宜印加すれば、任意の電子放出素子を選
択し、その電子放出量を制御することができる。本発明
の電子源はこの原理に基づき構成されたものである。

【００５９】以下この原理に基づき構成した電子源基板
の構成について、図５を例に用いて説明する。図５にお
いて、５１は絶縁性基板、５６はＸ方向配線、５５はＹ
方向配線、５４は電子放出部を含む薄膜である。

【００６０】同図５（ａ），（ｂ）において、絶縁性基
板５１は、前述したガラス基板等であり、その大きさ及
びその厚みは、絶縁性基板５１に設置される表面伝導型
素子の個数及び個々の素子の設計上の形状、及び電子源
の使用時の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。Ｙ方向配線５５は、絶縁性基板５１上に、真空蒸着
法、印刷法、スパッタ法等で形成し、所望のパターンと
した導電性金属等からなり、多数の表面伝導型素子にほ
ぼ均等な電圧が供給される様に、材料、膜厚、配線巾が
設定される。Ｘ方向配線５６は、Ｙ方向配線５５と同様
に、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等で形成し、所望
のパターンとした導電性金属等からなり、多数の表面伝
導型素子にほぼ均等な電圧が供給される様に、材料、膜
厚、配線巾等が設定される。これらＸ方向配線５６とＹ
方向配線５５間には、層間絶縁層５７が設置され、電気
的に分離されて、マトリックス配線を構成する。

【００６１】層間絶縁層５７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、Ｙ方向配
線５５を形成した絶縁性基板５１の一部に所望の形状で
形成され、特に、Ｘ方向配線５６とＹ方向配線５５の交
差部の電位差に耐え得る様に、膜厚、材料、製法が、適
宜設定される。Ｘ方向配線５６とＹ方向配線５５は、そ
れぞれ外部端子として引き出されている。

【００６２】尚、本発明においては、該層間絶縁層５７
は、上述の図１にて示した表面伝導型電子放出素子の段
差形成部７の機能をも兼ね備える。

【００６３】ここで、Ｘ方向配線５６とＹ方向配線５５
の導電性金属は、その構成元素の一部あるいは全部が同
一であっても、またそれぞれ異なってもよく、Ｎｉ，Ｃ
ｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等
の金属或は合金及びＰｄ，Ａｇ，Ａｕ，ＲｕＯ₂、Ｐｄ
−Ａｇ等の金属或は金属酸化物とガラス等から構成され
る印刷導体、Ｉｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂等の透明導体及びポリ
シリコン等の半導体導体材料等より適宜選択される。

【００６４】本発明の電子源においては、上記した表面
伝導型電子放出素子を用いるが、絶縁層を介して交差す
る行方向配線及び列方向配線をそのまま素子電極として
用いる。電子放出部は上記各配線を素子電極として用い
ることができる範囲内で、両配線の交差部のいずれに形
成しても構わない。具体的には、少なくとも交差部或い
は交差部周辺において下側の配線が露出するように絶縁
層を部分除去し、交差部の絶縁層側面に電子放出部を含
む薄膜を形成する。即ち、絶縁層が、図１の段差形成部
４の役割を兼ね備える。電子放出部を形成する絶縁層端
面の形状は特に限定されず、図１に示した素子の如く、
直線状の配線に対し垂直であっても、また、階段状や曲
線状、或いは任意の角度を有する直線状でも構わない。
特に交差部周縁に電子放出部を形成する場合には、絶縁
層の端面の配線方向に凹凸を付けたり曲線状にする等、
屈曲させることにより、電子放出部の長さを、交差部の
直線距離よりも長くすることにより、放出電子量を増や
したり、電子ビームを制御して電子源特性を高めること
ができる。

【００６５】また、本発明の画像形成装置において、交
差部両側の電子放出素子から放出される複数の電子ビー
ムを画像形成部材で重ねる場合には、交差部両側の電子
放出素子が配線に対して対称配置されていることが好ま
しい。

【００６６】本発明においては、素子電極はマトリクス
配線をそのまま用いるため、素子電極に必要な条件が配
線に要求される。従って、前述した表面伝導型電子放出
素子の材料及び形成方法に、配線機能を加えた上で、各
形成工程、材料、膜厚、配線幅を選択すれば良いが、配
線幅に関しては、後述する内容を満たす条件で限定され
る場合もある。

【００６７】本発明においては、電子放出素子から放出
された電子ビームの画像形成部材上における照射部の輝
度分布に応じて、複数の電子放出素子の照射部を重ねて
照射部の形状や輝度等を制御することができる。実際の
画像形成装置においては、鮮明な画像を得るためには、
画像形成部材に照射される放出電子量がより多いことが
望まれる。本発明においては、例えば前記交差部両側に
ある表面伝導型電子放出素子から放出される電子ビーム
を画像形成部材上で重ねることにより、それら複数の放
出電子量の合計が上記所望の放出電子量に達すれば鮮明
な画像が得られる。即ち本発明では、１個の表面伝導型
電子放出素子から得られる放出電子量が少なくても、画
像形成部材上でのトータルでの電子放出量を多く取れる
ため、電子放出素子の設計が容易になるという利点があ
る。また、同時に画像形成部材上での電子ビームのスポ
ット形状も重なりの程度を変えることで制御することが
可能となるので、希望のスポット形状を得ることができ
る。

【００６８】図５に本発明の電子源の一実施態様を模式
的に示す。本実施態様は交差部周縁に電子放出部を形成
した例であり、図５（ａ）はその平面図、（ｂ）は図５
（ａ）中のＡ−Ａ’断面図である。図中５１は絶縁性基
板、５４は電子放出部を含む薄膜、５５はＹ方向配線、
５６はＸ方向配線、５７は絶縁層である。尚、本図にお
いては便宜上薄膜５４は絶縁層５７側面にのみ形成して
いるが、Ｘ方向配線５６又はＹ方向配線５５とのコンタ
クトを良好にするために、薄膜５４端部を該配線上面に
適宜延長しても構わない。

【００６９】図５（ｂ）を用いて前述の、複数の照射部
を重ねる場合について説明する。図５（ｂ）中の破線は
電子放出部５３ａ及び５３ｂから放出された電子ビーム
の軌跡を模式的に表わしたものである。本実施態様の場
合、画像形成部材５９上に有効に電子放出されるために
Ｘ方向配線５６がＹ方向配線５５より高電位となるよう
に駆動電圧が印加される。このとき、交差部両側の電子
放出部から電子が放出され、画像形成部材５９に印加さ
れている加速電圧（不図示）により放出電子が加速さ
れ、電子ビームは画像形成部材５９方向へ進む。これと
同時に配線に印加された駆動電圧により形成される電場
の影響も受けるため、高電位電極側にも偏向される。即
ち、図５（ｂ）では、例えば電子放出部５３ａから放出
された電子は画像形成部材５９の加速電圧により図中Ｚ
方向に加速されるが、同時に配線の駆動電圧によっても
Ｙ方向に加速されるため破線のような軌道をたどり画像
形成部材５９上に電子ビームが照射される。同様に、５
３ｂから放出された電子はＺ方向及び−Ｙ方向に加速さ
れ破線のような軌道をたどり画像形成部材５９上に電子
ビームが照射される。この時、前述の２箇所から放出さ
れた電子ビームが画像形成部材５９上で重なるように電
子源を含む画像形成装置を設計する。具体的には、交差
部両側の電子放出部間距離（Ｄ）（本実施態様では配線
幅に相当）、駆動電圧（Ｖ_f）、画像形成部材の加速電
圧（Ｖ_a）及び画像形成部材と電子源間の距離（Ｈ）等
を以下に詳述するように適宜選択する。

【００７０】図２３は、図５（ａ），（ｂ）に示したよ
うな装置において、本発明者らが観察した画像形成部材
５９上に形成された蛍光体（不図示）の輝点５２の拡大
概略図である。

【００７１】図２３に示されるように、蛍光体の輝点全
体は配線間での電圧印加方向（図中Ｙ方向）及び、それ
と垂直な方向（Ｘ方向）に、ある広がりを持っているこ
とが確認された（但し、図２３には、図５（ｂ）の電子
放出部５３ａからのみの放出電子による輝点を示し
た）。尚、３３１は図５（ｂ）の破線Ｚと蛍光体との交
点である。

【００７２】このような輝点が形成される理由、即ち、
電子ビームがある広がりを持って画像形成部材に到達す
る理由については、表面伝導型電子放出素子の電子放出
機構について完全に解明されてはいないので明確ではな
いが、本発明者らは、幾多の実験から初速度を持った電
子があらゆる方向へ散乱されるように放出されているた
めと考えている。

【００７３】また、本発明者らは、あらゆる方向へ放出
される電子のうち、電子放出部５３ａから見て、両配線
のうちの高電位側配線の方向（図中Ｙプラス方向）に放
出された電子が輝点の先端部５２ａに到達し、低電位側
配線の方向（図中Ｙマイナス方向）に放出された電子が
輝点の尾部５２ｂに到達するというように、基板面に対
し角度分布を有する電子が放出されることによりＹ方向
についてある広がりを持った輝点が得られると考えてい
る。但し、輝点の尾部５２ｂの輝度は他の部分に比べ一
層低かったため、低電位側配線の方向（Ｙマイナス方
向）に放出される電子の量は非常に少ないと推察され
る。

【００７４】更に、本発明者らの実験によると、図２３
において、輝点５２は電子放出部５３ａの鉛直上方（図
５（ｂ）中の破線Ｚ）からＹプラス方向へずれているこ
とがわかった。

【００７５】この理由は、表面伝導型電子放出素子上の
空間の電位分布が、電子放出部５３ａの近傍において等
電位面が画像形成部材５９面と平行になっていないた
め、放出された電子は加速電圧Ｖａにより加速され図中
Ｚ方向に飛翔するだけでなく、高電位側配線５６方向
（Ｙプラス方向）にも加速されるためと本発明者らは考
えている。

【００７６】即ち、電子放出させるために必要な印加電
圧Ｖｆにより、電子は放出された直後、偏向作用を受け
ることが避けられないためと考えられる。

【００７７】そこで本発明者らは、輝点５２の形状や大
きさ、電子放出部５３ａの鉛直上方からＹ方向への位置
ずれの値などを詳細に検討し、輝点先端部までのずれ量
（図２３中のΔＹ₁）と輝点尾部までのずれ量（図２３
中のΔＹ₂）をＶａ，Ｖｆ，Ｈをパラメーターとして表
わすことを試みた。

【００７８】荷電粒子の運動方程式から電子源の上方
（Ｚ方向）距離ＨにＶａ（Ｖ）の電圧が印加されたター
ゲットがあり、電子源〜ターゲット間には一様な電場が
存在する時、Ｙ方向には初速度Ｖ（ｅＶ）、Ｚ方向には
初速度０で射出した電子は、ターゲットに到達するまで
に、Ｙ方向に

【００７９】

【数１】だけ、変位する。

【００８０】本発明者らの行った実験では、配線間に印
加する電圧の影響で、電子放出部近傍（本発明において
は、厳密には、高電位側配線の近傍を意味する）におい
て電場が湾曲しており、Ｙ方向へも電子が加速される
が、通常電子放出素子に印加する電圧に対し、画像形成
部材に印加される電圧が十分大きいので、電子は電子放
出部の近傍のみでＹ方向に加速され、その後はＹ方向速
度はほとんど一定と考えられるので、電子放出部近傍で
Ｙ方向に加速された後の速度を式（１）のＶに代入すれ
ば、Ｙ方向への電子ビームのずれが求められると考えら
れる。

【００８１】今、電子が電子放出部近傍でＹ方向に加速
されたあと得たＹ方向の速度成分をＣ（ｅＶ）とする
と、Ｃは素子に印加する電圧Ｖｆの値によって変位する
定数と考えられる。そこでＣをＶｆの関数としてＣ（Ｖ
ｆ）（単位はｅＶ）として表し（１）式に代入すれば、
ずれ量Δ０は下記（２）式で表せる。

【００８２】

【数２】

【００８３】但し、（２）式は電子放出部からＹ方向の
初速度０で放出された電子が、電子放出部近傍で素子電
極間に印加される電圧Ｖｆの影響でＹ方向速度Ｃ（ｅ
Ｖ）となった場合のずれ量を表している。

【００８４】実際には、前述のように、表面伝導型電子
放出素子から放出される電子はあらゆる方向に初速度を
もって放出されると考えられるため、その初速度の大き
さをｖ０（ｅＶ）とすると、（１）式から、Ｙ方向へ最
も大きくずれる電子ビームのずれ量は

【００８５】

【数３】Ｙ方向へのずれ量が最も小さい電子ビームのずれ量は

【００８６】

【数４】となると考えられる。

【００８７】ここで、ｖ０も電子放出部に印加される電
圧エネルギーであるＶｆにより値が変化する定数と考え
られるから、結局Ｃもｖ０もＶｆの関数であると言える
から、定数Ｋ２、Ｋ３を用いて

【００８８】

【数５】と書き換えられる。

【００８９】これを用いて（３）（４）を変形すると

【００９０】

【数６】

【００９１】ここで、Ｈ、Ｖｆ、Ｖａは測定可能な量で
あり、ΔＹ１、ΔＹ２も測定可能な量である。

【００９２】本発明者らは、図２３において、Ｈ、Ｖ
ｆ、Ｖａを変えてΔＹ１、ΔＹ２を測定する実験を種々
行うことにより、Ｋ２、Ｋ３の値としてそれぞれ下記の
値を得た。

【００９３】Ｋ２＝１．２５±０．０５Ｋ３＝０．３５±０．０５

【００９４】これは加速電界の速度（Ｖａ／Ｈ）が１ｋ
Ｖ／ｍｍ以上の時、特に良く成り立つ。

【００９５】以上の知見をもとにすれば、画像形成部材
面での電子ビームスポットの電子放出素子への電圧印加
方向（Ｙ方向）の大きさ（Ｓ１とする）は、Ｓ１＝ΔＹ
１−ΔＹ２として簡単に求められる。

【００９６】Ｋ１＝Ｋ２−Ｋ３と置けば（５）、（６）
式から

【００９７】

【数７】となる。

【００９８】さらに、本発明者らは、以上得られた関係
式をもとに、複数の電子放出部から放出される電子ビー
ムの画像形成部材面上での関係を考察した。

【００９９】図５（ａ），（ｂ）に示した構成では、放
出された電子は、電子放出部近傍の電場の湾曲や、電極
のエッジの影響等で、図２３に示したように、Ｙ軸に非
対称な形状で画像形成部材面に達する。

【０１００】スポット形状の歪みとか、非対称性は画像
の解像度の低下を引き起こし、特に文字などを表示する
場合、文字の判別性が低下し、また動画の場合でも画像
のきれが悪く、鮮明な画像が得られない。

【０１０１】この場合、輝点の形状はＹ軸に非対称だ
が、先端部から尾部までが、電子放出部の鉛直上方（図
５（ｂ）の破線Ｚ）からどれだけずれるかは、式
（５），（６）から明らかであるから、本発明者らは、
複数の電子放出部が、電圧印加方向において、下記（１
３）式で表される間隔Ｄをもって、配置されれば、該複
数の電子放出部から放出された電子ビームが、画像形成
部材面上で一つに重なることにより、対称性の良い輝点
形状が得られる事を見いだした。

【０１０２】

【数８】

【０１０３】更に本発明の電子源の別の好ましい態様に
おいては、先の態様（図５）と同様に上記した表面伝導
型電子放出素子を用い、絶縁層を介して交差する行方向
配線及び列方向配線をそのまま素子電極として用い、該
絶縁層側面に、電子放出部を含む薄膜を形成して構成さ
れるが、更に、上記交差部内において絶縁層上の配線を
一部除去した形状に配線を形成し、該除去部分に下側の
配線まで届くホールを形成し、下側の配線を引き出して
補助電極を形成する。本態様では、この補助電極を設け
たことにより、電子放出部から放出される電子の軌道を
制御することができる。

【０１０４】本態様においても、素子電極はマトリクス
配線をそのまま用いるため、素子電極に必要な条件が配
線に要求される。従って、前述した表面伝導型電子放出
素子の材料及び形成方法に、配線機能を加えた上で、各
形成工程、材料、膜厚、配線幅を選択すれば良い。

【０１０５】図６に本発明の電子源の上記補助電極を設
けた実施態様を示す。本実施態様は配線交差部の中央部
に下側の配線にまで達するホールを穿ち、下側の配線を
引き出して補助電極を形成したものである。図中（ａ）
はその平面図、（ｂ）は図６（ａ）中のＡ−Ａ’断面図
である。図中６１は絶縁性基板、６２は補助電極、６４
は電子放出部を含む薄膜、６５はＹ方向配線、６６はＸ
方向配線、６７は絶縁層である。尚、本図においては便
宜上薄膜６４は絶縁層側面にのみ設けたが、Ｘ方向配線
６６及びＹ方向配線６５とのコンタクトを良好にするた
めに、薄膜６４端部を上記配線上面に適宜延長しても良
い。

【０１０６】更に、本発明の電子源の別の好ましい態様
においては、上記交差部の絶縁層の厚みよりも、電子放
出部における行方向配線と列方向配線との距離が小さい
ことをも特徴とする態様である。配線の交差部において
は介在する絶縁層に容量が発生し、高速駆動を図る上で
問題である。本態様においては、上記絶縁層の厚みをで
きるだけ厚くすることで上記課題を解決したものであ
る。即ち、電子放出部における電極間距離を変えずに、
配線形状を変えたり、或いは基板に凹部を形成して下側
の電極を屈曲させることにより、絶縁層の厚みを増やし
て容量を減らし、駆動特性を高めたものである。

【０１０７】また本態様の技術思想によれば、同じ膜厚
の絶縁層において、上記交差部における配線電極間の、
より狭い電子放出素子を形成し、電子放出特性の異なる
電子源を構成することができる。

【０１０８】図７に本発明の電子源の上記絶縁層の容量
を減らした実施態様を模式的に示す。本実施態様は基板
にＸ方向配線に沿って溝を形成し、該溝に直交する様に
Ｙ方向配線を屈曲させて形成することにより、溝の深さ
分だけ絶縁層の厚みを増加させたものである。図中
（ａ）はその平面図、（ｂ）は図７（ａ）中のＡ−Ａ’
断面図である。図中７１は絶縁性基板、７４は電子放出
部を含む薄膜、７５はＹ方向配線、７６はＸ方向配線、
７７は絶縁層である。尚、本図においては便宜上薄膜７
４は絶縁層側面にのみ設けたが、Ｘ方向配線７６及びＹ
方向配線７５とのコンタクトを良好にするために、薄膜
７４端部を上記配線上面に適宜延長しても構わない。

【０１０９】また、図８は本発明の画像形成装置の表示
パネルの基本構成であり、図９は蛍光膜である。図中、
８１は図５に示した様な本発明の電子源基板、８２は電
子源基板８１を固定したリアプレート、８３は支持枠、
７８は電子源基板８１に形成された電子放出部を含む薄
膜、７９はＹ方向配線、８０はＸ方向配線、８７はガラ
ス基板８４の内面に蛍光膜８５及びメタルバック８６を
形成したフェースプレートであり、リアプレート８２及
びフェースプレート８８をフリットガラス等で封着して
外囲器８３が構成されている。外囲基８８は上述の如く
フェースプレート８７、支持枠８３、リアプレート８２
で構成されているが、リアプレート８２は主に電子源基
板８１の強度を補強する目的で設けられるため、電子源
基板８１が十分な強度を持つ場合には別体のリアプレー
ト８２は不要であり、電子源基板８１に直接支持枠８３
を封着し、フェースプレート８７、支持枠８３、電子源
基板８１にて外囲器８８を構成しても良い。尚、フェー
スプレート８７、リアプレート８２間に不図示のスペー
サーを設けることによって、支持機能を強化することも
できる。

【０１１０】図９に図８に示した蛍光膜８５を示す。蛍
光膜８５はモノクロームの場合は蛍光体のみからなる
が、カラーの場合には、蛍光体の配列によりブラックス
トライプ或いはブラックマトリクスなどと呼ばれる黒色
導電材８９と蛍光体９０とで構成される。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９０
間の塗り分け部を黒くすることで混色等を目立たなくす
ること、及び蛍光膜８５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８９の
材料としては、通常良く用いられている黒鉛を主成分と
する材料だけでなく、導電性が有り、光の通過及び反射
が少ない材料であればこれに限るものではない。またガ
ラス基板８４に蛍光体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。

【０１１１】また、蛍光膜８５の内面側には通常メタル
バック８６が設けられる。メタルバック８６の目的は、
蛍光体の発光のうち内面側への光をフェースプレート８
７側へ鏡面反射することにより輝度を向上させること、
電子ビーム加速電圧を印加するための電極として作用さ
せること、外囲器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の保護等である。メタルバック８６
は、蛍光膜８５作製後に蛍光膜８５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）を行ない、そ
の後Ａｌを真空蒸着等で堆積することにより形成され
る。フェースプレート８７には蛍光膜８５の導電性を高
めるため、蛍光膜８５の外面側に更に透明電極を設けて
も良い（不図示）。

【０１１２】前述の封着を行なう際、カラーの場合には
各色蛍光体と電子放出素子とを対応させるため、十分な
位置合わせを行なう必要がある。

【０１１３】外囲器８８は、不図示の排気管を通じ、１
０^-6程度に真空にされて封止される。また、外囲器８８
の外側へ引き出された端子Ｄ_x1〜Ｄ_xm及びＤ_y1〜Ｄ_ynを
通じてＸ方向配線８０及びＹ方向配線７９に電圧を印加
し、前述のフォーミング処理を行ない、電子放出部を形
成する。また、外囲器８８の封止後の真空度を維持する
ために、ゲッター処理を行なう場合も有る。これは、外
囲器８８の封止を行なう直前或いは封止後に、抵抗加熱
或いは高周波加熱等の加熱法により、外囲器８８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法である。ゲッターは通常Ｂａ等が
主成分であり、上記蒸着膜の吸着作用により、例えば１
×１０^-5〜１０^-7Ｔｏｒｒの真空度を維持するものであ
る。

【０１１４】以上のようにして形成された画像形成装置
において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄ_x1〜Ｄ_xm
及びＤ_y1〜Ｄ_ynを通じて電圧を印加することにより、電
子を放出させ、高圧端子Ｈ_Vを通じてメタルバック８６
或いは不図示の透明電極に数ｋＶ以上の高圧を印加し、
電子ビームを加速し、蛍光膜８５に衝突させ、励起・発
光させることで画像を表示するものである。

【０１１５】以上述べた構成は、表示等に好適な画像形
成装置を作製する上で必要な概略構成であり、例えば各
部材の材料等、詳細な部分は上述内容に限られるもので
はなく、画像装置の用途に適する様適宜選択する。

【０１１６】また、本発明の電子源は、表示に好適な画
像形成装置に限るものではなく、感光性ドラムと発光ダ
イオード等で構成された光プリンタの発光ダイオード等
の代替の発光源として用いることもできる。またこの
際、上述のｍ本のＸ方向配線とｎ本のＹ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。

【０１１７】

【実施例】

（実施例１）前述の図５に示した構成の電子源を作製し
た。その製造工程について、図１０を用いて説明する。

【０１１８】基板９１として石英基板を用い、これ
を有機溶剤により十分に洗浄後、該基板９１面上に真空
蒸着法により、厚さ５０ÅのＣｒ及び厚さ６０００Åの
Ａｕを順次積層し、フォトレジスト（ＡＺ１３７０，ヘ
キスト社製）をスピンナーにより回転塗布し、ベークし
た後ホトマスクを露光・現像してＹ方向配線９５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Ｙ方向配線９５を形成した（ａ）。

【０１１９】次に、ＣＶＤ法によりＳｉＯ₂の絶縁
層９７を２μｍの厚さでＹ方向配線９５上全面に形成し
た（ｂ）。

【０１２０】真空蒸着法により絶縁層９７上全面に
Ｘ方向配線９６として厚さ５０ÅのＴｉ及び厚さ５００
０ÅのＡｕを順次堆積した（ｃ）。

【０１２１】Ａｕはウエットエッチング、Ｔｉ及び
ＳｉＯ₂はＣＦ₄とＨ₂ガスを用いたＲＩＥ（反応性イオ
ン工程）によりＸ方向配線９６及び絶縁層９７をパター
ニングした（ｄ）。

【０１２２】真空蒸着法により０．１μｍ厚でＣｒ
を堆積した後、フォトリソ及びエッチングプロセスによ
り、Ｃｒ膜９２をパターニングし、更に有機パラジウム
溶液（奥野製薬株式会社製；ｃｃｐ４２３０）をスピン
コータを用いて塗布した後、３００℃で１０ｍｉｎ間の
加熱処理をして酸化パラジウム（ＰｄＯ）微粒子からな
る電子放出部形成用薄膜９８を形成し（ｅ）、リフトオ
フにより所望のパターンの電子放出部形成用薄膜９８を
得る（ｆ）。

【０１２３】上記工程を経た基板を真空室内に入
れ、１０^-6Ｔｏｒｒの真空雰囲気でＸ方向及びＹ方向配
線に電圧を印加し、電子放出部形成用薄膜９８の微粒子
膜に通電した。徐々に電圧を上昇させ、該微粒子膜に不
可逆的な変形を発生させ、電子放出部を形成した。

【０１２４】この様にして作製した電子源において、Ｘ
方向配線９６に０Ｖ、Ｙ方向配線９５に１４Ｖを印加
し、他のＸ方向配線、Ｙ方向配線には７Ｖを印加した。
これにより選択された電子放出素子のみから電子が放出
され、良好な選択性を示した。又、特に、上部配線（Ｘ
方向配線９６）側を、下部配線（Ｙ方向配線９５）側よ
りも高電位とすること、及び上部配線巾を適宜設定する
ことにより、交差部両側からの放出電子ビームが画像形
成部材上で照射部が重なり、所望の放出電子量が得られ
た。

【０１２５】本実施例において、例えば、Ｘ方向配線の
幅（Ｄ）を４００μｍとし、Ｘ方向配線に１４Ｖ、一
方、Ｙ方向配線に０Ｖを印加し、更に、距離（Ｈ）が
２．５ｍｍ上方に設置された画像形成部材上の蛍光体
（不図示）に６ｋＶを印加したとき、対称性が良く、ほ
ぼ円形の輝点形状が得られた。尚、本実施例において
は、輝点の径は、ほぼ５００μｍφであった。

【０１２６】即ち、単一の電子放出部を有する表面伝導
型電子放出素子からの電子ビームは、画像形成部材面、
ここでは、画像形成部材面の内面に配置された蛍光体
（不図示）面上で、対称性の良くない輝点形状になる
が、一方、本実施例の通り、複数の電子放出部が、電圧
印加方向（Ｙ方向）、下記の関係式にて表される間隔Ｄ
をもって、両電子放出部が高電位側配線を挟んで形成さ
れれば、複数の電子放出部から放出された電子ビーム
が、画像形成部材面、ここでは、画像形成部材面の内面
に配置された蛍光体（不図示）面上で、一つに重なるこ
とにより、対称性の良い輝点形状が、本実施例のように
得られる。

【０１２７】Ｋ₂×２Ｈ（Ｖｆ／Ｖａ）^1/2≧Ｄ／２≧Ｋ
₃×２Ｈ（Ｖｆ／Ｖａ）^1/2 但し、Ｋ₂、Ｋ₃は定数で、Ｋ₂＝１．２５±０．０５、Ｋ₃＝０．３５±０．０５Ｖｆは素子印加電圧、Ｖａは画像形成部材に印加される
電圧（加速電圧）、Ｈは電子放出部と画像形成部材間の
距離、Ｄは電子放出部間の距離を夫々示す。

【０１２８】また、上記工程により作製した電子源は、
高精細、大画面化しても極端な再現性或いは歩留の低下
が起こらなかった。

【０１２９】尚、本実施例においては、絶縁膜を膜厚が
均一になるように形成したが、交差部において所定の膜
厚が形成されれば、交差部以外の領域の膜厚は交差部と
は関係なく適宜選択でき、絶縁膜の膜厚が領域により異
なっていても構わない。

【０１３０】実施例１記載の電子源を用いて図８に示し
た表示パネルを構成し、本発明の画像形成装置を構成し
た。本実施例の駆動について説明する。

【０１３１】図１１に本実施例の電気回路構成を示す。
図１１はＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づきテレビジョ
ン表示を行なうための駆動回路の概略構成をブロック化
して示したもので、図中１１１は前記表示パネルであ
り、１１２は走査回路、１１３は制御回路、１１４はシ
フトレジスタ、１１５はラインメモリー、１１６は同期
信号分離回路、１１７は変調信号発生器、Ｖ_X及びＶ_aは
直流電圧源である。

【０１３２】以下、各部の機能を説明してゆくが、先ず
表示パネル１１１は、端子Ｄ_x1〜Ｄ_xm、Ｄ_y1〜Ｄ_yn、及
び高圧端子Ｈ_Vを介して外部の電気回路と接続してい
る。このうち、端子Ｄ_x1〜Ｄ_xmには、前記表示パネル１
１１内に設けられているマルチ電子ビーム源即ちｍ行ｎ
列の行列状にマトリクス配線された表面伝導型電子放出
素子群を一行（ｎ素子）ずつ順次駆動してゆくための走
査信号が印加される。一方、端子Ｄ_y1〜Ｄ_ynには前記走
査信号により選択された一行の表面伝導型電子放出素子
の各素子の出力電子ビームを制御するための変調信号が
印加される。また、高圧端子Ｈ_Vには直流電圧Ｖ_aより例
えば１０ｋＶの直流電圧が供給されるが、これは表面伝
導型電子放出素子より出力される電子ビームに蛍光体を
励起するに十分なエネルギーを付与するための加速電圧
である。

【０１３３】次に、走査回路１１２について説明する。
同回路は内部にｍ個のスイッチング素子を備えるもので
（図中Ｓ₁〜Ｓ_mで模式的に示されている）、各スイッチ
ング素子は、直流電圧源Ｖ_Xの出力電圧もしくは０Ｖ
（グランドレベル）のいずれか一方を選択し、表示パネ
ル１１１の端子Ｄ_x1〜Ｄ_xmと電気的に接続するものであ
る。Ｓ₁〜Ｓ_mの各スイッチング素子は、制御回路１１３
が出力する制御信号Ｔ_scanに基づいて動作するものだ
が、実際には例えばＦＥＴの様なスイッチング素子を組
合せることにより容易に構成することが可能である。

【０１３４】尚、前記直流電圧源Ｖ_Xは、本実施例の場
合には、前記表面伝導型電子放出素子の特性に基づき７
Ｖの一定電圧を出力する様設定している。

【０１３５】また、制御回路１１３は、外部より入力す
る画像信号に基づいて適切な表示が行なわれる様各部の
動作を整合させる動きを持つものである。次に説明する
同期信号分離回路１１６より送られる同期信号Ｔ_syncに
基づいて、各部に対してＴ_scan及びＴ_sft及びＴ_mryの各
制御信号を発生する。尚、各制御信号のタイミングに関
しては後に図１８を用いて詳しく説明する。

【０１３６】同期信号分離回路１１６は、外部から入力
されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から同期信号成分と輝
度信号成分とを分離するための回路で、良く知られてい
る様に周波数分離（フィルター）回路を用いれば容易に
構成できるものである。同期信号分離回路１１６により
分離された同期信号は、良く知られる様に垂直同期信号
と水平同期信号よりなるが、ここでは説明の便宜上、Ｔ
_sync信号として図示した。一方、前記テレビ信号から分
離された画像の輝度信号成分を便器上ＤＡＴＡ信号と表
すが、同信号はシフトレジスタ１１４に入力される。

【０１３７】シフトレジスタ１１４は時系列的にシリア
ルに入力される前記ＤＡＴＡ信号を画像の１ライン毎に
シリアル／パラレル変換するためのもので、前記制御回
路１１３より送られる制御信号Ｔ_sftに基づいて動作す
る（即ち、制御信号Ｔ_sftは、シフトレジスタ１１４の
シフトクロックであると言い換えることができる）。シ
リアル／パラレル変換された画像１ライン分（電子放出
素子ｎ素子分の駆動データに相当する）のデータは、Ｉ
_d1〜Ｉ_dnのｎ個の並列信号として前記シフトレジスタの
１１４より出力される。

【０１３８】ラインメモリ１１５は画像１ライン分のデ
ータを必要時間の間だけ記憶するための記憶装置であ
り、制御回路１１３より送られる制御信号Ｔ_mryに従っ
て適宜Ｉ_d1〜Ｉ_dnの内容を記憶する。記憶された内容
は、Ｉ’_d1〜Ｉ’_dnとして出力され、変調信号発生器１
１７に入力される。

【０１３９】変調信号発生器１１７は前記画像データ
Ｉ’_d1〜Ｉ’_dnの各々に応じて、表面伝導型電子放出素
子の各々を適切に駆動変調するための信号源で、その出
力信号は、端子Ｄ_y1〜Ｄ_ynを通じて表示パネル１１１内
の表面伝導型電子放出素子に印加される。前述した様
に、本発明に係る電子放出素子は放出電流Ｉ_eに対して
３つの基本特性を有している。このため、例えば図１７
（ａ）に示す様に電子放出しきい値以下の電圧を印加し
ても電子は放出されないが、図１７（ｂ）に示す様に電
子放出しきい値以上の電圧を印加する場合にはパルスの
長さＰ_wもしくはパルスの波高値Ｖ_mを変化させることに
より出力電子ビームを制御することが可能である。従っ
て、変調信号発生器１１７としては、一定電圧のパルス
を発生するが入力されるデータに応じて適宜パルスの長
さを変調する様なパルス幅変調方式のもの、もしくは一
定の長さの電圧パルスを発生するが入力されるデータに
応じて適宜電圧パルスの波高値を変調するような電圧変
調方式のものを用いることが可能である。

【０１４０】以上図１１に示された各部の機能について
述べたが、全体動作の説明に移る前に図１２〜図１５を
用いて前記表示パネル１１１の動作についてより詳しく
説明する。

【０１４１】図示の便宜上、表示パネルの画素数を６×
６（即ちｍ＝ｎ＝６）として説明するが、実際に用いる
表示パネル１１１はこれよりもはるかに多数の画素を備
えたものであることは言うまでもない。

【０１４２】図１２に示すのは、６行６列の行列状の表
面伝導型電子放出素子をマトリクス配線した本発明の電
子源であるマルチ電子ビーム源であり、説明上、各素子
を区別するためにＤ_(1,1)，Ｄ_(1,2)〜Ｄ_(6,6)のように
（Ｘ，Ｙ）座標で位置を示している。

【０１４３】この様なマルチ電子ビーム源を駆動して画
像を表示していく際には、Ｘ軸と平行な画像の１ライン
を単位として、ライン順に画像を形成する方法をとる。
画像の１ラインに対応した電子放出素子を駆動するに
は、Ｄ_x1〜_x6のうち表示ラインに対応する行の端子に０
Ｖを、それ以外の端子には７Ｖを印加する。それと同期
して、当該ラインの画像パターンに従ってＤ_y1〜Ｄ_y6の
各端子に変調信号を印加する。

【０１４４】例えば図１３に示す様な画像パターンを表
示する場合を例にとって説明する。説明の便宜上、画像
パターンの発光部の輝度は等しく、例えば１００フート
ランバート相当であるとする。前記表示パネル１１１に
おいては、蛍光体に従来公知のＰ−２２を用い、加速電
圧を１０ｋＶとし、画面表示の繰り返し周波数を６０Ｈ
ｚとし、電子放出素子として前記特性の表面伝導型電子
放出素子を用いたが、この場合には１００フートランバ
ートの輝度を得るには発光画素に対応する素子には１０
μ秒の間１４Ｖの電圧を印加するのが適当であった
（尚、この数値は各パラメータを変更すれば当然変わる
べきものである）。

【０１４５】そこで、図１３の画像のうち、例えば第３
ライン目を発光させる期間中は、図１４に示すような電
圧を端子Ｄ_x1〜Ｄ_x6及びＤ_y1〜Ｄ_y6を通じてマルチ電子
ビーム源に印加する。その結果、Ｄ_(2,3)，Ｄ_(3,3)，Ｄ
_(4,3)の各表面伝導型電子放出素子には１４Ｖが印加さ
れて電子ビームが出力される一方、上記３素子以外は７
Ｖ（図中斜線で示す素子）もしくは０Ｖ（図中白ぬきで
示す素子）が印加されるが、これは電子放出のしきい値
電圧以下であるためこれらの素子からは電子ビームは出
力されない。

【０１４６】同様の方法で他のラインについても図１３
の表示パターンに従ってマルチ電子ビーム源を駆動して
ゆくが、この様子を時系列的に示したのが図１５のタイ
ムチャートである。同図に示す様に、第１ラインから順
次１ラインずつ駆動してゆくことにより１画面の表示が
行なわれるが、これを毎秒６０画面の速さで繰り返すこ
とにより、ちらつきのない画像表示が可能であった。

【０１４７】尚、表示パターンの発光輝度を変更する場
合には端子Ｄ_y1〜Ｄ_y6に印加される変調信号のパルスの
長さまたはパルスの電圧波高値を変化させることにより
変調が可能である。

【０１４８】以上６×６のマルチ電子ビーム源を例にと
って表示パネル１１１の駆動方法を説明したが、次に図
１１の装置の全体動作について図１６のタイミングチャ
ートを参照しながら説明する。

【０１４９】図１６（ａ）は外部から入力するＮＴＳＣ
信号から同期信号分離回路１１６により分離された輝度
信号ＤＡＴＡのタイミングであり、本図に示す様に１ラ
イン目のデータから順次２ライン目、３ライン目と送ら
れてくるが、これと同期して制御回路１１３からシフト
レジスタ１１４に対して図１６（ｂ）に示す様なシフト
クロックＴ_sftが出力される。

【０１５０】シフトレジスタ１１４に１ライン分のデー
タが蓄積されると、同図（ｃ）に示すタイミングで制御
回路１１３からラインメモリ１１５に対してメモリーラ
イト信号Ｔ_mryが出力され、１ライン（ｎ素子分）の駆
動データが書き込まれる。その結果、ラインメモリ１１
５の出力信号であるＩ’_d1〜Ｉ’_dnの内容は同図（ｄ）
に示すタイミングで変化する。

【０１５１】一方、走査回路１１２の動作を制御する制
御信号Ｔ_scanの内容は同図（ｅ）に示す様なものとな
る。即ち、１ライン目を駆動する場合には、走査回路１
１２内のスイッチング素子Ｓ₁のみが０Ｖで他のスイッ
チング素子は７Ｖ、また２ライン目を駆動する場合に
は、スイッチング素子Ｓ₂のみが０Ｖで他のスイッチン
グ素子は７Ｖ、以下同様、というように動作が制御され
る。

【０１５２】また、これと同期して変調信号発生器１１
７から表示パネル１１１に対しては、図１６（ｆ）に示
すタイミングで変調信号が出力される。

【０１５３】以上説明した動作により、表示パネル１１
１を用いてテレビジョンの表示を行なうことが可能であ
る。

【０１５４】尚、上記説明中、特に記載していないがシ
フトレジスタ１１４やラインメモリ１１５はデジタル信
号式のものでもアナログ信号式のものでも差し支えな
く、要は画像信号のシリアル／パラレル変換や記憶が所
定の速度で行なわれれば良い。尚、デジタル信号式を用
いる場合には、同期信号分離回路１１６の出力信号ＤＡ
ＴＡをデジタル信号化する必要があるが、これは１１６
の出力部にＡ／Ｄ変換器を備えれば容易に可能であるこ
とは言うまでもない。

【０１５５】また、本実施例においてＮＴＳＣ方式のテ
レビ信号に基づきテレビジョン表示を行なう例を示した
が、本発明の電子源を用いて構成した表示パネルの応用
はこれに限るものではない。他の方式のテレビジョン信
号、或いは計算機や画像メモリ、通信ネットワークなど
種々の画像信号源と直接或いは間接に接続する表示装置
に広く用いることが可能であり、とりわけ大容量の画像
を表示する大画面の表示に好適である。

【０１５６】図１８は、本実施例の電子源を用いたディ
スプレイパネルに、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表示装置の一例を示すための図であ
る。図中２００はディスプレイパネル、２０１はディス
プレイパネルの駆動回路、２０２はディスプレイコント
ローラ、２０３はマルチプレクサ、２０４はデコーダ、
２０５は入出力インターフェース回路、２０６はＣＰ
Ｕ、２０７は画像生成回路、２０８、２０９及び２１０
は画像メモリインターフェース回路、２１１は画像入力
インターフェース回路、２１２及び２１３はＴＶ信号受
信回路、２１４は入力部である。（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
などに関する回路やスピーカーなどについては説明を省
略する。）

【０１５７】以下、画像信号の流れに沿って各部を説明
してゆく。

【０１５８】先ず、ＴＶ信号受信回路２１３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方式をはじめとする
いわゆる高品位ＴＶ）は、大面積化や大画素数化に適し
た前記ディスプレイパネル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２１３で受信されたＴＶ
信号は、デヒーダ２０４に出力される。

【０１５９】また、画像ＴＶ信号受信回路２１２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。前記ＴＶ信号受信回路２１３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２０４に出力さ
れる。

【０１６０】また、画像入力インターフェース回路２１
１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２０４に入力さ
れる。

【０１６１】また、画像メモリインターフェース回路２
１０は、ビデオテープレコーダー（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２０４に入力される。

【０１６２】また、画像メモリインターフェース回路２
０９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
２０４に出力される。

【０１６３】また、画像メモリインターフェース回路２
０８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２０４
に出力される。

【０１６４】また、入出力インターフェース回路２０５
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
入出力を行な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ＣＰＵ２０６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なうことも可能である。

【０１６５】また、画像生成回路２０７は、前記入出力
インターフェース回路２０５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、或いはＣＰＵ２０６
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、
画像処理を行なうためのプロセッサなどをはじめとして
画像の生成に必要な回路が組み込まれている。

【０１６６】本回路により生成された表示用画像データ
は、デコーダ２０４に出力されるが、場合によっては前
記入出力インターフェース回路２０５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。

【０１６７】また、ＣＰＵ２０６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。

【０１６８】例えば、マルチプレクサ２０３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２０２に対して制御信号を発生し、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）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。

【０１６９】また、前記画像生成回路２０７に対して画
像データや文字・図形情報を直接出力したり、或いは前
記入出力インターフェース回路２０５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。

【０１７０】尚、ＣＰＵ２０６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良い。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良い。

【０１７１】或いは、前述したように入出力インターフ
ェース回路２０５を介して外部のコンピューターネット
ワークと接続し、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良い。

【０１７２】また、入力部２１４は、前記ＣＰＵ２０６
に使用者が命令やプログラム、或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、ジョイスティック、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。

【０１７３】また、デコーダ２０４は、前記２０７ない
し２１３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。尚、同図中に点線で示すように、デコーダ２
０４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、或いは前記画像生成回路２０
７及びＣＰＵ２０６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。

【０１７４】また、マルチプレクサ２０３は前記ＣＰＵ
２０６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。即ち、マルチプレクサ２０３はデ
コーダ２０４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２０１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。

【０１７５】また、ディスプレイパネルコントローラ２
０２は、前記ＣＰＵ２０６より入力される制御信号に基
づき駆動回路２０１の動作を制御するための回路であ
る。

【０１７６】先ず、ディスプレイパネルの基本的な動作
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２０１に対して出力する。

【０１７７】また、ディスプレイパネルの駆動方法に関
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２０１に対して出力する。

【０１７８】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２０１に対して出力する場合
もある。

【０１７９】また、駆動回路２０１は、ディスプレイパ
ネル２００に印加する駆動信号を発生するための回路で
あり、前記マルチプレクサ２０３から入力される画像信
号と、前記ディスプレイパネルコントローラ２０２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。

【０１８０】以上、各部の機能を説明したが、図１８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２
００に表示することが可能である。即ち、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２０４に
おいて逆変換された後、マルチプレクサ２０３において
適宜選択され、駆動回路２０１に入力される。一方、デ
ィスプレイパネルコントローラ２０２は、表示する画像
信号に応じて駆動回路２０１の動作を制御するための制
御信号を発生する。駆動回路２０１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２００に駆動信
号を印加する。これにより、ディスプレイパネル２００
において画像が表示される。これらの一連の動作は、Ｃ
ＰＵ２０６により統括的に制御される。

【０１８１】また、本表示装置においては、前記デコー
ダ２０４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路２０７
及びＣＰＵ２０６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
回路を設けても良い。

【０１８２】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。

【０１８３】尚、上記図１８は、表面伝導型電子放出素
子を電子源とするディスプレイパネルを用いた表示装置
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１８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良い。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。

【０１８４】本表示装置においては、とりわけ表面伝導
型電子放出素子を電子源とするディスプレイパネルの薄
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、表面伝導型電子放出素子を電
子源とするディスプレイパネルは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。

【０１８５】

【０１８６】（実施例２）図２０に本発明第２の実施例の電子源を示す。本実施例
は、実施例１の電子源の構成において、電子放出部を形
成する絶縁層端面に凹部１００を形成したものである。
図２１に本実施例の部分斜視図を示す。本実施例では、
実施例１と比べると電子放出素子及び配線密度が同じで
あるものの、絶縁層５７端面の沿面距離長ａ−ｂが交差
部の直線距離長Ｌよりも長いために、電子放出部を含ん
だ薄膜５４の実効長が増し、電子放出量が増大した。ま
た、高精細、大画面化による再現性や歩留の極端な低下
も実施例１同様に認められず、テレビジョンの表示が可
能であることも示された。このように、凹部を形成する
ことにより、放出される電子ビームの形状や角度などの
特性を制御することができ、また、冗長効果が期待でき
る。

【０１８７】本実施例は実施例１と同じ製造方法で作製
したが、例えばＸ方向配線の形成時に印刷法を用い、ス
クリーンの調整により意図的に屈曲した配線形状を形成
することにより、本構成を得ることもできる。

【０１８８】（実施例３）実施例２とは異なる、絶縁層端面が屈曲した形状を有す
る実施例を図２２に示す。本実施例も実施例２と同様に
電子放出量が増大した。また、実施例１〜２と同様に、
高精細、大画面化しても極端な再現性或いは歩留の低下
は認められずテレビジョンの表示が可能であることも示
された。

【０１８９】

【０１９０】（実施例４）前述の図６に示した構成の電子源を作製した。その製造
工程について図２４を用いて説明する。

【０１９１】絶縁性基板６１として石英基板を用
い、これを中性洗剤によるこすり洗い、有機溶剤による
超音波洗浄等により十分に洗浄後、フォトリソグラフィ
ー技術によりレジストパターンを形成した。次に抵抗加
熱法により、密着性向上のための下引き材であるＴｉを
膜厚０．０５μｍになるように、また、Ｙ方向配線材で
あるＮｉを膜厚０．９５μｍとなるようにレジストパタ
ーン上に全面蒸着した後、リフトオフ法によりＹ方向配
線６５を形成した（ａ）。

【０１９２】次にスパッタ法により、ＳｉＯ₂の絶
縁層６７を膜厚約２μｍになるように全面に成膜した。
更に、フォトリソグラフィーによりレジストパターンを
形成し、ＲＩＥ（反応性イオン工程）により層間絶縁層
６７を加工した（ｂ）。

【０１９３】フォトリソグラフィーによりレジスト
パターンを形成し、蒸着法により、Ｘ方向配線材である
Ｎｉを主成分とする材料を膜厚約１μｍになるように成
膜する。更に、リフトオフ法により、Ｘ方向配線６６及
び補助電極６２を形成した（ｃ）。

【０１９４】有機Ｐｄ（奥野製薬株式会社製；ｃｃ
ｐ４２３０）を分散塗布し、その後大気中で３００℃、
１２分焼成する。更に、フォトリソグラフィーによりレ
ジストパターンを形成し、ＲＩＥイオンエッチングによ
りＸ絶縁層６７側面に電子放出部形成用薄膜６８を形成
した。

【０１９５】上記工程を経た基板を真空室内にい
れ、１０^-6Ｔｏｒｒの真空雰囲気でＸ方向及びＹ方向配
線に電圧を印加し、電子放出部形成用薄膜６８の微粒子
膜に通電した。フォーミング電圧は５Ｖとし、６０秒間
処理を行なって電子放出部を形成した。

【０１９６】この様にして作製した電子源において、Ｘ
方向配線６６に０Ｖ、Ｙ方向配線６５に１４Ｖを印加
し、他のＸ方向配線、Ｙ方向配線には７Ｖを印加した。
これにより選択された電子放出素子のみから電子が放出
され、良好な選択性を示した。

【０１９７】また、上記工程により作製した電子源は、
高精細、大画面化しても極端な再現性或いは歩留の低下
が起こらなかった。

【０１９８】（実施例５）図２５に本発明の電子源の更に別の実施例を示す。尚、
図２５の（ａ）はその平面図であり図２５の（ｂ）は
（ａ）のＤ−Ｄ’断面図である。本実施例は実施例４の
構成に加えて、絶縁層上の補助電極６２とＸ方向配線６
６との間にも電子放出部を含む薄膜６４’を形成した電
子源である。

【０１９９】本実施例によれば、更に電子の放出量が増
し、収束性を持つばかりか、一つの素子に４箇所の電子
放出部を所有するため、フォーミング後全ての電子放出
部から電子が放出されなくても、電子放出が途絶えるこ
とがない。更に、複数の電子放出素子を並べて動作させ
る場合、一素子の電子放出量が多く、且つ収束性が高い
ため、一素子のサイズ及び隣接する素子の間隔を狭める
ことができ、より高密度で多数の素子を配列形成するこ
とができる。

【０２００】（実施例６）前述の図７に示した構成の電子源を作製した。その製造
工程について図２６を用いて説明する。

【０２０１】絶縁性基板７１として石英基板を用
い、これを有機溶剤により十分に洗浄後、フォトレジス
ト（ＡＺ１３７０，ヘキスト社製）をスピンナーにより
回転塗布、ベークした後、ホトマスク像を露光、現像し
て溝のレジストパターンを形成し、ＣＦ₄とＨ₂ガスを用
いたＲＩＥ（反応性イオン工程）によりＸ方向に深さ５
０００Åの溝を形成した（ａ）。

【０２０２】該基板７１面上に真空蒸着法により、
厚さ５０ÅのＣｒ及び厚さ６０００ÅのＡｕを順次積層
し、フォトレジストをスピンナーにより回転塗布し、ベ
ークした後ホトマスクを露光・現像してＹ方向配線７５
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Ｙ方向配線７５を形成した（ｂ）。

【０２０３】次に、ＲＦスパッタ法によりＳｉＯ₂
の絶縁層７７を１μｍの厚さでＹ方向配線７５上全面に
形成した（ｃ）。

【０２０４】フォトレジストをスピンナーにより回
転塗布、ベークした後、フォトマスク像を露光・現像し
てＸ方向配線７６のレジストパターンを形成した後、真
空蒸着により厚さ１．０μｍのＮｉを堆積させた。

【０２０５】Ｎｉ堆積膜をマスクとし、ＣＦ₄とＨ₂
ガスを用いたＲＩＥ法により層間絶縁層をエッチングし
た（ｄ）。

【０２０６】真空蒸着法により０．１μｍ厚でＣｒ
を堆積した後、フォトレジストをスピンナーにより回転
塗布、ベークした後、ホトマスク像を露光・現像して電
子放出部を含む薄膜形成用レジストパターンを形成し
た。その後、レジストを除去し、その上に有機Ｐｄ（奥
野製薬株式会社製；ｃｃｐ４２３０）をスピンナーを用
いて塗布した後、焼成し、Ｃｒのエッチングオフにより
電子放出部形成用薄膜７８を形成した（ｅ）。

【０２０７】上記工程を経た基板を真空室内にい
れ、１０^-6Ｔｏｒｒの真空雰囲気でＸ方向及びＹ方向配
線に電圧を印加し、電子放出部形成用薄膜７８の微粒子
膜に通電した。フォーミング電圧は５Ｖとし、６０秒間
処理を行なって電子放出部を形成した。

【０２０８】この様にして作製した電子源において、Ｘ
方向配線７６に０Ｖ、Ｙ方向配線７５に１４Ｖを印加
し、他のＸ方向配線、Ｙ方向配線には７Ｖを印加した。
これにより選択された電子放出素子のみから電子が放出
され、良好な選択性を示した。

【０２０９】また、上記工程により作製した電子源は、
高精細、大画面化しても極端な再現性或いは歩留の低下
が起こらなかった。

【０２１０】また、交差部の容量も基板に溝を形成せず
に構成した電子源に比較して３０〜４０％減少し、カッ
トオフ周波数を３０〜４０％程度上げることができた。

【０２１１】（実施例７）図２７に本発明の電子源の更に別の実施例を示す。本実
施例は実施例６の製造工程とほとんど同じ方法で作製し
たが、実施例６の工程を行なわずに、工程の絶縁膜
形成後にホトリソグラフィー技術及びエッチング技術を
用いて絶縁膜形状を加工する工程を付加し、Ｙ方向配線
７５に平行な絶縁層断面が凸状の電子源を作製した。本
実施例においても実施例６と同様の駆動を行ない、同様
の効果を確認した。

【０２１２】（実施例８〜１０）図２８〜図３０に本発明の実施例８〜１０のＸ方向配線
断面図を示す。いずれの実施例も、前記実施例６及び７
に挙げた製造工程を利用して作製することができ、ま
た、同程度の効果が確認された。

【０２１３】以上述べた実施例４〜１０においても、実
施例１と同様な画像形成装置に組み込んで駆動したとこ
ろ、実施例１と同じく良好な電子放出特性を示し、高精
細、大画面化しても極端な再現性或いは歩留の低下が起
こらず、テレビジョンの表示が可能であることが示され
た。

【０２１４】又、実施例４〜１０の電子源を用いたディ
スプレイパネルに、例えば図１８に示されたテレビジョ
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。

【０２１５】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明は素子電極を
必要としない簡素な構成の電子源及び該電子源を用いた
画像形成装置を提供するものである。従って本発明によ
ると以下の様な効果が得られる。（１）素子密度を高めて高精細化が図れる。（２）製造工程が簡素で経済効率が高い。（３）工程上の精度が高く、歩留及び再現性が高い。（４）簡素な構成ながら十分な輝度が得られ、表示特性
が高い。（５）画像形成部材上の放出電子量及びスポット形状の
制御が容易である。（６）配線交差部における容量を減らし、高速駆動を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る表面伝導型電子放出素子を示す図
である。

【図２】フォーミング処理の電圧波形を示す図である。

【図３】電子放出特性の測定評価装置の概略図である。

【図４】本発明に係る垂直型の表面伝導型電子放出素子
の電子放出特性を示す図である。

【図５】本発明の電子源の一実施態様を示す図である。

【図６】本発明の電子源の別の実施態様、即ち、図５の
態様に更に補助電極を配置した態様を示す図である。

【図７】本発明の電子源の更に別の実施態様、即ち、図
５の態様に更に絶縁層の容量を減らした態様を示す図で
ある。

【図８】本発明の画像形成装置の基本構成を示す図であ
る。

【図９】本発明の画像形成装置に用いる蛍光膜を示す図
である。

【図１０】本発明の電子源の製造工程を示す図である。

【図１１】本発明の画像形成装置の電気回路構成を示す
ブロック図である。

【図１２】本発明に係る電子源を示すブロック図であ
る。

【図１３】図１２に示した電子源で表示する画像パター
ン例を示す図である。

【図１４】図１３に示した画像パターン例を表示するた
めの印加電圧を示す図である。

【図１５】図１４に示した画像パターンを表示するため
のタイミングチャートである。

【図１６】図１１に示した画像形成装置の全体動作のタ
イミングチャートである。

【図１７】本発明に係る表面伝導型電子放出素子のしき
い値特性を示す図である。

【図１８】本発明第１の実施例にかかる表示装置のブロ
ック図である。

【図１９】従来の複数の電子放出素子を用いた画像形成
装置の斜視図である。

【図２０】本発明の第２実施例の平面図である。

【図２１】本発明の第２実施例の斜視図である。

【図２２】本発明の第３実施例を示す図である。

【図２３】図５に示した電子源による蛍光体の輝点の拡
大概略図である。

【図２４】図６の本発明の電子源の製造工程を示す図で
ある。

【図２５】本発明の第５実施例の電子源を示す図であ
る。

【図２６】図７の本発明の電子源の製造工程を示す図で
ある。

【図２７】本発明の第７実施例の電子源の断面図であ
る。

【図２８】本発明の第８実施例の電子源の断面図であ
る。

【図２９】本発明の第９実施例の電子源の断面図であ
る。

【図３０】本発明の第１０実施例の電子源の断面図であ
る。

【図３１】従来の平面型の表面伝導型電子放出素子の平
面図である。

フロントページの続き (31)優先権主張番号特願平5−349133 (32)優先日平成５年12月28日(1993．12．28) (33)優先権主張国日本（ＪＰ） (72)発明者川崎秀司東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者長田芳幸東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者河出一佐哲東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献特開平４−264337（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 1/30 H01J 31/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、該基板上に配置された、複数の行方向配線と、該複数の
行方向配線と交差した複数の列方向配線と、該両配線の各々の交差部の該両配線間に配置された絶縁
層と、該両配線の各々の交差部の該絶縁層の外側面に配置され
該両配線と接続された、電子放出部を有する導電性膜、とを有することを特徴とする電子源。
【請求項２】絶縁層の側面が、屈曲形状を有することを特徴とする請求項１記載の電子
源。
【請求項３】更に、絶縁層を通じて、両配線のうち該絶縁層の上部に配置さ
れた配線側へ、該両配線のうち該絶縁層の下部に配置さ
れた配線側から引き出された補助電極を有することを特
徴とする請求項１または２記載の電子源。
【請求項４】更に、補助電極と、両配線のうち絶縁層の上部に配置された配
線とに接続されて配置された、電子放出部を有する導電
性膜を有することを特徴とする請求項３記載の電子源。
【請求項５】絶縁層が、電子放出部を有する導電性膜が配置された該絶縁層の領
域の厚さよりも、該絶縁層の他領域の厚さのほうが厚く
形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれ
か記載の電子源。
【請求項６】電子放出部を有する導電性膜が、絶縁層の複数の側面に複数配置されていることを特徴と
する請求項１〜５のいずれか記載の電子源。
【請求項７】電子放出部を有する導電性膜の複数が、複数の電子放出部から放出される複数の電子線が互いに
重なる様に配置されていることを特徴とする請求項６記
載の電子源。
【請求項８】電子放出部を有する導電性膜が、微粒子にて構成されていることを特徴とする請求項１〜
７のいずれか記載の電子源。
【請求項９】電子放出部を有する導電性膜が、Ｐｄを主元素とする微粒子にて構成されていることを特
徴とする請求項８記載の電子源。
【請求項１０】電子源と、入力信号に応じて、該電子源から放出された電子線の照
射により画像を形成する画像形成部材とを有する画像形
成装置において、該電子源が、基板と、該基板上に配置された、複数の行方向配線と、該複数の
行方向配線と交差した複数の列方向配線と、該両配線の各々の交差部の該両配線間に配置された絶縁
層と、該両配線の各々の交差部の該絶縁層の外側面に配置され
該両配線と接続された、電子放出部を有する導電性膜、
とを有する電子源であることを特徴とする画像形成装
置。
【請求項１１】電子源が、絶縁層の側面が、屈曲形状を有する電子源であることを特徴とする請求項
１０記載の画像形成装置。
【請求項１２】電子源が、更に、絶縁層を通じて、両配線のうち該絶縁層の上部に配置さ
れた配線側へ、該両配線のうち該絶縁層の下部に配置さ
れた配線側から引き出された補助電極を有する電子源で
あることを特徴とする請求項１０または１１記載の画像
形成装置。
【請求項１３】電子源が、更に、補助電極と、両配線のうち絶縁層の上部に配置された配
線とに接続されて配置された、電子放出部を有する導電
性膜を有する電子源であることを特徴とする請求項１２
記載の画像形成装置。
【請求項１４】電子源が、絶縁層が、電子放出部を有する導電性膜が配置された該絶縁層の領
域の厚さよりも、該絶縁層の他領域の厚さのほうが厚く
形成されている電子源であることを特徴とする請求項１
０〜１３のいずれか記載の画像形成装置。
【請求項１５】電子源が、電子放出部を有する導電性膜が、絶縁層の複数の側面に複数配置されている電子源である
ことを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか記載の画
像形成装置。
【請求項１６】電子源が、電子放出部を有する導電性膜の複数が、複数の電子放出部から放出される複数の電子線が互いに
重なる様に配置されている電子源であることを特徴とす
る請求項１５記載の画像形成装置。
【請求項１７】電子源が、複数の電子放出部が、互いに以下の関係式を満たす間隔
Ｄにて配置されている電子源であることを特徴とする請
求項１５または１６記載の画像形成装置。Ｋ₂×２Ｈ（Ｖｆ／Ｖａ）^1/2≧Ｄ／２≧Ｋ₃×２Ｈ（Ｖ
ｆ／Ｖａ）^1/2 ［但し、Ｋ₂＝１．２５±０．０５、Ｋ₃＝０．３５±０．０５、Ｈは電子放出部と画像形成部材との距離、Ｖｆは電子放出部を有する導電性膜に印加される電圧、Ｖａは画像形成部材に印加される電圧を示す］
【請求項１８】電子源が、電子放出部を有する導電性
膜が、微粒子にて構成されている電子源であることを特徴とす
る請求項１０〜１７のいずれか記載の画像形成装置。
【請求項１９】電子源が、電子放出部を有する導電性
膜が、Ｐｄを主元素とする微粒子にて構成されている電子源で
あることを特徴とする請求項１８記載の画像形成装置。
【請求項２０】入力信号が、ＴＶ信号、画像入力装置からの信号、画像メモリーから
の信号、コンピュータからの信号のうちの少なくとも一
つであることを特徴とする請求項１０〜１９のいずれか
記載の画像形成装置。