JP2000208072A

JP2000208072A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2000208072A
Application number: JP11004576A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Fushimi; 正弘伏見
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-01-11
Filing date: 1999-01-11
Publication date: 2000-07-28

Abstract

(57)【要約】【課題】スペーサに照射される電子ビーム量を抑制す
ることにより、画像のゆがみが小さく、かつ、輝度依存
の少ない画像表示装置を提供する。【解決手段】電子放出部と該電子放出部に電圧を印加
し電子を放出させる一対の素子電極により構成される複
数の冷陰極型の電子放出素子を有する電子源、該電子放
出部に対向配置され該電子放出部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、該電子源と該加
速電極間に配設される絶縁性部材より成るスペーサを備
える電子線装置において、スペーサは、電子源基板側に
電子放出素子の駆動電圧印加方向と非平行の方向に配設
される第１のスペーサ１０２０ａと該第１のスペーサと
交差し加速電極側に配設される第２のスペーサ１０２０
ｂとを備える。

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, Radio Eng. Electron Phys., 10, 129
0, (1965)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２５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３
００４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［ｍ
ｍ］に設定されている。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３００５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. Dy
ke & W. W. Dolan,“Field Emission”,Advance in Ele
ctron Physics,8,89(1956)や、あるいは、C.A.Spindt,
“Physical Properties of Thin-Film Field Emission
Cathodes with Molybdenium Cones”,J. Appl. Phys.,
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
２６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３０１
４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
６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 Device
s”,J. Appl. 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２７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
オングストローム程度の薄い絶縁層、３０２３は厚さ８
０〜３００オングストロー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。

【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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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 atLET
I”,Tech. Digest of 4th Int. Vacuum Microelectroni
cs Conf., Nagahama.pp.6〜9(1991)]。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】図２８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。

【００２０】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。

【００２１】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
上の正の正数であり、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２８に示すとおり、Ｍ本の行方向配線３１１
３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
３１１３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３
１１３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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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
２８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３
１１８が形成されたフェースプレート３１１６間は通常
サブミリないし数ミリに保たれ、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。

【００２５】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ないしＤｘｍ、Ｄｙ１ないし
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］ないし数［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。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】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。

【００２７】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。

【００２８】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」という。）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薄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。

【００２９】しかしながら、冷陰極素子からの放出電子
量が大きくなると、これらの除電能力は十分とは言え
ず、電子ビームの強度により帯電量が変化する。これに
伴い、スペーサ付近の素子から放出された電子ビームは
その強度（輝度）によって、ターゲット上の正規な位置
からのずれが異なる。このため動画を表示したときに、
画像がゆらいで見えてしまう等の欠点があった。

【００３０】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、スペーサに照射される電子ビーム量を抑
制することにより、画像のゆがみが小さく、かつ、輝度
依存の少ない画像表示装置を提供するものである。

【００３１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、以下の構成
を有する画像形成装置により達成される。すなわち、複
数の冷陰極型電子放出素子からなる電子源を有する電子
源基板、この電子源基板に対向配置され前記電子源より
放出された電子を加速するための加速電極、電子源から
放出された電子線が照射されるターゲット（蛍光体）、
電子源基板と加速電極を真空に維持するための密閉構造
を有する外囲器と、この外囲器を支持するためのスペー
サ（スペーサー）とを有する画像形成装置であって、こ
のスペーサが電子源が形成された基板（電子源基板）と
加速電極および蛍光体が形成された外囲器の一部を形成
する基板（フェースプレート基板）各々に対して形成さ
れた少なくとも２層以上の構成を有し、電子源側の基板
において、電子放出素子に印加される駆動電圧の印加方
向と平行に配置しない構成を施すことにより、スペーサ
近傍においてスペーサへの電子ビームの吸引が緩和され
スペーサ近傍の画像の不均一姓を低減することが可能と
なった。

【００３２】また、本発明は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）する形態を有する
スペーサを用いた場合に起こる、輝度による画像がゆら
ぎに対して有効である。

【００３３】さらに、本発明においてスペーサ交差部を
有するスペーサ端面近傍に導電部を形成することによっ
ても同等もしくはそれ以上の効果が得ることが可能とな
る。

【００３４】ここで、図１、図２及び図３を用いて本発
明の機能について説明する。図１は、スペーサと電子放
出素子の構成についての説明図であり画像形成装置にお
ける断面図である。図２は従来例の電子ビームスポット
位置との関係を示す図であり、図３は本発明の電子ビー
ムスポット位置との関係を示す図である。図１、図２及
び図３において、１１０は蛍光体とメタルバックを含む
フェースプレート、１１１は電子源基板、１１２は従来
のスペーサ、１０２０ａは電子源基板側に配置されたス
ペーサ、１０２０ｂはフェースプレート側に配置された
スペーサ、１１４はスペーサ設置した素子駆動用配線
部、１１５は第一近接素子駆動用配線部、１１６は第二
近接素子駆動用配線部、１１７は第一近接素子、１１８
は第二近接素子、１１９は代表的な電子ビーム軌道、１
２０は等電位線、１２１は電子ビームスポットである。
また、図１において電子放出部に駆動する電圧の印加方
向は紙面に対して垂直方向である。

【００３５】（イ）に示す従来例において、スペーサに
直接入射する電子やスペーサの近傍から電子入射による
放出された電子の一部がスペーサに当たること、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に正帯電が発生する。このス
ペーサ帯電により電場が等電位線１２０に示したように
変化し、素子から放出された電子はその軌道を曲げら
れ、正規な位置とは異なる位置に到達する。この結果、
画像形成装置においてスペーサ近傍の画像がゆがんで見
える問題が生じていた。この様子を、図２に示す。

【００３６】これに対し、（ロ）は本発明の構成を適用
し、電子の到達位置変化量を低減した状態である。本発
明は、電子放出部近傍において、電子ビームのずれの原
因となるスペーサを配置しないことにより電子ビームの
ずれを抑制している。素子駆動電圧の印加方向を電子源
基板側スペーサ１１３ａの配置方向と平行に置かないこ
とにより（例えば、素子駆動電圧の印加方向と電子源基
板側スペーサ１０２０ａの配置方向を直角にする）、電
子が電子源から放出されて直ぐの軌道を曲げられやすい
状態において、近傍に帯電したスペーサが存在しないた
め、電子ビームのずれを効果的に抑制することができ
る。この結果、歪みのない高品位な画像形成が実現でき
る。この様子を、図３に示す。

【００３７】また、本発明はスペーサ１０２０ａ、１０
２０ｂの表面に高抵抗膜を施し、スペーサ帯電を緩和す
る導電性スペーサを用いた場合において、冷陰極素子か
らの電子放出量が大きい場合等、高抵抗膜の除電能力が
不足する場合においても、適用することが可能であり同
様にずれ量を低減することができる。

【００３８】さらに、スペーサ１０２０ａ、１０２０ｂ
の表面に高抵抗膜を施した場合において、１０２０ａと
１０２０ｂの交差部を含む端面部に導電部を形成するこ
とにより、空間中の電位をスペーサの場所によらず一定
に保つことができ画像の均一性を高めることができる。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】

【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の実施形態を
説明する。

【００４７】図１１は、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。

【００４８】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
２０ａ，１０２０ｂが設けられている。１０２０ａは電
子源基板側に配置されたスペーサであり、１０２０ｂは
フェースプレート側に配置されたスペーサを示し、互い
に交差することにより耐大気圧構成を成している。

【００４９】リアプレート１０１５には、基板１１１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、１１１〜１０１４によって構成される部分をマルチ
電子ビーム源と呼ぶ。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】図１０に示すのは、図１１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１１１
上には、後述の図１４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。

【００５３】図１０のＢ−Ｂ’に沿った断面を、図１２
に示す。

【００５４】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。

【００５５】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１１１を固
定する構成としたが、マルチ電子ビーム源の基板１１１
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１１１自
体を用いてもよい。

【００５６】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２
３（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
ン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がある。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。

【００５７】また、３原色の蛍光体の塗り分け方は図２
３（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２３（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。

【００５８】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。

【００５９】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は用いない。

【００６０】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。

【００６１】図１３は図１１のＡ−Ａ’の断面模式図で
あり、各部の番号は図１１に対応している。スペーサ１
０２０ａ，１０２０ｂは絶縁性部材２０ａ，２０ｂの表
面に帯電防止を目的とした高抵抗膜２４を成膜し、かつ
フェースプレート１０１７の内側（メタルバック１０１
９等）および基板１１１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お
よびスペーサに低抵抗膜２２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１１１の表面に接合材１０４１により固定され
る。電子源側接合部は一つのスペーサに付き一個所のみ
導電性とし他は絶縁性としても導電の目的は達成され
る。

【００６２】高抵抗膜２４は、絶縁性部材２０ａ、２０
ｂ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１０２０ａ、１
０２０ｂ上の低抵抗膜２２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）および基板１１１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。
ここで説明される態様においては、スペーサ１０２０
ａ，１０２０ｂの形状は薄板状とし、電子源基板側スペ
ーサ２０２０ｂは行方向配線１０１３に垂直に配置さ
れ、行方向配線１０１３に電気的に接続されている。

【００６３】スペーサ基板２０ａ，２０ｂとしては、基
板１１１上の行方向配線１０１３および列方向配線１０
１４とフェースプレート１０１７内面のメタルバック１
０１９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２０ａ，２０ｂ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。

【００６４】スペーサ基板２０ａ，２０ｂの絶縁性部材
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、スペーサ基板２
０ａ，２０ｂの熱膨張率は気密容器および基板１１１を
成す部材の熱膨張率と近いことが好ましい。

【００６５】スペーサ１０２０ａ，１０２０ｂを構成す
る高抵抗膜２４には、高電位側のフェースプレート１０
１７（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２４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シート抵抗は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。シート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。

【００６６】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。
シート抵抗はρ／ｔであり、以上に述べたシート抵抗と
ｔの好ましい範囲から、帯電防止膜の比抵抗ρは０．１
［Ωｃｍ］ないし１０の８乗［Ωｃｍ］が好ましい。さ
らにシート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乗ないし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。

【００６７】帯電防止特性を有する高抵抗膜２４の材料
としては、例えば金属酸化物を用いることが出来る。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、冷陰極素子１０１２から放
出された電子がスペーサ１０２０ａ、１０２０ｂ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。

【００６８】帯電防止特性を有する高抵抗膜２４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
広い範囲に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。

【００６９】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。

【００７０】スペーサ１０２０ａ、１０２０ｂを構成す
る低抵抗膜２２は、高抵抗膜２４を高電位側のフェース
プレート１０１７（メタルバック１０１９等）および低
電位側の基板１１１（配線１０１１１７４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。

【００７１】高抵抗膜２４をフェースプレート１０１
７および基板１１１と電気的に接続する。

【００７２】既に記載したように、高抵抗膜２４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２４をフェースプレート１０１
７（メタルバック１０１９等）および基板１１１（配線
１０１１１７４等）と直接或いは当接材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１１１および当接材１０４１と接触
するスペーサ１０２０ａ，１０２０ｂの当接面或いは側
面部に低抵抗の中間層を設けた。

【００７３】高抵抗膜２４の電位分布を均一化する。

【００７４】冷陰極素子１０２１より放出された電子
は、フェースプレート１０１７と基板１１１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１０
２０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２４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２４をフェースプレート１０１７
（メタルバック１０１９等）および基板１１１（配線１
０１１１７４等）と直接或いは当接材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２４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１０２０ａ、１０２０ｂがフェースプレート１０１
７および基板１１１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２４全体の電位を制御可能とした。

【００７５】放出電子の軌道を制御する。

【００７６】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１１１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および
基板１１１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。

【００７７】低抵抗膜２２は、高抵抗膜２４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、Ｎｉ，Ｃ
ｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等
の金属、あるいは合金、およびＰｄ，Ａｇ，Ａｕ，Ｒｕ
Ｏ₂，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−ＳｎＯ₂等
の透明導体およびポリシリコン等の半導体材料より適宜
選択される。

【００７８】導電性を有する接合材１０４１はスペーサ
１０２０ａが行方向配線１０１３と、スペーサ１０２０
ｂがメタルバック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。

【００７９】また、Ｄｘ１〜ＤｘｍおよびＤｙ１〜Ｄｙ
ｎ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。

【００８０】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マ
イナス５乗ないしは１×１０マイナス７乗［Ｔｏｒｒ］
の真空度に維持される。

【００８１】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ないしＤｘｍ、Ｄｙ１ないし
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］ないし数［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。

【００８２】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間の電圧は
０．１［ｋＶ］から１０［ｋＶ］程度である。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】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。

【００８６】（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。

【００８７】（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１４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、１１１は基板、１１０２と１
１０３は素子電極、１１０４は導電性薄膜、１１７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】基板１１１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。

【００８９】また、基板１１１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成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。

【００９０】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ーム
から数百マイクロメーター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ーターより数十マイクロメータ
ーの範囲である。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ームから数マイクロメーターの
範囲から適当な数値が選ばれる。

【００９１】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。

【００９２】微粒子膜に用いた微粒子の粒径は、数オン
グストロームから数千オングストロームの範囲に含まれ
るものであるが、なかでも好ましいのは１０オングスト
ロームから２００オングストロー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、
数オングストロームから数千オングストロームの範囲の
なかで設定するが、なかでも好ましいのは１０オングス
トロームから５００オングストロームの間である。

【００９３】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。

【００９４】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、そのシート抵抗値については、
１０の３乗から１０の７乗［オーム／ｓｑ］の範囲に含
まれるよう設定した。

【００９５】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１４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。

【００９６】また、電子放出部１１７は、導電性薄膜１
１０４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、数オングストロームから数百オングストローム
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１４においては模式的に示した。

【００９７】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１１７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。

【００９８】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［オングストロ
ーム］以下とするが、３００［オングストローム］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１４
においては模式的に示した。また、平面図（ａ）におい
ては、電子放出部１１７の薄膜１１１３の一部を除去し
た素子を図示した。

【００９９】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。

【０１００】すなわち、基板１１１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［オングストロー
ム］、電極間隔Ｌは２［マイクロメーター］とした。

【０１０１】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
ーム］、幅Ｗは１００［マイクロメーター］とした。

【０１０２】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。

【０１０３】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
表記は図１４と同一である。

【０１０４】１）まず、図１５（ａ）に示すように、基
板１１１上に素子電極１１０２および１１０３を形成す
る。

【０１０５】形成するにあたっては、あらかじめ基板１
１１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
いればよい。）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。

【０１０６】２）次に、同図（ｂ）に示すように、導電
性薄膜１１０４を形成する。

【０１０７】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、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。）。

【０１０８】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。

【０１０９】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１１７を形成する。

【０１１０】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１１７）
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１１７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。

【０１１１】通電方法をより詳しく説明するために、図
１６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１１７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１
１１１で計測した。

【０１１２】実施形態においては、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
１０［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回の割合で、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１×１０の６乗［オーム］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のマイナス７乗［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。

【０１１３】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。

【０１１４】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。

【０１１５】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１１７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。

【０１１６】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
ラファィト、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
［オングストローム］以下、より好ましくは３００［オ
ングストローム］以下である。

【０１１７】通電方法をより詳しく説明するために、図
１７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［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】図１５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１１１
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１７（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。

【０１１９】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。

【０１２０】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。

【０１２１】（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。

【０１２２】図１８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１１１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、１１７は通電
フォーミング処理により形成した電子放出部、１２１３
は通電活性化処理により形成した薄膜、である。

【０１２３】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１４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１１１、素子電極１２
０２および１２０３、微粒子膜を用いた導電性薄膜１２
０４、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。

【０１２４】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１９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
８と同一である。

【０１２５】１）まず、図１９（ａ）に示すように、基
板１１１上に素子電極１２０３を形成する。

【０１２６】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。

【０１２７】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。

【０１２８】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。

【０１２９】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。

【０１３０】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
１５（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。）。

【０１３１】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。）。

【０１３２】以上のようにして、図１９（ｆ）に示す垂
直型の表面伝導型放出素子を製造した。

【０１３３】（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。

【０１３４】図２０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
グラフは各々任意単位で図示した。

【０１３５】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。

【０１３６】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。

【０１３７】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。

【０１３８】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。

【０１３９】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。

【０１４０】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。

【０１４１】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。

【０１４２】（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。

【０１４３】図１０に示すのは、図１１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、図１４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１０１３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１
０１４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。

【０１４４】図１０のＢ−Ｂ’に沿った断面を、図１２
に示す。

【０１４５】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。

【０１４６】図２１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。

【０１４７】以下、図２１の装置各部の機能を詳しく説
明する。

【０１４８】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１７
０１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。

【０１４９】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Ｔscan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２０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。

【０１５０】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Ｔ
sync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１
７０６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、良く知られてい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、Ｔsy
nc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。

【０１５１】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。

【０１５２】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。

【０１５３】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１０１５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１７０１内の電子放出素子１０１５に印加され
る。

【０１５４】図２０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（後述する実施形態の表面伝導型放出
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
Ｖｔｈ以上の電圧に対しては、図２０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
が生じないが、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。

【０１５５】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。

【０１５６】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。

【０１５７】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も、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）を組み合わせた回路を用いる。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。

【０１５８】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。

【０１５９】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ないしＤｘｍ、Ｄｙ１ないし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。

【０１６０】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（例えば高品位ＴＶ）
方式をも採用できる。

【０１６１】

【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。

【０１６２】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Ｍ×Ｎ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１１および図１３参照）したマルチ電子ビーム源を
用いた。

【０１６３】（実施例１）本実施例では、前述した図１
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１１および図１３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の素子電極と導電性薄膜を形成した
基板１１１を、リアプレート１０１５に固定した。次
に、ソーダライムガラスからなる絶縁性部材の表面のう
ち、気密容器内に露出する４面に後述の高抵抗膜２４を
成膜し、当接面に導電膜２２を成膜したスペーサ１０２
０ａを行方向配線１０１３と直交に固定した。また、フ
ェースプレート側にスペーサ１０２０ｂを基板１１１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。本実施例において、フェースプレー
トと電子源基板間の距離は３ｍｍとし、素子サイズは電
圧印加方向と直交する方向に８５０μｍ、電圧印加方向
に３５０μｍとして、電子源基板側のスペーサ１０２０
ａの高さを１．５ｍｍ、フェースプレート側のスペーサ
の高さを１．５ｍｍとした。また、スペーサは電圧印加
方向（行方向配線方向）において３．５ｍｍ、電圧印加
方向と直交方向（列方向配線方向）に４．２５ｍｍの周
期で配置した。また、スペーサの厚みは、１０２０ａ，
１０２０ｂとも０．２ｍｍとした。その後、基板１１１
の５ｍｍ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１０１７、側壁１０１６およびスペーサ１０
２０の各接合部を固定した。基板１１１とリアプレート
１０１５の接合部、リアプレート１０１５と側壁１０１
６の接合部、およびフェースプレート１０１７と１０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４００℃ないし５００℃で１０分以上焼
成することで封着した。

【０１６４】このとき、電子源基板配線部との電気的接
続とスペーサの固定は、導電ペーストと絶縁ペーストを
用いて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）を一つの配線に形成し
て電気的接続を計り、同時にスペーサの配置する他の配
線上には絶縁性ペーストを塗布して固着した。また、フ
ェースプレート基板側ではスペーサ配置部全面で導電性
ペーストを用いて固着した。

【０１６５】また、スペーサ１０２０ａ，１０２０ｂ
は、基板１１１側では行方向配線１０１３（線幅３００
［マイクロメートル］）上に、フェースプレート１０１
７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℃ないし５００℃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。

【０１６６】なお、本実施例においては、蛍光膜１０１
８は、図２４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１０２０ｂ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１１１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。

【０１６７】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。

【０１６８】次に、１０のマイナス６乗［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。

【０１６９】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。

【０１７０】ここで本実施例で用いたスペーサ１０２０
ａ，１０２０ｂについて図４を用いて、さらに説明す
る。

【０１７１】図４は、本実施例を適用した画像装置のス
ペーサの斜視図である。図４において、１０２０ａは電
子源基板側に配置するスペーサ、１０２０ｂはフェース
プレート側に配置するスペーサ、３００１はフェースプ
レートと電気的接続部をするための導電部、３００２お
よび３００３はスペーサ１０２０ａと１０２０ｂの電気
的接続部をするための導電部、３００４は電子源基板と
の電気的接続をするための導電部、２４は高抵抗膜を示
す。また、矢印ａは電子放出部を駆動するための電圧の
印加方向を示す。図４の導電部３００１、３００２、３
００３及び３００４は図１３の導電部２２に対応する。

【０１７２】各導電部はスペーサ表面に形成された高抵
抗膜２４に均一に電場を与える役割を果たす共に、電気
的当接部において接続を果たす。

【０１７３】また、スペーサの材質としては青板ガラ
ス、導電部としてはスパッタ法で形成したＡｌを用い
た。

【０１７４】また、本実施例において、高抵抗膜２４
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
を青板ガラスによりなるスペーサ１１２上に形成した。
スパッタガスはＡｒ：Ｎ₂が１：２の混合ガスで全圧力
は１ｍＴｏｒｒ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２４のシート抵抗値は、８×１０⁹
［Ω／□］とした。

【０１７６】以上のように完成した、図１１および図１
３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、走査信号およ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１０１
８に電子を衝突させ、各色蛍光体２１ａ（図２４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３［ｋＶ］ないし
１０［ｋＶ］、各配線１０１１１７４間への印加電圧Ｖ
ｆは１４［Ｖ］とした。

【０１７７】このとき、スペーサ１０２０ｂ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
た。

【０１７８】本発明の画像形成装置によりスペーサ近傍
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。

【０１７９】また、３００２、３００３導電部の少なく
とも一方に、電位を外部から与えることにより、帯電に
よる電位変化を強制的に緩和することも可能である。

【０１８０】（実施例２）本実施例は、表面に高抵抗部
を設けた絶縁性スペーサを用いた場合に本発明を適用し
た例であり、特に多層のスペーサを用いた場合について
説明する。

【０１８１】図５は、本実施例を適用した画像装置のス
ペーサの斜視図である。図５において、１０２０ａは電
子源基板側に配置するスペーサ、１０２０ｂはフェース
プレート側に配置するスペーサ、１０２０ｃは上述スペ
ーサの中間位置に配置するスペーサを示す。３００１は
フェースプレートと電気的接続部をするための導電部、
３００２，３００３，３００５，３００６は各スペーサ
間の電気的接続部をすると同時に空間中に同一電場を与
えるための導電部、３００４は電子源基板との電気的接
続をするための導電部、２４は高抵抗膜を示す。また、
矢印ａは電子放出部を駆動するための電圧の印加方向を
示す。なお、図５の導電部３００１〜３００６は図１３
の導電部２２に対応する。

【０１８２】図６は、中間に配置されたスペーサ１０２
０ｃの全体図であり、５００１はスペーサ部、５００２
はスペーサ枠部である。また、５００３はＶ１は導電部
３００５に電圧を印加するためのリード部、５００４は
導電部３００６に電圧を印加するための電圧を印加する
ためのリード部である。

【０１８３】本実施例において、各導電部は実施例１同
様スペーサ表面に形成された高抵抗膜２４に均一に電場
を与える役割を果たす共に、電気的当接部において接続
を果たす。また、導電部３００５と導電部３００６には
外部より電位を加えることにより、空間中の電位を規定
している。

【０１８４】本実施例において、フェースプレートと電
子源基板間の距離は３ｍｍとし、素子サイズは電圧印加
方向と直交する方向に６５０μｍ、電圧印加方向に４０
０μｍとして、電子源基板側のスペーサ１０２０ａの高
さを１ｍｍ、フェースプレート側のスペーサの高さを
１．６ｍｍ、中間層スペーサの厚みを０．４ｍｍとし
た。また、スペーサは電圧印加方向において６．５ｍ
ｍ、電圧印加方向と直交方向に３．５ｍｍの周期で配置
した。また、スペーサの厚みは、１０２０ａ、１０２０
ｂ、１０２０ｃとも略０．２ｍｍとした。また、スペー
サの材質としては青板ガラス、導電部としてはスパッタ
法で形成したＡｌを用いた。さらに、電子源基板配線部
との電気的接続とスペーサの固定は、実施例１と同様に
導電ペーストと絶縁ペーストを用いて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）一つの配線に形成して電気的接続を計り、同時
にスペーサの配置する他の配線上には絶縁性ペーストを
塗布して固着した。また、フェースプレート基板側では
スペーサ配置部全面で導電性ペーストを用いて固着し
た。

【０１８５】ここで、中間に配置されたスペーサ１０２
０ｃの作製方法について説明する。

【０１８６】中間スペーサ１０２０ｃは、０．２ｍｍ厚
のガラス板を用いて作製し両面に導電部としてＡｌをス
パッタ法で形成した後、サンドブラストを用いて一部を
エッチング除去した。さらに、実施例１と同様の方法を
用いて両面に高抵抗膜を形成しスペーサ１０２０ｃを作
製した。

【０１８７】本発明の画像形成装置を１０ｋＶの加速電
圧を加え、Ｖ１として４．７ｋＶ、Ｖ２として３．３ｋ
Ｖを加えて駆動させたところ、実施例１同様、スペーサ
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。

【０１８８】また、本実施例の構成においては、空間中
の電位を外部電位により規定する導電部が２箇所あるた
め、高抵抗膜の成膜時にスペーサの場所により発生する
特性分布を強制的に緩和して同じ空間電位を各場所で与
えてスペーサの良品率を向上させるとともに、帯電によ
る電位変化も強制的に緩和する効果がある。

【０１８９】（実施例３）図７および図８は、本発明第
３の実施例を説明するための図であり、スペーサが電子
放出素子に印加する駆動電圧とフェースプレート側のス
ペーサの配置方向が平行でない場合である。

【０１９０】図７および図８において、１０１３は行方
向配線電極、１０１４は列方向配線電極、１１０２と１
１０３は素子電極、１０２０ａは電子源基板側に配置す
るスペーサ、１０２０ｂはフェースプレート側に配置す
るスペーサ、１１７は電子放出部、１２１は電子ビーム
スポットである。

【０１９１】本実施例においては、一列毎にスペーサへ
の電圧印加方向は逆転しており、この方向と直交する方
向においてスペーサ１０２０は１．７ｍｍ周期で配置。
図中ａは各列毎の電圧印加方向を示す。

【０１９２】また、スペーサ１０２０ｂは、１．５ｍｍ
周期でスペーサ１０２０ａに対して斜めに配置した。な
お、スペーサは実施例１と同様の方法を用いて作成し
た。

【０１９３】本発明の画像形成装置を６ｋＶの加速電圧
で駆動させたところスペーサ近傍においてもビームずれ
がなく高品位な画像を得ることが可能となった。

【０１９４】本実施例においては、図８に示すように電
子ビームの広がり方向にスペーサを配置しているため、
フェースプレート側スペーサの帯電によるビームずれを
より低減する効果がある。

【０１９５】（実施例４）図９には、本発明第４の実施
例を説明するための図である。本実施例は、スペーサに
絶縁性スペーサを用いたことを特徴とする。

【０１９６】図９において、１０２０ａは電子源基板側
に配置するスペーサ、１０２０ｂはフェースプレート側
に配置するスペーサである。

【０１９７】本実施例において、フェースプレートと電
子源基板間の距離は２ｍｍとし、素子サイズは電圧印加
方向と直交する方向に１００μｍ、電圧印加方向に５０
０μｍとして、電子源基板側のスペーサ１０２０ａの高
さを１ｍｍ、フェースプレート側のスペーサの高さを１
ｍｍとした。また、スペーサは電圧印加方向において５
ｍｍ、電圧印加方向と直交方向に１０ｍｍの周期で配置
した。また、スペーサの厚みは、１０２０ａ、１０２０
ｂとも０．２５ｍｍとした。

【０１９８】本実施例では、以下の点を除いては実施例
１と同様な方法を適用して作製した。スペーサの表面に
導電部および高抵抗膜を作製しない。また、接続部は導
電性フリットでなくすべて絶縁性フリットを用いて作製
した。

【０１９９】本発明の画像形成装置を６ｋＶの加速電圧
を加え駆動させたところ、実施例１同様、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。

【０２００】（実施例５）本実施例に於いては、平面フ
ィールドエミッション（ＦＥ）型電子放出素子を本発明
の電子放出素子として用いた例を示す。

【０２０１】図２２は、平面ＦＥ型電子放出電子源の上
面図であり、１１７は電子放出部、３１０２および３１
０３は電子放出部１１７に電位を与える一対の素子電
極、３１１３は行方向配線であり３１０５にはスペーサ
位置だし用溝３１０８が形成されている。また、３１１
４は列方向配線、１０２０ａは電子源基板側に配置する
スペーサ、１０２０ｂはフェースプレート側に配置する
スペーサである。

【０２０２】電子放出は、素子電極３１０２，３１０３
間に電圧を印加することにより電子放出部１１７内の鋭
利な先端部より電子が放出され、電子源と対向して設け
られた加速電圧（図示せず）に電子が引き寄せられて蛍
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配置し
て画像装置を形成し、実施例１と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。

【０２０３】（その他の実施例）また、本発明は、ＳＣ
Ｅ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。

【０２０４】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上記
のような支持部材を用いた場合である。

【０２０５】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ーの発光ダ
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。

【０２０６】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。

【０２０７】

【発明の効果】以上のように本発明における画像表示装
置において、電子源基板側において電子放出素子に印加
される駆動電圧の印加方向と平行にスペーサを配置しな
い構成を施すことにより、スペーサ近傍においてスペー
サへの電子ビームの吸引が緩和されスペーサ近傍の画像
の不均一性を低減することができる効果が得られる。

【０２０８】また、電子被照射体は特定せず、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を発
揮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電子ビームの軌跡と等電位線をしめす画像形成
装置の断面図である。（イ）は従来例、（ロ）は本発明
のものである。

【図２】従来例による電子ビームスポットの様子を説明
するための平面図である。

【図３】本発明による電子ビームスポットの様子を説明
するための平面図である。

【図４】本発明の第１の実施例の画像形成装置のスペー
サ構成を示す斜視図である。

【図５】本発明の第２の実施例の画像形成装置のスペー
サ構成を示す斜視図である。

【図６】図５に示すスペーサ１０２０ｃの形状を示す斜
視図である。

【図７】本発明の第３の実施例の画像形成装置の電子源
及びスペーサの上面図である。

【図８】本発明の第３の実施例の画像形成装置の電子ビ
ームスポットの様子を示す図である。

【図９】本発明の第４の実施例の画像形成装置のスペー
サ形状を示す斜視図である。

【図１０】図１１の画像表示装置の電子源の平面図であ
る。

【図１１】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である。

【図１２】本発明の実施形態で用いたマルチ電子ビーム
源の基板の一部断面図である。

【図１３】図１１のＡ−Ａ’断面図である。

【図１４】本発明の実施形態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）である。

【図１５】図１４の平面型の表面伝導型放出素子の製造
工程を示す断面図である。

【図１６】通電フォーミング処理の際の印加電圧の波形
図である。

【図１７】通電活性化処理の際の印加電圧の波形図
（ａ）、放出電流Ｉｅの変化を示す図（ｂ）である。

【図１８】本発明の実施形態で用いた垂直型の表面伝導
型放出素子の断面図である。

【図１９】図１８の垂直型の表面伝導型放出素子の製造
工程を示す断面図である。

【図２０】本発明の実施形態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である。

【図２１】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である。

【図２２】本発明の第５の実施例の画像形成装置の電子
放出部近傍を示す斜視図である。

【図２３】表示パネルのフェースプレートの蛍光体配列
を例を示す平面図である。

【図２４】表示パネルのフェースプレートの蛍光体配列
の他の例を説示す平面図である。

【図２５】従来例による表面伝導型放出素子の一例の平
面図である。

【図２６】従来例によるＦＥ型素子の一例の側面図であ
る。

【図２７】従来例によるＭＩＭ型素子の一例の断面図で
ある。

【図２８】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である。

【符号の説明】

２２導電部２４高抵抗膜１１０フェースプレート１１１電子源基板１１７電子放出部１１４，１１５，１１６駆動用配線部１１９電子ビーム軌跡１２０等電位線１２１電子ビームスポット１０２０ａ、１０２０ｂ、１０２０ｃスペーサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子放出部と該電子放出部に電圧を印加
し電子を放出させる一対の素子電極により構成される複
数の冷陰極型の電子放出素子を有する電子源、該電子放
出部に対向配置され該電子放出部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、該電子源と該加
速電極間に配設される絶縁性部材より成るスペーサを備
える電子線装置において、前記スペーサは、前記電子源基板側に前記電子放出素子
の駆動電圧印加方向と非平行の方向に配設される第１の
スペーサと該第１のスペーサと交差し前記加速電極側に
配設される第２のスペーサとを備えることを特徴とする
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、
前記第１のスペーサは前記電子放出素子の駆動電圧印加
方向と直交して配設され、前記第２のスペーサは前記電
子放出素子の駆動電圧印加方向と平行に配設されること
を特徴とする電子線装置。
【請求項３】請求項１に記載の電子線装置において、
前記第１のスペーサは前記電子放出素子の駆動電圧印加
方向と直交して配設され、前記第２のスペーサは前記電
子放出素子の駆動電圧印加方向に斜めに配設され、前記
電子放出素子が該電子放出素子から放出される電子ビー
ムの広がりが前記第２のスペーサの方向に沿うように配
設されていることを特徴とする電子線装置。
【請求項４】電子放出部と該電子放出部に電圧を印加
し電子を放出させる一対の素子電極により構成される複
数の冷陰極型の電子放出素子を有する電子源、該電子放
出部に対向配置され該電子放出部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、該電子源と該加
速電極間に配設される絶縁性部材より成るスペーサを備
える電子線装置において、前記スペーサは、前記電子源基板側に前記電子放出素子
の駆動電圧印加方向と非平行の方向に配設される第１の
スペーサと該第１のスペーサと交差して積み上げられる
第２のスペーサと該第２のスペーサと交差し前記加速電
極側に配設される第３のスペーサとを備えることを特徴
とする電子線装置。
【請求項５】請求項４に記載の電子線装置において、
前記第１のスペーサ及び第３のスペーサは前記電子放出
素子の駆動電圧印加方向と直交して配設され、前記第２
のスペーサは前記電子放出素子の駆動電圧印加方向と平
行に配設され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、前記スペーサの表面に高抵抗膜が
形成され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、前記スペーサと
前記電子源基板を導電させる第１の導電部と、前記スペ
ーサと前記加速電極を導電させる第２の導電部とを備え
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、前記スペーサの各部を導電させる
第３の導電部を更に備え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、
前記第３の導電部の電位を規定する手段を更に備えるこ
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、前記電子放出素子は対向する一
対の素子電極と前記素子電極間に跨る電子放出部を含む
薄膜とで構成され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１１】請求項１０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、前記電子源には前記素子電極
に電流を供給する複数の行方向配線および列方向配線と
が絶縁層を介して配置されており、前記複数の電子放出
素子の各々の前記一対の素子電極は前記複数の行方向配
線の各々および前記複数の列方向配線の各々とに結線さ
れ、絶縁基板上に前記複数の電子放出素子が行列状に配
列されていることを特徴とする電子線装置。
【請求項１３】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、前記電子源には複数の行方向
配線が配置されており、複数の前記電子放出素子の前記
素子電極が前記複数の行方向配線のうちの一対の行方向
配線とそれぞれ結線され、絶縁性基板上に前記複数の該
電子放出素子が行列上に配置されていることを特徴とす
る電子線装置。
【請求項１４】請求項１乃至１３のいずれか１項に記
載の電子線装置において、前記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を
更に備えることを特徴とする画像形成装置。