JP3372689B2 - 電子ビーム発生装置および画像表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子線発生装置および
これを用いた表示装置等の画像形成装置に関し、特に、
表面伝導形電子放出素子を多数個備えてなる電子線発生
装置およびこれを用いた画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電子放出素子として熱陰極素
子と冷陰極素子の２種類が知られている。このうち冷陰
極素子では、たとえば電界放出型素子（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）や、表面伝導形電子放出素子などが知られてい
る。

【０００３】ＦＥ型の例としては、たとえば、Ｗ．Ｐ．
Ｄｙｋｅ＆Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄ ｅｍｉ
ｓｓｉｏｎ”，Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎＰｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）や、あるい
は、Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“Ｐｙｓｉｃａｌ ｐｒｏ
ｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌ
ｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ
ｍｏｌｙｂｄｅｎｉｕｍ ｃｏｎｅｓ”，Ｊ，Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）などが知
られている。

【０００４】また、ＭＩＭ型の例としては、例えば、
Ｃ．Ａ．Ｍｅａｄ，“Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｕ
ｎｎｅｌ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｊ．Ａ
ｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３２，６４６（１９６１）などが
知られている。

【０００５】また、表面伝導形電子放出素子としては、
たとえば、Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，Ｒａｄｉｏ Ｅｎ
ｇ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓ．，１０，１２９０
（１９６５）や、後述する他の例が知られている。

【０００６】表面伝導形電子放出素子は、基板上に形成
された小面積の薄膜に、膜面に平衡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
表面伝導形放出素子としては、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 Ｓｌｏｉｄ Ｆｉ
ｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］や、Ｉｎ2 Ｏ3 ／
ＳｎＯ2 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎ
ｄ Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥ Ｔｒａｎ
ｓ．ＥＤ Ｃｏｎｆ．”，５１９（１９７５）］や、カ
ーボン薄膜によるもの［荒木久 他：真空、第２６間、
第１号、２２（１９８３）］などが報告されている。

【０００７】これらの表面伝導形電子放出素子の素子構
成の典型的な例として、前述のＭ．Ｈａｒｔｗｅｌｌら
による素子の平面図を図１７に示す。同図において３０
０１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は形状を忠実に表現しているわけ
ではない。

【０００８】Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌらによる素子をはじ
めとして上述の表面伝導形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に便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。

【０００９】上述の表面伝導形電子放出素子は、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。

【００１０】また、表面伝導形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、電子ビーム発生装置、等が研究されて
いる。

【００１１】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や特
開平２−２５７５５１において開示されているように、
表面伝導形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。表面伝導形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。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】発明者らは、上記従来
例に記載したものをはじめとして、さまざまな材料、製
法、構造の表面伝導形電子放出素子を試みてきた。さら
に、多数の表面伝導形電子放出素子を配列した電子ビー
ム発生装置、並びにこの電子ビーム発生装置を応用した
画像表示装置についての研究を行ってきた。

【００１３】発明者らは、例えば（図１８）に示す電子
的な配線方法により電子ビーム発生装置を試みてきた。
即ち、表面伝導形電子放出素子を２次元的に多数個配列
し、これらの素子を図示のようにマトリクス状に配線し
た電子ビーム発生装置である。

【００１４】図中、４００１は表面伝導形電子放出素子
を模式的に示したもの、４００２は行方向配線、４００
３は列方向配線である。行方向配線４００２及び列方向
配線４００３は、実際に有限の電気抵抗を有するもので
あるが、図においては配線抵抗４００４及び４００５と
して示されている。上述の様な配線方法を、単純マトリ
クス配線と呼ぶ。

【００１５】なお、図示の便宜上、６×６のマトリクス
で示しているが、マトリクスの規模は無論これに限られ
るわけではなく、例えば画像表示装置用の電子ビーム発
生装置の場合には、所望の画像表示を行なうのに足りる
だけの素子を配列し配線することになる。

【００１６】表面伝導形電子放出素子を単純マトリクス
配線した電子ビーム発生装置においては、所望の電子ビ
ームを出力させるため、行方向配線４００２及び列方向
配線４００３に適宜の電気信号を印加する。例えば、マ
トリクスの中の任意の１行の表面伝導形電子放出素子を
駆動するには、選択する行の行方向配線４００２には選
択電圧Ｖｓを印加し、同時に非選択の行の行方向配線４
００２には非選択電圧Ｖｎｓを印加する。これと同期し
て列方向配線４００３に電子ビームを出力するための駆
動電圧Ｖｅを印加する。この方法によれば、配線抵抗４
００４及び４００５による電圧降下を無視すれば、選択
する行の表面伝導形電子放出素子には、Ｖｅ−Ｖｓの電
圧が印加され、また非選択行の表面伝導形電子放出素子
にはＶｅ−Ｖｎｓの電圧が印加される。Ｖｅ，Ｖｓ，Ｖ
ｎｓを適宜の大きさの電圧にすれば選択する行の表面伝
導形電子放出素子だけから所望の強度の電子ビームが出
力されるはずであり、また列方向配線の各々に異なる駆
動電圧Ｖｅを印加すれば、選択する行の素子の各々から
異なる強度の電子ビームが出力されるはずである。ま
た、表面伝導形電子放出素子の応答速度は高速であるた
め、駆動電圧Ｖｅを印加する時間の長さを換えれば、電
子ビームが出力される時間の長さも変えることができる
はずである。

【００１７】したがって、表面伝導形電子放出素子を単
純マトリクス配線した電子ビーム発生装置はいろいろな
応用可能性があり、たとえば画像情報に応じた電気信号
を適宜印加すれば、画像表時装置用の電子源として好適
に用いることができる。

【００１８】これら表面伝導形電子放出素子を用いた電
子ビーム発生装置や、それを電子源として用いた画像表
示装置において、より高密度な電子ビームや、こう精細
な画像の得られる画像表示装置を実現するためには、高
密度に電子放出素子を配置した電子源と、各電子放出素
子から放出される電子ビームを集束させてより小さい径
の電子ビーム発光スポットを得る機構が必要となる。

【００１９】上述の目的から本出願人はまた、簡単な構
造で、電子ビームの集束性を高めることのできる構成を
提案している。

【００２０】例えば特開平２−１１２１２５号では、高
電子側電極の周囲に接して電子放出部を設け、さらに該
電子放出部の周囲に接して低電子側電極を配設すること
により、該低電位側電極から高電位側電極へ向かう電場
により、電子ビームを集束させることを提案した。

【００２１】しかしながら、一対の表面伝導形電子放出
素子の素子電極をそれぞれ、行方向配線および列方向配
線に結線するという非常に単純な構成で、多数の素子の
電子放出量を制御し得る単純マトリクス構成の特性を十
分生かすためには、さらに簡単な構造で、電子ビームの
集束性を高めることが必要であり、また、電子放出部へ
の電圧印加方向において、電子放出部を挟んで素子電極
の高電位側と低電位側が交互に、周期的に配列される単
純マトリクスの構成状の特徴を生かすことで可能である
と、本発明者らは考える。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点に鑑
み、電子ビーム発生装置および該電子ビーム発生装置を
電子源として用いた画像表示装置において、簡易な構成
でかつ容易に素子の選択および電子放出量を制御し得る
と同時に、高密度な電子ビームが得られる電子ビーム発
生装置および高精細で高品位な画像を形成できる新規な
画像表示装置の提供を目的とする。

【００２３】かかる課題を解決するため、本発明の電子
ビーム発生装置は、以下の構成を備える。すなわち、絶
縁性基板上に併設され、少なくとも一対の素子電極間に
電圧を印加することで、当該素子電極間に設けられた電
子放出部より電子を放出させる冷陰極型の複数の電子放
出素子を行列状に配置した電子源と、該電子源に対向配
置され、前記電子源より放出された電子に作用する加速
電極とを少なくとも備える電子ビーム発生装置であっ
て、前記複数の電子放出素子の一対の素子電極のそれぞ
れが、絶縁層を介して配置された複数の行方向配線と列
方向配線に結線され、一対の素子電極に電圧が加わる方
向に沿ってそれぞれの素子の電極の低電位電極と高電位
電極とが交互に周期的に配置されていて、前記方向に隣
接する２つの電子放出素子の低電位電極間の距離を、少
なくとも電子放出素子の前記方向における低電位電極の
幅より小さくする。

【００２４】ここで本発明に好適な実施態様に従えば、
更に、前記電子放出素子の一対の素子電極のうち低電位
側電極の前記絶縁性基板を基準とした厚さあるいは高さ
が、高電位側電極よりも厚い、もしくは高いことが望ま
しい。これによって、放出する電子の軌跡をより効果的
に収束させることが可能になる。

【００２５】また、前記冷陰極型電子放出素子が表面伝
導形電子放出素子であることが望ましい。

【００２６】また、上記目的を達成し、更には、良好な
画像を表示するため、本発明の画像表示装置は以下の構
成を備える。すなわち、絶縁性基板上に併設され、少な
くとも一対の素子電極間に電圧を印加することで、当該
素子電極間に設けられた電子放出部より電子を放出させ
る冷陰極型の複数の電子放出素子を行列状に配置した電
子源と、該電子源に対向配置され、前記電子源より放出
された電子に作用する加速電極と、加速された電子線の
衝突により画像を形成する画像形成部材を備える画像表
示装置であって、前記複数の電子放出素子の一対の素子
電極のそれぞれが、絶縁層を介して配置された複数の行
方向配線と列方向配線に結線され、一対の素子電極に電
圧が加わる方向に沿ってそれぞれの素子の電極の低電位
電極と高電位電極とが交互に周期的に配置されていて、
前記方向に隣接する２つの電子放出素子の低電位電極間
の距離を、少なくとも電子放出素子の前記方向における
低電位電極の幅より小さくする。

【００２７】

【実施例】以下、添付図面に従って本発明に係る実施例
を詳細に説明する。

【００２８】先ず、実施例を説明する前に、表面伝導形
電子放出素子を用いた単純マトリクス構成の電子線発生
装置の概略構成を示す平面図、および、その一部断面
（Ａ−Ａ’に沿った断面図）を図１に示す。また、図２
は図１に示した電子線発生装置が作製された基板と対向
して配置される加速電極を含めた断面図である。

【００２９】図示の単純マトリクス構成において、絶縁
性基板１上に作製された高電位側素子電極２と低電位側
素子電極３はそれぞれ、絶縁層７を介して直交する行方
向配線（５）Ｄｘ１，…，Ｄｘ３および列方向配線
（６）Ｄｙ１，…，Ｄｙ３と結線され、対向する素子電
極間に電子放出部４が形成されている。

【００３０】図では、簡単のため３×３の素子構成とし
たが、実際の場合はもっと多数の電子放出素子がマトリ
クス状に形成される。

【００３１】図示の電子放出部４における電圧が印加さ
れる方向（図中Ｘ方向）において、隣り合った高電位側
電極（高電位側電極とは素子電極あるいは素子電極と結
線される配線電極のいずれかを指すものとする）の間の
距離（図中Ｗ１）と低電位側電極（前記と同様、素子電
極か配線電極かのいずれか）の間の距離（図中Ｗ２）と
の関係は、特に規定されておらず、図に示したようにほ
ぼ同等である場合が多かった。なお図１および以降の説
明図においては、列方向配線およびそれと結線された素
子電極を高電位側、行方向配線およびそれと結線された
素子電極を低電位側としたが、電圧の印加方法としては
この逆でも構わない。

【００３２】今、図１における電子ビーム発生装置にお
いて、Ａ−Ａ’に沿った３つの素子に、１４Ｖの電圧
（Ｖｆ）を印加し、電子放出させ、電子放出素子が、作
製された基板１の上方４ｍｍに５ｋＶ（Ｖａ）の加速電
圧が印加された加速電極８が設置されたとする。

【００３３】また、高電位側電極幅（素子電極と配線電
極を加えたＡ−Ａ’面におけるＸ方向の幅）をＷ３は１
００μｍ、低電子側電極幅Ｗ４も１００μｍ、隣接素子
間の間隔ｐが９５μｍ、電子放出部ギャップＧは５μｍ
とする。したがって、Ｗ１、Ｗ２とも、２００μｍとな
る。また、素子電極と配線電極の厚さはともに０．１μ
ｍとした。

【００３４】この時の、電子放出部上方の電位の様子を
図２を用いて説明する。

【００３５】基板１上に形成される等電位面は、加速電
極８と素子電極２、３とで形成される電位で決まり、電
子放出部上方では、図に示したように素子電極高電位側
２に向かって、凸となる等電位面９が形成される。

【００３６】したがって、ある広がりを持って（表面伝
導形電子放出素子の電子放出機構は明確には分かってい
ないが、放出電子がいろいろな方向のエネルギーを持っ
て放出されることは実験より分かっている）電子放出部
４から放出された電子１２が、加速電極８へ向かって飛
翔する軌道において、高電位側（隣接する素子の低電位
の影響）においては矢印１０に示した方向に力を受け、
低電位側においては、矢印１１に示した方向に力を受け
る。

【００３７】しかしながら、等電位面９の湾曲により生
じる矢印１０と１１の力の大きさは同じだとしても、隣
接素子の低電位側電極の存在により生じる等電位面９の
湾曲に伴う力（矢印１０）は、電子放出部から距離が離
れているため、当該素子（隣接素子でない）の低電位側
電極の存在により生じる力（矢印１１）より、明らかに
放出電子への影響が小さい。

【００３８】結果として、高電位側電極方向（Ｘ＋方
向）へ飛翔する電子は、ほとんど等電位面の湾曲による
作用受けず、低電位側電極（Ｘ−方向）へ飛翔する電子
は、Ｘ＋方向への力を受けるため、放出電子は、中心位
置がＸ＋方向へΔＬ＝約２５０μｍ偏向されて、加速電
極８に到達するが、Ｘ方向のビームスポットサイズ（Ｓ
Ｓ）は約３００μｍであり、電子放出素子のＸ方向の配
列ピッチと同等であった。

【００３９】上記の知見をもとに、本発明者らは、単純
マトリクス構成においては、電子放出素子の高電位側電
極に併設されることとなる、隣接素子の低電位側電極
を、適当な位置に配置すれば、付加電極等がまったく無
くても、電子ビームの集束が可能であると考えた。

【００４０】実際の例で説明すると、図３において、高
電位側電極幅（素子電極と配線電極を加えたＡ−Ａ’面
におけるＸ方向の幅）をＷ３は５０μｍ、低電位側電極
幅Ｗ４は２２５μｍ、隣接素子間の間隔ｐが２０μｍ、
電子放出部ギャップＧは５μｍとする。したがって、Ｗ
１は２５０μｍ、Ｗ２は７５μｍとなる。尚、これらは
実験と電子軌道のシュミレーションから定めた値であ
る。素子電極と配線電極の厚さはともに０．１μｍとし
た。

【００４１】この時の、電子放出部上方の電位の様子を
図４を用いて説明する。

【００４２】基板１上に形成される等電位面は、前述と
同様、加速電極８と素子電極２、３とで形成される電位
で決まり、電子放出部上方では、図に示したように素子
電極高電位側２に向かって、凸となる等電位面９が形成
される。

【００４３】ただし、今の場合、電子放出素子から放出
される電子ビームは、隣接する素子の低電位側電極が適
当な距離に配置されているため、電子放出部４から放出
された電子１２が、加速電極８へ向かって飛翔する軌道
において、低電位側において矢印１１に示した方向に力
を受けるとともに、高電位側（Ｘ＋方向）へ飛翔する電
子が、隣接素子の低電位側電極の存在により生じる等電
位面９の湾曲に伴う力（矢印１０）も、無視できない作
用を生じる。

【００４４】結果として、高電位側電極方向（Ｘ＋方
向）へ飛翔する電子も、低電位側電極（Ｘ−方向）へ飛
翔する電子も、どちらもＸ方向において反対方向ヘの力
を受けるため、放出電子は結局、Ｘ方向において集束さ
れることとなり、加速電極８に到達した時の、Ｘ方向の
ビームスポットサイズ（ＳＳ）は、加速電圧等が同じ条
件で約２７０μｍであった。すなわち、約１０％の電子
ビームスポットサイズの集束効果があった。中心位置が
Ｘ＋方向への偏向量ΔＬはあまり変らず約２４０μｍで
あった。

【００４５】さらに、上記集束作用を強めるために、高
電位側電極および低電位側電極の幅、位置を適当に定め
るとともに、低電位側電極の厚さを厚くした場合の結果
を次に述べる。

【００４６】図５を基にして説明する。図５において、
高電位側電極幅Ｗ３（素子電極と配線電極を加えたＡ−
Ａ’面におけるＸ方向の幅）を５０μｍ、低電位側電極
幅Ｗ４を２２５μｍ、隣接素子間の間隔ｐが２０μｍ、
電子放出部ギャップＧは５μｍとしたのは図３の例と同
じである。したがって、Ｗ１は２５０μｍ、Ｗ２は７５
μｍとなる。

【００４７】ただし、ここでは、高電位側電極の厚さ
０．１μｍに対し、少なくとも素子への電圧印加方向
（Ｘ方向）の断面においては、低電位側電極の厚さを１
０μｍとした。

【００４８】この時の、電子放出部上方の電位の様子を
図６に示す。図示の如く、低電位側電極を厚くしたこと
により、基板１上に形成される等電位面９の、基板方向
への凸形状の湾曲は強まる。

【００４９】したがって、前述の例より、放出電子への
集束作用はさらに強められる。

【００５０】結果的には、Ｘ方向のビームスポットサイ
ズ（ＳＳ）は、加速電圧等が同じ条件で約２００μｍで
あった。すなわち、約３０％の電子ビームスポットサイ
ズの集束効果があった。中心位置がＸ＋方向への偏向量
ΔＬは約２３０μｍであった。

【００５１】以上が本実施例の主要部分の概要である
が、次に、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。

【００５２】図７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１１
０３は素子電極、１１０４は導電性薄膜、１１０５は通
電フォーミング処理により形成した電子放出部、１１１
３は通電活性化処理により形成した薄膜である。

【００５３】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。

【００５４】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ン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。

【００５５】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より数十マイクロメータの範
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数マイクロメータの範囲から適当な
数値が選ばれる。

【００５６】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
重なりあった構造が観測される。

【００５７】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。

【００５８】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，Ｓｎ
Ｏ2 ，Ｉｎ2 Ｏ3 ，ＰｂＯ，Ｓｂ2 Ｏ3 ，などをはじめ
とする酸化物や、ＨｆＢ2 ，ＺｒＢ2 ，ＬａＢ6 ，Ｃｅ
Ｂ6 ＹＢ4 ，ＧｄＢ4 ，などをはじめとする炭化物や、
ＴｉＮ，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。

【００５９】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、１
０の３乗から１０の７乗［オーム／□］の範囲に含まれ
るよう設定した。

【００６０】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７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、の順で積層してもさしつかえない。

【００６１】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７においては模式的に示した。

【００６２】また、薄膜１１１３は、炭素もしくは炭素
化合物によりなる薄膜で、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。

【００６３】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。

【００６４】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７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１１１
３の一部を除去した素子を図示した。

【００６５】以上、好ましい素子の基本構造を述べた
が、実施例においては以下のような素子を用いた。

【００６６】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］とした。

【００６７】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。

【００６８】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８の（ａ）〜（ｄ）
は、表面伝導型放出素子の製造工程を説明するための断
面図で、各部材の表記は前記図７と同一である。

【００６９】１）まず、図８（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。

【００７０】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
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、同図（ａ）に示した一対の素子電極（１１０２と１
１０３）を形成する。

【００７１】２）次に、同図（ｂ）に示すように、導電
性薄膜１１０４を形成する。

【００７２】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、
有機金属溶剤とは、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）。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】通電方法をより詳しく説明するために、図
９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Ｔ
１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。

【００７７】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、下
記の様なパルス電圧を印加した。また、電子放出部１１
０５の形成状況をモニターするためのモニターパルスＰ
ｍを適宜の間隔で三角波の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。

【００７８】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］づつ昇圧した。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、即ちモ
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係わる通電を終了した。

【００７９】なお、上記の方法は、本実施例の表面伝導
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。

【００８０】４）次に、図８（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。

【００８１】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に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。

【００８２】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］の範囲内の真空中で、電
圧パルスを定期的に印加することにより、真空中に存在
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。

【００８３】通電方法をより詳しく説明するために、図
１０（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。

【００８４】図８（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）。

【００８５】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１０（ｂ）に示すが、活性化電源１１
１２からパルス電圧を印加しはじめると、時間の経過と
ともに放出電流Ｉｅは増加するが、やがて飽和してほと
んど増加しなくなる。このように、放出電流Ｉｅがほぼ
飽和した時点で活性化用電源１１１２からの電圧印加を
停止し、通電活性化処理を終了する。

【００８６】なお、上述の通電条件は、本実施例の表面
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。

【００８７】以上のようにして、図８（ｅ）に示す平面
型の表面伝導型放出素子を製造した。

【００８８】次に素子の特性について述べる。

【００８９】図１１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。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】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。

【００９４】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。

【００９５】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。例
えば多数の素子を表示画像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。

【００９６】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。

【００９７】＜多数素子を単純マトリクス配線した電子
ビーム発生装置の構造＞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電子ビー
ム発生装置の構造について述べる。

【００９８】図１２に示すのは、後述する実施例の表示
パネル（図１４）に用いた電子ビーム発生装置の平面図
である。基板上には、前記図７で示したものと同様な表
面伝導型放出素子が配列され、これらの素子は行方向配
線電極１００３と列方向配線電極１００４により単純マ
トリクス状に配線されている。行方向配線電極１００３
と列方向配線電極１００４の交差する部分には、電極間
に絶縁層（不図示）が形成されており、電気的な絶縁が
保たれている。

【００９９】図１２のＡ−Ａ’に沿った断面を、図１３
に示す。

【０１００】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１００３、列方向配
線電極１００４、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１００３および列方向配線電極１００４
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。

【０１０１】以上のようにして作製できる、平面型の表
面伝導形電子放出素子を多数個ＸＹマトリクス形状に配
置した本実施例の電子ビーム発生装置を図３に示す。

【０１０２】（１）まずガラス基板１上にフォトリング
ラフィー、エッチング技術を用いて、行方向配線５と本
実施例では該行方向配線と一体である低電位側素子電極
３と高電位側素子電極２を、チタンを下引きしたとした
ニッケル電極で０．１μｍの厚さに形成した。なお、上
記高電位側素子電極２と低電位側素子電極３とは、後述
する電圧印加時に区別できるもので、電極作製時にはな
んら電位的に区別できるものではないが、ここでは、説
明上区別できるものとした。

【０１０３】（２）（１）で作製した基板上全面にＳｉ
Ｏ２膜を約１μｍの厚さでスパッタにて形成した後、所
望の位置（行方向配線５との交差部）のみにＳｉＯ２絶
縁膜が残るよう、レジスタパターンを形成した後、不要
な部分のＳｉｏ２をドライエッチングにより除去する。

【０１０４】（３）次に、列方向配線電極６をフォトリ
ソグラフィー、エッチング技術を用いて形成した。この
際、列方向配線６と高電位側素子電極２とが結線され
る。

【０１０５】（４）次に、ＰｄＯを主要材料とする有機
金属溶液を塗布、乾燥し、加熱焼成処理して、微粒子膜
を成膜した後、フォトリングラフィー、エッチングによ
り、所定の形状にパターニングする。

【０１０６】（５）以上のようにして、ＸＹマトリクス
上に作製した多数の表面伝導形電子放出素子に配線電極
を通じ、通電処理し、フォーミング等を行なうのは、前
述の通りである。

【０１０７】本実施例においては、行方向配線電極５に
低電位、列方向配線電極６に高電位が加わるように駆動
を行なった。電子放出される際の印加電圧（Ｖｆ）は１
４Ｖとした。

【０１０８】また、本実施例において重要な電極のサイ
ズは、実施例前段で説明したように、高電位となる電極
のＸ方向（素子への電圧印加方向）の幅Ｗ３が５０μ
ｍ、低電位側電極のＸ方向幅Ｗ４は、２２５μｍ、電子
放出部４のギャップＧは５μｍ、高電位側電極と、隣接
する素子の低電位側電極との間隔Ｐは２０μｍとした。

【０１０９】

【実施例２】図５に本発明の電子ビーム発生装置の第２
の実施例の図を示す。

【０１１０】素子基板の作製法は実施例１とほぼ同様だ
が、本第２の実施例においては、行方向配線電極５と素
子電極２、３をともに０．１μｍの厚さにＮｉ等で形成
後、低電位側素子電極３となる部分のみ、Ａｌ電極を蒸
着、パターニングし、１０μｍの厚さに形成した。

【０１１１】行方向を低電位、列方向を高電位徒する駆
動は、上記実施例（第１の実施例）と同様である。電子
放出させる際の印加電圧（Ｖｆ）は１４Ｖとした。

【０１１２】また、本実施例において重要な電極のサイ
ズは、低電位側素子電極３の厚さ以外は第１の実施例と
同様で、高電位となる電極のＸ方向（素子への電圧印加
方向）の幅Ｗ３が５０μｍ、低電位電極のＸ方向幅Ｗ４
は、２２５μｍ、電子放出部４のギャップＧは５μｍ、
高電位側電極と、隣接する素子の低電位側電極との間隔
Ｐは２０μｍとした。

【０１１３】

【実施例３】 ＜表示パネルの構成と製造法＞次に、本発明の電子線発
生装置を電子源として用い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、具体的な例を第３の実施例
として説明する。

【０１１４】図１４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。

【０１１５】図中、１００５はリアプレート、１００６
は側壁、１００７はフェースプレートであり、１００５
〜１００７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。

【０１１６】リアプレート１００５には、基板１００１
が固定されているが、該基板上には冷陰極素子１００２
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。本実施例においては、Ｎ
＝３０７２，Ｍ＝１０２４とした。）前記Ｎ×Ｍ個の冷
陰極素子は、Ｍ本の行方向配線１００３とＮ本の列方向
配線１００４により単純マトリクス配線されている。前
記、１００１〜１００４によって構成される部分は先に
説明した第の実施例あるいは第２の実施例で作製した電
子ビーム発生装置である。

【０１１７】本実施例においては、気密容器のリアプレ
ート１００５に電子ビーム発生装置の基板１００１を固
定する構成としたが、マルチ電子ビーム源の基板１００
１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１００
１自体を用いてもよい。

【０１１８】また、フェースプレート１００７の下面に
は、蛍光膜１００８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１００８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、例えば図１５
（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。

【０１１９】また、３原色の蛍光体の塗り分け方は前記
図１５（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１５（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。

【０１２０】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体１００８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。

【０１２１】また、蛍光体１００８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１００９
を設けてある。メタルバック１００９を設けた目的は、
蛍光膜１００８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１００
８を保護すること、例えば、１０ＫＶの電子ビーム加速
電圧を印加させるための電極として作用させる事や、蛍
光膜１００８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１００９は、蛍光膜１００
８をフェースプレート基板１００７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１００８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１００９
は用いない。

【０１２２】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１００７と蛍光膜１００８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。

【０１２３】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は電子ビーム発生装置の行方向配線１０
０３と、Ｄy1〜Ｄynは電子ビーム発生装置の列方向配線
１００４と、Ｈｖはフェースプレートのメタルバック１
００９と電気的に接続され、Ｄy1〜Ｄynを通じて列方向
配線に高電位が印加される。

【０１２４】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、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。

【０１２５】図１６は、前記説明の表面伝導型放出素子
を電子ビーム源として用いたディスプレイパネルに、例
えばテレビジョン放送をはじめとする種々の画像情報源
より提供される画像情報を表示できるように構成した多
機能表示装置の一例を示すための図である。

【０１２６】図中、２１００はディスプレイパネル、２
１０１はディスプレイパネルの駆動回路、２１０２はデ
ィスプレイコントローラ、２１０３はマルチプレクサ、
２１０４はデコーダ、２１０５は入出力インターフェー
ス回路、２１０６はＣＰＵ、２１０７は画像生成回路、
２１０８および２１０９および２１１０は画像メモリイ
ンターフェース回路、２１１１は画像入力インターフェ
ース回路、２１１２および２１１３はＴＶ信号受信回
路、２１１４は入力部である。

【０１２７】（なお、本表示装置は、例えばテレビジョ
ン信号のように映像情報と音声情報の両方を含む信号を
受信する場合には、当然映像の表示と同時に音声を再生
するものであるが、本発明の特徴と直接関係しない音声
情報の受信，分離，再生，処理，記憶などに関する回路
やスピーカなどについては説明を省略する。） 以下、画像信号の流れに沿って各部の機能を説明してゆ
く。

【０１２８】まず、ＴＶ信号受信回路２１１３は、例え
ば電波や空間光通信などのような無線伝送系を用いて伝
送されるＴＶ画像信号を受信するための回路である。受
信するＴＶ信号の方式は特に限られるものではなく、例
えば、ＮＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式、ＳＥＣＡＭ方式など
の処方式でもよい。また、これらよりさらに多数の走査
線よりなるＴＶ信号（例えばＭＵＳＥ方式をはじめとす
るいわゆる高品位ＴＶ）は、大面積化や大画素数化に適
した前記ディスプレイパネルの利点を生かすのに好適な
信号源である。ＴＶ信号受信回路２１１３で受信された
ＴＶ信号は、デコーダ２１０４に出力される。

【０１２９】また、ＴＶ信号受信回路２１１２は、例え
ば同軸ケーブルや光ファイバーなどのような有線伝送系
を用いて伝送されるＴＶ画像信号を受信するための回路
である。前記ＴＶ信号受信回路２１１３と同様に、受信
するＴＶ信号の方式は特に限られるものではなく、また
本回路で受信されたＴＶ信号もデコーダ２１０４に出力
される。

【０１３０】また、画像入力インターフェース回路２１
１１は、例えばＴＶカメラや画像読み取りスキャナなど
の画像入力装置から供給される画像信号を取り込むため
の回路で、取り込まれた画像信号はデコーダ２１０４に
出力される。

【０１３１】また、画像メモリインターフェース回路２
１１０は、ビデオテープレコーダ（以下ＶＴＲと略す）
に記憶されている画像信号を取り込むための回路で、取
り込まれた画像信号はデコーダ２１０４に出力される。

【０１３２】また、画像メモリインターフェース回路２
１０９は、ビデオディスクに記憶されている画像信号を
取り込むための回路で、取り込まれた画像信号はデコー
ダ２１０４に出力される。

【０１３３】また、画像メモリインターフェース回路２
１０８は、いわゆる静止画ディスクのように、静止画像
データを記憶している装置から画像信号を取り込むため
の回路で、取り込まれた静止画像データはデコーダ２１
０４に出力される。

【０１３４】また、入出力インターフェース回路２１０
５は、本表示装置と、外部のコンピュータもしくはコン
ピュータネットワークもしくはプリンタなどの出力装置
とを接続するための回路である。画像データや文字デー
タ・図形情報の入出力を行うのはもちろんのこと、場合
によっては本表示装置の備えるＣＰＵ２１０６と外部と
の間で制御信号や数値データの入出力などを行うことも
可能である。

【０１３５】また、画像生成回路２１０７は、前記入出
力インターフェース回路２１０５を介して外部から入力
される画像データや文字・図形情報や、あるいはＣＰＵ
２１０６より出力される画像データや文字・図形情報に
基づき表示用画像データを生成するための回路である。
本回路の内部には、例えば画像データや文字・図形情報
を蓄積するための書き換え可能メモリや、文字コードに
対応する画像パターンが記憶されている読みだし専用メ
モリや、画像処理を行うためのプロセッサなどをはじめ
として画像の生成に必要な回路が組み込まれている。

【０１３６】本回路により生成された表示用画像データ
は、デコーダ２１０４に出力されるが、場合によっては
前記入出力インターフェース回路２１０５を介して外部
のコンピュータネットワークやプリンタ入出力すること
も可能である。

【０１３７】また、ＣＰＵ２１０６は、主として本表示
装置の動作制御や、表示画像の生成や選択や編集に関わ
る作業を行う。

【０１３８】例えば、マルチプレクサ２１０３に制御信
号を出力し、ディスプレイパネルに表示する画像信号を
適宜選択したり組み合わせたりする。また、その際には
表示する画像信号に応じてディスプレイパネルコントロ
ーラ２１０２に対して制御信号を発生し、画面表示周波
数や走査方法（例えばインターレースかノンインターレ
ースか）や一画面の走査線の数など表示装置の動作を適
宜制御する。

【０１３９】また、前記画像生成回路２１０７に対して
画像データや文字・図形情報を直接出力したり、あるい
は前記入出力インターフェース回路２１０５を介して外
部のコンピュータやメモリをアクセスして画像データや
文字・図形情報を入力する。

【０１４０】なお、ＣＰＵ２１０６は、むろんこれ以外
の目的の作業にも関わるものであっても良い。例えば、
パーソナルコンピュータやワードプロセッサなどのよう
に、情報を生成したり処理する機能に直接関わっても良
い。

【０１４１】あるいは、前述したように入出力インター
フェース回路２１０５を介して外部のコンピュータネッ
トワークと接続し、例えば数値計算などの作業を外部機
器と協同して行っても良い。

【０１４２】また、入力部２１１４は、前記ＣＰＵ２１
０６に使用者が命令やプログラム、あるいはデータなど
を入力するためのものであり、例えばキーボードやマウ
スのほか、ジョイスティック，バーコードリーダー，音
声認識装置など多様な入力機器を用いる事が可能であ
る。

【０１４３】また、デコーダ２１０４は、前記２１０７
ないし２１１３より入力される種々の画像信号を３原色
信号、または輝度信号とＩ信号，Ｑ信号に逆変換するた
めの回路である。なお、同図中に点線で示すように、デ
コーダ２１０４は内部に画像メモリを備えるのが望まし
い。これは、例えばＭＵＳＥ方式をはじめとして、逆変
換するに際して画像メモリを必要とするようなテレビ信
号を扱うためである。また、画像メモリを備えることに
より、静止画の表示が容易になる、あるいは前記画像生
成回路２１０７およびＣＰＵ２１０６と協同してがぞの
間引き，補間，拡大，縮小，合成をはじめとする画像処
理や編集が容易に行えるようになるという利点が生まれ
るからである。

【０１４４】また、マルチプレクサ２１０３は、前記Ｃ
ＰＵ２１０６より入力される制御信号に基づき表示画像
を適宜選択するものである。すなわち、マルチプレクサ
２１０３はデコーダ２１０４から入力される逆変換され
た画像信号のうちから所望の画像信号を選択して駆動回
路２１０１に出力する。その場合には、一画面表示時間
内で画像信号を切り替えて選択することにより、いわゆ
る多画面テレビのように、一画面を複数の領域に分けて
領域によって異なる画像を表示することも可能である。

【０１４５】また、ディスプレイパネルコントローラ２
１０２は、前記ＣＰＵ２１０６より入力される制御信号
に基づき駆動回路２１０１の動作を制御するための回路
である。

【０１４６】まず、ディスプレイパネルの基本的な動作
にかかわるものとして、例えばディスプレイパネルの駆
動用電源（図示せず）の動作シーケンスを制御するため
の信号を駆動回路２１０１に対して出力する。

【０１４７】また、ディスプレイパネルの駆動方法に関
わるものとして、例えば画面表示周波数や走査方法（例
えばインターレースかノンインターレースか）を制御す
るための信号を駆動回路２１０１に対して出力する。

【０１４８】また、場合によっては表示画像の輝度やコ
ントラストや色調やシャープネスといった画質の調整に
関わる制御信号を駆動回路２１０１に対して出力する場
合もある。

【０１４９】また、駆動回路２１０１は、ディスプレイ
パネル２１００に印加する駆動信号を発生するための回
路であり、前記マルチプレクサ２１０３から入力される
画像信号と、前記ディスプレイパネルコントローラ２１
０２より入力される制御信号に基づいて動作するもので
ある。

【０１５０】以上、各部の機能を説明したが、図１６に
例示した構成により、本表示装置においては多様な画像
情報源より入力される画像情報をディスプレイパネル２
１００に表示する事が可能である。

【０１５１】すなわち、テレビジョン放送をはじめとす
る各種の画像信号はデコーダ２１０４において逆変換さ
れた後、マルチプレクサ２１０３において適宜選択さ
れ、駆動回路２１０１に入力される。一方、ディスプレ
イコントローラ２１０２は、表示する画像信号に応じて
駆動回路２１０１の動作を制御するための制御信号を発
生する。駆動回路２１０１は、上記画像信号と制御信号
に基づいてディスプレイパネル２１００に駆動信号を印
加する。

【０１５２】これにより、ディスプレイパネル２１００
において画像が表示される。これらの一連の動作は、Ｃ
ＰＵ２１０６により統括的に制御される。

【０１５３】また、本表示装置においては、前記デコー
ダ２１０４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路２１
０７およびＣＰＵ２１０６が関与することにより、単に
複数の画像情報の中から選択したものを表示するだけで
なく、表示する画像情報に対して、例えば拡大，縮小，
回転，移動，エッジ強調，間引き，補間，色変換，画像
の縦横比変換などをはじめとする画像処理や、合成，消
去，接続，入れ換え，はめ込みなどをはじめとする画像
編集を行う事も可能である。また、本実施例の説明では
特に触れなかったが、上記画像処理や画像編集と同様
に、音声情報に関しても処理や編集を行うための専用回
路を設けても良い。

【０１５４】したがって、本表示装置は、テレビジョン
放送の表示機器，テレビ会議の端末機器，静止画像およ
び動画像を扱う画像編集機器，コンピュータの端末機
器，ワードプロセッサをはじめとする事務用端末機器，
ゲーム機などの機能を一台で兼ね備える事が可能で、産
業用あるいは民生用として極めて応用範囲が広い。

【０１５５】なお、上記図１６は、表面伝導型放出素子
を電子ビーム源とするディスプレイパネルを用いた表示
装置の構成の一例を示したにすぎず、これのみに限定さ
れるものではない事は言うまでもない。例えば、図１６
の構成要素のうち使用目的上必要のない機能に関わる回
路は省いても差し支えない。またこれとは逆に、使用目
的によってはさらに構成要素を追加しても良い。例え
ば、本表示装置をテレビ電話機として応用する場合に
は、テレビカメラ，音声マイク，照明機，モデムを含む
送受信回路などを構成要素に追加するのが好適である。

【０１５６】本表示装置においては、とりわけ表面伝導
型放出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネルが
容易に薄形化できるため、表示装置全体の奥行きを小さ
くすることが可能である。それに加えて、表面伝導型放
出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネルは大画
面化が容易で輝度が高く視野角特性にも優れるため、本
表示装置は臨場感あふれ迫力に富んだ画像を視認性良く
表示する事が可能である。

【０１５７】

【その他の実施例】また、本発明は、表面伝導型放出素
子以外の冷陰極型電子放出素子のうち、いずれの電子放
出素子に対しても適用できる。具体例としては、本出願
人による特開昭６３−２７４０４７号公報に記載された
様な対向する一対の電極を電子源を成す基板面に沿って
構成した電界放出型の電子放出素子がある。

【０１５８】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。

【０１５９】また、本発明の思想によれば、例えば電子
顕微鏡等のように、電子源からの放出電子の被照射部材
が、画像形成部材以外の部材である場合についても、本
発明は適用できる。したがって、本発明は被照射部材を
特定しない電子線発生装置としての形態もとり得る。

【０１６０】以上説明したように、本実施例によれば、
表面伝導形電子放出素子の特性を利用し、素子に印加す
る電圧を制御することで多数の素子の電子放出量を制御
し得るため、特に電子放出量制御のための機構等が不要
な、単純マトリクス構成の簡単である特性を十分生か
し、素子電極の構造のみで、電子放出素子への電圧印加
方向における電子ビームの集束性を高めることで、特に
電極等を付加することなく可能なため、簡易な公正でか
つ容易に素子の選択および電子放出量を制御し得ると同
時に、高密度な電子ビームが得られる電子ビーム発生装
置及びこう精細で高品位な画像を形成できる新規な画像
表示装置が得らる。

【０１６１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、簡
易な構成でかつ容易に素子の選択および電子放出量を制
御し得ると同時に、高密度な電子ビームが得られるよう
になる。

【０１６２】従って、画像表示装置にあっては、その表
示像を安定させることが可能になる。

【０１６３】

【図面の簡単な説明】

【図１】表面伝導形電子放出素子を用いた電子ビーム発
生装置の構成を示す平面図と断面図である。

【図２】表面伝導形電子放出素子を用いた電子ビーム発
生装置の加速電極を含む断面図で電子放出部近傍の電位
を説明する図である。

【図３】本発明の第１の実施例の電子ビーム発生装置の
構成を示す平面図と断面図である。

【図４】本発明の第１の実施例の電子ビーム発生装置の
加速電極を含む断面図で電子放出部近傍の電位による集
束作用を説明する図である。

【図５】本発明の第２の実施例の電子ビーム発生装置の
構成を示す平面図と断面図である。

【図６】本発明の第２の実施例の電子ビーム発生装置の
加速電極を含む断面図で電子放出部近傍の電位による集
束作用を説明する図である。

【図７】実施例で用いた平面図の表面型の表面伝導型放
出素子の平面図及びその断面図である。

【図８】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９】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１０】通電活性化処理の際の印加電圧波形と放出電
流Ｉｅの変化を示す図である。

【図１１】実施例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１２】実施例で用いたマルチ電子ビーム源の基板の
平面図である。

【図１３】実施例で用いたマルチ電子ビーム源の基板の
一部断面図である。

【図１４】本発明の実施例であ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１５】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１６】本発明の実施例である多機能画像表示装置の
ブロック図である。

【図１７】従来の表面伝導形電子放出素子の構成を示す
図である。

【図１８】表面伝導形電子放出素子を用いた電子ビーム
発生装置の配線図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２、３ 素子電極 ４ 電子放出部 ５ 行方向配線 ６ 列方向配線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 1/316 H01J 31/12 H01J 29/04

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性基板上に併設され、少なくとも一
   対の素子電極間に電圧を印加することで、当該素子電極
   間に設けられた電子放出部より電子を放出させる冷陰極
   型の複数の電子放出素子を行列状に配置した電子源と、
   該電子源に対向配置され、前記電子源より放出された電
   子に作用する加速電極とを少なくとも備える電子ビーム
   発生装置であって、 前記複数の電子放出素子の一対の素子電極のそれぞれ
   が、絶縁層を介して配置された複数の行方向配線と列方
   向配線に結線され、一対の素子電極に電圧が加わる方向
   に沿ってそれぞれの素子の電極の低電位電極と高電位電
   極とが交互に周期的に配置されていて、 前記方向に隣接する２つの電子放出素子の低電位電極間
   の距離を、少なくとも電子放出素子の前記方向における
   低電位電極の幅より小さくすることを特徴とする電子ビ
   ーム発生装置。
2. 【請求項２】 更に、前記電子放出素子の一対の素子電
   極のうち低電位側電極の前記絶縁性基板を基準とした厚
   さあるいは高さが、高電位側電極よりも厚い、もしくは
   高いことを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム発生
   装置。
3. 【請求項３】 冷陰極型電子放出素子が表面伝導形電子
   放出素子であることを特徴とする請求項１に記載の電子
   ビーム発生装置。
4. 【請求項４】 絶縁性基板上に併設され、少なくとも一
   対の素子電極間に電圧を印加することで、当該素子電極
   間に設けられた電子放出部より電子を放出させる冷陰極
   型の複数の電子放出素子を行列状に配置した電子源と、
   該電子源に対向配置され、前記電子源より放出された電
   子に作用する加速電極と、加速された電子線の衝突によ
   り画像を形成する画像形成部材を備える画像表示装置で
   あって、 前記複数の電子放出素子の一対の素子電極のそれぞれ
   が、絶縁層を介して配置された複数の行方向配線と列方
   向配線に結線され、一対の素子電極に電圧が加わる方向
   に沿ってそれぞれの素子の電極の低電位電極と高電位電
   極とが交互に周期的に配置されていて、 前記方向に隣接する２つの電子放出素子の低電位電極間
   の距離を、少なくとも電子放出素子の前記方向における
   低電位電極の幅より小さくすることを特徴とする画像表
   示装置。
5. 【請求項５】 更に、前記電子放出素子の一対の素子電
   極のうち低電位側電極の前記絶縁性基板を基準とした厚
   さあるいは高さが、高電位側電極よりも厚い、もしくは
   高いことを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
6. 【請求項６】 冷陰極型電子放出素子が表面伝導形電子
   放出素子であることを特徴とする請求項５に記載の画像
   表示装置。