JP3187367B2 - 電子装置及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願に係わる発明は、電子放
出に係わる電子装置に関する。また特に電子により画像
を形成する画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、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型素子と記す）や、金属／絶縁層／
金属型電子放出素子（以下ＭＩＭ型素子と記す）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, 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Ｓｎ０2 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 薄膜によるものや［M.Hartwel
l and C.G.Fonstad:"IEEE Trans.ED Conf.",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１９に上述したM.Hartwellら
による表面伝導型電子放出素子の平面図を示す。図１９
において３００１は基板、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に後述する通電フォーミン
グと呼ばれる通電処理を施すことにより、電子放出部３
００５が形成される。図中の間隔Ｌは、０．５〜１ｍ
ｍ，幅Ｗは０．１ｍｍに設定されている。尚、便宜上、
図１９において電子放出部３００５は導電性薄膜３００
４のほぼ中央に矩形の形状により示したが、これは模式
的なものであり、実際の電子放出部３００５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、
上述した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３００５
を形成するのが一般的であった。即ち、通電フォーミン
グとは、通電により電子放出部を形成するものであり、
例えば前記導電性薄膜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３０
０４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】ＦＥ型素子の例としては、例えば、W.P.Dy
ke & W.W.Dolan,"Field emission",Advance in Electro
n Physics,8,89(1956) や、あるいは、C.A.Spindt,"Pys
icalproperties of thin-film field emmission cathod
es with molybdemum cones",J. Appl. Phys.,47,5248(1
976)などが知られている。

【０００８】ＦＥ型の素子構成の典型的な例（前述の
Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔらの素子）の断面図を図２０に示
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させるものであ
る。

【０００９】また、ＦＥ型の他の素子構成として図２０
のような積層構造ではなく、基板上に基板平面とほぼ並
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型素子の例としては、例え
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２１に示す。同図
は断面図であり、図示において３０２０は基板で、３０
２１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。ＭＩＭ型においては上電極３０２３と下電極３０２
１の間に適宜の電圧を印加することにより、上電極３０
２３の表面より電子放出を起させるものである。

【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
タを必要としない。したがって、熱陰極素子よりも構造
が簡単であり、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早いという利点も
ある。

【００１２】以上の理由により、冷陰極素子を応答する
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とい
う利点がある。そこで、例えば本出願人による特開昭６
４−３１３３２号において開示されるように、多数の素
子を配列して駆動するための方法が研究されている。ま
た、表面伝導型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。

【００１４】特に、画像表示装置への応用としては、た
とえば本出願人によるＵＳＰ ５，０６６，８８３号や
特開平２−２５７５５１号、特開平４−２８１３７号に
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において優れてい
ると言える。

【００１５】また、ＦＥ型を多数個ならべて駆動する方
法は、例えば本出願人によるＵＳＰ４，９０４，８９５
に開示されている。また、ＦＥ型を画像表示装置に応用
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:"Recent
Development on Microtips Display at LETI", Tech.Di
gest of 4th Int. Vacuum Microelectronics Conf.,Nag
ahama, pp.6〜9(1991)］）。

【００１６】また、ＭＩＭ型を多数個並べて画像表示装
置に応用した例は、例えば本出願人による特開平３−５
５７３８号に開示されている。

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

【００１８】図２２は、平面型の画像表示装置をなす表
示パネルの一例を示す斜視図であり、内部構造を示すた
めのパネルの一部を切り欠いて示している。

【００１９】図中、３１１５はリアプレート、３１１６
は側壁、３１１７はフェースプレートであり、リアプレ
ート３１１５、側壁３１１６およびフェースプレート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。

【００２０】リアプレート３１１５には、基板３１１１
が固定されているが、この基板３１１１上には例陰極素
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２２に示す通り、Ｍ本の行方向配線３１１３
とＮ本の列方向配線３１１４により配線されている。こ
れら基板３１１１、冷陰極素子３１１２、行方向配線３
１１３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３１１
３と列方向配線３１１４の少なくとも交叉する部分に
は、両配線間に絶縁層（不図示）が形成されており、電
気的な絶縁が保たれている。

【００２１】また、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
す上記各蛍光体間には黒色体（不図示）が設けてあり、
更に蛍光膜３１１８のリアプレート３１１５側の面に
は、Ａｌ等からなるメタルバック３１１９が形成されて
いる。

【００２２】また、Ｄx1〜ＤxmおよびＤy1〜Ｄynおよび
Ｈｖは、当該表示パネルと不図示の電気回路とを電気的
に接続するために設けた気密構造の電気接続用端子であ
る。Ｄx1〜Ｄxmはマルチ電子ビーム源の行方向配線３１
１３と、Ｄy1〜Ｄynはマルチ電子ビーム源の列方向配線
３１１４と、Ｈｖはメタルバック３１１９と各々電気的
に接続している。

【００２３】また、上記気密容器の内部は１０のマイナ
ス６乗Ｔｏｒｒ程度の真空に保持されており、画像表示
装置の表示面積が大きくなるにしたがい、気密容器内部
と外部の気圧差によるリアプレート３１１５およびフェ
ースプレート３１１７の変形或いは破壊を防止する手段
が必要になる。リアプレート３１１５及びフェースプレ
ート３１１６を厚くすることによる方法は、画像表示装
置の重量を増加させるのみならず、斜め方向から見たと
きに画像のゆがみや視差を生ずる。これに対し、図２２
においては、比較的薄いガラス板からなり大気圧を支え
るための構造支持体（スペーサ或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。

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

【００２５】

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

【００２６】こ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、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、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等により、スペーサ帯
電を引き起こすことである。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する。この
結果、スペーサ近傍の画像が歪んで表示される。

【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）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。

【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時に、画
像が揺らいで見えてしまう等の欠点があった。

【００３０】本発明は、支持部材を含む支持部材近傍の
新たな構成を提供することを目的よする。

【００３１】

【課題を解決するための手段】本発明の電子装置は以下
の構成を備える。即ち、

【００３２】

【００３３】

【００３４】

【００３５】

【００３６】電子放出素子が設けられたリア基板と、電
子被照射部材が設けられたフロント基板と、前記リア基
板とフロント基板の間隔を保持する支持部材とを有する
電子装置であって、前記リア基板から前記フロント基板
の側に電子を加速する電界が印加されており、前記支持
部材の表面において、リア基板との接続部からの長さが
ｄｌの位置までの第１領域と、フロント基板との接続部
からの長さがｄ３の第３領域と、該第１領域と該第３領
域に挟まれている第２領域を有しており、前記第１領域
と第３領域における支持部材表面での前記長さ方向の単
位長さあたりの電位差は前記第２領域における支持部材
表面での前記長さ方向の単位長さあたりの電位差よりも
小さく、前記第１領域における前記リア基板との接続部
の電位と前記第２領域側の端部の電位との電位差を△Ｖ
ｌ、前記第３領域における前記フロント基板との接続部
の電位と前記第２領域側の端部の電位との電位差を△Ｖ
３としたとき、 △Ｖｌ／ｄｌ＞△Ｖ３／ｄ３を満たし、且つ、前記第１、第３領域の長さの関係が ｄ１＜ｄ３ を満たすことを特徴とする電子装置。

【００３７】この構成では、前記第１領域と第３領域に
おける支持部材表面での前記長さ方向の単位長さあたり
の電位差は前記第２領域における支持部材表面での前記
長さ方向の単位長さあたりの電位差よりも小さいので、
前記第１領域では、支持部材から離れる方向に力を受
け、前記第３領域では支持部材に近づく方向の力を受け
る。また、支持部材の第１領域と第３領域での単位長さ
あたりの電位差を異ならせ、特には、第３領域での単位
長さあたりの電位差を第１領域での単位長さあたりの電
位差よりも小さくすることにより、電子が加速されてい
て、偏向されにくいフロント基板近傍において、リア基
板近傍における第１領域による偏向よりも大きな力が電
子に加わる。更に、ｄ３＞ｄ１とすることで、第１領域
よりも第３領域において、より偏向を与えやすくするこ
とができる。

【００３８】また上述の発明において、第３領域で帯電
を緩和することを考えると、もっとも帯電が生じ易い領
域であるフロント基板との接続部から、フロント基板と
リア基板間の距離の１／１０以上伸びる位置まで、第３
領域であることが望ましい。

【００３９】また上述の発明において、前記第１領域
や、第３領域の表面には、前記第２領域の表面よりも導
電性の高い部材が露出している構成を取りうる。ここ
で、第２領域表面よりも導電性が高い部材としては様々
なものを用いうる。またその構成としても様々であり、
表面に設けた膜であったり、表面と内部が略一様な部材
であったりする。

【００４０】また、上述の発明の具体的な構成例とし
て、第２領域にも導電性を与え、フロント基板側とリア
基板側の間で電流が流れるようにして、支持部材の帯電
を緩和する構成を取りうる。ここで第２領域に所望の導
電性を与えるために、第２領域として表面に導電性を有
する膜を設けた構成にしてもよい。特に支持部材の基体
として絶縁性の高い物を用いるときには、その表面に導
電性を与えるための膜を設ける構成とすることが有効で
ある。また、支持部材の表面抵抗としては、１０の６乗
から１２乗オームが適当である。

【００４１】又上述の発明では、好ましくない放電が生
じる可能性を、前記第１領域における前記第２領域側の
端部の電位と前記第３領域における前記第２領域側の端
部の電位との電位差と、前記第１領域の前記第２領域側
の端部と前記第３領域の前記第２領域側の端部との間隔
の関係が、８ｋＶ／ｍｍ以下、より好適には４ｋＶ／ｍ
ｍ以下であるようにすることにより低減させることがで
きる。

【００４２】又上述の発明では、前記支持郡材は、前記
リア基板もしくはフロント基板と配線もしくは電極を介
して接続されるとよく、リア基板もしくはフロント基板
上に配線もしくは電極を構成した後、支持部材となる部
材を配置する際に、該部材には、前記予め基板上に設け
た配線もしくは電極との当接部分に導電体を設けておく
と、電気的に良好な接続を実現できる。また、電子をリ
ア基板からフロント基板の側に加速する電界を印加する
ために、フロント基板側に加速電極を設けると好適であ
る。また、支持部材はフロント基板側において、該加速
電極に電気的に接続されるとよい。

【００４３】また、上記発明において、前記電子放出素
子は、冷陰極型の電子放出素子であったり、表面伝導型
放出素子であったりする。また、電子放出素子を複数有
したりする。

【００４４】また、本願に係わる画像形成装置の第１の
発明は以下のように構成される。

【００４５】上述の電子装置のいずれかを用いる画像形
成装置であって、前記電子被照射部材に画像が形成され
ることを特徴とする画像形成装置。

【００４６】また、本願に係わる画像形成装置の第２の
発明は以下のように構成される。

【００４７】上述の電子装置のいずれかを用いる画像形
成装置であって、前記電子被照射部材は、電子が照射さ
れることにより発光する発光体を有することを特徴とす
る画像形成装置。

【００４８】ここで、例えば前記発光体は蛍光体であっ
たりする。

【００４９】ここで図１を用いてより詳しく説明する。
３０は蛍光体とメタルバックを含むフェースプレート
（フェース基板）、３１は電子源基板を含むリアプレー
ト（リア基板）、５０はスペーサの母体、５１はスペー
サ表面の高抵抗膜、５２はフェースプレートに接する側
面の電極（中間層）、５３はリアプレートに接する側面
の電極（中間層）、１３は素子駆動用配線であり、これ
ら５０、５１、５２、５３及び１３によって支持部材が
構成される（図１では図示していないが中間層５２とフ
ェースプレート３０との間や、中間層５３とリアプレー
ト３１（具体的には中間層５３と配線１３）の間にフリ
ットなどを介している場合は、フリットも支持部材の構
成要素となる）。また、１１１は素子、１１２は代表的
な電子ビーム軌道、２５は等電位線である。また、ａは
第３領域の長さを示しており、フェースプレート仮面か
ら中間層５２の下端までの距離（比抵抗Ｒ３の領域の長
さ）、ｂは第１領域の長さを示しており、リアプレート
３１の上面から中間層５３の上端までの距離（比抵抗Ｒ
１の領域の長さ）である。

【００５０】スペーサ帯電を防止するためには帯電防止
膜である高抵抗膜の抵抗を下げる方法がある。しかしな
がら、消費電力の増大や発熱等の問題が生じてしまう。
よって、高抵抗膜の抵抗は下げず、スペーサ近傍の電位
勾配を制御することによってビームをコントロールする
方法を考えた。具体的には、前記スペーサの電子源基板
側の電極５３によって、ビームを一旦スペーサから遠ざ
け、前記スペーサのフェースプレートに接する側面の電
極５２によって、ビームを正規の位置まで引戻す。この
時、スペーサ付近の空間の電位分布は等電位線２５に示
すようになっており、ビームはフェースプレート３０に
近づくほどに加速され速くなるため、フェースプレート
に接する側面の電極５２を電子源基板に接する側面の電
極５３よりも長くし、フェースプレート側の電位勾配を
急峻にする必要がある。

【００５１】また、電子ビームが直接スペーサに当たら
ない場合には、スペーサのフェースプレートに近い側の
帯電が大きく、この帯電量の変動がビームの揺らぎに最
も影響があると考え、前記スペーサのフェースプレート
に接する側面の電極５２はこの帯電領域を覆うことにな
り、ビームのフェースプレートへの到達位置の電子放出
量依存を軽減することができる。

【００５２】本発明の電子装置は、以下のような形態を
有するものであってもよい。 前記冷陰極素子は、電子放出部を含む導電性膜を一対
の電極間に有する冷陰極素子であり、特に好ましくは表
面伝導型放出素子である。 前記電子源は、複数の行方向配線と複数の列方向配線
とでマトリクス配線された複数の冷陰極素子を有する単
純マトリクス状配置の電子源をなす。 前記電子源は、並列に配置した複数の冷陰極素子の個
々を両端で接続した冷陰極素子の行を複数配し（行方向
と呼ぶ）、この配線と直交する方向（列方向と呼ぶ）に
沿って、冷陰極素子の上方に配した制御電極（グリッド
とも呼ぶ）により、冷陰極素子からの電子を制御するは
しご状配置の電子源をなす。 また、本発明の思想によれば、表示用として好適な画
像形成装置に限るものでなく、感光性ドラムと発光ダイ
オード等で構成された光プリンタの発光ダイオード等の
代替の発光源として、上述の画像形成装置を用いること
もできる。またこの際、上述のｍ本体の行方向配線と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。

【００５３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に従って本発明に
かかる実施形態の一例を詳細に説明する。

【００５４】＜画像表示装置概要＞先ず、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方法につい
て、具体的な例を示して説明する。

【００５５】図１３は、実施形態に用いた表示パネルの
斜視図であり、内部構造を示す為にパネルの一部を切り
欠いて示している。

【００５６】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、フェースプレ
ート側の中間層１０３１とリアプレート側の中間層１０
３２とを有するスペーサ１０２０が設けられている。

【００５７】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。

【００５８】本実施形態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。従って、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。

【００５９】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。

【００６０】図１５に示すのは、図１３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１０１
１上には、後述の図６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。

【００６１】図１５のＢ−Ｂ’に沿った断面を、図１６
に示す。

【００６２】なお、このような構造のマルチ電子源は、
予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。

【００６３】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。

【００６４】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５の
（ａ）に示すようにストライプ状に塗り分けられ、蛍光
体のストライプの間には黒色の導電体１０１０が設けて
ある。黒色の導電体１０１０を設ける目的は、電子ビー
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こと、電子ビームによる蛍光膜の
チャージアップを防止することなどである。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。

【００６５】また、３原色の蛍光体の塗り分け方は前記
図５（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、たとえば同図（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。

【００６６】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。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１
０１８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１０１８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ことなどである。メタルバック
１０１９は、蛍光膜１０１８をフェースプレート基板１
０１７上に形成した後、蛍光膜表面を平滑化処理し、そ
の上にＡ１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。

【００６７】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。

【００６８】図１４は図１３のＡ−Ａ’の断面模式図で
あり、各部の番号は図１３に対応している。スペーサ１
０２０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５に抵抗膜２
１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、かつ必要な間隔において配置され、
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１０２０
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
電性を有していると良い。

【００７０】スペーサ１０２０の絶縁性部材１として
は、たとえば石英ガラス、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
ックス部材等があげられる。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をなす部材と近い
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、膜２１を設けた領域での電位の変化を無視する
と、高電位側のフェースプレート１０１７（メタルバッ
ク１０１９等）に印加される加速電圧Ｖａを帯電防止膜
である高抵抗膜１１の抵抗値Ｒｓで除した電流が流され
る。そこで、スペーサの抵抗値Ｒｓは帯電防止及び消費
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１０の１２乗Ω以下であること
が好ましい。十分な帯電防止効果を得るためには１０の
１１乗Ω以下がさらに好ましい。表面抵抗の下限はスペ
ーサ形状とスペーサ間に印加される電圧により左右され
るが、１０の５乗Ω以上であることが好ましい。

【００７２】また、電子を加速する電界の印加方向に対
する高抵抗膜の単位当たりの抵抗値の好ましい範囲は、
膜の厚み、スペーサの幅、シート抵抗値に左右される
が、概ね１０の７乗〜１０の１３乗Ω／ｍｍの範囲であ
ることが良い。

【００７３】絶縁材料上に形成された高抵抗膜の厚み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１μｍ以
上では膜応力が大きくなって膜剥がれの危険性が高ま
り、かつ成膜時間が長くなるため生産性が悪い。従っ
て、膜厚は５０〜５００ｎｍであることが望ましい。表
面抵抗Ｒ／□はρ／ｔであり、以上に述べたＲ／□とｔ
の好ましい範囲から、帯電防止膜の比抵抗ρは０．１
［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。

【００７４】スペーサは上述したようにその上に形成し
た高抵抗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。高抵抗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続ける。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、高抵抗膜の抵
抗温度係数は−１％未満であることが望ましい。

【００７５】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できる。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。

【００７６】帯電防止特性を有する高抵抗膜１１の他の
材料として、アルミと遷移金属と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％未満で有り、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。

【００７７】アルミと遷移金属と窒素からなる膜（アル
ミと遷移金属を含む窒化膜）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。

【００７８】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できる。

【００７９】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。

【００８０】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）と直接あるいは当接材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。フェースプレート１０１７、
基板１０１１及び接合材１０４１と接触するスペーサ１
０２０の当接面３あるいは側面部５にも低抵抗の中間層
を設けることにより接続を良好にすることができる。

【００８１】高抵抗膜１１の電位分布を均一化する。

【００８２】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た
めには、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１０
１７（メタルバック１０１９等）及び基板１０１１（配
線１０１３，１０１４等）と直接あるいは当接材１０４
１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
るために、スペーサ１０２０がフェースプレート１０１
７及び基板１０１１と当接するスペーサ端部（当接面３
あるい側面部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１１全体の電位を制御可能とした。

【００８３】放出電子の軌道を制御する。

【００８４】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ためには、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
御することができる。

【００８５】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−ＳｎＯ２等の
透明導体及びポリシリコン等の半導体材料等より適宜選
択される。

【００８６】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、導電性を持たせる必要がある。即ち、導
電性接着剤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。

【００８７】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。

【００８８】また、気密容器内部を真空に排気するに
は、気密容器を組立てた後、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［Ｔｏ
ｒｒ］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。

【００８９】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に容器外端子を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。

【００９０】通常、冷陰極素子である本発明の表面伝導
型放出素子への１０１２への印加電圧は１２〜１６
［Ｖ］程度、メタルバック１０１９と冷陰極素子１０１
２との距離ｄは０．１［ｍｍ］から８［ｍｍ］程度、メ
タルバック１０１９と冷陰極素子１０１２間の電圧０．
１［ｋＶ］から１０［ｋＶ］程度である。

【００９１】以上、本発明の実施形態の表示パネルの基
本構成と製法、及び画像表示装置の概要を説明した。

【００９２】＜マルチ電子ビーム源の製造方法＞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。

【００９３】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。

【００９４】＜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。

【００９５】＜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６に示すのは、平面型の表面伝導型放
出素子の構成を説明するための平面図（ａ）および断面
図（ｂ）である。図中、１１０１は基板、１１０２と１
１０３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、１１
１３は通電活性化処理により形成した薄膜である。

【００９６】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。

【００９７】また、基板１１０１上に基板面と平行に対
向して設けられた素子電極１１０２と１１０３は、導電
性を有する材料によって形成されている。たとえば、Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｐｄ，
Ａｇ等をはじめとする金属、あるいはこれらの金属の合
金、あるいはＩｎ2 Ｏ3 −ＳｎＯ2 をはじめとする金属
酸化物、ポリシリコンなどの半導体、などの中から適宜
材料を選択して用いればよい。電極を形成するには、た
とえば真空蒸着などの製膜技術とフォトリソグラフィ
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。

【００９８】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。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】また、微粒子膜を形成するのに用いられう
る材料としては、たとえば、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，
Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｐｂ，などをはじめとする金属や、ＰｄＯ，Ｓ
ｎＯ2 ，Ｉｎ2 Ｏ3 ，ＰｂＯ，Ｓｂ2 Ｏ3 ，などをはじ
めとする酸化物や、ＨｆＢ2 ，ＺｒＢ2 ，ＬａＢ6 ，Ｃ
ｅＢ6 ，ＹＢ4 ，ＧｄＢ4 ，などをはじめとする硼化物
や、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ，
などをはじめとする炭化物や、ＴｉＮ，ＺｒＮ，Ｈｆ
Ｎ，などをはじめとする窒化物や、Ｓｉ，Ｇｅ，などを
はじめとする半導体や、カーボン、などがあげられ、こ
れらの中から適宜選択される。

【０１０２】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。

【０１０３】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（ｂ）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。

【０１０４】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てある。

【０１０５】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。

【０１０６】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６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。

【０１０７】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。

【０１０８】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。

【０１０９】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。

【０１１０】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。図７（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６と同一である。

【０１１１】１）まず、図７の（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。

【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、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。

【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。）。

【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。

【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
８に、フォーミング用電源１１１０から印加する適宜の
電圧波形の一例を示す。微粒子膜で作られた導電性薄膜
をフォーミングする場合には、パルス状の電圧が好まし
く、本実施形態の場合には同図に示したようにパルス幅
Ｔ１の三角波パルスをパルス間隔Ｔ２で連続的に印加し
た。その際には、三角波パルスの波高値Ｖｐｆを、順次
昇圧した。また、電子放出部１１０５の形成状況をモニ
ターするためのモニターパルスＰｍを適宜の間隔で三角
波パルスの間に挿入し、その際に流れる電流を電流計１
１１１で計測した。

【０１１９】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１ｘ１０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１ｘ１０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。

【０１２０】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。

【０１２１】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、先の
工程で形成された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。

【０１２４】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。

【０１２５】図７（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１１１２
の動作を制御する。電流計１１１６で計測された放出電
流Ｉｅの一例を図９（ｂ）に示すが、活性化電源１１１
２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。

【０１２６】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。

【０１２７】以上のようにして、図７（ｅ）に示す平面
型の表面伝導型放出素子を製造した。

【０１２８】＜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。

【０１２９】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。
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１２
０６の側面を被覆している点にある。したがって、前記
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および１
２０３、微粒子膜を用いた導電性薄膜１２０４、につい
ては、前記平面型の説明中に列挙した材料を同様に用い
ることが可能である。また、段差形成部材１２０６に
は、たとえばＳｉＯ2 のような電気的に絶縁性の材料を
用いる。

【０１３０】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。

【０１３１】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。

【０１３２】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。

【０１３３】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。

【０１３４】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。

【０１３５】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。

【０１３６】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）。

【０１３７】以上のようにして、図１１（ｆ）に示す垂
直型の表面伝導型放出素子を製造した。

【０１３８】＜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。

【０１３９】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。

【０１４０】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。

【０１４１】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。

【０１４２】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。

【０１４３】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。

【０１４４】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。

【０１４５】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。

【０１４６】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、諧調表示を行うことが可能である。

【０１４７】＜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。

【０１４８】図１５に示すのは、前記図１３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６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。

【０１４９】図１５のＢ−Ｂ’に沿った断面を図１６に
示す。

【０１５０】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。

【０１５１】図１７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なうための駆動回路の概略
構成をブロック図で示したものである。

【０１５２】図中、表示パネル１７０１は前述したよう
に製造され、動作する装置である。また、走査回路１７
０２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１７０
４は１ライン毎のデータをシフトし、ラインメモリ１７
０５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。

【０１５３】以下、図１７の装置各部の機能を詳しく説
明する。

【０１５４】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１７０
１内に設けられている電子源、すなわちｍ行ｎ列の行列
上にマトリクス配線された電子放出素子群を一行（ｎ素
子）ずつ順次駆動してゆくための走査信号が印加され
る。

【０１５５】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一行の電子放出素子の各素子
の出力電子ビームを制御するため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５Ｋ［Ｖ］の直流電圧が供給されるが、これは電子
放出素子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ための加速電圧であ
る。

【０１５６】次に、走査回路１７０２について説明す
る。

【０１５７】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Ｄｏｘ１な
いしＤｏｘｍ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の様なスイッチング素子を組み合わ
せることにより容易に構成することが可能である。

【０１５８】なお、前記直流電圧源Ｖｘは、図１２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。

【０１５９】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持つものである。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Ｔsft及びＴm
ryの各制御信号を発生する。

【０１６０】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ための回路で、よく知られ
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、よく知られるように垂直
同期信号と水平同期信号よりなるが、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
信号として表すが、同信号はシフトレジスタ１７０４に
入力される。

【０１６１】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。

【０１６２】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個の並列信号として前
記シフトレジスタ１７０４より出力される。

【０１６３】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ための記憶装置で
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。

【０１６４】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の各
々を適切に駆動変調するための信号源で、その出力信号
は、端子Ｄｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じて表示パネル１
７０１内の電子放出素子に印加される。

【０１６５】図１２を用いて説明したように、本発明に
関わる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しき
い値電圧Ｖｔｈ（本実施形態の素子では８［Ｖ］）があ
り、しきい値Ｖｔｈ以上の電圧を印加された時のみ電子
放出が生じる。

【０１６６】また、電子放出しきい値Ｖｔｈ以上の電圧
に対しては、図１２のように電圧の変化に応じて放出電
流Ｉｅも変化してゆく。このことから、本素子にパルス
状の電圧を印加する場合、電子放出しきい値Ｖｔｈ以下
の電圧を印加しても電子放出は生じないが、電子放出し
きい値Ｖｔｈ以上の電圧を印加する場合には電子ビーム
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。

【０１６７】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として一定の長さの電圧パ
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。

【０１６８】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。

【０１６９】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。これに関し
てラインメモリ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１
７０７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与す
ることもできる。

【０１７０】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、電圧制御型発信回路（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。

【０１７１】このような構成をとりうる本実施形態の画
像表示装置においては、各電子放出素子に、容器外端子
Ｄｘ１乃至Ｄｘｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを介して電圧を印
加することにより、電子放出が生じる。高圧端子Ｈｖを
介してメタルバック１０１９あるいは透明電極（不図
示）に高圧を印加し、電子ビームを加速する。加速され
た電子は蛍光膜１０１８に衝突し、発光が生じて画像が
形成される。

【０１７２】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。

【０１７３】＜中間層の構成について＞ここで、図１を
用いてより詳しく説明する。３０は蛍光体とメタルバッ
クを含むフェースプレート（フェース基板）、３１は電
子源基板を含むリアプレート（リア基板）、５０はスペ
ーサの母体、５１はスペーサ表面の高抵抗膜、５２はフ
ェースプレート側の電極（中間層）、５３はリアプレー
ト側の電極（中間層）、１３は素子駆動用配線であり、
これら５０、５１、５２、５３及び１３によって支持部
材が構成される（図１では示していないが中間層５２と
フェースプレート３０との間や、中間層５３とリアプレ
ート３１（具体的には中間層５３と配線１３）の間にフ
リットなどを介している場合はフリットも支持部材の構
成要素とする）。また、１１１は素子、１１２は代表的
な電子ビーム軌道、２５は等電位線である。また、ａは
第３領域の長さを示しており、フェースプレート下面か
ら中間層５２までの距離（比抵抗Ｒ３の領域の長さ）、
ｂは第１領域の長さを示しており、リアプレート３１の
上面から中間層５３の上端までの距離（比抵抗Ｒ１の領
域の長さ）である。

【０１７４】何等かの原因で、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が起こる。このスペー
サ帯電により素子から放出された電子はその起動が曲げ
られ、正規な位置とは異なる位置に到達し、スペーサ近
傍の画像が歪んで見える。これを防ぐために、スペーサ
の表面には高抵抗膜５１を施してあるが、電子放出量が
大きくなると除電能力が十分でなくなり、ビームの到達
位置は電子放出量に依存して揺らいでしまう。これを防
ぐためにスペーサに直接電子を当てない工夫が必要とな
る。そこで、図１に示すようにスペーサのフェースプレ
ートに接する側面に電子源基板と同電位にするための中
間層５２を、及び、スペーサの電子源基板に接する側面
に電子源基板と同電位にする中間層５３を付している。
この時、スペーサ付近の電位分布は等電位線２５に示す
ようになる。素子１１１から放出された電子は電位分布
によって、リアプレート付近では一旦スペーサから離
れ、フェースプレート付近で引き戻され、１１２で示す
ような軌道を描く。この時、電子ビームはフェースプレ
ートに近づくにつれ加速され速くなるので中間層５２は
中間層５３よりも長くし、フェースプレート付近の電位
変化をリアプレート付近のそれより急峻にしている。

【０１７５】また、素子から放出された電子が直接スペ
ーサに当たらない場合においても、電子放出量が多いと
図２に示すようにスペーサのフェースプレート側に多く
帯電する。この帯電はおよそ電子源基板−フェースプレ
ート間の距離の１０分の1くらいフェースプレートから
リアプレート側によったところで最も多くなる。よって
スペーサのフェースプレートに接する側面の中間層５２
は電子源基板−フェースプレート間距離の１０分の１以
上にしている。

【０１７６】更に、スペーサの中間層５２、５３の長さ
を長くしすぎると放電耐圧の低下や、ビーム位置の過度
の移動を招くため、加速電圧とスペーサの高抵抗膜の露
出長さが８ｋＶ／ｍｍ以下と成るようにスペーサの電極
の高さを設定している。また、放電耐圧を更に上げるた
めに加速電圧と高抵抗膜の露出長の関係が４ｋＶ／ｍｍ
以下となるようにスペーサの電極の長さを設定するのが
望ましい。

【０１７７】また更に、図３に示すようにスペーサのフ
ェースプレートに面する当接面及び／又はスペーサの電
子源基板に面する当接面にまで中間層が及んでいても良
い。この場合、フェースプレート及び／又は電子源基板
との同通が確実となり好ましい。

【０１７８】以下に、本発明に係る実施形態を更に詳し
く説明する。

【０１７９】以下に述べる各実施形態においては、マル
チ電子ビーム源として、前述した、電極間の導電性微粒
子膜に電子放出部を有するタイプのＮ×Ｍ個（Ｎ＝３０
７２、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１３及び図１５参照）したマルチ電子ビーム源を用
いた。

【０１８０】なお、スペーサは画像形成装置の耐大気圧
性を得るための適当な枚数を配置している。

【０１８１】＜第１の実施形態＞本実施形態を図１８を
用いて説明する。３０は蛍光体とメタルバックを含むフ
ェースプレート、３１は電子源基板を含むリアプレー
ト、５０はスペーサ、５１はスペーサ表面の導電性薄
膜、５２はフェースプレート側の中間層、５３はリアプ
レート側の中間層、１３は列方向または行方向配線、１
１１の１はスペーサに最も近い列または行の素子（以下
最近接ライン）、１１１の２はスペーサに２番目に近い
列または行の素子（以下第二近接ライン）、３番目以降
はｎ番目が第ｎ近接ライン（不図示）、１１２の１は最
近接ラインの代表的な電子ビーム軌道、１１２の２は第
二近接ラインの代表的な電子ビーム軌道、１１３の１は
最近接ラインの電子ビームの揺らぐ範囲、１１３の２は
第二近接ラインの電子ビームの揺らぐ範囲、２５は等電
位線である。また、ａはフェースプレート下面からフェ
ースプレート側の中間層の下端までの長さ、ｂはリアプ
レート上面からリアプレート側の中間層の上端までの長
さ、ｄは電子源基板−フェースプレート間距離である。

【０１８２】本実施形態の特徴は中間層５２及び５３に
電気接続を取るためだけでなく、スペーサ付近の電子ビ
ームの軌道１１２の１及び１１２の２を補正する効果を
持たせることにある。電子源基板−フェースプレート間
距離ｄは２ｍｍ、スペーサの厚さは２００μｍ、スペー
サ外郭と最近接ラインの距離は２５０μｍ、第２近接ラ
インとの距離は９５０μｍ、第２近接以降はライン間隔
７００μｍで並んでいる。この時、スペーサ抵抗は１０
の１０乗Ω、リアプレート側中間層の長さは２２０μ
ｍ、フェイスプレート側中間層の長さは７６０μｍとし
た。ここでフェースプレート３０に２ｋＶの電圧を印加
し、素子を駆動したとき、１素子あたりの電子放出量Ｉ
ｅが３μＡでみると、フェースプレート３０上でのビー
ム位置は、最近接ラインでは約１５０μｍスペーサ側に
寄り、１素子当たりＩｅが０．１４〜５．６μＡに対し
て、約１５０μｍの位置変動（揺らぎ）があった。第二
近接ラインは約１５０μｍスペーサ側に寄り、Ｉｅに依
存する位置変動（揺らぎ）はなかった。これらは従来の
ように、Ｉｅに依存する位置変動（揺らぎ）が最近接ラ
インで３５０μｍ、第二近接ラインで１５０μｍであっ
たのに対して改善されている。また、この時、スペーサ
から第二近接ラインより遠い素子では殆どスペーサの影
響は受けていない。

【０１８３】＜第２の実施形態＞本第２の実施形態が上
記第１の実施形態と異なるのは電子源基板−フェースプ
レート間距離ｄを３ｍｍとしたことである。この時、ス
ペーサ抵抗は１０の１０乗Ω、リアプレート側の中間層
５３の長さは３００μｍ、フェースプレート側の中間層
５２の長さは１０００μｍとした。ここでフェースプレ
ート３０に３ｋＶの電圧を印加し、素子を駆動したと
き、１素子当たりの電子放出量Ｉｅが３μＡでみると、
フェースプレート３０上でのビーム位置は、最近接ライ
ンでは約１５０μｍスペーサ側に寄り、１素子当たりＩ
ｅが０．１４〜５，６μＡに対して約１５０μｍの位置
変動（揺らぎ）があった。第二近接ラインは約３５０μ
ｍほどスペーサ側により、Ｉｅに依存して約１５０μｍ
の位置変動（揺らぎ）があった。これらは従来のよう
に、最近接ラインのビーム位置が約３５０μｍスペーサ
側に寄り、Ｉｅに依存する位置変動（揺らぎ）が約４０
０μｍであるのに対して改善されている。

【０１８４】＜第３の実施形態＞本第３の実施形態が上
記第１の実施形態と異なるのはリアプレート側の中間層
５３の長さを３００μｍ、フェースプレート側の中間層
５２の長さを１０００μｍにしたことである。この結
果、最近接ラインのビーム位置は約７０μｍスペーサか
ら離れ、Ｉｅに依存する位置変動（揺らぎ）が約７０μ
ｍであった。第二近接ラインのビーム位置は約７０μｍ
スペーサ側に寄り、Ｉｅに依存する位置変動はなかっ
た。これらは、従来のような最近接ラインのビーム位置
が約１５０μｍスペーサ側に寄り、Ｉｅに依存する位置
変動が３５０μｍ、第二近接ラインのビーム位置が約１
５０μｍスペーサ側に寄り、Ｉｅに依存する位置変動が
１５０μｍであったのに対して改善されている。

【０１８５】＜第４の実施形態＞本実施形態の特徴は、
上下の中間層として抵抗値の異なる膜を形成したことに
ある。また、第１の実施形態と同様の構成において電子
源基板−フェースプレート間距離を２．３ｍｍとした。

【０１８６】図２３は、本実施形態のスペーサ部分の断
面図であり、３１は電子源基板を含むリアプレート、３
０は蛍光体とメタルバックを含むフェースプレート，５
０はスペーサであり、３１４はリアプレート側中間層、
３１５はフェースプレート側中間層、１３は配線、１１
１は素子、１１２は電子ビーム軌道、５１は高抵抗膜を
示す。本実施形態において、フェイスプレート側中間層
３１５の長さｄ３は１１００μｍとし配置し、リアプレ
ート側中間層３１４の長さｄｌを２５０μｍとした。ま
た、スペーサの配線方向の長さはスペーサ１枚当たり５
０ｍｍとした。

【０１８７】このとき、スペーサの高抵抗膜のフェース
プレートとリアプレート間方向での単位長さ当たりの抵
抗値は約５×１０の９乗／ｍｍとした。また、リアプレ
ート側中間層３１４の単位長さ当たりの抵抗値は１×１
０の１乗／ｍｍ以下、さらに、フェースプレート側の中
間層３１５の単位長さ当たりの抵抗値は約１×１０の４
乗／ｍｍとした。ここでフェースプレート３０に５ｋＶ
の電圧を印加すると共に、素子を駆動したとき，１素子
当たりのＩｅが３μＡでみると、フェースプレート３０
上でのビーム位置は，最近接ラインでは約１２０μｍス
ペーサ側に寄り、１素子当たりＩｅが０．１４〜５．６
μＡに対して約９０μｍの位置変動（揺らぎ）があっ
た。第二近接ラインは約２９０μｍほどスペーサ側によ
り、Ｉｅに依存して約６０μｍの位置変動（揺らぎ）が
あった。これらは第１の実施形態と同様に、Ｉｅに依存
する位置変動（揺らぎ）が小さい画像形成装置を提供で
きる。

【０１８８】なお、本実施形態において、リアプレート
側の電極３１４としては、ＡｌをＡｒ中でスバッタ法す
ることにより１０００Åの厚みで形成した。また、フェ
ースプレート側の中間層は酸化すずをターゲットとして
Ａｒ中でスパッタすることにより２０００Åの厚みで形
成した。また高抵抗膜５１はＮｉＯを使用し、イオンビ
ーム蒸着法により２０００Åの厚みに形成している。ま
た、スペーサ基板としてはアルミナを使用した。

【０１８９】＜第５の実施形態＞本実施形態は、中間層
部材としてブロック状の低抵抗部材をリアプレート基板
側に適用した例を示す。

【０１９０】図２４は、このときのスペーサ部の断面を
示す図であり、３１は電子源基板を含むリアプレート、
３０は蛍光体とメタルバックを含むフェースプレート、
２０はスペーサであり、２１０はブロック状の低抵抗部
材、１３は配線、１１１は素子、１１２は電子ビーム軌
道、５１は高抵抗膜を示す。

【０１９１】本実施形態において、フェイスプレート側
の中間層３１０の長さｄ３は１１００μｍとし配置し、
低抵抗部材２１０の高さｄｌを１５０μｍとした。ま
た、スペーサの配線方向の長さはスペーサ１枚当たり４
０ｍｍとした。なお、本実施形態においてブロック状の
リアプレレト側低抵抗部材２１０は配線電極としても機
能している。本実施形態においては、フェースプレート
３０の内面とリアプレート３１の内面間の距離（以下パ
ネル内厚）ｈを２．３ｍｍ、このとき，スペーサから約
３００μｍ離れたところに位置する素子列（以下最近接
ライン）からの電子は、ブロック状の低抵抗部材により
スペーサから遠ざかる方向に軌道を取った後、フェース
プレート側で電極３１０および正電荷によりスペーサ側
に引き寄せられる。この結果、蛍光体上では正規の位置
へ到達した。このとき、スペーサから約１１００μｍ離
れたところに位置する素子列（以下第二近接ライン）以
遠の素子からの電子はその軌道に影響を受けておらず他
の実施形態同様，歪み，揺らぎのない画像を得ることが
できた。

【０１９２】なお、本実施形態においてブロック状の低
抵抗部材は１５０×３００μｍのアルミ材を用いたが、
Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃ
ｕ，Ｐｄ等の金属およびそれらの合金を適用することが
できる。また、なお、本実施形態において、フェースプ
レート側の電極３１０としては、ＡｌをＡｒ中でスパッ
タ法することにより８００Åの厚みで形成した。本実施
形態において、スペーサの高抵抗膜５１としては第４の
実施形態と同様にＮｉＯを用いた。また、リアプレート
側中間層３１０の単位長さ当たりの抵抗値及びフェース
プレート側の低抵抗部材２１０の単位長さ当たりの抵抗
値はいずれも約１×１０の１乗Ω／ｍｍ以下とした。な
お、本実施形態において、スペーサ材は青板ガラスを用
いた。

【０１９３】＜第６の実施形態＞本実施形態は、中間層
部材としてブロック状の低抵抗部材をリアプレート側及
びフェースプレート側に適用した例を示す。

【０１９４】図２５はこのときのスペーサ部の断面を示
す図であり、構成は第５の実施形態と同様であり、３１
は電子源基板を含むリアプレート、３０は蛍光体とメタ
ルバックを含むフェースプレート、２０はスペーサであ
り、２１０はフェースプレート側のブロック状の低抵抗
部材、３１０はリアプレート側のブロック状の低抵抗部
材、１３は配線、１１１は素子、１１２は電子ビーム軌
道、５１は高抵抗膜を示す。まず、フェースプレート３
０の内面とリアプレート側３１の内面間の距離（以下パ
ネル内厚）ｈを１．５ｍｍ、低抵抗部材２１０の高さｄ
３を９００μｍ、また低抵抗部材３１０の高さｄ１を２
５０μｍとした。このとき，スペーサから約３００μｍ
離れたところに位置する素子列（以下最近接ライン）か
らの電子は、ブロック状の低抵抗部材によりスペーサか
ら遠ざかる方向に軌道を取った後、スペーサ上のフェー
スプレート側の低抵抗ブロック及び高抵抗部５２の正電
荷によりスペーサ側に引き寄せられる。この結果、蛍光
体上では正規の位置へ到達した。このとき、スペーサか
ら約１１００μｍ離れたところに位置する素子列（以下
第二近接ライン）以遠の素子からの電子はその軌道に影
響を受けておらず他の実施形態同様，歪み、揺らぎのな
い画像を得ることができた。

【０１９５】なお、本実施形態においてブロック状の低
抵抗部材はリア側で３５０×３００μｍ、フェースプレ
ート側で９００×３００μｍのアルミ材を用いたが、
金、白金、ロジウム、銅等の金属およびそれらの混合物
を適用することができる。また、リアプレート側中間層
２１０の単位長さ当たりの抵抗値及びフェースプレート
側の低抵抗部材２１０の単位長さ当たりの抵抗値はいず
れも約１×１０の１乗Ω／ｍｍ以下とした。なお、本実
施形態において、スペーサ材は窒化アルミニウムを用い
た。

【０１９６】＜第７の実施形態＞本実施形態において
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。

【０１９７】図２６は平面ＦＥ型電子放出電子源の上面
図であり、３１０１は電子放出部、３１０２及び３１０
３は電子放出部３１０１に電位を与える一対の素子電
極、３１１３は行方向配線である。また、３１１４は列
方向配線、１０２０スペーサである。

【０１９８】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３１０１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
施形態に於いて、第１の実施形態と同様な方法でスペー
サを配置して画像装置を形成し、第１の実施形態と同様
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。

【０１９９】

【０２００】

【０２０１】

【０２０２】

【０２０３】

【０２０４】

【０２０５】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明において
は、電子放出素子から放出され、被照射部材に到達する
電子に対して好ましい偏向を与えることができる。特に
は、電子が支持部材にあたるのを抑制し、且つ、所望の
到達位置に、より近いところに到達させることができ
る。また、放出する電子の量に依存した電子の到達位置
の揺らぎを軽減することもできる。又、画像形成装置と
して用いるときには、画像の歪みや揺らぎを軽減するこ
とができる。

【０２０６】

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態における中間層の構成を説明するため
の図である。

【図２】スペーサの帯電モデルを示す図である。

【図３】中間層の組み合わせを示す図である。

【図４】実施形態における蛍光体の構成例を説明するた
めの図である。

【図５】表示パネルのフェースプレートの蛍光体配列を
例示した平面図である。

【図６】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７】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８】通電フォーミング処理の際の印加電圧波形を示
す図である。

【図９】通電活性化処理の際の印加電圧波形（ａ），放
出電流Ｉｅの変化（ｂ）を示す図である。

【図１０】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１１】垂直型の表面伝導型放出素子の製造工程を示
す図である。

【図１２】実施形態で用いた表面伝導型放出素子の典型
的な特性を示す図である。

【図１３】実施形態における画像表示装置の、表示パネ
ルの一部を切り欠いて示した斜視図である。

【図１４】図１３における表示パネルのＡ−Ａ’断面図
である。

【図１５】実施形態で用いたマルチ電子ビーム源の基板
の一部平面図である。

【図１６】図１５におけるＢ−Ｂ’断面図である。

【図１７】実施形態である画像表示装置の駆動回路の概
略構成を示すブロック図である。

【図１８】実施形態のスペーサの作用による電子の飛翔
軌道を示す図である。

【図１９】表面伝送型電子放出素子の一例を示す図であ
る。

【図２０】ＦＥ型素子の一例を示す図である。

【図２１】ＭＩＮ型素子の一例を示す図である。

【図２２】画像表示装置の表示パネルの一部を切り欠い
て示した斜視図を示す図である。

【図２３】実施形態における中間層の構成を説明するた
めの図である。

【図２４】実施形態における中間層の構成を説明するた
めの図である。

【図２５】実施形態における中間層の構成を説明するた
めの図である。

【図２６】実施形態で用いたマルチ電子ビーム源の基板
の一部平面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−180821（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−7811（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−246749（ＪＰ，Ａ) 国際公開98／2899（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 31/12

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子放出素子が設けられたリア基板と、
   電子被照射部材が設けられたフロント基板と、前記リア
   基板とフロント基板の間隔を保持する支持部材とを有す
   る電子装置であって、 前記リア基板から前記フロント基板の側に電子を加速す
   る電界が印加されており、 前記支持部材の表面において、リア基板との接続部から
   の長さがｄｌの位置までの第１領域と、フロント基板と
   の接続部からの長さがｄ３の第３領域と、該第１領域と
   該第３領域に挟まれている第２領域を有しており、 前記第１領域と第３領域における支持部材表面での前記
   長さ方向の単位長さあたりの電位差は前記第２領域にお
   ける支持部材表面での前記長さ方向の単位長さあたりの
   電位差よりも小さく、 前記第１領域における前記リア基板との接続部の電位と
   前記第２領域側の端部の電位との電位差を△Ｖｌ、前記
   第３領域における前記フロント基板との接続部の電位と
   前記第２領域側の端部の電位との電位差を△Ｖ３とした
   とき、 △Ｖｌ／ｄｌ＞△Ｖ３／ｄ３を満たし、且つ、前記第１、第３領域の長さの関係が ｄ１＜ｄ３ を満たすことを特徴とする電子装置。
2. 【請求項２】 前記支持部材の第３領域における長さｄ
   ３は、前記フロント基板とリア基板間の距離の１／１０
   以上の長さを有することを特徴とする請求項１に記載の
   電子装置。
3. 【請求項３】 前記第１領域の表面には、前記第２領域
   の表面よりも導電性の高い部材が露出していることを特
   徴とする請求項１または２に記載の電子装置。
4. 【請求項４】 前記第３領域の表面には、前記第２領域
   の表面よりも導電性の高い部材が露出していることを特
   徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の電子装
   置。
5. 【請求項５】 前記第２領域表面は、前記第１領域及び
   第３領域の表面よりも導電性の低い部材からなることを
   特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の電子装
   置。
6. 【請求項６】 前記第１領域における前記第２領域側の
   端部の電位と前記第３領域における前記第２領域側の端
   部の電位との電位差と、前記第１領域の前記第２領域側
   の端部と前記第３領域の前記第２領域側の端部との間隔
   の関係が、８ｋＶ／ｍｍ以下であることを特徴とする請
   求項１乃至５いずれか１項に記載の電子装置。
7. 【請求項７】 前記第１領域における前記第２領域側の
   端部の電位と前記第３領域における前記第２領域側の端
   部の電位との電位差と、前記第１領域の前記第２領域側
   の端部と前記第３領域の前記第２領域側の端部との間隔
   の関係が、４ｋＶ／ｍｍ以下であることを特徴とする請
   求項１乃至６いずれか１項に記載の電子装置。
8. 【請求項８】 前記支持部材は、前記リア基板もしくは
   フロント基板と配線もしくは電極を介して接続されるこ
   とを特徴とする請求項１乃至７いずれか１項に記載の電
   子装置。
9. 【請求項９】 前記電子放出素子は、冷陰極型の電子放
   出素子であることを特徴とする請求項１乃至８いずれか
   １項に記載の電子装置。
10. 【請求項１０】 前記電子放出素子は、表面伝導型放出
    素子であることを特徴とする請求項１乃至９いずれか１
    項に記載の電子装置。
11. 【請求項１１】 請求項１乃至１０いずれか１項に記載
    の電子装置を用いる画像形成装置であって、前記電子被
    照射部材に画像が形成されることを特徴とする画像形成
    装置。
12. 【請求項１２】 請求項１乃至１０いずれか１項に記載
    の電子装置を用いる画像形成装置であって、前記電子被
    照射部材は、電子が照射されることにより発光する発光
    体を有することを特徴とする画像形成装置。
13. 【請求項１３】 前記発光体は蛍光体であることを特徴
    とする請求項１２に記載の画像形成装置。