JP2000243330A

JP2000243330A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2000243330A
Application number: JP11045088A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Mitsutake; 英明光武
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-02-23
Filing date: 1999-02-23
Publication date: 2000-09-08
Anticipated expiration: 2019-02-23
Also published as: JP3619043B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電子放出素子による大画面表示装置におい
て、スペーサ表面に形成された帯電防止用の高抵抗膜と
電気的接続用の低抵抗膜の境界に生ずる電界集中を緩和
し、放電を防止する。【解決手段】スペーサ表面の低抵抗膜２１と高抵抗膜
１１の境界において、低抵抗膜から高抵抗膜へと抵抗値
が連続的に変化する領域を設け、低抵抗膜の突起が生じ
ても上記領域内に納まることにより、突起頂部での電界
集中を緩和して放電発生を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像形成装置に関
し、特に、複数の電子放出素子を配置した真空外囲器の
スペーサの放電を抑制した平面型画像形成装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】平面型表示装置は、薄型でかつ軽量であ
ることから、ブラウン管型表示装置に置き換わるものと
して注目されている。特に、電子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表
示装置は、従来の他の方式の表示装置よりも優れた特性
が期待されている。例えば、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。

【０００３】従来、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、例えば表面伝導型電子放出素子や、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。

【０００４】表面伝導型電子放出素子としては、例え
ば、M.I.Elinson,Radio Eng.ElectronPhys．，１０，１
２９０，（１９６５）が知られている。

【０００５】表面伝導型電子放出素子は、基板上に形成
された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことに
より電子放出が生ずる現象を利用するものである。この
表面伝導型電子放出素子としては、前記エリンソン等に
よるＳｎＯ２薄膜を用いたものの他に、Ａｕ薄膜によ
るもの［G.Dittmer:“Thin Solid Films"，９，３１７
（１９７２）］や、Ｉｎ２Ｏ３／ＳｎＯ２薄膜に
よるもの［M.Hartwelland C.G.Fonstad:“IEEE Trans.E
D 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。

【０００６】これらの表面伝導型電子放出素子の素子構
成の典型的な例として、図１８に前述のＭ．Ｈａｒｔｗ
ｅｌｌらによる素子の平面図を示す。同図において、３
００１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。

【０００７】Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌらによる素子をはじ
めとして上述の表面伝導型電子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３０
０５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。

【０００８】また、ＦＥ型の例は、例えば、W.P.Dyke &
W.W.Dolan,“Field emission",Advance in Electron P
hysics,8,89(1956)や、あるいは、C.A.Spindt,“Physic
al properties of thin-film field emission cathodes
with molybdenium cones",J.Appl.Phys.，４７，５２
４８（１９７６）などが知られている。

【０００９】ＦＥ型の素子構成の典型的な例として、図
１９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。

【００１０】また、ＦＥ型の他の素子構成として、図１
９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。

【００１１】また、ＭＩＭ型の例としては、例えば、C.
A.Mead,“Operation of tunnel-emission Devices,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２０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１
００オングストローム程度の薄い絶縁層、３０２３は厚
さ８０〜３００オングストローム程度の金属よりなる上
電極である。

【００１２】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。

【００１３】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。従って、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。

【００１４】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。

【００１５】例えば、表面伝導型電子放出素子は、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、例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。

【００１６】また、表面伝導型電子放出素子の応用につ
いては、例えば、画像形成装置、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。

【００１７】特に、画像形成装置への応用としては、例
えば本出願人によるＵＳＰ５，０６６，８８３や特開平
２−２５７５５１号公報や特開平４−２８１３７号公報
において開示されているように、表面伝導型電子放出素
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
わせて用いた画像形成装置が研究されている。表面伝導
型電子放出素子と蛍光体とを組み合わせて用いた画像形
成装置は、従来の他の方式の画像形成装置よりも優れた
特性が期待されている。例えば、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。

【００１８】また、ＦＥ型を多数個ならべて駆動する方
法は、例えば本出願人によるＵＳＰ４，９０４，８９５
に開示されている。また、ＦＥ型を画像形成装置に応用
した例として、例えば、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.Meyer:“Rece
nt Development on Microtips Display at LETI",Tec
h.Digest of 4th Int.Vacuum Microelectronics Conf.,
Nagahama，ｐｐ．６〜９（１９９１）］また、ＭＩＭ型
を多数個並べて画像形成装置に応用した例は、例えば本
出願人による特開平３−５５７３８号公報に開示されて
いる。

【００１９】図２１は平面型の画像形成装置をなす表示
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及びフェースプレート３１
１７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、（従来図４）に示すとおり、m本の行方向配線３１
１３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及び列方向配線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
３１１３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及びＤｙ１〜Ｄｙｎ及びＨ
ｖ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、画像形成
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及びフェー
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及びフェースプレ
ート３１１７を厚くすることによる方法は、画像形成装
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。

【００２５】これに対し、図２１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３１１８が形成されたフェ
ースプレート３１１７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。

【００２６】以上説明した表示パネルを用いた画像形成
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。

【００２７】ところが、以上説明した従来の画像形成装
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。

【００２８】第１に、スペーサ３１２０の近傍から放出
された電子の一部がスペーサ３１２０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引き起こす可能性がある。
このスペーサの帯電により冷陰極素子３１１２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。

【００２９】第２に、冷陰極素子３１１２からの放出電
子を加速するためにマルチ電子ビーム源とフェースプレ
ート３１１７との間には数百Ｖ以上の高電圧（即ち１ｋ
Ｖ／ｍｍ以上の高電界）が印加されるため、スペーサ３
１２０表面での沿面放電が懸念される。特に、上記のよ
うにスペーサが帯電している場合は、放電が誘発される
可能性がある。

【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する提案が本出
願人によりなされている（特開平８−１８０８２１号公
報、特開平８−２５００３２号公報）。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。ここ
で用いられている高抵抗膜は、酸化スズ、あるいは酸化
スズと酸化インジウム混晶薄膜や島状の金属膜等であ
る。

【００３１】また、本出願人による上記提案において
は、前記高抵抗膜が被覆されたスペーサをマルチ電子ビ
ーム源及びフェースプレートと電気的に良好に接続する
為に、接続部に低抵抗膜を形成する構成も開示されてい
る。更に、前記高抵抗膜及び前記低抵抗膜が被覆された
スペーサを、導電性を有するフリットガラスを用いて、
マルチ電子ビーム源及びフェースプレートと電気的接続
及び機械的固定を行う構成も開示されている。

【００３２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のよう
に、前記高抵抗膜及び前記低抵抗膜が形成されたスペー
サを用いる場合、高抵抗膜部分と低抵抗膜部分ではその
表面に生ずる電界が互いに異なるために両者の境界部に
おいて電界の飛びが発生する。このような遷移領域に置
いては作製工程の不備などにより、突起などの特異な形
状が発生した場合、電界集中が生じ易く放電を招く原因
となる。

【００３３】そこで、本発明は、表面に高抵抗膜を有
し、マルチ電子ビーム源及びフェースプレートとの接続
部に低抵抗膜を有するスペーサを用いた画像形成装置に
おいて、前記高抵抗膜と低抵抗膜の境界部での不意の電
界集中を抑制し、放電の発生を防止するスペーサの構成
を提供することを課題としている。また、上記手段によ
り信頼性の高い画像形成装置を提供することを課題とし
ている。

【００３４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明は、冷陰極素子を有する電子源と、前記電子
源より放出された電子を制御する電極と、前記電子源よ
り放出された電子の衝突により画像を形成する画像形成
部材と、前記電子源と前記電極の間に配置されたスペー
サとを有する画像形成装置に於いて、前記スペーサは表
面に高抵抗膜を有し、前記電子源及び前記電極に対する
前記スペーサの当接部に低抵抗膜を有し、前記高抵抗膜
は前記低抵抗膜を介して前記電子源及び前記電極に電気
的に接続され、前記スペーサの一部に、前記低抵抗膜か
ら前記高抵抗膜へと抵抗値が連続的に変化する領域を設
けるようにしている。

【００３５】すなわち、本発明においては、前記高抵抗
膜と低抵抗膜の境界に抵抗値の連続的に変化する領域を
設けることにより、製造工程等で発生する低抵抗膜境界
線の凸部などによる電界集中を緩和している。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について説明する。

【００３７】図１は、本発明の画像形成装置が備える表
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。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、リアプレート１０１５、側壁１０１６及びフ
ェースプレート１０１７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。また、気密容器内部には、大気圧を支えるためのス
ペーサ１０２０が設けられている。本態様で用いたスペ
ーサは平板状のものである。

【００３８】リアプレート１０１５には基板１０１１が
固定されているが、この基板１０１１上には冷陰極素子
１０１２がn×m個形成されており、ｍ本の行方向（Ｘ方
向）配線１０１３とｎ本の列方向（Ｙ方向）配線１０１
４により結線されている。

【００３９】フェースプレート１０１７の下面には、蛍
光膜１０１８が形成され、さらに蛍光膜１０１８のリア
プレート１０１５側の面には、Ａｌ等からなるメタルバ
ック１０１９が形成されている。

【００４０】図２は図１のＡ−Ａ′断面の模式図であ
る。図３はスペーサ１０２０を平板面の方向からみた模
式図であり、その近傍の装置構成も合せて記載してあ
る。図２と図３中の各部の番号は図１に対応している。

【００４１】図２において、スペーサ１０２０は、薄板
状の絶縁性部材１の表面に高抵抗膜１１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）及び基板１０１１の表面（行方向配線１０１３）に
面したスペーサの当接面３及び当接面３に接する側面部
５に低抵抗膜２１を成膜した部材からなる。薄板状のス
ペーサ１０２０は、行方向（Ｘ方向）に沿って配置さ
れ、接合材１０４１を介して基板１０１１の行方向配線
１０１３上に固定されている。高抵抗膜１１は、基板１
０１１側では低抵抗膜２２及び接合材１０４１を介して
行方向配線１０１３と電気的に接続されており、フェー
スプレート１０１７側では低抵抗膜２２を介して圧接に
よりメタルバック１０１９と電気的に接続されている。

【００４２】図３において、高抵抗膜１１と低抵抗膜２
１の境界領域には、抵抗値が連続的に（或いは段階的
に）変化する境界膜３１が設けてある。

【００４３】境界膜３１を形成する好適な方法として
は、可動マスクを用いたスパッタリングやイオン打ち込
む等の真空成膜、インクジェットや印刷による塗布、加
熱処理による拡散等がある。

【００４４】境界膜３１のシート抵抗値は高抵抗膜１１
と接する側では高抵抗膜１１のシート抵抗値と一致し、
低抵抗膜２１と接する側では低抵抗膜２１のシート抵抗
値と一致している。境界膜３１のなす領域の幅Ｗは、概
ね５０μｍ以下である。

【００４５】図４は、製造工程で低抵抗膜境界線に凸部
が発生した場合を表す図である。図中、２２は低抵抗膜
２１の境界領域の凸部であり、高さｈ及び幅ｗでその形
状が代表される。

【００４６】このような凸形状が発生した場合の電界集
中の度合いを図５に示す。ここに、凸部２２がない場合
を１とする。図５において、凸形状の幅ｗに対する高さ
ｈの比率が１以下の場合には、高さの比率が高まっても
電界集中度の急激な上昇はなく、最大でも３倍程度であ
る。一方、凸形状の幅ｗに対する高さｈの比率が２を超
えるあたりから、高さの比率が高まるにつれて、電界集
中度が急激に上昇する。従って、低抵抗膜２１の境界領
域に凸部２２が発生する場合においても、その高さ対幅
比（ｈ／ｗ）が２以下となるようにスペーサ作製・組立
プロセスを制御するのが好ましい。

【００４７】また、図１及び図２に示した本発明の実施
例においては、高抵抗膜１１と低抵抗膜２１の境界領域
に抵抗値が連続的に（或いは段階的に）変化する境界膜
３１が設けてあるが、低抵抗膜２１の凸部２２が境界膜
３１の範囲を超えて高抵抗膜１１の領域まではみ出さな
いようにスペーサ作製・組立プロセスを制御するのはさ
らに好ましい条件となる。これにより、凸部２２での電
界集中はさらに緩和されることになる。

【００４８】境界膜３１の領域幅ｓは、どの程度の高さ
ｈを有する凸部２２が発生するかに依存するが、これは
スペーサの作製プロセスに依存する。しかし、マスク法
による真空成膜、印刷法による成膜等を用いる場合、凸
部２２の高さを１０μｍ乃至２０μｍ以内に抑えること
は通常のプロセスで十分可能である。従って、境界膜３
１の領域幅ｓは１０μｍ程度よりも大きいのが好まし
い。

【００４９】一方、低抵抗膜２１及び境界膜３１の一部
は後述するように、スペーサ近傍の電子放出素子から放
出される電子軌道に影響を与えフェースプレートへの到
達点を変化させることになる。この到達点の変化に対す
る許容度は、形成される画像の解像度などに依存する
が、概ね１０μｍから１００μｍ程度である。例えば、
対角６０インチ（アスペクト比１６：９）の画像形成装
置において高品位表示（走査線１０００本以上）を行う
場合、１走査ラインの幅は約８００μｍとなるがその５
％程度を到達点の変化の許容度とすると４０μｍとな
る。以上のことから、境界膜３１の領域幅ｓは概ね１０
０μｍ以下であることが好ましい。

【００５０】次に、本発明を適用した画像形成装置の表
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。

【００５１】図１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。

【００５２】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、例えばフリットガ
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。

【００５３】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。例えば、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
チ電子ビーム源と呼ぶ。

【００５４】本発明の画像形成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。従って、例えば表面伝導型電子放出素子やＦ
Ｅ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。

【００５５】次に、冷陰極素子として表面伝導型電子放
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。

【００５６】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１０２で示すものと同様な表面伝導型電
子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。

【００５７】図６のＢ−Ｂ′に沿った断面を、図７に示
す。

【００５８】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）、及び表面伝
導型電子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及び列方向配線電極１０１
４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。

【００５９】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。

【００６０】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。本実施例はカラ
ー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。

【００６１】各色の蛍光体は、例えば図８（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８（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、例えば図８（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。例えば、図９に示
すように、黒色の導電体１０１０が、ストライプ状の各
色蛍光体間だけでなく、直交するストライプ方向につい
ても設けられ、行列両方向の画素間を分離するよう塗り
分けられた配列であってもよい。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】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
ースプレート基板１０１７と蛍光膜１０１８との間に、
例えばＩＴＯを材料とする透明電極を設けてもよい。

【００６６】なお、本発明の実施例においては、蛍光膜
１０１８は、図９に示した配列のものを用い、各色蛍光
体を列方向（Ｙ方向）に延びるように配置した。スペー
サ１０２０は、行後方（Ｘ方向）に平行に、黒色の導電
体１０１０に対応する領域内に、メタルバック１０１９
（後述）を介して配置された。

【００６７】なお、前述の封着を行う際には、フェース
プレート１０１７上に配置された各色蛍光体と基板１０
１１上に配置された各素子１０１２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及びスペーサ１０２０は十分な位置合わせ
を行った。

【００６８】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高抵抗
膜１１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３及び接する側面部５に低抵抗膜
２１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及び基板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１０
２０上の低抵抗膜２１及び接合材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。

【００６９】スペーサ１０２０としては、基板１０１１
上の行方向配線１０１３及び列方向配線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。

【００７０】スペーサ１０２０の絶縁性部材１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１はその熱
膨張率が気密容器及び基板１０１１を成す部材と近いも
のが好ましい。

【００７１】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は帯電防止及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１０¹²Ω／□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。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、１０⁵Ω／□
以上であることが好ましい。

【００７２】絶縁性部材１に形成された高抵抗膜１１の
厚みｔは１０ｎｍ〜１μｍの範囲が望ましい。材料の表
面エネルギー及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。
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、高抵抗膜１１の比抵抗ρは０．
１［Ωｃｍ］乃至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乗乃至１０の６乗Ωｃｍとするのが
良い。

【００７３】スペーサは上述したようにその上に形成し
た高抵抗膜１１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。高抵抗膜１１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。即ち、高抵抗
膜１１の抵抗温度係数は−１％未満であることが望まし
い。

【００７４】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１０２０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。

【００７５】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等が挙げら
れる。

【００７６】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。

【００７７】スペーサ１０２０を構成する低抵抗膜２１
は、高抵抗膜１１を高電位側のフェースプレート１０１
７（メタルバック１０１９等）及び低電位側の基板１０
１１（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。

【００７８】高抵抗膜１１をフェースプレート１０１
７及び基板１０１１と電気的に接続する。

【００７９】既に記載したように、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）と直接或いは当接材１０４１を
介して接続した場合や、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及び当接材１０４１と
接触するスペーサ１０２０の当接面３或いは側面部５に
低抵抗の中間層を設けた。

【００８０】高抵抗膜１１の電位分布を均一化する。

【００８１】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。

【００８２】放出電子の軌道を制御する。

【００８３】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。

【００８４】低抵抗膜２１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、Ｎｉ，Ｃ
ｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等
の金属、あるいは合金、及びＰｄ，Ａｇ，Ａｕ，ＲｕＯ
２，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。

【００８５】接合材１０４１はスペーサ１０２０が行方
向配線１０１３及びメタルバック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。

【００８６】また、Ｄｘ１〜Ｄｘｍ及びＤｙ１〜Ｄｙｎ
及び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。

【００８７】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^-7Ｔｏｒｒ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、例えば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ないしは１×１０
^-7Ｔｏｒｒの真空度に維持される。

【００８８】以上説明した表示パネルを用いた画像形成
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。

【００８９】通常、冷陰極素子である本発明の表面伝導
型電子放出素子への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。

【００９０】以上、本発明の実施例の表示パネルの基本
構成と製法、及び画像形成装置の概要を説明した。続い
て、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。本発明の画像形成装
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。従って、例えば表面伝
導型電子放出素子や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。

【００９１】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、表面伝導型電子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、表面伝導型電子放出素子は、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、表面伝導型電子放出素子の中でも、
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。従って、高輝度で大画
面の画像形成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電子放出素子を用いた。

【００９２】そこで、まず好適な表面伝導型電子放出素
子について基本的な構成と製法及び特性を説明し、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。

【００９３】（表面伝導型電子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電子放出素子の代表的な構成に
は、平面型と垂直型の２種類が挙げられる。

【００９４】（平面型の表面伝導型電子放出素子）まず
最初に、平面型の表面伝導型電子放出素子の素子構成と
製法について説明する。図１０に示すのは、平面型の表
面伝導型電子放出素子の構成を説明するための平面図
（ａ）及び断面図（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は通電フォーミング処理により形成した
電子放出部、１１１３は通電活性化処理により形成した
薄膜である。

【００９５】基板１１０１としては、例えば、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ックス基板、あるいは上
述の各種基板上に例えば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。

【００９６】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。例えば、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、例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（例え
ば印刷技術）を用いて形成してもさしつかえない。

【００９７】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。

【００９８】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。

【００９９】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。

【０１００】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、例えば、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａ
ｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｐｂなどをはじめとする金属や、ＰｄＯ，Ｓｎ
Ｏ２，Ｉｎ２Ｏ３，ＰｂＯ，Ｓｂ２Ｏ３など
をはじめとする酸化物や、ＨｆＢ２，ＺｒＢ２，Ｌ
ａＢ６，ＣｅＢ６，ＹＢ４，ＧｄＢ４などをは
じめとする硼化物や、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，Ｔａ
Ｃ，ＳｉＣ，ＷＣなどをはじめとする炭化物や、Ｔｉ
Ｎ，ＺｒＮ，ＨｆＮなどをはじめとする窒化物や、Ｓ
ｉ，Ｇｅなどをはじめとする半導体や、カーボンなどが
挙げられ、これらの中から適宜選択される。

【０１０１】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、
１０³Ω／□から１０⁷Ω／□の範囲に含まれるよう設定
した。

【０１０２】なお、導電性薄膜１１０４と素子電極１１
０２及び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１０２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。

【０１０３】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１０２においては模式的に示した。

【０１０４】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及びその近
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。

【０１０５】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１０
２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。

【０１０６】以上、好ましい素子の基体構成を述べた
が、実施例においては以下のような素子を用いた。

【０１０７】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［オングストロー
ム］、電極間隔Ｌは２［マイクロメーター］とした。

【０１０８】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。

【０１０９】次に、好適な平面型の表面伝導型電子放出
素子の製造方法について説明する。

【０１１０】図１１（ａ）〜（ｄ）は、表面伝導型電子
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１０と同一である。

【０１１１】１）まず、図１１（ａ）に示すように、基
板１１０１上に素子電極１１０２及び１１０３を形成す
る。

【０１１２】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、
例えば、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。

【０１１３】２）次に、同図（ｂ）に示すように、導電
性薄膜１１０４を形成する。

【０１１４】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、それ以外の例えばスピンナー法やスプレー法を用い
てもよい。）。

【０１１５】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、例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。

【０１１６】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。

【０１１７】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。

【０１１８】通電方法をより詳しく説明するために、図
１２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。

【０１１９】実施例においては、例えば１０^-5Tｏｒｒ
程度の真空雰囲気下において、例えばパルス幅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
りで、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^-7Ａ
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。

【０１２０】なお、上記の方法は、本実施例の表面伝導
型電子放出素子に関する好ましい方法であり、例えば微
粒子膜の材料や膜厚、あるいは素子電極間隔Ｌなど表面
伝導型電子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。

【０１２１】４）次に、図１１（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。

【０１２２】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。

【０１２３】具体的には、１０^-4ないし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
を起原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［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。

【０１２４】通電方法をより詳しく説明するために、図
１３（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
面伝導型電子放出素子に関する好ましい条件であり、表
面伝導型電子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。

【０１２５】図１１（ｄ）に示す１１１４は該表面伝導
型電子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及び電
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１
１１２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１３（ｂ）に示すが、活性化用
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Ｉ
ｅ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。

【０１２６】なお、上述の通電条件は、本実施例の表面
伝導型電子放出素子に関する好ましい条件であり、表面
伝導型電子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。

【０１２７】以上のようにして、図１１（ｅ）に示す平
面型の表面伝導型電子放出素子を製造した。

【０１２８】（垂直型の表面伝導型電子放出素子）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
た表面伝導型電子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電子放出素子の構成に
ついて説明する。

【０１２９】図１４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
は通電フォー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。

【０１３０】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。従
って、図１０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及
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、例えばＳｉＯ２のような電気的に絶縁性の材料を
用いる。

【０１３１】次に、垂直型の表面伝導型電子放出素子の
製法について説明する。図１５（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
１４と同一である。

【０１３２】１）まず、図１５（ａ）に示すように、基
板１２０１上に素子電極１２０３を形成する。

【０１３３】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、例えばＳｉＯ２をスパッタ法で積層すればよい
が、例えば真空蒸着法や印刷法など他の成膜方法を用い
てもよい。

【０１３４】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。

【０１３５】４）次に、同図（ｄ）に示すように、絶縁
層の一部を、例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。

【０１３６】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、例えば塗布法などの
成膜技術を用いればよい。

【０１３７】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
１１（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。）。

【０１３８】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１１（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。）。

【０１３９】以上のようにして、図１５（ｆ）に示す垂
直型の表面伝導型電子放出素子を製造した。

【０１４０】（表示装置に用いた表面伝導型電子放出素
子の特性）以上、平面型と垂直型の表面伝導型電子放出
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。

【０１４１】図１６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、及び（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。

【０１４２】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。

【０１４３】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。

【０１４４】すなわち、放出電流Ｉｅに関しては、明確
な閾値電圧Ｖｔｈを持った非線形素子である。

【０１４５】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。

【０１４６】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。

【０１４７】以上のような特性を有するため、表面伝導
型電子放出素子を表示装置に好適に用いることができ
た。例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
Ｖｔｈ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。

【０１４８】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。

【０１４９】（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、上述の表面伝導型電子放
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。

【０１５０】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、図１０で示すものと同様な表面伝導型電子放出素
子が配列され、これらの素子は行方向配線１０１３と列
方向配線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１０１３と列方向配線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。

【０１５１】図６のＢ−Ｂ′に沿った断面図が、既に示
した図７である。

【０１５２】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１０１３、列方向配線１
０１４、電極間絶縁層（不図示）、及び表面伝導型電子
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１０１３及び列方向配線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。

【０１５３】（駆動回路及び駆動方法）図１７は、ＮＴ
ＳＣ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１７
０４からの１ライン分のデータを変調信号発生器１７０
７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。

【０１５４】以下、図１７の装置各部の機能を詳しく説
明する。

【０１５５】まず表示パネル１７０１は、端子Ｄｘ１な
いしＤｘｍ及び端子Ｄｙ１ないしＤｙｎ、及び高圧端子
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、例えば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。

【０１５６】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、実際には例
えばＦＥＴのようなスイッチング素子を組み合わせる事
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１０８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。

【０１５７】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及びＴｓ
ｆｔ及び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。

【０１５８】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。

【０１５９】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
従って適宜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。

【０１６０】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。

【０１６１】図１６を用いて説明したように、本発明に
関わる表面伝導型電子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電
子放出素子では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１６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、
例えば電子放出閾値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電子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。

【０１６２】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。

【０１６３】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。

【０１６４】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及び発振器の
出力する波数を計数する計数器（カウンタ）及び計数器
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。

【０１６５】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。

【０１６６】このような構成をとりうる本発明の適用可
能な画像形成装置においては、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。

【０１６７】ここで述べた画像形成装置の構成は、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。

【０１６８】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明はこれに限らず、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ものと
してもよい。

【０１６９】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。

【０１７０】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、表面に高
抵抗膜を有し、マルチ電子ビーム源及びフェースプレー
トとの接続部に低抵抗膜を有するスペーサを用いた画像
形成装置において、前記高抵抗膜と低抵抗膜の境界部で
の不意の電界集中を抑制し、放電の発生を防止するスペ
ーサを用いているので、信頼性の高い画像形成装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像形成装置が備える表示パネルの斜
視図

【図２】図1の表示パネルのA-A'に沿った断面図

【図３】スペーサを平板面の方向からみた模式図

【図４】製造工程で低抵抗膜境界線に凸部が発生した場
合を表す図

【図５】凸形状が発生した場合の電界集中の度合いを表
す図

【図６】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

【図７】図6のマルチ電子ビーム源のＢ-Ｂ'に沿った断
面図

【図８】蛍光体のレイアウト図

【図９】蛍光体の他のレイアウト図

【図１０】平面型の表面伝導型電子放出素子の平面図及
び断面図

【図１１】平面型の表面伝導型電子放出素子の製造工程
図

【図１２】フォーミング電圧の波形図

【図１３】活性化処理を説明するための波形図

【図１４】垂直型の表面伝導型電子放出素子の断面図

【図１５】垂直型の表面伝導型電子放出素子の製造工程
図

【図１６】電子放出素子の特性を示すグラフ

【図１７】テレビジョン表示を行うための駆動回路のブ
ロック図

【図１８】従来の表面伝導型電子放出素子の平面図

【図１９】電界放出型電子放出素子の断面図

【図２０】MIM型電子放出素子の断面図

【図２１】平面型の画像形成装置をなす表示パネル部の
一例を示す斜視図

【符号の説明】

１絶縁性部材３当接面５側面部１１高抵抗膜２１低抵抗膜２２凸部３１境界膜１０１０黒色の導電体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蛍光膜１０１９メタルバック１０２０スペーサ１１０１基板１１０２，１１０３素子電極１１０４導電性薄膜１１０５電子放出部１１１０フォーミング用電源１１１１電流計１１１２活性化用電源１１１３通電活性化処理により形成した薄膜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１２１３通電活性化処理により形成した薄膜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下電極３０２２絶縁層３０２３上電極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蛍光膜３１１９メタルバック３１２０スペーサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷陰極素子を有する電子源と、前記電子
源より放出された電子を制御する電極と、前記電子源よ
り放出された電子の衝突により画像を形成する画像形成
部材と、前記電子源と前記電極の間に配置されたスペー
サとを有する画像形成装置に於いて、前記スペーサは表面に高抵抗膜を有し、前記電子源及び
前記電極に対する前記スペーサの当接部に低抵抗膜を有
し、前記高抵抗膜は前記低抵抗膜を介して前記電子源及
び前記電極に電気的に接続され、前記スペーサの一部に、前記低抵抗膜から前記高抵抗膜
へと抵抗値が連続的に変化する領域を設けたことを特徴
とする画像形成装置。
【請求項２】前記低抵抗膜の境界線は前記領域を超え
て前記高抵抗膜側には存在しないことを特徴とする請求
項１の画像形成装置。
【請求項３】前記低抵抗膜の境界線のうち、前記高抵
抗膜側への凸部領域の高さが幅に対して２倍以下である
ことを特徴とする請求項２の画像形成装置。
【請求項４】前記高抵抗膜と前記低抵抗膜の表面抵抗
値比は、５倍以上５００倍以下であることを特徴とする
請求項１の画像形成装置。
【請求項５】前記高抵抗膜と前記低抵抗膜の表面抵抗
値比は、１０倍以上５０倍以下であることを特徴とする
請求項１の画像形成装置。
【請求項６】前記領域の幅は、１０μｍ以上で１００
μｍ以下であることを特徴とする請求項１の画像形成装
置。
【請求項７】前記領域の幅は、１０μｍ以上で３０μ
ｍ以下であることを特徴とする請求項１の画像形成装
置。
【請求項８】前記領域が、可動マスクによるスパッタ
成膜、イオン打込み、インクジェット塗布、印刷、加熱
処理のいずれかで形成されることを特徴とする請求項１
の画像形成装置。
【請求項９】前記複数の冷陰極素子は配線にて結線さ
れ、前記スペーサの前記電子源との電気的接続は、前記
配線にてなされることを特徴とする請求項１記載の画像
形成装置。
【請求項１０】前記複数の冷陰極素子は配線にて結線
され、前記スペーサの前記電子源との電気的接続は、前
記配線とは電気的に接続されていない第２の配線にてな
されることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項１１】前記複数の冷陰極素子が結線される前
記配線は、複数の行方向配線と複数の列方向配線からな
るマトリクス配線であることを特徴とする請求項７又は
８のいずれか一つに記載された画像形成装置。
【請求項１２】前記複数の冷陰極素子が結線される前
記配線は、複数の行方向配線からなり、前記冷陰極素子
は、隣接する行方向配線と結線されることを特徴とする
請求項７又は８のいずれか一つに記載された画像形成装
置。
【請求項１３】前記高抵抗膜は、１０⁵Ω／□以上で
１０¹²Ω／□以下の表面抵抗値を有することを特徴とす
る請求項１記載の画像形成装置。
【請求項１４】前記冷陰極素子は、電極間に電子放出
部を含む導電性薄膜を有することを特徴とする請求項１
記載の画像形成装置。
【請求項１５】前記冷陰極素子は、表面伝導型電子放
出素子であることを特徴とする請求項１記載の画像形成
装置。