JP3652159B2

JP3652159B2 - 画像形成装置

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Inventors: 和也宮崎; 正弘伏見
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Publication date: 2005-05-25
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子放出素子を用いた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電子放出素子として熱陰極素子と冷陰極素子の二種類が知られている。このうち冷陰極素子では、たとえば表面伝導型放出素子や、電界放出型素子（以下ＦＥ型と記す）や、金属／絶縁層／金属型放出素子（以下、ＭＩＭ型と記す）等が知られている。
【０００３】
表面伝導型放出素子としては、たとえば、Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，ＲａｄｉｏＥｎｇ．ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１０，１２９０，（１９６５）や後述する他の例が知られている。
【０００４】
表面伝導型放出素子は、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。この表面伝導型放出素子としては、Ｅｌｉｎｓｏｎ等によるＳｎＯ₂薄膜を用いたものの他に、Ａｕ薄膜によるもの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］や、Ｉｎ₂Ｏ₃／ＳｎＯ₂薄膜によるもの［Ｍ．ＨａｒｔｗｅｌｌａｎｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ＥＤＣｏｎｆ．”，５１９（１９７５）］やカーボン薄膜によるもの［荒木久他：真空、第２６巻、第１号、２２（１９８３）］等が報告されている。
【０００５】
これらの表面伝導型放出素子の素子構成の典型的な例として、図２２に前述のＭ．Ｈａｒｔｗｅｌｌらによる素子の平面図を示す。同図において、３００１は基板で、３００４はスパッタで形成された金属酸化物よりなる導電性薄膜である。導電性薄膜３００４は図示のようにＨ字形の平面形状に形成されている。該導電性薄膜３００４に後述の通電フォーミングと呼ばれる通電処理を施すことにより、電子放出部３００５が形成される。図中の間隔Ｌは０．５〜１［ｍｍ］、Ｗは０．１［ｍｍ］で設定されている。尚、図示の便宜から、電子放出部３００５は導電性薄膜３００４の中央に矩形の形状で示したが、これは模式的なものであり、実際の電子放出部の位置や形状を忠実に表現しているわけではない。
【０００６】
Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌらによる素子をはじめとして上述の表面伝導型放出素子においては、電子放出を行う前に導電性薄膜３００４に通電フォーミングと呼ばれる通電処理を施すことにより電子放出部３００５を形成するのが一般的であった。すなわち、通電フォーミングとは、該導電性薄膜３００４の両端に一定の直流電圧、もしくは、例えば１Ｖ／分程度の非常にゆっくりとしたレートで昇圧する直流電圧を印加して通電し、導電性薄膜３００４を局所的に破壊もしくは変形もしくは変質せしめ、電気的に高抵抗な状態の電子放出部３００５を形成することである。尚、局所的に破壊もしくは変形もしくは変質した導電性薄膜３００４の一部には、亀裂が発生する。該通電フォーミング後に導電性薄膜３００４に適宜の電圧を印加した場合には、該亀裂付近において電子放出が行われる。
【０００７】
また、ＦＥ型の例は、たとえば、Ｗ．Ｐ．Ｄｙｋｅ＆Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ“Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）や、あるいは、Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“Ｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈｍｏｌｙｂｄｅｎｉｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）等が知られている。
【０００８】
ＦＥ型の素子構成の典型的な例として、図２３に前述のＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔらによる素子の断面図を示す。同図において、３０１０は基板で、３０１１は導電材料よりなるエミッタ配線、３０１２はエミッタコーン、３０１３は絶縁層、３０１４はゲート電極である。本素子は、エミッタコーン３０１２とゲート電極３０１４の間に適宜の電圧を印加することにより、エミッタコーン３０１２の先端部より電界放出を起こさせるものである。
【０００９】
また、ＦＥ型の他の素子構成として、図２３のような積層構造ではなく、基板上に基板平面とほぼ平行にエミッタとゲート電極を配置した例もある。
【００１０】
また、ＭＩＭ型の例としては、たとえば、Ｃ．Ａ．Ｍｅａｄ，“Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｕｎｎｅｌ−ｅｍｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３２，６４６（１９６１）等が知られている。ＭＩＭ型の素子構成の典型的な例を図２４に示す。同図は断面図であり、図において、３０２０は基板で、３０２１は金属よりなる下電極、３０２２は厚さ１００オングストローム程度の薄い絶縁層、３０２３は厚さ８０〜３００［オングストローム］程度の金属よりなる上電極である。ＭＩＭ型においては、上電極３０２３と下電極３０２１の間に適宜の電圧を印加することにより、上電極３０２３の表面より電子放出を起こさせるものである。
【００１１】
上述の冷陰極素子は、熱陰極素子と比較して低温で電子放出を得ることができるため、加熱用ヒーターを必要としない。したがって、熱陰極素子よりも構造が単純であり、微細な素子を作成可能である。また、基板上に多数の素子を高い密度で配置しても、基板の熱溶融等の問題が発生しにくい。また、熱陰極素子がヒーター加熱により動作するために応答速度が遅いのとは異なり、冷陰極素子の場合には応答速度が速いという利点もある。
【００１２】
このため、冷陰極素子を応用するための研究が盛んに行われてきている。
【００１３】
たとえば、表面伝導型放出素子は、冷陰極素子のなかでも特に構造が単純で製造も容易であることから、大面積にわたり多数の素子を形成できる利点がある。そこで、たとえば特開昭６４−３１３３２において開示されるように、多数の素子を配列して駆動するための方法が研究されている。また、表面伝導型放出素子の応用については、たとえば、画像表示装置、画像記録装置等の画像形成装置や、荷電ビーム源等が研究されている。
【００１４】
特に、画像表示装置への応用としては、たとえばＵＳＰ５，０６６，８８３や特開平２−２５７５５１や特開平４−２８１３７において開示されているように、表面伝導型放出素子と電子ビームの照射により発光する蛍光体とを組み合わせて用いた画像表示装置が研究されている。表面伝導型放出素子と蛍光体とを組み合わせて用いた画像表示装置は、従来の他の方式の画像表示装置よりも優れた特性が期待されている。たとえば、近年普及してきた液晶表示装置と比較しても、自発光型であるためバックライトを必要としない点や、視野角が広い点が優れていると言える。
【００１５】
また、ＦＥ型を多数個ならべて駆動する方法は、たとえばＵＳＰ４，９０４，８９５に開示されている。また、ＦＥ型を画像表示装置に応用した例として、たとえば、Ｒ．Ｍｅｙｅｒらにより報告された平板型表示装置が知られている。
【００１６】
［Ｒ．Ｍｅｙｅｒ：“ＲｅｃｅｎｔＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｎＭｉｃｒｏ−ｔｉｐｓＤｉｓｐｌａｙａｔＬＥＴＩ”，Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇｅｓｔｏｆ４ｔｈＩｎｔ．ＶａｃｕｕｍＭｉｃｒｏｅｌｅ−ｃｔｒｏｎｉｃｓ
Ｃｏｎｆ．，Ｎａｇａｈａｍａ．ｐｐ．６〜９（１９９１）］。
【００１７】
また、ＭＩＭ型を多数個並べて画像表示装置に応用した例は、たとえば特開平３−５５７３８に開示されている。
【００１８】
上記のような電子放出素子を用いた画像形成装置のうちで、奥行きの薄い平面型表示装置は省スペースかつ軽量であることから、ブラウン管型の表示装置に置き換わるものとして注目されている。
【００１９】
図２５は平面型の画像表示装置をなす表示パネル部の一例を示す斜視図であり、内部構造を示すために一部を切り欠いて示している。
【００２０】
図中、３１１５はリアプレート、３１１６は側壁、３１１７はフェースプレートであり、リアプレート３１１５、側壁３１１６およびフェースプレート３１１７により、表示パネルの内部を真空に維持するための外囲器（気密容器）を形成している。
【００２１】
リアプレート３１１５には基板３１１１が固定されているが、この基板３１１１上には冷陰極素子３１１２が、Ｎ×Ｍ個形成されている。（Ｎ、Ｍは２以上の正の整数であり、目的とする表示画素数に応じて適宜設定される。）また、該Ｎ×Ｍ個の冷陰極素子３１１２は、図２５に示すとおり、Ｍ本の行方向配線３１１３とＮ本の列方向配線３１１４により配線されている。これら基板３１１１、冷陰極素子３１１２、行方向配線３１１３および列方向配線３１１４によって構成される部分をマルチ電子ビーム源と呼ぶ。また、行方向配線３１１３と列方向配線３１１４の少なくとも交差する部分には、両配線間に絶縁層（不図示）が形成されており、電気的な絶縁が保たれている。
【００２２】
フェースプレート３１１７の下面には、蛍光体からなる蛍光膜３１１８が形成されており、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の蛍光体（不図示）が塗り分けられている。また、蛍光膜３１１８をなす上記各色蛍光体の間には黒色体（不図示）が設けてあり、さらに蛍光膜３１１８のリアプレート３１１５側の面には、Ａｌ等からなるメタルバック３１１９が形成されている。
【００２３】
Ｄｘ１〜ＤｘｍおよびＤｙ１〜ＤｙｎおよびＨｖは、当該表示パネルと不図示の電気回路とを電気的に接続するために設けた気密構造の電気接続用端子である。Ｄｘ１〜Ｄｘｍはマルチ電子ビーム源の行方向配線３１１３と、Ｄｙ１〜Ｄｙｎはマルチ電子ビーム源の列方向配線３１１４と、Ｈｖはメタルバック３１１９と各々電気的に接続している。
【００２４】
また、上記気密容器の内部は１０^-6［Ｔｏｒｒ］程度の真空に保持されており、画像表示装置の表示面積が大きくなるにしたがい、気密容器内部と外部の気圧差によるリアプレート３１１５およびフェースプレート３１１７の変形あるいは破壊を防止する手段が必要となる。リアプレート３１１５およびフェースプレート３１１６を厚くすることによる方法は、画像表示装置の重量を増加させるのみならず、斜め方向から見たときに画像のゆがみや視差を生ずる。これに対し、図２５においては、比較的薄いガラス板からなり大気圧を支えるための構造支持体（スペーサあるいはリブと呼ばれる）３１２０が設けられている。このようにして、マルチビーム電子源が形成された基板３１１１と蛍光膜３１１８が形成されたフェースプレート３１１６間は通常サブミリないし数ミリに保たれ、前述したように気密容器内部は高真空に保持されている。
【００２５】
以上説明した表示パネルを用いた画像表示装置は、容器外端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ、Ｄｙ１ないしＤｙｎを通じて各冷陰極素子３１１２に電圧を印加すると、各冷陰極素子３１１２から電子が放出される。それと同時にメタルバック３１１９に容器外端子Ｈｖを通じて数百［Ｖ］ないし数［ｋＶ］の高圧を印加して、上記放出された電子を加速し、フェースプレート３１１７の内面に衝突させる。これにより、蛍光膜３１１８をなす各色の蛍光体が励起されて発光し、画像が表示される。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べた画像形成装置は、装置内部の真空雰囲気を維持するための外囲器、外囲器内に配置された電子源、該電子源から放出された電子線が照射されるターゲット、電子線をターゲットに向けて加速するための加速電極等を有するが、さらに、外囲器に加わる大気圧を外囲器内部から支持するための支持部材（スペーサ）が外囲器内部に配置されることがある。
【００２７】
このような画像形成装置の表示パネルにおいては、以下のような問題点があった。
【００２８】
まず、スペーサの近傍から放出された電子の一部がスペーサに当たることにより、あるいは放出電子の作用でイオン化したイオンがスペーサに付着することにより、スペーサ帯電をひきおこす可能性がある。さらに、フェースプレートに到達した電子が一部反射・散乱され、その一部がスペーサに当たることによりスペーサ帯電をひきおこす可能性がある。このスペーサの帯電により冷陰極素子から放出された電子はその軌道を曲げられ、蛍光体上の正規な位置とは異なる場所に到達し、スペーサ近傍の画像がゆがんで表示される。
【００２９】
この問題点を解決するために、スペーサに微小電流が流れるようにして帯電を除去（以下除電）する提案がなされている。そこでは絶縁性のスペーサの表面に高抵抗薄膜を形成することにより、スペーサ表面に微小電流が流れるようにしている。
【００３０】
しかしながら、冷陰極素子からの放出電子量が大きくなると、これらの除電能力は十分とは言えず、電子ビームの強度により帯電量が変化する。これに伴い、スペーサ付近の素子から放出された電子ビームはその強度（輝度）によって、ターゲット上の正規な位置からのずれが異なる。このため動画を表示したときに、画像がゆらいで見えてしまう等の欠点があった。
【００３１】
［発明の目的］
本発明は上記従来スペーサの欠点を電場制御の点から改善するものであり、素子駆動配線上に電子軌道補正用の配線電極を設け、これに任意の電位を与えることにより、スペーサに照射される電子ビーム量を抑制するとともに電子軌道を制御し、画像のゆがみが小さくかつ輝度依存の少ない画像表示装置を提供することを目的とするものである。
【００３２】
【課題を解決するための手段および作用】
上記目的は、冷陰極型電子放出素子を設けた電子源基板と、該電子源基板に対向して配され、該電子放出素子から放出される電子を加速する加速電極及び該電子により画像を形成する画像形成部材を備えた対向基板と、該電子源基板と該加速電極の間に設けられたスペーサとを有する画像形成装置において、
前記スペーサがその上に配置された第１駆動配線と、
前記スペーサがその上に配置されていない第２駆動配線と、
前記第１及び第２駆動配線の内の前記第２駆動配線上に設けられた電子軌道補正用の配線電極と、
前記電子源基板と前記加速電極との間の距離をｄ、前記加速電極と前記電子放出素子との間に印加される加速電圧をＶ _a 、前記電子源基板からの前記配線電極の高さをｈとしたときに、前記配線電極に、Ｖ _h ＜Ｖ _a ・（ｈ／ｄ）なる電位Ｖ _h を与える手段とを有することを特徴とする本発明の画像形成装置によって達成される。
【００３５】
なお、本明細書中では、電子放出素子の素子電極間に印加される電圧Ｖｆは、素子電極の高電位側の電極電位と低電位側の電極電位との電位差を言う。また、加速電圧Ｖａは、アノード（加速電極）電位と、素子電極の高電位側電極電位と低電位側電極電位との中間電位との電位差を言う。
【００３６】
また、本発明で用いる画像形成部材としては、蛍光体等の他にも、潜像を形成する部材を用いることもできる。
【００３７】
ここで、図１を用いて本発明の機能について説明する。図１は、スペーサと電子放出素子の構成についての説明図であり画像形成装置における断面図である。（ａ）、（ｂ）において、１１０は蛍光体とメタルバックを含むフェースプレート、１１１は電子源基板を含むリアプレート、１１２はスペーサ、１１３はスペーサ表面の導電部、１１４はスペーサ設置した素子駆動用配線部、１１５は第１近接素子駆動用配線部、１１６は第２近接素子駆動用配線部、１１７は第１近接素子、１１８は第２近接素子、１１９は代表的な電子ビーム軌道、１２１，１２２は絶縁層、１２３は第１近接配線上に形成される電子軌道補正用配線部、１２４は第２近接配線上に形成される電子軌道補正用配線部である。
【００３８】
このとき、スペーサは絶縁性部材そのものを用いることもでき、また表面に高抵抗薄膜を形成した半導電性のスペーサを用いることもできる。
【００３９】
さらに、絶縁性あるいは半導電性のスペーサによらず、スペーサが設置される配線部および加速電極との良好な電気的接触を得るために、あるいは後述する電子軌道補正のために、スペーサ表面の端部（不図示）に導電部を有する構成もとることができる。
【００４０】
電子源基板側に形成される導電部は、素子駆動配線との良好な電気的接触を得るとともに、スペーサにおける０電位を加速電極側に上昇せしめ、これによりスペーサ第１近接素子から放出される電子を反発せしめて正規の位置に輝点を形成するという効果も兼ねている。
【００４１】
しかしながら、この導電部を形成することはスペーサの沿面距離を短くすることと同義であるので、スペーサ沿面における放電耐圧を下げないために、できるだけ高さを抑えて形成するのが望ましい。
【００４２】
スペーサ第１近接配線上に形成される電子軌道補正用配線は、Ｖ_h1（＜Ｖ_a・（ｈ／ｄ））なる電位を印加することにより、スペーサ第１近接素子から放出される電子の軌道を正規の位置に輝点を形成するとともに、できるだけ低い電位を与えて、スペーサ導電部の高さを抑えるという効果も兼ねている。
【００４３】
スペーサ第２近接配線上に形成される電子軌道補正用配線は、Ｖ_h2（＜Ｖ_a・（ｈ／ｄ））なる電位を印加することにより、スペーサ導電部では電子軌道補正ができない。スペーサ第２近接素子から放出される電子の軌道を正規の位置に輝点を形成するとともに、できるだけ低い電位を与えて、スペーサ導電部の高さを抑えるという効果も兼ねている。
【００４４】
図１においては、スペーサに隣接する第１近接素子駆動用配線および第２近接素子駆動用配線上に電子軌道補正用配線が形成された例であるが、第１近接素子の電子軌道補正がスペーサ導電部のみで達成されるときは、スペーサ第２近接配線上のみに電子軌道補正用配線が形成されることもある。
【００４５】
電子軌道補正用配線に印加される電圧Ｖ_hに関しては、たとえば加速電圧Ｖ_aをＶ_a＝６ｋＶ、電子源基板と加速電極間距離ｄをｄ＝３ｍｍ、電子源基板からの該電子軌道補正用配線の高さｈをｈ＝９０μｍとしたときには、Ｖ_h＜１８０Ｖと制限される。
【００４６】
さらに望ましくは、電子軌道補正用配線に印加される電圧Ｖ_hは、素子駆動配線と電子軌道補正用配線との間に形成される絶縁層の絶縁破壊電圧から制限される。
【００４７】
たとえば、素子駆動配線に印加する電圧Ｖ_f1/2をＶ_f1/2＝−７Ｖ、素子駆動配線と電子軌道補正用配線との間に形成される絶縁層の厚さｔをｔ＝３０μｍとした場合には、絶縁層の絶縁破壊電圧が１ｋＶ／ｍｍであるので、Ｖ_hは、−３７Ｖ＜Ｖ_h＜２３Ｖと制限される。
【００４８】
（ａ）において、スペーサに直接入射する電子やスペーサの近傍から電子入射による放出された電子の一部がスペーサに当たること、あるいは放出電子の作用でイオン化したイオンがスペーサに付着することによりスペーサに正帯電が発生する。このスペーサ帯電により電場が変化し、素子から放出された電子はその軌道を曲げられ、正規な位置とは異なる位置に到達する、この結果、画像形成装置においてスペーサ近傍の画像がゆがんで見える問題が生じていた。
【００４９】
これに対し、（ｂ）は本発明の構成を適用し、電子の到達位置を補正した状態である。スペーサ１１２を設置した素子駆動用配線部１１４上に形成した導電部１１３により配線電極電位をａの高さまで規定するとともに、第１近接素子駆動用配線部１１５上に形成される電子軌道補正用配線部１２３および第２近接素子駆動用配線部１１６上に形成される電子軌道補正用配線部１２４にそれぞれＶ_h1，Ｖ_h2の複数の電圧を印加することにより、電場形状を変えて、電子が電子軌道１１９の軌跡を通過してフェースプレート１１０の正規位置に入射することが可能となる。この結果、歪みのない高品位な画像形成が実現できる。
【００５０】
本発明の電子線装置は、以下のような形態を有するものであってもよい。
▲１▼該電子線装置は、該電極が該電子源より放出された電子を加速する加速電極であり、入力信号に応じて該冷陰極素子から放出された電子を該ターゲットに照射して画像を形成する画像形成装置をなす。特に、該ターゲットが蛍光体である画像表示装置をなす。
▲２▼該冷陰極素子は、電子放出部を含む導電性膜を一対の電極間に有する冷陰極素子であり、特に好ましくは表面伝導型放出素子である。
▲３▼該電子源は、複数の行方向配線と複数の列方向配線とでマトリクス配線された複数の冷陰極素子を有する単純マトリクス状配置の電子源をなす。
▲４▼該電子源は、並列に配置した複数の冷陰極素子の個々を両端で接続した冷陰極素子の行を複数配し（行方向と呼ぶ）、この配線と直交する方向（列方向と呼ぶ）に沿って、冷陰極素子の上方に配した制御電極（グリッドとも呼ぶ）により、冷陰極素子からの電子を制御するはしご状配置の電子源をなす。
▲５▼また、本発明の思想によれば、表示用として好適な画像形成装置に限るものでなく、感光性ドラムと発光ダイオード等で構成された光プリンタの発光ダイオード等の代替の発光源として、上述の画像形成装置を用いることもできる。またこの際、上述のｍ本の行方向配線とｎ本の列方向配線を、適宜選択することで、ライン状発光源だけでなく、２次元状の発光源としても応用できる。この場合、画像形成部材としては、以下の実施例で用いる蛍光体のような直接発光する物質に限るものではなく、電子の帯電による潜像画像が形成されるような部材を用いることもできる。
【００５１】
また、本発明の思想によれば、例えば電子顕微鏡のように、電子源からの放出電子の被照射部材が、蛍光体等の画像形成部材以外のもの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一般的電子線装置としての形態もとりうる。
【００５２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を適用した画像表示装置の表示パネルの構成と製造法について、具体的な例を示して説明する。
【００５３】
図７は、実施例に用いた表示パネルの斜視図であり、内部構造を示すためにパネルの一部を切り欠いて示している。
【００５４】
図中、１０１５はリアプレート、１０１６は側壁、１０１７はフェースプレートであり、１０１５〜１０１７により表示パネルの内部を真空に維持するための気密容器を形成している。気密容器を組み立てるにあたっては、各部材の接合部に十分な強度と気密性を保持させるため封着する必要があるが、たとえばフリットガラスを接合部に塗布し、大気中あるいは窒素雰囲気中で、摂氏４００〜５００度で１０分以上焼成することにより封着を達成した。気密容器内部を真空に排気する方法については後述する。また、上記気密容器の内部は１０^-6［Ｔｏｒｒ］程度の真空に保持されるので、大気圧や不意の衝撃等による気密容器の破壊を防止する目的で、耐大気圧構造体として、スペーサ１０２０が設けられている。
【００５５】
リアプレート１０１５には、基板１０１１が固定されているが、該基板上には冷陰極素子１０１２がＮ×Ｍ個形成されている。（Ｎ，Ｍは２以上の正の整数であり、目的とする表示画素数に応じて適宜設定される。たとえば、高品位テレビジョンの表示を目的とした表示装置においては、Ｎ＝３０００，Ｍ＝１０００以上の数を設定することが望ましい。）該Ｎ×Ｍ個の冷陰極素子は、Ｍ本の行方向配線１０１３とＮ本の列方向配線１０１４により単純マトリクス配線されている。該、１０１１〜１０１４によって構成される部分をマルチ電子ビーム源と呼ぶ。
【００５６】
本発明の画像表示装置に用いるマルチ電子ビーム源は、冷陰極素子を単純マトリクス配線した電子源であれば、冷陰極素子の材料や形状あるいは製法に制限はない。したがって、たとえば表面伝導型放出素子やＦＥ型、あるいはＭＩＭ型等の冷陰極素子を用いることができる。
【００５７】
次に、冷陰極素子として表面伝導型放出素子（後述）を基板上に配列して単純マトリクス配線したマルチ電子ビーム源の構造について述べる。
【００５８】
図１８に示すのは、図７の表示パネルに用いたマルチ電子ビーム源の平面図である。基板１０１１上には、後述の図１１で示すものと同様な表面伝導型放出素子が配列され、これらの素子は行方向配線電極１０１３と列方向配線電極１０１４により単純マトリクス状に配線されている。行方向配線電極１０１３と列方向配線電極１０１４の交差する部分には、電極間に絶縁層（不図示）が形成されており、電気的な絶縁が保たれている。
【００５９】
図１８のＢ−Ｂ′に沿った断面を、図１９に示す。
【００６０】
なお、このような構造のマルチ電子源は、あらかじめ基板上に行方向配線電極１０１３、列方向配線電極１０１４、電極間絶縁層（不図示）、および表面伝導型放出素子の素子電極と導電性薄膜を形成した後、行方向配線電極１０１３および列方向配線電極１０１４を介して各素子に給電して通電フォーミング処理（後述）と通電活性化処理（後述）を行うことにより製造した。
【００６１】
本実施例においては、気密容器のリアプレート１０１５にマルチ電子ビーム源の基板１０１１を固定する構成としたが、マルチ電子ビーム源の基板１０１１が十分な強度を有するものである場合には、気密容器のリアプレートとしてマルチ電子ビーム源の基板１０１１自体を用いてもよい。
【００６２】
また、フェースプレート１０１７の下面には、蛍光膜１０１８が形成されている。
【００６３】
本実施例はカラー表示装置であるため、蛍光膜１０１８の部分にはＣＲＴの分野で用いられる赤、緑、青、の３原色の蛍光体が塗り分けられている。各色の蛍光体は、たとえば図９の（ａ）に示すようにストライプ状に塗り分けられ、蛍光体のストライプの間には黒色の導電体１０１０が設けてある。黒色の導電体１０１０を設ける目的は、電子ビームの照射位置に多少ずれがあっても表示色にずれが生じないようにする事や、外光の反射を防止して表示コントラストの低下を防ぐ事、電子ビームによる蛍光膜のチャージアップを防止する事等である。黒色の導電体１０１０には、黒鉛を主成分として用いたが、上記の目的に適するものであればこれ以外の材料を用いても良い。
【００６４】
また、３原色の蛍光体の塗り分け方は該図９（ａ）に示したストライプ状の配列に限られるものではなく、たとえば図９（ｂ）に示すようなデルタ状配列や、それ以外の配列であってもよい。
【００６５】
なお、モノクロームの表示パネルを作成する場合には、単色の蛍光体材料を蛍光膜１０１８に用いればよく、また黒色導電材料は必ずしも用いなくともよい。また、蛍光膜１０１８のリアプレート側の面には、ＣＲＴの分野では公知のメタルバック１０１９を設けてある。メタルバック１０１９を設けた目的は、蛍光膜１０１８が発する光の一部を鏡面反射して光利用率を向上させる事や、負イオンの衝突から蛍光膜１０１８を保護する事や、電子ビーム加速電圧を印加するための電極として作用させる事や、蛍光膜１０１８を励起した電子の導電路として作用させる事等である。メタルバック１０１９は、蛍光膜１０１８をフェースプレート基板１０１７上に形成した後、蛍光膜表面を平滑化処理し、その上にＡｌを真空蒸着する方法により形成した。なお、蛍光膜１０１８に低電圧用の蛍光体材料を用いた場合には、メタルバック１０１９は用いない。
【００６６】
また、本実施例では用いなかったが、加速電圧の印加用や蛍光膜の導電性向上を目的として、フェースプレート基板１０１７と蛍光膜１０１８との間に、たとえばＩＴＯを材料とする透明電極を設けてもよい。
【００６７】
図８は図７のＡ−Ａ′の断面模式図であり、各部の番号は図７に対応している。スペーサ１０２０は絶縁性部材１の表面に帯電防止を目的とした高抵抗薄膜１１を成膜し、かつフェースプレート１０１７の内側（メタルバック１０１９等）及び基板１０１１の表面（行方向配線１０１３または列方向配線１０１４）に面したスペーサの当接面３及び接する側面部５に低抵抗膜２１を成膜した部材からなるもので、上記目的を達成するのに必要な数だけ、かつ必要な間隔をおいて配置され、フェースプレートの内側および基板１０１１の表面に接合材１０４１により固定される。また、高抵抗薄膜は、絶縁性部材１の表面のうち、少なくとも気密容器内の真空中に露出している面に成膜されており、スペーサ１０２０上の低抵抗膜２２および接合材１０４１を介して、フェースプレート１０１７の内側（メタルバック１０１９等）及び基板１０１１の表面（行方向配線１０１３または列方向配線１０１４）に電気的に接続される。ここで説明される態様においては、スペーサ１０２０の形状は薄板状とし、行方向配線１０１３に平行に配置され、行方向配線１０１３に電気的に接続されている。スペーサ１０２０としては、基板１０１１上の行方向配線１０１３および列方向配線１０１４とフェースプレート１０１７内面のメタルバック１０１９との間に印加される高電圧に耐えるだけの絶縁性を有し、かつスペーサ１０２０の表面への帯電を防止する程度の導電性を有する必要がある。
【００６８】
スペーサ１０２０の絶縁性部材１としては、例えば石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少したガラス、ソーダライムガラス、アルミナ等のセラミックス部材等が挙げられる。なお、絶縁性部材１はその熱膨張率が気密容器および基板１０１１を成す部材と近いものが好ましい。
【００６９】
スペーサ１０２０を構成する高抵抗薄膜１１には、高電位側のフェースプレート１０１７（メタルバック１０１９等）に印加される加速電圧Ｖ_aを帯電防止膜である高抵抗薄膜２１の抵抗値Ｒｓで除した電流が流される。そこで、スペーサの抵抗値Ｒｓは帯電防止および消費電力からその望ましい範囲に設定される。帯電防止の観点から表面抵抗ＲｓはＲｓ≦１０¹²［Ω／□］であることが好ましい。十分な帯電防止効果を得るためにはＲｓ≦１０¹¹［Ω／□］がさらに好ましい。表面抵抗の下限はスペーサ形状とスペーサ間に印加される電圧により左右されるが、１０⁵［Ω／□］以上であることが好ましい。
【００７０】
絶縁材料上に形成された帯電防止膜の厚みｔはｔ＝１０ｎｍ〜１μｍの範囲が望ましい。材料の表面エネルギーおよび基板との密着性や基板温度によっても異なるが、一般的に１０ｎｍ以下の薄膜は島状に形成され、抵抗が不安定で再現性に乏しい。一方、膜厚ｔが１μｍ以上では膜応力が大きくなって膜はがれの危険性が高まり、かつ成膜時間が長くなるため生産性が悪い。従って、膜厚は５０〜５００ｎｍであることが望ましい。表面抵抗ＲｓはＲｓ：＝ρ／ｔであり、以上に述べたＲｓとｔの好ましい範囲から、帯電防止膜の比抵抗ρはρ＝０．１〜１０⁸［Ωｃｍ］が好ましい。さらに表面抵抗と膜厚のより好ましい範囲を実現するためには、ρはρ＝１０²〜１０⁶［Ωｃｍ］とするのが良い。
【００７１】
スペーサは上述したようにその上に形成した帯電防止膜を電流が流れることにより、あるいはディスプレイ全体が動作中に発熱することによりその温度が上昇する。帯電防止膜の抵抗温度係数が大きな負の値であると温度が上昇した時に抵抗値が減少し、スペーサに流れる電流が増加し、さらに温度上昇をもたらす。そして電流は電源の限界を越えるまで増加しつづける。このような電流の暴走が発生する抵抗温度係数の値は経験的に負の値で絶対値が１％以上である。すなわち、帯電防止膜の抵抗温度係数は−１％未満であることが望ましい。
【００７２】
帯電防止特性を有する高抵抗薄膜１１の材料としては、例えば金属酸化物を用いることが出来る。金属酸化物の中でも、クロム、ニッケル、銅、イットリウムの酸化物が好ましい材料である。その理由はこれらの酸化物は二次電子放出効率が比較的小さく、冷陰極素子１０１２から放出された電子がスペーサ１０２０に当たった場合においても帯電しにくいためと考えられる。金属酸化物以外にも炭素は二次電子放出効率が小さく好ましい材料である。特に、非晶質カーボンは高抵抗であるため、スペーサ抵抗を所望の値に制御しやすい。
【００７３】
帯電防止特性を有する高抵抗薄膜１１の他の材料として、III 属あるいはIV属典型元素と遷移金属合金の窒化物は、遷移金属の組成を調整することにより、良伝導体から絶縁体まで広い範囲に抵抗値を制御できるので好適な材料である。さらには後述する表示装置の作製工程において抵抗値の変化が少なく安定な材料である。かつ。その抵抗温度係数が−１％未満であり、実用的に使いやすい材料である。III 属あるいはIV属典型元素としてはＡｌ，Ｓｉ，Ｂ等、遷移金属元素としてはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ等があげられる。
【００７４】
合金窒化膜は、スパッタ、窒素ガス雰囲気中での反応性スパッタ、電子ビーム蒸着、イオンプレーティング、イオンアシスト蒸着法等の薄膜形成手段により絶縁性部材上に形成される。金属酸化膜も同様の薄膜形成法で作製することができるが、この場合窒素ガスに代えて酸素ガスを使用する。その他、ＣＶＤ法、アルコキシド塗布法でも金属酸化膜を形成できる。カーボン膜は蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法で作製され、特に非晶質カーボンを作製する場合には、成膜中の雰囲気に水素が含まれるようにするか、成膜ガスに炭化水素ガスを使用する。
【００７５】
スペーサ１０２０を構成する低抵抗膜２１は、高抵抗薄膜１１を高電位側のフェースプレート１０１７（メタルバック１０１９等）及び低電位側の基板１０１１（配線１０１３，１０１４等）と電気的に接続する為に設けられたものであり、以下では、中間電極層（中間層）という名称も用いる。中間電極層（中間層）は以下に列挙する複数の機能を有することが出来る。
▲１▼高抵抗薄膜１１をフェースプレート１０１７及び基板１０１１と電気的に接続する。既に記載したように、高抵抗薄膜１１はスペーサ１０２０表面での帯電を防止する目的で設けられたものであるが、高抵抗薄膜１１をフェースプレート１０１７（メタルバック１０１９等）及び基板１０１１（配線１０１３，１０１４等）と直接或いは当接材１０４１を介して接続した場合、接続部界面に大きな接触抵抗が発生し、スペーサ表面に発生した電荷を速やかに除去できなくなる可能性がある。これを避ける為に、フェースプレート１０１７、基板１０１１及び当接材１０４１と接触するスペーサ１０２０の当接面３或いは側面部５に低抵抗の中間層を設けた。
▲２▼高抵抗薄膜１１の電位分布を均一化する。冷陰極素子１０１２より放出された電子は、フェースプレート１０１７と基板１０１１の間に形成された電位分布に従って電子軌道を成す。スペーサ１０２０の近傍で電子軌道に乱れが生じないようにする為には、高抵抗薄膜１１の電位分布を全域にわたって制御する必要がある。高抵抗薄膜１１をフェースプレート１０１７（メタルバック１０１９等）及び基板１０１１（配線１０１３，１０１４等）と直接或いは当接材１０４１を介して接続した場合、接続部界面の接触抵抗の為に、接続状態のむらが発生し、高抵抗薄膜１１の電位分布が所望の値からずれてしまう可能性がある。これを避ける為に、スペーサ１０２０がフェースプレート１０１７及び基板１０１１と当接するスペーサ端部（当接面３或いは側面部５）の全長域に低抵抗の中間層を設け、この中間層部に所望の電位を印加することによって、高抵抗薄膜１１全体の電位を制御可能とした。
▲３▼放出電子の軌道を制御する。冷陰極素子１０１２より放出された電子は、フェースプレート１０１７と基板１０１１の間に形成された電位分布に従って電子軌道を成す。スペーサ近傍の冷陰極素子から放出された電子に関しては、スペーサを設置することに伴う制約（配線、素子位置の変更等）が生じる場合がある。このような場合、歪みやむらの無い画像を形成する為には、放出された電子の軌道を制御してフェースプレート１０１７上の所望の位置に電子を照射する必要がある。フェースプレート１０１７及び基板１０１１と当接する面の側面部５に低抵抗の中間層を設けることにより、スペーサ１０２０近傍の電位分布に所望の特性を持たせ、放出された電子の軌道を制御することが出来る。
【００７６】
低抵抗膜２１は、高抵抗薄膜１１に比べ十分に低い抵抗値を有する材料を選択すればよく、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属、あるいは合金、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、あるいはＩｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂等の透明導体及びポリシリコン等の半導体材料等より適宜選択される。
【００７７】
接合材１０４１はスペーサ１０２０が行方向配線１０１３およびメタルバック１０１９と電気的に接続するように、導電性をもたせる必要がある。すなわち、導電性接着材や金属粒子や導電性フィラーを添加したフリットガラスが好適である。
【００７８】
また、Ｄｘ１〜ＤｘｍおよびＤｙ１〜ＤｙｎおよびＨｖは、当該表示パネルと不図示の気回路とを電気的に接続するために設けた気密構造の電気接続用端子である。Ｄｘ１〜Ｄｘｍはマルチ電子ビーム源の行方向配線１０１３と、Ｄｙ１〜Ｄｙｎはマルチ電子ビーム源の列方向配線１０１４と、Ｈｖはフェースプレートのメタルバック１０１９と電気的に接続している。
【００７９】
また、気密容器内部を真空に排気するには、気密容器を組み立てた後、不図示の排気管と真空ポンプとを接続し、気密容器内を１０^-7Ｔｏｒｒ程度の真空度まで排気する。その後、排気管を封止するが、気密容器内の真空度を維持するために、封止の直前あるいは封止後に気密容器内の所定の位置にゲッター膜（不図示）を形成する。ゲッター膜とは、たとえばＢａを主成分とするゲッター材料をヒーターもしくは高周波加熱により加熱し蒸着して形成した膜であり、該ゲッター膜の吸着作用により気密容器内は１０^-5ないしは１０^-7Ｔｏｒｒの真空度に維持される。
【００８０】
以上説明した表示パネルを用いた画像表示装置は、容器外端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ、Ｄｙ１ないしＤｙｎを通じて各冷陰極素子１０１２に電圧を印加すると、各冷陰極素子１０１２から電子が放出される。それと同時にメタルバック１０１９に容器外端子Ｈｖを通じて数百［Ｖ］ないし数［ｋＶ］の高圧を印加して、上記放出された電子を加速し、フェースプレート１０１７の内面に衝突させる。これにより、蛍光膜１０１８をなす各色の蛍光体が励起されて発光し、画像が表示される。
【００８１】
通常、冷陰極素子である本発明の表面伝導型放出素子１０１２への印加電圧は１２〜１６［Ｖ］程度、メタルバック１０１９と冷陰極素子１０１２との距離ｄは０．１［ｍｍ］から８［ｍｍ］程度、メタルバック１０１９と冷陰極素子１０１２間の電圧０．１［ｋＶ］から１０［ｋＶ］程度である。
【００８２】
以上、本発明の実施例の表示パネルの基本構成と製法、および画像表示装置の概要を説明した。
【００８３】
次に、該実施例の表示パネルに用いたマルチ電子ビーム源の製造方法について説明する。本発明の画像表示装置に用いるマルチ電子ビーム源は、冷陰極素子を単純マトリクス配線した電子源であれば、冷陰極素子の材料や形状あるいは製法に制限はない。したがって、たとえば表面伝導型放出素子やＦＥ型、あるいはＭＩＭ型等の冷陰極素子を用いることができる。
【００８４】
ただし、表示画面が大きくてしかも安価な表示装置が求められる状況のもとでは、これらの冷陰極素子の中でも、表面伝導型放出素子が特に好ましい。すなわち、ＦＥ型ではエミッタコーンとゲート電極の相対位置や形状が電子放出特性を大きく左右するため、極めて高精度の製造技術を必要とするが、これは大面積化や製造コストの低減を達成するには不利な要因となる。また、ＭＩＭ型では、絶縁層と上電極の膜厚を薄くしてしかも均一にする必要があるが、これも大面積化や製造コストの低減を達成するには不利な要因となる。その点、表面伝導型放出素子は、比較的製造方法が単純なため、大面積化や製造コストの低減が容易である。また、発明者らは、表面伝導型放出素子の中でも、電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形成したものがとりわけ電子放出特性に優れ、しかも製造が容易に行えることを見いだしている。したがって、高輝度で大画面の画像表示装置のマルチ電子ビーム源に用いるには、最も好適であると言える。そこで、上記実施例の表示パネルにおいては、電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形成した表面伝導型放出素子を用いた。そこで、まず好適な表面伝導型放出素子について基本的な構成と製法および特性を説明し、その後で多数の素子を単純マトリクス配線したマルチ電子ビーム源の構造について述べる。
【００８５】
（表面伝導型放出素子の好適な素子構成と製法）
電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形成する表面伝導型放出素子の代表的な構成には、平面型と垂直型の２種類があげられる。
【００８６】
（平面型の表面伝導型放出素子）
まず最初に、平面型の表面伝導型放出素子の素子構成と製法について説明する。図１１に示すのは、平面型の表面伝導型放出素子の構成を説明するための平面図（ａ）および断面図（ｂ）である。図中、１１０１は基板、１１０２と１１０３は素子電極、１１０４は導電性薄膜、１１０５は通電フォーミング処理により形成した電子放出部、１１１３は通電活性化処理により形成した薄膜である。
【００８７】
基板１１０１としては、たとえば、石英ガラスや青板ガラスをはじめとする各種ガラス基板や、アルミナをはじめとする各種セラミクス基板、あるいは上述の各種基板上にたとえばＳｉＯ₂を材料とする絶縁層を積層した基板、等を用いることができる。
【００８８】
また、基板１１０１上に基板面と平行に対向して設けられた素子電極１１０２と１１０３は、導電性を有する材料によって形成されている。たとえば、Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ａｇ等をはじめとする金属、あるいはこれらの金属の合金、あるいはＩｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂をはじめとする金属酸化物、ポリシリコンなどの半導体、等の中から適宜材料を選択して用いればよい。電極を形成するには、たとえば真空蒸着等の製膜技術とフォトリソグラフィー、エッチング等のパターニング技術を組み合わせて用いれば容易に形成できるが、それ以外の方法（たとえば印刷技術）を用いて形成してもさしつかえない。
【００８９】
素子電極１１０２と１１０３の形状は、当該電子放出素子の応用目的に合わせて適宜設計される。一般的には、電極間隔Ｌは通常は数百オングストロームから数百マイクロメーターの範囲から適当な数値を選んで設計されるが、なかでも表示装置に応用するために好ましいのは数マイクロメーターより数十マイクロメーターの範囲である。
【００９０】
また、素子電極の厚さｄについては、通常は数百オングストロームから数マイクロメーターの範囲から適当な数値が選ばれる。
【００９１】
また、導電性薄膜１１０４の部分には、微粒子膜を用いる。ここで述べた微粒子膜とは、構成要素として多数の微粒子を含んだ膜（島状の集合体も含む）のことをさす。微粒子膜を微視的に調べれば、通常は、個々の微粒子が離間して配置された構造か、あるいは微粒子が互いに隣接した構造か、あるいは微粒子が互いに重なり合った構造が観測される。
【００９２】
微粒子膜に用いた微粒子の粒径は、数オングストロームから数千オングストロームの範囲に含まれるものであるが、なかでも好ましいのは１０オングストロームから２００オングストロームの範囲のものである。また、微粒子膜の膜厚は、以下に述べるような諸条件を考慮して適宜設定される。すなわち、素子電極１１０２あるいは１１０３と電気的に良好に接続するのに必要な条件、後述する通電フォーミングを良好に行うのに必要な条件、微粒子膜自身の電気抵抗を後述する適宜の値にするために必要な条件、等である。具体的には、数オングストロームから数千オングストロームの範囲のなかで設定するが、なかでも好ましいのは１０オングストロームから５００オングストロームの間である。
【００９３】
また、微粒子膜を形成するのに用いられうる材料としては、たとえば、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等をはじめとする金属や、ＰｄＯ，ＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＰｂＯ，Ｓｂ₂Ｏ₃等をはじめとする酸化物や、ＨｆＢ₂，ＺｒＢ₂，ＬａＢ₆，ＣｅＢ₆，ＹＢ₄，ＧｄＢ₄等をはじめとするホウ化物や、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等をはじめとする炭化物や、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等をはじめとする窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等をはじめとする半導体や、カーボン等があげられ、これらの中から適宜選択される。
【００９４】
以上述べたように、導電性薄膜１１０４を微粒子膜で形成したが、そのシート抵抗値については、１０³〜１０⁷［Ω／□］の範囲に含まれるよう設定した。
【００９５】
なお、導電性薄膜１１０４と素子電極１１０２および１１０３とは、電気的に良好に接続されるのが望ましいため、互いの一部が重なりあうような構造をとっている。その重なり方は、図１１の例においては、下から、基板、素子電極、導電性薄膜の順序で積層したが、場合によっては下から基板、導電性薄膜、素子電極の順序で積層してもさしつかえない。
【００９６】
また、電子放出部１１０５は、導電性薄膜１１０４の一部に形成された亀裂状の部分であり、電気的には周囲の導電性薄膜よりも高抵抗な性質を有している。亀裂は、導電性薄膜１１０４に対して、後述する通電フォーミングの処理を行うことにより形成する。亀裂内には、数オングストロームから数百オングストロームの粒径の微粒子を配置する場合がある。なお、実際の電子放出部の位置や形状を精密かつ正確に図示するのは困難なため、図１１においては模式的に示した。
【００９７】
また、薄膜１１１３は、炭素もしくは炭素化合物よりなる薄膜で、電子放出部１１０５およびその近傍を被覆している。薄膜１１１３は、通電フォーミング処理後に、後述する通電活性化の処理を行うことにより形成する。
【００９８】
薄膜１１１３は、単結晶グラファイト、多結晶グラファイト、非晶質カーボンの何れかか、もしくはその混合物であり、膜厚は５００［オングストローム］以下とするが、３００［オングストローム］以下とするのがさらに好ましい。なお、実際の薄膜１１１３の位置や形状を精密に図示するのは困難なため、図１１においては模式的に示した。また、平面図（ａ）においては、薄膜１１１３の一部を除去した素子を図示した。
【００９９】
以上、好ましい素子の基本構成を述べたが、実施例においては以下のような素子を用いた。
【０１００】
すなわち、基板１１０１には青板ガラスを用い、素子電極１１０２と１１０３にはＮｉ薄膜を用いた。素子電極の厚さｄは１０００［オングストローム］、電極間隔Ｌは２［マイクロメーター］とした。
【０１０１】
微粒子膜の主要材料としてＰｄもしくはＰｄＯを用い、微粒子膜の厚さは約１００［オングストローム］、幅Ｗは１００［マイクロメータ］とした。
【０１０２】
次に、好適な平面型の表面伝導型放出素子の製造方法について説明する。
【０１０３】
図１２の（ａ）〜（ｄ）は、表面伝導型放出素子の製造工程を説明するための断面図で、各部材の表記は該図１１と同一である。
１）まず、図１２（ａ）に示すように、基板１１０１上に素子電極１１０２および１１０３を形成する。形成するにあたっては、あらかじめ基板１１０１を洗剤、純水、有機溶剤を用いて十分に洗浄後、素子電極の材料を堆積させる。（堆積する方法としては、たとえば、蒸着法やスパッタ法などの真空成膜技術を用いればよい。）その後、堆積した電極材料を、フォトリソグラフィー・エッチング技術を用いてパターニングし、（ａ）に示した一対の素子電極（１１０２と１１０３）を形成する。
２）次に、同図（ｂ）に示すように、導電性薄膜１１０４を形成する。
【０１０４】
形成するにあたっては、まず該（ａ）の基板に有機金属溶液を塗布して乾燥し、加熱焼成処理して微粒子膜を成膜した後、フォトリソグラフィー・エッチングにより所定の形状にパターニングする。ここで、有機金属溶液とは、導電性薄膜に用いる微粒子の材料を主要元素とする有機金属化合物の溶液である（具体的には、本実施例では主要元素としてＰｄを用いた。また、実施例では塗布方法として、ディッピング法を用いたが、それ以外のたとえばスピンナー法やスプレー法を用いてもよい。）。
【０１０５】
また、微粒子膜で作られる導電性薄膜の成膜方法としては、本実施例で用いた有機金属溶液の塗布による方法以外の、たとえば真空蒸着法やスパッタ法、あるいは化学的気相堆積法等を用いる場合もある。
３）次に、同図（ｃ）に示すように、フォーミング用電源１１１０から素子電極１１０２と１１０３の間に適宜の電圧を印加し、通電フォーミング処理を行って、電子放出部１１０５を形成する。
【０１０６】
通電フォーミング処理とは、微粒子膜で作られた導電性薄膜１１０４に通電を行って、その一部を適宜に破壊、変形、もしくは変質せしめ、電子放出を行うのに好適な構造に変化させる処理のことである。微粒子膜で作られた導電性薄膜のうち電子放出を行うのに好適な構造に変化した部分（すなわち電子放出部１１０５）においては、薄膜に適当な亀裂が形成されている。なお、電子放出部１１０５が形成される前と比較すると、形成された後は素子電極１１０２と１１０３の間で計測される電気抵抗は大幅に増加する。
【０１０７】
通電方法をより詳しく説明するために、図１３に、フォーミング用電源１１１０から印加する適宜の電圧波形の一例を示す。微粒子膜で作られた導電性薄膜をフォーミングする場合には、パルス状の電圧が好ましく、本実施例の場合には同図に示したようにパルス幅Ｔ１の三角波パルスをパルス間隔Ｔ２で連続的に印加した。その際には、三角波パルスの波高値Ｖｐｆを、順次昇圧した。また、電子放出部１１０５の形成状況をモニターするためのモニターパルスＰｍを適宜の間隔で三角波パルスの間に挿入し、その際に流れる電流を電流計１１１１で計測した。
【０１０８】
実施例においては、たとえば１０^-5［Ｔｏｒｒ］程度の真空雰囲気下において、たとえばパルス幅Ｔ１を１［ｍｓ］、パルス間隔Ｔ２を１０［ｍｓ］とし、波高値Ｖｐｆを１パルスごとに０．１［Ｖ］ずつ昇圧した。そして、三角波を５パルスするたびに１回の割りで、モニターパルスＰｍを挿入した。フォーミング処理に悪影響を及ぼすことがないように、モニターパルスの電圧Ｖｐｍは０．１［Ｖ］に設定した。そして、素子電極１１０２と１１０３の間の電気抵抗が１×１０⁶［Ω］になった段階、すなわちモニターパルス印加時に電流計１１１１で計測される電流が１×１０^-7［Ａ］以下になった段階で、フォーミング処理にかかわる通電を終了した。
【０１０９】
なお、上記の方法は、本実施例の表面伝導型放出素子に関する好ましい方法であり、たとえば微粒子膜の材料や膜厚、あるいは素子電極間隔Ｌ等表面伝導型放出素子の設計を変更した場合には、それに応じて通電の条件を適宜変更するのが望ましい。
４）次に、図１２の（ｄ）に示すように、活性化用電源１１１２から素子電極１１０２と１１０３の間に適宜の電圧を印加し、通電活性化処理を行って、電子放出特性の改善を行う。
【０１１０】
通電活性化処理とは、該通電フォーミング処理により形成された電子放出部１１０５に適宜の条件で通電を行って、その近傍に炭素もしくは炭素化合物を堆積せしめる処理のことである（図においては、炭素もしくは炭素化合物よりなる堆積物を部材１１１３として模式的に示した。）。なお、通電活性化処理を行うことにより、行う前と比較して、同じ印加電圧における放出電流を典型的には１００倍以上に増加させることができる。
【０１１１】
具体的には、１０^-4ないし１０^-5［Ｔｏｒｒ］の範囲内の真空雰囲気中で、電圧パルスを定期的に印加することにより、真空雰囲気中に存在する有機化合物を起源とする炭素もしくは炭素化合物を堆積させる。堆積物１１１３は、単結晶グラファイト、多結晶グラファイト、非晶質カーボン、のいずれかか、もしくはその混合物であり、膜厚は５００［オングストローム］以下、より好ましくは３００［オングストローム］以下である。
【０１１２】
通電方法をより詳しく説明するために、図１４の（ａ）に、活性化用電源１１１２から印加する適宜の電圧波形の一例を示す。本実施例においては、一定電圧の矩形波を定期的に印加して通電活性化処理を行ったが、具体的には、矩形波の電圧Ｖａｃは１４［Ｖ］、パルス幅Ｔ３は１［ｍｓ］、パルス間隔Ｔ４は１０［ｍｓ］とした。なお、上述の通電条件は、本実施例の表面伝導型放出素子に関する好ましい条件であり、表面伝導型放出素子の設計を変更した場合には、それに応じて条件を適宜変更するのが望ましい。
【０１１３】
図１２の（ｄ）に示す１１１４は、該表面伝導型放出素子から放出される放出電流Ｉｅを捕捉するためのアノード電極で、直流高電圧電源１１１５および電流計１１１６が接続されている。（なお、基板１１０１を、表示パネルの中に組み込んでから活性化処理を行う場合には、表示パネルの蛍光面をアノード電極１１１４として用いる。）活性化用電源１１１２から電圧を印加する間、電流計１１１６で放出電流Ｉｅを計測して通電活性化処理の進行状況をモニターし、活性化用電源１１１２の動作を制御する。電流計１１１６で計測された放出電流Ｉｅの一例を図１４（ｂ）に示すが、活性化電源１１１２からパルス電圧を印加しはじめると、時間の経過とともに放出電流Ｉｅは増加するが、やがて飽和してほとんど増加しなくなる。このように、放出電流Ｉｅがほぼ飽和した時点で活性化用電源１１１２からの電圧印加を停止し、通電活性化処理を終了する。
【０１１４】
なお、上述の通電条件は、本実施例の表面伝導型放出素子に関する好ましい条件であり、表面伝導型放出素子の設計を変更した場合には、それに応じて条件を適宜変更するのが望ましい。
【０１１５】
以上のようにして、図１２（ｅ）に示す平面型の表面伝導型放出素子を製造した。
【０１１６】
（垂直型の表面伝導型放出素子）
次に、電子放出部もしくはその周辺を微粒子膜から形成した表面伝導型放出素子のもうひとつの代表的な構成、すなわち垂直型の表面伝導型放出素子の構成について説明する。
【０１１７】
図１５は、垂直型の基本構成を説明するための模式的な断面図であり、図中の１２０１は基板、１２０２と１２０３は素子電極、１２０６は段差形成部材、１２０４は微粒子膜を用いた導電性薄膜、１２０５は通電フォーミング処理により形成した電子放出部、１２１３は通電活性化処理により形成した薄膜である。
【０１１８】
垂直型が先に説明した平面型と異なる点は、素子電極のうちの片方（１２０２）が段差形成部材１２０６上に設けられており、導電性薄膜１２０４が段差形成部材１２０６の側面を被覆している点にある。したがって、該図１１の平面型における素子電極間隔Ｌは、垂直型においては段差形成部材１２０６の段差高Ｌｓとして設定される。なお、基板１２０１、素子電極１２０２および１２０３、微粒子膜を用いた導電性薄膜１２０４については、該平面型の説明中に列挙した材料を同様に用いることが可能である。また、段差形成部材１２０６には、たとえばＳｉＯ₂のような電気的に絶縁性の材料を用いる。
【０１１９】
次に、垂直型の表面伝導型放出素子の製法について説明する。図１６の（ａ）〜（ｆ）は、製造工程を説明するための断面図で、各部材の表記は該図１５と同一である。
１）まず、図１６（ａ）に示すように、基板１２０１上に素子電極１２０３を形成する。
２）次に、同図（ｂ）に示すように、段差形成部材を形成するための絶縁層を積層する。絶縁層は、たとえばＳｉＯ₂をスパッタ法で積層すればよいが、たとえば真空蒸着法や印刷法等の他の成膜方法を用いてもよい。
３）次に、同図（ｃ）に示すように、絶縁層の上に素子電極１２０２を形成する。
４）次に、同図（ｄ）に示すように、絶縁層の一部を、たとえばエッチング法を用いて除去し、素子電極１２０３を露出させる。
５）次に、同図（ｅ）に示すように、微粒子膜を用いた導電性薄膜１２０４を形成する。形成するには、該平面型の場合と同じく、たとえば塗布法等の成膜技術を用いればよい。
６）次に、該平面型の場合と同じく、通電フォーミング処理を行い、電子放出部を形成する（図１２（ｃ）を用いて説明した平面型の通電フォーミング処理と同様の処理を行えばよい。）。
７）次に、該平面型の場合と同じく、通電活性化処理を行い、電子放出部近傍に炭素もしくは炭素化合物を堆積させる（図１２（ｄ）を用いて説明した平面型の通電活性化処理と同様の処理を行えばよい。）。
【０１２０】
以上のようにして、図１６（ｆ）に示す垂直型の表面伝導型放出素子を製造した。
【０１２１】
（表示装置に用いた表面伝導型放出素子の特性）
以上、平面型と垂直型の表面伝導型放出素子について素子構成と製法を説明したが、次に表示装置に用いた素子の特性について述べる。
【０１２２】
図１７に、表示装置に用いた素子の、（放出電流Ｉｅ）対（素子印加電圧Ｖｆ）特性、および（素子電流Ｉｆ）対（素子印加電圧Ｖｆ）特性の典型的な例を示す。なお、放出電流Ｉｅは素子電流Ｉｆに比べて著しく小さく、同一尺度で図示するのが困難であるうえ、これらの特性は素子の大きさや形状等の設計パラメータを変更することにより変化するものであるため、２本のグラフは各々任意単位で図示した。
【０１２３】
表示装置に用いた素子は、放出電流Ｉｅに関して以下に述べる３つの特性を有している。
【０１２４】
第１に、ある電圧（これを閾値電圧Ｖｔｈと呼ぶ）以上の大きさの電圧を素子に印加すると急激に放出電流Ｉｅが増加するが、一方、閾値電圧Ｖｔｈ未満の電圧では放出電流Ｉｅはほとんど検出されない。
【０１２５】
すなわち、放出電流Ｉｅに関して、明確な閾値電圧Ｖｔｈを持った非線形素子である。
【０１２６】
第２に、放出電流Ｉｅは素子に印加する電圧Ｖｆに依存して変化するため、電圧Ｖｆで放出電流Ｉｅの大きさを制御できる。
【０１２７】
第３に、素子に印加する電圧Ｖｆに対して素子から放出される電流Ｉｅの応答速度が速いため、電圧Ｖｆを印加する時間の長さによって素子から放出される電子の電荷量を制御できる。
【０１２８】
以上のような特性を有するため、表面伝導型放出素子を表示装置に好適に用いることができた。たとえば多数の素子を表示画面の画素に対応して設けた表示装置において、第１の特性を利用すれば、表示画面を順次走査して表示を行うことが可能である。すなわち、駆動中の素子には所望の発光輝度に応じて閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧を適宜印加し、非選択状態の素子には閾値電圧Ｖｔｈ未満の電圧を印加する。駆動する素子を順次切り替えてゆくことにより、表示画面を順次走査して表示を行うことが可能である。
【０１２９】
また、第２の特性かまたは第３の特性を利用することにより、発光輝度を制御することができるため、階調表示を行うことが可能である。
【０１３０】
（多数素子を単純マトリクス配線したマルチ電子ビーム源の構造）
次に、上述の表面伝導型放出素子を基板上に配列して単純マトリクス配線したマルチ電子ビーム源の構造について述べる。
【０１３１】
図１８に示すのは、図７の表示パネルに用いたマルチ電子ビーム源の平面図である。基板上には、図１１で示したものと同様な表面伝導型放出素子が配列され、これらの素子は行方向配線電極１００３と列方向配線電極１００４により単純マトリクス状に配線されている。行方向配線電極１００３と列方向配線電極１００４の交差する部分には、電極間に絶縁層（不図示）が形成されており、電気的な絶縁が保たれている。
【０１３２】
図１８のＢ−Ｂ′に沿った断面を、図１９に示す。
【０１３３】
なお、このような構造のマルチ電子源は、あらかじめ基板上に行方向配線電極１０１３、列方向配線電極１０１４、電極間絶縁層（不図示）、および表面伝導型放出素子の素子電極と導電性薄膜を形成した後、行方向配線電極１０１３および列方向配線電極１０１４を介して各素子に給電して通電フォーミング処理と通電活性化処理を行うことにより製造した。
【０１３４】
図２０は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づいてテレビジョン表示を行う為の駆動回路の概略構成をブロック図で示したものである。同図中、表示パネル１０１は前述した表示パネルに相当するもので、前述した様に製造され、動作する。また、走査回路１０２は表示ラインを走査し、制御回路１０３は走査回路へ入力する信号等を生成する。シフトレジスタ１０４は１ライン毎のデータをシフトし、ラインメモリ１０５は、シフトレジスタ１０４から１ライン分のデータを変調信号発生器１０７に入力する。同期信号分離回路１０６はＮＴＳＣ信号から同期信号を分離する。
【０１３５】
以下、図２０の装置各部の機能を詳しく説明する。
【０１３６】
まず表示パネル１０１は、端子Ｄｘ１ないしＤｘｍおよび端子Ｄｙ１ないしＤｙｎ、および高圧端子Ｈｖを介して外部の電気回路と接続されている。このうち、端子Ｄｘ１ないしＤｘｍには、表示パネル１０１内に設けられているマルチ電子ビーム源、すなわちｍ行ｎ列の行列状にマトリクス配線された冷陰極素子を行（ｎ素子）ずつ順次駆動してゆく為の走査信号が印加される。一方、端子Ｄｙ１ないしＤｙｎには、該走査信号により選択された１行分のｎ個の各素子の出力電子ビームを制御する為の変調信号が印加される。また、高圧端子Ｈｖには、直流電圧源Ｖａより、たとえば５［ｋＶ］の直流電圧が供給されるが、これはマルチ電子ビーム源より出力される電子ビームに蛍光体を励起するのに十分なエネルギーを付与する為の加速電圧である。
【０１３７】
次に、走査回路１０２について説明する。同回路は、内部にｍ個のスイッチング素子（図中、Ｓ１ないしＳｍで模式的に示されている）を備えるもので、各スイッチング素子は、直流電圧源Ｖｘの出力電圧もしくは０［Ｖ］（グランドレベル）のいずれか一方を選択し、表示パネル１０１の端子Ｄｘ１ないしＤｘｍと電気的に接続するものである。Ｓ１ないしＳｍの各スイッチング素子は、制御回路１０３が出力する制御信号Ｔｓｃａｎに基づいて動作するものだが、実際にはたとえばＦＥＴのようなスイッチング素子を組合わせる事により容易に構成することが可能である。なお、該直流電圧源Ｖｘは、図１７に例示した電子放出素子の特性に基づき走査されていない素子に印加される駆動電圧が電子放出閾値電圧Ｖｔｈ電圧以下となるよう、一定電圧を出力するよう設定されている。
【０１３８】
また、制御回路１０３は、外部より入力する画像信号に基づいて適切な表示が行われるように各部の動作を整合させる働きをもつものである。次に説明する同期信号分離回路１０６より送られる同期信号Ｔｓｙｎｃに基づいて、各部に対してＴｓｃａｎおよびＴｓｆｔおよびＴｍｒｙの各制御信号を発生する。同期信号分離回路１０６は、外部から入力されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から、同期信号成分と輝度信号成分とを分離する為の回路で、良く知られているように周波数分離（フィルタ）回路を用いれば容易に構成できるものである。同期信号分離回路１０６により分離された同期信号は、良く知られるように垂直同期信号と水平同期信号より成るが、ここでは説明の便宜上、Ｔｓｙｎｃ信号として図示した。
【０１３９】
一方、該テレビ信号から分離された画像の輝度信号成分を便宜上ＤＡＴＡ信号と表すが、同信号はシフトレジスタ１０４に入力される。
【０１４０】
シフトレジスタ１０４は、時系列的にシリアルに入力される該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、該制御回路１０３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１０４のシフトクロックであると言い換えることもできる。シリアル／パラレル変換された画像１ライン分（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当する）のデータは、１ｄｌないし１ｄｎのｎ個の信号として該シフトレジスタ１０４より出力される。
【０１４１】
ラインメモリ１０５は、画像１ライン分のデータを必要時間の間だけ記憶する為の記憶装置であり、制御回路１０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙにしたがって適宜１ｄｌないし１ｄｎの内容を記憶する。記憶された内容は、１′ｄｌないし１′ｄｎとして出力され、変調信号発生器１０７に入力される。
【０１４２】
変調信号発生器１０７は、該画像データ１′ｄｌないし１′ｄｎの各々に応じて、電子放出素子１０１５の各々を適切に駆動変調する為の信号源で、その出力信号は、端子Ｄｙ１ないしＤｙｎを通じて表示パネル１０１内の電子放出素子１０１５に印加される。
【０１４３】
図１７を用いて説明したように、本発明に関わる表面伝導型放出素子は放出電流Ｉｅに対して以下の基本特性を有している。すなわち、電子放出には明確な閾値電圧Ｖｔｈ（後述する実施例の表面伝導型放出素子では８［Ｖ］）があり、閾値Ｖｔｈ以上の電圧を印加された時のみ電子放出が生じる。また、電子放出閾値Ｖｔｈ以上の電圧に対しては、図１７のグラフのように電圧の変化に応じて放出電流Ｉｅも変化する。このことから、本素子にパルス状の電圧を印加する場合、たとえば電子放出閾値Ｖｔｈ以下の電圧を印加しても電子放出は生じないが、電子放出閾値Ｖｔｈ以上の電圧を印加する場合には表面伝導型放出素子から電子ビームが出力される。その際、パルスの波高値Ｖｍを変化させることにより出力電子ビームの強度を制御することが可能である。また、パルスの幅Ｐｗを変化させることにより出力される電子ビームの電荷の総量を制御することが可能である。
【０１４４】
従って、入力信号に応じて、電子放出素子を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅変調方式等が採用できる、電圧変調方式を実施するに際しては、変調信号発生器１０７として、一定長さの電圧パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜パルスの波高値を変調するような電圧変調方式の回路を用いることができる。また、パルス幅変調方式を実施するに際しては、変調信号発生器１０７として、一定の波高値の電圧パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パルスの幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を用いることができる。
【０１４５】
シフトレジスタ１０４やラインメモリ１０５は、デジタル信号式のものでもアナログ信号式のものでも採用できる。すなわち、画像信号のシリアル／パラレル変換や記憶が所定の速度で行われればよいからである。
【０１４６】
デジタル信号式を用いる場合には、同期信号分離回路１０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化する必要があるが、これには同期信号分離回路１０６の出力部にＡ／Ｄ変換器を設ければよい。これに関連してラインメモリ１１５の出力信号がデジタル信号かアナログ信号かにより、変調信号発生器に用いられる回路が若干異なったものとなる。すなわち、デジタル信号を用いた電圧変調方式の場合、変調信号発生器１０７には、例えばＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増幅回路等を付加する。パルス幅変調方式の場合、変調信号発生器１０７には、例えば高速の発振器および発振器の出力する波数を計数する計数器（カウンタ）および計数器の出力値と該メモリの出力値を比較する比較器（コンパレータ）を組み合せた回路を用いる。必要に応じて、比較器の出力するパルス幅変調された変調信号を電子放出素子の駆動電圧にまで電圧増幅するための増幅器を付加することもできる。
【０１４７】
アナログ信号を用いた電圧変調方式の場合、変調信号発生器１０７には、例えばオペアンプ等を用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてシフトレベル回路等を付加することもできる。パルス幅変調方式の場合には、例えば、電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）を採用でき、必要に応じて電子放出素子の駆動電圧まで電圧増幅するための増幅器を付加することもできる。
【０１４８】
このような構成をとりうる本発明の適用可能な画像表示装置においては、各電子放出素子に、容器外端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ、Ｄｙ１ないしＤｙｎを介して電圧を印加することにより、電子放出が生じる。高圧端子Ｈｖを介してメタルバック１０１９あるいは透明電極（不図示）に高圧を印加し、電子ビームを加速する。加速された電子は、蛍光膜１０１８に衝突し、発光が生じて画像が形成される。
【０１４９】
ここで述べた画像表示装置の構成は、本発明を適用可能な画像形成装置の一例であり、本発明の思想に基づいて種々の変形が可能である。入力信号についてはＮＴＳＣ方式を挙げたが、入力信号はこれに限るものではなく、ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭ方式等他、これらより多数の走査線からなるＴＶ信号（ＭＵＳＥ方式をはじめとする高品位ＴＶ）方式をも採用できる。
【０１５０】
図２１は、前記説明の表面伝導型放出素子を電子ビーム源として用いたディスプレイパネルに、たとえばテレビジョン放送をはじめとする種々の画像情報源より提供される画像情報を表示できるように構成した多機能表示装置の一例を示すための図である。
【０１５１】
図中１６１００はディスプレイパネル、１６１０１はディスプレイパネルの駆動回路、１６１０２はディスプレイコントローラ、１６１０３はマルチプレクサ、１６１０４はデコーダ、１６１０５は入出力インターフェース回路、１６１０６はＣＰＵ、１６１０７は画像生成回路、１６１０８および１６１０９および１６１１０は画像メモリーインターフェース回路、１６１１１は画像入力インターフェース回路、１６１１２および１６１１３はＴＶ信号受信回路、１６１１４は入力部である。
【０１５２】
なお、本表示装置は、たと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、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などについては説明を省略する。
【０１５３】
以下、画像信号の流れに沿って各部の機能を説明してゆく。
【０１５４】
まず、ＴＶ信号受信回路１６１１３は、たとえば電波や空間光通信などのような無線伝送系を用いて伝送されるＴＶ画像信号を受信する為の回路である。受信するＴＶ信号の方式は特に限られるものではなく、たとえば、ＮＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式、ＳＥＣＡＭ方式などの諸方式でもよい。また、これらよりさらに多数の走査線よりなるＴＶ信号（たとえばＭＵＳＥ方式をはじめとするいわゆる高品位ＴＶ）は、大面積化や大画素数化に適した前記ディスプレイパネルの利点を生かすのに好適な信号源である。ＴＶ信号受信回路１６１１３で受信されたＴＶ信号は、デコーダ１６１０４に出力される。
【０１５５】
また、ＴＶ信号受信回路１６１１２は、たとえば同軸ケーブルや光ファイバーなどのような有線伝送系を用いて伝送されるＴＶ画像信号を受信するための回路である。前記ＴＶ信号受信回路１６１１３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１６１０４に出力される。
【０１５６】
また、画像入力インターフェース回路１６１１１は、たとえばＴＶカメラや画像読み取りスキャナーなどの画像入力装置から供給される画像信号を取り込むための回路で、取り込まれた画像信号はデコーダ１６１０４に出力される。
【０１５７】
また、画像メモリーインターフェース回路１６１１０は、ビデオテープレコーダー（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１６１０４に出力される。
【０１５８】
また、画像メモリーインターフェース回路１６１０９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１６１０４に出力される。
【０１５９】
また、画像メモリーインターフェース回路１６１０８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１６１０４に出力される。
【０１６０】
また、入出力インターフェース回路１６１０５は、本表示装置と、外部のコンピュータもしくはコンピュータネットワークもしくはプリンター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ＣＰＵ１６１０６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。
【０１６１】
また、画像生成回路１６１０７は、前記入出力インターフェース回路１６１０５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ＣＰＵ１６１０６より出力される画像データや文字・図形情報にもとづき表示用画像データを生成するための回路である。本回路の内部には、たと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ーや、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ーや、画像処理を行うためのプロセッサーなどをはじめとして画像の生成に必要な回路が組み込まれている。
【０１６２】
本回路により生成された表示用画像データは、デコーダ１６１０４に出力されるが、場合によっては前記入出力インターフェース回路１６１０５を介して外部のコンピュータネットワークやプリンターに出力することも可能である。
【０１６３】
また、ＣＰＵ１６１０６は、主として本表示装置の動作制御や、表示画像の生成や選択や編集に関わる作業を行う。
【０１６４】
たとえば、マルチプレクサ１６１０３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１６１０２に対して制御信号を発生し、画面表示周波数や走査方法（たと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。
【０１６５】
また、前記画像生成回路１６１０７に対して画像データや文字・図形情報を直接出力したり、あるいは前記入出力インターフェース回路１６１０５を介して外部のコンピュータやメモリーをアクセスして画像データや文字・図形情報を入力する。
【０１６６】
なお、ＣＰＵ１６１０６は、むろんこれ以外の目的の作業にも関わるものであって良い。たとえは、パーソナルコンピュータやワードプロセッサなどのように、情報を生成したり処理する機能に直接関わっても良い。
【０１６７】
あるいは、前述したように入出力インターフェース回路１６１０５を介して外部のコンピュータネットワークと接続し、たとえば数値計算などの作業を外部機器と協同して行っても良い。
【０１６８】
また、入力部１６１１４は、前記ＣＰＵ１６１０６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、たとえばキーボードやマウスのほか、ジョイスティック、バーコードリーダー、音声認識装置など多様な入力機器を用いることが可能である。
【０１６９】
また、デコーダ１６１０４は、前記１６１０７ないし１６１１３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１６１０４は内部に画像メモリーを備えるのが望ましい。これは、たとえばＭＵＳＥ方式をはじめとして、逆変換するに際して画像メモリーを必要とするようなテレビ信号を扱うためである。また、画像メモリーを備えることにより、静止画の表示が容易になる、あるいは前記画像生成回路１６１０７およびＣＰＵ１６１０６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。
【０１７０】
また、マルチプレクサ１６１０３は、前記ＣＰＵ１６１０６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１６１０３はデコーダ１６１０４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１６１０１に出力する。その場合には、一画面表示時間内で画像信号を切り替えて選択することにより、いわゆる多画面テレビのように、一画面を複数の領域に分けて領域によって異なる画像を表示することも可能である。
【０１７１】
また、ディスプレイパネルコントローラ１６１０２は、前記ＣＰＵ１６１０６より入力される制御信号にもとずき駆動回路１６１０１の動作を制御するための回路である。
【０１７２】
まず、ディスプレイパネルの基本的な動作に関わるものとして、たとえばディスプレイパネルの駆動用電源（図示せず）の動作シーケンスを制御するための信号を駆動回路１６１０１に対して出力する。
【０１７３】
また、ディスプレイパネルの駆動方法に関わるものとして、たとえば画面表示周波数や走査方法（たと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１６１０１に対して出力する。
【０１７４】
また、場合によっては表示画像の輝度やコントラストや色調やシャープネスといった画質の調整に関わる制御信号を駆動回路１６１０１に対して出力する場合もある。
【０１７５】
また、駆動回路１６１０１は、ディスプレイパネル１６１００に印加する駆動信号を発生するための回路であり、前記マルチプレクサ１６１０３から入力される画像信号と、前記ディスプレイパネルコントローラ１６１０２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。
【０１７６】
以上、各部の機能を説明したが、図２１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１６１００に表示することが可能である。
【０１７７】
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１６１０４において逆変換された後、マルチプレクサ１６１０３において適宜選択され、駆動回路１６１０１に入力される。一方、ディスプレイコントローラ１６１０２は、表示する画像信号に応じて駆動回路１６１０１の動作を制御するための制御信号を発生する。駆動回路１６１０１は、上記画像信号と制御信号にもとずいてディスプレイパネル１６１００に駆動信号を印加する。
【０１７８】
これにより、ディスプレイパネル１６１００において画像が表示される。これらの一連の動作は、ＣＰＵ１６１０６により統括的に制御される。
【０１７９】
また、本表示装置においては、前記デコーダ１６１０４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路１６１０７およびＣＰＵ１６１０６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、たとえば拡大、縮小、回転、移動、エッジ強調、間引き、補間、色変換、画像の縦横比変換などをはじめとする画像処理や、合成、消去、接続、入れ換え、はめ込みなどをはじめとする画像編集を行うことも可能である。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様に、音声情報に関しても処理や編集を行なうための専用回路を設けても良い。
【０１８０】
したがって、本表示装置は、テレビジョン放送の表示機器、テレビ会議の端末機器、静止画像および動画像を扱う画像編集機器、コンピュータの端末機器、ワードプロセッサをはじめとする事務用端末機器、ゲーム機などの機能を一台で兼ね備えることが可能で、産業用あるいは民生用として極めて応用範囲が広い。
【０１８１】
なお、上記図２１は、表面伝導型放出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネルを用いた表示装置の構成の一例を示したにすぎず、これのみに限定されるものでないことは言うまでもない。たとえば、図２１の構成要素のうち使用目的上必要のない機能に関わる回路は省いても差し支えない。またこれとは逆に、使用目的によってはさらに構成要素を追加しても良い。たとえば、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。
【０１８２】
本表示装置においては、とりわけ表面伝導型放出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネルが容易に薄形化できるため、表示装置全体の奥行きを小さくすることが可能である。それに加えて、表面伝導型放出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネルは大画面化が容易で輝度が高く視野角特性にも優れるため、本表示装置は臨場感にあふれ迫力に富んだ画像を視認性良く表示することが可能である。
【０１８３】
【実施例】
以下に実施例を挙げて、本発明の特徴であるスペーサ近傍のビームずれの補正方法について、さらに説明を加える。
【０１８４】
以下に述べる各実施例においては、マルチ電子ビーム源として、前述した、電極間の導電性微粒子膜に電子放出部を有するタイプのＮ×Ｍ個（Ｎ＝３０７２、Ｍ＝１０２４）の表面伝導型放出素子を、Ｍ本の行方向配線とＮ本の列方向配線とによりマトリクス配線（図７および図１８参照）したマルチ電子ビーム源を用いた。
【０１８５】
（実施例１）
本実施例は、絶縁性基材表面に高抵抗薄膜Ｔｉ−ＡｌＮおよび導電部を設けた半導電性スペーサを用いた場合に本発明を適用した例であり、図２と図３を用いて説明する。
【０１８６】
図２は、本実施例を適用した画像装置のスペーサ近傍の断面図、図３は本実施例に用いたスペーサを示す。図２において、１１０は蛍光体とメタルバックを含むフェースプレート、１１１は電子源基板を含むリアプレート、１１２はスペーサ、１１３はスペーサ表面の導電部、１１４はスペーサ設置した素子駆動用配線部、１１５は第１近接素子駆動用配線部、１１６は第２近接素子駆動用配線部、１２５は第３近接素子駆動用配線部、１２１，１２２は絶縁層、１２３は第１近接素子駆動用配線上に形成される電子軌道補正用配線部、１２４は第２近接素子駆動用配線上に形成される電子軌道補正用配線部、１１７は第１近接素子、１１８は第２近接素子、１２６は第３近接素子、１１９は代表的な電子ビーム軌道である。また、ａはスペーサ設置配線における電子源基板からスペーサに形成された導電部上端までの高さ、ａ′はフェースプレートからスペーサに形成された導電部下端までの高さを示す。
【０１８７】
本実施例において、フェースプレート１１０と電子源基板１１１間の距離は３ｍｍとし、素子サイズは６５０μｍ×２９０μｍとして、図２の配線部は６５０μｍ周期で配置されている。また、１１４，１１５，１１６，１２１等の素子駆動用配線部の高さは絶縁層を含めて全ライン５０μｍ、１２３，１２４等の電子軌道補正用配線部の厚さは１０μｍ、１２１，１２２等の素子駆動用配線部と電子軌道補正用配線部との間に形成される絶縁層の厚さは３０μｍとした。
【０１８８】
また、スペーサ１３１の下端に形成した導電部の高さは７０μｍとし、導電性フリットおよび絶縁層を含めた素子駆動用配線の高さも含めたａの大きさを１５０μｍとした。さらに、スペーサ１３１の上端に形成した導電部の高さも７０μｍとし、ａ′の大きさを１００μｍとした。
【０１８９】
ここで図３を用いて、導電部の説明をする。図３は、図２のスペーサ１１２を図２に示すＥ方向から見た図である。図３において、１１２はスペーサ、１１３は導電部を示す。スペーサ１１２に高さ２．８ｍｍ×長さ２０ｍｍ×厚さ０．２ｍｍの青板ガラスを用い、導電部１１３としてスパッタリング法を用いてＡｌを両側に０．１μｍの厚みに形成し、さらにスパッタリング法を用いてアルゴンと窒素混合雰囲気中でＴｉとＡｌのターゲットを同時スパッタすることによりＴｉ−ＡｌＮ高抵抗薄膜１５１を成膜した。Ｔｉ−ＡｌＮ膜１５１は、それぞれのターゲットにかける電力を変化することにより組成の調節を行い、最適の抵抗値を得た。基板は室温で、アースに接地されている。作製したＴｉ−ＡｌＮ膜１５１は、膜厚がｔ＝２００ｎｍで比抵抗がρ＝２．８×１０⁵Ωｃｍであった。
【０１９０】
このとき、Ａｌを導電部側端部にも形成することにより、配線部との電気的接続を取り易くしている。また、導電部と配線部との電気的接続とスペーサの固定は、Ａｕ被覆シリカ球を分散させて形成した導電性フリットガラスを用いて実施した。
【０１９１】
本発明の画像形成装置を、加速電圧Ｖ_a＝６ｋＶ、第１近接素子駆動用配線１１５上に形成される電子軌道補正用配線１２３電位Ｖ_h1＝−１０Ｖ、また第２近接素子駆動用配線１１６上に形成される電子軌道補正用配線１２４電位Ｖ_h2＝７．５Ｖで駆動したところ、スペーサ１１２近傍においてもビームずれがなく高品位な画像を得ることが可能となった。
【０１９２】
（実施例２）
本実施例は、絶縁性基材表面に高抵抗薄膜ＮｉＯおよび導電部を設けた半導電性スペーサを用いた場合に本発明を適用した例であり、図４と図５を用いて説明する。
【０１９３】
本実施例では、図４に示した通り、スペーサ第１近接配線１１５は配線を高く形成し、スペーサ第２近接配線１１６上にのみ電子軌道補正配線１２４を形成した。
【０１９４】
以下では、実施例１と異なる箇所のみ説明する。
【０１９５】
また、スペーサ１１２の下部表面に形成した導電部１１３の高さは、３７０μｍとして、導電性フリットの高さも含めたａの大きさを４５０μｍとした。さらに、実施例１同様、スペーサ１１２の上端に高さ７０μｍの導電部１１３を形成し、ａ′の大きさを１００μｍとした。さらにスペーサ第１近接配線１１５上端までの高さは６０μｍとした。
【０１９６】
ここで図５を用いて、導電部の説明をする。図５は、スペーサ１１２を図５のＥ方向から見た図である。図５において、１１２はスペーサ、１１３は導電部を示す。スペーサ１１２に高さ２．８ｍｍ×長さ２０ｍｍ×厚さ０．２ｍｍの青板ガラスを用い、導電部１１３としてスパッタリング法を用いてＡｌを両側に０．１μｍの厚みに形成した。
【０１９７】
さらに電子ビーム真空蒸着法を用いて、膜厚ｔ＝２００ｎｍで比抵抗がρ＝３．３×１０⁵ΩｃｍのＮｉＯ高抵抗薄膜１５１を成膜した。
【０１９８】
本発明の画像形成装置を、加速電圧Ｖ_a＝６ｋＶ、第２近接素子駆動用配線１１６上に形成される電子軌道補正用配線１２４を位Ｖ_h2＝−２５Ｖで駆動したところ、スペーサ近傍においてもビームずれがなく高品位な画像を得ることが可能となった。
【０１９９】
（実施例３）
本実施例は、絶縁性基材表面に高抵抗薄膜および導電部を設けない絶縁性スペーサを用いた場合に本発明を適用した例であり、図６を用いて説明する。
【０２００】
本実施例では、図６に示した通り、スペーサ第１、第２近接素子の電子軌道補正には、スペーサ第１、第２近接配線１１５、１１６上に形成される電子軌道補正配線１２３、１２４のみで行った。
【０２０１】
以下では、実施例１と異なる箇所のみ説明する。
【０２０２】
素子駆動用配線部１１４，１１５，１１６，１２５等の高さは、絶縁層を含めて全ライン５０μｍ、電子軌道補正用配線部１２３、１２４等の厚さは１０μｍ、素子駆動用配線部と電子軌道補正用配線部との間に形成される絶縁層１２１、１２２等の厚さは５０μｍとした。
【０２０３】
本発明の画像形成装置を、加速電圧Ｖ_a＝６ｋＶ、第１近接素子駆動用配線１１５上に形成される電子軌道補正用配線１２３電位Ｖ_h1＝−４５Ｖ、また第２近接素子駆動用配線１１６上に形成される電子軌道補正用配線１２４電位Ｖ_h2＝−２０Ｖで駆動したところ、スペーサ１１２近傍においてもビームずれがなく高品位な画像を得ることが可能となった。
【０２０４】
（その他の実施例）
また、本発明は、ＳＣＥ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、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。
【０２０５】
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、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ＳＣＥの選択を行う画像形成装置において、電子源と制御電極間等に上記のような支持部材を用いた場合である。
【０２０６】
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ー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。
【０２０７】
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、電子源からの放出素子の被照射部材が、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。
【０２０８】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、電子放出素子の駆動配線上に設けられた電子軌道補正用の配線電極と、これに任意の電位を与える手段とを設けることにより、スペーサ隣接配線の配線電位を任意に与えることができ、これを最適化することにより、スペーサ帯電により乱れる電子軌道を補正してフェースプレートの適正な位置にスポットを形成することが可能となる。この結果、高い品位の画像装置の提供が可能となった。
【０２０９】
また、電子被照射体は特定せず、マルチ平面電子源を成す電子発生装置においても同様の効果を発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の機能を説明するための図であり、画像形成装置の断面図である。
【図２】本発明第１の実施例の画像形成装置の断面図である。
【図３】本発明第１の実施例の画像形成装置に用いるスペーサの説明図である。
【図４】本発明第２の実施例の画像形成装置の断面図である。
【図５】本発明第２の実施例の画像形成装置に用いるスペーサの説明図である。
【図６】本発明第３の実施例の画像形成装置の断面図である。
【図７】本発明の実施例である画像表示装置の、表示パネルの一部を切り欠いて示した斜視図である。
【図８】本発明の実施例である表示パネルのＡ−Ａ′断面図である。
【図９】表示パネルのフェースプレートの蛍光体配列を例示した平面図である。
【図１０】蛍光体の他の構成例を説明する為の図である。
【図１１】実施例で用いた平面型の表面伝導型放出素子の平面図（ａ）、断面図（ｂ）である。
【図１２】平面型の表面伝導型放出素子の製造工程を示す断面図である。
【図１３】通電フォーミング処理の際の印加電圧波形である。
【図１４】通電活性化処理の際の印加電圧波形（ａ）、放出電流Ｉｅの変化（ｂ）である。
【図１５】実施例で用いた垂直型の表面伝導型放出素子の断面図である。
【図１６】垂直型の表面伝導型放出素子の製造工程を示す断面図である。
【図１７】実施例で用いた表面伝導型放出素子の典型的な特性を示すグラフである。
【図１８】実施例で用いたマルチ電子ビーム源の基板の平面図である。
【図１９】実施例で用いたマルチ電子ビーム源の基板の一部断面図である。
【図２０】本発明の実施例である画像表示装置の駆動回路の概略構成を示すブロック図である。
【図２１】本発明の実施例である画像表示装置を用いた多機能画像表示装置のブロック図である。
【図２２】従来知られた表面伝導型放出素子の一例である。
【図２３】従来知られたＦＥ型素子の一例である。
【図２４】従来知られたＭＩＭ型の素子の一例である。
【図２５】画像表示装置の表示パネルの一部を切り欠いて示した斜視図である。
【符号の説明】
１１０フェースプレート
１１１電子源基板
１１２スペーサ
１１３導電部
１１４スペーサ設置した素子駆動用配線部
１１５第１近接素子駆動用配線部
１１６第２近接素子駆動用配線部
１１７第１近接素子
１１８第２近接素子
１１９電子ビーム軌道
１２１，１２２絶縁層
１２３，１２４電子軌道補正用配線部
１２５第３近接素子駆動用配線部
１２６第３近接素子
１５１高抵抗薄膜

Claims

冷陰極型電子放出素子を設けた電子源基板と、該電子源基板に対向して配され、該電子放出素子から放出される電子を加速する加速電極及び該電子により画像を形成する画像形成部材を備えた対向基板と、該電子源基板と該加速電極の間に設けられたスペーサとを有する画像形成装置において、
前記スペーサがその上に配置された第１駆動配線と、
前記スペーサがその上に配置されていない第２駆動配線と、
前記第１及び第２駆動配線の内の前記第２駆動配線上に設けられた電子軌道補正用の配線電極と、
前記電子源基板と前記加速電極との間の距離をｄ、前記加速電極と前記電子放出素子との間に印加される加速電圧をＶ _a 、前記電子源基板からの前記配線電極の高さをｈとしたときに、前記配線電極に、Ｖ _h ＜Ｖ _a ・（ｈ／ｄ）なる電位Ｖ _h を与える手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
該スペーサは絶縁性の部材からなることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
該スペーサは半導電性の部材からなることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。