JP3466848B2

JP3466848B2 - 画像表示装置

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Publication number: JP3466848B2
Application number: JP00307297A
Authority: JP
Inventors: 康二山▲崎▼; 英明光武
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-01-10
Filing date: 1997-01-10
Publication date: 2003-11-17
Anticipated expiration: 2017-01-10
Also published as: JPH10199455A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子線を用いた表
示装置等の画像形成装置にかかわり、特に、前記画像形
成装置の外囲器内部に支持部材（スペーサ）を備えた画
像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電子放出素子として熱陰極素
子と冷陰極素子の２種類が知られている。このうち冷陰
極素子では、たとえば表面伝導型放出素子や、電界放出
型素子（以下ＦＥ型と記す）や、金属／絶縁層／金属型
放出素子（以下ＭＩＭ型と記す）、などが知られてい
る。

【０００３】表面伝導型放出素子としては、たとえば、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，ＲａｄｉｏＥｎｇ．Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１０，１２９０，（１９６
５）や、後述する他の例が知られている。

【０００４】表面伝導型放出素子は、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
伝導型放出素子としては、前記エリンソン等によるＳｎ
Ｏ2薄膜を用いたものの他に、Ａｕ薄膜によるもの
〔Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：”ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉ
ｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）〕や、Ｉｎ2Ｏ3／Ｓ
ｎＯ2 薄膜によるもの〔Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌａｎｄ
Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：”ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．
ＥＤＣｏｎｆ．”，５１９（１９７５）〕や、カ−ボ
ン薄膜によるもの〔荒木久他：真空、第２６巻、第１
号、２２（１９８３）〕等が報告されている。

【０００５】これらの表面伝導型放出素子の素子構成の
典型的な例として、図２に前述のＭ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ
らによる素子の平面図を示す。同図において、３００１
は基板で、３００４はスパッタで形成された金属酸化物
よりなる導電性薄膜である。導電性薄膜３００４は図示
のようにＨ字形の平面形状に形成されている。該導電性
薄膜３００４に後述の通電フォ−ミングと呼ばれる通電
処理を施すことにより、電子放出部３００５が形成され
る。図中の間隔Ｌは、０．５〜１〔ｍｍ〕，Ｗは、０．
１〔ｍｍ〕で設定されている。尚、図示の便宜から、電
子放出部３００５は導電性薄膜３００４の中央に矩形の
形状で示したが、これは模式的なものであり、実際の電
子放出部の位置や形状を忠実に表現しているわけではな
い。

【０００６】Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌらによる素子をはじ
めとして上述の表面伝導型放出素子においては、電子放
出を行う前に導電性薄膜３００４に通電フォ−ミングと
呼ばれる通電処理を施すことにより電子放出部３００５
を形成するのが一般的であった。すなわち、通電フォ−
ミングとは、前記導電性薄膜３００４の両端に一定の直
流電圧、もしくは、例えば１Ｖ／分程度の非常にゆっく
りとしたレ−トで昇圧する直流電圧を印加して通電し、
導電性薄膜３００４を局所的に破壊もしくは変形もしく
は変質せしめ、電気的に高抵抗な状態の電子放出部３０
０５を形成することである。尚、局所的に破壊もしくは
変形もしくは変質した導電性薄膜３００４の一部には、
亀裂が発生する。前記通電フォ−ミング後に導電性薄膜
３００４に適宜の電圧を印加した場合には、前記亀裂付
近において電子放出が行われる。

【０００７】また、ＦＥ型の例は、たとえば、Ｗ．Ｐ．
Ｄｙｋｅ＆Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，”Ｆｉｅｌｄｅｍｉ
ｓｓｉｏｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏn
Ｐｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）や、あるいは、
Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，”Ｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐ
ｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅ
ｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈｍｏｌｙ
ｂｄｅｎｉｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，４７，５２４８（１９７６）などが知られてい
る。

【０００８】ＦＥ型の素子構成の典型的な例として、図
３に前述のＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔらによる素子の断面図
を示す。同図において、３０１０は基板で、３０１１は
導電材料よりなるエミッタ配線、３０１２はエミッタコ
−ン、３０１３は絶縁層、３０１４はゲ−ト電極であ
る。本素子は、エミッタコ−ン３０１２とゲ−ト電極３
０１４の間に適宜の電圧を印加することにより、エミッ
タコ−ン３０１２の先端部より電界放出を起こさせるも
のである。

【０００９】また、ＦＥ型の他の素子構成として、図３
のような積層構造ではなく、基板上に基板平面とほぼ平
行にエミッタとゲ−ト電極を配置した例もある。

【００１０】また、ＭＩＭ型の例としては、たとえば、
Ｃ．Ａ．Ｍｅａｄ，”Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｕｎ
ｎｅｌ−ｅｍｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ，Ｊ．Ａｐ
ｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３２，６４６（１９６１）などが知
られている。ＭＩＭ型の素子構成の典型的な例を図４に
示す。同図は断面図であり、図において、３０２０は基
板で、３０２１は金属よりなる下電極、３０２２は厚さ
１００オングストロ−ム程度の薄い絶縁層、３０２３は
厚さ８０〜３００オングストロ−ム程度の金属よりなる
上電極である。ＭＩＭ型においては、上電極３０２３と
下電極３０２１の間に適宜の電圧を印加することによ
り、上電極３０２３の表面より電子放出を起こさせるも
のである。

【００１１】上述の冷陰極素子は、熱陰極素子と比較し
て低温で電子放出を得ることができるため、加熱用ヒ−
タ−を必要としない。したがって、熱陰極素子よりも構
造が単純であり、微細な素子を作成可能である。また、
基板上に多数の素子を高い密度で配置しても、基板の熱
溶融などの問題が発生しにくい。また、熱陰極素子がヒ
−タ−の加熱により動作するため応答速度が遅いのとは
異なり、冷陰極素子の場合には応答速度が速いという利
点もある。

【００１２】このため、冷陰極素子を応用するための研
究が盛んに行われてきている。

【００１３】たとえば、表面伝導型放出素子は、冷陰極
素子のなかでも特に構造が単純で製造も容易であること
から、大面積にわたり多数の素子を形成できる利点があ
る。そこで、たとえば本出願人による特開昭６４−３１
３３２において開示されるように、多数の素子を配列し
て駆動するための方法が研究されている。また、表面伝
導型放出素子の応用については、たとえば、画像表示装
置、画像記録装置などの画像形成装置や、荷電ビ−ム
源、等が研究されている。

【００１４】特に、画像表示装置への応用としては、た
とえば本出願人による米国特許公報ＵＳＰ５，０６６，
８８３や特開平２−２５７５５１号公報や特開平４−２
８１３７号公報において開示されているように、表面伝
導型放出素子と電子ビ−ムの照射により発光する蛍光体
とを組み合わせて用いた画像表示装置が研究されてい
る。表面伝導型放出素子と蛍光体とを組み合わせて用い
た画像表示装置は、従来の他の方式の画像表示装置より
も優れた特性が期待されている。たとえば、近年普及し
てきた液晶表示装置と比較しても、自発光型であるため
バックライトを必要としない点や、視野角が広い点が優
れていると言える。

【００１５】また、ＦＥ型を多数個ならべて駆動する方
法は、たとえば本出願人によるＵＳＰ４，９０４，８９
５に開示されている。また、ＦＥ型を画像表示装置に応
用した例として、たとえば、Ｒ．Ｍｅｙｅｒらにより
報告された平板型表示装置が知られている。〔Ｒ．Ｍｅ
ｙｅｒ：”ＲｅｃｅｎｔＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｎ
ＭｉｃｒｏｔｉｐｓＤｉｓｐｌａｙａｔＬＥＴ
Ｉ”，Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇｅｓｔｏｆ４ｔｈＩｎｔ．
ＶａｃｕｕｍＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＣ
ｏｎｆ．，Ｎａｇａｈａｍａ，ｐｐ．６〜９（１９９
１）〕

【００１６】また、ＭＩＭ型を多数個並べて画像表示装
置に応用した例は、たとえば本出願人による特開平３−
５５７３８号公報に開示されている。

【００１７】上記のような電子放出素子を用いた画像形
成装置のうちで、奥行きの薄い平面型表示装置は省スペ
ースかつ軽量であることから、ブラウン管型の表示装置
に置き換わるものとして注目されている。

【００１８】図５は平面型の画像表示装置をなす表示パ
ネル部の一例を示す斜視図であり、内部構造を示すため
にパネルの一部を切り欠いて示している。

【００１９】図中、３１１５はリアプレート、３１１６
は側壁、３１１７はフェースプレートであり、リアプレ
ート３１１５、側壁３１１６およびフュースプレート３
１１７により、表示パネルの内部を真空に維持するため
の外囲器（気密容器）を形成している。

【００２０】リアプレート３１１５には基板３１１１が
固定されているが、この基板３１１１上には冷陰極素子
３１１２が、Ｎ×Ｍ個形成されている。（Ｎ，Ｍは２以
上の正の整数であり、目的とする表示画素数に応じて適
宜設定される。）また、前記Ｎ×Ｍ個の冷陰極素子３１
１２は、図５に示すとおり、Ｍ本の行方向配線３１１３
とＮ本の列方向配線３１１４により配線されている。こ
れら基板３１１１、冷陰極素子３１１２、行方向配線３
１１３および列方向配線３１１４によって構成される部
分をマルチ電子ビーム源と呼ぶ。また、行方向配線３１
１３と列方向配線３１１４の少なくとも交差する部分に
は、両配線間に絶縁層(不図示)が形成されており、電気
的な絶縁が保たれている。

【００２１】フェースプレート３１１７の下面には、蛍
光体からなる蛍光膜３１１８が形成されており、赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、育（Ｂ）の３原色の蛍光体（不図
示）が塗り分けられている。また、蛍光膜３１１８をな
す上記各色蛍光体の間には黒色体（不図示）が設けてあ
り、さらに蛍光膜３１１８のリアプレート３１１５側の
面には、Ａｌ等からなるメタルバック３１１９が形成さ
れている。

【００２２】Ｄｘ１〜ＤｘｍおよびＤｙ１〜Ｄｙｎおよ
びＨｖは、当該表示パネルと不図示の電気回路とを電気
的に接続するために設けた気密構造の電気接続用端子で
ある。Ｄｘ１〜Ｄｘｍはマルチ電子ビーム源の行方向配
線３１１３と、Ｄｙ１〜Ｄｙｎはマルチ電子ビーム源の
列方向配線３１１４と、Ｈｖはメタルバック３１１９と
各々電気的に接続している。

【００２３】また、上記気密容器の内部は１０のマイナ
ス６乗Ｔｏｒｒ程度の真空に保持されており、画像表示
装置の表示面積が大きくなるにしたがい、気密容器内部
と外部の気圧差によるリアプレート３１１５およびフェ
ースプレート３１１７の変形あるいは破壊を防止する手
段が必要となる。リアプレート３１１５およびフェース
プレート３１１６を厚くすることによる方法は、画像表
示装置の重量を増加させるのみならず、斜め方向から見
たときに画像のゆがみや視差を生ずる。これに対し、図
５においては、比較的薄いガラス板からなり大気圧を支
えるための構造支持体（スペーサあるいはリブと呼ばれ
る）３１２０が設けられている。このようにして、マル
チビーム電子源が形成された基板３１１１と蛍光膜３１
１８が形成されたフェースプレート３１１６間は通常サ
ブミリ〜数ミリに保たれ、前述したように気密容器内部
は高真空に保持されている。

【００２４】以上説明した表示パネルを用いた画像表示
装置は、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ，Ｄｙ１〜Ｄｙｎを
通じて各冷陰極素子３１１２に電圧を印加すると、各冷
陰極素子３１１２から電子が放出される。それと同時に
メタルバック３１１９に容器外端子Ｈｖを通じて数百
〔Ｖ〕〜数〔ｋＶ〕の高圧を印加して、上記放出された
電子を加速し、フェースプレート３１１７の内面に衝突
させる。これにより、蛍光膜３１１８をなす各色の蛍光
体が励起されて発光し、画像が表示される。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】以上述べた、画像形成
装置等の電子線装置は、装置内部の真空雰囲気を維持す
るための外囲器、該外囲器内に配置された電子源、該電
子源から放出された電子線が照射されるターゲット、電
子線をターゲットに向けて加速するための加速電極等を
有するが、さらに、外囲器に加わる大気圧を外囲気内部
から支持するための支持部材（スペーサ）が外囲器内部
に配置されることがある。

【００２６】ここで、図６のＡ−Ａ’断面である画像形
成装置の基本的な構成図、図７を用いて説明する。１１
は基板、１５はリアプレート、１６は側壁、１７はフェ
ースプレートであって、１５，１６，１７をあわせて外
囲器が形成される。２０はスペーサであり、１８は蛍光
体で１９は導電性の部材（メタルバック）、１３は走査
信号用配線である。１１１は基板１１上に形成された素
子で、素子１１１より、電子線１１２が放出され、蛍光
体１８上に像を形成する。Ｖａはアノード電圧、Ｖｆ’
は駆動しない素子に掛る電圧が図８に示すような電子放
出閾値電圧Ｖｔｈを超えないように印加する電圧。

【００２７】しかしながら、例えば素子１１１を駆動す
るために走査信号用配線１３の１に走査信号が加わり
（例えば０Ｖ）、他の走査信号用配線１３の２の電位
（Ｖｆ’）より低くなると、前記スペーサの乗る走査信
号用配線に隣接した前記素子１１１から放出された電子
線１１２は電位の高い素子１１１に隣接した走査信号用
配線１３の２側へと傾斜する。これにより、電子線は前
記スペーサに衝突し遮断され、スペーサ近傍の輝度低下
を招く場合がある。

【００２８】そこで、本発明は、電子線のターゲット
（蛍光体）面上での輝度低下が防止される、電子線を利
用した画像形成装置を提供することを目的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】そこで、電子放出素子か
ら放出された電子が支持部材（スペーサ）表面に衝突し
て遮断されてしまい、支持部材近傍の蛍光体の輝度が低
下してしまう問題を解決するために以下のような対策を
講じた。

【００３０】（１）本発明は、各々に複数の電子放出素
子が結線されており、前記複数の電子放出素子に選択電
圧と前記選択電圧より電圧が小さい非選択電圧とを印加
するための走査信号用配線の複数が、当該複数の電子放
出素子が各々の走査信号用配線に対し同側に位置するよ
う基板上に配置されており、前記複数の走査信号用配線
の間隔が同じであると共に各々の走査信号用配線に結線
された電子放出素子同志の間隔が同じである電子源と、
該基板と対向して配置し且つ電子ビームを加速するため
の加速電極を配置したフェースプレートと、該基板と該
フェースプレートとの間に配置し且つ該走査信号用配線
上に配置した支持部材と、を有する画像形成装置におい
て、前記支持部材を配置した走査信号用配線に結線した
電子放出素子から離れる方向に該支持部材の中心が該走
査信号用配線の中心からずれていることを特徴とする画
像形成装置である。

【００３１】即ち、上記本発明によれば、電子放出素子
に選択電圧（駆動電圧）及び該選択電圧より電圧が小さ
い非選択電圧（非駆動電圧）を印加するための走査信号
用配線に関して、上記支持部材を配置した走査信号用配
線に結線した電子放出素子から離れる方向に支持部材の
中心が走査信号用配線の中心からずれている構成をとる
ことにより、電子放出素子から放出された電子が支持部
材（スペーサ）が遮断してしまうのを防止し、支持部材
近傍の蛍光体の輝度が低下してしまう問題を解決するこ
とができる。

【００３２】更に上記構成に加えて、前記支持部材が導
電性支持部材であると、導電性支持部材（導電性スペー
サ）が走査信号用配線上に配置された場合、導電性支持
部材表面に帯電した電子は、走査信号用配線に除電され
るのでより好ましい。

【００３３】更に上記構成に加えて、前記電子放出素子
の中心が、隣接する前記走査信号用配線間の中心に位置
し、前記支持部材の中心を前記走査信号用配線の中心か
らずらす量δが以下の関係を満たすことが好ましい。

【００３４】（ｅ−ｆ）／２≧δ≧（ｃ＋ｂ／２）−
｛（ａ−ｆ）／２｝ｃ＝２Ｋｄ√｛Ｖｆ／（Ｖａ−Ｖｆ）｝，ｅ＞ｆ，ａ＞
ｆ，ａ＞ｅ，Ｖａ＞Ｖｆａ：前記走査信号用配線の中心間の距離ｂ：前記電子ビームのスポット径ｃ：前記電子ビーム軌道のずれ量ｄ：前記基板と前記フェースプレートとの距離ｅ：前記走査信号用配線の幅ｆ：前記支持部材の厚さＶｆ：前記電子放出素子に印加する素子電圧Ｖａ：前記加速電極に印加する加速電圧Ｋ：比例定数

【００３５】上記δ≧（ｃ＋ｂ／２）−｛（ａ−ｆ）／
２｝構成をとることにより、電子放出素子から放出され
た電子が支持部材（スペーサ）表面に衝突して遮断され
てしまい、支持部材近傍の蛍光体の輝度が低下してしま
う問題を解決することができる。

【００３６】また、上記（ｅ−ｆ）／２≧δ構成をと
ることにより、支持部材（スペーサ）が走査信号用配線
からはみだすことなく、支持部材と走査信号用配線との
固定強度が低下することを防止することができる。

【００３７】（２）また、本発明は、各々に複数の電子
放出素子が結線され、前記複数の電子放出素子に選択電
圧と前記該選択電圧より電圧が大きい非選択電圧とを印
加するための走査信号用配線の複数が、当該複数の電子
放出素子が各々の走査信号用配線に対し同側に位置する
よう基板上に配置されており、前記複数の走査信号用配
線の間隔が同じであると共に各々の走査信号用配線に結
線された電子放出素子同志の間隔が同じである電子源
と、該基板と対向して配置し且つ電子ビームを加速する
ための加速電極を配置したフェースプレートと、該基板
と該フェースプレートとの間に配置し且つ該走査信号用
配線上に配置した支持部材と、を有する画像形成装置に
おいて、前記支持部材を配置した走査信号用配線に隣接
し且つ結線していない電子放出素子から離れる方向に該
支持部材の中心が該走査信号用配線の中心からずれてい
ることを特徴とする画像形成装置である。

【００３８】即ち、上記本発明によれば、電子放出素子
に選択電圧（駆動電圧）及び該選択電圧より電圧が大き
い非選択電圧（非駆動電圧）を印加するための走査信号
用配線に関して、上記支持部材を配置した走査信号用配
線に隣接し且つ結線していない電子放出素子から離れる
方向に支持部材の中心が走査信号用配線の中心からずれ
ている構成をとることにより、電子放出素子から放出さ
れた電子が支持部材（スペーサ）が遮断してしまうのを
防止し、支持部材近傍の蛍光体の輝度が低下してしまう
問題を解決することができる。

【００３９】更に上記構成に加えて、前記支持部材が導
電性支持部材であると、導電性支持部材（導電性スペー
サ）が走査信号用配線上に配置された場合、導電性支持
部材表面に帯電した電子は、走査信号用配線に除電され
るのでより好ましい。

【００４０】更に上記構成に加えて、前記電子放出素子
の中心が、隣接する前記走査信号用配線間の中心に位置
し、前記支持部材の中心を前記走査信号用配線の中心か
らずらす量δが以下の関係を満たすことが好ましい。

【００４１】（ｅ−ｆ）／２≧δ≧（ｃ＋ｂ／２）−
｛（ａ−ｆ）／２｝ｃ＝２Ｋｄ√｛Ｖｆ／（Ｖａ−Ｖｆ）｝，ｅ＞ｆ，ａ＞
ｆ，ａ＞ｅ，Ｖａ＞Ｖｆａ：前記走査信号用配線の中心間の距離ｂ：前記電子ビームのスポット径ｃ：前記電子ビーム軌道のずれ量ｄ：前記基板と前記フェースプレートとの距離ｅ：前記走査信号用配線の幅ｆ：前記支持部材の厚さＶｆ：前記電子放出素子に印加する素子電圧Ｖａ：前記加速電極に印加する加速電圧Ｋ：比例定数

【００４２】上記δ≧（ｃ＋ｂ／２）−｛（ａ−ｆ）／
２｝構成をとることにより、電子放出素子から放出され
た電子が支持部材（スペーサ）表面に衝突して遮断され
てしまい、支持部材近傍の蛍光体の輝度が低下してしま
う問題を解決することができる。

【００４３】また、上記（ｅ−ｆ）／２≧δ構成をと
ることにより、支持部材（スペーサ）が走査信号用配線
からはみだすことなく、支持部材と走査信号用配線との
固定強度が低下することを防止することができる。

【００４４】ここで、図９を用いて本発明の原理につい
て説明する。図９は本発明の画像形成装置の基本的な構
成を示す断面図で、図６のＡ−Ａ’断面に相当する。１
１は基板、１５はリアプレート、１６は側壁、１７はフ
ェースプレートであって、１５，１６，１７をあわせて
外囲器が形成される。２０はスペーサであり、１３の０
はスペーサがのる走査信号用配線、１８は蛍光体で、１
９は導電性の部材(メタルバック)、１３の１は駆動する
素子につながる走査信号用配線、１３の２は駆動しない
素子につながる走査信号用配線である。１１１の１およ
び１１１の２は基板１１上に形成された素子で、素子１
１１の１より、電子線１１２の１が放出され、蛍光体１
８上に像を形成する。Ｖａはアノード電圧、Ｖｆ’は駆
動しない素子に掛る電圧が図１０８に示すような電子放
出閾値電圧Ｖｔｈを超えないようにするための電圧。な
お、素子１１１の２を駆動し、電子線１１２の２が放出
されるには、前記走査信号用配線１３の１は図中右側へ
１本ずれ、それ以外の走査信号用配線は１３の２となる
（不図示）。

【００４５】この時、前記スペーサ２０は前記走査信号
用配線１３の０の中心から前記電子線１１２の１および
１１２の２が傾斜する方向へずれて位置し、かつ必ず走
査信号用配線１３の０に接触する。これにより、電子線
１１２の１がスペーサ２０に衝突することなく、蛍光体
１８まで確実に到達する。また、スペーサに対して、ス
ペーサをずらした側に位置する素子１１１の２に対して
はスペーサが近づくことになるが、前記駆動法により電
子線１１２の２はスペーサから離れる方向へ放出され、
スペーサに衝突することなく蛍光体まで到達する。更に
は、スペーサに隣接しない素子から放出された電子線も
同様に傾斜するが、なんら邪魔されず蛍光体まで到達す
る。

【００４６】本発明の画像形成装置は、以下のような形
態を有するものであってもよい。前記冷陰極素子は、電子放出部を含む導電性膜を一対
の電極間に有する冷陰極素子であり、特に好ましくは表
面伝導型放出素子である。前記電子源は、複数の行方向配線と複数の列方向配線
とでマトリクス配線された複数の冷陰極素子を有する単
純マトリクス状配置の電子源をなす。前記電子源は、並列に配置した複数の冷陰極素子の個
々を両端で接続した冷陰極素子の行を複数配し（行方向
と呼ぶ）、この配線と直交する方向（列方向と呼ぶ）に
沿って、冷陰極素子の上方に配した制御電極（グリッド
とも呼ぶ）により、冷陰極素子からの電子を制御するは
しご状配置の電子源をなす。また、本発明の思想によれば、表示用として好適な画
像形成装置に限るものでなく、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、上述の画像形成装置を用いること
もできる。またこの際、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。こ
の場合、画像形成部材としては、以下の実施例で用いる
蛍光体のような直接発光する物質に限るものではなく、
電子の帯電による潜像画像が形成されるような部材を用
いることもできる。

【００４７】

【発明の実施の形態】

（１）導電性スペーサ概要本発明は帯電防止膜をスペーサに用いた平面型の画像形
成装置であり、図６にその構造概略を示すように（詳細
は後述）、複数の冷陰極素子１０１２を形成した基板１
０１１と発光材料である蛍光膜１０１８を形成した透明
なフェースプレート１０１７とをスペーサ１０２０を介
して対向させた構造を有する表示装置であり、スペーサ
１０２０が絶縁部材の表面に比抵抗が0.1〜10の８乗Ωc
mであるアルミと遷移金属合金窒素化合物膜および金属
酸化膜が被覆されていることを特徴とする画像形成装置
である。あるいは、スペーサ１０２０が、絶縁部材の表
面に比抵抗が0.1〜10の８乗Ωcmであるアルミと遷移金
属合金窒素化合物膜と金属酸化膜および、その境界に形
成された該アルミ遷移金属合金の酸化物あるいは窒化物
膜で被覆されたことを特徴とする画像形成装置である。

【００４８】本発明の画像形成装置において、前記スペ
ーサ１０２０の一方の辺は冷陰極素子を形成した基板１
０１１上の配線に電気的に接続されている。また、その
対向する辺は冷陰極素子より放出した電子を高いエネル
ギで発光材料（蛍光膜１０１８）に衝突させるための加
速電極（メタルバック１０１９）に電気的接続される。
すなわち、スペーサの表面に形成された帯電防止膜には
ほぼ加速電圧を帯電防止膜の抵抗値で除した電流が流さ
れる。そこで、スペーサの抵抗値Rsは帯電防止および消
費電力からその望ましい範囲に設定される。帯電防止の
観点から表面抵抗R□は10の１２乗Ω以下であることが
好ましい。十分な帯電防止効果を得るためには10の１１
乗Ω以下がさらに好ましい。表面抵抗の下限はスペーサ
形状とスペーサ間に印加される電圧により左右される
が、10の５乗Ω以上であることが好ましい。

【００４９】絶縁材料上に形成された帯電防止膜の厚み
tは10nm〜1μmの範囲が望ましい。材料の表面エネルギ
ーおよび基板との密着性や基板温度によっても異なる
が、一般的に10nm以下の薄膜は島状に形成され、抵抗が
不安定で再現性に乏しい。一方膜厚tが1μm以上では膜
応力が大きくなって膜はがれの危険性が高まり、かつ成
膜時間が長くなるため生産性が悪い。従って、膜厚は50
〜500nmであることが望ましい。表面抵抗R□はρ／tで
あり、以上に述べたR□とtの好ましい範囲から、帯電防
止膜の比抵抗ρは0.1〜10の８乗Ωcmが好ましい。さら
に表面抵抗と膜厚のより好ましい範囲を実現するために
は、ρは10の２乗〜10の６乗Ωcmとするのが良い。スペ
ーサは上述したようにその上に形成した帯電防止膜を電
流が流れることにより、あるいはディスプレイ全体が動
作中に発熱することによりその温度が上昇する。帯電防
止膜の抵抗温度係数が大きな負の値であると温度が上昇
した時に抵抗値が減少し、スペーサに流れる電流が増加
し、さらに温度上昇をもたらす。そして電流は電源の限
界を越えるまで増加しつづける。このような電流の暴走
が発生する抵抗温度係数の値は経験的に負の値で絶対値
が1％以上である。すなわち、帯電防止膜の抵抗温度係
数は−１％未満であることが望ましい。

【００５０】帯電防止膜特性を有する材料として、金属
酸化物が優れている。金属酸化物の中でも、クロム、ニ
ッケル、銅の酸化物が好ましい材料である。その理由は
これらの酸化物は二次電子放出効率が比較的小さく、電
子放出素子から放出された電子がスペーサに当たった場
合においても帯電しにくいためと考えられる。金属酸化
物以外にも炭素は二次電子放出効率が小さく好ましい材
料である。特に、非晶質カーボンは高抵抗であるため、
スペーサ抵抗を所望の値に制御しやすい。しかしなが
ら、上記金属酸化物、あるいはカーボンはその抵抗値が
帯電防止膜として望ましい比抵抗の範囲に調整すること
が難しかったり、雰囲気により抵抗が変化しやすいた
め、これらの材料のみでは抵抗の制御性が乏しい。アル
ミと遷移金属合金の窒化物は遷移金属の組成を調整する
ことにより、良伝導体から絶縁体まで広い範囲に抵抗値
を制御できる。さらには後述する表示装置作製の工程に
おいて抵抗値の変化が少なく安定な材料である。かつ、
その抵抗温度係数が−１％未満であり、実用的に使いや
すい材料である。遷移金属元素としてはTi,Cr,Ta等があ
げられる。

【００５１】（２）画像表示装置概要次に、本発明を適用した画像表示装置の表示パネルの構
成と製造法について、具体的な例を示して説明する。

【００５２】図６は、実施例に用いた表示パネルの斜視
図であり、内部構造を示すためにパネルの一部を切り欠
いて示している。

【００５３】図中、１０１５はリアプレ−ト、１０１６
は側壁、１０１７はフェ−スプレ−トであり、１０１５
〜１０１７により表示パネルの内部を真空に維持するた
めの気密容器を形成している。気密容器を組み立てるに
あたっては、各部材の接合部に十分な強度と気密性を保
持させるため封着する必要があるが、たとえばフリット
ガラスを接合部に塗布し、大気中あるいは窒素雰囲気中
で、摂氏４００〜５００度で１０分以上焼成することに
より封着を達成した。気密容器内部を真空に排気する方
法については後述する。また、上記気密容器の内部は１
０のマイナス６乗〔Ｔｏｒｒ〕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気密容器の破壊を
防止する目的で、耐大気圧構造体として、スペーサ１０
２０が設けられている。

【００５４】リアプレ−ト１０１５には、基板１０１１
が固定されているが、該基板上には冷陰極素子１０１２
がＮ×Ｍ個形成されている。（Ｎ，Ｍは２以上の正の整
数であり、目的とする表示画素数に応じて適宜設定され
る。たとえば、高品位テレビジョンの表示を目的とした
表示装置においては、Ｎ＝３０００，Ｍ＝１０００以上
の数を設定することが望ましい。）前記Ｎ×Ｍ個の冷陰
極素子は、Ｍ本の行方向配線１０１３とＮ本の列方向配
線１０１４により単純マトリクス配線されている。前
記、１０１１〜１０１４によって構成される部分をマル
チ電子ビ−ム源と呼ぶ。

【００５５】本発明の画像表示装置に用いるマルチ電子
ビ−ム源は、冷陰極素子を単純マトリクス配線した電子
源であれば、冷陰極素子の材料や形状あるいは製法に制
限はない。したがって、たとえば表面伝導型放出素子や
ＦＥ型、あるいはＭＩＭ型などの冷陰極素子を用いるこ
とができる。

【００５６】次に、冷陰極素子として表面伝導型放出素
子（後述）を基板上に配列して単純マトリクス配線した
マルチ電子ビ−ム源の構造について述べる。

【００５７】図１０に示すのは、図６の表示パネルに用
いたマルチ電子ビ−ム源の平面図である。基板１０１１
上には、後述の図１１で示すものと同様な表面伝導型放
出素子が配列され、これらの素子は行方向配線電極１０
１３と列方向配線電極１０１４により単純マトリクス状
に配線されている。行方向配線電極１０１３と列方向配
線電極１０１４の交差する部分には、電極間に絶縁層
（不図示）が形成されており、電気的な絶縁が保たれて
いる。

【００５８】図１０のＢ−Ｂ’に沿った断面を、図２１
に示す。

【００５９】なお、このような構造のマルチ電子源は、
あらかじめ基板上に行方向配線電極１０１３、列方向配
線電極１０１４、電極間絶縁層（不図示）、および表面
伝導型放出素子の素子電極と導電性薄膜を形成した後、
行方向配線電極１０１３および列方向配線電極１０１４
を介して各素子に給電して通電フォ−ミング処理（後
述）と通電活性化処理（後述）を行うことにより製造し
た。

【００６０】本実施例においては、気密容器のリアプレ
−ト１０１５にマルチ電子ビ−ム源の基板１０１１を固
定する構成としたが、マルチ電子ビ−ム源の基板１０１
１が十分な強度を有するものである場合には、気密容器
のリアプレ−トとしてマルチ電子ビ−ム源の基板１０１
１自体を用いてもよい。

【００６１】また、フェ−スプレ−ト１０１７の下面に
は、蛍光膜１０１８が形成されている。本実施例はカラ
−表示装置であるため、蛍光膜１０１８の部分にはＣＲ
Ｔの分野で用いられる赤，緑，青，の３原色の蛍光体が
塗り分けられている。各色の蛍光体は、たとえば図１２
の（ａ）に示すようにストライプ状に塗り分けられ、蛍
光体のストライプの間には黒色の導電体１０１０が設け
てある。黒色の導電体１０１０を設ける目的は、電子ビ
−ムの照射位置に多少のずれがあっても表示色にずれが
生じないようにする事や、外光の反射を防止して表示コ
ントラストの低下を防ぐ事、電子ビ−ムによる蛍光膜の
チャ−ジアップを防止する事などである。黒色の導電体
１０１０には、黒鉛を主成分として用いたが、上記の目
的に適するものであればこれ以外の材料を用いても良
い。

【００６２】また、３原色の蛍光体の塗り分け方は前記
図１２（ａ）に示したストライプ状の配列に限られるも
のではなく、たとえば図１２（ｂ）に示すようなデルタ
状配列や、それ以外の配列であってもよい。

【００６３】なお、本実施例においては、蛍光膜１０１
８は、図１３に示すように、各色蛍光体２１ａが列方向
（Ｙ方向）に延びるストライプ形状を採用し、黒色の導
電体２１ｂは各色蛍光体（Ｒ、Ｇ、Ｂ）２１ａ間だけで
なく、Ｙ方向の各画素間をも分離するように配置された
蛍光膜が用いられ、スペーサ１０２０は、行方向（Ｘ方
向）に平行な黒色の導電体２１ｂ領域（線幅３００〔マ
イクロメートル〕）内にメタルバック１０１９を介して
配置された。なお、前述の封着を行う際には、各色蛍光
体２１ａと基板１０１１上に配置された各素子とを対応
させなくてはいけないため、リアプレート１０１５、フ
ェースプレート１０１７およびスペーサ１０２０は十分
な位置合わせを行った。

【００６４】モノクロ−ムの表示パネルを作成する場合
には、単色の蛍光体材料を蛍光膜１０１８に用いればよ
く、また黒色導電材料は必ずしも用いなくともよい。

【００６５】また、蛍光膜１０１８のリアプレ−ト側の
面には、ＣＲＴの分野では公知のメタルバック１０１９
を設けてある。メタルバック１０１９を設けた目的は、
蛍光膜１０１８が発する光の一部を鏡面反射して光利用
率を向上させる事や、負イオンの衝突から蛍光膜１０１
８を保護する事や、電子ビ−ム加速電圧を印加するため
の電極として作用させる事や、蛍光膜１０１８を励起し
た電子の導電路として作用させる事などである。メタル
バック１０１９は、蛍光膜１０１８をフェ−スプレ−ト
基板１０１７上に形成した後、蛍光膜表面を平滑化処理
し、その上にＡｌを真空蒸着する方法により形成した。
なお、蛍光膜１０１８に低電圧用の蛍光体材料を用いた
場合には、メタルバック１０１９は用いない。

【００６６】また、本実施例では用いなかったが、加速
電圧の印加用や蛍光膜の導電性向上を目的として、フェ
−スプレ−ト基板１０１７と蛍光膜１０１８との間に、
たとえばＩＴＯを材料とする透明電極を設けてもよい。

【００６７】図１４は図６のＡ−Ａ’の断面模式図であ
り、各部の番号は図６に対応している。スペーサ１０２
０は絶縁牲部材１０２０のａの表面に帯電防止を目的と
した高抵抗膜１０２０のｂを成膜し、かつフェースプレ
ート１０１７の内側（メタルバック１０１９等）及び基
板１０１１の表面（行方向配線１０１３または列方向配
線１０１４）に面したスペーサの当接面に低抵抗膜１０
２０ｃを成膜した部材からなるもので、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配置さ
れ、フェースプレートの内側および基板１０１１の表面
に接合材１０４１により固定される。また、高抵抗膜１
０２０のｂは、絶縁性部材１０２０のａの表面のうち、
少なくとも気密容器内の真空中に露出している面に成膜
されており、スペーサ１０２０上の低抵抗膜１０２０ｃ
および接合材１０４１を介して、フェースプレート１０
１７の内側（メタルバック１０１９等）及び基板１０１
１の表面（行方向配線１０１３または列方向配線１０１
４）に電気的に接続される。ここで説明される態様にお
いては、スペーサ１０２０の形状は薄板状とし、行方向
配線１０１３に平行に配置され、行方向配線１０１３に
電気的に接続されている。

【００６８】スペーサ１０２０としては、基板１０１１
上の行方向配線１０１３および列方向配線１０１３とフ
ェースプレート１０１７内面のメタルバック１０１９と
の間に印加される高電圧に耐えるだけの絶縁性を有し、
かつスペーサ１０２０の表面への帯電を防止する程度の
導電性を有する必要がある。この点に関しては、既に述
べた通りである。

【００６９】スペーサ１０２０の絶縁性部材１０２０の
ａ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，ソーダライムガラス，アルミナ等のセ
ラミックス部材等が挙げられる。なお、絶縁性部材１０
２０のａはその熱膨張率が気密容器および基板１０１１
を成す部材と近いものが好ましい。

【００７０】また、高抵抗膜１０２０ｂとしては、既に
述べたように帯電防止効果の維持及びリーク電流による
消費電力抑制を考慮して、その表面抵抗値が10の5乗
〔Ω／□〕から10の12乗〔Ω／□〕の範囲のものである
ことが好ましく、その材料としては、前述の各種の材料
が用いられる。

【００７１】また、低抵抗膜１０２０ｃは、高抵抗膜１
０２０の２に比べ十分に低い抵抗値を選択すればよく、
Ni，Cr，Au，Mo，W，Ti，Al，Cu，Pd等の金属、あるい
は合金、及び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In
2O3−SnO2等の透明導体及びポリシリコン等の半導体材
料等より適宜選択される。

【００７２】接合材１０４１はスペーサ１０２０が行方
向配線１０１３およびメタルバック１０１９と電気的に
接続するように、導電性をもたせる必要がある。すなわ
ち、導電性接着材や金属粒子や導電性フィラーを添加し
たフリットガラスが好適である。

【００７３】また、Ｄx1〜ＤxmおよびＤy1〜Ｄynおよび
Ｈｖは、当該表示パネルと不図示の電気回路とを電気的
に接続するために設けた気密構造の電気接続用端子であ
る。Ｄx1〜Ｄxmはマルチ電子ビ−ム源の行方向配線１０
１３と、Ｄy1〜Ｄynはマルチ電子ビ−ム源の列方向配線
１０１４と、Ｈｖはフェ−スプレ−トのメタルバック１
０１９と電気的に接続している。

【００７４】また、気密容器内部を真空に排気するに
は、気密容器を組み立てた後、不図示の排気管と真空ポ
ンプとを接続し、気密容器内を１０のマイナス７乗〔Ｔ
ｏｒｒ〕程度の真空度まで排気する。その後、排気管を
封止するが、気密容器内の真空度を維持するために、封
止の直前あるいは封止後に気密容器内の所定の位置にゲ
ッタ−膜（不図示）を形成する。ゲッタ−膜とは、たと
えばＢａを主成分とするゲッタ−材料をヒ−タ−もしく
は高周波加熱により加熱し蒸着して形成した膜であり、
該ゲッタ−膜の吸着作用により気密容器内は１ｘ１０マ
イナス５乗〜１ｘ１０マイナス７乗〔Ｔｏｒｒ〕の真空
度に維持される。

【００７５】以上説明した表示パネルを用いた画像表示
装置は、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎを
通じて各冷陰極素子１０１２に電圧を印加すると、各冷
陰極素子１０１２から電子が放出される。それと同時に
メタルバック１０１９に容器外端子Ｈｖを通じて数百
〔Ｖ〕〜数〔ｋＶ〕の高圧を印加して、上記放出された
電子を加速し、フェースプレート１０１７の内面に衝突
させる。これにより、蛍光膜１０１８をなす各色の蛍光
体が励起されて発光し、画像が表示される。

【００７６】通常、冷陰極素子である本発明の表面伝導
型放出素子への１０１２への印加電圧は１２〜１６
〔Ｖ〕程度、メタルバック１０１９と冷陰極素子１０１
２との距離ｄは０．１〔ｍｍ〕から８〔ｍｍ〕程度、メ
タルバック１０１９と冷陰極素子１０１２間の電圧０．
１〔ｋＶ〕から１０〔ｋＶ〕程度である。

【００７７】以上、本発明の実施例の表示パネルの基本
構成と製法、および画像表示装置の概要を説明した。

【００７８】（３）マルチ電子ビーム源の製造方法次に、前記実施例の表示パネルに用いたマルチ電子ビ−
ム源の製造方法について説明する。本発明の画像表示装
置に用いるマルチ電子ビ−ム源は、冷陰極素子を単純マ
トリクス配線した電子源であれば、冷陰極素子の材料や
形状あるいは製法に制限はない。したがって、たとえば
表面伝導型放出素子やＦＥ型、あるいはＭＩＭ型などの
冷陰極素子を用いることができる。

【００７９】ただし、表示画面が大きくてしかも安価な
表示装置が求められる状況のもとでは、これらの冷陰極
素子の中でも、表面伝導型放出素子が特に好ましい。す
なわち、ＦＥ型ではエミッタコ−ンとゲ−ト電極の相対
位置や形状が電子放出特性を大きく左右するため、極め
て高精度の製造技術を必要とするが、これは大面積化や
製造コストの低減を達成するには不利な要因となる。ま
た、ＭＩＭ型では、絶縁層と上電極の膜厚を薄くてしか
も均一にする必要があるが、これも大面積化や製造コス
トの低減を達成するには不利な要因となる。その点、表
面伝導型放出素子は、比較的製造方法が単純なため、大
面積化や製造コストの低減が容易である。また、発明者
らは、表面伝導型放出素子の中でも、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とりわけ電
子放出特性に優れ、しかも製造が容易に行えることを見
いだしている。したがって、高輝度で大画面の画像表示
装置のマルチ電子ビ−ム源に用いるには、最も好適であ
ると言える。そこで、上記実施例の表示パネルにおいて
は、電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形成
した表面伝導型放出素子を用いた。そこで、まず好適な
表面伝導型放出素子について基本的な構成と製法および
特性を説明し、その後で多数の素子を単純マトリクス配
線したマルチ電子ビ−ム源の構造について述べる。

【００８０】（表面伝導型放出素子の好適な素子構成と
製法）電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形
成する表面伝導型放出素子の代表的な構成には、平面型
と垂直型の２種類があげられる。

【００８１】（平面型の表面伝導型放出素子）まず最初
に、平面型の表面伝導型放出素子の素子構成と製法につ
いて説明する。図１１に示すのは、平面型の表面伝導型
放出素子の構成を説明するための平面図（ａ）および断
面図（ｂ）である。図中、１１０１は基板、１１０２と
１１０３は素子電極、１１０４は導電性薄膜、１１０５
は通電フォ−ミング処理により形成した電子放出部、１
１１３は通電活性化処理により形成した薄膜である。

【００８２】基板１１０１としては、たとえば、石英ガ
ラスや青板ガラスをはじめとする各種ガラス基板や、ア
ルミナをはじめとする各種セラミクス基板、あるいは上
述の各種基板上にたとえばＳｉＯ2 を材料とする絶縁層
を積層した基板、などを用いることができる。

【００８３】また、基板１１０１上に基板面と平行に対
向して設けられた素子電極１１０２と１１０３は、導電
性を有する材料によって形成されている。たとえば、Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｐｄ，
Ａｇ等をはじめとする金属、あるいはこれらの金属の合
金、あるいはＩｎ2 Ｏ3 −ＳｎＯ2 をはじめとする金属
酸化物、ポリシリコンなどの半導体、などの中から適宜
材料を選択して用いればよい。電極を形成するには、た
とえば真空蒸着などの製膜技術とフォトリソグラフィ
−、エッチングなどのパタ−ニング技術を組み合わせて
用いれば容易に形成できるが、それ以外の方法（たとえ
ば印刷技術）を用いて形成してもさしつかえない。

【００８４】素子電極１１０２と１１０３の形状は、当
該電子放出素子の応用目的に合わせて適宜設計される。
一般的には、電極間隔Ｌは通常は数百オングストロ−ム
から数百マイクロメ−タ−の範囲から適当な数値を選ん
で設計されるが、なかでも表示装置に応用するために好
ましいのは数マイクロメ−タ−より数十マイクロメ−タ
−の範囲である。また、素子電極の厚さｄについては、
通常は数百オングストロ−ムから数マイクロメ−タ−の
範囲から適当な数値が選ばれる。

【００８５】また、導電性薄膜１１０４の部分には、微
粒子膜を用いる。ここで述べた微粒子膜とは、構成要素
として多数の微粒子を含んだ膜（島状の集合体も含む）
のことをさす。微粒子膜を微視的に調べれば、通常は、
個々の微粒子が離間して配置された構造か、あるいは微
粒子が互いに隣接した構造か、あるいは微粒子が互いに
重なり合った構造が観測される。

【００８６】微粒子膜に用いた微粒子の粒径は、数オン
グストロ−ムから数千オングストロ−ムの範囲に含まれ
るものであるが、なかでも好ましいのは１０オングスト
ロ−ムから２００オングストロ−ムの範囲のものであ
る。また、微粒子膜の膜厚は、以下に述べるような諸条
件を考慮して適宜設定される。すなわち、素子電極１１
０２あるいは１１０３と電気的に良好に接続するのに必
要な条件、後述する通電フォ−ミングを良好に行うのに
必要な条件、微粒子膜自身の電気抵抗を後述する適宜の
値にするために必要な条件、などである。具体的には、
数オングストロ−ムから数千オングストロ−ムの範囲の
なかで設定するが、なかでも好ましいのは１０オングス
トロ−ムから５００オングストロ−ムの間である。

【００８７】また、微粒子膜を形成するのに用いられう
る材料としては、たとえば、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，
Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｐｂ，などをはじめとする金属や、ＰｄＯ，Ｓ
ｎＯ2 ，Ｉｎ2 Ｏ3 ，ＰｂＯ，Ｓｂ2 Ｏ3 ，などをはじ
めとする酸化物や、ＨｆＢ2 ，ＺｒＢ2 ，ＬａＢ6 ，Ｃ
ｅＢ6 ，ＹＢ4 ，ＧｄＢ4 ，などをはじめとする硼化物
や、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ，
などをはじめとする炭化物や、ＴｉＮ，ＺｒＮ，Ｈｆ
Ｎ，などをはじめとする窒化物や、Ｓｉ，Ｇｅ，などを
はじめとする半導体や、カ−ボン，などがあげられ、こ
れらの中から適宜選択される。

【００８８】以上述べたように、導電性薄膜１１０４を
微粒子膜で形成したが、そのシ−ト抵抗値については、
１０の３乗から１０の７乗〔オ−ム／ｓｑ〕の範囲に含
まれるよう設定した。

【００８９】なお、導電性薄膜１１０４と素子電極１１
０２および１１０３とは、電気的に良好に接続されるの
が望ましいため、互いの一部が重なりあうような構造を
とっている。その重なり方は、図１１の例においては、
下から、基板、素子電極、導電性薄膜の順序で積層した
が、場合によっては下から基板，導電性薄膜，素子電
極，の順序で積層してもさしつかえない。

【００９０】また、電子放出部１１０５は、導電性薄膜
１１０４の一部に形成された亀裂状の部分であり、電気
的には周囲の導電性薄膜よりも高抵抗な性質を有してい
る。亀裂は、導電性薄膜１１０４に対して、後述する通
電フォ−ミングの処理を行うことにより形成する。亀裂
内には、数オングストロ−ムから数百オングストロ−ム
の粒径の微粒子を配置する場合がある。なお、実際の電
子放出部の位置や形状を精密かつ正確に図示するのは困
難なため、図１１においては模式的に示した。

【００９１】また、薄膜１１１３は、炭素もしくは炭素
化合物よりなる薄膜で、電子放出部１１０５およびその
近傍を被覆している。薄膜１１１３は、通電フォ−ミン
グ処理後に、後述する通電活性化の処理を行うことによ
り形成する。

【００９２】薄膜１１１３は、単結晶グラファイト，多
結晶グラファイト，非晶質カ−ボン，のいずれかか、も
しくはその混合物であり、膜厚は５００〔オングストロ
−ム〕以下とするが、３００〔オングストロ−ム〕以下
とするのがさらに好ましい。なお、実際の薄膜１１１３
の位置や形状を精密に図示するのは困難なため、図１１
においては模式的に示した。また、平面図（ａ）におい
ては、薄膜１１１３の一部を除去した素子を図示した。

【００９３】以上、好ましい素子の基本構成を述べた
が、実施例においては以下のような素子を用いた。

【００９４】すなわち、基板１１０１には青板ガラスを
用い、素子電極１１０２と１１０３にはＮｉ薄膜を用い
た。素子電極の厚さｄは１０００〔オングストロ−
ム〕，電極間隔Ｌは２〔マイクロメ−タ−〕とした。

【００９５】微粒子膜の主要材料としてＰｄもしくはＰ
ｄＯを用い、微粒子膜の厚さは約１００〔オングストロ
−ム〕，幅Ｗは１００〔マイクロメ−タ〕とした。

【００９６】次に、好適な平面型の表面伝導型放出素子
の製造方法について説明する。

【００９７】図１５の（ａ）〜（ｄ）は、表面伝導型放
出素子の製造工程を説明するための断面図で、各部材の
表記は前記図１１と同一である。

【００９８】１）まず、図１５（ａ）に示すように、基
板１１０１上に素子電極１１０２および１１０３を形成
する。

【００９９】形成するにあたっては、あらかじめ基板１
１０１を洗剤、純水、有機溶剤を用いて十分に洗浄後、
素子電極の材料を堆積させる。（堆積する方法として
は、たとえば、蒸着法やスパッタ法などの真空成膜技術
を用ればよい。）その後、堆積した電極材料を、フォト
リソグラフィ−・エッチング技術を用いてパタ−ニング
し、（ａ）に示した一対の素子電極（１１０２と１１０
３）を形成する。

【０１００】２）次に、同図（ｂ）に示すように、導電
性薄膜１１０４を形成する。

【０１０１】形成するにあたっては、まず前記（ａ）の
基板に有機金属溶液を塗布して乾燥し、加熱焼成処理し
て微粒子膜を成膜した後、フォトリソグラフィ−・エッ
チングにより所定の形状にパタ−ニングする。ここで、
有機金属溶液とは、導電性薄膜に用いる微粒子の材料を
主要元素とする有機金属化合物の溶液である。（具体的
には、本実施例では主要元素としてＰｄを用いた。ま
た、実施例では塗布方法として、ディッピング法を用い
たが、それ以外のたとえばスピンナ−法やスプレ−法を
用いてもよい。）

【０１０２】また、微粒子膜で作られる導電性薄膜の成
膜方法としては、本実施例で用いた有機金属溶液の塗布
による方法以外の、たとえば真空蒸着法やスパッタ法、
あるいは化学的気相堆積法などを用いる場合もある。

【０１０３】３）次に、同図（ｃ）に示すように、フォ
−ミング用電源１１１０から素子電極１１０２と１１０
３の間に適宜の電圧を印加し、通電フォ−ミング処理を
行って、電子放出部１１０５を形成する。

【０１０４】通電フォ−ミング処理とは、微粒子膜で作
られた導電性薄膜１１０４に通電を行って、その一部を
適宜に破壊、変形、もしくは変質せしめ、電子放出を行
うのに好適な構造に変化させる処理のことである。微粒
子膜で作られた導電性薄膜のうち電子放出を行うのに好
適な構造に変化した部分（すなわち電子放出部１１０
５）においては、薄膜に適当な亀裂が形成されている。
なお、電子放出部１１０５が形成される前と比較する
と、形成された後は素子電極１１０２と１１０３の間で
計測される電気抵抗は大幅に増加する。

【０１０５】通電方法をより詳しく説明するために、図
１６に、フォ−ミング用電源１１１０から印加する適宜
の電圧波形の一例を示す。微粒子膜で作られた導電性薄
膜をフォ−ミングする場合には、パルス状の電圧が好ま
しく、本実施例の場合には同図に示したようにパルス幅
Ｔ１の三角波パルスをパルス間隔Ｔ２で連続的に印加し
た。その際には、三角波パルスの波高値Ｖｐｆを、順次
昇圧した。また、電子放出部１１０５の形成状況をモニ
タ−するためのモニタ−パルスＰｍを適宜の間隔で三角
波パルスの間に挿入し、その際に流れる電流を電流計１
１１１で計測した。

【０１０６】実施例においては、たとえば１０のマイナ
ス５乗〔ｔｏｒｒ〕程度の真空雰囲気下において、たと
えばパルス幅Ｔ１を１〔ミリ秒〕、パルス間隔Ｔ２を１
０〔ミリ秒〕とし、波高値Ｖｐｆを１パルスごとに０。
１〔Ｖ〕ずつ昇圧した。そして、三角波を５パルス印加
するたびに１回の割りで、モニタ−パルスＰｍを挿入し
た。フォ−ミング処理に悪影響を及ぼすことがないよう
に、モニタ−パルスの電圧Ｖｐｍは０。１〔Ｖ〕に設定
した。そして、素子電極１１０２と１１０３の間の電気
抵抗が１×１０の６乗〔オ−ム〕になった段階、すなわ
ちモニタ−パルス印加時に電流計１１１１で計測される
電流が１ｘ１０のマイナス７乗〔Ａ〕以下になった段階
で、フォ−ミング処理にかかわる通電を終了した。

【０１０７】なお、上記の方法は、本実施例の表面伝導
型放出素子に関する好ましい方法であり、たとえば微粒
子膜の材料や膜厚、あるいは素子電極間隔Ｌなど表面伝
導型放出素子の設計を変更した場合には、それに応じて
通電の条件を適宜変更するのが望ましい。

【０１０８】４）次に、図１５の（ｄ）に示すように、
活性化用電源１１１２から素子電極１１０２と１１０３
の間に適宜の電圧を印加し、通電活性化処理を行って、
電子放出特性の改善を行う。

【０１０９】通電活性化処理とは、前記通電フォ−ミン
グ処理により形成された電子放出部１１０５に適宜の条
件で通電を行って、その近傍に炭素もしくは炭素化合物
を堆積せしめる処理のことである。（図においては、炭
素もしくは炭素化合物よりなる堆積物を部材１１１３と
して模式的に示した。）なお、通電活性化処理を行うこ
とにより、行う前と比較して、同じ印加電圧における放
出電流を典型的には１００倍以上に増加させることがで
きる。

【０１１０】具体的には、１０のマイナス４乗ないし１
０のマイナス５乗〔ｔｏｒｒ〕の範囲内の真空雰囲気中
で、電圧パルスを定期的に印加することにより、真空雰
囲気中に存在する有機化合物を起源とする炭素もしくは
炭素化合物を堆積させる。堆積物１１１３は、単結晶グ
ラファイト、多結晶グラファイト、非晶質カ−ボン、の
いずれかか、もしくはその混合物であり、膜厚は５００
〔オングストロ−ム〕以下、より好ましくは３００〔オ
ングストロ−ム〕以下である。

【０１１１】通電方法をより詳しく説明するために、図
２２の（ａ）に、活性化用電源１１１２から印加する適
宜の電圧波形の一例を示す。本実施例においては、一定
電圧の矩形波を定期的に印加して通電活性化処理を行っ
たが、具体的には、矩形波の電圧Ｖａｃは１４〔Ｖ〕，
パルス幅Ｔ３は１〔ミリ秒〕，パルス間隔Ｔ４は１０
〔ミリ秒〕とした。なお、上述の通電条件は、本実施例
の表面伝導型放出素子に関する好ましい条件であり、表
面伝導型放出素子の設計を変更した場合には、それに応
じて条件を適宜変更するのが望ましい。

【０１１２】図１１の（ｄ）に示す１１１４は該表面伝
導型放出素子から放出される放出電流Ｉｅを捕捉するた
めのアノ−ド電極で、直流高電圧電源１１１５および電
流計１１１６が接続されている。（なお、基板１１０１
を、表示パネルの中に組み込んでから活性化処理を行う
場合には、表示パネルの蛍光面をアノ−ド電極１１１４
として用いる。）活性化用電源１１１２から電圧を印加
する間、電流計１１１６で放出電流Ｉｅを計測して通電
活性化処理の進行状況をモニタ−し、活性化用電源１１
１２の動作を制御する。電流計１１１６で計測された放
出電流Ｉｅの一例を図２２（ｂ）に示すが、活性化電源
１１１２からパルス電圧を印加しはじめると、時間の経
過とともに放出電流Ｉｅは増加するが、やがて飽和して
ほとんど増加しなくなる。このように、放出電流Ｉｅが
ほぼ飽和した時点で活性化用電源１１１２からの電圧印
加を停止し、通電活性化処理を終了する。

【０１１３】なお、上述の通電条件は、本実施例の表面
伝導型放出素子に関する好ましい条件であり、表面伝導
型放出素子の設計を変更した場合には、それに応じて条
件を適宜変更するのが望ましい。

【０１１４】以上のようにして、図１５（ｅ）に示す平
面型の表面伝導型放出素子を製造した。

【０１１５】（垂直型の表面伝導型放出素子）次に、電
子放出部もしくはその周辺を微粒子膜から形成した表面
伝導型放出素子のもうひとつの代表的な構成、すなわち
垂直型の表面伝導型放出素子の構成について説明する。

【０１１６】図１７は、垂直型の基本構成を説明するた
めの模式的な断面図であり、図中の１２０１は基板、１
２０２と１２０３は素子電極、１２０６は段差形成部
材、１２０４は微粒子膜を用いた導電性薄膜、１２０５
は通電フォ−ミング処理により形成した電子放出部、１
２１３は通電活性化処理により形成した薄膜、である。

【０１１７】垂直型が先に説明した平面型と異なる点
は、素子電極のうちの片方（１２０２）が段差形成部材
１２０６上に設けられており、導電性薄膜１２０４が段
差形成部材１２０６の側面を被覆している点にある。し
たがって、前記図１０２の平面型における素子電極間隔
Ｌは、垂直型においては段差形成部材１２０６の段差高
Ｌｓとして設定される。なお、基板１２０１、素子電極
１２０２および１２０３、微粒子膜を用いた導電性薄膜
１２０４、については、前記平面型の説明中に列挙した
材料を同様に用いることが可能である。また、段差形成
部材１２０６には、たとえばＳｉＯ2 のような電気的に
絶縁性の材料を用いる。

【０１１８】次に、垂直型の表面伝導型放出素子の製法
について説明する。図１８の（ａ）〜（ｆ）は、製造工
程を説明するための断面図で、各部材の表記は前記図１
７と同一である。

【０１１９】１）まず、図１８（ａ）に示すように、基
板１２０１上に素子電極１２０３を形成する。

【０１２０】２）次に、同図（ｂ）に示すように、段差
形成部材を形成するための絶縁層を積層する。絶縁層
は、たとえばＳｉＯ2 をスパッタ法で積層すればよい
が、たとえば真空蒸着法や印刷法などの他の成膜方法を
用いてもよい。

【０１２１】３）次に、同図（ｃ）に示すように、絶縁
層の上に素子電極１２０２を形成する。

【０１２２】４）次に、同図（ｄ）に示すように、絶縁
層の一部を、たとえばエッチング法を用いて除去し、素
子電極１２０３を露出させる。

【０１２３】５）次に、同図（ｅ）に示すように、微粒
子膜を用いた導電性薄膜１２０４を形成する。形成する
には、前記平面型の場合と同じく、たとえば塗布法など
の成膜技術を用いればよい。

【０１２４】６）次に、前記平面型の場合と同じく、通
電フォ−ミング処理を行い、電子放出部を形成する。
（図１５（ｃ）を用いて説明した平面型の通電フォ−ミ
ング処理と同様の処理を行えばよい。）

【０１２５】７）次に、前記平面型の場合と同じく、通
電活性化処理を行い、電子放出部近傍に炭素もしくは炭
素化合物を堆積させる。（図１５（ｄ）を用いて説明し
た平面型の通電活性化処理と同様の処理を行えばよ
い。）

【０１２６】以上のようにして、図１８（ｆ）に示す垂
直型の表面伝導型放出素子を製造した。

【０１２７】（表示装置に用いた表面伝導型放出素子の
特性）以上、平面型と垂直型の表面伝導型放出素子につ
いて素子構成と製法を説明したが、次に表示装置に用い
た素子の特性について述べる。

【０１２８】図８に、表示装置に用いた素子の、（放出
電流Ｉｅ）対（素子印加電圧Ｖｆ）特性、および（素子
電流Ｉｆ）対（素子印加電圧Ｖｆ）特性の典型的な例を
示す。なお、放出電流Ｉｅは素子電流Ｉｆに比べて著し
く小さく、同一尺度で図示するのが困難であるうえ、こ
れらの特性は素子の大きさや形状等の設計パラメ−タを
変更することにより変化するものであるため、２本のグ
ラフは各々任意単位で図示した。

【０１２９】表示装置に用いた素子は、放出電流Ｉｅに
関して以下に述べる３つの特性を有している。

【０１３０】第一に、ある電圧（これを閾値電圧Ｖｔｈ
と呼ぶ）以上の大きさの電圧を素子に印加すると急激に
放出電流Ｉｅが増加するが、一方、閾値電圧Ｖｔｈ未満
の電圧では放出電流Ｉｅはほとんど検出されない。

【０１３１】すなわち、放出電流Ｉｅに関して、明確な
閾値電圧Ｖｔｈを持った非線形素子である。

【０１３２】第二に、放出電流Ｉｅは素子に印加する電
圧Ｖｆに依存して変化するため、電圧Ｖｆで放出電流Ｉ
ｅの大きさを制御できる。

【０１３３】第三に、素子に印加する電圧Ｖｆに対して
素子から放出される電流Ｉｅの応答速度が速いため、電
圧Ｖｆを印加する時間の長さによって素子から放出され
る電子の電荷量を制御できる。

【０１３４】以上のような特性を有するため、表面伝導
型放出素子を表示装置に好適に用いることができた。た
とえば多数の素子を表示画面の画素に対応して設けた表
示装置において、第一の特性を利用すれば、表示画面を
順次走査して表示を行うことが可能である。すなわち、
駆動中の素子には所望の発光輝度に応じて閾値電圧Ｖｔ
ｈ以上の電圧を適宜印加し、非選択状態の素子には閾値
電圧Ｖｔｈ未満の電圧を印加する。駆動する素子を順次
切り替えてゆくことにより、表示画面を順次走査して表
示を行うことが可能である。

【０１３５】また、第二の特性かまたは第三の特性を利
用することにより、発光輝度を制御することができるた
め、階調表示を行うことが可能である。

【０１３６】（４）駆動回路構成（および駆動方法）図１９は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づいてテレビ
ジョン表示を行う為の駆動回路の概略構成をブロック図
で示したものである。同図中、表示パネル１７０１は前
述した表示パネルに相当するもので、前述した様に製造
され、動作する。また、走査回路１７０２は表示ライン
を走査し、制御回路１７０３は走査回路へ入力する信号
等を生成する。シフトレジスタ１７０４は１ライン毎の
データをシフトし、ラインメモリ１７０５は、シフトレ
ジスタ１７０４からの１ライン分のデータを変調信号発
生器１７０７に入力する。同期信号分離回路１７０６は
ＮＴＳＣ信号から同期信号を分離する。以下、図１９の
装置各部の機能を詳しく説明する。

【０１３７】まず表示パネル１７０１は、端子Ｄx1ない
しＤxmおよび端子Ｄy1ないしＤyn、および高圧端子Ｈｖ
を介して外部の電気回路と接続されている。このうち、
端子Ｄx1ないしＤxmには、表示パネル１７０１内に設け
られているマルチ電子ビーム源、すなわちｍ行ｎ列の行
列状にマトリクス配線された冷陰極素子を１行（ｎ素
子〉ずつ順次駆動してゆく為の走査信号が印加される。
一方、端子Ｄy1ないしＤynには、前記走査信号により選
択された１行分のｎ個の各素子の出力電子ビームを制御
する為の変調信号が印加される。また、高圧端子Ｈｖに
は、直流電圧源Ｖａより、たとえば５〔ｋＶ〕の直流電
圧が供給されるが、これはマルチ電子ビーム源より出力
される電子ビームに蛍光体を励起するのに十分なエネル
ギーを付与する為の加速電圧である。

【０１３８】次に、走査回路１７０２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（図中、
Ｓ1ないしＳmで模式的に示されている）を備えるもの
で、各スイッチング素子は、直流電圧源Ｖｘの出力電圧
もしくは０〔Ｖ〕（グランドレベル）のいずれか一方を
選択し、表示パネル１７０１の端子Ｄx1ないしＤxmと電
気的に接続するものである。Ｓ1ないしＳmの各スイッチ
ング素子は、制御回路１７０３が出力する制御信号Ｔsc
anに基づいて動作するものだが、実際にはたとえばＦＥ
Ｔのようなスイッチング素子を組合わせる事により容易
に構成することが可能である。なお、前記直流電圧源Ｖ
ｘは、図８に例示した電子放出素子の特性に基づき走査
されていない素子に印加される駆動電圧が電子放出しき
い値電圧Ｖｔｈ電圧以下となるよう、一定電圧を出力す
るよう設定されている。

【０１３９】また、制御回路１７０３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ように
各部の動作を整合させる働きをもつものである。次に説
明する同期信号分離回路１７０６より送られる同期信号
Ｔsyncに基づいて、各部に対してＴscanおよびＴsftお
よびＴmryの各制御信号を発生する。同期信号分離回路
１７０６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為
の回路で、良く知られているように周波数分離（フィル
タ）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１７０６により分離された同期信号は、良
く知られるように垂直同期信号と水平同期信号より成る
が、ここでは説明の便宜上、Ｔsync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
号成分を便宜上ＤＡＴＡ信号と表すが、同信号はシフト
レジスタ１７０４に入力される。

【０１４０】シフトレジスタ１７０４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１７０３より送られる制御信号Ｔsftに基づい
て動作する。すなわち、制御信号Ｔsftは、シフトレジ
スタ１７０４のシフトクロックであると言い換えること
もできる。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、Ｉd1ないしＩdnのｎ個の信号として前記シフ
トレジスタ１７０４より出力される。

【０１４１】ラインメモリ１７０５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為の記憶装置であ
り、制御回路１７０３より送られる制御信号Tmryにした
がって適宜Ｉd1ないしＩdnの内容を記憶する。記憶され
た内容は、Ｉ'd1ないしＩ'dnとして出力され、変調信号
発生器１７０７に入力される。

【０１４２】変調信号発生器１７０７は、前記画像デー
タＩ'd1ないしＩ'dnの各々に応じて、電子放出素子１０
１５の各々を適切に駆動変調する為の信号源で、その出
力信号は、端子Ｄy1ないしＤynを通じて表示パネル１７
０１内の電子放出素子１０１５に印加される。

【０１４３】図８を用いて説明したように、本発明に関
わる表面伝導型放出素子は放出電流Ｉｅに対して以下の
基本特性を有している。すなわち、電子放出には明確な
閾値電圧Ｖｔｈ（後述する実施例の表面伝導型放出素子
では８〔Ｖ〕）があり、閾値Ｖｔｈ以上の電圧を印加さ
れた時のみ電子放出が生じる。また、電子放出閾値Ｖｔ
ｈ以上の電圧に対しては、図８のグラフのように電圧の
変化に応じて放出電流Ｉｅも変化する。このことから、
本素子にパルス状の電圧を印加する場合、たとえば電子
放出閾値Ｖｔｈ以下の電圧を印加しても電子放出は生じ
ないが、電子放出閾値Ｖｔｈ以上の電圧を印加する場合
には表面伝導型放出素子から電子ビームが出力される。
その際、パルスの波高値Ｖｍを変化させることにより出
力電子ビームの強度を制御することが可能である。ま
た、パルスの幅Ｐｗを変化させることにより出力される
電子ビームの電荷の総量を制御することが可能である。

【０１４４】従って、入力信号に応じて、電子放出素子
を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅変調
方式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際して
は、変調信号発生器１７０７として、一定長さの電圧パ
ルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜パルスの
波高値を変調するような電圧変調方式の回路を用いるこ
とができる。また、パルス幅変調方式を実施するに際し
ては、変調信号発生器１７０７として、一定の波高値の
電圧パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜電
圧パルスの幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路
を用いることができる。

【０１４５】シフトレジスタ１７０４やラインメモリ１
７０５は、デジタル信号式のものでもアナログ信号式の
ものでも採用できる。すなわち、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われればよいから
である。

【０１４６】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路１７０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号
化する必要があるが、これには同期信号分離回路１７０
６の出力部にＡ／Ｄ変換器を設ければよい。これに関連
してラインメモリ１１５の出力信号がデジタル信号かア
ナログ信号かにより、変調信号発生器に用いられる回路
が若干異なったものとなる。すなわち、デジタル信号を
用いた電圧変調方式の場合、変調信号発生器１７０７に
は、例えばＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増幅回
路などを付加する。パルス幅変調方式の場合、変調信号
発生器１７０７には、例えば高速の発振器および発振器
の出力する波数を計数する計数器（カウンタ）および計
数器の出力値と前記メモリの出力値を比較する比較器
（コンパレータ）を組み合せた回路を用いる。必要に応
じて、比較器の出力するパルス幅変調された変調信号を
電子放出素子の駆動電圧にまで電圧増幅するための増幅
器を付加することもできる。

【０１４７】アナログ信号を用いた電圧変調方式の場
合、変調信号発生器１７０７には、例えばオペアンプな
どを用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてシフトレ
ベル回路などを付加することもできる。パルス幅変調方
式の場合には、例えば、電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）
を採用でき、必要に応じて電子放出素子の駆動電圧まで
電圧増幅するための増幅器を付加することもできる。

【０１４８】このような構成をとりうる本発明の適用可
能な画像表示装置においては、各電子放出素子に、容器
外端子Ｄx1乃至Ｄxm、Ｄy1乃至Ｄynを介して電圧を印加
することにより、電子放出が生じる。高圧端子Ｈｖを介
してメタルバック１０１９あるいは透明電極（不図示）
に高圧を印加し、電子ビームを加速する。加速された電
子は、蛍光膜１０１８に衝突し、発光が生じて画像が形
成される。

【０１４９】ここで述べた画像表示装置の構成は、本発
明を適用可能な画像形成装置の一例であり、本発明の思
想に基づいて種々の変形が可能である。入力信号につい
てはＮＴＳＣ方式を挙げたが、入力信号はこれに限るも
のではなく、ＰＡＬ，ＳＥＣＡＭ方式など他、これらよ
り多数の走査線からなるＴＶ信号（ＭＵＳＥ方式をはじ
めとする高品位ＴＶ）方式をも採用できる。

【０１５０】（５）走査信号および走査信号用配線とス
ペーサ位置の関係素子の駆動方法はａ）駆動素子印加電圧が非駆動素子印
加電圧に比べて大きい場合と、ｂ）駆動素子印加電圧が
非駆動素子印加電圧に比べて低い場合の2種類に大別で
きる。ここで、走査信号用配線，素子，スペーサの位置
関係を示す簡略図１ａ,ｂを用いてそれぞれについて走
査信号用配線とスペーサ位置について説明する。ここ
で、１１１の１は駆動素子、１１１の２は非駆動素子で
あり、それぞれ、走査信号用配線１３の１，１３の２と
画像信号用配線（不図示）に接続されている。また、図
示した瞬間には、スペーサは走査信号用配線１３の２の
上に位置するものとする。

【０１５１】上記ａ)の場合、前記駆動素子１１１の１
を駆動するために前記走査信号用配線１３の１に印可す
る走査信号電圧が１３の２に印可する電圧よりも大き
く、駆動素子１１１の１付近の電界は図１ａの等電圧線
２５のａに示すようになり、駆動素子１１１の１から放
出された電子線１１２のａは図示したような軌道をと
る。このため、スペーサは走査信号用配線１３の２上
で、しかも１３の２に接続された素子１１１の２から離
れた側に位置する。

【０１５２】ｂ）の場合、前記駆動素子１１１の１を駆
動するために前記走査信号用配線１３の１に印可する走
査信号電圧が１３の２に印可する電圧よりも小さく、駆
動素子１１１の１付近の電界は図１ｂの等電圧線２５の
ｂに示すようになり、駆動素子１１１の１から放出され
た電子線１１２のｂは図示したような軌道をとる。この
ため、スペーサは走査信号用配線１３の２上で、しかも
１３の２に接続された素子１１１の２に近づく側に位置
する。

【０１５３】更に、図２０を用いて位置関係について説
明する。ここで、３０は蛍光体とメタルバックを含むフ
ェースプレート、３１は電子源基板を含むリアプレー
ト、２０はスペーサ、１３は走査信号用配線、１１１は
素子、１１２は電子線である。この時、素子中心間距
離、および走査信号用配線中心間距離をａ、走査信号用
配線の幅をｅ、前記配線上に位置するスペーサの厚さを
ｆ、ビームずれ量をｃ、ビームスポット径をｂとする。
この時、駆動条件（Ｖａ，Ｖｆ）、および加速距離ｄに
よって変化するビームずれ量ｃおよび、スポット径ｂを
予め測定しておき、ビーム端の素子中心に対する位置ｃ
＋ｂ／２が素子中心からスペーサ面までの距離（ａ−
ｆ）／２よりも大きい場合に上述ａ），ｂ）に従ってス
ペーサを走査信号用配線１３の中心からずらさなければ
ならない。また、ずらせる範囲はスペーサ２０が走査信
号用配線１３に必ず接触する範囲とする。

【０１５４】

【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳述
する。

【０１５５】以下に述べる各実施例においては、マルチ
電子ビーム源として、前述した、電極間の導電性微粒子
膜に電子放出部を有するタイプのN×M個（N＝３０７
２，M＝１０２４）の表面伝導型放出素子を、M本の行方
向配線とN本の列方向配線とによりマトリクス配線（図
６および図１０参照）したマルチ電子ビーム源を用い
た。

【０１５６】なお、スペーサは画像形成装置の耐大気圧
性を得る為の適当な枚数を配置している。

【０１５７】(実施例１)本実施例を図２０を用いて説明
する。３０は蛍光体とメタルバックを含むフェースプレ
ート、３１は電子源基板を含むリアプレート、２０はス
ペーサ、１３は走査信号用配線、１１１は素子、１１２
は電子線である。まず、素子中心間距離、および走査信
号用配線中心間距離ａを７００μｍ、走査信号用配線の
幅ｅは３００μｍ、前記配線上に位置するスペーサの厚
さｆは２００μｍ、フェースプレート３０の内面とリア
プレート３１の内面間の距離を４ｍｍ、加速電圧Ｖａを
５ｋＶ、走査信号用配線１３の１に−７Ｖ、画像信号用
配線（不図示）に＋７Ｖを印加し素子電圧を１４Ｖとし
た。他の走査信号用配線１３の２は０Ｖとし素子電圧が
電子放出閾値電圧を超えないようにした。この時のビー
ム径と素子中心からのビームのずれ量を調べた。ビーム
径ｂは約５４０μｍ、走査方向のビーム中心のずれ量ｃ
は約１５μｍ。よって、素子中心から見たビーム端の位
置（ｂ／２＋ｃ＝）２８５μｍが素子中心からスペーサ
端までの距離約２５０μｍよりも大きく、ビームはスペ
ーサに衝突する。実際にスペーサの近傍だけ、若干の輝
度低下が認められた。また、スペーサはその厚さｆと走
査信号用配線の幅ｅとの関係から、中心から最大５０μ
ｍ移動することができる。

【０１５８】そこで、スペーサを４０μｍほど、ビーム
のずれる方向へ移動して配置したところ、スペーサのど
ちら側にも悪影響を及ぼすことなく、輝度低下が見られ
ず、むらのない画像を得ることができた。

【０１５９】(実施例２)実施例１と異なるのは、スペー
サの厚さｆを１００μｍ，素子中心間距離、および走査
信号用配線間距離aを５２５μｍ，加速電圧Ｖａを８ｋ
Ｖとしたことである。このとき、素子中心から見たビー
ム端の位置は約２３０μｍとなり、素子中心からスペー
サ端までの距離約２１０よりも大きく、ビームはスペー
サに衝突する。実際にスペーサの近傍だけ、輝度低下が
認められた。また、スペーサは最大１００μｍ移動する
ことができる。

【０１６０】そこで、スペーサを３０μｍほど、ビーム
のずれる方向へ移動して配置したところ、輝度低下が見
られず、むらのない、さらには実施例１よりも高精細な
画像を得ることができた。

【０１６１】（実施例３）実施例１と異なるのは、素子
中心間距離および走査信号用配線間距離ａを５２５μ
ｍ、加速距離ｄを３ｍｍとしたことである。このとき、
ビーム径ｂは約４００μｍ、走査方向のビーム中心のず
れ量ｃは約１０μｍ、よって、素子中心から見たビーム
端の位置は約２１０μｍとなり、素子中心からスペーサ
端までの距離約１６０μｍよりも大きく、ビームはスペ
ーサに衝突する。実際にスペーサ近傍だけ輝度低下が認
められた。また、スペーサは最大５０μｍ移動すること
ができる。

【０１６２】そこで、スペーサを５０μｍほど、ビーム
のずれる方向へ移動して配置したところ、輝度低下が見
られず、むらのない、さらには実施例１よりも高精細な
画像を得ることができた。

【０１６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、電子線
の軌道に合わせてスペーサの位置を走査信号用配線幅内
で任意に設計することにより、輝度低下を防止でき鮮明
な画像表示が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の走査信号用配線とスペーサの位置関係
を示した概略断面図

【図２】従来知られた表面伝導型放出素子の一例を示す
図

【図３】従来知られたＦＥ型素子の一例を示す図

【図４】従来知られたＭＩＭ型素子の一例を示す図

【図５】画像表示装置の表示パネルの一部を切り欠いて
示した斜視図

【図６】本発明の実施例である画像表示装置の、表示パ
ネルの一部を切り欠いて示した斜視図

【図７】本発明の実施例である表示パネルのＡ−Ａ’断
面図

【図８】本実施例で用いた表面伝導型放出素子の典型的
な特性を示すグラフ

【図９】本発明の画像表示装置の概略断面図

【図１０】本実施例で用いたマルチ電子ビ−ム源の基板
の平面図

【図１１】本実施例で用いた平面型の表面伝導型放出素
子の平面図（ａ），断面図（ｂ）

【図１２】本発明の表示パネルのフェ−スプレ−トの蛍
光体配列を例示した平面図

【図１３】蛍光体の他の構成例を説明する為の図

【図１４】本発明の実施例である表示パネルのＡ−Ａ’
断面図

【図１５】本発明の平面型表面伝導型放出素子の製造工
程を示す断面図

【図１６】通電フォ−ミング処理の際の印加電圧波形を
示す図

【図１７】本実施例で用いた垂直型の表面伝導型放出素
子の断面図

【図１８】本発明の垂直型の表面伝導型放出素子の製造
工程を示す断面図

【図１９】本発明の実施例である画像表示装置の駆動回
路の概略構成を示すブロック図

【図２０】本発明の実施例である表示パネルのＡ−Ａ’
断面の間略図

【図２１】本実施例で用いたマルチ電子ビ−ム源の基板
の一部断面図

【図２２】通電活性化処理の際の印加電圧波形（ａ），
放出電流Ｉｅの変化（ｂ）を示す図

【符号の説明】

１１基板１３，１３の０，１３の１，１３の２走査信号用配線１５リアプレート１６側壁１７フェースプレート１８蛍光体１９メタルバック２０スペーサ２５のａ，ｂ等電圧線１１１，１１１の１，１１１の２素子１１２，１１２の１，１１２の２電子線３０蛍光体とメタルバックを含むフェースプレート３１基板を含むリアプレート１０１１基板１０１２冷陰極素子１０１３行方向配線１０１４列方向配線１０１５リアプレート１０１６側壁１０１７フェースプレート１０１８蛍光体１０１９メタルバック１０２０スペーサ１００１基板１１０２，１１０３素子電極１１０４導電性薄膜１１０５電子放出部１１１３薄膜１０１０黒色導電材１０４１接合材１１１０フォーミング用電源１１１１電流計１１１２活性化用電源１１１４アノード電極１１１５直流高電圧電源１１１６電流計１２０１基板１２０２，１２０３素子電極１２０４導電性薄膜１２０５電子放出部１２０６段差形成部材１７０１表示パネル１７０２走査回路１７０３制御回路１７０４シフトレジスタ１７０５ラインメモリ１７０６同期信号分離回路１７０７変調信号発生器３００１基板３００４導電性薄膜３００５電子放出部３０１０基板３０１１エミッタ配線３０１２エミッタコーン３０１３絶縁層３０１４ゲート電極３０２０基板３０２１，３０２３電極３０２２絶縁層３１１１基板３１１２冷陰極素子３１１３行方向配線３１１４列方向配線３１１５リアプレート３１１６側壁３１１７フェースプレート３１１８蛍光体３１１９メタルバック３１２０スペーサ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 31/12 H01J 29/04 H01J 29/87

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】各々に複数の電子放出素子が結線されて
おり、前記複数の電子放出素子に選択電圧と前記選択電
圧より電圧が小さい非選択電圧とを印加するための走査
信号用配線の複数が、当該複数の電子放出素子が各々の
走査信号用配線に対し同側に位置するよう基板上に配置
されており、前記複数の走査信号用配線の間隔が同じで
あると共に各々の走査信号用配線に結線された電子放出
素子同志の間隔が同じである電子源と、該基板と対向し
て配置し且つ電子ビームを加速するための加速電極を配
置したフェースプレートと、該基板と該フェースプレー
トとの間に配置し且つ該走査信号用配線上に配置した支
持部材と、を有する画像形成装置において、前記支持部材を配置した走査信号用配線に結線した電子
放出素子から離れる方向に該支持部材の中心が該走査信
号用配線の中心からずれていることを特徴とする画像形
成装置。
【請求項２】前記電子放出素子の中心が、隣接する前
記走査信号用配線間の中心に位置し、前記支持部材の中
心を前記走査信号用配線の中心からずらす量δが以下の
関係を満たす請求項１に記載の画像形成装置。（ｅ−ｆ）／２≧δ≧（ｃ＋ｂ／２）−｛（ａ−ｆ）／
２｝ｃ＝２Ｋｄ√｛Ｖｆ／（Ｖａ−Ｖｆ）｝，ｅ＞ｆ，ａ＞
ｆ，ａ＞ｅ，Ｖａ＞Ｖｆａ：前記走査信号用配線の中心間の距離ｂ：前記電子ビームのスポット径ｃ：前記電子ビーム軌道のずれ量ｄ：前記基板と前記フェースプレートとの距離ｅ：前記走査信号用配線の幅ｆ：前記支持部材の厚さＶｆ：前記電子放出素子に印加する素子電圧Ｖａ：前記加速電極に印加する加速電圧Ｋ：比例定数
【請求項３】各々に複数の電子放出素子が結線され、
前記複数の電子放出素子に選択電圧と前記該選択電圧よ
り電圧が大きい非選択電圧とを印加するための走査信号
用配線の複数が、当該複数の電子放出素子が各々の走査
信号用配線に対し同側に位置するよう基板上に配置され
ており、前記複数の走査信号用配線の間隔が同じである
と共に各々の走査信号用配線に結線された電子放出素子
同志の間隔が同じである電子源と、該基板と対向して配
置し且つ電子ビームを加速するための加速電極を配置し
たフェースプレートと、該基板と該フェースプレートと
の間に配置し且つ該走査信号用配線上に配置した支持部
材と、を有する画像形成装置において、前記支持部材を配置した走査信号用配線に隣接し且つ結
線していない電子放出素子から離れる方向に該支持部材
の中心が該走査信号用配線の中心からずれていることを
特徴とする画像形成装置。
【請求項４】前記電子放出素子の中心が、隣接する前
記走査信号用配線間の中心に位置し、前記支持部材の中
心を前記走査信号用配線の中心からずらす量δが以下の
関係を満たす請求項３に記載の画像形成装置。（ｅ−ｆ）／２≧δ≧（ｃ＋ｂ／２）−｛（ａ−ｆ）／
２｝ｃ＝２Ｋｄ√｛Ｖｆ／（Ｖａ−Ｖｆ）｝，ｅ＞ｆ，ａ＞
ｆ，ａ＞ｅ，Ｖａ＞Ｖｆａ：前記走査信号用配線の中心間の距離ｂ：前記電子ビームのスポット径ｃ：前記電子ビーム軌道のずれ量ｄ：前記基板と前記フェースプレートとの距離ｅ：前記走査信号用配線の幅ｆ：前記支持部材の厚さＶｆ：前記電子放出素子に印加する素子電圧Ｖａ：前記加速電極に印加する加速電圧Ｋ：比例定数
【請求項５】前記支持部材が導電性支持部材である請
求項１〜４のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項６】前記電子放出素子が、素子電極間に電子
放出部を有する導電性膜を備える電子放出素子である請
求項１〜５のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項７】前記電子放出素子が、表面伝導型電子放
出素子である請求項６に記載の画像形成装置。