JP2000113805A

JP2000113805A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2000113805A
Application number: JP28576298A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Fushimi; 正弘伏見; Hideaki Mitsutake; 英明光武
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-10-07
Filing date: 1998-10-07
Publication date: 2000-04-21
Anticipated expiration: 2018-10-07
Also published as: JP3768697B2

Abstract

(57)【要約】【課題】表面の高抵抗層が機械的にも化学的にも安定
したスペーサを有する電子線装置を提供する。【解決手段】複数の電子放出素子が配設された電子源
基板と、複数の電子放出素子より放出された電子に作用
する加速電圧を印加する加速電極が配設されたフェース
プレート基板と、電子源基板とフェースプレート間に配
設されるスペーサとを備える電子線装置において、スペ
ーサはスペーサ基板とスペーサ基板の少なくとも一部を
被覆する高抵抗膜とを備え、電子源基板又はフェースプ
レート基板のうち少なくとも一方の熱膨張係数が８０×
１０^-7／℃から９０×１０^-7／℃の間の値を持ち、スペ
ーサ基板が７５×１０^-7／℃から９５×１０^-7／℃の熱
膨張係数を有するセラミックス材料より成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子線装置および
その応用である表示装置等の画像形成装置に関するもの
である。

【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
極素子としては、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,Radio Eng.Electron Phys.,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.D
ittmer:“Thin Solid Films”,9,317(1972)]や、Ｉｎ ₂
Ｏ₃／ＳｎＯ₂薄膜によるもの[M.Hartwell and C.G.Fo
nstad:“IEEE Trans.ED Conf.”,519(1975)]や、カーボ
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１９に前述のＭ．Ｈａｒｔｗｅｌ
ｌらによる素子の平面図を示す。同図において、３００
１は基板で、３００４はスパッタで形成された金属酸化
物よりなる導電性薄膜である。導電性薄膜３００４は図
示のようにＨ字形の平面形状に形成されている。該導電
性薄膜３００４に後述の通電フォーミングと呼ばれる通
電処理を施すことにより、電子放出部３００５が形成さ
れる。図中の間隔Ｌは、０．５〜１［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に通電フォーミングと
呼ばれる通電処理を施すことにより電子放出部３００５
を形成するのが一般的であった。すなわち、通電フォー
ミングとは、前記導電性薄膜３００４の両端に一定の直
流電圧、もしくは、例えば１Ｖ／分程度の非常にゆっく
りとしたレートで昇圧する直流電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。前記通電フォーミング後に導電性薄膜
３００４に適宜の電圧を印加した場合には、前記亀裂付
近において電子放出が行われる。

【０００７】また、ＦＥ型の例は、たとえば、W.P.Dyke
&W.W.Dolan,“Field Emission”,Advance in Electron
Physics,8,89(1956)や、あるいは、C.A.Spindt,“Physi
calProperties of Thin-Film Field Emission Cathodes
with Molybdenium Cones”,J.Appl.Phys.,47,5248(197
6)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
２０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
コーン、３０１３は絶縁層、３０１４はゲート電極であ
る。本素子は、エミッタコーン３０１２とゲート電極３
０１４の間に適宜の電圧を印加することにより、エミッ
タコーン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２
０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ー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,“Operation of tunnel-emission Devices”,
J.Appl.Phys.,32,646(1961)などが知られている。ＭＩ
Ｍ型の素子構成の典型的な例を図２１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１００Å程度の
薄い絶縁層、３０２３は厚さ８０〜３００Å程度の金属
よりなる上電極である。

【００１１】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。

【００１２】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、加熱用ヒー
ターを必要としない。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
ーター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。

【００１３】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。

【００１４】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号公報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。

【００１５】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、荷電ビーム源、等が研究されている。

【００１６】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第５，０６６，８８３号
や特開平２−２５７５５１号公報や特開平４−２８１３
７号公報において開示されているように、表面伝導型放
出素子と電子ビー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。

【００１７】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米国特許第４，９０４，
８９５号に開示されている。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.Meye
r:“Recent Development on Microtips Display at LET
I”,Tech.Digest of 4th Int.Vacuum Microele-ctronic
s Conf.,Nagahama,pp.6〜9(1991)]。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】図２２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。

【００２１】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およびフェースプレート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。

【００２２】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３１１２
は、図２２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３１
１３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３１１
３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。

【００２３】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）、青（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。

【００２４】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。

【００２５】また、上記気密容器の内部は１０^-6［Ｔｏ
ｒｒ］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２２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）３
１２０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３１１８が
形成されたフェースプレート３１１６間は通常サブミリ
乃至数ミリに保たれ、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。

【００２６】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乃至Ｄｘｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙ
ｎ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］乃至数［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。

【００２７】

【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。

【００２８】このような画像表示装置の表示パネルにお
いては、以下のような問題点があった。

【００２９】まず、スペーサの近傍から放出された電子
の一部がスペーサに当たることにより、あるいは放出電
子の作用でイオン化したイオンがスペーサに付着するこ
とにより、スペーサ帯電をひきおこす可能性がある。更
には、フェースプレートに到達した電子が一部反射、散
乱され、その一部がスペーサに当たることによりスペー
サ帯電をひきおこす可能性がある。このスペーサの帯電
により冷陰極素子から放出された電子はその軌道を曲げ
られ、蛍光体上の正規な位置とは異なる場所に到達し、
スペーサ近傍の画像がゆがんで表示される。

【００３０】この問題点を解決するために、スペーサに
微小電流が流れるようにして帯電を除去（以下除電）す
る提案がなされている。そこでは絶縁性のスペーサの表
面に高抵抗層として高抵抗膜を形成することにより、ス
ペーサ表面に微小電流が流れるようにしている。しかし
ながら、高抵抗層には、画像形成装置組立時の熱工程に
おいて膜剥がれ等が生じるといった機械的安定性の問題
や、表面酸化による状態変化やスペーサ材料の含有物質
（例えばアルカリ元素）の拡散による化学的ダメージが
発生するという問題があり、しばしば特性劣化の問題を
生じていた。

【００３１】本発明は、表面の高抵抗層が機械的にも化
学的にも安定したスペーサを有する電子線装置を提供す
ることを目的とする。

【００３２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意検討の
結果、上述問題点の対策として、電子源基板、フェース
プレート基板のうち少なくとも一方が熱膨張係数が８０
×１０^-7／℃から９０×１０^-7／℃の間の値を持ちスペ
ーサが７５×１０^-7／℃から９５×１０^-7／℃の熱膨張
係数を有するセラミックス材料を用いることが有効であ
ることを見出した。また、これらの熱膨張係数を有する
セラミックスはアルミナにジルコニアを添加した混合焼
成物材料で実現できることを見出した。このとき、アル
ミナと酸化ジルコニアの重量混合比は、７０：３０〜１
０：９０の間とすることで所望の熱膨張係数が得られ
る。

【００３３】また、スペーサ基板がアルカリまたはアル
カリ土類の金属の含有量が０．１％以下であることによ
り高抵抗膜への影響を防ぐことができる。

【００３４】さらに、高抵抗層を該スペーサ組立時の温
度よりも、高い温度で予め処理することにより、組立時
等それ以降の工程において高い安定性の高抵抗膜を形成
することが可能となった。

【００３５】セラミックスは一般にガラスより耐熱性が
高い。これは、高抵抗形成時あるいはその後の熱処理時
において、セラミックスをスペーサ基板として用いるこ
とにより高温化処理を可能とし、熱的安定性、化学的安
定性、剥がれ等の起こりにくい機械強度に優れる安定な
高抵抗膜を形成することが可能となった。

【００３６】また、本発明の構成によりアルカリ元素を
添加しないで熱膨張係数の調整が可能である。これは、
高抵抗層の劣化を防ぐとともにアルカリ拡散によるスペ
ーサの上下の接続部の不良を防ぐことが可能になった。

【００３７】本発明は上記従来スペーサの欠点を改善す
るものであり、寿命特性に優れた高い除電特性を示すス
ペーサを提供するものである。

【００３８】本発明の電子線装置は、以下のような形態
を有するものであってもよい。

【００３９】前記電子線装置は、前記電極が前記電子
源より放出された電子を加速する加速電極であり、入力
信号に応じて前記冷陰極素子から放出された電子を前記
ターゲットに照射して画像を形成する画像形成装置をな
す。特に、前記ターゲットが蛍光体である画像表示装置
をなす。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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、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
実施形態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。

【００４４】また、本発明の思想によれば、例えば電子
顕微鏡のように、電子源からの放出電子の被照射部材
が、蛍光体等の画像形成部材以外のものである場合につ
いても、本発明は適用できる。従って、本発明は被照射
部材を特定しない一般的電子線装置としての形態もとり
うる。

【００４５】

【発明の実施の形態】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。

【００４６】図１は、本実施形態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。

【００４７】図中、１０１５はリアプレート、１０１６
は側壁、１０１７はフェースプレートであり、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^-6［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１０２０が設けら
れている。リアプレート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１０
１４により単純マトリクス配線されている。前記、１０
１１〜１０１４によって構成される部分をマルチ電子ビ
ーム源と呼ぶ。

【００４８】本発明の画像表示装置に用いるマルチ電子
ビーム源は、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。

【００４９】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
マルチ電子ビーム源の構造について述べる。

【００５０】図６に示すのは、図１の表示パネルに用い
たマルチ電子ビーム源の平面図である。基板１０１１上
には、後述の図４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１００３
と列方向配線電極１００４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。

【００５１】図６のＢ−Ｂ′に沿った断面を、図５に示
す。

【００５２】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１１０２、１１０３と導電性
薄膜１１０４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
通電フォーミング処理（後述）と通電活性化処理（後
述）を行うことにより製造した。

【００５３】本実施形態においては、気密容器のリアプ
レート１０１５にマルチ電子ビーム源の基板１０１１を
固定する構成としたが、マルチ電子ビーム源の基板１０
１１が十分な強度を有するものである場合には、気密容
器のリアプレートとしてマルチ電子ビーム源の基板１０
１１自体を用いてもよい。

【００５４】また、フェースプレート１０１７の下面に
は、蛍光膜１０１８が形成されている。本実施形態はカ
ラー表示装置であるため、蛍光膜１０１８の部分にはＣ
ＲＴ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１
７（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
ー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
ストラストの低下を防ぐ事、電子ビームによる蛍光膜の
チャー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。

【００５５】また、３原色の蛍光体の塗り分け方は前記
図１７（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１７（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。

【００５６】なお、モノクロー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。

【００５７】また、蛍光膜１０１８のリアプレート側の
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、電子ビー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をフェースプレート
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は用いなくてもよい。

【００５８】また、本実施形態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
ェースプレート基板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。

【００５９】図２は図１のＡ−Ａ′の断面模式図であ
り、各部の番号は図１に対応している。スペーサ１０２
０は絶縁性部材１の表面に帯電防止を目的とした第一の
層である高抵抗膜１１を有する。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１
０１１の表面（行方向配線１０１３または列方向配線１
０１４）に面したスペーサの当接面及び側面の一部に低
抵抗膜３ａ、３ｂを有する。

【００６０】スペーサは、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１０
４１により固定される。

【００６１】また、高抵抗膜１１は、絶縁性部材１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
３ａ、３ｂ、５ａ、５ｂおよび接合材１０４１を介し
て、フェースプレート１０１７の内側（メタルバック１
０１９等）及び基板１０１１の表面（行方向配線１０１
３または列方向配線１０１４）に電気的に接続される。
ここで説明される形態においては、スペーサ１０２０の
形状は薄板状とし、スペーサ１０２０は行方向配線１０
１３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。

【００６２】スペーサ基板１としては、基板１０１１上
の行方向配線１０１３および列方向配線１０１４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電気的耐性を有
し、スペーサ基板１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。スペーサ基板１としては絶縁
性部材が好ましくその熱膨張率が気密容器および基板１
０１１を成す部材と近いものが好ましい。

【００６３】スペーサ１０２０を構成する高抵抗膜１１
には、高電位側のフェースプレート１０１７（メタルバ
ック１０１９等）に印加される加速電圧Ｖａを帯電防止
膜である高抵抗膜１１の抵抗値Ｒｓ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
の観点から面積抵抗(sheet resistivity)Ｒ／□は１０
¹²Ω／□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１０¹¹Ω／□以下がさらに好ましい。
面積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、１０⁵Ω／□以上であるこ
とが好ましい。

【００６４】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１
μｍ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。

【００６５】面積抵抗Ｒ／□はρ／ｔであり、以上に述
べた面積抵抗Ｒ／□と膜厚ｔの好ましい範囲から、帯電
防止膜の比抵抗ρは０．１［Ωｃｍ］乃至１０⁸［Ωｃ
ｍ］が好ましい。さらに面積抵抗と膜厚のより好まし範
囲を実現するためには、ρは１０²乃至１０⁶Ωｃｍ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。

【００６６】帯電防止特性を有する高抵抗膜１１の材料
としては、例えば酸化錫、酸化ニッケル等の金属酸化物
を用いることが出来る。

【００６７】帯電防止特性を有する高抵抗膜１１の他の
材料として、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
広い範囲で抵抗値を制御できるので好適な材料である。
さらには後述する表示装置の作製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。

【００６８】合金窒化膜はスパッタ、窒素ガス雰囲気中
での反応性スパッタ、電子ビーム蒸着、イオンプレーテ
ィング、イオンアシスト蒸着法等の薄膜形成手段により
絶縁性部材上に形成される。金属酸化膜も同様の薄膜形
成法で作製することができるが、この場合窒素ガスに代
えて酸素ガスを使用する。その他、ＣＶＤ法、アルコキ
シド塗布法でも金属酸化膜を形成できる。カーボン膜は
蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法で作
製され、特に非晶質カーボンを作製する場合には、成膜
中の雰囲気に水素が含まれるようにするか、成膜ガスに
炭化水素ガスを使用する。

【００６９】スペーサ１０２０を構成する低抵抗膜３
ａ、３ｂは、高抵抗膜１１を高電位側のフェースプレー
ト１０１７（メタルバック１０１９等）及び低電位側の
基板１０１１（配線１０１３、１０１４等）と電気的に
接続する為に設けられたものであり、以下では、中間電
極層（中間層）という名称も用いる。中間電極層（中間
層）は以下に列挙する複数の機能を有することが出来
る。

【００７０】高抵抗膜１１をフェースプレート１０
１７及び基板１０１１と電気的に接続する。

【００７１】既に説明したように、高抵抗膜１１はスペ
ーサ１０２０表面での帯電を防止する目的で設けられた
ものであるが、高抵抗膜１１をフェースプレート１０１
７（メタルバック１０１９等）及び基板１０１１（配線
１０１３、１０１４等）と直接或いは接合材１０４１を
介して接続した場合、接続部界面に大きな接触抵抗が発
生し、スペーサ表面に発生した電荷を速やかに除去でき
なくなる可能性がある。これを避ける為に、フェースプ
レート１０１７、基板１０１１及び接合材１０４１と接
触するスペーサ１０２０の当接面或いは側面部に低抵抗
の中間層を設けた。

【００７２】高抵抗膜１１の電位分布を均一化す
る。

【００７３】冷陰極素子１０１２より放出された電子
は、フェースプレート１０１７と基板１０１１の間に形
成された電位分布に従って電子軌道を成す。スペーサ１
０２０の近傍で電子軌道に乱れが生じないようにする為
には、高抵抗膜１１の電位分布を全域にわたって制御す
る必要がある。高抵抗膜１１をフェースプレート１０１
７（メタルバック１０１９等）及び基板１０１１（配線
１０１３、１０１４等）と直接或いは接合材１０４１を
介して接続した場合、接続部界面の接触抵抗の為に、接
続状態のむらが発生し、高抵抗膜１１の電位分布が所望
の値からずれてしまう可能性がある。これを避ける為
に、スペーサ１０２０がフェースプレート１０１７及び
基板１０１１と当接するスペーサ端部（当接面３或いは
側面部５）の全長域に低抵抗の中間層を設け、この中間
層部に所望の電位を印加することによって、高抵抗膜１
１全体の電位を制御可能とした。

【００７４】放出電子の軌道を制御する。

【００７５】冷陰極素子１０１２より放出された電子
は、フェースプレート１０１７と基板１０１１の間に形
成された電位分布に従って電子軌道を成す。スペーサ近
傍の冷陰極素子から放出された電子に関しては、スペー
サを設置することに伴う制約（配線、素子位置の変更
等）が生じる場合がある。このような場合、歪みやむら
の無い画像を形成する為には、放出された電子の軌道を
制御してフェースプレート１０１７上の所望の位置に電
子を照射する必要がある。フェースプレート１０１７及
び基板１０１１と当接する面の側面部５に低抵抗の中間
層を設けることにより、スペーサ１０２０近傍の電位分
布に所望の特性を持たせ、放出された電子の軌道を制御
することが出来る。

【００７６】低抵抗膜３ａ、３ｂは、高抵抗膜１１に比
べ十分に低い抵抗値を有する材料を選択すればよく、Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，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Ｉｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ
₂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。

【００７７】導電性を有する接合材１０４１はスペーサ
１０２０が行方向配線１０１３およびメタルバック１０
１９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。

【００７８】また、図１において、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１０１３と、Ｄｙ１〜Ｄｙｎは
マルチ電子ビーム源の列方向配線１０１４と、Ｈｖはフ
ェースプレートのメタルバック１０１９と電気的に接続
している。

【００７９】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^-7［Ｔｏｒｒ］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ー膜（不
図示）を形成する。ゲッター膜とは、たとえばＢａを主
成分とするゲッター材料をヒーター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、該ゲッター膜
の吸着作用により気密容器内は１×１０^-5乃至１×１０
^-7［Ｔｏｒｒ］の真空度に維持される。

【００８０】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乃至Ｄｘｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙ
ｎ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］乃至数［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。

【００８１】通常、冷陰極素子である本発明の表面伝導
型放出素子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１０１２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［ｋ
Ｖ］から１０［ｋＶ］程度である。

【００８２】以上、本発明の実施形態の表示パネルの基
本構成と製法、および画像表示装置の概要を説明した。

【００８３】次に、前記実施形態の表示パネルに用いた
マルチ電子ビー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ーム源は、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。

【００８４】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、表示伝導型放出素子が特に好ましい。す
なわち、ＦＥ型ではエミッタコーンとゲート電極の相対
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ーム源に用いるには、最も好適であ
ると言える。そこで、上記実施形態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ーム源の構造について述べる。

【００８５】［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。

【００８６】［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。

【００８７】図４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、１０１１は基板、１１０２と１１
０３は素子電極、１１０４は導電性薄膜、１１０５は通
電フォーミング処理により形成した電子放出部、１１１
３は通電活性化処理により形成した薄膜である。

【００８８】また、基板１０１１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Ｉｎ₂Ｏ₃−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
ー、エッチングなどのパター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。

【００８９】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Åから数百μｍ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μｍより数十μ
ｍ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Åから数μｍの範囲から適当な数値が選ばれ
る。

【００９０】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。

【００９１】微粒子膜に用いた微粒子の粒径は、数Åか
ら数千Åの範囲に含まれるものであるが、なかでも好ま
しいのは１０Åから２００Å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１１０２あ
るいは１１０３と電気的に良好に接続するのに必要な条
件、後述する通電フォー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Åか
ら数千Åの範囲のなかで設定するが、なかでも好ましい
のは１０Åから５００Åの間である。

【００９２】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，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＰｂＯ，Ｓｂ₂Ｏ₃，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、カーボン、などがあげられ、こ
れらの中から適宜選択される。

【００９３】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、その面積抵抗値については、１
０³から１０⁷［オーム／□］の範囲に含まれるよう設定
した。

【００９４】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４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。

【００９５】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
電フォーミングの処理を行うことにより形成する。亀裂
内には、数Åから数百Å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４においては模式
的に示した。

【００９６】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、通電フォーミン
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。

【００９７】薄膜１１１３は、単結晶グラファイト、多
結晶グラファイト、非晶質カーボン、のいずれかか、も
しくはその混合物であり、膜厚は５００［Å］以下とす
るが、３００［Å］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４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（１
１０５の上層部）を除去した素子を図示した。

【００９８】以上、好ましい素子の基本構成を述べた
が、実施形態においては以下のような素子を用いた。

【００９９】すなわち、基板１０１１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［Å］、電極間隔Ｌは
２［μｍ］とした。

【０１００】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［Å］、幅Ｗは
１００［μｍ］とした。

【０１０１】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。

【０１０２】図９の（ａ）〜（ｅ）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４と同一である。

【０１０３】１）まず、図９（ａ）に示すように、基板
１０１１上に素子電極１１０２および１１０３を形成す
る。

【０１０４】形成するにあたっては、あらかじめ基板１
０１１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
リソグラフィー・エッチング技術を用いてパターニング
し、（ａ）に示した一対の素子電極（１１０２と１１０
３）を形成する。

【０１０５】２）次に、同図（ｂ）に示すように、導電
性薄膜１１０４を形成する。

【０１０６】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ー・エッ
チングにより所定の形状にパターニングする。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、本実施形態では主要元素としてＰｄを用いた。ま
た、本実施形態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ー法やスプレー
法を用いてもよい。）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、本実施形態で用いた有機金属
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。

【０１０７】３）次に、同図（ｃ）に示すように、フォ
ーミング用電源１１１０から素子電極１１０２と１１０
３の間に適宜の電圧を印加し、通電フォーミング処理を
行って、電子放出部１１０５を形成する。

【０１０８】通電フォーミング処理とは、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。

【０１０９】通電方法をより詳しく説明するために、図
１０に、フォーミング用電源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
膜をフォーミングする場合には、パルス状の電圧が好ま
しく、本実施形態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
ニターするためのモニターパルス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
１１１１で計測した。

【０１１０】本実施形態においては、たとえば１０
^-5［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［ｍｓｅｃ］、パルス間隔Ｔ２を１０
［ｍｓｅｃ］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回の割りあいで、モニターパルスＰｍを挿
入した。フォーミング処理に悪影響を及ぼすことがない
ように、モニターパルスの電圧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１×１０⁶［Ω］になった段階、すなわちモ
ニターパルス印加時に電流計１１１１で計測される電流
が１×１０^-7［Ａ］以下になった段階で、フォーミング
処理にかかわる通電を終了した。

【０１１１】なお、上記の方法は、本実施形態の表面伝
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。

【０１１２】４）次に、図９（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。

【０１１３】通電活性化処理とは、前記通電フォーミン
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。

【０１１４】具体的には、１０^-4乃至１０^-5［Ｔｏｒ
ｒ］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、非晶質カーボン、のいずれかか、もしくはその
混合物であり、膜厚は５００［Å］以下、より好ましく
は３００［Å］以下である。

【０１１５】通電方法をより詳しく説明するために、図
１１（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。本実施形態においては、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［ｍｓｅｃ］，パルス間隔Ｔ４は１０
［ｍｓｅｃ］とした。なお、上述の通電条件は、本実施
形態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。

【０１１６】図９（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
アノード電極で、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１０１１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ード電極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ーし、活性化用電源１１１２
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１１（ｂ）に示すが、活性化電源１１
１２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。

【０１１７】なお、上述の通電条件は、本実施形態の表
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。

【０１１８】以上のようにして、図９（ｅ）に示す平面
型の表面伝導型放出素子を製造した。

【０１１９】［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。

【０１２０】図７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、１２
０２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
電フォーミング処理により形成した電子放出部、１２１
３は通電活性化処理により形成した薄膜、である。

【０１２１】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４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Ｌ
ｓとして設定される。なお、基板１２０１、素子電極１
２０２および１２０３、微粒子膜を用いた導電性薄膜１
２０４、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。

【０１２２】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１２（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７と
同一である。

【０１２３】１）まず、図１２（ａ）に示すように、基
板１２０１上に素子電極１２０３を形成する。

【０１２４】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。

【０１２５】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。

【０１２６】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。

【０１２７】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。

【０１２８】６）次に、前記平面型の場合と同じく、通
電フォーミング処理を行い、電子放出部を形成する。
（図９（ｃ）を用いて説明した平面型の通電フォーミン
グ処理と同様の処理を行えばよい。）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９（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。）以上のように
して、図１２（ｆ）に示す垂直型の表面伝導型放出素子
を製造した。

【０１２９】［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。

【０１３０】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ータを
変更することにより変化するものであるため、２本の特
性は各々任意単位で図示した。

【０１３１】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。

【０１３２】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。

【０１３３】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。

【０１３４】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。

【０１３５】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。

【０１３６】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。

【０１３７】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。

【０１３８】［多数素子を単純マトリクス配線したマル
チ電子ビーム源の構造］次に、上述の表面伝導型放出素
子を基板上に配列して単純マトリクス配線したマルチ電
子ビーム源の構造について述べる。

【０１３９】図６に示すのは、前記図１の表示パネルに
用いたマルチ電子ビーム源の平面図である。基板上に
は、前記図４で示した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１００３と
列方向配線電極１００４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１００３と列方向配線電極
１００４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。

【０１４０】図６のＢ−Ｂ′に沿った断面を、図５に示
す。

【０１４１】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
を介して上述したように各素子に給電して通電フォーミ
ング処理と通電活性化処理を行うことにより製造した。

【０１４２】図１３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。

【０１４３】以下、図１３の装置各部の機能を詳しく説
明する。

【０１４４】まず表示パネル１７０１は、端子Ｄｘ１乃
至Ｄｘｍおよび端子Ｄｙ１乃至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乃至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乃至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。

【０１４５】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乃至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乃至Ｄｘｍと
電気的に接続するものである。Ｓ１乃至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Ｔ
ｓｃａｎに基づいて動作するものだが、実際にはたとえ
ばＦＥＴ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Ｖｘ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。

【０１４６】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ＤＡ
ＴＡ信号と表すが、同信号はシフトレジスタ１７０４に
入力される。

【０１４７】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乃至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。

【０１４８】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乃至Ｉｄｎの内容を記憶する。記
憶された内容は、Ｉ′ｄ１乃至Ｉ′ｄｎとして出力さ
れ、変調信号発生器１７０７に入力される。

【０１４９】変調信号発生器１７０７は、前記画像デー
タＩ′ｄ１乃至Ｉ′ｄｎの各々に応じて、電子放出素子
１０１２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Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを通じて表示
パネル１７０１内の電子放出素子１０１２に印加され
る。

【０１５０】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。

【０１５１】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。

【０１５２】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。

【０１５３】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１７０５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。

【０１５４】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（ＶＯＣ）
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。

【０１５５】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Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを
介して電圧を印加することにより、電子放出が生ずる。
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。

【０１５６】次に、前述のはしご型配置電子源基板およ
びそれを用いた画像表示装置について図１４および図１
５を用いて説明する。

【０１５７】図１４において、１０１１は電子源基板、
１０１２は電子放出素子、１１２６のＤｘ１〜Ｄｘ１０
は前記電子放出素子に接続する共通配線である。電子放
出素子１０１２は、基板１０１１上に、Ｘ方向に並列に
複数個配置される（これを素子行と呼ぶ）。この素子行
を複数個基板上に配置し、はしご型電子源基板となる。
各素子行の共通配線間に適宜駆動電圧を印加すること
で、各素子行を独立に駆動することが可能になる。すな
わち、電子ビームを放出させる素子行には、電子放出閾
値以上の電圧の電子ビームを、放出させない素子行には
電子放出閾値以下の電圧を印加すればよい。また、各素
子行間の共通配線Ｄｘ２〜Ｄｘ９を、例えばＤｘ２，Ｄ
ｘ３を同一配線とするようにしてもよい。

【０１５８】図１５は、はしご型配置の電子源を備えた
画像形成装置の構造を示す図である。１１２０はグリッ
ド電極、１１２１は電子が通過するための空孔、１１２
２はＤ_ox１，Ｄ_ox２…Ｄ_oxよりなる容器外端子、１１２
３はグリッド電極１１２０と接続されたＧ１，Ｇ２…Ｇ
ｎからなる容器外端子、１０１１は前述のように各素子
行間の共通配線を同一配線とした電子源基板である。な
お、図１４、図１５と同一の符号は同一の部材を示す。
前述の単純マトリクス配置の画像形成装置（図１）との
違いは、電子源基板１０１１とフェースプレート１０１
７の間にグリッド電極１１２０を備えていることであ
る。

【０１５９】前述のパネル構造は、電子源配置が、マト
リクス配線或いははしご型配置のいずれの場合でも、大
気圧構造上必要に応じて、フェースプレート１０１７と
リアプレート１０１５の間にスペーサ１２０を設けるこ
とができる。

【０１６０】基板１０１１とフェースプレート１０１７
の中間には、グリッド電極１１２０が設けられている。
グリッド電極１１２０は、表面伝導型電子放出素子１０
１２から放出された電子ビームを変調することができる
もので、はしご型配置の素子行と直交して設けられたス
トライプ状の電極に電子ビームを通過させるため、各素
子に対応して１個ずつ円形の開口１１２１が設けられて
いる。グリッドの形状や設置位置は必ずしも図１５のよ
うなものでなくともよく、開口としてメッシュ状に多数
の通過口を設けることもあり、また例えば表面伝導型電
子放出素子の周囲や近傍に設けてもよい。

【０１６１】容器外端子１１２２およびグリッド容器外
端子１１２３は、図１３の駆動回路と電気的に接続され
ている。

【０１６２】本画像形成装置では、素子行を１行（１ラ
イン）ずつ順次駆動（走査）していくのと同期してグリ
ッド電極列に画像１ライン分の変調信号を同時に印加す
ることにより、各電子ビームの蛍光体への照射を制御
し、画像を１ラインずつ表示することができる。

【０１６３】上記の２つの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（高品位ＴＶ）方式を
も採用できる。

【０１６４】また、本発明によればテレビジョン放送の
表示装置のみならずテレビ会議システム、コンピュータ
等の表示装置に適した画像形成装置を提供することがで
きる。さらには感光性ドラム等で構成された光プリンタ
ーとしての画像形成装置として用いることもできる。

【０１６５】

【実施例】以下に実施例を挙げて、本発明の特徴である
スペーサの構成について、さらに説明を加える。

【０１６６】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（Ｍ＝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１および図６参照）したマルチ電子ビーム源を用い
た。

【０１６７】［実施例１］本実施例では、前述した図１
に示すスペーサ１０２０を配置した表示パネルを作製し
た。以下、図１および図２を用いて詳述する。まず、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１０１２の素子電極と導電性薄膜を形成し
た基板１０１１を、リアプレート１０１５に固定した。
次に、後述するようにアルミナとジルコニアからなる絶
縁性部材１の表面のうち、気密容器内に露出する４面に
後述の高抵抗膜１１を成膜し、当接面に導電膜３（３
ａ、３ｂ）を成膜したスペーサ１０２０（高さ４ｍｍ、
板厚０．２ｍｍ、長さ１ｍｍ）を基板１０１１の行方向
配線１０１３上に等間隔で、行方向配線１０１３と平行
に固定した。その後、基板１０１１の１０ｍｍ上方に、
内面に蛍光膜１０１８とメタルバック１０１９が付設さ
れたフェースプレート１０１７を側壁１０１６を介し配
置し、リアプレート１０１５、フェースプレート１０１
７、側壁１０１６およびスペーサ１０２０の各接合部を
固定した。基板１０１１とリアプレート１０１５の接合
部、リアプレート１０１５と側壁１０１６の接合部、お
よびフェースプレート１０１７と側壁１０１６の接合部
は、フリットガラス（不図示）を塗布し、大気中で４０
０℃乃至５００℃で１０分以上焼成することで封着し
た。

【０１６８】また、スペーサ１０２０は、基板１０１１
側では行方向配線１０１３（線幅０．３ｍｍ）上に、フ
ェースプレート１０１７側ではメタルバック１０１９面
上に、導電性のフィラーあるいは金属等の導電材を混合
した導電性フリットガラス（不図示）を介して配置し、
上記気密容器の封着と同時に、大気中で４００℃乃至５
００℃で１０分以上焼成することで、接着しかつ電気的
な接続も行った。なお、本実施例においては、蛍光膜１
０１８は、図１８に示すように、各色蛍光体１３０１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１０１０は各色蛍光体（Ｒ、Ｇ、Ｂ）１３０
１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、黒
色の導電体１０１０の行方向（Ｘ方向）に平行な領域
（線幅３００［μｍ］）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１３０１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１０１
５、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。

【０１６９】以上のようにして完成した気密容器内を排
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Ｄｘ１〜ＤｘｍとＤｙ１〜
Ｄｙｎを通じ、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前述の通電フ
ォーミング処理と通電活性化処理を行うことによりマル
チ電子ビーム源を製造した。

【０１７０】次に、１０^-6［Ｔｏｒｒ］程度の真空度
で、不図示の排気管をガスバーナーで熱することで溶着
し外囲器（気密容器）の封止を行った。

【０１７１】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。

【０１７２】本実施例において、スペーサ基板１はアル
ミナとジルコニアの混合比を３５：６５の重量比率で混
合して、ドクターブレード法を用いて平板状に形成した
後、ダイシングソーにより切断して作製した。

【０１７３】なお、スペーサ基板１の熱膨張係数は室温
から４００℃の間では８６×１０^-7／℃の値であった。
また、画像形成装置にスペーサを組み立てる際の最高温
度は４４０℃であった。また、本実施例においては、電
子源基板１０１１、フェースプレート基板１０１７とし
ては、ともに室温から４００℃の間の熱膨張係数が８８
×１０^-7／℃の値の青板ガラスを用いスペーサ１０２０
はその上下において上述導電性フリットを用いて接続し
た。

【０１７４】また、本実施例において、高抵抗膜１１
は、以下の様にして作製した。

【０１７５】ＴｉおよびＡｌのターゲットを高周波電源
で同時スパッタすることにより、Ｔｉ−Ａｌ合金窒化膜
をスペーサ１１２上に形成した。次に、大気中４８０℃
で６時間保持させることにより、膜の安定化を計った。
スパッタガスはＡｒ：Ｎ₂が１：２の混合ガスで全圧力
は１［ｍＴｏｒｒ］である。このとき、ＴｉおよびＡｌ
ターゲットに加える高周波電力及び膜形成後のアニール
条件を調整することにより、合金窒化膜の比抵抗を調整
することが可能であり、本実施例において、高抵抗膜の
面積抵抗値は、８×１０⁹［Ω／□］とした。

【０１７６】以上のように完成した、図１および図２に
示されるような表示パネルを用いた画像表示装置におい
て、各冷陰極素子（表面伝導型放出素子）１０１２に
は、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎを通
じ、走査信号及び変調信号を不図示の信号発生手段より
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１０１９には、高圧端子Ｈｖを通じて高圧を印加す
ることにより放出電子ビームを加速し、蛍光膜１０１８
に電子を衝突させ、各色蛍光体１３０１（図１８のＲ、
Ｇ、Ｂ）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Ｖａは５［ｋＶ］乃至３
０［ｋＶ］、各配線１０１３、１０１４間への印加電圧
Ｖｆは１４［Ｖ］とした。

【０１７７】このとき、スペーサ１０２０に近い位置に
ある冷陰極素子１０１２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カラー画像表示ができ、ス
ペーサ１０２０を設置してもビームずれがなく高品位な
画像を得ることが可能となった。

【０１７８】また、本実施例は、良好な画像形成装置の
組み立てが可能であり、且つ高抵抗膜１１にアルカリ拡
散、熱による膜はがれ等の不良が見られなくなり、安定
かつ量産性に優れるスペーサを有す良好な画像形成装置
を得ることが可能となった。

【０１７９】［実施例２］本実施例において、スペーサ
基板はアルミナとジルコニアの混合比を３０：７０の重
量比率で混合して、ドクターブレード法を用いて平板状
に形成した後、ダイシングソーにより切断して作製し
た。

【０１８０】なお、熱膨張係数は室温から４５０℃の間
では８８×１０^-7／℃の値であった。また、画像形成装
置にスペーサを組み立てる際の最高温度は４５０℃を用
いた。また、本実施例においては、電子源基板１０１１
として熱膨張係数が室温から４００℃の間では８８×１
０^-7／℃の値の青板ガラス、フェースプレート基板１０
１７として熱膨張係数が室温から４００℃の間では８４
×１０^-7／℃の値のＰＤ２００（旭硝子製）を用い、ス
ペーサ１０２０は電子源基板１０１１のみに導電性フリ
ットを用いて接続した。また、フェースプレートのメタ
ルバック部１０１９とはフリット等により固定させるこ
とはなく、真空の圧力により、接触させて電気的接続を
果たし且つ耐大気圧構造をスペーサで維持した。

【０１８１】この様子を図３を用いて説明する。

【０１８２】図３は図１のＡ−Ａ′の断面模式図であ
り、各部の符号は図１、２に対応している。本実施例に
おいては、フェースプレート側に接合材１０４１を設け
ず低抵抗膜２１とメタルバック１０１９を直接接続させ
ている。

【０１８３】また、本実施例において、高抵抗膜１１
は、以下の様にして作製した。

【０１８４】酸化ルテニウムとガラスを主成分とする粉
末にバインダーを加えてペースト状にした酸化ルテニウ
ムペーストを、スクリーン印刷法を用いてスペーサ基板
に塗布する。この後、１５０℃で１０分間乾燥後、裏面
にペーストを同様に塗布、乾燥させた後、８５０℃で３
０分間焼成することにより、高抵抗膜１１を作成した。

【０１８５】抵抗値は酸化ルテニウムとガラス成分の混
合比及び添加剤により調整が可能である。本実施例にお
いては、高抵抗膜１１の面積抵抗値は、１×１０⁹［Ω
／□］とした。

【０１８６】また、スペーサの高さは２．５ｍｍ、スペ
ーサの長さは６０ｍｍ、スペーサの厚みは略０．２ｍｍ
とした。

【０１８７】また、低抵抗膜（中間電極層）２１として
はスパッタ法で形成したＡｌを用いた。さらに、スペー
サ１０２０と電子源基板配線部との電気的接続と機械的
固定は、実施例１と同様にＰｄＯを主成分とするペース
ト材に、表面にＡｕめっきを施した粒状のガラスフィラ
ーを分散させて形成した導電性ペースト（図示せず）を
配線上に形成して電気的接続を計り固着した。

【０１８８】本発明の画像形成装置を６ｋＶの加速電圧
を加えたところ、スペーサ１０２０の近傍においてもビ
ームずれがなく高品位な画像を得ることが可能となっ
た。

【０１８９】また、本実施例においても、他の実施例と
同様に良好な画像形成装置の組み立てが可能であり、ま
た、画像形成装置の組立時の処理温度よりも高い温度で
高抵抗膜の形成を行っているため、画像形成装置組立時
の熱処理に対し膜はがれ等の不良が見られなくなり安定
な高抵抗膜の形成が可能となった。また、スペーサ基板
１はアルカリ成分を含まないため、スペーサ基板１から
高抵抗膜１１へのアルカリ元素の拡散がなく、高抵抗膜
１１は、長期の使用に対しても特性劣化を示さずに安定
に存在しつづける。この様に、特性劣化の少ないスペー
サ１０２０を有する良好な画像形成装置を得ることが可
能となった。

【０１９０】［実施例３］本実施例に於いては、平面フ
ィールドエミッション（ＦＥ）型電子放出素子を電子放
出素子として用いた例を示す。

【０１９１】図１６は、平面ＦＥ型電子放出電子源の上
面図であり、３１０１は電子放出部、３１０３及び３１
０４は電子放出部３１０１に電位を与える一対の素子電
極、３１１３は行方向配線である。また、３１１４は列
方向配線、１０２０はスペーサである。

【０１９２】本実施例において、スペーサ基板１は以下
の方法で作成した。すなわち、まず、アルミナとジルコ
ニアの混合比を５０：５０の重量比率として混合し、ド
クターブレード法を用いて板状に成形し、焼成して８０
ｍｍ×８０ｍｍの平板状に形成した後に、レーザーパル
スを用いて切断部に沿って穴を形成した。この後、実施
例２と同様の方法を用いて、高抵抗膜１１を形成後、切
断部で平板を割ることによりスペーサを分離した。この
後、スパッタ法を用いて低抵抗膜２１を実施例１と同様
の方法を用いて形成しスペーサとした。なお、本実施例
において、スペーサ基板１のサイズは２．５ｍｍ×８０
ｍｍ×０．２ｍｍとした。

【０１９３】なお、熱膨張係数は室温から４００℃の間
では８３×１０^-7／℃の値であった。また、画像形成装
置にスペーサ１０２０を組み立てる際の最高温度は４３
０℃とした。また、本実施例においては、電子源基板１
０１１、フェースプレート基板１０１７とも青板ガラス
を用いスペーサ１０２０はその上下において実施例１と
同様な導電性フリットを用いて接続した。

【０１９４】素子電極３１０３、３１０４間に電圧を印
加することにより、電子放出部３１０１内の鋭利な先端
部より電子が放出され、放出された電子は電子源と対向
して設けられた陽極（図示せず）に引き寄せられて蛍光
体（図示せず）に衝突し、蛍光体を発光させる。本実施
例に於いて、実施例１と同様な方法でスペーサを形成し
て配置して画像形成装置を形成し、実施例１と同じスペ
ーサを用いて同様に駆動させたところ、スペーサ近傍に
おいてもビームずれが抑制された高品位な画像を得るこ
とが可能となった。

【０１９５】また、本実施例においても、他の実施例と
同様に良好な画像形成装置の組み立てが可能であり、ま
た、画像形成装置の組立時の処理温度よりも高い温度で
高抵抗膜１１の形成を行っているため、画像形成装置組
立時の熱処理の際に膜はがれ等の不良が見られなくな
り、安定な高抵抗膜１１の形成が可能となった。また、
スペーサ基板１がアルカリ成分を含まないため、スペー
サ基板１から高抵抗膜１１へのアルカリ元素の拡散がな
く、高抵抗膜１１は、長期の使用に対しても特性劣化を
示さずに安定に存在しつづける。この様に、特性劣化の
少ないスペーサ１０２０を有す良好な画像形成装置を得
ることが可能となった。

【０１９６】［その他の実施例］また、本発明は、表面
伝導型電子放出素子（ＳＣＥ： Surface Conduction El
ectron Emitter）以外の冷陰極型電子放出素子のうち、
いずれの電子放出素子に対しても適用できる。具体例と
しては、本出願人による特開昭６３−２７４０４７号公
報に記載されたような対向する一対の電極を電子源を成
す基板面に沿って構成した電界放出型の電子放出素子が
ある。

【０１９７】また、本発明は、単純マトリクス型以外の
電子源を用いた画像形成装置に対しても適用できる。例
えば、本出願人による特開平２−２５７５５１号公報等
に記載されたような制御電極を用いてＳＣＥの選択を行
う画像形成装置において、電子源と制御電極間等に本発
明のスペーサを用いることができる。

【０１９８】また、本発明の思想によれば、本発明によ
る画像形成装置は表示用に限られるものではなく、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ー
の発光ダイオード等を代替する発光源として、本発明の
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。

【０１９９】また、本発明の思想によれば、例えば電子
顕微鏡等のように、電子源からの放出電子の被照射部材
が、画像形成部材以外の部材である場合についても、本
発明は適用できる。従って、本発明は被照射部材を特定
しない電子線装置としての形態もとり得る。

【０２００】

【発明の効果】以上説明したように、本発明における画
像表示装置において、熱膨張係数が電子源またはフェー
スプレート基板とほぼ等しく、主成分がアルミナとジル
コニアであるセラミックススペーサ基板を用いることに
より、スペーサ製造時の高い温度での処理が可能とな
り、スペーサに備わる高抵抗膜に高い安定性を付与する
ことが可能となった。また、同時にアルカリの元素の高
抵抗膜への拡散による高抵抗膜の特性不良を防ぎ、長時
間の使用に耐えるスペーサの供給が可能となった。

【０２０１】また、本発明によれば、量産性に優れ且つ
長期安定性に優れるスペーサを有す良好な画像形成装置
を得ることが可能となった。

【０２０２】更に、本発明は、電子被照射体は特定せ
ず、潜像を形成する装置や電子顕微鏡などのマルチ平面
電子源を成す電子発生装置においても同様の効果が奏さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態による画像表示装置の、表示
パネルの一部を切り欠いて示した斜視図。

【図２】本発明の実施形態による表示パネルのＡ−Ａ′
断面図。

【図３】本発明の第二の実施例による表示パネルのＡ−
Ａ′断面図。

【図４】本発明の実施形態による平面型の表面伝導型放
出素子の平面図（ａ），断面図（ｂ）。

【図５】本発明の実施形態によるマルチ電子ビーム源の
基板の一部断面図。

【図６】本発明の実施形態によるマルチ電子ビーム源の
基板の平面図。

【図７】本発明の実施形態による垂直型の表面伝導型放
出素子の断面図。

【図８】本発明の実施形態による表面伝導型放出素子の
典型的な特性を示すグラフ。

【図９】図４の平面型の表面伝導型放出素子の製造工程
を示す断面図。

【図１０】通電フォーミング処理の際の印加電圧波形。

【図１１】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）。

【図１２】図７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１３】本発明の実施形態によ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１４】本発明の実施形態によるはしご型配列の電子
源の模式的平面図。

【図１５】本発明の実施形態によるはしご型配列の電子
源を持つ平面型表示装置の斜視図。

【図１６】本発明の第三の実施例を説明するための図で
あり、電子源の説明図。

【図１７】表示パネルのフェースプレートの蛍光体配列
を例示した平面図。

【図１８】表示パネルのフェースプレートの蛍光体配列
を例示した平面図。

【図１９】従来例による表面伝導型放出素子。

【図２０】従来例によるＦＥ型素子。

【図２１】従来例によるＭＩＭ型素子。

【図２２】従来例によ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。

【符号の説明】

１絶縁性部材（スペーサ基板）１１高抵抗膜３ａ、３ｂ低抵抗膜（中間電極層、中間層）１０１１電子源基板１０１３行方向配線１０１４列方向配線１０１２電子放出素子１０１７フェースプレート１０１８蛍光膜１０１９メタルバック１０４１接合材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5C012 AA01 BB02 5C032 CC07 CD04 5C036 EE02 EE09 EF01 EF06 EF09 EG01 EG22 EG31 EH11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子源と、該電子源と対向するプレート
と、前記電子源と前記プレート間に配設されるスペーサ
とを備える電子線装置において、前記スペーサはスペー
サ基板と該スペーサ基板の少なくとも一部を被覆する膜
とを備え、前記電子源又は前記プレートのうち少なくと
も一方の熱膨張係数が８０×１０^-7／℃から９０×１０
^-7／℃の間の値を持ち、前記スペーサ基板が７５×１０
^-7／℃から９５×１０^-7／℃の熱膨張係数を有するセラ
ミックスを材料に含むことを特徴とする電子線装置。
【請求項２】請求項１に記載の電子線装置において、
前記スペーサ基板がアルミナとジルコニアの混合焼成物
であることを特徴とする電子線装置。
【請求項３】請求項２に記載の電子線装置において、
前記アルミナと前記ジルコニアの重量混合比が７０：３
０〜１０：９０の間であることを特徴とする電子線装
置。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
電子線装置において、前記スペーサ基板のアルカリ金属
の含有量が０．１％以下であることを特徴とする電子線
装置。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
電子線装置おいて、前記膜が前記スペーサ組立時の温度
よりも、略同じか高い温度で予め処理されてなることを
特徴とする電子線装置。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
電子線装置において、前記スペーサが第一の中間電極層
を有し、該第１の中間電極層が前記膜と電気的に接続
し、且つ前記電子源に配設される配線部と電気的に接続
していることを特徴とする電子線装置。
【請求項７】請求項１乃至６のいずれか１項に記載の
電子線装置において、前記スペーサが第２の中間電極層
を有し、該第２の中間電極層が前記膜と電気的に接続
し、且つ前記プレートに配設される配線部と電気的に接
続していることを特徴とする電子線装置。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれか１項に記載の
電子線装置において、前記電子放出素子は対向する一対
の素子電極と該一対の素子電極間に跨る電子放出部を含
む薄膜とを備える表面伝導型電子放出素子であることを
特徴とする電子線装置。
【請求項９】請求項８に記載の電子線装置において、
前記薄膜が導電性微粒子で構成された膜であることを特
徴とする電子線装置。
【請求項１０】請求項１乃至９のいずれか１項に記載
の電子線装置において、前記電子源上に前記電子放出素
子に電流を供給する複数の行方向配線及び列方向配線と
が絶縁層を介して配置されており、前記複数の電子放出
素子は前記電子源上に行列状に配列され、前記複数の電
子放出素子の各々は前記行方向配線の各々及び前記列方
向配線の各々に接続されていることを特徴とする電子線
装置。
【請求項１１】請求項１乃至９のいずれか１項に記載
の電子線装置において、前記電子源上に複数の行方向配
線が配置されており、前記複数の電子放出素子は前記電
子源上に行列上に配列され、前記複数の電子放出素子の
各々が前記複数の行方向配線のうちの一対の行方向配線
と接続されていることを特徴とする電子線装置。
【請求項１２】請求項１乃至１１のいずれか１項に記
載の電子線装置において、加速電圧により加速された電
子線の衝突により画像が形成される画像形成部材が前記
プレートに配設されることを特徴とする画像形成装置。