JP2000251709A

JP2000251709A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2000251709A
Application number: JP11049200A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Sano; 義久左納; Hideaki Mitsutake; 英明光武
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 1999-02-25
Publication date: 2000-09-14
Anticipated expiration: 2019-02-25
Also published as: JP3624111B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電子源の照射部材で生じる電子線の軌道のず
れを全域で防止し、輝度低下や色ずれを防止する。【解決手段】画像表示領域内のスペーサＡにはフェー
スプレート１０７のメタルバック１０１９と、リアプレ
ート基板１０１１のあいだに印加される高電圧に耐え、
かつ帯電を防止するため導電性を付与する。一方、画像
領域外スペーサＣは画像表示領域内のスペーサより抵抗
を高くする。帯電の影響を受けない領域では帯電を緩和
する必要がなく、またリーク電流を抑えるため絶縁のス
ペーサＣを使用する。画像表示領域外でも、帯電の影響
を受ける場所では、スペーサＢの表面に導電性を与え
る。フェースプレート１０１７とリアプレート基板１０
１１の間の距離をｄとすると、画像表示領域の外側２ｄ
の距離の範囲で帯電の影響を受けやすいため、帯電を防
止するための導電性を持ったスペーサを配置する。

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、装置の外囲器に加わる大気圧を外囲器内部よ
り支持するために、外囲器内部スペーサを備えた画像形
成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、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。

【０００３】表面伝導型電子放出素子としては、たとえ
ば、Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，ＲａｄｉｏＥｎｇ．Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１０，１２９０，（１９
６５）や、後述する他の例が知られている。

【０００４】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：“ＴｈｉｎＳｏｌｉｄ
Ｆｉｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］や、Ｉｎ２
Ｏ３／ＳｎＯ２薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅ
ｌｌａｎｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥ
Ｔｒａｎｓ．ＥＤＣｏｎｆ．”，５１９（１９７
５）］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電子放出素子の素子構
成の典型的な例として、図２０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。

【０００６】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。

【０００７】また、ＦＥ型の例は、たとえば、Ｗ．Ｐ．
Ｄｙｋｅ＆Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄｅｍｉ
ｓｓｉｏｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏ
ｎＰｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）や、あるい
は、Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“Ｐｈｙｓｉｃａｌｐｒ
ｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅ
ｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈ
ｍｏｌｙｂｄｅｎｉｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．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
２１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
１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，“Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｕ
ｎｎｅｌ−ｅｍｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ”，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
２２に示す。同図は断面図であり、図において、３０２
０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、３０
２３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。

【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、たとえば本出願人による特開昭６４−
３１３３２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、表面伝導型電子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表示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ＵＳＰ４，９０４，８
９５に開示されている。また、ＦＥ型を画像表示装置に
応用した例として、たとえば、Ｒ．Ｍｅｙｅｒらにより
報告された平板型表示装置が知られている。［Ｒ．Ｍｅ
ｙｅｒ：“ＲｅｃｅｎｔＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｎ
ＭｉｃｒｏｔｉｐｓＤｉｓｐｌａｙａｔＬＥＴ
Ｉ”，Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇｅｓｔｏｆ４ｔｈＩｎ
ｔ．ＶａｃｕｕｍＭｉｃｒｏｅｌｅ−ｃｔｒｏｎｉｃ
ｓＣｏｎｆ．，Ｎａｇａｈａｍａ，ｐｐ．６〜９（１
９９１）］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３−５
５７３８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２３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
上の正の整数であり、目的とする表示画素数に応じて適
宜設定される。）また、前記ｎ×ｍ個の冷陰極素子３１
１２は、図２４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
２４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】以上述べた画像形成装置の電子線装置は、
装置内の真空雰囲気を維持するための外囲器、電子源、
電子照射部材を有するが、さらに外囲器に加わる大気圧
を外囲器内部から支持するためのスペーサを外囲器内に
配置する。

【００２７】特に前述の表示装置などの画像形成装置に
おいては、画像表示装置の大面積化や装置の薄型化を実
現していくためには、外囲器内部へのスペーサ配置は不
可欠である。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、画像形成装置
にスペーサを配置した場合、電子照射面での電子線の照
射位置が設計位置から外れてしまう問題が生じている。
この場合は、例えば蛍光体面上での電子線の照射位置や
発光形状の設計値からのずれを意味する。特に時にカラ
ー画像のＲＧＢの蛍光体を備える画像形成部材を用いた
場合には、電子線の照射位置とあわせて、輝度低下や色
ずれの発生も見られる場合もある。本現象は、特に電子
源と画像形成部材ならびにその周辺に配置されるスペー
サの近傍で起こる。

【００２９】この現象の原因は以下の通りである。

【００３０】電子源から放出された電子が照射部材に照
射される場合、照射部材で電子の一部が反射される、ま
た電子の照射によってイオンが照射部材から放出される
などの現象が生じる。放出された電子やイオンは、近傍
に絶縁体部材が存在すると絶縁部材の帯電の原因とな
る。放射電子やイオンの絶縁体への付着や、放射電子の
絶縁体への突入による二次電子発生による帯電などがあ
る。

【００３１】絶縁体の帯電が進行すると、周辺の電場の
変化が生じ、その後電子源から放出されて電子の軌道の
ずれを発生させる。その結果、発光するべき蛍光体に電
子が入射されなくなる、他の蛍光体を発光させてしま
う、などの問題が起きる。

【００３２】画像表示領域に配置された絶縁体に限ら
ず、画像表示領域近傍の絶縁体部分にも帯電が生じ、電
子軌道のずれを生じさせる。

【００３３】そこで、本発明は、画像形成装置におい
て、電子源の照射部材で生じる電子線の位置ずれを全域
で防止し、輝度低下や色ずれを防止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】電子放出素子が設けられ
た電子源を特定の範囲（以下電子源領域と呼ぶ）に備え
た電子源基板と、前記電子源から放出された電子を照射
させるために前記電子源に真空雰囲気中で対向配置さ
れ、前記電子放出素子から放出された電子を加速するた
めの加速電圧を特定の範囲（以下照射部材領域と呼ぶ）
に備えた電子照射部材を有する電子照射基板と、前記電
子源基板と前記電子照射基板との間に配置されたスペー
サを有する画像形成装置において、スペーサが、異なる
表面抵抗を有する複数種のスペーサにより構成する。

【００３５】

【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。

【００３６】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。

【００３７】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
２０が設けられている。

【００３８】次に、本発明の画像形成装置に用いること
ができる電子放出素子基板について説明する。本発明の
画像形成装置に用いられる電子源基板は複数の冷陰極素
子を基板上に配列することにより形成される。

【００３９】冷陰極素子の配列の方式には、冷陰極素子
を並列に配置し、個々の素子の両端を配線で接続するは
しご型配置（以下、はしご型配置電子源基板と称する）
や、冷陰極素子の一対の素子電極のそれぞれＸ方向配
線、Ｙ方向配線を接続した単純マトリクス配置（以下、
マトリクス型配置電子源基板と称する）が挙げられる。
なお、はしご型配置電子源基板を有する画像形成装置に
は、電子放出素子からの電子の飛翔を制御する電極であ
る制御電極（グリッド電極）を必要とする。

【００４０】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。

【００４１】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もしく
は、はしご型配置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。

【００４２】したがって、たと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。

【００４３】次に、冷陰極素子として表面伝導型電子放
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。

【００４４】図２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、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。

【００４５】図２のＢ−Ｂ′に沿った断面を、図３に示
す。

【００４６】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）、および表面伝導型電
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および列方向配線１０１４を介して各素
子に給電して通電フォーミング処理（後述）と通電活性
化処理（後述）を行うことにより製造した。

【００４７】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。

【００４８】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。各色の蛍光体は、たとえば図４
（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１
０１０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。

【００４９】また、３原色の蛍光体の塗り分け方は前記
図４（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４（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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】また、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。

【００５３】画像表示領域内に配置されるスペーサにつ
いて説明する。図５は図１のＡ−Ａ′のスペーサ１０２
０を拡大した部位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１０２０Ａ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
トの内側および基板１０１１の表面に接合材１０４１に
より固定される。また、高抵抗膜は、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１０２０Ａ上の低抵抗
膜２１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１０
１３に電気的に接続されている。

【００５４】スペーサ１０２０としては、基板１０１１
上の行方向配線１０１３および列方向配線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。

【００５５】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
膨張率が気密容器および基板１０１１を成す部材と近い
ものが好ましい。

【００５６】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２１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
の観点から表面抵抗Ｒ／□は１０の１２乗Ω以下である
ことが好ましい。十分な帯電防止効果を得るためには１
０の１１乗Ω以下がさらに好ましい。表面抵抗の下限は
スペーサ形状とスペーサ間に印加される電圧により左右
されるが、１０の５乗Ω以上であることが好ましい。

【００５７】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。
表面抵抗Ｒ／□はρ／ｔであり、以上に述べたＲ□とｔ
の好まし範囲から、帯電防止膜の比抵抗ρは０．１［Ω
ｃｍ］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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】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等があげら
れる。

【００６１】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。

【００６２】スペーサ１０２０Ａを構成する低抵抗膜２
１は、高抵抗膜１１を高電位側のフェースプレート１０
１７（メタルバック１０１９等）及び低電位側の基板１
０１１（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。

【００６３】高抵抗膜１１をフェースプレート１０１７
及び基板１０１１と電気的に接続する。

【００６４】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、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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】接合材１０４１はスペーサ１０２０が行方
向配線１０１３およびメタルバック１０１９と電気的に
接続するように、導電性をもたせる必要がある。すなわ
ち、導電性接着材や金属粒子や導電性フィラーを添加し
たフリットガラスが好適である。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】以上、本発明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。

【００７４】次に、前記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。

【００７５】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。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。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。

【００７６】（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種類があげられる。

【００７７】（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。

【００７８】図６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）および断
面図（ｂ）である。図中、１１０１は基板、１１０２と
１１０３は素子電極、１１０４は導電性薄膜、１１０５
は通電フォーミング処理により形成した電子放出部、１
１１３は通電活性化処理により形成した薄膜である。

【００７９】基板１１０１としては、たとえば、石英ガ
ラスや青板ガラスをはじめとする各種ガラス基板や、ア
ルミナをはじめとする各種セラミクス基板、あるいは上
述の各種基板上にたとえばＳｉＯ２を材料とする絶縁
層を積層した基板、などを用いることができる。

【００８０】また、基板１１０１上に基板面と平行に対
向して設けられた素子電極１１０２と１１０３は、導電
性を有する材料によって形成されている。たとえば、Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｐｄ，
Ａｇ等をはじめとする金属、あるいはこれらの金属の合
金、あるいは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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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，ＣｅＢ６，ＹＢ４，ＧｄＢ４，など
をはじめとする硼化物や、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，Ｔ
ａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ，などをはじめとする炭化物や、Ｔ
ｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ，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。

【００８５】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。

【００８６】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６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。

【００８７】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６においては模式的に示した。

【００８８】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。

【００８９】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１１
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。

【００９０】以上、好ましい素子の基本構成を述べた
が、実施例においては以下のような素子を用いた。

【００９１】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。

【００９２】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］とした。

【００９３】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。

【００９４】図７（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６と同一である。

【００９５】１）まず、図７（ａ）に示すように、基板
１１０１上に素子電極１１０２および１１０３を形成す
る。

【００９６】形成するにあたっては、あらかじめ基板１
１０１を洗剤、純水、有機溶剤を用いて十分に洗浄後、
素子電極の材料を堆積させる。（堆積する方法として
は、たとえば、蒸着法やスパッタ法などの真空成膜技術
を用ればよい。）その後、堆積した電極材料を、フォト
リソグラフィー・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。

【００９７】２）次に、同図（ｂ）に示すように、導電
性薄膜１１０４を形成する。

【００９８】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、本実施例で用いた有機金属溶液の塗布による方法以
外の、たとえば真空蒸着法やスパッタ法、あるいは化学
的気相堆積法などを用いる場合もある。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】通電方法をより詳しく説明するために、図
８において、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１１１１で計測した。

【０１０２】実施例においては、たとえば１０のマイナ
ス５乗［ｔｏｒｒ］程度の真空雰囲気下において、たと
えばパルス幅Ｔ１を１［ミリ秒］、パルス間隔Ｔ２を１
０［ミリ秒］とし、波高値Ｖｐｆを１パルスごとに０．
１［Ｖ］ずつ昇圧した。そして、三角波を５パルス印加
するたびに１回の割りで、モニターパルス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。

【０１０３】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、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。

【０１０４】４）次に、図７（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。

【０１０５】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。

【０１０６】具体的には、１０のマイナス４乗ないし１
０のマイナス５乗［ｔｏｒｒ］の範囲内の真空雰囲気中
で、電圧パルスを定期的に印加することにより、真空雰
囲気中に存在する有機化合物を起源とする炭素もしくは
炭素化合物を堆積させる。堆積物１１１３は、単結晶グ
ラファイト、多結晶グラファイト、非晶質カーボン、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。

【０１０７】通電方法をより詳しく説明するために、図
９（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。

【０１０８】図７（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および電
流計１１１６が接続されている。（なお、基板１１０１
を、表示パネルの中に組み込んでから活性化処理を行う
場合には、表示パネルの蛍光面をアノード電極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。

【０１０９】図９（ｂ）には、電流計１１１６で計測さ
れた放出電流Ｉｅの一例を示す。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。

【０１１０】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。

【０１１１】以上のようにして、図７（ｅ）に示す平面
型の表面伝導型電子放出素子を製造した。

【０１１２】（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。

【０１１３】図１０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。

【０１１４】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６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。

【０１１５】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１１（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
１０と同一である。

【０１１６】１）まず、図１１（ａ）に示すように、基
板１２０１上に素子電極１２０３を形成する。

【０１１７】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。

【０１１８】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。

【０１１９】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。

【０１２０】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。

【０１２１】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７（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７（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１１（ｆ）に示す垂直型の表面伝
導型電子放出素子を製造した。

【０１２２】（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。

【０１２３】図１２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。

【０１２４】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。

【０１２５】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。

【０１２６】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。

【０１２７】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。

【０１２８】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。

【０１２９】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。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。

【０１３０】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。

【０１３１】（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。

【０１３２】図２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１で示した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１０１
３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。

【０１３３】図２のＢ−Ｂ′に沿った断面を、図３に示
す。

【０１３４】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および列方向配線電極１０
１４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。

【０１３５】（駆動回路構成および駆動方法）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１
７０７に入力する。同期信号分離回路１７０６はＮＴＳ
Ｃ信号から同期信号を分離する。

【０１３６】以下、図１３の装置各部の機能を詳しく説
明する。

【０１３７】まず表示パネル１７０１は、端子Ｄｘ１な
いしＤｘｍおよび端子Ｄｙ１ないしＤｙｎ、および高圧
端子Ｈｖを介して外部の電気回路と接続されている。こ
のうち、端子Ｄｘ１ないしＤｘｍには、表示パネル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。

【０１３８】次に、走査回路１７０２について説明す
る。同回路は、内部にｍ個のスイッチング素子（図中、
Ｓ１ないしＳｍで模式的に示されている）を備えるもの
で、各スイッチング素子は、直流電圧源Ｖｘの出力電圧
もしくは０［Ｖ］（グランドレベル）のいずれか一方を
選択し、表示パネル１７０１の端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ
と電気的に接続するものである。Ｓ１ないしＳｍの各ス
イッチング素子は、制御回路１７０３が出力する制御信
号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１１８に例示した電子放出素子の特
性に基づき走査されていない素子に印加される駆動電圧
が電子放出しきい値電圧Ｖｔｈ電圧以下となるよう、一
定電圧を出力するよう設定されている。

【０１３９】また、制御回路１７０３は、外部より入力
する画像信号に基づいて適切な表示が行なわれるように
各部の動作を整合させる働きをもつものである。次に説
明する同期信号分離回路１７０６より送られる同期信号
Ｔｓｙｎｃに基づいて、各部に対してＴｓｃａｎおよび
ＴｓｆｔおよびＴｍｒｙの各制御信号を発生する。同期
信号分離回路１７０６は、外部から入力されるＮＴＳＣ
方式のテレビ信号から、同期信号成分と輝度信号成分と
を分離する為の回路で、良く知られているように周波数
分離（フィルタ）回路を用いれば容易に構成できるもの
である。同期信号分離回路１７０６により分離された同
期信号は、良く知られるように垂直同期信号と水平同期
信号より成るが、ここでは説明の便宜上、Ｔｓｙｎｃ信
号として図示した。一方、前記テレビ信号から分離され
た画像の輝度信号成分を便宜上ＤＡＴＡ信号と表すが、
同信号はシフトレジスタ１７０４に入力される。

【０１４０】シフトレジスタ１７０４は、時系列的にシ
リアルに入力される前記ＤＡＴＡ信号を、画像の１ライ
ン毎にシリアル／パラレル変換するためのもので、前記
制御回路１７０３より送られる制御信号Ｔｓｆｔに基づ
いて動作する。すなわち、制御信号Ｔｓｆｔは、シフト
レジスタ１７０４のシフトクロックであると言い換える
こともできる。シリアル／パラレル変換された画像１ラ
イン分（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当す
る）のデータは、Ｉｄ１ないしＩｄｎのｎ個の信号とし
て前記シフトレジスタ１７０４より出力される。

【０１４１】ラインメモリ１７０５は、画像１ライン分
のデータを必要時間の間だけ記憶する為の記憶装置であ
り、制御回路１７０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙに
したがって適宜Ｉｄ１ないしＩｄｎの内容を記憶する。
記憶された内容は、Ｉ′ｄ１ないしＩ′ｄｎとして出力
され、変調信号発生器１７０７に入力される。

【０１４２】変調信号発生器１７０７は、前記画像デー
タＩ′ｄ１ないしＩ′ｄｎの各々に応じて、電子放出素
子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Ｄｏｙ１ないしＤｏｙｎ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。

【０１４３】図１２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
出閾値以上の電圧に対しては、図１２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。

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

【０１４５】シフトレジスタ１７０４やラインメモリ１
７０５は、デジタル信号式のものでもアナログ信号式の
ものでも採用できる。すなわち、画像信号のシリアル／
パラレル変換や記憶が所定の速度で行われればよいから
である。

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

【０１４７】アナログ信号を用いた電圧変調方式の場
合、変調信号発生器１７０７には、例えばオペアンプな
どを用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてシフトレ
ベル回路などを付加することもできる。パルス幅変調方
式の場合には、例えば、電圧制御型発振回路（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。

【０１４８】このような構成をとりうる本発明の適用可
能な画像表示装置においては、各電子放出素子に、容器
外端子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。

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

【０１５０】本発明の画像表示装置においては、表示パ
ネル内に耐大気圧のためのスペーサを配置する。スペー
サは、画像表示領域内および領域外に必要に応じた位置
に必要に応じて数だけ配置される。

【０１５１】図１４は図１の画像形成装置のＡＡ′断面
であり、スペーサＡ（１０２０Ａ）、スペーサＢ（１０
２０Ｂ）、スペーサＣ（１０２０Ｃ）およびフェースプ
レート、リアプレートの電位規定部位を示してある。

【０１５２】そこで、パネル内に配置されるスペーサ
Ａ、Ｂ、Ｃについて説明する。

【０１５３】画像表示領域内のスペーサＡにはフェース
プレート１０７のメタルバック１０１９と、リアプレー
ト基板１０１１のあいだに印加される高電圧に耐え、か
つスペーサ１０２０の表面への帯電を防止するための導
電性を付与する。

【０１５４】一方、画像領域外スペーサＣは画像領域内
のスペーサより抵抗を高くする。帯電の影響を受けない
領域では帯電を緩和する必要がなく、またリーク電流を
抑えるため絶縁のスペーサＣを使用する。

【０１５５】また、画像表示領域外でも、帯電の影響を
受ける範囲に配置されたスペーサＢでは、スペーサの表
面に導電性を与える。フェースプレート１０１７とリア
プレート基板１０１１の間の距離をｄとすると、画像表
示領域の外側２ｄの距離の範囲で帯電の影響を受けやす
いため、帯電を防止するための導電性を持ったスペーサ
を配置する。

【０１５６】その場合、導電性を付与されたスペーサの
配置されている範囲に電位規定を行う。フェースプレー
ト１０１７の電位規定部位２０００には表面のＩＴＯ薄
膜、メタルバック等と同じ電位とする。またリアプレー
ト基板１０１１では行方向配線１０１３、列方向配線１
０１４あるいは、独立した別の配線によって、行方向配
線１０１３の電位、列方向配線の電位、あるいは零電位
に規定する。

【０１５７】次に、図１５を参照して、電位を規定する
範囲２ｄについて説明する。

【０１５８】メタルバック１０１９あるいはＩＴＯ薄膜
とリアプレート基板１０１１に印加される電位差をＶ
ａ、間隔をｄとする。電子源から放出された電子の一部
が蛍光体で反射したり、蛍光体から陽イオンが放出さ
れ、近傍のスペーサ、蛍光体、電子源基板に照射され
る。蛍光体で反射された電子が、Ｖａ（ｅは電子の有す
る電荷）のエネルギーを持っていた場合、反射後に周辺
に飛散する領域は蛍光体の前記反射位置から２ｄの範囲
である。その範囲で、照射された部材が絶縁性の場合帯
電が生じる。

【０１５９】その領域に配置された部材に、高抵抗膜を
施し帯電を防止した。

【０１６０】ただし、２ｄよりも外側では帯電の影響は
小さいため、不要なリーク電流を抑えるため絶縁性のス
ペーサＣを使用した。

【０１６１】

【実施例】［実施例１］図１６は、本発明の画像形成装
置の第一実施例の一部を破断した斜視図であり、図１７
は図１６に示した画像形成装置Ｙ方向から見た断面（Ａ
Ａ′）を模式的に示した図である。図１６、図１７にお
いてリアプレート（Ｅ１１）には、複数の表面伝導型の
電子放出素子（Ｅ１２）がマトリックス上に配列された
電子源（Ｅ１３）が固定されている。電子源（Ｅ１３）
にはガラス基板（Ｅ１４）の内面に蛍光膜（Ｅ１５）と
加速電極であるメタルバック（Ｅ１６）が形成された、
画像形成部材としてのフェースプレート（Ｅ１７）が絶
縁性材料からなる支持枠（Ｅ１８）を介して対向配置さ
れており、電子源（Ｅ１３）とメタルバック（Ｅ１６）
との間には、不図示の電源により高電圧が印加される。
これらリアプレート（Ｅ１１）と支持枠（Ｅ１８）およ
びフェースプレート（Ｅ１７）とで外囲器を構成する。

【０１６２】図１５に示すように、メタルバック（Ｅ１
６）と電子源（Ｅ１３）との間の距離をｄとし、電子源
から放出される電子がフェースプレートに入射する範囲
をＡとする。そのＡの範囲に配置されるスペーサＡ（Ｅ
１９Ａ）、その外郭から２ｄ外側までの範囲に配置され
るスペーサＢ（Ｅ１９Ｂ）、さらにその外側にスペーサ
Ｃ（Ｅ１９Ｃ）が配置される構成について説明する。

【０１６３】スペーサ（Ｅ１９Ａ、Ｅ１９Ｂ）には、表
面に導電性を付与し帯電を抑止する。表面に導電膜（Ｅ
１１１）として、ＳｉＯ２を蒸着によって１０００Å
程度成膜した。表面抵抗の大きさは、１．０×１０
¹⁰（Ω／□）とした。

【０１６４】また、電子源（Ｅ１３）の表面には各電子
放出素子（Ｅ１２）およびそれらを電気的に接続する配
線をのぞく部位の所定の範囲（Ｅ１１２）に金属膜から
なる電位規定膜が形成され、この範囲内が電位規定部と
なっている。本実施例では、Ｐｔのスパッタ膜を２００
０Å成膜することにより形成した。この電位規定膜は電
子源近接領域（電子源の外周）のみ形成してもよい。

【０１６５】さらに、フェースプレート（Ｅ１７）の画
像が表示される領域の外側にもＩＴＯ膜（Ｅ１１０）、
メタルバック（Ｅ１６）などの膜が形成され電位規定さ
れている。本実施例では、ＩＴＯ（Ｅ１１０）を電位規
定に用いた。

【０１６６】なお、電位規定されない領域に配置されて
いるスペーサＣは、絶縁性の部材を使用した。

【０１６７】本実施例では、ｄは５ｍｍとした。すなわ
ち電位規定される領域Ｂは、Ｘ方向、Ｙ方向それぞれに
ついて、画像表示領域から外側に約１０ｍｍの範囲であ
る。画像表示時には、フェースプレート（Ｅ１７）、リ
アプレート（Ｅ１１）の間に６ｋＶを印加した。素子の
駆動のための電圧は１５Ｖとした。

【０１６８】電子放出素子（Ｅ１２）から放出された電
子がフェースプレート（Ｅ１７）で反射されスペーサ
Ａ、スペーサＢに入射する。スペーサ表面では入射する
電子によって、二次電子放出が生じて帯電が起きる。し
かし、フェースプレート（Ｅ１７）とリアプレート（Ｅ
１１）の電位規定された膜を通じてスペーサＡ、Ｂ表面
の導電膜に微少電流が流れ、帯電を緩和することができ
る。

【０１６９】また、素子駆動時にスペーサＡ、Ｂで発生
するような帯電はスペーサＣには発生しないので、素材
を絶縁性としリーク電流を抑制することができる。

【０１７０】その結果、電子源から放出された電子は帯
電による影響を最小限に抑えられ、電子の軌道が安定
し、発光位置ずれのない良好な画像を形成し、かつ帯電
の影響を受けないスペーサでリーク電流を抑え消費電力
を低減することができるようになった。

【０１７１】なお、本実施例では、スペーサＡ、Ｂの表
面抵抗を同じに設定したが、異なる抵抗値でもよい。特
にスペーサＢをＡより高い抵抗にすることによりさらに
消費電力を抑えることができる。

【０１７２】［実施例２］本実施例では、画像表示領域
内にスペーサが配置されるが、表示領域の周辺近傍には
スペーサが配置されない構成での説明を行なう。表示領
域外の離れた場所にスペーサが配置されている。

【０１７３】図１８は、本発明の画像形成装置の第一実
施例の一部を破断した斜視図であり、図１９は図１８に
示した画像形成装置Ｙ方向から見た断面（ＡＡ′）を模
式的に示した図である。図１９においてリアプレート
（Ｅ２１）には、複数の表面伝導型の電子放出素子（Ｅ
２２）がマトリックス上に配列された電子源（Ｅ２３）
が固定されている。電子源（Ｅ２３）にはガラス基板
（Ｅ２４）の内面に蛍光膜（Ｅ２５）と加速電極である
メタルバック（Ｅ２６）が形成された、画像形成部材と
してのフェースプレート（Ｅ２７）が絶縁性材料からな
る支持枠（Ｅ２８）を介して対向配置されており、電子
源（Ｅ２３）とメタルバック（Ｅ２６）との間には、不
図示の電源により高電圧が印加される。これらリアプレ
ート（Ｅ２１）と支持枠（Ｅ２８）およびフェースプレ
ート（Ｅ２７）とで外囲器を構成する。

【０１７４】電子源から放出される電子がフェースプレ
ートに入射する範囲をＡとする。そのＡの範囲に配置さ
れるスペーサＡ（Ｅ２９Ａ）、さらにその外側にスペー
サＣ（Ｅ２９Ｃ）が配置される構成について説明する。

【０１７５】この領域内に配置されるスペーサには、表
面に導電膜（Ｅ１１１）をつけ導電性を付与し帯電を抑
止する。表面にＳｉＯ２を蒸着によって１０００Å程
度成膜した。表面抵抗の大きさは、１．０×１０¹⁰（Ω
／□）とした。

【０１７６】一方、画像表示領域外に配置されているス
ペーサは、絶縁性の部材を使用した。

【０１７７】本実施例でも、ｄは５ｍｍとした。画像表
示時には、フェースプレート、リアプレートの間に６ｋ
Ｖを印加した。素子の駆動のための電圧は１５Ｖとし
た。

【０１７８】画像表示領域内においては、画像表示時に
スペーサの表面に帯電が生じたとき、フェースプレート
とリアプレートの電位規定された膜を通じてスペーサ表
面に微少電流が流れ、帯電を緩和することができる。画
像領域外では、スペーサを絶縁とすることにより、リー
ク電流を抑制できる。

【０１７９】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、画像領域
内のスペーサの帯電による画質低下をおさえ、良好な画
像を形成しつつリーク電流の小さく消費電力の小さい画
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の表示パネルに用いたマルチ電子ビーム源
の平面図

【図３】図２のマルチ電子ビーム源のＢ−Ｂ’に沿った
断面図

【図４】蛍光体のレイアウト図

【図５】スペーサの拡大図

【図６】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７】平面型の表面伝導型電子放出素子の製造工程図

【図８】フォーミング電圧の波形図

【図９】活性化処理用電源からの出力電圧の波形図

【図１０】垂直型の表面伝導型電子放出素子の断面図

【図１１】垂直型の表面伝導型電子放出素子の製造工程
図

【図１２】実施例で用いた表面伝導型電子放出素子の典
型的な特性を示すグラフ

【図１３】テレビジョン表示を行うための駆動回路

【図１４】図１の画像形成装置のＡーＡ’に沿った断面
図

【図１５】電位を規定する範囲を説明するための電子放
出素子付近の拡大断面図

【図１６】第１実施例の斜視図

【図１７】図１６の第１実施例のＡ−Ａ’に沿った断面
図

【図１８】第２実施例の斜視図

【図１９】図１８の第２実施例のＡ−Ａ’に沿った断面
図

【図２０】従来の表面伝導型電子放出素子の平面図

【図２１】従来の電界放出型素子の断面図

【図２２】従来の金属／絶縁層／金属型電子放出素子の
断面図

【図２３】従来の平面型表示パネルの斜視図

【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】電子放出素子が設けられた電子源を電子源
領域に設けた電子源基板と、前記電子源から放出された
電子を照射させるために前記電子源に真空雰囲気中で対
向配置され、前記電子放出素子から放出された電子を加
速するための加速電圧を印加する照射部材領域を設けた
電子照射部材を有する電子照射基板と、前記電子源基板
と前記電子照射基板との間に配置されたスペーサとを有
する画像形成装置において、前記スペーサには、異なる表面抵抗を有する複数種のス
ペーサを用いることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】前記の複数種のスペーサのうち一部は導電
性を有し、他のスペーサは絶縁性であることを特徴とす
る請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】前記スペーサの表面抵抗が、前記照射部材
領域内に配置されたものは導電性、領域外に配置された
ものは絶縁性であることを特徴とする請求項２記載の画
像形成装置。
【請求項４】前記スペーサの表面抵抗が、電子源領域内
に配置されたものは導電性、領域外に配置されたものは
絶縁性であることを特徴とする請求項２記載の画像形成
装置。
【請求項５】前記スペーサの表面抵抗が、前記照射部材
領域内、または前記電子源領域と隣接領域に配置された
ものは導電性、それ以外の領域に配置されたものは絶縁
であることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
【請求項６】電子源基板と電子照射部材の間隔をｄとす
ると、導電性を有するスペーサの配置される隣接領域
を、電子源領域の外周あるいは電子照射部材領域の外周
から２ｄのあいだの距離に配置されることを特徴とする
請求項５記載の画像形成装置。
【請求項７】導電性を有するスペーサの配置される領
域、すなわち電子源の外周あるいは電子照射部材の外周
から２ｄのあいだの距離の領域および電子照射部材領域
が、電子照射基板については電子照射部材の電位に規定
されることを特徴とする請求項６記載の画像形成装置。
【請求項８】導電性を有するスペーサの配置される領
域、すなわち、電子源の外周あるいは電子照射部材の外
周から２ｄのあいだの距離が、電子源基板については電
子源の電位に規定される事を特徴とする請求項６記載の
画像形成装置。
【請求項９】電子源基板の電位は、電子源を駆動する配
線によって決定されることを特徴とする請求項８記載の
画像形成装置。
【請求項１０】電子源基板の電位は、電子源を駆動する
配線以外の専用の電極によって決定される特徴とする請
求項８記載の画像形成装置。
【請求項１１】前記照射部材領域または前記電子源領域
の隣接領域に配置された導電性を有するスペーサが、表
面抵抗の異なるスペーサによって構成されていることを
特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
【請求項１２】前記照射部材領域または前記電子源領域
のスペーサの表面抵抗が、前記照射部材領域または前記
電子源領域の隣接領域に配置されたスペーサの表面抵抗
より低いことを特徴とする請求項１１記載の画像形成装
置。
【請求項１３】前記照射部材領域または前記電子源領域
の隣接領域に配置されたスペーサが、少なくとも前記照
射部材領域または前記電子源領域に向いた側面に導電性
を有することを特徴とする請求項５記載の画像形成装
置。
【請求項１４】前記照射部材領域または前記電子源領域
とそれら領域外との境界に配置されたスペーサが、少な
くとも前記照射部材領域または前記電子源領域に向いた
側面に導電性を有することを特徴とする請求項１３記載
の画像形成装置。
【請求項１５】前記スペーサの表面抵抗が、前記電子源
領域と隣接領域に配置されたものと、それ以外の領域に
配置されたもので異なることを特徴とする画像形成装
置。
【請求項１６】前記スペーサの表面抵抗が、前記電子源
領域と隣接領域に配置されたものよりも、それ以外の領
域に配置されたものが表面抵抗が高いことを特徴とする
請求項１５記載の画像形成装置。
【請求項１７】前記スペーサが、耐大気圧支持部材であ
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１８】前記スペーサの一部が真空維持のための
ゲッタの固定部材あるいは支持部材であることを特徴と
する請求項１記載の画像形成装置。
【請求項１９】前記スペーサの一部が真空維持のための
外壁を兼ね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２０】前記スペーサが平板、円柱、円錐、円錐
台、または球の形状であ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２１】前記スペーサがガラス部材、あるいはセ
ラミック部材、あるいは樹脂部材により形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項２２】前記スペーサは、導電性部材により形成
されてい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２３】前記スペーサの表面、あるいは内部に導
電性を有する部材を含むことを特徴とする請求項１記載
の画像形成装置。
【請求項２４】前記スペーサの表面に導電性の薄膜が形
成されてい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２５】前記スペーサの表面抵抗が導電性のもの
は１×１０⁵Ω／□以上で、１×１０ ¹²Ω／□以下であ
り、絶縁性であるものは１０¹⁴Ω／□以上であることを
特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項２６】前記スペーサと、前記電子源基板あるい
は前記電子照射基板間に、導電性接着剤を配置したこと
を特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項２７】前記スペーサと前記導電性接着剤との間
に、前記スペーサの表面抵抗よりも低い抵抗の薄膜を中
間層として形成したことを特徴とする請求項２６記載の
画像形成装置。
【請求項２８】前記スペーサと、前記電子源基板あるい
は前記電子照射基板間に導電性ガラスフリットを配置し
たことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項２９】前記スペーサと前記導電性ガラスフリッ
トとの間に、前記スペーサの表面抵抗よりも低い抵抗の
薄膜を中間層として形成したことを特徴とする請求項２
８記載の画像形成装置。