JP3592307B2

JP3592307B2 - Electron beam generator, image forming apparatus, and support spacer

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Publication number: JP3592307B2
Application number: JP2002062305A
Authority: JP
Inventors: 正弘伏見; 義之左納; 英明光武
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-03-07
Filing date: 2002-03-07
Publication date: 2004-11-24
Anticipated expiration: 2019-11-24
Also published as: JP2002270121A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電子線発生装置およびその応用である表示装置等の画像形成装置、さらにはそれらに用いられる支持スペーサにかかわり、特に表面伝導型電子放出素子を多数個備える電子線発生装置、画像形成装置及びそれらに用いられる支持スペーサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子を用いた画像形成装置においては、真空雰囲気を維持する外囲器、電子を放出させる為の電子源とその駆動回路、電子の衝突により発光する蛍光体等を有する画像形成部材、電子を画像形成部材に向けて加速するための加速電極とその高圧電源が必要である。また、薄型画像表示装置などのように偏平な外囲器を用いる画像形成装置においては、耐大気圧構造体として支持柱（スペーサ）を用いる場合もある。
【０００３】
画像形成装置の電子源に用いられる電子放出素子としては、従来からＣＲＴ等で用いられてきた熱陰極の他に冷陰極が知られている。冷陰極には電界放出型（以下「ＦＥ」型と略す）、金属／絶縁層／金属型（以下「ＭＩＭ」型と略す）や表面伝導型電子放出素子等がある。
【０００４】
ＦＥ型の例としては、Ｗ．Ｐ．Ｄｙｋｅ＆Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ， ”ＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）あるいはＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ， ”ＰｈｙｓｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＴｈｉｎ−ＦｉｌｍＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎＣａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈＭｏｌｙｂｄｅｎｉｕｍＣｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）等が知られている。
【０００５】
ＭＩＭ型の例としては、Ｃ．Ａ．Ｍｅａｄ， ”Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｕｎｎｅｌ−ｅｍｉｓｓｉｏｎｄｅｖｉｃｅｓ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３２，６４６（１９６１）”等が知られている。
【０００６】
表面伝導型電子放出素子の例としては、Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，ＲａｄｉｏＥｎｇ．ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１０，１２９０，（１９６５）等がある。
【０００７】
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、Ａｕ薄膜によるもの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ： ”ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ２Ｏ３／ＳｎＯ２薄膜によるもの［Ｍ．ＨａｒｔｗｅｌｌａｎｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ： ”ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ＥＤＣｏｎｆ．”，５１９（１９７５）］、カーボン薄膜によるもの［荒木久他：真空、第２６巻、第１号、２２頁（１９８３）］等が報告されている。
【０００８】
これらの表面伝導型電子放出素子の典型的な素子構成として前述のＭ．ハートウェルの素子構成を図１に示す。同図において３００１は絶縁性基板である。３００２は電子放出部形成用薄膜で、Ｈ型形状のパターンに、スパッタで形成された金属酸化物薄膜等からなり、後述のフォーミングと呼ばれる通電処理により電子放出部３００３が形成される。
【０００９】
従来、これら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電子放出部形成用薄膜３００２を予めフォーミングと呼ばれる通電処理によって電子放出部３００３を形成するのが一般的であった。即ち、フォーミングとは電子放出部形成用薄膜３００２の両端に電圧を印加通電し、電子放出部形成用薄膜を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、電気的に高抵抗な状態にした電子放出部３００３を形成することである。なお、電子放出部３００３は、電子放出部形成用薄膜３００２の一部に発生した亀裂により形成され、その亀裂付近から電子放出が行われる。以下、フォーミングにより形成した電子放出部３００３を含む電子放出部形成用薄膜３００２を、「電子放出部を含む薄膜」３００４と呼ぶ。前記フォーミング処理をした表面伝導型電子放出素子は、電子放出部を含む薄膜３００４に電圧を印加し、素子に電流を流すことにより、電子放出部３００３より電子を放出せしめるものである。
【００１０】
多数の表面伝導型電子放出素子を配列形成した例としては、並列に表面伝導型電子放出素子を多数配列し、個々の素子の両端を配線にてそれぞれ結線した行を多数行配列した電子源があげられる（例えば、本出願人の特開平１−３１３３２号公報）。
【００１１】
表面伝導型電子放出素子を複数個配置してなる電子源と、上記電子源より放出された電子によって可視光線を発光せしめる画像形成部材としての蛍光体とを組み合わせることにより、種々の画像形成装置、主として表示装置が構成されるが（例えば、本出願人による米国特許第５，０６６，８８３号）、大画面の装置でも比較的容易に製造でき、かつ表示品位に優れた自発光型表示装置であるため、ＣＲＴに替わる画像形成装置として期待されている。
【００１２】
例えば、本出願人が先に提案した特開平２−２５７５５１号公報等に記載された様な画像形成装置において、多数形成された表面伝導型電子放出素子から任意の素子を選択することは、上記表面伝導型電子放出素子を並列に配置し結線した配線（行方向配線）、及び上記行方向配線と直交する方向に（列方向）、電子源と蛍光体間の空間に、設置され制御電極に結線した配線（列方向配線）への適当な駆動信号によるものである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本出願人は、表面伝導型電子放出素子を用いた画像形成装置をより簡単な構成で実現する方法として、複数本の行方向配線と複数本の列方向配線とによって、表面伝導型電子放出素子の対向する１対の素子電極をそれぞれ結線する事で、行列状に、表面伝導型電子放出素子を配列した単純マトリクス型の電子源を構成し、行方向と列方向に適当な駆動信号を与えることで、多数の表面伝導型電子放出素子を選択し、電子放出量を制御し得る系を考えている。
【００１４】
上記単純マトリクス型の表面伝導型電子放出素子電子源を用いた画像形成装置の検討において、本発明者らは、画像形成部材をなす蛍光体上の発光位置（電子の衝突位置）や発光形状が期待した数値からはずれる場合が生ずることを見いした。特に、カラー画像用の画像形成部材を用いた場合には、発光位置のずれと併せて、輝度の低下や色ずれの発生も見られる場合があった。そして、このような現象は、電子源と画像形成部材間に配置される支持枠または支持柱（スペーサ）の近傍、或いは画像形成部材の周縁部で起こることを確認した。
【００１５】
本発明は上記問題点に鑑み、電極と電子放出素子を用いた電子源とを有した電子線発生装置において、電子源と電極の間に中間部材を配置しても、放出電子の軌道に変動が発生しないような電子線発生装置を提案する。
【００１６】
また、本発明の他の目的は、電子放出素子として例えば表面伝導型電子放出素子を用い、この電子源からの放出電子により画像形成する画像形成装置において、発光する位置ずれ等がなく長寿命で信頼性の高い新規な画像形成装置の提供を目的とする。
【００１７】
本発明の他の目的は上記電子線発生装置に用いられる支持スペーサを提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは鋭意研究した結果、上記課題となる現象は電子源から放出される電子が主な誘因となることを見いだした。
【００１９】
上記電子線発生装置や画像形成装置において、電子源から放出された電子は、画像形成部材である蛍光体等と衝突したり、あるいは、確率は低いが真空中の残留ガスと衝突する。これらの衝突時にある確率で発生した散乱粒子（イオン、２次電子、中性粒子）の一部が画像形成装置内の絶縁性材料の露出した部分に衝突し、その露出部が帯電することになる。この帯電により、上記露出部の近傍では電場が変化してしまう。電場の変化は、放出された電子の軌道にずれを生じさせ、その結果、蛍光体の発光位置や発光形状に変化が生じたりすると考えられる。
【００２０】
また、上記蛍光体の発光位置、形状の変化の状況から、上記露出部には主に正電荷が蓄積していることもわかった。この原因としては、散乱粒子うちの正イオンが付着帯電する場合、或いは散乱粒子が上記露出部に衝突するときに発生する２次電子放出により正の帯電が起きる場合などが考えられる。
【００２１】
そこで本発明の電子線発生装置は以下の構成を備える。すなわち、
複数の冷陰極型の電子放出素子を有する電子源と、前記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電極と、前記電子源と前記電極との間に配置された絶縁性の中間部材とを有する電子線発生装置において、
前記中間部材はその表面に島状金属膜を有し、前記島状金属膜が前記電子源および／または前記電極に対して電気的に接続されていることを特徴とする。
【００２２】
更に他の本発明の、電子線発生装置は以下の構成を備える。すなわち、
複数の冷陰極型の電子放出素子を有する電子源と、前記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電極と、前記電子源と前記電極間に配置された絶縁性の中間部材とを有する電子線発生装置において、
前記中間部材に付着しようとする荷電粒子をトラップする手段を具備することを特徴とする。
【００２３】
まず、防止すべき帯電は前記絶縁性の中間部材の表面で発生するので、前記中間部材としてはその表面部でのみ帯電防止機能を持てば十分である。従って、本発明の電子線発生装置では、前記中間部材の表面に導電性薄膜を形成している。
【００２４】
本発明の好適な一態様に拠れば、前記導電性薄膜は１０の５乗乃至１０の１２乗［Ω／□］の表面抵抗値を有することを特徴とする。
【００２５】
これにより、前記中間部材の表面での帯電を中和するには十分は低抵抗値を持ち、かつ装置全体の消費電力を極端に増加させない程度のリーク電流量に留めた電子線発生装置を実現できる。すなわち、前記冷陰極の特徴である発熱の少なさを損なうことなく、薄型・大面積の画像形成装置が得られる。
【００２６】
本発明の好適な一態様に拠れば、前記導電性薄膜は、金属薄膜が離散的に島状に前記中間部材の表面に塗布されていることを特徴とする。
【００２７】
帯電は上述した様に中間部材表面にトラップされた陽イオンにより発生する。このため帯電防止のためには、微小電流を中間部材表面に流せば防ぐことができる。しかしながら、微小電流の増加は、装置の消費電流を増加させてしまう問題がある。島状の金属膜では、電子は島状間を表面伝導により移動するため、中間部材の表面のみに電流を集中でき、中間部材である絶縁体表面にトラップされ帯電原因の陽イオンを効率よく中和することができる。また、島状金属膜の金属部は低抵抗であるため、電流による発熱に伴うエネルギー消費量も少ない。以上の結果より、島状金属膜は、中和に関与しない電流量を小さくでき、非常に効率よく帯電を防止できる。
【００２８】
本発明の好適な一態様に拠れば、前記中間部材は前記電子源と前記電極間において直立した表面を有することを特徴とする。即ち、前記中間部材として、前記電子源及び前記電極の法線方向に対して、その断面形状が一様であるものを採用したので、前記中間部材によって電界が乱れることはない。従って、前記中間部材が前記電子放出素子からの電子起動を遮らない限り、前記中間部材と前記電子放出素子を近接して配置できるので、前記電子放出素子を高密度に配置できた。しかも、リーク電流は前記中間部材の表面のみを流れるので、前記電子源または、前記電極に対して前記中間部材に尖状にして接合を行なうなどの工夫をしなくても少ないリーク電流に抑えることができた。
【００２９】
本発明の好適な一態様に拠れば、前記中間部材は平板或いは柱状であることを特徴とする。
【００３０】
本発明の好適な一態様に拠れば、前記電極は加速電極であることを特徴とする。
【００３１】
本発明の好適な一態様に拠れば、前記電子放出素子は対向する一対の素子電極と前記素子電極間に跨る電子放出部を含む薄膜とで構成される表面伝導型電子放出素子であることを特徴とする。
【００３２】
冷陰極素子の中でもとりわけ好ましいのは、表面伝導型電子放出素子（表面伝導型電子放出素子）である。表面伝導型電子放出素子は構造が単純で製造が簡単であり、大面積のものも容易に作製できる。近年、特に大画面で安価な表示装置が求められる状況においては、とりわけ好適な冷陰極素子であるといえる。また、本出願人は、表面伝導型電子放出素子のなかでは、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ものが特性上、あるいは大面積化する上で好ましいことを見出している。
【００３３】
本発明の好適な一態様に拠れば、前記電子源は、複数の行方向配線と複数の列方向配線とが絶縁層を介して配置されており、前記行方向配線および前記列方向配線と、前記各電子放出素子の前記一対の素子電極とをそれぞれ結線することで、絶縁性基板上に前記複数の電子放出素子を行列状に配列したことを特徴とする。即ち、前記導電性薄膜を設けることで帯電を防止するが故に、複雑な付加構造を必要としない本発明の中間部材を、本出願人の提案による数本の行方向配線と複数本の列方向配線とによって、表面伝導型電子放出素子の対向する１対の素子電極をそれぞれ結線する事で、行列状に、表面伝導型電子放出素子を配列した単純マトリクス型表面伝導型の前記電子放出素子による単純マトリクス型の電子源を用いた画像形成装置に適用することにより、簡単な装置構成でありながら高品位な画像を形成できる薄型・大面積の画像形成装置を提供できる。
【００３４】
本発明の好適な一態様に拠れば、前記電子源は、複数の行方向配線が配置されており、前記各電子放出素子の前記一対の素子電極は前記複数の行方向配線のうち一対の行方向配線とそれぞれ結線することで、絶縁性基板上に前記複数の電子放出素子を行列状に配列したことを特徴とする。この発明の電子線発生装置は、単純マトリクス型以外の電子源を用いた画像形成装置に対しても適用できる。例えば、本出願人による特開平２−２５７５５１号公報等に記載されたような制御電極を用いて表面伝導型電子放出素子の選択を行う画像形成装置において、前記中間部材を用いた場合である。
【００３５】
本発明の好適な一態様に拠れば、前記導電性薄膜は前記行方向配線または前記列方向配線と電気的に接続されていることを特徴とする。この導電性薄膜は、前記電子源側では１本の配線上に電気的に接続され、前記電子源上の配線間での不要な電気的結合を避けることができる。
【００３６】
本発明の好適な一態様に拠れば、前記中間部材は前記行方向配線上または列方向配線上に設置されていることを特徴とする。
【００３７】
本発明の好適な一態様に拠れば、前記中間部材は前記行方向配線または前記列方向配線と平行配置または直交配置された平板状をなすことを特徴とする。
【００３８】
本発明の好適な一態様に拠れば、前記各電子放出素子の前記一対の素子電極は前記中間部材と平行な方向に対向配置されていることを特徴とする。平板状の前記中間部材を、前記電子放出素子からのずれた電子起動に沿って配置したので、前記中間部材に電子起動を遮られることなく前記電子放出素子を高密度に配置できる。
【００３９】
本発明の好適な一態様に拠れば、前記中間部材が複数個間隔をおいて配置されていることを特徴とする。
【００４０】
本発明の好適な一態様に拠れば、前記中間部材は耐大気圧部材であることを特徴とする。
【００４１】
本発明の好適な一態様に拠れば、耐大気圧部材は真空雰囲気を維持する外囲器の支持枠或いは前記外囲器内に設置され支持部材であることを特徴とする。
【００４２】
上記課題を達成するための本発明の実施態様に従った他の構成になる電子線発生装置は、
複数の冷陰極型の電子放出素子を有する電子源と、
前記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電極と、前記電子源と前記電極間を外部から隔絶するケース部材とを有する電子線発生装置において、
前記ケース部材はその内側表面に導電性薄膜を有し、前記導電性薄膜が前記電子源および／または前記電極に対して電気的に接続されていることを特徴とする。
【００４３】
また、上記課題を達成するための本発明の実施態様に従った画像形成装置は、複数の冷陰極型の電子放出素子を有する電子源と、前記電子源に対向配置された前記電子源より放出された電子に作用する少なくとも１つの電極と、前記電極を挟んで前記電子源に対向配置された画像形成部材と、前記電子源と前記電極間或いは前記電極と前記画像形成部材間或いは前記電極間に配置された絶縁性の中間部材とを有し、前記電子原から放出された電子によって画像を形成する画像形成装置において、前記中間部材の表面に導電性薄膜を有し、前記導電性薄膜が外部と電気的に接続されていることを特徴とする。
【００４４】
本発明の好適な一態様に拠れば、前記電極を挟んで前記電子源に対向配置された画像形成部材を備えている。
【００４５】
上記課題を達成するための本発明の、電子が発生される密閉隔壁室内において用いらる支持スペーサは、電気的に絶縁性の材料からなる本体と、この本体の表面に展設された導電性薄膜とを有し、この薄膜は、前記スペーサと前記室の隔壁との当接点において、前記隔壁近傍に設けられた所定の導体と電気的に導通するように、この薄膜が前記スペーサの端部にまで延ばされて形成されていることを特徴とする。
【００４６】
この支持スペーサは、隔壁室内の例えば真空性を確保すると共に、トラップされる荷電粒子による帯電を中和する効果がある。
【００４７】
なお、本発明の好適な態様において使用する島状金属膜の厚みおよび抵抗値は、構成される画像装置および電子発生装置の大きさ、形態により最適値を選択すればよいが、おおむね以下の範囲内で良好な結果を示している。シート抵抗値としては、１×１０^５〜９×１０^１２Ω／□の範囲であり、最適には、１×１０^６〜１×１０^１０Ω／□の範囲である。また、このときの膜厚としては、０．５〜１０ｎｍの範囲であり、最適には１〜４ｎｍである。
【００４８】
また、島状金属材料は、Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ｓｎ等が好適に用いることができるが、島状に形成可能な金属であれば他の金属や金属間化合物も同様に使用することが可能である。
【００４９】
【実施例】
以下、添付図面を参照しながら、本発明を画像形成装置に適用した実施例を説明する。
【００５０】
この実施例に係わる画像形成装置は、基本的には、薄型の真空容器内に、基板上に多数の冷陰極素子を配列してなるマルチ電子源と、電子の照射により画像を形成する画像形成部材とを対向して備えている。
【００５１】
冷陰極素子は、例えばフォトリソグラフィー・エッチングのような製造技術を用いることにより、基板上に精密に位置決めして形成することができるため、微小な間隔で多数個を配列することが可能である。しかも、従来からＣＲＴ等で用いられてきた熱陰極と比較すると、陰極自身や周辺部が比較的低温な状態で駆動できるため、より微小な配列ピッチのマルチ電子源を容易に実現できる。実施例の装置は、このような冷陰極素子をマルチ電子源として用いた画像形成装置に係わるものである。
【００５２】
また、冷陰極素子の中でもとりわけ好ましいのは、表面伝導型電子放出素子（表面伝導型電子放出素子）である。すなわち、冷陰極素子のうち、ＭＩＭ型素子は絶縁層や上部電極の厚さを比較的精密に制御する必要があり、またＦＥ型素子は針状の電子放出部の先端形状を精密に制御する必要がある。そのため、これらの素子は比較的製造コストが高くなったり、製造プロセス上の制限から大面積のものを作製するのが困難となる場合があった。
【００５３】
これに対して、表面伝導型電子放出素子は構造が単純で製造が簡単であり、大面積のものも容易に作製できる。近年、特に大画面で安価な表示装置が求められる状況においては、とりわけ好適な冷陰極素子であるといえる。
【００５４】
また、本出願人は、表面伝導型電子放出素子のなかでは、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ものが特性上、あるいは大面積化する上で好ましいことを見出している。
【００５５】
そこで、以下に述べる実施例では、微粒子膜を用いて形成した表面伝導型電子放出素子をマルチ電子源として用いた画像表示装置を、実施例としての画像形成装置の好ましい例として説明する。そこで、この好適な実施例について図面を参照しながら説明する。
【００５６】
〈第１実施例〉
図２は、実施例の画像形成装置の一部を破断した斜視図であり、図３は、図２に示した画像形成装置の要部断面図（Ａ−Ａ’断面の一部）である。
【００５７】
図２及び図３において、リアプレート２には、複数の表面伝導型電子放出素子（以下、「電子放出素子」と略す）１５がマトリクス状に配置された電子源１が固定されている。電子源１には、ガラス基板６の内面に蛍光膜７と加速電極であるメタルバック８とが形成されたところの、画像形成部材としてのフェースプレート３が、絶縁性材料からなる支持枠４を介してリアプレート２と対向して配置されており、電子源１とメタルバック８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２、支持枠４及びフェースプレート３は互いにフリットガラス等で封着され、リアプレート２と支持枠４とフェースプレート３とで外囲器１０を構成する。
【００５８】
また、外囲器１０の内部は１０^−６Ｔｏｒｒ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外囲器１０の破壊を防止する目的で、耐大気圧構造体として、外囲器１０の内部には薄板状のスペーサ５が設けられている。図３に示すように、スペーサ５は、絶縁性基材５ａの表面に島状金属膜５ｂを成膜した部材からなるもので、上記の耐大気圧構造としての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、Ｘ方向に平行に配置され、外囲器１０の内面および電子源１の表面にフリットガラス等で封着される。また、島状金属膜５ｂはフェースプレート３の内面及び電子源１の表面（後述のＸ方向配線１２）に電気的に接続さている。
【００５９】
以下に、上述した各構成要素について詳細に説明する。
【００６０】
電子源１
図４は、図２に示した画像形成装置の電子源１の要部平面図であり、図５は、図４に示した電子源１のＢ−Ｂ’線断面図である。
【００６１】
図４及び図５に示すように、ガラス基板等からなる絶縁性基板１１には、ｍ本のＸ方向配線１２とｎ本のＹ方向配線１３とが、層間絶縁層１４（図４では不図示）で電気的に分離されてマトリクス状に配線されている。各Ｘ方向配線１２と各Ｙ方向配線１３との間には、それぞれ電子放出素子１５が電気的に接続されている。各電子放出素子１５は、それぞれＸ方向に間をおいて配置された１対の素子電極１６，１７と各素子電極１６，１７を連絡する電子放出部形成用薄膜１８とで構成され、１対の素子電極１６，１７のうち一方の素子電極１６がＸ方向配線１２に電気的に接続され、他方の素子電極１７が、層間絶縁層１４に形成されたコンタクトホール１４ａを介してＹ方向配線１３に電気的に接続される。Ｘ方向配線１２とＹ方向配線１３は、それぞれ図２に示した外部端子Ｄｏｘ１〜ＤｏｘｍとＤｏｙ１〜Ｄｏｙｎとして外囲器１０の外部に引き出されている。
【００６２】
絶縁性基板１１としては、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、ソーダライムガラスにスパッタ法等により形成したＳｉＯ２を積層したガラス基板等のガラス部材、またはアルミナ等のセラミックス部材等が挙げられる。絶縁性基板１１の大きさ及び厚みは、絶縁性基板１１に設置される電子放出素子の個数及び個々の電子放出素子の設計上の形状や、電子源１自体が外囲器１０の一部を構成する場合の真空に保持する為の条件等に依存して適宜設定される。
【００６３】
Ｘ方向配線１２及びＹ方向配線１３は、それぞれ絶縁性基板１１上に真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等により所望のパターンに形成された導電性金属等からなり、多数の電子放出素子１５にできるだけ均等な電圧が供給されるように材料、膜厚、配線巾が設定される。
【００６４】
層間絶縁層１４は、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等で形成されたＳｉＯ２等であり、Ｙ方向配線１３を形成した絶縁性基板１１の全面或は一部に所望の形状で形成され、特にＸ方向配線１２とＹ方向配線１３の交差部の電位差に耐え得るように、膜厚、材料、製法が適宜設定される。
【００６５】
電子放出素子１５の素子電極１６，１７は、それぞれ導電性金属等からなるものであり、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等により所望のパターンに形成される。
【００６６】
Ｘ方向配線１２とＹ方向配線１３と素子電極１６，１７の導電性金属は、その構成元素の一部あるいは全部が同一であっても、またそれぞれ異なってもよく、Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属、或は合金、及びＰｄ，Ａｇ，Ａｕ，ＲｕＯ２，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、或いは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。
【００６７】
電子放出部形成用薄膜１８を構成する材料の具体例としては、Ｐｄ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｄ等の金属、ＰｄＯ，ＳｎＯ２，Ｉｎ２Ｏ３，ＰｂＯ，Ｓｂ２Ｏ３等の酸化物、ＨｆＢ２，ＺｒＢ２，ＬａＢ６，ＣｅＢ６，ＹＢ４，ＧｄＢ４等の硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体、カーボン、ＡｇＭｇ，ＮｉＣｕ，Ｐｂ，Ｓｎ等であり、微粒子膜からなる。
【００６８】
また、Ｘ方向配線１２には、Ｘ方向に配列する電子放出素子１５の行を任意に走査するための走査信号を印加するための不図示の走査信号発生手段と電気的に接続されている。一方、Ｙ方向配線１３には、Ｙ方向に配列する電子放出素子１５の各列を任意に変調するための変調信号を印加するための不図示の変調信号発生手段と電気的に接続されている。ここにおいて、各電子放出素子１５に印加される駆動電圧は、当該電子放出素子に印加される走査信号と変調信号の差電圧として供給されるものである。
【００６９】
ここで、電子源１の製造方法の一例について図６により工程順に従って具体的に説明する。尚、以下の工程ａ〜ｈは、図６の（ａ）〜（ｈ）に対応する。
【００７０】
工程ａ：清浄化したソーダライムガラス上に厚さ０．５μｍのシリコン酸化膜をスパッタ法で形成した絶縁性基板１１上に、真空蒸着により厚さ５０オングストロームのＣｒ、厚さ５０００オングストロームのＡｕを順次積層した後、ホトレジスト（ＡＺ１３７０、ヘキスト社製）をスピンナーにより回転塗布し、さらにベークする。ベークした後、ホトマスク像を露光、現像して、Ｙ方向配線１３のレジストパターンを形成し、Ａｕ／Ｃｒ堆積膜をウェットエッチングして、所望の形状のＹ方向配線１３を形成する。
【００７１】
工程ｂ：次に、厚さ１．０μｍのシリコン酸化膜からなる層間絶縁層１４をＲＦスパッタ法により堆積する。
【００７２】
工程ｃ：工程ｂで堆積したシリコン酸化膜にコンタクトホール１４ａを形成するためのホトレジストパターンを作り、これをマスクとして層間絶縁層１４をエッチングしてコンタクトホール１４ａを形成する。エッチングはＣＦ４とＨ２ガスを用いたＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）法による。
【００７３】
工程ｄ：その後、素子電極と素子電極間ギャップとなるべきパターンをホトレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−４１日立化成社製）で形成し、真空蒸着法により、厚さ５０オングストロームのＴｉ、厚さ１０００オングストロームのＮｉを順次堆積する。ホトレジストパターンを有機溶剤で溶解し、Ｎｉ／Ｔｉ堆積膜をリフトオフし、素子電極間距離Ｌ１（図４参照）が３μｍ、素子電極幅Ｗ１（図４参照）が３００μｍである素子電極１６，１７を形成する。
【００７４】
工程ｅ：素子電極１６，１７の上にＸ方向配線１２のホトレジストパターンを形成した後、厚さ５０オングストロームのＴｉ、厚さ６０００オングストロームのＡｕを順次真空蒸着により堆積し、リフトオフにより不要の部分を除去して、所望の形状のＸ方向配線１２を形成する。
【００７５】
工程ｆ：図７に示すような、素子間電極間隔Ｌ１だけ間をおいて位置する１対の素子電極１６，１７を跨ぐような開口２０ａを有するマスクを用い、膜厚１０００オングストロームのＣｒ膜２１を真空蒸着により堆積・パターニングし、その上に有機Ｐｄ溶液（ｃｃｐ４２３０奥野製薬（株）社製）をスピンナーにより回転塗布し、３００℃で１０分間の加熱焼成処理をする。
【００７６】
このようにして形成されたＰｄを主元素とする微粒子からなる電子放出部形成用薄膜１８の膜厚は約１００オングストローム、シート抵抗値は５×１０４［Ω／□］である。なお、ここで述べる微粒子膜とは、複数の微粒子が集合した膜であり、その微細構造として、微粒子が個々に分散配置した状態のみならず、微粒子が互いに隣接、あるいは、重なり合った状態（島状も含む）の膜をさし、その粒径とは、前記状態で粒子形状が認識可能な微粒子についての径をいう。
【００７７】
なお、有機金属溶剤（本例では有機Ｐｄ溶剤）とは、前記Ｐｄ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属を主元素とする有機化合物の溶液である。また、本例では、電子放出部形成用薄膜１８の製法として、有機金属溶剤の塗布法を用いたが、これに限るものでなく、真空蒸着法、スパッタ法、化学的気相堆積法、分散塗布法、ディッピング法、スピンナー法等によって形成される場合もある。
【００７８】
工程ｇ：酸エッチャントによりＣｒ膜２１を除去して、所望のパターンを有する電子放出部形成用薄膜１８を形成する。
【００７９】
工程ｈ：コンタクトホール１４ａ部分以外にレジストを塗布するようなパターンを形成し、真空蒸着により厚さ５０オングストロームのＴｉ、厚さ５０００ＡのＡｕを順次堆積する。リフトオフにより不要の部分を除去することにより、コンタクトホール１４ａを埋め込む。
【００８０】
以上の工程を経て、Ｘ方向配線１２、Ｙ方向配線１３及び電子放出素子１５が絶縁性基板１１上に２次元状にかつ等間隔に形成配置された。
【００８１】
そして、電子源１の設置された外囲器１０（図２参照）を不図示の排気管を通じて真空ポンプにて排気し、十分な真空度に達した後、容器外端子Ｄｏｘ１〜ＤｏｘｍとＤｏｙ１〜Ｄｏｙｎを通じ、電子放出素子１５の素子電極１６，１７間に電圧を印加し、電子放出部形成用薄膜１８を通電処理（フォーミング処理）することにより電子放出部２３を形成する。フォーミング処理として、１０−６Ｔｏｒｒの真空雰囲気下で、図８に示すようなパルス幅Ｔ１が１ミリ秒、波高値（フォーミング時のピーク電圧）が５Ｖの三角波を、１０ミリ秒のパルス間隔Ｔ２で６０秒間、素子電極１６，１７間に通電する。
【００８２】
上述のような構成と製造方法によって作製された実施例の電子放出素子の特性評価について、図９に示した評価装置の概略構成図を用いて説明する。図９は、１個の電子放出素子を形成した電子源に対応するものであり、１１は絶縁性基板、１５は絶縁性基板１１上に形成された１個の電子放出素子全体、１６及び１７は素子電極、１８は電子放出部を含む薄膜、２３は電子放出部を示す。また、３１は素子電極１６，１７間に素子電圧Ｖｆを印加するための電源、３０は素子電極１６，１７間の電子放出部を含む薄膜１８を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、３４は電子放出部２３より放出される放出電流Ｉｅを捕捉するためのアノード電極、３３はアノード電極３４に電圧Ｖａを印加するための高圧電源、３２は電子放出部２３より放出される放出電流Ｉｅを測定するための電流計である。電子放出素子の上記素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅの測定にあたっては、素子電極１６，１７に電源３１と電流計３０とを接続し、電子放出素子１５の上方に電源３３と電流計３２とを接続したアノード電極３４を配置している。また、電子放出素子１５及びアノード電極３４は真空装置内に設置され、その真空装置には不図示の排気ポンプ及び真空計等の真空装置に必要な機器が具備されており、所望の真空下で本素子の測定評価を行えるようになっている。
【００８３】
なお、アノード電極の電圧Ｖａは１ｋＶ〜１０ｋＶ、アノード電極と電子放出素子との距離Ｈは３ｍｍ〜８ｍｍの範囲で測定する。
【００８４】
以下に、発明者等の見い出したところの実施例の電子放出素子の原理となる特性上の特徴を説明する。図９に示した測定評価装置により測定された放出電流Ｉｅおよび素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関係の典型的な例を図１０に示す。なお、図１０は著しくＩｆ，Ｉｅの大きさが異なるため任意の単位で示する。図１０からも明らかなように、実施例に係わる電子放出素子は放出電流Ｉｅに対する三つの特性を有する。
【００８５】
まず第一に、本電子放出素子はある電圧（しきい値電圧と呼ぶ、図１０のＶｔｈ）以上の素子電圧Ｖｆを印加すると急激に放出電流Ｉｅが増加し、一方しきい値電圧Ｖｔｈ以下では放出電流Ｉｅがほとんど検出されない。すなわち、放出電流Ｉｅに対する明確なしきい値電圧Ｖｔｈをもった非線形素子である。また、素子電流Ｉｆは素子電圧Ｖｆに対して単調増加する（ＭＩ特性と呼ぶ）特性を示す。
【００８６】
第二に、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに依存するため、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御できる。
【００８７】
第三に、前記アノード電極３４に捕捉される放出電荷は、素子電圧Ｖｆを印加する時間に依存する。すなわち、前記アノード電極３４に捕捉される電荷量は、素子電圧Ｖｆを印加する時間により制御できる。
【００８８】
蛍光膜７
蛍光膜７は、表示装置がモノクロームの場合は蛍光体のみから成るが、カラーの場合は、図１１，図１２に示されるように、蛍光体の配列によりブラックストライプ（図１１）あるいはブラックマトリクス（図１２）などと呼ばれる黒色導電材７ｂと蛍光体７ａとで構成される。ブラックストライプ、ブラックマトリクスが設けられる目的は、カラー表示の場合必要となる三原色蛍光体の各蛍光体７ａ間の塗り分け部を黒くすることで混色を目立たなくすることと、蛍光膜７における外光反射によるコントラストの低下を抑制することである。黒色導電材７ｂの材料としては、通常良く用いられている黒鉛を主成分とする材料だけでなく、導電性があり、光の透過及び反射が少ない材料であれば適用できる。また、ガラス基板６に蛍光体７ａを塗布する方法はモノクローム、カラーによらず、沈殿法や印刷方が用いられる。
【００８９】
メタルバック８
メタルバック８の目的は、蛍光体７ａからの発光のうち内面側への光をフェースプレート３側へ鏡面反射することにより輝度を向上すること、電子ビーム加速電圧を印加するための加速電極として作用すること、外囲器１０内で発生した負イオンの衝突によるダメージからの蛍光体７ａの保護等である。メタルバック８は、蛍光膜７を作製後、蛍光膜７の内側表面の平滑化処理（通常フィルミングと呼ばれる）を行い、その後Ａ１を真空蒸着等で堆積することで作製できる。フェースプレート３には、さらに蛍光膜７の導電性と高めるため、蛍光膜７とガラス基板６との間にＩＴＯ等の透明電極（不図示）を設けてもよい。
【００９０】
外囲器１０
外囲器１０は、不図示の排気管を通じ、１０^−６Ｔｏｒｒ程度の真空度にされた後、封止される。そのため、外囲器１０を構成するリアプレート２、フェースプレート３、支柱枠４は、外囲器１０に加わる大気圧に耐えて真空雰囲気を維持でき、かつ、電子源１とメタルバック８間に印加される高電圧に耐えるだけの絶縁性を有するものを用いることが好ましい。その材料としては、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部材等が挙げられる。ただし、フェースプレート３については可視光に対して一定以上の透過率を有するものを用いる必要がある。また、各々の部材の熱膨張率が互いに近いものを組み合わせることが好ましい。
【００９１】
また、カラー画像形成装置において、外囲器１０を構成する場合、各色の蛍光体７ａは各電子放出素子１５に対応して配置する必要があるので、蛍光体７ａを有するフェースプレート３と電子源１の固定されたリアプレート２との位置合せを精度よく行わなければならない。
【００９２】
また、外囲器１０の封止後の真空度を維持するために、ゲッター処理を行う場合もある。これは、外囲器１０の封止を行う直前あるいは封止後に、抵抗加熱あるいは高周波加熱等により、外囲器１０内の所定の位置（不図示）に配置されたゲッターを加熱し、蒸着膜を形成する処理である。ゲッターは通常Ｂａ等が主成分であり、上記蒸着膜の吸着作用により、たとえば１０^−５〜１０^−７Ｔｏｒｒの真空度を維持するものである。
【００９３】
スペーサ５
スペーサ５は、電子源１とメタルバック８間に印加される高電圧に耐えるだけの絶縁性を有し、かつ表面には、帯電を防止する程度の表面電導性を有する島状金属膜が形成されている。
【００９４】
スペーサ５の絶縁性基板５ａ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、絶縁性基材５ａはその熱膨張率が外囲器１０および電子源１の絶縁性基板１１を成す部材と近いものが好ましい。
【００９５】
また、島状金属膜５ｂとしては、帯電防止効果を維持すること、リーク電流による消費電力を抑制することを考慮して、その表面抵抗値が１０^５から１０^１２［Ω／□］の範囲のものであることが好ましく、その材料としては、例えば、Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｒｈ，Ｉｒ，等の貴金属の他、Ａｌ，Ｓｂ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ｃｄ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｒｈ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗ等の金属および複数の金属よりなる合金を挙げることができる。
【００９６】
島状金属膜５ｂの成膜方法としては、真空蒸着法、スパッタ法、化学的気相堆積法等の真空成膜法によるものや有機溶液或いは分散溶液をディッピング或いはスピナーを用いて塗布・焼成する工程等からなる塗布法によるもの、金属化合物とその化合物から化学反応により絶縁体表面に金属膜を形成することができる無電解メッキ溶液等を挙げることができ、対象となる材料および生産性に応じて適宜選択される。
【００９７】
また、島状金属膜５ｂは、絶縁性基材５ａの表面のうち、少なくとも外囲器１０内の真空中に露出している面に成膜されればよい。また、図３に示すように、島状金属膜５ｂは、例えば、フェースプレート３側において蛍光膜７の黒色導電材７ｂ或いはメタルバック８に、電子源１側においてはＸ方向配線１２に電気的に接続される。
【００９８】
スペーサ５の構成、設置位置、設置方法、およびフェースプレート３側や電子源１側との電気的接続は、上述の場合には限定されず、十分な耐大気圧を有し、電子源１とメタルバック８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５の表面への帯電を防止する程度の表面電導性を有するものであれば、どのような島状金属膜であっても構わない。
【００９９】
以上説明した画像形成装置の駆動方法について、図１３〜図１６を用いて説明する。
【０１００】
図１３は、実施例の表示装置を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。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１７０２は表示ラインを操作し、制御回路１７０３は走査回路は入力する信号などを生成する。シフトレジスタ１７０４は１ライン毎のデータをシフトし、ラインメモリ１７０５は、シフトレジスタ１７０４からの１ライン分のデータを変調信号発生器１７０７に入力する。同期信号分離回路１７０６はＮＴＳＣ信号から同期信号を分離する。
【０１０１】
以下、図１３の装置各部の機能を詳しく説明する。
【０１０２】
まず表示パネル１７０１は、端子Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘｍ及び端子Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎ、および高圧端子Ｈｖを介して外部の電気信号と接続されている。このうち、端子Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘｍには、表示パネル１７０１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）ずつ順次駆動して行くための走査信号が印加される。
【０１０３】
一方、端子Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎには、前記走査信号により選択された１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為の変調信号が印加される。また、高圧端子Ｈｖには、直流電圧源Ｖａより、例えば５（ｋＶ）の直流電圧が供給されるが、これは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。
【０１０４】
次に、走査回路１７０２について説明する。
【０１０５】
同回路１７０２は、内部にｍ個のスイッチング素子（図中、Ｓ１〜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０ｖ（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〜Ｄｏｘｍと電気的に接続するものである。Ｓ１〜Ｓｍの各スイッチング素子は、制御回路１７０３が出力する制御信号Ｔｓｃａｎに基づいて動作するものだが、実際には例えばＦＥＴのようなスイッチング素子を組み合わせることにより容易に構成することが可能である。
【０１０６】
なお、前記直流電圧源Ｖｘは、本実施例の場合には図１０に例示した電子放出素子の特性（この場合、電子放出しきい値電圧Ｖｔｈが８ｖ）に基づき、捜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、７ｖの一定電圧を出力するよう設定されている。
【０１０７】
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ＴＳＹＮＣに基づいて、各部に対してＴＳＣＡＮ及びＴＳＦＴ及びＴＭＲＹの各制御信号を発生する。
【０１０８】
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（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、垂直同期信号と垂直同期信号よりなるが、ここでは説明の便宜上、ＴＳＹＮＣ信号として図示する。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。
【０１０９】
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かえることもできる。
【０１１０】
シリアル／パラレル変換された画像１ライン分のデータは、Ｉｄ１〜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。
【０１１１】
ラインメモリ１７０５は、画像１ライン分のデータを必要時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に従って適宜Ｉｄ１〜Ｉｄｎの内容を記憶する。記憶された内容は、Ｉｄ’１〜Ｉｄ’ｎとして出力され、変調信号発生器１７０７に入力される。
【０１１２】
変調信号発生器１７０７は、前記画像データＩｄ’１〜Ｉｄ’ｎの各々に応じて、電子放出素子６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〜Ｄｏｙｎを通じて表示パネル１７０１内の電子放出素子１５に印加される。
【０１１３】
図１０を用いて説明したように、実施例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、図１０のＩｅのグラフから明らかなように、電子放出には明確なしきい値電圧Ｖｔｈ（本実施例の素子では８ｖ）があり、しきい値Ｖｔｈ以上の電圧を印加されたときのみ電子放出が生じる。
【０１１４】
また、電子放出しきい値Ｖｔｈ以上の電圧に対しては、グラフ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。なお、電子放出素子の構成、製造方法をかえることにより、電子放出しきい値電圧Ｖｔｈの値や、印加電圧に対する放出電流の変化の度合が変わる場合もあるが、いずれにしても以下のようなことがいえる。
【０１１５】
すなわち、本素子にパルス状の電圧を印加する場合、電子放出しきい値である８ｖ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（８ｖ）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。
【０１１６】
以上、図１３に示された各部の機能について述べたが、全体動作の説明に移る前に、図１４〜図１６を用いて前記表示パネル１７０１の動作に付いて詳しく説明しておく。
【０１１７】
図示の便宜上、表示パネルの画素数を６×６（すなわちｍ＝ｎ＝６）として説明するが、実際に用いる表示パネル１７０１はこれよりもはるかに多数の画素を備えたものであることは言うまでもない。
【０１１８】
図１４に示すのは、６行６列の行列状に電子放出素子６をマトリクス配線した電子源であり、説明上、各素子を区別するためにＤ（１，１），Ｄ（１，２），Ｄ（６，６）のように（Ｘ，Ｙ）座標で位置を示している。
【０１１９】
このような電子源を駆動して画像を表示していく際には、Ｘ軸と平行な１ラインを単位として、ライン順次に画像を形成していく方法をとっている。画像の１ラインに対応した電子放出素子６を駆動するには、Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘ６のうち表示ラインに対応する行の端子に０ｖを、それ以外の端子には７ｖを印加する。それと同期して、当該ラインの画像パターンに従ってＤｏｙ１〜Ｄｏｙ６の各端子に変調信号を印加する。
【０１２０】
例えば、図１５に示すような画像パターンを表示する場合を例にとって説明する。
【０１２１】
そこで、図１５の画像のうち、例えば第３ライン目を発光させる期間中を例にとって説明する。図１６は、前記画像の第３ライン目を発光させる間に、端子Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘ６、および端子Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙ６を通じて電子源に印加する電圧値を示したものである。同図から明らかなように、Ｄ（２，３），Ｄ（３，３），Ｄ（４，３）の各電子放出素子には、電子放出のしきい値電圧８ｖを越える１４ｖ（図中、黒塗りで示す素子）が印加されて電子ビームが出力される。一方、上記３素子以外は７ｖ（図中、斜線で示す素子）もしくは０ｖ（図中、白抜きで示す素子）が印加されるが、これは電子放出のしきい値電圧８ｖ以下であるため、これらの素子からは電子ビームは出力されない。
【０１２２】
同様の方法で、他のラインについても図１５の表示パターンに従って電子源を駆動していくが、第１ラインから順次１ラインずつ駆動してゆくことにより１画面の表示が行われ、これを毎秒６０画面の速さで繰り返すことにより、ちらつきのない画像表示が可能である。
【０１２３】
なお、以上の説明では階調の表示に関して触れていないが、階調表示は例えば、素子に印加する電圧のパルス幅を変えることによって行なうことができる。
【０１２４】
〈電子軌道のずれ〉
以上説明した装置構成および駆動方法に基づき、各電子放出素子１５には、容器外端子Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎを通じて電圧を印加すると、電子放出部２３から電子が放出される。それと同時にメタルバック８（或は不図示の透明電極）に高圧端子Ｈｖを通じて数ｋＶ以上の高圧を印加して電子放出部２３から放出された電子を加速し、フェースプレート３の内面に衝突させる。これにより、蛍光膜７の蛍光体７ａが励起されて発光し、画像が表示される。
【０１２５】
この様子を図１７および図１８に示す。図１７および図１８は、それぞれ図２に示した画像形成装置における電子および後述の散乱粒子の発生状況を説明するための図であり、図１７はＹ方向から見た図、図１８はＸ方向から見た図である。
【０１２６】
すなわち図１７に示すように、電子源１の素子電極１６，１７に電圧Ｖｆを印加することにより電子放出部２３から放出された電子は、高電位側の素子電極１７の方にずれて２５ｔで示した放物線軌跡をとって飛翔する。このずれは、放出電子はフェースプレート３上のメタルバック８上に印加された加速電圧Ｖａにより加速されるものの、素子電極１７が高電位であるために、電子源１の面に対する電子放出部２３からの法線に対してずれるものである。このため、蛍光膜７の発光部中心は電子源１の面に対する電子放出部２３からの法線上からずれることになる。このような放射特性は、電子源１に平行な面内での電位分布が、電子放出部２３に対して非対称になることによるものと考えられる。
【０１２７】
電子源１から放出された電子がフェースプレート３の内面に達すると蛍光膜７の発光現象が起こる。しかし、放出された電子のなかで、フェースプレート３の内面に達する以外に、蛍光膜７への電子に衝突したり、確率は低いが真空中の残留ガスへの電子に衝突したりするものがある。これらの衝突現象により、ある確率で散乱粒子（イオン、２次電子、中性粒子等）が発生し、これらの散乱粒子は、例えば図１８中の２６ｔで示すような軌跡で外囲器１０内を飛翔すると考えられる。
【０１２８】
図２に示した画像形成装置においてスペーサ５上に島状金属膜５ｂを形成した場合としない場合との比較実験においては、発明者らは、島状金属膜５ｂを形成しないと、スペーサ５の近傍に位置する蛍光膜７上の発光位置（電子の衝突位置）や発光形状が設計値からずれる場合が生ずることを見出する。特に、カラー画像用の画像形成部材を用いた場合は、発光位置ずれと併せて、輝度低下や色ずれの発生も見られる場合があった。
【０１２９】
この現象の主な原因として、島状金属膜５ｂを形成されていないと、スペーサ５の絶縁性基材５ａの露出した部分に上記散乱粒子の一部が衝突し、上記露出部分が帯電することにより、上記露出部の近傍では電場が変化して電子軌道のずれが生じ、蛍光体の発光位置や発光形状の変化が引き起こされるものと考えられる。
【０１３０】
また、上記蛍光体の発光位置、形状の変化の状況から、上記露出部には主に正電荷が蓄積していることもわかった。この原因としては、散乱粒子のうちの正イオンが付着帯電すること、あるいは散乱粒子が上記露出部に衝突するときに発生する２次電子放出により正の帯電が起きることなどが考えられる。
【０１３１】
一方、図２に示したようなスペーサ５上に島状金属膜５ｂを形成した実施例の画像形成装置においては、スペーサ５の近傍に位置する蛍光膜７上の発光位置（電子の衝突位置）や発光形状は設計値通りであることが確認された。この理由は、スペーサ５の露出した部分に帯電粒子が付着しても、島状金属膜５ｂを流れる電流（実際には、電子或いは正孔）の一部と電気的に中和して、上記露出部に電荷が生じても直ちに帯電が解消するためと考えられる。
【０１３２】
通常、電子放出素子１５の一対の素子電極１６，１７間の印加電圧Ｖｆは１２〜１６Ｖ程度、メタルバック８と電子放出素子１５との距離ｄは２ｍｍ〜８ｍｍ程度、メタルバック８と電子放出素子１５間の電圧Ｖａは１ｋＶ〜１０ｋＶ程度である。
【０１３３】
以上述べた構成は、画像表示等に用いられる好適な画像形成装置を作製する上で必要な概略構成であり、例えば各部材の材料や配置等、詳細な部分は上述内容に限定されるものではなく、画像形成装置の用途に適するように適宜選択する。
【０１３４】
〈実験例１〉
実験例１の画像形成装置は次のようにして構成する。まず、未フォーミングの電子源１をリアプレート２に固定する。次に、Ｐｔからなる島状金属膜５ｂを、ソーダライムガラスからなる絶縁性基材５ａの表面のうち、外囲器１０内に露出する４つの面に成膜する。そして、島状金属膜５ｂを成膜したスペーサ５（高さ５ｍｍ、板厚２００μｍ、長さ２０ｍｍ）を、電子源１上に等間隔でＸ方向配線１２と平行に固定する。その後、電子源１の５ｍｍ上方に、フェースプレート３を支持枠４を介し配置し、リアプレート２、フェースプレート３、支持枠４およびスペーサ５の接合部を固定する。
【０１３５】
電子源１とリアプレート２の接合部、リアプレート２と支持枠４の接合部、およびフェースプレート３と支持枠４の接合部は、フリットガラス（不図示）を塗布し、大気中で４００℃〜５００℃で１０分以上焼成することで封着する。
【０１３６】
また、スペーサ５は、電子源１側ではＸ方向配線１２（線幅３００μｍ）上において、またフェースプレート３側では黒色導電材７ｂ（線幅３００μｍ）上において、金属等の導電材を混合した導電性フリットガラス（不図示）を介して配置し、大気中で４００℃〜５００℃で１０分以上焼成する。これにより、封着及び電気的な接続が実現される。
【０１３７】
スペーサ５は、清浄化したソーダライムガラスからなる絶縁性基材５ａ上に、島状金属膜５ｂを真空成膜法により形成し作製する。
【０１３８】
なお、本実施例１で用いた島状金属膜は、スパッタリング装置を用いてアルゴン雰囲気中で白金ターゲットをスパッタリングすることにより作製する。なお、作製した島状金属膜の膜厚はおよそ１ｎｍであり、シート抵抗は１×１０^９Ω／□である。
【０１３９】
画像形成部材であるところの蛍光膜７は、図１１に示すような、各色蛍光体７ａがＹ方向に延びるストライプ形状を採用し、黒色導電材７ｂとしては各色蛍光体７ａ間だけでなく、Ｙ方向の画素間を分離しかつスペーサ５を設置する為の部分を加えた形状を用いる。先に黒色導電材７ｂを形成し、その間隙部に各色部に各色蛍光体７ａを塗布して、蛍光膜７を作製する。ブラックストライプの材料として通常良く用いられている黒鉛を主成分とする材料を用いる。ガラス基板６に蛍光体７ａを塗布する方法はスラリー法を用いる。
【０１４０】
また、蛍光膜７の内面側に設けられるメタルバック８は、蛍光膜７の作製後、蛍光膜７の内面側表面の平滑化処理（通常「フィルミング」と呼ばれる）を行ない、その後、Ａｌを真空蒸着することで作製する。フェースプレート３には、さらに蛍光膜７の導電性を高めるため、蛍光膜７の外面側に透明電極が設けられる場合もあるが、本実験例１では、メタルバックのみで十分な導電性が得られたので省略する。
【０１４１】
前述の封着を行う際、各色蛍光体と電子放出素子とを対応させなくてはいけないため、リアプレート２、フェースプレート３およびスペーサ５は十分な位置合せを行った。
【０１４２】
以上のようにして完成した外囲器１０内の雰囲気を排気管（不図示）を通じ真空ポンプにて排気し、十分な真空度に達した後、容器外端子Ｄｏｘ１〜ＤｏｘｍとＤｏｙ１〜Ｄｏｙｎを通じ電子放出素子１５の素子電極１６，１７間に電圧を印加し、電子放出部形成用薄膜１８を通電処理（フォーミング処理）することにより電子放出部２３を形成する。フォーミング処理は、図８に示した波形の電圧を印加することにより行う。
【０１４３】
次に、１０^−６Ｔｏｒｒ程度の真空度で、不図示の排気管をガスバーナーで熱することで溶着し外囲器１０の封止を行う。
【０１４４】
最後に、封止後の真空度を維持するためにゲッター処理を行う。
【０１４５】
以上のように完成した画像形成装置において、各電子放出素子１５には、容器外端子Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘｍ，Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎを通じ、走査信号及び変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ印加することにより電子を放出させ、メタルバック８には、高圧端子Ｈｖを通じて高圧を印加することにより放出電子ビームを加速し、蛍光膜７に電子を衝突させ、蛍光体を励起・発光させることで画像を表示する。なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは３ｋＶ〜１０ｋＶ、素子電極１６，１７間へ印加電圧Ｖｆは１４Ｖとする。
【０１４６】
このとき、スペーサ５に近い位置にある電子放出素子１５からの放出電子による発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよいカラー画像表示ができた。このことは、スペーサ５を設置しても、金属膜５ｂがあることにより電子軌道に影響を及ぼすような電解の乱れは発生しなかったことを示している。
【０１４７】
〈実験例２〉
実験例２において実験例１と異なるのは、スペーサ５の島状金属膜５ｂとして厚さ０．７ｎｍのＡｕを、電子ビームを用いたイオンプレーティング法によってアルゴン雰囲気中で成膜した点である。このとき、島状金属膜５ｂの表面抵抗値は、約１０^１２［Ω／□］であった。
【０１４８】
上記スペーサ５を用いた画像形成装置において、各電子放出素子１５には、容器外端子Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎを通じ、走査信号及び変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ印加することにより電子を放出させ、メタルバック８には、高圧端子Ｈｖを通じて高圧を印加することにより放出電子ビームを加速し、蛍光膜７に電子を衝突させ、蛍光体を励起・発光させることで画像を表示する。
【０１４９】
なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは３ｋＶ〜１０ｋＶ、素子電極１６，１７間へ印加電圧Ｖｆは１４Ｖとする。
【０１５０】
このとき、島状金属膜５ｂのないスペーサ５を用いた比較実験用の画像形成装置の場合との比較から、帯電防止効果が得られていることが確認できた。
【０１５１】
〈実験例３〉
実験例３で実験例１と異なるのは、スペーサ５の島状金属膜５ｂとして厚さ１０ｎｍのＮｉ−Ｂ合金を無電解メッキ法にて折出させた点にある。
【０１５２】
このときＮｉの島状金属膜は、硫酸ニッケル、マロン酸、ジメチルアミンボラン、アンモニア水よりなるニッケルメッキ浴を用いて、スペーサを浸漬することにより作製する。また、この時の島状金属膜５ｂの表面抵抗値は約１０^７［Ω／□］であった。なお、フェースプレート３においてメタルバック８を設けず、代わりにガラス基板６と蛍光膜の間にＩＴＯからなる透明電極を設けた。
【０１５３】
上記スペーサ５を用いた画像形成装置において、各電子放出素子１５には、容器外端子Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎを通じ、走査信号及び変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ印加することにより電子を放出させ、メタルバック８には、高圧端子Ｈｖを通じて高圧を印加することにより放出電子ビームを加速し、蛍光膜７に電子を衝突させ、蛍光体を励起・発光させることで画像を表示する。
【０１５４】
なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは１ｋＶ以下、素子電極１６，１７間へ印加電圧Ｖｆは１４Ｖとする。
【０１５５】
このとき、スペーサ５に近い位置にある電子放出素子１５からの放出素子による発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよりカラー画像表示ができた。このことは、スペーサ５を設置しても電子軌道に影響を及ぼすような電解の乱れは発生しなかったことを示している。
【０１５６】
〈実験例４〉
実験例４で実験例１と異なるのは、スペーサ５の島状金属膜５ｂとしてテトラメチルすずをスプレー法を用いてスペーサ５に塗布し、水素還元雰囲気中で焼成することにより、島状の金属膜を形成する。なお、この時の膜圧はおよそ１１ｎｍで表面抵抗値は、約１０^５［Ω／□］であった。なお、フェースプレート３においてメタルバック８を設けず、代わりにガラス基板６と蛍光膜の間にＩＴＯ膜からなる透明電極を設けた。さらに、蛍光体７ａとして低速電子線用の蛍光体を用いた。
【０１５７】
上記スペーサ５を用いた画像形成装置において、各電子放出素子１５には、容器外端子Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎを通じ、走査信号及び変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ印加することにより電子を放出させ、メタルバック８には、高圧端子Ｈｖを通じで高圧を印加することにより放出電子ビームを加速し、蛍光膜７に電子を衝突させ、蛍光体を励起・発光させることで画像を表示する。なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは１００Ｖ前後、素子電極１６，１７間へ印加電圧Ｖｆは１４Ｖとする。
【０１５８】
このとき、スペーサ５に近い位置にある電子放出素子１５からの放出電子による発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよいカラー画像表示ができた。このことは、スペーサ５を設置しても電子軌道に影響を及ぼすような電界の乱れは発生しなかったことを示している。
【０１５９】
〈第１実施例の効果〉
以上説明した第１実施例及びその実験例の画像形成装置においては次のような効果を有する。
▲１▼：まず、防止すべき帯電はスペーサ５の表面で発生するので、スペーサ５としてはその表面部でのみ帯電防止機能を持てば十分である。従って、本実施例では、スペーサ５をなす部材として、絶縁性基材５ａを用い、絶縁性基材５ａの島状金属膜５ｂを形成する。これにより、スペーサ５の表面での帯電を中和するには十分な抵抗値を持ち、かつ装置全体の消費電力を極端に増加させない程度のリーク電流量に留めたスペーサ５を実現できた。すなわち、表面伝導型の電子放出素子１５のような冷陰極の特徴である発熱の少なさを損なうことなく、薄型・大面積の画像形成装置が得られた。
▲２▼：次に、スペーサ５の形状として、電子源１及びフェースプレート３の法線方向に対して、その断面形状が一様である平板状のものを採用したので、スペーサ５自体によって電界が乱れることはない。従って、スペーサ５が電子放出素子１５からの電子軌道を遮らない限り、スペーサ５と電子放出素子１５を近接して配置できるので、スペーサ５と直交するＸ方向に対して電子放出素子１５を高密度に配置できた。しかも、リーク電流は断面の大部分を占める絶縁性基材５ａには流れないので、電子源１または、フェースプレート３に対してスペーサ５を尖状にして接合を行うなどの工夫をしなくても少ないリーク電流に抑えることができた。
▲３▼：また、平板状のスペーサ５を、電子放出素子１５からのＸ方向にずれる電子軌道に沿ってＸＺ平面と平行に配置したので、スペーサ５に電子軌道を遮られることなくスペーサ５と平行なＸ方向に対して電子放出素子１５を高密度に配置できた。
▲４▼：また、各スペーサ５は、電子源１側では１本のＸ方向配線１２上に電気的に接続されており、電子源１上の配線間での不要な電気的結合を避けることができた。
▲５▼：また、所望の島状金属膜５ｂを設けることで以上の効果を示し、帯電を防止するための複雑な付加構造を必要としない本発明のスペーサ５を、本出願人の提案による表面伝導型の電子放出素子１５による単純マトリクス型の電子源１を用いた画像形成装置に適用することにより、簡単な装置構成でありながら高品位な画像を形成できる薄型・大面積の画像形成装置を提供できた。
【０１６０】
〈第２実施例〉
この第２実施例の画像形成装置の第１実施例との違いは、Ｘ方向配線１２とＹ方向配線１３の作製順序を逆にすると同時に、スペーサ５をＹ方向配線１３上に設置した点にある。また、蛍光膜７は図１１に示した形状のものを採用する。
【０１６１】
図１９は、本発明の画像形成装置の第２の実施例の一部を破断した斜視図であり、図２５は、図１９に示した画像形成装置の要部断面図（Ｃ−Ｃ’断面の一部）である。
【０１６２】
図１９及び図２０において、リアプレート２には、複数の電子放出素子１５がマトリクス状に配置された電子源１が固定されている。電子源１には、ガラス基板６の内面に蛍光膜７と加速電極であるメタルバック８が形成された、画像形成部材としてのフェースプレート３が、絶縁性材料からなる支持枠４を介して対向配置されており、電子源１とメタルバック８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２、支持枠４及びフェースプレート３は互いにフリットガラス等で封着され、リアプレート２と支持枠４とフェースプレート３とで外囲器１０を構成する。また、耐大気圧構造体として、外囲器１０の内部には薄板状のスペーサ５が設けられている。スペーサ５は絶縁性基材５ａの表面に島状金属膜５ｂ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、Ｙ方向に平行に配置され、外囲器１０内の内面および電子源１の表面にフリットガラス等で封着される。また、島状金属膜５ｂはフェースプレート３の内面及び電子源１の表面（Ｙ方向配線１３）に電気的に接続されている。
【０１６３】
図２１は、図１９に示した画像形成装置の電子源１の要部平面図であり、図２２は、図２１に示した電子源１のＤ−Ｄ’線断面図である。
【０１６４】
図２１及び図２２に示すように、ガラス基板等からなる絶縁性基板１１には、ｍ本のＸ方向配線１２とｎ本のＹ方向配線１３とが、層間絶縁層１４（図２１では不図示）で電気的に分離されてマトリクス状に配線されている。各Ｘ方向配線１２と各Ｙ方向配線１３との間には、それぞれ電子放出素子１５が電気的に接続されている。各電子放出素子１５は、それぞれＸ方向に間をおいて配置された１対の素子電極１６，１７と各素子電極１６，１７を連絡する電子放出部形成用薄膜１８とで構成され、１対の素子電極１６，１７のうち一方の素子電極１７がＹ方向配線１３に電気的に接続され、他方の素子電極１６が、層間絶縁層１４に形成されたコンタクトホール１４ａを介してＸ方向配線１２に電気的に接続される。Ｘ方向配線１２とＹ方向配線１３は、それぞれ図１９に示した外部端子Ｄｏｘ１〜ＤｏｘｍとＤｏｙ１〜Ｄｏｙｎとして外囲器１０の外部に引き出されている。
【０１６５】
以下、この第２実施例について、いくつかの実験例を挙げて説明する。
【０１６６】
実験例１
本実験例では、まず、未フォーミングの電子源１をリアプレート２に固定する。次に、Ｉｒからなる島状金属膜５ｂをソーダライムガラスからなる絶縁性基材５ａの表面のうち、外囲器１０内に露出する４面に島状金属膜５ｂを成膜する。さらに、スペーサ５（高さ５ｍｍ、板厚２００μｍ、長さ２０ｍｍ）を、電子源１上に等間隔でＹ方向配線１３と平行に固定する。その後、電子源１の５ｍｍ上方に、フェースプレート３を支持枠４を介し配置し、リアプレート２、フェースプレート３、支持枠４およびスペーサ５の接合部を固定する。
【０１６７】
画像形成部材であるところの蛍光膜７は、図１１に示した形状のものを採用し、Ｙ方向に延びるストライプ形状の各色蛍光体７ａと各色蛍光体７ａ間に位置するストライプ形状の黒色導電材７ｂを用いた。先に黒色導電材７ｂを形成し、その間隙部に各色蛍光体７ａを塗布して、蛍光膜７を作製する。ブラックストライプの材料として通常良く用いられている黒鉛を主成分とする材料を用いた。ガラス基板６に蛍光体７ａを塗布する方法はスラリー法を用いた。
【０１６８】
電子源１とリアプレート２の接合部、リアプレート２と支持枠４の接合部、およびフェースプレート３と支持枠４の接合部は、フリットガラス（不図示）を塗布し、大気中で４００℃〜５００℃で１０分以上焼成することで封着する。
【０１６９】
また、スペーサ５は、電子源１側ではＹ方向配線１３（線幅３００μｍ）上に、フェースプレート３側では黒色導電材７ｂ（線幅３００μｍ）上に、金属等の導電材を混合した導電性フリットガラス（不図示）を介して配置し、大気中で４００℃〜５００℃で１０分以上焼成することで、封着しかつ電気的な接続も行った。
【０１７０】
スペーサ５は、清浄化したソーダライムガラスからなる絶縁性基材５ａ上に、島状金属膜５ｂとして厚さ１．２ｎｍのイリジウムをスパッタリングにより形成する。このとき、島状金属膜５ｂの表面抵抗値は約１０^９［Ω／□］であった。
【０１７１】
以上のように構成された画像形成装置において、各電子放出素子１５には、容器外端子Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎを通じ、走査信号及び変調信号を不図示の信号手段よりそれぞれ印加することにより電子を放出させ、メタルバック８には、高圧端子Ｈｖを通じて高圧を印加することにより放出電子ビームを加速し、蛍光膜７に電子を衝突させ、蛍光体を励起・発光させることで画像を表示する。
【０１７２】
なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは３ｋＶ〜１０ｋＶ、素子電極１６，１７間へ印加電圧Ｖｆは１４Ｖとする。
【０１７３】
この時、スペーサ５に近い位置にある電子放出素子１５からの放出電子による発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよいカラー画像表示ができた。このことは、スペーサ５を設置しても電子軌道に影響を及ぼすような電界の乱れは発生しなかったことを示している。
【０１７４】
実験例２
実験例２が第２実施例の実験例１と異なるのは、スペーサ５の島状金属膜５ｂとしてＴａを２ｎｍの厚さに形成した点である。なお、Ｔａの島状金属膜はアルゴンプラズマを用いたスパッタリング法により形成する。このとき、Ｔａにより構成される島状金属膜５ｂの表面抵抗値は、約１０^８［Ω／□］であった。
【０１７５】
上記スペーサ５を用いた画像形成装置において、各電子放出素子１５には、容器外端子Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎを通じ、走査信号及び変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ印加することにより電子を放出させ、メタルバック８には、高圧端子Ｈｖを通じて高圧を印加することにより放出電子ビームを加速し、蛍光膜７に電子を衝突させ、蛍光体を励起・発光させることで画像を表示する。
【０１７６】
なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは３ｋＶ〜１０ｋＶ、素子電極１６，１７間へ印加電圧Ｖｆは１４Ｖとする。
【０１７７】
このとき、島状金属膜５ｂのないスペーサ５を用いた比較実験用の画像形成装置の場合との比較から、帯電防止効果が得られていることが確認できた。
【０１７８】
実験例３
実験例３が実験例１と異なるのは、スペーサ５の島状金属膜５ｂとしてＭｏを１．５ｎｍの厚さに形成した点である。なお、Ｍｏの島状金属膜はアルゴンプラズマを用いたスパッタリング法により形成する。このとき、Ｍｏにより構成される島状金属膜５ｂの表面抵抗値は、約１０^８［Ω／□］であった。
【０１７９】
なお、フェースプレート３においてメタルバック８を設けず、代わりにガラス基板６と蛍光膜の間にＩＴＯ膜からなる透明電極を設けた。
【０１８０】
上記スペーサ５を用いた画像形成装置において、各電子放出素子１５には、容器外端子Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎを通じ、走査信号及び変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ印加することにより電子を放出させ、メタルバック８には、高圧端子Ｈｖを通じて高圧を印加することにより放出電子ビームを加速し、蛍光膜７に電子を衝突させ、蛍光体を励起・発光させることで画像を表示する。なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは１ｋＶ以下、素子電極１６，１７間へ印加電圧Ｖｆは１４Ｖとする。
【０１８１】
このとき、スペーサ５に近い位置にある電子放出素子１５からの放出素子による発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよりカラー画像表示ができた。このことは、スペーサ５を設置しても電子軌道に影響を及ぼすような電解の乱れは発生しなかったことを示している。
【０１８２】
実験例４
実験例４が実験例１と異なるのは、スペーサ５の島状金属膜５ｂとしてＡｇを１ｎｍの厚さに形成した点である。なお、Ａｇの島状金属膜は電子ビーム蒸着法を用いて形成する。このとき、Ａｇにより構成される島状金属膜５ｂの表面抵抗値は約１０^７［Ω／□］であった。
【０１８３】
なお、フェースプレート３においてメタルバック８を設けず、代わりにガラス基板６と蛍光膜の間にＩＴＯ膜からなる透明電極を設けた。さらに、蛍光体７ａとして低速電子線用の蛍光体を用いた。
【０１８４】
上記スペーサ５を用いた画像形成装置において、各電子放出素子１５には、容器外端子Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎを通じ、走査信号及び変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ印加することにより電子を放出させ、メタルバック８には、高圧端子Ｈｖを通じで高圧を印加することにより放出電子ビームを加速し、蛍光膜７に電子を衝突させ、蛍光体を励起・発光させることで画像を表示する。
【０１８５】
なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは１００Ｖ前後、素子電極１６，１７間へ印加電圧Ｖｆは１４Ｖとする。
【０１８６】
このとき、スペーサ５に近い位置にある電子放出素子１５からの放出電子による発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよいカラー画像表示ができた。このことは、スペーサ５を設置しても電子軌道に影響を及ぼすような電界の乱れは発生しなかったことを示している。
【０１８７】
〈第１，第２実施例の効果〉
以上説明した第１実施例，第２実施例及びそれらの実験例の画像形成装置においては、次のような効果を有する。
▲１▼：まず、防止すべき帯電はスペーサ５の表面で発生するので、スペーサ５としてはその表面部でのみ帯電防止機能を持てば十分である。従って、本実施例では、スペーサ５をなす部材として、絶縁性基材５ａを用い、絶縁性基材５ａの島状金属膜５ｂを形成する。これにより、スペーサ５の表面での帯電を中和するには十分な抵抗値を持ち、かつ装置全体の消費電力を極端に増加させない程度のリーク電流量に留めたスペーサ５を実現できた。すなわち、表面伝導型の電子放出素子１５のような冷陰極の特徴である発熱の少なさを損なうことなく、薄型・大面積の画像形成装置が得られた。
▲２▼：次に、スペーサ５の形状として、電子源１及びフェースプレート３の法線方向に対して、その断面形状が一様である平板状のものを採用したので、スペーサ５自体によって電界が乱れることはない。従って、スペーサ５が電子放出素子１５からの電子軌道を遮らない限り、スペーサ５と電子放出素子１５を近接して配置できるので、スペーサ５と直交するＹ方向に対して電子放出素子１５を高密度に配置できた。しかも、リーク電流は断面の大部分を占める絶縁性基材５ａには流れないので、電子源１または、フェースプレート３に対してスペーサ５を尖状にして接合を行うなどの工夫をしなくても少ないリーク電流に抑えることができた。
▲３▼：また、蛍光膜７は、図１１に示した形状のものを採用し、Ｙ方向に延びるストライプ形状の各色蛍光体７ａと各色蛍光体７ａの間に位置するストライプ形状の黒色導電材７ｂを用いたので、電子放出素子１５をＹ方向に項密度に配置しても、表示画像の輝度を損なうことがなかった。
▲４▼：また、各スペーサ５は、電子源１側では１本のＸ方向配線１２上に電気的に接続されており、電子源１上の配線間での不要な電気的結合を避けることができた。
▲５▼：また、所望の島状金属膜５ｂを設けることで以上の効果を示し、帯電を防止するための複雑な付加構造を必要としないスペーサ５を、本出願人の提案による表面伝導型の電子放出素子１５による単純マトリクス型の電子源１を用いた画像形成装置に適用することにより、簡単な装置構成でありながら高品位な画像を形成できる薄型・大面積の画像形成装置を提供できた。
【０１８８】
〈第３実施例〉
次に説明する第３実施例の、前述の第１実施例に対する違いは柱状のスペーサを用いた点にある。
【０１８９】
図２３は、本発明の画像形成装置の第３の実施例の一部を破断した斜視図であり、図２４は、図２３に示した画像形成装置の要部断面図（Ｅ−Ｅ’断面の一部）である。
【０１９０】
図２３及び図２４において、リアプレート２には、複数の電子放出素子１５がマトリクス状に配置された電子源１が固定されている。電子源１には、ガラス基板６の内面に蛍光膜７と加速電極であるメタルバック８が形成された、画像形成部材としてのフェースプレート３が、絶縁性材料からなる支持枠４を介して対向配置されており、電子源１とメタルバック８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２、支持枠４及びフェースプレート３は互いにフリットガラス等で封着され、リアプレート２と支持枠４とフェースプレート３とで外囲器１０を構成する。
【０１９１】
また、耐大気圧構造体として、外囲器１０の内部には柱状のスペーサ５が設けられている。スペーサ５は絶縁性基材５ａの表面に半導電性の薄膜５ｂ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、外囲器１０の内面および電子源１の表面にフリットガラス等で封着される。また、島状金属膜５ｂはフェースプレート３の内面及び電子源１の表面（Ｘ方向配線１２）に電気的に接続されている。
【０１９２】
実験例１
第３実施例の実験例１では、まず、未フォーミングの電子源１をリアプレート２に固定する。次に、Ｃｒからなる島状金属膜５ｂをソーダライムガラスからなる絶縁性基材５ａの表面のうち、外囲器１０内に面に島状金属膜５ｂを成膜した円柱状のスペーサ５（高さ５ｍｍ、半径１００μｍ）を、電子源１上に等間隔で固定する。その後、電子源１の５ｍｍ上方に、フェースプレート３を支持枠４を介し配置し、リアプレート２、フェースプレート３、支持枠４およびスペーサ５の接合部を固定する。
【０１９３】
なお、スペーサ５の島状金属膜５ｂとしてＣｒを０．８ｎｍの厚さに形成する。なお、Ｃｒの島状金属膜は抵抗加熱蒸着法を用いて形成する。このとき、Ｃｒにより構成される島状金属膜５ｂの表面抵抗値は約１０^９［Ω／□］であった。
【０１９４】
電子源１とリアプレート２の接合部、リアプレート２と支持枠４の接合部、およびフェースプレート３と支持枠４の接合部は、フリットガラス（不図示）を塗布し、大気中で４００℃〜５００℃で１０分以上焼成することで封着する。
【０１９５】
スペーサ５は、電子源１側ではＸ方向配線１２（線幅３００μｍ）上に、フェースプレート３側では黒色導電材７ｂ（線幅３００μｍ）上に、金属等の導電材を混合した導電性フリットガラス（不図示）を介して配置し、大気中で４００℃〜５００℃で１０分以上焼成することで、封着しかつ電気的な接続も行った。スペーサ５は、清浄化したソーダライムガラスからなる絶縁性基材５ａ上に、島状金属膜５ｂを成膜したものである。このとき、島状金属膜５ｂの表面抵抗値は約１０⁹［Ω／□］であった。
【０１９６】
以上のように構成された画像形成装置において、各電子放出素子１５には、容器外端子Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎを通じ、走査信号及び変調信号を不図示の信号手段よりそれぞれ印加することにより電子を放出させ、メタルバック８には、高圧端子Ｈｖを通じて高圧を印加することにより放出電子ビームを加速し、蛍光膜７に電子を衝突させ、蛍光体を励起・発光させることで画像を表示する。
【０１９７】
なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは３ｋＶ〜１０ｋＶ、素子電極１６，１７間への印加電圧Ｖｆは１４Ｖとする。
【０１９８】
まず、防止すべき帯電はスペーサ５の表面で発生するので、スペーサ５としてはその表面部でのみ帯電防止機能を持てば十分である。従って、第３実施例では、スペーサ５をなす部材として、絶縁性基材５ａを用い、絶縁性基材５ａの島状金属膜５ｂを形成する。これにより、スペーサ５の表面での帯電を中和するには十分な抵抗値を持ち、かつ装置全体の消費電力を極端に増加させない程度のリーク電流量に留めたスペーサ５を実現できた。すなわち、表面伝導型の電子放出素子１５のような冷陰極の特徴である発熱の少なさを損なうことなく、薄型・大面積の画像形成装置が得られた。
【０１９９】
次に、スペーサ５の形状として、電子源１及びフェースプレート３の法線方向に対して、その断面形状が一様である柱状のものを採用したので、スペーサ５自体によって電界が乱れることはない。従って、スペーサ５が電子放出素子１５からの電子軌道を遮らない限り、スペーサ５と電子放出素子１５を近接して配置できるので、スペーサ５と直交するＸ方向に対して電子放出素子１５を高密度に配置できた。しかも、リーク電流は断面の大部分を占める絶縁性基材５ａには流れないので、電子源１または、フェースプレート３に対してスペーサ５を尖状にして接合を行うなどの工夫をしなくても少ないリーク電流に抑えることができた。
【０２００】
また、各スペーサ５は、電子源１側では１本のＸ方向配線１２上に電気的に接続されており、電子源１上の配線間での不要な電気的結合を避けることができた。
【０２０１】
また、所望の島状金属膜５ｂを設けることで以上の効果を示し、帯電を防止するための複雑な付加構造を必要としない第３実施例のスペーサ５を、本出願人の提案による表面伝導型の電子放出素子１５による単純マトリクス型の電子源１を用いた画像形成装置に適用することにより、簡単な装置構成でありながら高品位な画像を形成できる薄型・大面積の画像形成装置を提供できた。
【０２０２】
〈第４実施例〉
この第４実施例は、前述の第１実施例との比較において、第１実施例と同じスペーサ５を用いている点においては同じであるが、更に、支持枠４を電子源１にできるだけ近接して設置するとともに、支持枠４の内面側に島状金属膜を形成した点で異なる。
【０２０３】
図２５は、本発明の画像形成装置の第４実施例の一部を破断した斜視図であり、図２６は、図２５に示した画像形成装置の要部断面図（Ｆ−Ｆ’断面の一部）である。
【０２０４】
図２５及び図２６において、リアプレート２には、複数の電子放出素子１５がマトリクス状に配置された電子源１が固定されている。電子源１には、ガラス基板６の内面に蛍光膜７と加速電極であるメタルバック８が形成された、画像形成部材としてのフェースプレート３が、支持枠４を介して対向配置されており、電子源１とメタルバック８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２、支持枠４及びフェースプレート３は互いにフリットガラス等で封着され、リアプレート２と支持枠４とフェースプレート３とで外囲器１０を構成する。また、耐大気圧構造体として、外囲器１０の内部には薄板状のスペーサ５が設けられている。
【０２０５】
スペーサ５は絶縁性基材５ａの表面に島状金属膜５ｂ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、Ｘ方向に平行に配置され、外囲器１０の内面および電子源１の表面にフリットガラス等で封着される。また、島状金属膜５ｂはフェースプレート３の内面及び電子源１の表面（Ｘ方向配線１３）に電気的に接続されている。
【０２０６】
支持枠４は絶縁性基材４ａの内面側に島状金属膜４ｂを成膜した部材からなるもので、外囲器１０の内面および電子源１の表面にフリットガラス等で封着される。また、島状金属膜４ｂはリアプレート２の内面及びフェースプレート３の内面に電気的に接続されている。
【０２０７】
実験例１
第４実施例の実験例１では、まず、未フォーミングの電子源１をリアプレート２に固定する。次に、島状金属膜５ｂをソーダライムガラスからなる絶縁性基材５ａの表面のうち、外囲器１０内に面に露出する４面に島状金属膜５ｂを成膜した円柱状のスペーサ５（高さ５mm、板圧２０μｍ、長さ２０mm）を、電子源１上に等間隔でＸ方向配線１２と平行に固定する。その後、電子源１の５mm上方に、フェースプレート３を支持枠４を介し配置し、リアプレート２、フェースプレート３、支持枠４およびスペーサ５の接合部を固定する。支持枠４は、電子源１から放出される電子軌道を遮らない限り、電子源１の電子放出部１５、及びフェースプレート３の蛍光膜７にできるだけ近づけて配置する。
【０２０８】
電子源１とリアプレート２の接合部は、フリットガラス（不図示）を塗布し、大気中で４００℃〜５００℃で１０分以上焼成することで封着する。
【０２０９】
また、スペーサ５は、電子源１側ではＸ方向配線１２（線幅３００μｍ）上に、フェースプレート３側では黒色導電材７ｂ（線幅３００μｍ）上に、金属等の導電材を混合した導電性フリットガラス（不図示）を介して配置し、大気中で４００℃〜５００℃で１０分以上焼成することで、封着しかつ電気的な接続も行った。
【０２１０】
また、リアプレート２と支持枠４の接合部、およびフェースプレート３と支持枠４の接合部も、金属等の導電材を混合した導電性フリットガラス（不図示）を介して配置し、大気中で４００℃〜５００℃で１０分以上焼成することで、封着しかつ電気的な接続も行った。島状金属膜４ｂは、リアプレート２側では不図示のアース電位電極に電気的に接続し、フェースプレート３側では高圧端子Ｈｖに電気的に接続する。
【０２１１】
スペーサ５は、清浄化したソーダライムガラスからなる絶縁性基材５ａ上に、島状金属膜５ｂとして、Ｔｉを１．５ｎｍの厚さに形成する。なお、Ｔｉの島状金属膜は抵抗加熱蒸着法を用いて形成する。このときＴｉにより構成される島状金属膜５ｂの表面抵抗値は、約１０^１０［Ω／□］であった。
【０２１２】
支持枠４もスペーサ５同様に、清浄化したソーダライムガラスからなる絶縁性基材４ａの内面上に、Ｔｉを１．５ｎｍの厚さに形成する。
【０２１３】
画像形成部材であるところの蛍光膜７は、図１１に示すように、各色蛍光体７ａがＹ方向に延びるストライプ形状を採用し、黒色導電材７ｂとしては各色蛍光体７ａ間だけでなく、Ｙ方向の画素間を分離しかつスペーサ５を設置する為の部分を加えた形状を用いた。先に黒色導電材７ｂを形成し、その間隙部に各色蛍光体７ａを塗布して、蛍光膜７を作製する。ブラックストライプの材料として通常良く用いられている黒鉛を主成分とする材料を用いた。ガラス基板６に蛍光体７ａを蛍光体７ａを塗布する方法はスリラー法を用いた。
【０２１４】
また、蛍光膜７の内面側に設けられるメタルバック８は、蛍光膜７の作製後、蛍光膜７の内面側表面の平滑化処理（通常フィルミングと呼ばれる）を行ない、その後、Ａｌを真空蒸着することで作製する。フェースプレート３には、さらに蛍光膜７の導電性を高めるため、蛍光膜７の外面側に透明電極が設けられる場合もあるが、本実施例では、メタルバックのみで十分な導電性が得られたので省略する。
【０２１５】
前述の封着を行う際、各色蛍光体と電子放出素子とを対応させなくてはいけないため、リアプレート２、フェースプレート３およびスペーサ５は十分な位置合わせを行った。
【０２１６】
以上のようにして完成した外囲器１０内の雰囲気を排気管（不図示）を通じ真空ポンプにて排気し、十分な真空度に達した後、容器外端子Ｄｏｘ１〜ＤｏｘｍとＤｏｙ１〜Ｄｏｙｎを通じ電子放出素子１５の素子電極１６，１７間に電圧を印加し、電子放出部形成用薄膜１８を通電処理（フォーミング処理）することにより電子放出部２３を形成する。フォーミング処理は、図８に示した波形の電圧を印加することにより行った。
【０２１７】
次に、１０^−６Ｔｏｒｒ程度の真空度で、不図示の排気管をガスバーナーで熱することで溶着し外囲器１０の封止を行った。
【０２１８】
最後に、封止後の真空度を維持するために、ゲッター処理を行った。
【０２１９】
以上のように完成した画像形成装置において、各電子放出素子１５には、容器外端子Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎを通じ、走査信号及び変調信号を不図示の信号手段よりそれぞれ印加することにより電子を放出させ、メタルバック８には、高圧端子Ｈｖを通じて高圧を印加することにより放出電子ビームを加速し、蛍光膜７に電子を衝突させ、蛍光体を励起・発光させることで画像を表示する。
【０２２０】
なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは３ｋＶ〜１０ｋＶ、素子電極１６，１７間へ印加電圧Ｖｆは１４Ｖとする。
【０２２１】
このとき、スペーサ５及び支持枠４に近い位置にある電子放出素子１５からの放出電子による発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよいカラー画像表示ができた。このことは、スペーサ５を設置しかつ支持枠４を電子源１に近接して配置しても、電子軌道に影響を及ぼすような電界の乱れは発生しなかったことを示している。
【０２２２】
以上説明した第４実施例及びその実験例の画像形成装置においては、第１実施例で示した効果に加えて、更に次のような効果を有する。
▲１▼：まず、防止すべき帯電は電子源１に近接して配置した支持枠４の表面で発生するので、支持枠４としてはその表面部でのみ帯電防止機能を持てば十分である。従って、支持枠４をなす部材として、絶縁性基材４ａを用い、絶縁性基材４ａの表面に島状金属膜４ｂを形成する。これにより、スペーサ４の表面での帯電を中和するには十分な抵抗値を持ち、かつ装置全体の消費電力を極端に増加させない程度のリーク電流量に留めた支持枠４をを実現できた。すなわち、表面伝導型の電子放出素子１５のような冷陰極の特徴である発熱の少なさを損なうことなく、薄型・大面積の画像形成装置が得られた。
▲２▼：また、上述の支持枠４を用いることにより、画像表示領域の外側の部分を小さくできるので、装置全体を小型化できた。
【０２２３】
〈第５実施例〉
図２７は、本発明の画像形成装置に、例えは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画像表示装置の一例を示すための図である。尚、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ー等については説明を省略する。
【０２２４】
以下、画像信号の流れに沿って各部を説明したゆく。
【０２２５】
まず、ＴＶ信号受信回路５１３は、例えば電波や空間光通信などのようｎ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方式などの諸方式でも良い。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方式を始めとするいわゆる高品位ＴＶ）は、大面積化や大画素化に適した本発明の画像形成装置を用いたディスプレイパネル５００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５１３で受信されたＴＶ信号は、デコーダ５０４に出力される。
【０２２６】
また、画像ＴＶ信号受信回路５１２は、例えは同軸ケーブルや光ファイバー等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。ＴＶ信号受信回路５１３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５０４に出力される。
【０２２７】
画像入力インターフェース回路５１１は、例えばＴＶカメラや画像読取スキャナー等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５０４に出力される。
【０２２８】
画像メモリインターフェース回路５１０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５０４に出力される。
【０２２９】
画像メモリインターフェース回路５０９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５０４に出力される。
【０２３０】
画像メモリインターフェース回路５０８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５０４に出力される。
【０２３１】
入出力インターフェース回路５０５は、本表示装置と、外部のコンピュータ、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・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ＣＰＵ５０６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。
【０２３２】
画像生成回路５０７は、入出力インターフェース回路５０５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ＣＰＵ５０６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よう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出し専用メモリや、画像処理を行うためのプロセッサなどを初めとして画像の生成に必要な回路が組み込まれている。画像生成回路５０７により生成された表示用画像データは、デコーダ５０４に出力されるが、場合によっては入出力インターフェース回路５０５を介して外部のコンピュータネットワークやプリンタに出力することも可能である。
【０２３３】
ＣＰＵ５０６は、主として本表示装置の動作制御や、表示画像の生成、選択、編集に係わる作業を行う。例えば、マルチプレクサ５０３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５０２に対して制御信号を発生し、画像表示よう周波数や走査方法（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。また、画像生成回路５０７に対して画像データや文字・図形情報を直接出力したり、あるいは入出力インターフェース回路５０５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。
【０２３４】
なお、ＣＰＵ５０６はむろんこれ以外の目的の作業にも係わるものであってもよい。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したりする機能に直接かかわっても良い。あるいは、前述したように入出力インターフェース回路５０５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なってもよい。
【０２３５】
入力部５１４は、ＣＰＵ５０６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他、ジョイステック、バーコードリーダ、音声認識装置など多様な入力機器を用いることが可能である。
【０２３６】
デコーダ５０４は、画像生成回路５０７〜ＴＶ信号受信回路５１３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５０４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、あるいは画像生成回路５０７及びＣＰＵ５０６と協同して画像の間引き、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。
【０２３７】
マルチプレクサ５０３は、ＣＰＵ５０６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５０３はデコーダ５０４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５０１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換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。
【０２３８】
ディスプレイパネルコントローラ５０２は、ＣＰＵ５０６より入力される制御信号に基づき駆動回路５０１の動作を制御するための回路である。ディスプレイパネル５００の基本的な動作に関わるものとして、例えばディスプレイパネル５００の駆動用電源（不図示）の動作シーケンスを制御するための信号を駆動回路５０１に対して出力する。ディスプレイパネル５００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５０１に対して出力する。また、場合によっては表示画像の輝度、コントラスト、色調、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５０１に対して出力する場合もある。
【０２３９】
駆動回路５０１は、ディスプレイパネル５００に印加する駆動信号を発生するための回路であり、マルチプレクサ５０３から入力される画像信号と、ディスプレイパネルコントローラ５０２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。
【０２４０】
以上、各部の機能を説明したが、図２７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５００に表示することが可能である。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５０４において逆変換された後、マルチプレクサ５０３において適宜選択され、駆動回路５０１に入力される。一方、ディスプレイコントローラ５０２は、表示する画像信号に応じて駆動回路５０１の動作を制御するための制御信号を発生する。駆動回路５０１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５００に駆動信号を印加する。これにより、ディスプレイパネル５００において画像が表示される。これらの一連の動作は、ＣＰＵ５０６により統括的に制御される。
【０２４１】
また、本表示装置においては、デコーダ５０４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路５０７およびＣＰＵ５０６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、画像の縦横比変換等をはじめとする画像処理や、合成、消去、接続、入れ替え、はめ込みなどをはじめとする画像編集を行うことも可能である。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時に、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よい。
【０２４２】
従って、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、静止画像及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ことが可能で、産業用或は民生用として極めて応用範囲が広い。
【０２４３】
尚、上記図２７は、本発明による画像形成装置を用いた表示装置の構成の一例を示したに過ぎず、これのみに限定されるものでないことは言うまでもない。例えば図２７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よい。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。
【０２４４】
第５実施例の表示装置においては、とりわけ前述の実施例による画像形成装置の薄型化が容易であるという効果のため、表示装置の奥行きを小さくすることができる。それに加えて、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よく表示することが可能である。
【０２４５】
〈他の実施例〉
本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で以下のように種々変形が可能である。
【０２４６】
本発明は、表面伝導型電子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ような対向する一対の電極を電子源を成す基板面に沿って構成した電界放出型の電子放出素子がある。
【０２４７】
また、本発明は、単純マトリクス型以外の電子源を用いた画像形成装置に対しても適用できる。例えば、本出願人による特開平２−２５７５５１号公報等に記載されたような制御電極を用いて表面伝導型電子放出素子の選択を行う画像形成装置において、上記のような支部部材を用いた場合である。
【０２４８】
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表示に限るものでなく、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。
【０２４９】
また、本発明の思想によれば、例えば電子顕微鏡等のように、電子源からの放出電子の被照射部材が、画像形成部材以外の部材である場合についても、本発明は適用できる。従って、本発明は被照射部材を特定しない電子線発生装置としての形態もとり得る。
【０２５０】
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。
【０２５１】
また、本発明の思想によれば、例えば電子顕微鏡等の様に、電子源からの放出電子の被照射部材が、画像形成部材以外の部材である場合についても、本発明は適用できる。従って、本発明は被照射部材を特定しない電子線発生装置としても形態もとり得る。
【０２５２】
尚、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても、１つの機器から成る装置に適用しても良い。また、本発明はシステム或は装置にプログラムを供給することによって達成される場合にも適用できることはいうまでもない。
【０２５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電子線発生装置並びに画像形成装置においては、電子原と電極間に配置された絶縁性の中間部材表面に、導電性薄膜を形成しこれに微弱電流を流すことにより、中間部材の帯電を防ぐことができる。その結果、電子源から放出される電子ビームの軌道が予定どおりの軌道となる。特に、この電子源を画像形成に用いれば、画像形成面に電子が衝突する位置と、本来発光するべき画像形成面との位置ズレの発生が防止され、輝度損失を防ぐことができ鮮明な画像表示を可能とする電子線発生装置並びに画像形成装置の提供が可能となった。
【０２５４】
また、本発明の支持スペーサによれば、トラップした荷電粒子を放出することができ、これにより発生する電子線の軌道を曲げることがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の表面伝導型電子放出素子の平面図である。
【図２】本発明の画像形成装置の第１実施例の一部を破断した斜視図である。
【図３】第１実施例の画像形成装置のスペーサ近傍のＡ−Ａ’線断面図である。
【図４】第１実施例の画像形成装置の電子源の要部平面図である。
【図５】図４に示した電子源のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図６】第１実施例の画像形成装置の電子源の製造工程を順に示した図である。
【図７】電子放出部形成用薄膜を形成する際に用いられるマスクの一例の平面図である。
【図８】フォーミング処理に用いられる電圧波形の一例を示す図である。
【図９】実施例の電子放出素子の測定評価装置を示す概略構成図である。
【図１０】実施例の電子放出素子の基本的特性を説明するための図である。
【図１１】蛍光膜の構成を説明するための図である。
【図１２】蛍光膜の構成を説明するための図である。
【図１３】第１実施例の画像形成装置の駆動回路の概略構成を示すブロック図である。
【図１４】第１実施例の画像形成装置の電子源の一部回路図である。
【図１５】第１実施例の画像形成装置の駆動方法を説明するための原画像の一例を示す図である。
【図１６】第１実施例の画像形成装置の駆動電圧が印加された電子源の一部回路図である。
【図１７】第１実施例の画像形成装置における電子および散乱粒子の軌跡を説明するための図で、スペーサ近傍の電子放出部をＹ方向から見た図である。
【図１８】図１に示した画像形成装置における電子および散乱粒子の軌跡を説明するための図で、スペーサ近傍の電子放出部をＸ方向から見た図である。
【図１９】本発明の画像形成装置の第２実施例の一部を破断した斜視図である。
【図２０】第２実施例の画像形成装置のスペーサ近傍のＣ−Ｃ’線断面図である。
【図２１】第２実施例の画像形成装置の電子源の要部平面図である。
【図２２】第２実施例の電子源のＤ−Ｄ’線断面図である。
【図２３】本発明の画像形成装置の第３実施例の一部を破断した斜視図である。
【図２４】第３実施例の画像形成装置のスペーサ近傍のＥ−Ｅ’線断面図である。
【図２５】本発明の画像形成装置の第４実施例の一部を破断した斜視図である。
【図２６】第４実施例の画像形成装置のスペーサ及び支持枠近傍のＦ−Ｆ’線断面図である。
【図２７】本発明の画像形成装置を画像表示装置に適用した第５実施例の回路図である。
【符号の説明】
１電子源
２リアプレート
３フェースプレート
４支持枠
５スペーサ
５ａ絶縁性基材
５ｂ島状金属膜
６ガラス基板
７蛍光膜
８メタルバック
１０外囲器
１１絶縁性基板
１２Ｘ方向配線
１３Ｙ方向配線
１４層間絶縁層
１５電子放出素子
１８電子放出形成用薄膜（電子放出部を含む薄膜）
２０マスク
２０ａ開口
２１Ｃｒ膜
２３電子放出部
３０，３２電流計
３１，３３電源
３４アノード電極
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
５００ディスプレイパネル
５０１駆動回路
５０２ディスプレイパネルコントローラ
５０３マルチプレクサ
５０４デコーダ
５０５入出力インターフェース回路
５０６ＣＰＵ
５０７画像生成回路
５０８，５０９，５１０画像メモリインターフェース回路
５１１画像入力インターフェース回路
５１２，５１３ＴＶ信号受信回路
５１４入力部
３００１絶縁性基板
３００２電子放出部形成用薄膜
３００３電子放出部
３００４電子放出部を含む薄膜[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an electron beam generating apparatus and an image forming apparatus such as a display device as an application thereof, and further relates to a supporting spacer used therein, and in particular, an electron beam generating apparatus having a large number of surface conduction electron-emitting devices, The present invention relates to devices and supporting spacers used for them.
[0002]
[Prior art]
Generally, in an image forming apparatus using electrons, an envelope that maintains a vacuum atmosphere, an electron source and a driving circuit for emitting electrons, an image forming member having a phosphor that emits light by collision of electrons, and the like, And a high-voltage power supply for accelerating the electrode toward the image forming member. Further, in an image forming apparatus using a flat envelope such as a thin image display device, a support column (spacer) may be used as an atmospheric pressure resistant structure.
[0003]
As an electron-emitting device used for an electron source of an image forming apparatus, a cold cathode is known in addition to a hot cathode conventionally used in a CRT or the like. The cold cathode includes a field emission type (hereinafter abbreviated as “FE” type), a metal / insulating layer / metal type (hereinafter abbreviated as “MIM” type), a surface conduction electron-emitting device, and the like.
[0004]
As an example of the FE type, W. P. Dyke & W. W. Dolan, "Field Emission", Advance in Electron Physics, 8, 89 (1956) or C.I. A. Spindt, "Physical Properties of Thin-Film Field Emission Cathodes with Molybdenium Cones", J. Amer. Appl. Phys. , 47, 5248 (1976).
[0005]
Examples of the MIM type include C.I. A. Mead, "Operation of tunnel-emission devices, J. Appl. Phys., 32, 646 (1961)" and the like are known.
[0006]
Examples of surface conduction electron-emitting devices include those described in M.S. I. Elinson, Radio Eng. ElectronPhys. , 10, 1290, (1965) and the like.
[0007]
The surface conduction electron-emitting device utilizes a phenomenon in which electron emission occurs when a current flows through a small-area thin film formed on a substrate in parallel with the film surface. Examples of the surface conduction electron-emitting device include a device using an Sn02 thin film by Elinson et al. And a device using an Au thin film [G. Dittmer: "Thin Solid Films", 9, 317 (1972)], based on an In2O3 / SnO2 thin film [M. Hartwell and C.I. G. FIG. Fonstad: "IEEE Trans. ED Conf.", 519 (1975)], and a method using a carbon thin film [Hisashi Araki et al .: Vacuum, Vol. 26, No. 1, p. 22 (1983)] and the like are reported.
[0008]
As a typical device configuration of these surface conduction electron-emitting devices, the aforementioned M.I. FIG. 1 shows an element configuration of the Hartwell. In the figure, reference numeral 3001 denotes an insulating substrate. Reference numeral 3002 denotes a thin film for forming an electron emitting portion, which is formed of a metal oxide thin film or the like formed by sputtering in an H-shaped pattern, and the electron emitting portion 3003 is formed by an energization process called forming described later.
[0009]
Conventionally, in these surface-conduction electron-emitting devices, the electron-emitting portion forming thin film 3002 is generally formed with an electron-emitting portion 3003 by an energization process called forming before electron emission. That is, the forming means that the voltage is applied to both ends of the thin film for forming an electron emitting portion 3002, and the thin film for forming the electron emitting portion is locally destroyed, deformed or deteriorated, and the electron emitting portion is made to have an electrically high resistance state. 3003. Note that the electron-emitting portion 3003 is formed by a crack generated in a part of the electron-emitting-portion forming thin film 3002, and the electron is emitted from the vicinity of the crack. Hereinafter, the electron-emitting-portion-forming thin film 3002 including the electron-emitting portion 3003 formed by forming is referred to as a “thin film including an electron-emitting portion” 3004. The surface conduction type electron-emitting device that has been subjected to the forming process is configured to apply a voltage to the thin film 3004 including the electron-emitting portion and to cause a current to flow through the device, thereby causing the electron-emitting portion 3003 to emit electrons.
[0010]
As an example of arranging a large number of surface-conduction electron-emitting devices, an electron source in which a large number of surface-conduction electron-emitting devices are arranged in parallel, and a large number of rows in which both ends of each element are connected by wiring, respectively, is arranged. (For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 1-33132 of the present applicant).
[0011]
By combining an electron source having a plurality of surface conduction electron-emitting devices arranged therein and a phosphor as an image forming member that emits visible light by electrons emitted from the electron source, various image forming apparatuses are provided. Although a display device is mainly configured (for example, U.S. Pat. No. 5,066,883 filed by the present applicant), a self-luminous display device which can be easily manufactured even with a large screen device and has excellent display quality. Therefore, it is expected as an image forming apparatus replacing the CRT.
[0012]
For example, in an image forming apparatus as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 2-257551 previously proposed by the present applicant, selecting an arbitrary element from a large number of formed surface conduction electron-emitting elements requires The surface conduction type electron-emitting devices are arranged in parallel and connected (row direction wiring), and in a direction orthogonal to the row direction wiring (column direction), in the space between the electron source and the phosphor, and provided as a control electrode. This is based on an appropriate drive signal to the connected wiring (column direction wiring).
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
The present applicant has proposed a method of realizing an image forming apparatus using a surface conduction electron-emitting device with a simpler configuration by using a plurality of row-direction wirings and a plurality of column-direction wirings. By connecting the pair of device electrodes facing each other, a simple matrix type electron source in which surface conduction electron-emitting devices are arranged in a matrix is formed, and appropriate drive signals are given in the row direction and the column direction. Thus, a system capable of selecting a large number of surface conduction electron-emitting devices and controlling the amount of electron emission is being considered.
[0014]
In examining an image forming apparatus using the above-described simple matrix type surface conduction electron-emitting device electron source, the present inventors have found that the light emission position (electron collision position) and the light emission shape on the phosphor forming the image forming member are different. We have found that some cases deviate from the expected values. In particular, when an image forming member for a color image is used, in addition to the shift of the light emitting position, a decrease in luminance and the occurrence of color shift may be observed. Then, it has been confirmed that such a phenomenon occurs near a support frame or a support column (spacer) disposed between the electron source and the image forming member, or at a peripheral portion of the image forming member.
[0015]
The present invention has been made in view of the above problems, and in an electron beam generator having an electrode and an electron source using an electron emitting element, even if an intermediate member is arranged between the electron source and the electrode, the trajectory of the emitted electrons fluctuates. We propose an electron beam generator that does not generate phenomena.
[0016]
Another object of the present invention is to provide an image forming apparatus that uses, for example, a surface conduction electron-emitting device as an electron-emitting device and forms an image using electrons emitted from the electron source without causing displacement of light emission and having a long life. It is an object of the present invention to provide a highly reliable new image forming apparatus.
[0017]
Another object of the present invention is to provide a supporting spacer used in the electron beam generator.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above-mentioned phenomenon is mainly caused by electrons emitted from an electron source.
[0019]
In the electron beam generator and the image forming apparatus, the electrons emitted from the electron source collide with a phosphor or the like, which is an image forming member, or with a low probability, a residual gas in a vacuum. Some of the scattering particles (ions, secondary electrons, and neutral particles) generated at a certain probability at the time of the collision collide with the exposed portion of the insulating material in the image forming apparatus, and the exposed portion is charged. Become. Due to this charging, the electric field changes near the exposed portion. It is considered that the change in the electric field causes a shift in the trajectory of the emitted electrons, and as a result, the light emission position or light emission shape of the phosphor changes.
[0020]
Further, from the light emission position and the state of the change in the shape of the phosphor, it was found that mainly the positive charges were accumulated in the exposed portion. This may be caused by the case where the positive ions of the scattering particles are attached and charged, or the case where the positive charging is caused by secondary electron emission generated when the scattering particles collide with the exposed portion.
[0021]
Therefore, the electron beam generator of the present invention has the following configuration. That is,
An electron source having a plurality of cold-cathode-type electron-emitting devices, an electrode disposed opposite to the electron source and acting on electrons emitted from the electron source, and an insulation disposed between the electron source and the electrode An electron beam generator having a neutral intermediate member,
The intermediate member has an island-shaped metal film on a surface thereof, and the island-shaped metal film is electrically connected to the electron source and / or the electrode.
[0022]
Still another electron beam generator of the present invention has the following configuration. That is,
An electron source having a plurality of cold-cathode-type electron-emitting devices, an electrode disposed to face the electron source and acting on electrons emitted from the electron source, and an insulating material disposed between the electron source and the electrode. An electron beam generator having an intermediate member;
It is characterized in that it comprises means for trapping charged particles that are to be attached to the intermediate member.
[0023]
First, since the charge to be prevented occurs on the surface of the insulating intermediate member, it is sufficient for the intermediate member to have an antistatic function only on the surface thereof. Therefore, in the electron beam generator of the present invention, a conductive thin film is formed on the surface of the intermediate member.
[0024]
According to a preferred aspect of the present invention, the conductive thin film has a surface resistance of 10 5 to 10 12 [Ω / □].
[0025]
This realizes an electron beam generator having a sufficiently low resistance value to neutralize the charge on the surface of the intermediate member and a leak current amount that does not significantly increase the power consumption of the entire device. it can. That is, a thin and large-area image forming apparatus can be obtained without impairing the low heat generation characteristic of the cold cathode.
[0026]
According to a preferred aspect of the present invention, in the conductive thin film, a metal thin film is discretely applied on the surface of the intermediate member in an island shape.
[0027]
Charging is generated by cations trapped on the surface of the intermediate member as described above. For this reason, charging can be prevented by applying a minute current to the surface of the intermediate member. However, there is a problem that the increase in the minute current increases the current consumption of the device. In an island-shaped metal film, electrons move between islands by surface conduction, so that current can be concentrated only on the surface of the intermediate member, efficiently trapping cations that are trapped on the surface of the insulator as the intermediate member and cause charging. Can be summed up. Further, since the metal portion of the island-shaped metal film has a low resistance, the amount of energy consumed by the heat generated by the current is small. From the above results, the island-shaped metal film can reduce the amount of current not involved in neutralization, and can prevent charging very efficiently.
[0028]
According to a preferred aspect of the present invention, the intermediate member has an upright surface between the electron source and the electrode. That is, since the cross-sectional shape of the intermediate member is uniform with respect to the normal direction of the electron source and the electrode, the electric field is not disturbed by the intermediate member. Therefore, as long as the intermediate member does not block electron activation from the electron-emitting device, the intermediate member and the electron-emitting device can be arranged close to each other, so that the electron-emitting devices can be arranged at a high density. Moreover, since the leak current flows only on the surface of the intermediate member, it is possible to reduce the leak current to a small value without devising the electron source or the electrode to the intermediate member in a pointed manner and joining them. Was completed.
[0029]
According to a preferred aspect of the present invention, the intermediate member is flat or columnar.
[0030]
According to a preferred aspect of the present invention, the electrode is an acceleration electrode.
[0031]
According to a preferred aspect of the present invention, the electron-emitting device is a surface conduction electron-emitting device including a pair of opposing device electrodes and a thin film including an electron-emitting portion extending between the device electrodes. Features.
[0032]
Particularly preferred among the cold cathode devices are surface conduction electron-emitting devices (surface conduction electron-emitting devices). The surface conduction electron-emitting device has a simple structure and is easy to manufacture, and a large-area device can be easily manufactured. In recent years, particularly in a situation where a large-screen and inexpensive display device is required, it can be said that the cold-cathode element is particularly suitable. In addition, the present applicant has found that among the surface conduction electron-emitting devices, those in which the electron-emitting portion or its peripheral portion is formed of a fine particle film are preferable in terms of characteristics or a large area.
[0033]
According to a preferred aspect of the present invention, in the electron source, a plurality of row wirings and a plurality of column wirings are arranged via an insulating layer, and the row wirings and the column wirings, The plurality of electron-emitting devices are arranged in a matrix on an insulating substrate by connecting the pair of device electrodes of each of the electron-emitting devices. That is, since the charging is prevented by providing the conductive thin film, the intermediate member of the present invention, which does not require a complicated additional structure, has several row-direction wirings and a plurality of column-direction wirings proposed by the present applicant. By connecting a pair of device electrodes facing each other of the surface conduction electron-emitting device with wiring, the simple matrix type surface conduction electron-emitting device in which the surface conduction electron-emitting devices are arranged in a matrix. By applying the present invention to an image forming apparatus using a simple matrix type electron source, a thin and large-area image forming apparatus capable of forming a high-quality image with a simple apparatus configuration can be provided.
[0034]
According to a preferred aspect of the present invention, in the electron source, a plurality of row-directional wirings are arranged, and the pair of element electrodes of each of the electron-emitting devices is a pair of the row-directional wirings of the plurality of row-directional wirings. The plurality of electron-emitting devices are arranged in a matrix on an insulating substrate by being connected to direction wirings. The electron beam generator of the present invention can be applied to an image forming apparatus using an electron source other than the simple matrix type. For example, this is the case where the intermediate member is used in an image forming apparatus for selecting a surface conduction electron-emitting device using a control electrode as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-257551 by the present applicant.
[0035]
According to a preferred aspect of the present invention, the conductive thin film is electrically connected to the row wiring or the column wiring. The conductive thin film is electrically connected to one wire on the electron source side, and can avoid unnecessary electrical coupling between wires on the electron source.
[0036]
According to a preferred aspect of the present invention, the intermediate member is provided on the row wiring or the column wiring.
[0037]
According to a preferred aspect of the present invention, the intermediate member has a flat plate shape arranged in parallel or orthogonal to the row wiring or the column wiring.
[0038]
According to a preferred aspect of the present invention, the pair of device electrodes of each of the electron-emitting devices is arranged to face each other in a direction parallel to the intermediate member. Since the plate-shaped intermediate member is arranged along the electron activation shifted from the electron-emitting device, the electron-emitting devices can be arranged at a high density without being interrupted by the intermediate member.
[0039]
According to a preferred aspect of the present invention, a plurality of the intermediate members are arranged at intervals.
[0040]
According to a preferred aspect of the present invention, the intermediate member is an atmospheric pressure resistant member.
[0041]
According to a preferred aspect of the present invention, the atmospheric pressure-resistant member is a support frame of an envelope for maintaining a vacuum atmosphere or a support member installed in the envelope.
[0042]
An electron beam generator having another configuration according to the embodiment of the present invention to achieve the above object,
An electron source having a plurality of cold cathode type electron-emitting devices,
An electron beam generator having an electrode disposed opposite to the electron source and acting on electrons emitted from the electron source, and a case member for isolating the electron source and the electrode from the outside,
The case member has a conductive thin film on an inner surface thereof, and the conductive thin film is electrically connected to the electron source and / or the electrode.
[0043]
According to an embodiment of the present invention, there is provided an image forming apparatus comprising: an electron source having a plurality of cold cathode type electron emitting elements; At least one electrode acting on the generated electrons, an image forming member disposed opposite to the electron source across the electrode, and between the electron source and the electrode, or between the electrode and the image forming member, or between the electrodes. And an insulating intermediate member disposed in the image forming apparatus that forms an image with electrons emitted from the electron source, the intermediate member has a conductive thin film on the surface thereof, the conductive thin film It is characterized by being electrically connected to the outside.
[0044]
According to a preferred aspect of the present invention, the image forming apparatus further includes an image forming member disposed to face the electron source with the electrode interposed therebetween.
[0045]
In order to achieve the above object, according to the present invention, a support spacer used in a closed partition wall in which electrons are generated is composed of a main body made of an electrically insulating material and a conductive material spread on a surface of the main body. A thin film that is electrically connected to a predetermined conductor provided near the partition at an abutting contact point between the spacer and the partition of the chamber. And is formed to extend to
[0046]
The support spacer has an effect of ensuring, for example, a vacuum in the partition chamber and neutralizing the charge by the trapped charged particles.
[0047]
The thickness and the resistance of the island-shaped metal film used in the preferred embodiment of the present invention may be optimally selected depending on the size and form of the image device and the electron generating device to be configured. Good results are shown within. The sheet resistance value is 1 × 10⁵~ 9 × 10¹²Ω / □, optimally 1 × 10⁶~ 1 × 10¹⁰Ω / □ range. Further, the film thickness at this time is in the range of 0.5 to 10 nm, and optimally 1 to 4 nm.
[0048]
Further, as the island-shaped metal material, Pt, Au, Ag, Pd, Rh, Ir, Cu, Al, Si, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, In, Sn and the like are preferably used. However, other metals and intermetallic compounds can also be used as long as they can be formed in an island shape.
[0049]
【Example】
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to an image forming apparatus will be described with reference to the accompanying drawings.
[0050]
The image forming apparatus according to this embodiment is basically composed of a multi-electron source in which a number of cold cathode elements are arranged on a substrate in a thin vacuum vessel, and an image forming apparatus for forming an image by irradiating electrons. The member is provided facing the member.
[0051]
The cold cathode elements can be precisely positioned and formed on the substrate by using a manufacturing technique such as photolithography and etching, so that a large number of cold cathode elements can be arranged at minute intervals. Moreover, as compared with a hot cathode conventionally used in a CRT or the like, the cathode itself and its peripheral portion can be driven at a relatively low temperature, so that a multi-electron source with a finer arrangement pitch can be easily realized. The apparatus according to the embodiment relates to an image forming apparatus using such a cold cathode device as a multi-electron source.
[0052]
Particularly preferable among the cold cathode devices are surface conduction electron-emitting devices (surface conduction electron-emitting devices). That is, among the cold cathode devices, the MIM type device needs to control the thickness of the insulating layer and the upper electrode relatively accurately, and the FE type device precisely controls the tip shape of the needle-like electron emitting portion. There is a need. For this reason, these elements have a relatively high manufacturing cost, and it is sometimes difficult to manufacture a large-area element due to limitations in the manufacturing process.
[0053]
On the other hand, the surface conduction electron-emitting device has a simple structure and is easy to manufacture, and a large-area electron-emitting device can be easily manufactured. In recent years, particularly in a situation where a large-screen and inexpensive display device is required, it can be said that the cold-cathode element is particularly suitable.
[0054]
In addition, the present applicant has found that among the surface conduction electron-emitting devices, those in which the electron-emitting portion or its peripheral portion is formed of a fine particle film are preferable in terms of characteristics or a large area.
[0055]
Therefore, in the embodiments described below, an image display device using a surface conduction electron-emitting device formed using a fine particle film as a multi-electron source will be described as a preferable example of an image forming device as an embodiment. Therefore, a preferred embodiment will be described with reference to the drawings.
[0056]
<First embodiment>
2 is a perspective view in which a part of the image forming apparatus according to the embodiment is cut away, and FIG. 3 is a cross-sectional view (a part of a cross section AA ′) of the main part of the image forming apparatus shown in FIG. .
[0057]
2 and 3, the electron source 1 in which a plurality of surface conduction electron-emitting devices (hereinafter, abbreviated as “electron-emitting devices”) 15 are arranged in a matrix is fixed to the rear plate 2. In the electron source 1, a face plate 3 as an image forming member, in which a fluorescent film 7 and a metal back 8 as an accelerating electrode are formed on an inner surface of a glass substrate 6, has a support frame 4 made of an insulating material. A high voltage is applied between the electron source 1 and the metal back 8 by a power supply (not shown) between the electron source 1 and the metal back 8. The rear plate 2, the support frame 4 and the face plate 3 are sealed with each other with frit glass or the like, and the rear plate 2, the support frame 4 and the face plate 3 form an envelope 10.
[0058]
The inside of the envelope 10 is 10^-6Since the vacuum is maintained at about Torr, a thin plate-like spacer 5 is provided inside the envelope 10 as an anti-atmospheric structure in order to prevent the envelope 10 from being destroyed due to an atmospheric pressure or an unexpected impact. Is provided. As shown in FIG. 3, the spacer 5 is made of a member in which the island-shaped metal film 5b is formed on the surface of the insulating base material 5a, and is necessary for achieving the above-mentioned purpose as the atmospheric pressure resistant structure. They are arranged in parallel in the X direction by a number and at necessary intervals, and are sealed to the inner surface of the envelope 10 and the surface of the electron source 1 with frit glass or the like. The island-shaped metal film 5b is electrically connected to the inner surface of the face plate 3 and the surface of the electron source 1 (X-direction wirings 12 described later).
[0059]
Hereinafter, each component described above will be described in detail.
[0060]
Electron source 1
FIG. 4 is a plan view of a main part of the electron source 1 of the image forming apparatus shown in FIG. 2, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line B-B 'of the electron source 1 shown in FIG.
[0061]
As shown in FIGS. 4 and 5, on an insulating substrate 11 made of a glass substrate or the like, m X-directional wirings 12 and n Y-directional wirings 13 are provided with an interlayer insulating layer 14 (not shown in FIG. 4). ) Are electrically separated and arranged in a matrix. An electron-emitting device 15 is electrically connected between each X-direction wiring 12 and each Y-direction wiring 13. Each electron-emitting device 15 is composed of a pair of device electrodes 16 and 17 arranged at intervals in the X direction and a thin film 18 for forming an electron-emitting portion that connects the device electrodes 16 and 17. One of the device electrodes 16, 17 is electrically connected to the X-direction wiring 12, and the other device electrode 17 is connected to the Y-direction wiring 13 via a contact hole 14 a formed in the interlayer insulating layer 14. Is electrically connected to the The X-direction wiring 12 and the Y-direction wiring 13 are led out of the envelope 10 as the external terminals Dox1 to Doxm and Doy1 to Doyn shown in FIG. 2, respectively.
[0062]
Examples of the insulating substrate 11 include quartz glass, glass having a reduced impurity content such as Na, soda lime glass, a glass member such as a glass substrate obtained by laminating soda lime glass with SiO 2 formed by a sputtering method or the like, or alumina or the like. Ceramic members and the like can be mentioned. The size and thickness of the insulating substrate 11 are determined by the number of electron-emitting devices provided on the insulating substrate 11 and the design shape of each electron-emitting device, and the electron source 1 itself forms part of the envelope 10. It is set as appropriate depending on conditions for maintaining the vacuum in the configuration.
[0063]
The X-directional wiring 12 and the Y-directional wiring 13 are made of a conductive metal or the like formed in a desired pattern on the insulating substrate 11 by a vacuum deposition method, a printing method, a sputtering method, or the like. The material, film thickness, and wiring width are set so that a voltage as uniform as possible is supplied.
[0064]
The interlayer insulating layer 14 is made of SiO2 or the like formed by a vacuum deposition method, a printing method, a sputtering method, or the like, and is formed in a desired shape on the entire surface or a part of the insulating substrate 11 on which the Y-directional wiring 13 is formed. In particular, the film thickness, material, and manufacturing method are appropriately set so as to withstand the potential difference at the intersection of the X-directional wiring 12 and the Y-directional wiring 13.
[0065]
The device electrodes 16 and 17 of the electron-emitting device 15 are each made of a conductive metal or the like, and are formed in a desired pattern by a vacuum deposition method, a printing method, a sputtering method, or the like.
[0066]
The conductive metals of the X-directional wiring 12, the Y-directional wiring 13, and the element electrodes 16 and 17 may have some or all of the same or different constituent elements, such as Ni, Cr, Au, and Mo. , W, Pt, Ti, Al, Cu, Pd, and other metals or alloys; and Pd, Ag, Au, RuO2, Pd-Ag, and other printed conductors composed of metal oxides and glass, or It is appropriately selected from a transparent conductor such as In2O3-SnO2 and a semiconductor material such as polysilicon.
[0067]
Specific examples of the material constituting the electron emitting portion forming thin film 18 include metals such as Pd, Ru, Ag, Au, Ti, In, Cu, Cr, Fe, Zn, Sn, Ta, W, and Pd; Oxides such as SnO2, In2O3, PbO, and Sb2O3; borides such as HfB2, ZrB2, LaB6, CeB6, YB4, and GdB4; carbides such as TiC, ZrC, HfC, TaC, SiC, WC, and the like; It is a semiconductor such as nitride, Si, Ge, etc., carbon, AgMg, NiCu, Pb, Sn, etc., and is made of a fine particle film.
[0068]
Further, the X-direction wiring 12 is electrically connected to a scanning signal generating means (not shown) for applying a scanning signal for arbitrarily scanning a row of the electron-emitting devices 15 arranged in the X direction. On the other hand, the Y-direction wiring 13 is electrically connected to a modulation signal generating means (not shown) for applying a modulation signal for arbitrarily modulating each column of the electron-emitting devices 15 arranged in the Y direction. . Here, the drive voltage applied to each electron-emitting device 15 is supplied as a difference voltage between a scanning signal and a modulation signal applied to the electron-emitting device.
[0069]
Here, an example of a method of manufacturing the electron source 1 will be specifically described with reference to FIGS. Note that the following steps a to h correspond to (a) to (h) in FIG.
[0070]
Step a: A 50 angstrom thick Cr layer and a 5000 angstrom thick Au layer are formed by vacuum evaporation on an insulating substrate 11 having a 0.5 μm thick silicon oxide film formed on a cleaned soda lime glass by a sputtering method. After sequentially laminating, a photoresist (AZ1370, manufactured by Hoechst) is spin-coated with a spinner and further baked. After baking, the photomask image is exposed and developed to form a resist pattern of the Y-directional wiring 13 and the Au / Cr deposited film is wet-etched to form the Y-directional wiring 13 having a desired shape.
[0071]
Step b: Next, an interlayer insulating layer 14 made of a silicon oxide film having a thickness of 1.0 μm is deposited by RF sputtering.
[0072]
Step c: A photoresist pattern for forming a contact hole 14a is formed in the silicon oxide film deposited in the step b, and the interlayer insulating layer 14 is etched using the photoresist pattern as a mask to form a contact hole 14a. Etching is performed by RIE (Reactive Ion Etching) using CF4 and H2 gas.
[0073]
Step d: Thereafter, a pattern to be a gap between the device electrodes is formed by a photoresist (RD-2000N-41 manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.), and a 50 Å-thick Ti film and a 1000 Å-thick film are formed by vacuum evaporation. Ni is sequentially deposited. The photoresist pattern is dissolved with an organic solvent, the Ni / Ti deposited film is lifted off, and the device electrodes 16 and 17 having the device electrode distance L1 (see FIG. 4) of 3 μm and the device electrode width W1 (see FIG. 4) of 300 μm are removed. Form.
[0074]
Step e: After forming a photoresist pattern of the X-directional wiring 12 on the device electrodes 16 and 17, 50 Å thick Ti and 6000 Å thick Au are sequentially deposited by vacuum evaporation, and unnecessary portions are removed by lift-off. By removing, the X-directional wiring 12 having a desired shape is formed.
[0075]
Step f: As shown in FIG. 7, a Cr film 21 having a thickness of 1000 angstroms is formed using a mask having an opening 20a which straddles a pair of device electrodes 16 and 17 located at a distance L1 between the device electrodes. Is deposited and patterned by vacuum evaporation, and an organic Pd solution (ccp4230 manufactured by Okuno Pharmaceutical Co., Ltd.) is spin-coated thereon with a spinner and heated and baked at 300 ° C. for 10 minutes.
[0076]
The thickness of the thus formed electron-emitting-portion-forming thin film 18 composed of fine particles containing Pd as a main element is about 100 angstroms, and the sheet resistance is 5 × 104 [Ω / □]. The fine particle film described here is a film in which a plurality of fine particles are aggregated, and has a fine structure not only in a state in which the fine particles are individually dispersed and arranged, but also in a state in which the fine particles are adjacent to each other or overlapped (island shape). ), And the particle size refers to the diameter of fine particles whose particle shape can be recognized in the above state.
[0077]
The organic metal solvent (organic Pd solvent in this example) refers to a metal such as Pd, Ru, Ag, Au, Ti, In, Cu, Cr, Fe, Zn, Sn, Ta, W, and Pb as a main element. Is a solution of an organic compound. Further, in this example, the method of producing the thin film 18 for forming the electron-emitting portion is a coating method using an organic metal solvent. However, the present invention is not limited to this, and a vacuum evaporation method, a sputtering method, a chemical vapor deposition method, It may be formed by a coating method, a dipping method, a spinner method, or the like.
[0078]
Step g: The Cr film 21 is removed with an acid etchant to form the electron-emitting-portion-forming thin film 18 having a desired pattern.
[0079]
Step h: A pattern is formed such that a resist is applied to portions other than the contact holes 14a, and Ti having a thickness of 50 Å and Au having a thickness of 5000A are sequentially deposited by vacuum evaporation. Unnecessary portions are removed by lift-off to bury the contact holes 14a.
[0080]
Through the above steps, the X-directional wiring 12, the Y-directional wiring 13, and the electron-emitting device 15 are formed and arranged two-dimensionally at equal intervals on the insulating substrate 11.
[0081]
Then, the envelope 10 (see FIG. 2) in which the electron source 1 is installed is evacuated by a vacuum pump through an exhaust pipe (not shown), and after reaching a sufficient degree of vacuum, the external terminals Dox1 to Doxm and Doy1. A voltage is applied between the device electrodes 16 and 17 of the electron-emitting device 15 through Doyn, and the electron-emitting portion 23 is formed by applying a current to the electron-emitting portion forming thin film 18 (forming process). As a forming process, a triangular wave having a pulse width T1 of 1 millisecond and a peak value (peak voltage during forming) of 5 V as shown in FIG. 8 in a vacuum atmosphere of 10-6 Torr at a pulse interval T2 of 10 milliseconds. Electric current is applied between the device electrodes 16 and 17 for 60 seconds.
[0082]
The characteristic evaluation of the electron-emitting device of the embodiment manufactured by the above-described configuration and manufacturing method will be described with reference to the schematic configuration diagram of the evaluation device shown in FIG. FIG. 9 corresponds to an electron source in which one electron-emitting device is formed, 11 is an insulating substrate, 15 is one electron-emitting device formed on the insulating substrate 11, and 16 and 17. Denotes an element electrode, 18 denotes a thin film including an electron-emitting portion, and 23 denotes an electron-emitting portion. Reference numeral 31 denotes a power supply for applying a device voltage Vf between the device electrodes 16 and 17, reference numeral 30 denotes an ammeter for measuring a device current If flowing through the thin film 18 including an electron emission portion between the device electrodes 16 and 17. Reference numeral 34 denotes an anode electrode for capturing an emission current Ie emitted from the electron emission unit 23, 33 denotes a high-voltage power supply for applying a voltage Va to the anode electrode 34, and 32 denotes an emission current Ie emitted from the electron emission unit 23. Is an ammeter for measuring. In measuring the device current If and the emission current Ie of the electron-emitting device, the power supply 31 and the ammeter 30 are connected to the device electrodes 16 and 17, and the power supply 33 and the ammeter 32 are connected above the electron-emitting device 15. Anode electrode 34 is arranged. Further, the electron-emitting device 15 and the anode electrode 34 are installed in a vacuum device, and the vacuum device is provided with devices necessary for a vacuum device such as an exhaust pump (not shown) and a vacuum gauge. The device can be measured and evaluated.
[0083]
The voltage Va of the anode electrode is measured in a range of 1 kV to 10 kV, and the distance H between the anode electrode and the electron-emitting device is measured in a range of 3 mm to 8 mm.
[0084]
In the following, a description will be given of the characteristics of the characteristics of the electron-emitting device according to the embodiment that the inventors have found. FIG. 10 shows a typical example of the relationship between the emission current Ie, the device current If, and the device voltage Vf measured by the measurement evaluation device shown in FIG. In FIG. 10, since the sizes of If and Ie are significantly different, they are shown in arbitrary units. As is clear from FIG. 10, the electron-emitting device according to the embodiment has three characteristics with respect to the emission current Ie.
[0085]
First, the emission current Ie of the present electron-emitting device sharply increases when a device voltage Vf higher than a certain voltage (called a threshold voltage, Vth in FIG. 10) is applied. The emission current Ie is hardly detected. That is, it is a nonlinear element having a clear threshold voltage Vth with respect to the emission current Ie. In addition, the element current If exhibits a characteristic that increases monotonously with the element voltage Vf (referred to as MI characteristic).
[0086]
Second, since the emission current Ie depends on the device voltage Vf, the emission current Ie can be controlled by the device voltage Vf.
[0087]
Third, the emission charge captured by the anode electrode 34 depends on the application time of the device voltage Vf. That is, the amount of charge captured by the anode electrode 34 can be controlled by the time during which the device voltage Vf is applied.
[0088]
Fluorescent film 7
The fluorescent film 7 is made of only a phosphor when the display device is a monochrome display. However, when the display device is a color display device, as shown in FIGS. 11 and 12, a black stripe (FIG. 11) or a black matrix (FIG. It is composed of a black conductive material 7b and a phosphor 7a, which are called as shown in FIG. 12). The purpose of providing the black stripes and the black matrix is to make the color mixture inconspicuous by making the painted portions between the phosphors 7a of the three primary color phosphors necessary for color display less obscure. The purpose is to suppress a decrease in contrast due to reflection. As the material of the black conductive material 7b, not only a material mainly containing graphite, which is often used, but also a material having conductivity and low transmission and reflection of light can be applied. The method of applying the phosphor 7a to the glass substrate 6 is not limited to monochrome or color, and a precipitation method or a printing method is used.
[0089]
Metal back 8
The purpose of the metal back 8 is to improve the brightness by mirror-reflecting the light toward the inner surface side of the light emitted from the phosphor 7 a toward the face plate 3, and to act as an acceleration electrode for applying an electron beam acceleration voltage. And protection of the phosphor 7a from damage due to collision of negative ions generated in the envelope 10. The metal back 8 can be manufactured by performing a smoothing process (usually called filming) on the inner surface of the fluorescent film 7 after manufacturing the fluorescent film 7 and then depositing A1 by vacuum evaporation or the like. The face plate 3 may be provided with a transparent electrode (not shown) such as ITO between the fluorescent film 7 and the glass substrate 6 in order to further increase the conductivity of the fluorescent film 7.
[0090]
Envelope 10
The envelope 10 is connected to an exhaust pipe 10 (not shown).^-6After the pressure is reduced to about Torr, it is sealed. Therefore, the rear plate 2, the face plate 3, and the support frame 4 constituting the envelope 10 can withstand the atmospheric pressure applied to the envelope 10 and maintain a vacuum atmosphere, and the space between the electron source 1 and the metal back 8. It is preferable to use a material having an insulating property enough to withstand the applied high voltage. Examples of the material include quartz glass, glass having a reduced impurity content such as Na, soda lime glass, and ceramic members such as alumina. However, it is necessary to use a face plate 3 having a certain transmittance or higher for visible light. In addition, it is preferable to combine the members whose coefficients of thermal expansion are close to each other.
[0091]
In the case where the envelope 10 is formed in the color image forming apparatus, since the phosphors 7a of the respective colors need to be arranged corresponding to the electron-emitting devices 15, the face plate 3 having the phosphors 7a and the electron source The positioning with the fixed rear plate 2 must be performed accurately.
[0092]
In addition, getter processing may be performed to maintain the degree of vacuum after sealing of the envelope 10. This is because a getter disposed at a predetermined position (not shown) in the envelope 10 is heated by resistance heating or high-frequency heating or the like immediately before or after the envelope 10 is sealed, and the deposition film is formed. This is the process of forming. The getter is usually composed mainly of Ba or the like.^-5-10^-7It maintains the degree of vacuum of Torr.
[0093]
Spacer 5
The spacer 5 has an insulating property enough to withstand a high voltage applied between the electron source 1 and the metal back 8, and has an island-shaped metal film formed on the surface having a surface conductivity sufficient to prevent charging. Have been.
[0094]
Examples of the insulating substrate 5a of the spacer 5 include quartz glass, glass with a reduced content of impurities such as Na, soda lime glass, and ceramic members such as alumina. It is preferable that the insulating base material 5a has a coefficient of thermal expansion close to that of the members forming the envelope 10 and the insulating substrate 11 of the electron source 1.
[0095]
The island-shaped metal film 5b has a surface resistance of 10 in consideration of maintaining an antistatic effect and suppressing power consumption due to leakage current.⁵From 10¹²[Ω / □] is preferable, and examples of the material include noble metals such as Pt, Au, Ag, Rh, and Ir, as well as Al, Sb, Sn, Pb, Ga, Zn, and the like. Examples thereof include metals such as In, Cd, Cu, Ni, Co, Rh, Fe, Mn, Cr, V, Ti, Zr, Nb, Mo, W, and alloys composed of a plurality of metals.
[0096]
As a method for forming the island-shaped metal film 5b, a method using a vacuum film forming method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, or a chemical vapor deposition method, or an organic solution or a dispersion solution is applied and baked using a dipping or spinner. Depending on the target material and productivity, there may be mentioned a coating method comprising a process and the like, and a metal compound and an electroless plating solution capable of forming a metal film on an insulator surface by a chemical reaction from the compound. Selected as appropriate.
[0097]
The island-shaped metal film 5b may be formed on at least the surface of the insulating base material 5a that is exposed to the vacuum in the envelope 10. As shown in FIG. 3, the island-shaped metal film 5b is electrically connected to, for example, the black conductive material 7b or the metal back 8 of the fluorescent film 7 on the face plate 3 side and to the X-direction wiring 12 on the electron source 1 side. Connected to.
[0098]
The configuration, the installation position, the installation method, and the electrical connection between the spacer 5 and the face plate 3 or the electron source 1 are not limited to the above-described case, and have sufficient atmospheric pressure resistance. What kind of island-shaped metal film has an insulating property enough to withstand a high voltage applied between the metal backs 8 and a surface conductivity enough to prevent the surface of the spacer 5 from being charged. It does not matter.
[0099]
The driving method of the image forming apparatus described above will be described with reference to FIGS.
[0100]
FIG. 13 is a block diagram showing a schematic configuration of a drive circuit for performing television display on the display device of the embodiment based on an NTSC television signal. In the figure, a display panel 1701 is a device manufactured and operated as described above. A scanning circuit 1702 operates a display line, and a control circuit 1703 generates a signal to be input to the scanning circuit. The shift register 1704 shifts data for each line, and the line memory 1705 inputs the data for one line from the shift register 1704 to the modulation signal generator 1707. The synchronization signal separation circuit 1706 separates the synchronization signal from the NTSC signal.
[0101]
Hereinafter, the function of each unit of the apparatus in FIG. 13 will be described in detail.
[0102]
First, the display panel 1701 is connected to an external electric signal through terminals Dox1 to Doxm, terminals Doy1 to Doyn, and a high-voltage terminal Hv. Of these terminals, the terminals Dox1 to Doxm sequentially drive electron sources provided in the display panel 1701, ie, electron emission element groups arranged in a matrix of m rows and n columns, one row (n elements) at a time. A scan signal for going is applied.
[0103]
On the other hand, to the terminals Doy1 to Doyn, a modulation signal for controlling an output electron beam of each of the electron-emitting devices in one row selected by the scanning signal is applied. Further, a DC voltage of, for example, 5 (kV) is supplied to the high-voltage terminal Hv from the DC voltage source Va, which has sufficient energy to excite the phosphor into an electron beam output from the electron-emitting device. Is an accelerating voltage for giving
[0104]
Next, the scanning circuit 1702 will be described.
[0105]
The circuit 1702 includes m switching elements (schematically indicated by S1 to Sm in the figure). Each of the switching elements includes an output voltage of a DC voltage source Vx or 0 V (ground level). ) Is selected and electrically connected to the terminals Dox1 to Doxm of the display panel 1701. Each of the switching elements S1 to Sm operates based on the control signal Tscan output from the control circuit 1703. However, in practice, it can be easily configured by combining switching elements such as FETs.
[0106]
In this embodiment, the DC voltage source Vx is applied to an element that has not been searched based on the characteristics of the electron-emitting device illustrated in FIG. 10 (in this case, the electron-emitting threshold voltage Vth is 8 V). It is set to output a constant voltage of 7 V so that the applied driving voltage is equal to or lower than the electron emission threshold voltage Vth.
[0107]
The control circuit 1703 has a function of matching the operations of the respective units so that appropriate display is performed based on an image signal input from the outside. Based on a synchronizing signal TSYNC sent from a synchronizing signal separating circuit 1706 to be described next, each control signal of TSCAN, TSFT and TMRY is generated for each unit.
[0108]
The synchronizing signal separating circuit 1706 can be easily configured from a NTSC television signal input from the outside by using a synchronizing signal component (filter) circuit. As is well known, the synchronization signal separated by the synchronization signal separation circuit 1706 is composed of a vertical synchronization signal and a vertical synchronization signal, but is illustrated here as a TSYNC signal for convenience of description. On the other hand, the luminance signal component of the image separated from the television signal is represented as a DATA signal for convenience, and the signal is input to a shift register 1704.
[0109]
The shift register 1704 performs serial / parallel conversion of the DATA signal input serially in time series for each line of an image, and operates based on a control signal Tsft sent from the control circuit 1703. That is, the control signal TSFT can be rephrased as a shift clock of the shift register 1704.
[0110]
The data for one line of the image subjected to the serial / parallel conversion is output from the shift register 1704 as n parallel signals Id1 to Idn.
[0111]
The line memory 1705 is a storage device for storing data of one line of an image for a required time, and appropriately stores the contents of Id1 to Idn according to a control signal TMRY sent from the control circuit 1703. The stored contents are output as Id'1 to Id'n and input to the modulation signal generator 1707.
[0112]
The modulation signal generator 1707 is a signal source for appropriately driving and modulating each of the electron-emitting devices 6 in accordance with each of the image data Id′1 to Id′n. The output signal thereof is supplied to terminals Doy1 to Doyn. Is applied to the electron-emitting device 15 in the display panel 1701.
[0113]
As described with reference to FIG. 10, the electron-emitting device according to the embodiment has the following basic characteristics with respect to the emission current Ie. That is, as is clear from the graph of Ie in FIG. 10, the electron emission has a clear threshold voltage Vth (8 V in the device of the present embodiment), and the electron emission occurs only when a voltage higher than the threshold Vth is applied. Release occurs.
[0114]
For a voltage equal to or higher than the electron emission threshold value Vth, the emission current Ie also changes according to the change in the voltage as shown in the graph. The value of the electron emission threshold voltage Vth and the degree of change of the emission current with respect to the applied voltage may be changed by changing the configuration and the manufacturing method of the electron-emitting device. I can say that.
[0115]
That is, when a pulse-like voltage is applied to the device, electron emission does not occur even when a voltage of 8 V or less, which is the electron emission threshold, is applied, but a voltage of not less than the electron emission threshold (8 V) is applied. In this case, an electron beam is output.
[0116]
The function of each unit shown in FIG. 13 has been described above. Before proceeding to the description of the overall operation, the operation of the display panel 1701 will be described in detail with reference to FIGS.
[0117]
For convenience of illustration, the number of pixels of the display panel will be described as 6 × 6 (that is, m = n = 6), but it goes without saying that the display panel 1701 actually used has a much larger number of pixels. No.
[0118]
FIG. 14 shows an electron source in which the electron-emitting devices 6 are arranged in a matrix of 6 rows and 6 columns, and D (1, 1) and D (1, 2) are used for distinguishing the respective elements. ) And D (6, 6), the position is indicated by (X, Y) coordinates.
[0119]
When an image is displayed by driving such an electron source, a method is used in which an image is formed line by line in units of one line parallel to the X axis. To drive the electron-emitting device 6 corresponding to one line of the image, 0v is applied to the terminal of the row corresponding to the display line of Dox1 to Dox6, and 7v is applied to the other terminals. In synchronization with this, a modulation signal is applied to each terminal of Doy1 to Doy6 according to the image pattern of the line.
[0120]
For example, a case where an image pattern as shown in FIG. 15 is displayed will be described.
[0121]
Therefore, a description will be given by taking, as an example, a period during which the third line of the image in FIG. 15 emits light. FIG. 16 shows the voltage values applied to the electron source through the terminals Dox1 to Dox6 and the terminals Doy1 to Doy6 during the emission of the third line of the image. As can be seen from the figure, each of the electron-emitting devices D (2,3), D (3,3), and D (4,3) has a voltage of 14v exceeding the threshold voltage of electron emission of 8v. , Black-colored elements) are applied to output an electron beam. On the other hand, other than the above three elements, 7v (element shown by oblique lines in the figure) or 0v (element shown by white in the figure) is applied. Since this is below the threshold voltage of electron emission of 8v, No electron beam is output from these elements.
[0122]
In the same manner, the electron source is driven in accordance with the display pattern of FIG. 15 for the other lines. One screen is displayed by sequentially driving one line at a time from the first line. By repeating at a speed of 60 screens, a flicker-free image display is possible.
[0123]
Note that the above description does not refer to gray scale display, but gray scale display can be performed by, for example, changing the pulse width of a voltage applied to the element.
[0124]
<Electron orbit shift>
Based on the device configuration and the driving method described above, when a voltage is applied to each of the electron-emitting devices 15 through the external terminals Dox1 to Doxm and Doy1 to Doyn, electrons are emitted from the electron-emitting portion 23. At the same time, a high voltage of several kV or more is applied to the metal back 8 (or a transparent electrode (not shown)) through the high voltage terminal Hv to accelerate the electrons emitted from the electron emitting portion 23 and collide with the inner surface of the face plate 3. As a result, the phosphor 7a of the fluorescent film 7 is excited and emits light, and an image is displayed.
[0125]
This situation is shown in FIG. 17 and FIG. 17 and 18 are diagrams for explaining the generation state of electrons and scattering particles described later in the image forming apparatus shown in FIG. 2, respectively. FIG. 17 is a diagram viewed from the Y direction, and FIG. FIG.
[0126]
That is, as shown in FIG. 17, the electrons emitted from the electron emitting portion 23 by applying the voltage Vf to the device electrodes 16 and 17 of the electron source 1 are shifted toward the device electrode 17 on the higher potential side at 25t. Fly with the indicated parabolic trajectory. This shift is caused by the fact that although the emitted electrons are accelerated by the acceleration voltage Va applied to the metal back 8 on the face plate 3, since the element electrode 17 is at a high potential, the electron emission portion 23 with respect to the surface of the electron source 1. From the normal to Therefore, the center of the light emitting portion of the fluorescent film 7 is shifted from the normal line from the electron emitting portion 23 to the surface of the electron source 1. It is considered that such a radiation characteristic is due to the potential distribution in a plane parallel to the electron source 1 being asymmetric with respect to the electron emission portion 23.
[0127]
When the electrons emitted from the electron source 1 reach the inner surface of the face plate 3, a light emission phenomenon of the fluorescent film 7 occurs. However, among the emitted electrons, those that collide with the electrons on the fluorescent film 7 or, with a low probability, collide with the electrons on the residual gas in a vacuum, other than reaching the inner surface of the face plate 3. is there. Due to these collision phenomena, scattering particles (ions, secondary electrons, neutral particles, etc.) are generated with a certain probability.18It is considered that the airplane flies inside the envelope 10 along a locus indicated by 26t in FIG.
[0128]
In a comparison experiment between the case where the island-shaped metal film 5b is formed on the spacer 5 and the case where the island-shaped metal film 5b is not formed on the spacer 5 in the image forming apparatus shown in FIG. It is found that the light emitting position (electron collision position) and the light emitting shape on the fluorescent film 7 located in the vicinity may deviate from the design values. In particular, in the case where an image forming member for a color image is used, in addition to the light emission position shift, a decrease in luminance and color shift may be observed.
[0129]
The main cause of this phenomenon is that if the island-shaped metal film 5b is not formed, a part of the scattering particles collides with the exposed portion of the insulating base material 5a of the spacer 5, and the exposed portion is charged. Accordingly, it is considered that the electric field changes near the exposed portion, causing a shift in the electron trajectory, thereby causing a change in the light emission position and light emission shape of the phosphor.
[0130]
Further, from the light emission position and the state of the change in the shape of the phosphor, it was found that mainly the positive charges were accumulated in the exposed portion. It is considered that the cause is that positive ions of the scattering particles are attached and charged, or that positive charges are caused by secondary electron emission generated when the scattering particles collide with the exposed portion.
[0131]
On the other hand, in the image forming apparatus of the embodiment in which the island-shaped metal film 5b is formed on the spacer 5 as shown in FIG. 2, the light-emitting position (electron collision position) on the fluorescent film 7 located near the spacer 5 It was confirmed that the light emission shape was as designed. The reason is that even if the charged particles adhere to the exposed portion of the spacer 5, a part of the current (actually, electrons or holes) flowing through the island-shaped metal film 5b is electrically neutralized, It is considered that even if charge is generated in the exposed portion, the charge is immediately eliminated.
[0132]
Normally, the applied voltage Vf between the pair of device electrodes 16 and 17 of the electron-emitting device 15 is about 12 to 16 V, the distance d between the metal back 8 and the electron-emitting device 15 is about 2 to 8 mm, and the metal back 8 and the electron-emitting device are The voltage Va between 15 is about 1 kV to 10 kV.
[0133]
The configuration described above is a schematic configuration necessary for manufacturing a suitable image forming apparatus used for image display and the like, and detailed portions such as materials and arrangements of respective members are not limited to the above. Instead, it is appropriately selected so as to be suitable for the use of the image forming apparatus.
[0134]
<Experimental example 1>
The image forming apparatus of Experimental Example 1 is configured as follows. First, the unformed electron source 1 is fixed to the rear plate 2. Next, island-shaped metal films 5b made of Pt are formed on four surfaces of the insulating base material 5a made of soda lime glass, which are exposed in the envelope 10. Then, spacers 5 (height: 5 mm, plate thickness: 200 μm, length: 20 mm) on which the island-shaped metal films 5 b are formed are fixed on the electron source 1 at equal intervals in parallel with the X-direction wiring 12. Thereafter, the face plate 3 is disposed 5 mm above the electron source 1 via the support frame 4, and the joint between the rear plate 2, the face plate 3, the support frame 4 and the spacer 5 is fixed.
[0135]
The joint between the electron source 1 and the rear plate 2, the joint between the rear plate 2 and the support frame 4, and the joint between the face plate 3 and the support frame 4 are coated with frit glass (not shown) at 400 ° C. in the atmosphere. Sealing is performed by baking for 10 minutes or more at ~ 500 ° C.
[0136]
The spacer 5 is formed of a conductive material mixed with a conductive material such as a metal on the X-directional wiring 12 (line width 300 μm) on the electron source 1 side and on the black conductive material 7 b (line width 300 μm) on the face plate 3 side. It is arranged via a frit glass (not shown) and baked in air at 400 ° C. to 500 ° C. for 10 minutes or more. Thereby, sealing and electrical connection are realized.
[0137]
The spacer 5 is formed by forming an island-shaped metal film 5b on a clean insulating base material 5a made of soda lime glass by a vacuum film forming method.
[0138]
The island-shaped metal film used in the first embodiment is manufactured by sputtering a platinum target in an argon atmosphere using a sputtering apparatus. The thickness of the produced island-shaped metal film was about 1 nm, and the sheet resistance was 1 × 10⁹Ω / □.
[0139]
As shown in FIG. 11, the fluorescent film 7, which is an image forming member, adopts a stripe shape in which each color phosphor 7a extends in the Y direction. As the black conductive material 7b, not only between the respective color phosphors 7a, A shape is used that separates pixels in the directions and adds a portion for installing the spacer 5. First, the black conductive material 7b is formed, and the phosphors 7a of the respective colors are applied to the respective gaps in the gaps to form the phosphor film 7. As a material for the black stripe, a material mainly containing graphite, which is generally used, is used. The method of applying the phosphor 7a to the glass substrate 6 uses a slurry method.
[0140]
Further, the metal back 8 provided on the inner surface side of the fluorescent film 7 performs a smoothing process (usually called “filming”) on the inner surface side of the fluorescent film 7 after the fluorescent film 7 is formed. It is produced by vacuum evaporation. The face plate 3 may be provided with a transparent electrode on the outer surface side of the fluorescent film 7 in order to further enhance the conductivity of the fluorescent film 7. However, in the first experimental example, sufficient conductivity was obtained only by the metal back. The explanation is omitted.
[0141]
When performing the above-described sealing, the rear plate 2, the face plate 3, and the spacer 5 were sufficiently aligned because the phosphors of each color and the electron-emitting devices had to correspond to each other.
[0142]
The atmosphere in the envelope 10 completed as described above is exhausted by a vacuum pump through an exhaust pipe (not shown), and after reaching a sufficient degree of vacuum, electrons are passed through the external terminals Dox1 to Doxm and Doy1 to Doyn. A voltage is applied between the device electrodes 16 and 17 of the emission device 15, and the electron emission portion 23 is formed by applying a current to the electron emission portion forming thin film 18 (forming process). The forming process is performed by applying a voltage having a waveform shown in FIG.
[0143]
Next, 10^-6At a degree of vacuum of about Torr, an exhaust pipe (not shown) is welded by heating with a gas burner, and the envelope 10 is sealed.
[0144]
Finally, a getter process is performed to maintain the degree of vacuum after sealing.
[0145]
In the image forming apparatus completed as described above, a scanning signal and a modulation signal are applied to each electron-emitting device 15 through signal terminals (not shown) through external terminals Dox1 to Doxm and Doy1 to Doyn. Is applied to the metal back 8 through a high-voltage terminal Hv to accelerate the emitted electron beam, collide electrons with the fluorescent film 7 and excite and emit light from the phosphor to display an image. The applied voltage Va to the high voltage terminal Hv is 3 kV to 10 kV, and the applied voltage Vf between the device electrodes 16 and 17 is 14 V.
[0146]
At this time, a two-dimensional array of light-emitting spots including light-emitting spots generated by electrons emitted from the electron-emitting devices 15 located close to the spacers 5 is formed at two-dimensional intervals, and a clear, color-reproducible color image can be displayed. Was. This indicates that even when the spacers 5 were provided, the presence of the metal film 5b did not cause disturbance in the electrolysis that would affect the electron orbit.
[0147]
<Experimental example 2>
The experimental example 2 differs from the experimental example 1 in that Au having a thickness of 0.7 nm was formed as an island-shaped metal film 5b of the spacer 5 in an argon atmosphere by an ion plating method using an electron beam. . At this time, the surface resistance of the island-shaped metal film 5b is about 10¹²[Ω / □].
[0148]
In the image forming apparatus using the spacer 5, the scanning signal and the modulation signal are applied to the respective electron-emitting devices 15 from signal generating means (not shown) through the external terminals Dox1 to Doxm and Doy1 to Doyn. Is applied to the metal back 8 through a high-voltage terminal Hv to accelerate the emitted electron beam, collide electrons with the fluorescent film 7 and excite and emit light from the phosphor to display an image.
[0149]
The applied voltage Va to the high voltage terminal Hv is 3 kV to 10 kV, and the applied voltage Vf between the device electrodes 16 and 17 is 14 V.
[0150]
At this time, it was confirmed from the comparison with the image forming apparatus for the comparative experiment using the spacer 5 without the island-shaped metal film 5b that the antistatic effect was obtained.
[0151]
<Experimental example 3>
Experimental Example 3 differs from Experimental Example 1 in that a 10-nm-thick Ni—B alloy was deposited as an island-shaped metal film 5b of the spacer 5 by an electroless plating method.
[0152]
At this time, the Ni island-shaped metal film is formed by immersing the spacer in a nickel plating bath composed of nickel sulfate, malonic acid, dimethylamine borane, and aqueous ammonia. The surface resistance of the island-shaped metal film 5b at this time is about 10⁷[Ω / □]. Note that the metal back 8 was not provided on the face plate 3, and a transparent electrode made of ITO was provided between the glass substrate 6 and the fluorescent film instead.
[0153]
In the image forming apparatus using the spacer 5, the scanning signal and the modulation signal are applied to the respective electron-emitting devices 15 from signal generating means (not shown) through the external terminals Dox1 to Doxm and Doy1 to Doyn. Is applied to the metal back 8 through a high-voltage terminal Hv to accelerate the emitted electron beam, collide electrons with the fluorescent film 7 and excite and emit light from the phosphor to display an image.
[0154]
The applied voltage Va to the high voltage terminal Hv is 1 kV or less, and the applied voltage Vf between the device electrodes 16 and 17 is 14 V.
[0155]
At this time, a row of light emitting spots are formed two-dimensionally at equal intervals, including light emitting spots from the electron emitting elements 15 located close to the spacers 5, and a clear and color reproducible color image can be displayed. Was. This indicates that even when the spacers 5 were provided, the disturbance of the electrolysis that affected the electron trajectory did not occur.
[0156]
<Experimental example 4>
The experimental example 4 differs from the experimental example 1 in that tetramethyltin is applied to the spacer 5 as an island-shaped metal film 5b of the spacer 5 by a spray method, and baked in a hydrogen-reducing atmosphere. Form a film. At this time, the film pressure was about 11 nm and the surface resistance was about 10⁵[Ω / □]. Note that the metal back 8 was not provided on the face plate 3, but a transparent electrode made of an ITO film was provided between the glass substrate 6 and the fluorescent film instead. Further, a phosphor for a low-speed electron beam was used as the phosphor 7a.
[0157]
In the image forming apparatus using the spacer 5, the scanning signal and the modulation signal are applied to the respective electron-emitting devices 15 from signal generating means (not shown) through the external terminals Dox1 to Doxm and Doy1 to Doyn. Is emitted, a high voltage is applied to the metal back 8 through the high voltage terminal Hv to accelerate the emitted electron beam, collide the electrons with the fluorescent film 7 and excite and emit a phosphor to display an image. . The applied voltage Va to the high voltage terminal Hv is about 100 V, and the applied voltage Vf between the element electrodes 16 and 17 is 14 V.
[0158]
At this time, a two-dimensional array of light-emitting spots including light-emitting spots generated by electrons emitted from the electron-emitting devices 15 located close to the spacers 5 is formed at two-dimensional intervals, and a clear, color-reproducible color image can be displayed. Was. This indicates that even when the spacers 5 were provided, no disturbance of the electric field that would affect the electron trajectory occurred.
[0159]
<Effect of First Embodiment>
The image forming apparatuses of the first embodiment and the experimental example described above have the following effects.
{Circle around (1)} First, since the charge to be prevented is generated on the surface of the spacer 5, it is sufficient for the spacer 5 to have an antistatic function only on its surface. Therefore, in this embodiment, the insulating base material 5a is used as the member forming the spacer 5, and the island-shaped metal film 5b of the insulating base material 5a is formed. As a result, the spacer 5 having a resistance value sufficient to neutralize the charge on the surface of the spacer 5 and having a leakage current amount that does not significantly increase the power consumption of the entire device can be realized. That is, a thin, large-area image forming apparatus was obtained without impairing the low heat generation characteristic of the cold cathode such as the surface conduction type electron-emitting device 15.
{Circle around (2)} Next, as the shape of the spacer 5, a flat plate having a uniform cross-sectional shape with respect to the normal direction of the electron source 1 and the face plate 3 is adopted. Will not be disturbed. Therefore, as long as the spacer 5 does not block the electron trajectory from the electron-emitting device 15, the spacer 5 and the electron-emitting device 15 can be arranged close to each other. Could be placed. In addition, since the leak current does not flow through the insulating base material 5a occupying most of the cross section, there is no need to take measures such as making the spacer 5 pointed to the electron source 1 or the face plate 3 for joining. It was also possible to reduce the leakage current.
{Circle around (3)} Further, since the flat spacers 5 are arranged parallel to the XZ plane along the electron orbits shifted from the electron-emitting device 15 in the X direction, the spacers 5 and the spacers 5 are not interrupted by the spacers 5. The electron-emitting devices 15 could be arranged at a high density in the parallel X direction.
{Circle around (4)} Also, each spacer 5 is electrically connected to one X-direction wiring 12 on the electron source 1 side, so that unnecessary electrical coupling between the wirings on the electron source 1 is avoided. Was completed.
{Circle around (5)} Further, the spacer 5 of the present invention, which exhibits the above effects by providing a desired island-shaped metal film 5b and does not require a complicated additional structure for preventing electrification, is proposed by the present applicant. By applying the present invention to an image forming apparatus using a simple matrix type electron source 1 using a surface conduction type electron emitting element 15, a thin and large area image forming apparatus capable of forming a high quality image with a simple apparatus configuration. Could be provided.
[0160]
<Second embodiment>
The difference between the image forming apparatus of the second embodiment and the first embodiment is that the manufacturing order of the X-directional wiring 12 and the Y-directional wiring 13 is reversed and the spacer 5 is installed on the Y-directional wiring 13. is there. The fluorescent film 7 has the shape shown in FIG.
[0161]
FIG. 19 is a partially cutaway perspective view of the second embodiment of the image forming apparatus of the present invention, and FIG. 25 is a cross-sectional view (CC ′ cross section of a main part) of the image forming apparatus shown in FIG. Part).
[0162]
19 and 20, an electron source 1 in which a plurality of electron-emitting devices 15 are arranged in a matrix is fixed to a rear plate 2. A face plate 3 as an image forming member having a fluorescent film 7 and a metal back 8 as an accelerating electrode formed on the inner surface of a glass substrate 6 is opposed to the electron source 1 via a support frame 4 made of an insulating material. A high voltage is applied between the electron source 1 and the metal back 8 by a power supply (not shown). The rear plate 2, the support frame 4 and the face plate 3 are sealed with each other with frit glass or the like, and the rear plate 2, the support frame 4 and the face plate 3 form an envelope 10. Further, a thin plate-like spacer 5 is provided inside the envelope 10 as an atmospheric pressure resistant structure. The spacers 5 are made of a member in which the island-shaped metal film 5b is formed on the surface of the insulating base material 5a, and are parallel in the Y direction by a necessary number and at a necessary interval to achieve the above object. And sealed to the inner surface of the envelope 10 and the surface of the electron source 1 with frit glass or the like. The island-shaped metal film 5b is electrically connected to the inner surface of the face plate 3 and the surface of the electron source 1 (the Y-direction wiring 13).
[0163]
FIG. 21 is a plan view of a main part of the electron source 1 of the image forming apparatus shown in FIG. 19, and FIG. 22 is a cross-sectional view taken along line D-D 'of the electron source 1 shown in FIG.
[0164]
As shown in FIGS. 21 and 22, on an insulating substrate 11 made of a glass substrate or the like, m X-directional wires 12 and n Y-directional wires 13 are provided with an interlayer insulating layer 14 (not shown in FIG. 21). ) Are electrically separated and arranged in a matrix. An electron-emitting device 15 is electrically connected between each X-direction wiring 12 and each Y-direction wiring 13. Each electron-emitting device 15 is composed of a pair of device electrodes 16 and 17 arranged at intervals in the X direction and a thin film 18 for forming an electron-emitting portion that connects the device electrodes 16 and 17. One of the device electrodes 16, 17 is electrically connected to the Y-direction wiring 13, and the other device electrode 16 is connected to the X-direction wiring 12 via a contact hole 14 a formed in the interlayer insulating layer 14. Is electrically connected to the The X-direction wiring 12 and the Y-direction wiring 13 are led out of the envelope 10 as external terminals Dox1 to Doxm and Doy1 to Doyn, respectively, shown in FIG.
[0165]
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to some experimental examples.
[0166]
Experimental example 1
In this experimental example, first, the unformed electron source 1 is fixed to the rear plate 2. Next, the island-shaped metal film 5b made of Ir is formed on the four surfaces of the insulating base material 5a made of soda lime glass, which are exposed in the envelope 10, on the surface. Further, spacers 5 (height: 5 mm, plate thickness: 200 μm, length: 20 mm) are fixed on the electron source 1 at regular intervals in parallel with the Y-direction wiring 13. Thereafter, the face plate 3 is disposed 5 mm above the electron source 1 via the support frame 4, and the joint between the rear plate 2, the face plate 3, the support frame 4 and the spacer 5 is fixed.
[0167]
The fluorescent film 7, which is an image forming member, has a shape shown in FIG. 11, and each stripe-shaped color phosphor 7a extending in the Y direction and a stripe-shaped black conductive material located between each color phosphor 7a. 7b was used. First, the black conductive material 7b is formed, and the phosphors 7a of the respective colors are applied to the gaps between the black conductive materials 7b. As a material for the black stripe, a material mainly containing graphite, which is generally used, was used. A slurry method was used for applying the phosphor 7a to the glass substrate 6.
[0168]
The joint between the electron source 1 and the rear plate 2, the joint between the rear plate 2 and the support frame 4, and the joint between the face plate 3 and the support frame 4 are coated with frit glass (not shown) at 400 ° C. in the atmosphere. Sealing is performed by baking for 10 minutes or more at ~ 500 ° C.
[0169]
The spacer 5 is formed of a conductive material obtained by mixing a conductive material such as a metal on the Y-directional wiring 13 (line width 300 μm) on the electron source 1 side and on the black conductive material 7 b (line width 300 μm) on the face plate 3 side. By arranging through a frit glass (not shown) and firing in air at 400 ° C. to 500 ° C. for 10 minutes or more, sealing and electrical connection were also performed.
[0170]
The spacer 5 is formed by sputtering iridium having a thickness of 1.2 nm as an island-shaped metal film 5b on an insulating base material 5a made of cleaned soda lime glass. At this time, the surface resistance of the island-shaped metal film 5b is about 10⁹[Ω / □].
[0171]
In the image forming apparatus configured as described above, the scanning signal and the modulation signal are applied to the respective electron-emitting devices 15 through signal terminals (not shown) through the external terminals Dox1 to Doxm and Doy1 to Doyn. Is applied to the metal back 8 through a high-voltage terminal Hv to accelerate the emitted electron beam, collide electrons with the fluorescent film 7 and excite and emit light from the phosphor to display an image.
[0172]
The applied voltage Va to the high voltage terminal Hv is 3 kV to 10 kV, and the applied voltage Vf between the device electrodes 16 and 17 is 14 V.
[0173]
At this time, a two-dimensional array of light-emitting spots including light-emitting spots generated by electrons emitted from the electron-emitting devices 15 located close to the spacers 5 is formed at two-dimensional intervals, and a clear color image with good color reproducibility can be displayed. Was. This indicates that even when the spacers 5 were provided, no disturbance of the electric field that would affect the electron trajectory occurred.
[0174]
Experimental example 2
The experimental example 2 is different from the experimental example 1 of the second embodiment in that Ta is formed to a thickness of 2 nm as the island-shaped metal film 5b of the spacer 5. The Ta-like metal film is formed by a sputtering method using argon plasma. At this time, the surface resistance of the island-shaped metal film 5b made of Ta is about 10⁸[Ω / □].
[0175]
In the image forming apparatus using the spacer 5, the scanning signal and the modulation signal are applied to the respective electron-emitting devices 15 from signal generating means (not shown) through the external terminals Dox1 to Doxm and Doy1 to Doyn. Is applied to the metal back 8 through a high-voltage terminal Hv to accelerate the emitted electron beam, collide electrons with the fluorescent film 7 and excite and emit light from the phosphor to display an image.
[0176]
The applied voltage Va to the high voltage terminal Hv is 3 kV to 10 kV, and the applied voltage Vf between the device electrodes 16 and 17 is 14 V.
[0177]
At this time, it was confirmed from the comparison with the image forming apparatus for the comparative experiment using the spacer 5 without the island-shaped metal film 5b that the antistatic effect was obtained.
[0178]
Experimental example 3
Experimental Example 3 differs from Experimental Example 1 in that Mo was formed to a thickness of 1.5 nm as the island-shaped metal film 5b of the spacer 5. Note that the Mo island-shaped metal film is formed by a sputtering method using argon plasma. At this time, the surface resistance of the island-shaped metal film 5b made of Mo is about 10⁸[Ω / □].
[0179]
Note that the metal back 8 was not provided on the face plate 3, but a transparent electrode made of an ITO film was provided between the glass substrate 6 and the fluorescent film instead.
[0180]
In the image forming apparatus using the spacer 5, the scanning signal and the modulation signal are applied to the respective electron-emitting devices 15 from signal generating means (not shown) through the external terminals Dox1 to Doxm and Doy1 to Doyn. Is applied to the metal back 8 through a high-voltage terminal Hv to accelerate the emitted electron beam, collide electrons with the fluorescent film 7 and excite and emit light from the phosphor to display an image. The applied voltage Va to the high voltage terminal Hv is 1 kV or less, and the applied voltage Vf between the device electrodes 16 and 17 is 14 V.
[0181]
At this time, a row of light emitting spots are formed two-dimensionally at equal intervals, including light emitting spots from the electron emitting elements 15 located close to the spacers 5, and a clear and color reproducible color image can be displayed. Was. This indicates that even when the spacers 5 were provided, the disturbance of the electrolysis that affected the electron trajectory did not occur.
[0182]
Experimental example 4
Experimental Example 4 differs from Experimental Example 1 in that Ag was formed to a thickness of 1 nm as the island-shaped metal film 5b of the spacer 5. The Ag-like metal film is formed by using an electron beam evaporation method. At this time, the surface resistance of the island-shaped metal film 5b made of Ag is about 10⁷[Ω / □].
[0183]
Note that the metal back 8 was not provided on the face plate 3, but a transparent electrode made of an ITO film was provided between the glass substrate 6 and the fluorescent film instead. Further, a phosphor for a low-speed electron beam was used as the phosphor 7a.
[0184]
In the image forming apparatus using the spacer 5, the scanning signal and the modulation signal are applied to the respective electron-emitting devices 15 from signal generating means (not shown) through the external terminals Dox1 to Doxm and Doy1 to Doyn. Is emitted, a high voltage is applied to the metal back 8 through the high voltage terminal Hv to accelerate the emitted electron beam, collide the electrons with the fluorescent film 7 and excite and emit a phosphor to display an image. .
[0185]
The applied voltage Va to the high voltage terminal Hv is about 100 V, and the applied voltage Vf between the element electrodes 16 and 17 is 14 V.
[0186]
At this time, a two-dimensional array of light-emitting spots including light-emitting spots generated by electrons emitted from the electron-emitting devices 15 located close to the spacers 5 is formed at two-dimensional intervals, and a clear, color-reproducible color image can be displayed. Was. This indicates that even when the spacers 5 were provided, no disturbance of the electric field that would affect the electron trajectory occurred.
[0187]
<Effects of First and Second Embodiments>
The image forming apparatuses of the first embodiment, the second embodiment, and the experimental examples described above have the following effects.
{Circle around (1)} First, since the charge to be prevented is generated on the surface of the spacer 5, it is sufficient for the spacer 5 to have an antistatic function only on its surface. Therefore, in this embodiment, the insulating base material 5a is used as the member forming the spacer 5, and the island-shaped metal film 5b of the insulating base material 5a is formed. As a result, the spacer 5 having a resistance value sufficient to neutralize the charge on the surface of the spacer 5 and having a leakage current amount that does not significantly increase the power consumption of the entire device can be realized. That is, a thin, large-area image forming apparatus was obtained without impairing the low heat generation characteristic of the cold cathode such as the surface conduction type electron-emitting device 15.
{Circle around (2)} Next, as the shape of the spacer 5, a flat plate having a uniform cross-sectional shape with respect to the normal direction of the electron source 1 and the face plate 3 is adopted. Will not be disturbed. Therefore, as long as the spacer 5 does not block the electron trajectory from the electron-emitting device 15, the spacer 5 and the electron-emitting device 15 can be arranged close to each other. Could be placed. In addition, since the leak current does not flow through the insulating base material 5a occupying most of the cross section, there is no need to take measures such as making the spacer 5 pointed to the electron source 1 or the face plate 3 for joining. It was also possible to reduce the leakage current.
{Circle around (3)} The fluorescent film 7 has the shape shown in FIG. 11, and each stripe-shaped color phosphor 7a extending in the Y direction is located between the respective color phosphors 7a. Since 7b was used, even if the electron-emitting devices 15 were arranged at a term density in the Y direction, the brightness of the displayed image was not impaired.
{Circle around (4)} Also, each spacer 5 is electrically connected to one X-direction wiring 12 on the electron source 1 side, so that unnecessary electrical coupling between the wirings on the electron source 1 is avoided. Was completed.
{Circle around (5)} Further, by providing the desired island-shaped metal film 5b, the above effect is exhibited, and the spacer 5 which does not require a complicated additional structure for preventing electrification is replaced with a surface conduction type proposed by the present applicant. By applying the present invention to an image forming apparatus using the simple matrix type electron source 1 using the electron-emitting device 15, a thin and large-area image forming apparatus capable of forming a high-quality image with a simple apparatus configuration can be provided. Was.
[0188]
<Third embodiment>
The difference between the third embodiment described below and the first embodiment is that a columnar spacer is used.
[0189]
FIG. 23 is a partially cutaway perspective view of an image forming apparatus according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 24 is a sectional view (EE ′ cross section of a main part) of the image forming apparatus shown in FIG. Part).
[0190]
23 and 24, the electron source 1 in which a plurality of electron-emitting devices 15 are arranged in a matrix is fixed to the rear plate 2. A face plate 3 as an image forming member having a fluorescent film 7 and a metal back 8 as an accelerating electrode formed on the inner surface of a glass substrate 6 is opposed to the electron source 1 via a support frame 4 made of an insulating material. A high voltage is applied between the electron source 1 and the metal back 8 by a power supply (not shown). The rear plate 2, the support frame 4 and the face plate 3 are sealed with each other with frit glass or the like, and the rear plate 2, the support frame 4 and the face plate 3 form an envelope 10.
[0191]
A columnar spacer 5 is provided inside the envelope 10 as an atmospheric pressure resistant structure. The spacers 5 are made of a member in which a semiconductive thin film 5b is formed on the surface of the insulating base material 5a. The spacers 5 are arranged in a necessary number and at a necessary interval to achieve the above-mentioned object. The inner surface of the envelope 10 and the surface of the electron source 1 are sealed with frit glass or the like. The island-shaped metal film 5b is electrically connected to the inner surface of the face plate 3 and the surface of the electron source 1 (X-direction wiring 12).
[0192]
Experimental example 1
In Experimental Example 1 of the third embodiment, first, the unformed electron source 1 is fixed to the rear plate 2. Next, the island-shaped metal film 5b made of Cr is applied to the columnar spacer 5 (in which the island-shaped metal film 5b is formed on the surface of the insulating substrate 5a made of soda lime glass in the envelope 10). (5 mm in height and 100 μm in radius) are fixed on the electron source 1 at equal intervals. Thereafter, the face plate 3 is disposed 5 mm above the electron source 1 via the support frame 4, and the joint between the rear plate 2, the face plate 3, the support frame 4 and the spacer 5 is fixed.
[0193]
Note that Cr is formed to a thickness of 0.8 nm as the island-shaped metal film 5b of the spacer 5. Note that the Cr island-shaped metal film is formed by using a resistance heating evaporation method. At this time, the surface resistance of the island-shaped metal film 5b made of Cr is about 10⁹[Ω / □].
[0194]
The joint between the electron source 1 and the rear plate 2, the joint between the rear plate 2 and the support frame 4, and the joint between the face plate 3 and the support frame 4 are coated with frit glass (not shown) at 400 ° C. in the atmosphere. Sealing is performed by baking for 10 minutes or more at ~ 500 ° C.
[0195]
The spacer 5 is made of conductive frit glass obtained by mixing a conductive material such as metal on the X-directional wiring 12 (line width 300 μm) on the electron source 1 side and on the black conductive material 7 b (line width 300 μm) on the face plate 3 side. (Not shown), and baked in air at 400 ° C. to 500 ° C. for 10 minutes or more to seal and electrically connect. The spacer 5 is provided on an insulative base material 5a made of cleaned soda lime glass.Island-like metal film5bToFilm formationIt was done.At this time, the surface resistance of the island-shaped metal film 5b is about 10⁹[Ω / □].
[0196]
In the image forming apparatus configured as described above, the scanning signal and the modulation signal are applied to the respective electron-emitting devices 15 through signal terminals (not shown) through the external terminals Dox1 to Doxm and Doy1 to Doyn. Is applied to the metal back 8 through a high-voltage terminal Hv to accelerate the emitted electron beam, collide electrons with the fluorescent film 7 and excite and emit light from the phosphor to display an image.
[0197]
The applied voltage Va to the high voltage terminal Hv is 3 kV to 10 kV, and the applied voltage Vf between the device electrodes 16 and 17 is 14 V.
[0198]
First, since the charge to be prevented occurs on the surface of the spacer 5, it is sufficient for the spacer 5 to have an antistatic function only on its surface. Accordingly, in the third embodiment, the insulating base material 5a is used as the member forming the spacer 5, and the island-shaped metal film 5b of the insulating base material 5a is formed. As a result, the spacer 5 having a resistance value sufficient to neutralize the charge on the surface of the spacer 5 and having a leakage current amount that does not significantly increase the power consumption of the entire device can be realized. That is, a thin, large-area image forming apparatus was obtained without impairing the low heat generation characteristic of the cold cathode such as the surface conduction type electron-emitting device 15.
[0199]
Next, as the shape of the spacer 5, a columnar shape having a uniform cross-sectional shape with respect to the normal direction of the electron source 1 and the face plate 3 is employed, so that the electric field is not disturbed by the spacer 5 itself. . Therefore, as long as the spacer 5 does not block the electron trajectory from the electron-emitting device 15, the spacer 5 and the electron-emitting device 15 can be arranged close to each other. Could be placed. In addition, since the leak current does not flow through the insulating base material 5a occupying most of the cross section, there is no need to take measures such as making the spacer 5 pointed to the electron source 1 or the face plate 3 for joining. It was also possible to reduce the leakage current.
[0200]
Further, each spacer 5 is electrically connected to one X-direction wiring 12 on the electron source 1 side, so that unnecessary electrical coupling between the wirings on the electron source 1 can be avoided.
[0201]
Further, by providing the desired island-shaped metal film 5b, the above effect is exhibited, and the spacer 5 of the third embodiment, which does not require a complicated additional structure for preventing electrification, is replaced by the surface conduction proposed by the applicant. Application to an image forming apparatus using a simple matrix type electron source 1 with a type of electron emitting element 15 provides a thin and large area image forming apparatus capable of forming a high quality image with a simple apparatus configuration. did it.
[0202]
<Fourth embodiment>
The fourth embodiment is the same as the first embodiment in that the same spacers 5 as those in the first embodiment are used, but the support frame 4 is located as close to the electron source 1 as possible. In that an island-shaped metal film is formed on the inner surface side of the support frame 4.
[0203]
FIG. 25 is a partially cutaway perspective view of a fourth embodiment of the image forming apparatus of the present invention, and FIG. 26 is a cross-sectional view of a main part of the image forming apparatus shown in FIG. Part).
[0204]
25 and 26, an electron source 1 in which a plurality of electron-emitting devices 15 are arranged in a matrix is fixed to a rear plate 2. In the electron source 1, a face plate 3 as an image forming member having a fluorescent film 7 and a metal back 8 as an accelerating electrode formed on an inner surface of a glass substrate 6 is arranged to face each other with a support frame 4 interposed therebetween. A high voltage is applied between the electron source 1 and the metal back 8 by a power supply (not shown). The rear plate 2, the support frame 4 and the face plate 3 are sealed with each other with frit glass or the like, and the rear plate 2, the support frame 4 and the face plate 3 form an envelope 10. Further, a thin plate-like spacer 5 is provided inside the envelope 10 as an atmospheric pressure resistant structure.
[0205]
The spacers 5 are made of a member in which an island-shaped metal film 5b is formed on the surface of an insulating base material 5a, and are parallel to the X direction by a necessary number and at a necessary interval to achieve the above object. And sealed to the inner surface of the envelope 10 and the surface of the electron source 1 with frit glass or the like. The island-shaped metal film 5b is electrically connected to the inner surface of the face plate 3 and the surface of the electron source 1 (X-direction wiring 13).
[0206]
The support frame 4 is made of a member having an island-shaped metal film 4b formed on the inner surface side of the insulating base material 4a, and is sealed to the inner surface of the envelope 10 and the surface of the electron source 1 with frit glass or the like. The island-shaped metal film 4b is electrically connected to the inner surface of the rear plate 2 and the inner surface of the face plate 3.
[0207]
Experimental example 1
In Experimental Example 1 of the fourth embodiment, first, the unformed electron source 1 is fixed to the rear plate 2. next,islandThe columnar spacer 5 (height: height) in which the island-shaped metal film 5b is formed on the four surfaces of the insulating base material 5a made of soda lime glass and exposed to the inside of the envelope 10 among the surfaces of the insulating metal film 5b. 5 mm, a plate pressure of 20 μm, and a length of 20 mm) are fixed on the electron source 1 at equal intervals in parallel with the X-direction wiring 12. Thereafter, the face plate 3 is placed 5 mm above the electron source 1 via the support frame 4, and the joint between the rear plate 2, the face plate 3, the support frame 4 and the spacer 5 is fixed. The support frame 4 is arranged as close as possible to the electron emission portion 15 of the electron source 1 and the fluorescent film 7 of the face plate 3 as long as the electron trajectory emitted from the electron source 1 is not blocked.
[0208]
The joint between the electron source 1 and the rear plate 2 is sealed by applying frit glass (not shown) and firing at 400 ° C. to 500 ° C. in the atmosphere for 10 minutes or more.
[0209]
The spacer 5 is formed of a conductive material obtained by mixing a conductive material such as a metal on the X-directional wiring 12 (line width 300 μm) on the electron source 1 side and the black conductive material 7 b (line width 300 μm) on the face plate 3 side. By arranging through a frit glass (not shown) and firing in air at 400 ° C. to 500 ° C. for 10 minutes or more, sealing and electrical connection were also performed.
[0210]
Also, the joint between the rear plate 2 and the support frame 4 and the joint between the face plate 3 and the support frame 4 are arranged via conductive frit glass (not shown) mixed with a conductive material such as metal. By baking at 400 ° C. to 500 ° C. for 10 minutes or more, sealing and electrical connection were also performed. The island-shaped metal film 4b is electrically connected to a ground potential electrode (not shown) on the rear plate 2 side, and is electrically connected to the high voltage terminal Hv on the face plate 3 side.
[0211]
The spacer 5 is formed on a 1.5-nm-thick Ti as an island-shaped metal film 5b on an insulating base material 5a made of cleaned soda-lime glass. The island-shaped metal film of Ti is formed by using a resistance heating evaporation method. thisWhenComeTiHas a surface resistance of about 10¹⁰[Ω / □].
[0212]
Similarly to the spacer 5, the support frame 4 is formed of Ti with a thickness of 1.5 nm on the inner surface of the insulating base material 4a made of cleaned soda lime glass.
[0213]
As shown in FIG. 11, the fluorescent film 7, which is an image forming member, employs a stripe shape in which each color phosphor 7a extends in the Y direction. As the black conductive material 7b, not only between each color phosphor 7a, A shape in which a portion for separating the pixels in the directions and providing a spacer 5 was added was used. First, the black conductive material 7b is formed, and the phosphors 7a of the respective colors are applied to the gaps between the black conductive materials 7b. As a material for the black stripe, a material mainly containing graphite, which is generally used, was used. The phosphor 7a was applied to the glass substrate 6 by a thriller method.
[0214]
The metal back 8 provided on the inner surface side of the fluorescent film 7 is subjected to a smoothing process (usually called filming) of the inner surface of the fluorescent film 7 after the formation of the fluorescent film 7, and thereafter, Al is vacuum-deposited. It is produced by doing. The face plate 3 may be provided with a transparent electrode on the outer surface side of the fluorescent film 7 in order to further increase the conductivity of the fluorescent film 7, but in this embodiment, sufficient conductivity can be obtained only by the metal back. Omitted.
[0215]
When performing the above-described sealing, the rear plate 2, the face plate 3, and the spacers 5 were sufficiently aligned because the phosphors of each color and the electron-emitting devices had to correspond to each other.
[0216]
The atmosphere in the envelope 10 completed as described above is exhausted by a vacuum pump through an exhaust pipe (not shown), and after reaching a sufficient degree of vacuum, electrons are passed through the external terminals Dox1 to Doxm and Doy1 to Doyn. A voltage is applied between the device electrodes 16 and 17 of the emission device 15, and the electron emission portion 23 is formed by applying a current to the electron emission portion forming thin film 18 (forming process). The forming process was performed by applying a voltage having a waveform shown in FIG.
[0217]
Next, 10^-6At a degree of vacuum of about Torr, an exhaust pipe (not shown) was welded by heating with a gas burner, and the envelope 10 was sealed.
[0218]
Finally, a getter process was performed to maintain the degree of vacuum after sealing.
[0219]
In the image forming apparatus completed as described above, electrons are applied to the electron-emitting devices 15 by applying scanning signals and modulation signals to the respective electron-emitting devices 15 from signal means (not shown) through external terminals Dox1 to Doxm and Doy1 to Doyn. The emitted electron beam is accelerated by applying a high voltage to the metal back 8 through the high-voltage terminal Hv, and the electron is collided with the fluorescent film 7 to excite and emit light from the phosphor, thereby displaying an image.
[0220]
The applied voltage Va to the high voltage terminal Hv is 3 kV to 10 kV, and the applied voltage Vf between the device electrodes 16 and 17 is 14 V.
[0221]
At this time, a two-dimensional array of light-emitting spots including light-emitting spots generated by electrons emitted from the electron-emitting devices 15 located close to the spacers 5 and the support frame 4 are formed at two-dimensional intervals, and the colors are clear and have good color reproducibility. Image display was completed. This indicates that even when the spacer 5 is provided and the support frame 4 is arranged close to the electron source 1, no electric field disturbance affecting the electron trajectory occurs.
[0222]
The image forming apparatuses of the fourth embodiment and the experimental example described above have the following effects in addition to the effects shown in the first embodiment.
{Circle around (1)} First, since the charge to be prevented is generated on the surface of the support frame 4 arranged close to the electron source 1, it is sufficient for the support frame 4 to have an antistatic function only on its surface. Therefore, the insulating base material 4a is used as a member forming the support frame 4, and the island-shaped metal film 4b is formed on the surface of the insulating base material 4a. As a result, the support frame 4 having a resistance value sufficient to neutralize the charge on the surface of the spacer 4 and having a leakage current amount that does not significantly increase the power consumption of the entire device can be realized. . That is, a thin, large-area image forming apparatus was obtained without impairing the low heat generation characteristic of the cold cathode such as the surface conduction type electron-emitting device 15.
{Circle around (2)} Also, by using the above-described support frame 4, the portion outside the image display area can be reduced, so that the entire apparatus can be reduced in size.
[0223]
<Fifth embodiment>
FIG. 27 is a diagram illustrating an example of an image display device configured to display image information provided from various image information sources such as a television broadcast on the image forming apparatus of the present invention. is there. When the display device receives a signal including both video information and audio information, such as a television signal, the display device naturally reproduces the audio simultaneously with the display of the video. Descriptions of circuits, speakers, and the like related to reception, separation, reproduction, processing, storage, and the like of audio information that are not directly related to the above are omitted.
[0224]
Hereinafter, each part will be described along the flow of the image signal.
[0225]
First, the TV signal receiving circuit 513 is a circuit for receiving a TV image signal transmitted using an n-wireless transmission system such as radio waves or spatial optical communication. The format of the received TV signal is not particularly limited, and may be, for example, various systems such as the NTSC system, the PAL system, and the SECAM system. Further, a TV signal (for example, a so-called high-definition TV such as a MUSE system) including a larger number of scanning lines is used for a display panel 500 using the image forming apparatus of the present invention which is suitable for a large area and a large pixel. It is a suitable signal source to take advantage of the above. The TV signal received by the TV signal receiving circuit 513 is output to the decoder 504.
[0226]
The image TV signal receiving circuit 512 is a circuit for receiving a TV image signal transmitted using a wired transmission system such as a coaxial cable or an optical fiber. As with the TV signal receiving circuit 513, the type of the TV signal to be received is not particularly limited, and the TV signal received by this circuit is also output to the decoder 504.
[0227]
The image input interface circuit 511 is a circuit for capturing an image signal supplied from an image input device such as a TV camera or an image reading scanner. The captured image signal is output to the decoder 504.
[0228]
The image memory interface circuit 510 is a circuit for taking in an image signal stored in a video tape recorder (hereinafter abbreviated as VTR), and the taken-in image signal is output to the decoder 504.
[0229]
The image memory interface circuit 509 is a circuit for taking in an image signal stored in the video disk. The taken image signal is output to the decoder 504.
[0230]
The image memory interface circuit 508 is a circuit for taking in an image signal from a device storing still image data, such as a so-called still image disk, and the taken still image data is output to the decoder 504.
[0231]
The input / output interface circuit 505 is a circuit for connecting the present display device to an output device such as an external computer, a computer network, or a printer. In addition to inputting and outputting image data and character / graphic information, control signals and numerical data can be input and output between the CPU 506 of the display device and the outside in some cases.
[0232]
The image generation circuit 507 generates image data to be displayed based on image data and character / graphic information externally input via the input / output interface circuit 505, or image data and character / graphic information output from the CPU 506. Circuit for The circuit includes, for example, a rewritable memory for storing image data and character / graphic information, a read-only memory storing an image pattern corresponding to a character code, and a processor for performing image processing. And circuits necessary for generating an image. The display image data generated by the image generation circuit 507 is output to the decoder 504, but may be output to an external computer network or a printer via the input / output interface circuit 505 in some cases.
[0233]
The CPU 506 mainly performs operations related to operation control of the display device and generation, selection, and editing of a display image. For example, a control signal is output to the multiplexer 503, and an image signal to be displayed on the display panel is appropriately selected or combined. In that case, a control signal is generated to the display panel controller 502 in accordance with the image signal to be displayed, and the frequency for displaying the image, the scanning method (for example, interlaced or non-interlaced), the number of scanning lines for one screen, and the like are displayed. The operation of the display device is appropriately controlled. Further, image data and character / graphic information are directly output to the image generation circuit 507, or an external computer or memory is accessed via the input / output interface circuit 505 to input image data or character / graphic information. .
[0234]
Note that the CPU 506 may, of course, be involved in work for other purposes. For example, it may be directly related to a function of generating and processing information, such as a personal computer or a word processor. Alternatively, as described above, the computer may be connected to an external computer network via the input / output interface circuit 505 and work such as numerical calculation may be performed in cooperation with an external device.
[0235]
The input unit 514 is used by a user to input commands, programs, data, and the like to the CPU 506, and uses various input devices such as a joystick, a barcode reader, and a voice recognition device in addition to a keyboard and a mouse. It is possible.
[0236]
The decoder 504 is a circuit for inversely converting various image signals input from the image generation circuit 507 to the TV signal reception circuit 513 into three primary color signals or a luminance signal and an I signal and a Q signal. The decoder 504 desirably includes an image memory therein, as indicated by a dotted line in FIG. This is for handling a television signal that requires an image memory when performing inverse conversion, such as the MUSE method. Further, the provision of the image memory facilitates display of a still image, or facilitates image processing and editing including image thinning, interpolation, enlargement, reduction, and synthesis in cooperation with the image generation circuit 507 and the CPU 506. This is because the advantage of being able to do so is born.
[0237]
The multiplexer 503 selects a display image appropriately based on a control signal input from the CPU 506. That is, the multiplexer 503 selects a desired image signal from the inversely converted image signals input from the decoder 504 and outputs the selected image signal to the drive circuit 501. In that case, by switching and selecting an image signal within one screen display time, it is also possible to divide one screen into a plurality of areas and display different images depending on the areas, as in a so-called multi-screen television. .
[0238]
The display panel controller 502 is a circuit for controlling the operation of the drive circuit 501 based on a control signal input from the CPU 506. As a signal related to the basic operation of the display panel 500, for example, a signal for controlling an operation sequence of a power supply (not shown) for driving the display panel 500 is output to the drive circuit 501. As a component related to the driving method of the display panel 500, a signal for controlling, for example, a screen display frequency and a scanning method (for example, interlaced or non-interlaced) is output to the driving circuit 501. In some cases, a control signal relating to image quality adjustment such as luminance, contrast, color tone, and sharpness of a display image may be output to the drive circuit 501.
[0239]
The drive circuit 501 is a circuit for generating a drive signal to be applied to the display panel 500, and operates based on an image signal input from the multiplexer 503 and a control signal input from the display panel controller 502. .
[0240]
The function of each unit has been described above. With the configuration illustrated in FIG. 27, the present display device can display image information input from various image information sources on the display panel 500. That is, various image signals including television broadcasts are inversely converted by the decoder 504, are appropriately selected by the multiplexer 503, and are input to the drive circuit 501. On the other hand, the display controller 502 generates a control signal for controlling the operation of the drive circuit 501 according to the image signal to be displayed. The drive circuit 501 applies a drive signal to the display panel 500 based on the image signal and the control signal. Thus, an image is displayed on the display panel 500. A series of these operations are controlled by the CPU 506 as a whole.
[0241]
Further, in the present display device, the image memory incorporated in the decoder 504, the image generation circuit 507 and the CPU 506 are involved, so that not only a display selected from a plurality of pieces of image information but also an image to be displayed is displayed. For information, for example, image processing such as enlargement, reduction, rotation, movement, edge emphasis, thinning, interpolation, color conversion, image aspect ratio conversion, and synthesis, deletion, connection, replacement, insertion, etc. It is also possible to perform image editing as follows. Although not particularly described in the description of the present embodiment, a dedicated circuit for processing and editing audio information at the same time as the image processing and image editing may be provided.
[0242]
Therefore, the present display device can be used as a display device for television broadcasting, a terminal device for video conference, an image editing device for handling still images and moving images, a computer terminal device, an office terminal device including a word processor, a game machine, and the like. It is possible to have a single function, and it has a very wide range of applications for industrial or consumer use.
[0243]
Note that FIG. 27 only shows an example of the configuration of the display device using the image forming apparatus according to the present invention, and it is needless to say that the present invention is not limited to this. For example, among the components in FIG. 27, circuits relating to functions that are not necessary for the purpose of use may be omitted. Conversely, additional components may be added depending on the purpose of use. For example, when the present display device is applied as a video phone, it is preferable to add a television camera, an audio microphone, a lighting device, a transmission / reception circuit including a modem, and the like to the components.
[0244]
In the display device according to the fifth embodiment, the depth of the display device can be reduced particularly because of the effect that the thickness of the image forming apparatus according to the above-described embodiment can be easily reduced. In addition, since the screen can be easily enlarged, the luminance is high, and the viewing angle characteristics are excellent, the present display device can display an image full of presence and full of power with good visibility.
[0245]
<Other examples>
The present invention can be variously modified as follows without departing from the spirit thereof.
[0246]
The present invention can be applied to any of the cold cathode type electron emitting devices other than the surface conduction type electron emitting device. As a specific example, there is a field emission type electron emitting element in which a pair of electrodes facing each other is formed along a surface of a substrate forming an electron source as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-27447 by the present applicant.
[0247]
Further, the present invention can be applied to an image forming apparatus using an electron source other than the simple matrix type. For example, in a case where the above-described branch member is used in an image forming apparatus for selecting a surface conduction electron-emitting device using a control electrode as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 2-257551 by the present applicant. It is.
[0248]
Further, according to the idea of the present invention, the present invention is not limited to the image forming display suitable for display, and the above-described alternative light source such as a light emitting diode of an optical printer including a photosensitive drum and a light emitting diode. An image forming apparatus can also be used. At this time, by appropriately selecting the above-mentioned m row-directional wirings and n column-directional wirings, the present invention can be applied not only to a linear light emitting source but also to a two-dimensional light emitting source.
[0249]
Further, according to the concept of the present invention, the present invention can be applied to a case where a member to be irradiated with electrons emitted from an electron source is a member other than the image forming member, such as an electron microscope. Therefore, the present invention can take a form as an electron beam generator that does not specify a member to be irradiated.
[0250]
Further, according to the idea of the present invention, the present invention is not limited to the image forming apparatus suitable for display, but may be any of the above-described alternative light emitting sources such as a light emitting diode of an optical printer including a photosensitive drum and a light emitting diode. An image forming apparatus can also be used. At this time, by appropriately selecting the above-mentioned m row-directional wirings and n column-directional wirings, the present invention can be applied not only to a linear light emitting source but also to a two-dimensional light emitting source.
[0251]
Further, according to the idea of the present invention, the present invention can be applied to a case where a member to be irradiated with electrons emitted from an electron source is a member other than an image forming member, such as an electron microscope. Therefore, the present invention can also be embodied as an electron beam generator that does not specify a member to be irradiated.
[0252]
The present invention may be applied to a system including a plurality of devices or to an apparatus including a single device. Needless to say, the present invention can be applied to a case where the present invention is achieved by supplying a program to a system or an apparatus.
[0253]
【The invention's effect】
As described above, in the electron beam generator and the image forming apparatus of the present invention, a conductive thin film is formed on the surface of an insulating intermediate member disposed between an electron source and an electrode, and a weak current is applied to the conductive thin film. Thereby, charging of the intermediate member can be prevented. As a result, the trajectory of the electron beam emitted from the electron source becomes as expected. In particular, if this electron source is used for image formation, a position shift between a position where electrons collide with the image forming surface and an image forming surface which should originally emit light can be prevented from occurring, and luminance loss can be prevented and a clear image can be obtained. It has become possible to provide an electron beam generator and an image forming apparatus capable of displaying images.
[0254]
Further, according to the support spacer of the present invention, the trapped charged particles can be released, and the trajectory of the generated electron beam is not bent.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a conventional surface conduction electron-emitting device.
FIG. 2 is a partially broken perspective view of the first embodiment of the image forming apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ near a spacer of the image forming apparatus according to the first embodiment.
FIG. 4 is a plan view of a main part of an electron source of the image forming apparatus according to the first embodiment.
FIG. 5 is a sectional view taken along line B-B ′ of the electron source shown in FIG. 4;
FIG. 6 is a diagram sequentially illustrating a manufacturing process of the electron source of the image forming apparatus according to the first embodiment.
FIG. 7 is a plan view of an example of a mask used when forming a thin film for forming an electron-emitting portion.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a voltage waveform used for forming processing.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram illustrating an apparatus for measuring and evaluating an electron-emitting device according to an example.
FIG. 10 is a diagram for explaining basic characteristics of the electron-emitting device of the example.
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a fluorescent film.
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of a fluorescent film.
FIG. 13 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a drive circuit of the image forming apparatus according to the first embodiment.
FIG. 14 is a partial circuit diagram of an electron source of the image forming apparatus according to the first embodiment.
FIG. 15 is a diagram illustrating an example of an original image for describing a driving method of the image forming apparatus according to the first embodiment.
FIG. 16 is a partial circuit diagram of an electron source to which a driving voltage of the image forming apparatus according to the first embodiment is applied.
FIG. 17 is a diagram for explaining trajectories of electrons and scattered particles in the image forming apparatus according to the first embodiment, and is a diagram in which an electron emission portion near a spacer is viewed from a Y direction.
FIG. 18 is a view for explaining the trajectories of electrons and scattered particles in the image forming apparatus shown in FIG. 1, and is a view in which an electron emission portion near a spacer is viewed from the X direction.
FIG. 19 is a partially broken perspective view of a second embodiment of the image forming apparatus of the present invention.
FIG. 20 is a cross-sectional view taken along line C-C ′ near a spacer of the image forming apparatus according to the second embodiment.
FIG. 21 is a plan view of a main part of an electron source of the image forming apparatus according to the second embodiment.
FIG. 22 is a sectional view taken along line D-D ′ of the electron source according to the second embodiment.
FIG. 23 is a partially broken perspective view of a third embodiment of the image forming apparatus of the present invention.
FIG. 24 is a cross-sectional view taken along line E-E ′ near a spacer of the image forming apparatus according to the third embodiment.
FIG. 25 is a partially broken perspective view of a fourth embodiment of the image forming apparatus of the present invention.
FIG. 26 is a sectional view taken along line F-F ′ of the vicinity of a spacer and a support frame of the image forming apparatus according to the fourth embodiment.
FIG. 27 is a circuit diagram of a fifth embodiment in which the image forming apparatus of the present invention is applied to an image display device.
[Explanation of symbols]
1 electron source
2 Rear plate
3 face plate
4 Support frame
5 Spacer
5a Insulating base material
5b Island-like metal film
6 Glass substrate
7 Fluorescent film
8 Metal back
10 envelope
11 Insulating substrate
12 X direction wiring
13 Y direction wiring
14 Interlayer insulation layer
15 electron-emitting device
18 Thin film for electron emission formation (thin film including electron emission part)
20 masks
20a opening
21 Cr film
23 Electron emission section
30,32 ammeter
31, 33 power supply
34 Anode electrode
1701 Display panel
1702 Scanning circuit
1703 control circuit
1704 shift register
1705 line memory
1706 Synchronous signal separation circuit
1707 Modulation signal generator
500 display panel
501 drive circuit
502 Display panel controller
503 Multiplexer
504 decoder
505 I / O interface circuit
506 CPU
507 Image generation circuit
508,509,510 Image memory interface circuit
511 Image input interface circuit
512,513 TV signal receiving circuit
514 Input unit
3001 Insulating substrate
3002 Thin film for electron emission part formation
3003 electron emission part
3004 Thin film including electron emission part

Claims

An electron source having a plurality of cold-cathode-type electron-emitting devices, an electrode disposed opposite to the electron source and acting on electrons emitted from the electron source, and an insulation disposed between the electron source and the electrode An electron beam generator having a neutral intermediate member,
An electron beam generator, wherein the intermediate member has an island-shaped metal film on a surface thereof, and the island-shaped metal film is electrically connected to the electron source and / or the electrode.

2. The electron beam generator according to claim 1, wherein the island-shaped metal film has a surface resistance of 10 5 to 10 12 [Ω / □].

3. The electron beam generator according to claim 1, wherein the intermediate member has an upright surface between the electron source and the electrode. 4.

4. The electron beam generator according to claim 3, wherein said intermediate member has a flat plate shape or a columnar shape.

5. The electron beam generator according to claim 1, wherein the electrode applies a voltage for acceleration. 6.

6. The electron beam generator according to claim 1, wherein the electron-emitting device provided in the electron source includes a pair of opposing element electrodes and an electron-emitting portion extending between the element electrodes. 7. An electron-emitting device comprising a surface conduction electron-emitting device comprising a thin film.

7. The electron beam generator according to claim 6, wherein the electron source includes a plurality of row wirings and a plurality of column wirings arranged via an insulating layer, and the row wiring and the column wiring, An electron beam generator, wherein the plurality of electron-emitting devices are arranged in a matrix on an insulating substrate by connecting the pair of device electrodes of each electron-emitting device.

8. The electron beam generator according to claim 7 , wherein the intermediate member has a flat plate shape arranged in parallel or orthogonal to the row wiring or the column wiring.

9. The electron beam generator according to claim 8 , wherein the pair of element electrodes of each of the electron-emitting devices are arranged to face each other in a direction parallel to the intermediate member.

The electron beam generator according to any one of claims 1 to 9 , wherein the intermediate members are arranged at a plurality of intervals.

The electron beam generator according to any one of claims 1 to 10 , wherein the intermediate member is an atmospheric pressure resistant member.

The electron beam generator according to any one of claims 1 to 11 , wherein the intermediate member is a support frame of an envelope that maintains a vacuum atmosphere or a support member installed in the envelope. An electron beam generator characterized by the above-mentioned.