JP3667138B2 - 電子線装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線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２種類が知られている。このうち冷陰極素子では、たとえば表面伝導型放出素子や、電界放出型素子（以下ＦＥ型と記す）や、金属／絶縁層／金属型放出素子（以下ＭＩＭ型と記す）、などが知られている。
【０００３】
表面伝導型放出素子としては、たとえば、M.I.Elinson,Radio Eng.Electron Phys.,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、前記エリンソン等によるSnO2薄膜を用いたものの他に、Ａｕ薄膜によるもの［G.Dittmer:"Thin Solid Films",9,317(1972)］や、In2O3／SnO2薄膜によるもの［M.Hartwell and C.G.Fonstad:"IEEE Trans.ED Conf.",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４５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、前記導電性薄膜３００４の両端に一定の直流電圧、もしくは、例えば１Ｖ／分程度の非常にゆっくりとしたレートで昇圧する直流電圧を印加して通電し、導電性薄膜３００４を局所的に破壊もしくは変形もしくは変質せしめ、電気的に高抵抗な状態の電子放出部３００５を形成することである。尚、局所的に破壊もしくは変形もしくは変質した導電性薄膜３００４の一部には、亀裂が発生する。前記通電フォーミング後に導電性薄膜３００４に適宜の電圧を印加した場合には、前記亀裂付近において電子放出が行われる。
【０００７】
また、ＦＥ型の例は、たとえば、W.P.Dyke&W.W. Dolan,"Field emission",Advance in Electron Physics,8,89(1956)や、あるいは、 C.A.Spindt,"Physical properties of thin-film field emission cathodes with molybdenium cones",J.Appl.Phys.,47,5248(1976)などが知られている。
【０００８】
ＦＥ型の素子構成の典型的な例として、図４６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４６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,"Operation of tunnel-emission Devices,J.Appl.Phys.,32,646(1961)などが知られている。ＭＩＭ型の素子構成の典型的な例を図４７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、基板の熱溶融などの問題が発生しにくい。また、熱陰極素子がヒーターの加熱により動作するため応答速度が遅いのとは異なり、冷陰極素子の場合には応答速度が速いという利点もある。
【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、たとえば本出願人による特開昭６４−３１３３２号公報において開示されるように、多数の素子を配列して駆動するための方法が研究されている。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、画像記録装置などの画像形成装置や、荷電ビーム源、等が研究されている。
【００１４】
特に、画像表示装置への応用としては、たとえば本出願人による米国特許第５，０６６，８８３号や特開平２−２５７５５１号公報や特開平４−２８１３７号公報において開示されているように、表面伝導型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、たとえば本出願人による米国特許第４，９０４，８９５号に開示されている。また、ＦＥ型を画像表示装置に応用した例として、たとえば、R.Meyerらにより報告された平板型表示装置が知られている［R.Meyer:"Recent Development on Micro tips Display at LETI",Tech.Digest of 4th Int.Vacuum Microelectronics Conf.,Nagahama,pp.6〜9(1991)］。
【００１６】
また、ＭＩＭ型を多数個並べて画像表示装置に応用した例は、たとえば本出願人による特開平３−５５７３８号公報に開示されている。
【００１７】
上記のような電子放出素子を用いた画像形成装置のうちで、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替わるものとして注目されている。
【００１８】
図４８は平面型の画像表示装置をなす表示パネル部の一例を示す斜視図であり、内部構造を示すためにパネルの一部を切り欠いて示している。
【００１９】
図中、３１１５はリアプレート、３１１６は側壁、３１１７はフェースプレートであり、リアプレート３１１５、側壁３１１６およびフェースプレート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。
【００２０】
リアプレート３１１５には基板３１１１が固定されているが、この基板３１１１上には冷陰極素子３１１２が、Ｎ×Ｍ個形成されている（Ｎ，Ｍは２以上の正の整数であり、目的とする表示画素数に応じて適宜設定される。）。また、前記Ｎ×Ｍ個の冷陰極素子３１１２は、図４８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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
また、上記気密容器の内部は１０-6Ｔｏｒｒ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３１１７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４８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３１１７間は通常サブミリないし数ミリに保たれ、前述したように気密容器内部は高真空に保持されている。
【００２４】
以上説明した表示パネルを用いた画像表示装置は、容器外端子ＤｘｌないしＤｘｍ、Ｄｙｌ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。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した画像表示装置の表示パネルにおいては、以下のような問題点が生ずる場合があった。
【００２６】
第１に、冷陰極素子３１１２らの放出電子を加速するためにマルチビーム電子源とフェースプレート３１１７との間には数百Ｖ以上の高電圧（即ち１ｋＶ／ｍｍ以上の高電界）が印加されるため、構造支持体３１２０表面での沿面放電が懸念される。特に、上記のように構造支持体が帯電している場合は、三重点（真空と基板と構造支持体の接点）の電界強度が増大し、放電が誘発される可能性がある。また、上述の現象は側壁３１１６の近傍でも生じることが確認された。
【００２７】
第２に、構造支持体３１２０の近傍から放出された電子の一部が構造支持体３１２０に当たることにより、あるいはフェースプレート３１１７上の蛍光膜３１１８とメタルバック３１１９に衝突した電子が背面散乱されて構造支持体３１２０に当たることにより、構造支持体の帯電をひきおこす場合がある。この構造支持体の帯電により冷陰極素子３１１２から放出された電子はその軌道を曲げられ、蛍光体上の正規の位置とは異なる場所に到達し、構造支持体近傍の画像が歪んで表示されることになる。
【００２８】
これら問題点を解決するために、スペーサ（構造支持体）に微小電流が流れるようにして帯電を除去する提案がなされている（特開昭５７−１１８３５５号公報、特開昭６１−１２４０３１号公報）。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。ここで用いられている帯電防止膜は酸化スズ、あるいは酸化スズと酸化インジウム混晶薄膜や金属膜である。しかしながら、微小電流が流れる構造支持体の場合には画像形成装置の大型化に伴い、構造支持体の増加につれ無効電流が増し、消費電力の増大が問題となる。また、消費電力と帯電除去はトレードオフの関係にあり、両者を成立させる方策が切望されていた。
【００２９】
本発明は上記従来の構造支持体をより改善するものであり、消費電力の増加を抑え、放電耐圧のより高い、画像の歪の少ない構造支持体とそれを用いた画像形成装置或いは電子線装置を提供するものである。
【００３０】
【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、上記課題は以下の構成の構造支持体を有する電子線装置により改善されることを見出した。
【００３１】
すなわち、本発明の電子線装置は、電子を放出する電子源と、前記電子源より放出された電子を照射する電子線被照射部と、前記電子源と前記電子線被照射部との間に配置された構造支持体と、を有する電子線装置において、
前記構造支持体の前記電子源と前記電子線被照射部を結ぶ線分を含む面方向の断面形状が略台形形状を多段に重ねた構造であると共に該略台形形状の側壁部が前記電子源から前記電子線被照射部方向に次式で表される角度θの範囲で広がる構造を有することを特徴とするものである。
【００３２】
【数３】
【００３３】
ｋ＝（０．５（Ａｉ１／Ａｓ−１））0.5、Ａｉ１は前記構造支持体の二次電子放出係数が１となる最小エネルギー、Ａｓは前記構造支持体から放出される二次電子の平均初期放出エネルギー
ここで、「略台形形状」とは台形形状及び実質的に台形形状と見なせる台形形状に近い形状をいう。
【００３４】
【作用】
上記の構成により、構造支持体の帯電が安定した状態でほぼ平等電界を得ることが可能となる。すなわち、構造支持体近傍の電子放出素子から放出された電子はその軌道を偏向されることなく、所望の被電子照射部に到達することができ、更に三重点の電界も増大することがなく、結果として放電が抑制される。そのため、構造支持体の近傍の画像の歪みと放電という問題が解決される。
【００３５】
次に、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果得られた上記の形状作用について詳細に述べる。
【００３６】
電子線装置内の構造支持体の帯電はほとんどが電子線被照射部からの弾性、非弾性散乱電子（背面散乱電子）或いは電子源からの直接入射電子によって引き起こされている。つまり、電子線被照射部からの背面散乱電子或いは電子源からの直接入射電子が構造支持体へ衝突すると、構造支持体の表面から二次電子放出が生じる［A.J.DEKKER Solid State Phys.6(1958)271］。
【００３７】
二次電子と一次（入射）電子との比を広義の二次電子放出係数δと呼び、一次電子の入射エネルギーと入射角度に依存することが半経験式にて示されている［G.F.DIONNE,"Origin of secondary-electron-emission yield-curve parameters",J.Appl.Phys.46(1975)3347］。図１６は二次電子放出係数δと入射エネルギーＡの関係を角度ψ＝０、３０、６０度のときについて示す模式図である。二次電子放出係数δがδ＞１のときには、正帯電が生じ、δ＜１のときには負帯電、δ＝１のときには帯電が生じない。二次電子放出係数がδ＝１となる入射エネルギーは二箇所あり、勾配（ｄδ／ｄＡ）が正である小さな方の値をＡｉ１（第１クロスポイントエネルギー）、勾配が負である大きな方の値をＡｉ２（第２クロスポイントエネルギー）である。
【００３８】
本発明者らの詳細な実験的研究と数値シミュレーションにより、帯電の安定状態では、一次電子により生じた二次電子がＡｉ１というエネルギーで構造支持体の表面に何度も衝突して（ホッピングと呼ぶ）、電子線被照射部に到達する電場が形成されて安定していることが明らかになった。ホッピングの模式図を図１７に示す。電子源基板１１上に形成された電子源（不図示）から放出された電子がフェースプレート１７に衝突・背面散乱され、構造支持体２０に入射する。すると、構造支持体２０の表面から二次電子放出が生じ、二次電子がＡｉ１というエネルギーで構造支持体の表面をホッピングしてフェースプレート１７に到達するという状態が安定状態である。
【００３９】
この現象は、次のように説明できる。つまり、構造支持体中に正帯電しているところがあると、二次電子は正電荷に引き寄せられて、Ａｉ１以下の衝突エネルギーで衝突し負帯電し、正電荷を打ち消そうとする。逆に、負帯電しているところがあると、構造支持体への吸引力が弱まり、二次電子の飛翔距離が長くなるため、Ａｉ１以上の衝突エネルギーの二次電子が増加し、結果として正に帯電させる。このような自己調整機構が働いて、上述の安定状態が実現される。
【００４０】
さらに一般化させて構造支持体表面に傾斜角θのある系について図１８を参考しつつ考える。ここでは帯電が安定した状態で、電子軌道が偏向されない平等電界Ｅｙ（＝Ｖａ／ｄ，電子線被照射部と電子放出部の電位差Ｖａ、距離ｄ）となる場合を考える。二次電子が構造支持体２０の表面から鉛直方向に初期エネルギーＡｓで出射すると、平等電界であるから二次曲線（放物線）の軌道にて飛翔し、構造支持体の表面に再衝突する。その際の衝突エネルギーがＡｉ１という条件のもとで、傾斜角θ⊥の条件式を求めると次式に示す通りになる。
【００４１】
【数４】
【００４２】
上式中では、二次電子の出射角度を構造支持体表面の鉛直方向と仮定したが、余弦法則を考慮したほうが実際的であり、余弦法則を考慮した二次電子の平均衝突エネルギーを考える。図１９に示す通りに構造支持体法線方向の電界をＥξ、接線方向の電界をＥηとすると、帯電が安定した状態では次式が成立している［C.H.DE TOURREIL and K.D.SRIVASTAVA“Mechanism of surface charging of high-voltage insulators in vacuum”,IEEE Trans.Elect.Insulation,8,No.17(1973)］。
【００４３】
【数５】
【００４４】
但し、ｋ＝（０．５（Ａｉ１／Ａｓ−１））0.5 である。
【００４５】
次に、構造支持体法線方向の電界Ｅξ、接線方向の電界Ｅηを図１９に示すＥｘ、Ｅｙに回転角θの回転変換を行い、Ｅｘ＝０という条件を課すと次の式が得られる。
【００４６】
【数６】
【００４７】
但し、
【００４８】
【数７】
【００４９】
である。
【００５０】
上式は、構造支持体の表面が、電子源と電子線被照射部と結ぶ線から時計方向にθの傾きをなす場合に、帯電が安定した状態で電子源と電子線被照射部を結ぶ線の垂直方向電界Ｅｘが０となることを示している。
【００５１】
放電抑制作用に関して説明する。従来の構造支持体では帯電の進行と共に、図１７に示すような等ポテンシャル線となり、三重点の電界強度が増大し、電界放出素子により、放電が誘発されやすくなる。一方、構造支持体の側壁部が規定角θを有する場合には帯電の進行と共に図１８に示すように等ポテンシャル線が水平となり（水平方向電界＝０）、三重点（真空と構造支持体と基板の接点）の電界強度が増加することがない。そのため、放電耐圧も向上する。
【００５２】
また、上述の理論的背景に基づき、構造支持体が、側壁部の規定角θを有する略台形形状断面の多段構成である場合についても同様の効果が得られることが我々の詳細かつ注意深い考察と実験により明らかになった。つまり、図２０に示すように、構造支持体の表面が規定角θで多段に積み重なった構造の場合にも、個々の略台形形状部の側面部が上述の安定状態となるために、電場としては平等電界に近い状態で安定するものである。より好ましくは、構造支持体の水平部（平坦部）に金属等の導体からなる電極２１を設けると、ビームずれがより減少する。一般に金属は低二次電子放出材料であることと、側壁部の電荷との相殺により正帯電を抑制できることに起因する。これにより、高電圧（数ｋｖから十数ｋｖ）を印加するためにカソードとアノード間距離が数ｍｍ必要な電子線装置にも、電子線軌道を妨げることなく適用できるようになる。
【００５３】
つまり、本発明の構成に従うと帯電が安定した状態で平等電界が達成され、放電耐圧が高く帯電電荷を逃す微小電流を流す必要のない絶縁性の構造支持体を得ることができる。これにより、消費電力の増加もなく、さらにビーム軌道のずれによる画像の歪みの少ない電子線装置の提供を可能とするものである。
【００５４】
【発明の実施の形態】
まず、本発明で作成した構造支持体について、詳細に説明する。
【００５５】
図１は断面形状が略台形形状の板状形状の構造支持体の一態様を示すものである。図中の上側が電子線被照射部であるアノード側であり、下側が冷陰極電子源であるカソード側である。広がり角θは［３］、［４］式により材料物性によって決まるものであるが、θが大きくなるに従い帯電していない状態で、電子軌道が構造支持体に吸引される方向に作用する。吸引量は構造支持体の比誘電率等にも依存するため、採用した構造支持体により適時θが設定される。
【００５６】
なお、形状は板状形状に何ら限定されることはなく、図２に示すような円断面の円錐又は横断面が楕円の円錐でも同様の効果が得られる。すなわち、図３、図４に示すように、カソード側とアノード側を結ぶ線分を含む構造支持体の断面形状が略台形形状であり、その台形形状の側面部がカソード側からアノード側方向へ次式の［６］式で表される角度θの範囲で広がる構造を有していればその効果が得られる。
【００５７】
また、断面形状は図３に示す断面、図４に示す断面のいずれか一方が略台形状形状であっても本発明の効果を奏する。ただし、図３、図４に示す断面形状がともに略台形状形状であることがより望ましい。
【００５８】
図９は、本発明で作成した断面形状が略台形形状を多段に重ねた構造の板状形状の構造支持体の一実施態様を示すものである。図中の上側が電子線被照射部であるアノード側であり、下側が冷陰極電子源であるカソード側である。平坦部の電極は省略した。寸法は図１１、図１２に示す通り、長手方向に４０ｍｍ、高さ２ｍｍ、そして底辺幅が２００μｍであり、広がり角θを有している。略台形形状断面の突起長ｄ（上底と下底の差の半分）は１００μｍであり、ピッチｈは規定角θにより一意に決まる。なお、ｈは帯電が安定した状態での電子線ホッピングの平均自由行程以上であることが求められ、平均自由行程はアノード−カソード間の電界強度と二次電子の初期出射エネルギーに依存するが、ほぼ数百μｍから数μｍの範囲である。一般には広がり角θを有する構造支持体から垂直方向に初期射出エネルギーＡｓで飛び出した二次電子の自由行程ｙｍは次式で表される。
【００５９】
【数８】
【００６０】
但し、Ｅｙ＝Ｖａ／ｌであり、アノード−カソード間の電位差Ｖａと距離ｌで表される電界強度である。
【００６１】
また、略台形形状断面の突起長ｄは大きいほど構造支持体の加工、構造が簡便になって好ましいといえるが、構造支持体の最近接の電子線ビームを遮蔽しない範囲内であることが求められる。
【００６２】
寸法は先述の値に限定されることはなく、要は広がり角θが指定範囲となっていると良い。広がり角θは［３］、［４］式により材料物性によって決まるものであるが、θが大きくなるに従い帯電していない状態で、電子軌道が構造支持体に吸引される方向に作用する。吸引量は構造支持体の比誘電率等にも依存するため、採用した構造支持体により適時θが設定される。
【００６３】
なお、形状は図９の板状形状に何ら限定されることはなく、図１０に示すような円断面の円錐でも同様の効果が得られる。また、同様に楕円断面の円錐でも良く、電子源と前記電子線被照射部を結ぶ線分と垂直方向の断面が四角形或いは四角形の四隅をＲ面取りまたはＣ面取りしてあってもよい。要は構造支持体の多段に形成された断面形状において、略台形形状の側壁部が電子源から電子線被照射部方向に規定角θで広がる構造を有するものであれば良い。すなわち、図１１、図１２に示すように、カソード側とアノード側を結ぶ線分を含む構造支持体の断面形状が略台形形状であり、その略台形形状の側面部がカソード側からアノード側方向へ次式の［６］式で表される角度θの範囲で広がる構造を有していれば本発明の効果が得られる。
【００６４】
また、断面形状は図１１に示す断面、図１２に示す断面のいずれか一方が略台形状形状を重ねた構造であっても本発明の効果を奏する。ただし、図１１、図１２に示す断面形状がともに略台形状形状を重ねた構造であることがより望ましい。
【００６５】
【数９】
【００６６】
但し、ｋ＝（０．５（Ａｉ１／Ａｓ−１））0.5 であり、Ａｉ１は前記構造支持体の二次電子放出係数が１となる最小エネルギーであり、Ａｓは前記構造支持体から放出される二次電子の初期放出エネルギーである。
【００６７】
この範囲については、ビームずれ等の画像劣化が許容できる範囲にあるかどうかをθ＝０である構造支持体の場合との主観的な比較評価により決定した（詳細は後述する）。
【００６８】
さらに好ましい構造支持体の側壁部広がり角の許容範囲を設計する方法を示す。この設計方法による広がり角θの許容範囲は、作成する電子線装置の仕様に大きく依存するため、作成する電子線装置の仕様毎に異なるものである。
【００６９】
その設計方法の手順を図２１に示す。まず、画像を形成する電子線装置の仕様、すなわち加速電圧、カソード−アノード間距離、構造支持体と最近接の電子源間距離、構造支持体材料と二次電子放出係数の第一クロスポイントＡｉ１と二次電子初期エネルギーＡｓ、比誘電率を決定或いは同定する。また、電子源ビームによる輝点の位置ずれ、及び輝度むらの許容量を決める。
【００７０】
これらが、決まれば最も好ましい構造支持体の側面部の広がり角θが、
【００７１】
【数１０】
【００７２】
により一意に決定されるが、許容範囲の決定にはさらに次の手順を要する。
【００７３】
［７］式とは異なる構造支持体の傾き角θを用いて、図２２に示す電子線装置の構造支持体周りの静電場解析（支配方程式［８］式、φはポテンシャル、ρは電荷密度）を実行する。解析方法には、解析的手法や有限要素法／有限差分法／境界要素法等の数値的手法が適用できる。
【００７４】
【数１１】
【００７５】
なお、静電場解析は二次元計算に限定されず、三次元計算の方がより好ましい。境界条件は例えば、上辺、下辺がアノード電位とカソード電位で与えられるディリクレ条件、右境界がノイマン境界条件、そして構造支持体上には［２］式を与える。なお、静電界計算は上記の方法に限らず、モンテカルロ法と静電場解析を複合させて、帯電の安定場を求める手法を用いることも可能である。［山本修ら、モンテカルロシミュレーションによる真空中スペーサの帯電特性の研究、電学論Ａ、１１４、１０８（１９９４）］。後者の方法は多大な計算時間を要するが、負のθをもつ形状にも対応できるため、汎用性の高い手法と言える。
【００７６】
静電場が得られたら、次に電子源から放出された電子線の軌道を次式［９］［１０］に従い、計算する。
【００７７】
【数１２】
【００７８】
は速度ベクトルである。
【００７９】
以上の手順により、アノード上での着地点が得られ、設計値からのずれΔｘが求められる。このΔｘが許容範囲内であるか如何で構造支持体の傾き角θの許容範囲が決定される。
【００８０】
本実施例においては、図５に示す３種類の材料の構造支持体を作成した。アルミナやソーダライムガラスは切削加工、或いはモールド法と表面研磨により作成した。また、［６］、［７］式の妥当性を検討するために、Ａｉ１のエネルギーが大きく異なる三酸化クロムCr2O3 をアルミナ上に膜厚約３０００Åで蒸着したサンプルも用意した。膜厚は二次電子放出係数に下地の影響が出ない範囲で厚ければよく、およそ数百Å程度以上、より好ましくは千から数千Å以上であればよい。それぞれの二次電子放出係数等の物性値は文献から引用し、二次電子の出射エネルギーは４ｅｖとして求めた広がり角θとなるように加工を行っている。また、比較検討のため、その他のθを有する構造支持体の試料も作成した。二次電子の平均射出エネルギーは４ｅｖとしたが、材料が変わると変化することが容易に想像され、材料固有の値を使用することが好ましい。
【００８１】
また、図３２又は図３６に示すように、帯電が生じる電子線装置内側の側壁１０１６にも、広がり角θを付けることにより、上に述べた効果が得られ側壁１０１６の近傍の電子軌道の撹乱が抑えられる。側壁１０１６は青板ガラス等の材料を切削加工、研磨することにより作製する。
【００８２】
（画像表示装置の構成および製造方法）
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。
【００８３】
図３２は参考例、また図３６は、本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。
【００８４】
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などによる気密容器の破壊を防止する目的で、耐大気圧構造体として構造支持体であるスペーサ１０２０が設けられている。
【００８５】
次に、本発明の画像形成装置に用いることができる電子放出素子基板について説明する。
【００８６】
本発明の画像形成装置に用いられる電子源基板は複数の冷陰極素子を基板上に配列することにより形成される。
【００８７】
冷陰極素子の配列の方式には、冷陰極素子を並列に配置し、個々の素子の両端を配線で接続するはしご型配置（以下、はしご型配置電子源基板と称する）や、冷陰極素子の一対の素子電極のそれぞれＸ方向配線、Ｙ方向配線を接続した単純マトリクス配置（以下、マトリクス型配置電子源基板と称する）が挙げられる。なお、はしご型配置電子源基板を有する画像形成装置には、電子放出素子からの電子の飛翔を制御する電極である制御電極（グリッド電極）が求められる。
【００８８】
リアプレート１０１５には、基板１０１１が固定されているが、該基板上には冷陰極素子１０１２がＮ×Ｍ個形成されている（Ｎ，Ｍは２以上の正の整数であり、目的とする表示画素数に応じて適宜設定される。たとえば、高品位テレビジョンの表示を目的とした表示装置においては、Ｎ＝３０００、Ｍ＝１０００以上の数を設定することが望ましい。）。前記Ｎ×Ｍ個の冷陰極素子は、Ｍ本の行方向配線１０１３とＮ本の列方向配線１０１４により単純マトリクス配線されている。前記、１０１１〜１０１４によって構成される部分をマルチ電子ビーム源と呼ぶ。
【００８９】
本発明の画像表示装置に用いるマルチ電子ビーム源は、冷陰極素子を単純マトリクス配線もしくは、はしご型配置した電子源であれば、冷陰極素子の材料や形状あるいは製法に制限はない。
【００９０】
したがって、たとえば表面伝導型放出素子やＦＥ型、あるいはＭＩＭ型などの冷陰極素子を用いることができる。
【００９１】
次に、冷陰極素子として表面伝導型放出素子（詳細は後述する）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。
【００９２】
図４０に示すのは、図３２又は図３６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２５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１０１３と列方向配線１０１４により単純マトリクス状に配線されている。行方向配線１０１３と列方向配線１０１４の交差する部分には、電極間に絶縁層（不図示）が形成されており、電気的な絶縁が保たれている。
【００９３】
図４０のＢ−Ｂ′に沿った断面を図４１に示す。
【００９４】
なお、このような構造のマルチ電子源は、あらかじめ基板上に行方向配線１０１３、列方向配線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１０１３および列方向配線１０１４を介して各素子に給電して通電フォーミング処理（詳細は後述する）と通電活性化処理（詳細は後述する）を行うことにより製造した。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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２３の（ａ）に示すようにストライプ状に塗り分けられ、蛍光体のストライプの間には黒色の導電体１０１０が設けてある。黒色の導電体１０１０を設ける目的は、電子ビームの照射位置に多少のずれがあっても表示色にずれが生じないようにすることや、外光の反射を防止して表示コントラストの低下を防ぐこと、電子ビームによる蛍光膜のチャージアップを防止することなどである。黒色の導電体１０１０には、黒鉛を主成分として用いたが、上記の目的に適するものであればこれ以外の材料を用いても良い。
【００９８】
また、３原色の蛍光体の塗り分け方は前記図２３（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２３（ｂ）に示すようなデルタ状配列や、それ以外の配列（例えば図２４）であってもよい。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。
【００９９】
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（図３６には図示されているが、図３２においては簡易化のため不図示）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ことや、負イオンの衝突から蛍光膜１０１８を保護することや、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ことや、蛍光膜１０１８を励起した電子の導電路として作用させることなどである。メタルバック１０１９は、蛍光膜１０１８をフェースプレート基板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や加速電圧が低い場合にはメタルバックの無いほうが輝度が大きい場合があり、こうした場合にはメタルバックは用いない。
【０１００】
また、加速電圧の印加用や蛍光膜の導電性向上を目的として、フェースプレート基板１０１７と蛍光膜１０１８との間に、たとえばＩＴＯを材料とする透明電極を設けてもよい。特にメタルバックを使用しない場合には、十分な導電性の確保のために使用される。
【０１０１】
図３３は図３２のＡ−Ａ′の略断面模式図であり、各部の番号は図３２に対応している。また図３７は図３６のＡ−Ａ′の略断面模式図であり、各部の番号は図３６に対応している。スペーサ１０２０は切削加工、研磨により作製した絶縁性部材からなり、大気圧支持のために必要な数だけ、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、スペーサ１０２０は接合材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）および基板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。
【０１０２】
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（不図示）との間に印加される高電圧に耐えるだけの絶縁性を有することが求められる。
【０１０３】
スペーサ１０２０の絶縁性部材としては、先に示した材料に限定されることなく、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でもよい。なお、絶縁性部材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。
【０１０４】
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と電気的に接続するように、導電性をもたせる。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。
【０１０５】
また、Ｄｘ１〜ＤｘｍおよびＤｙ１〜ＤｙｎおよびＨｖは、当該表示パネルと不図示の電気回路とを電気的に接続するために設けた気密構造の電気接続用端子である。Ｄｘ１〜Ｄｘｍはマルチ電子ビーム源の行方向配線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或いは透明導電膜と電気的に接続している。
【０１０６】
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１０-7［Ｔｏｒｒ］程度の真空度まで排気する。その後、排気管を封止するが、気密容器内の真空度を維持するために、封止の直前あるいは封止後に気密容器内の所定の位置にゲッター膜（不図示）を形成する。ゲッター膜とは、たとえばＢａを主成分とするゲッター材料をヒーターもしくは高周波加熱により加熱し蒸着して形成した膜であり、該ゲッター膜の吸着作用により気密容器内は１×１０-5ないしは１×１０-7［Ｔｏｒｒ］の真空度に維持される。
【０１０７】
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或いは透明導電体に容器外端子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。
【０１０８】
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、メタルバックと冷陰極素子１０１２間の電圧は０．１［ｋＶ］から１０［ｋＶ］程度である。
【０１０９】
以上、本発明の参考例、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。
【０１１０】
（マルチ電子ビーム源の製造方法）
次に、前記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型などの冷陰極素子を用いることができる。
【０１１１】
ただし、表示画面が大きくてしかも安価な表示装置が求められる状況のもとでは、これらの冷陰極素子の中でも、表面伝導型放出素子が特に好ましい。すなわち、ＦＥ型ではエミッタコーンとゲート電極の相対位置や形状が電子放出特性を大きく左右するため、極めて高精度の製造技術を必要とするが、これは大面積化や製造コストの低減を達成するには不利な要因となる。また、ＭＩＭ型では、絶縁層と上電極の膜厚を薄くてしかも均一にする必要があるが、これも大面積化や製造コストの低減を達成するには不利な要因となる。その点、表面伝導型放出素子は、比較的製造方法が単純なため、大面積化や製造コストの低減が容易である。また、発明者らは、表面伝導型放出素子の中でも、電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形成したものがとりわけ電子放出特性に優れ、しかも製造が容易に行えることを見いだしている。したがって、高輝度で大画面の画像表示装置のマルチ電子ビーム源に用いるには、最も好適であると言える。そこで、上記実施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。
【０１１２】
（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。
【０１１３】
（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２５（ａ）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、図２５（ｂ）はその断面図である。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堆積物である。
【０１１４】
基板１１０１としては、たとえば、石英ガラスや青板ガラスをはじめとする各種ガラス基板や、アルミナをはじめとする各種セラミクス基板、あるいは上述の各種基板上にたとえばＳｉＯ2を材料とする絶縁層を積層した基板、などを用いることができる。
【０１１５】
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、などの中から適宜材料を選択して用いればよい。電極を形成するには、たとえば真空蒸着などの成膜技術とフォトリソグラフィー、エッチングなどのパターニング技術を組み合わせて用いれば容易に形成できるが、それ以外の方法（たとえば印刷技術）を用いて形成してもさしつかえない。
【０１１６】
素子電極１１０２と１１０３の形状は、当該電子放出素子の応用目的に合わせて適宜設計される。一般的には、電極間隔Ｌは通常は数百オングストロームから数百マイクロメーターの範囲から適当な数値を選んで設計されるが、なかでも表示装置に応用するために好ましいのは数マイクロメーターより数十マイクロメーターの範囲である。また、素子電極の厚さｄについては、通常は数百オングストロームから数マイクロメーターの範囲から適当な数値が選ばれる。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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、などである。具体的には、数オングストロームから数千オングストロームの範囲のなかで設定するが、なかでも好ましいのは１０オングストロームから５００オングストロームの間である。
【０１１９】
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，などをはじめとする金属や、ＰｄＯ，ＳｎＯ2 ，Ｉｎ2Ｏ3 ，ＰｂＯ，Ｓｂ2Ｏ3 ，などをはじめとする酸化物や、ＨｆＢ2 ，ＺｒＢ2 ，ＬａＢ6 ，ＣｅＢ6，ＹＢ4，ＧｄＢ4 ，などをはじめとする硼化物や、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ，などをはじめとする炭化物や、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ，などをはじめとする窒化物や、Ｓｉ，Ｇｅ，などをはじめとする半導体や、カーボン、などがあげられ、これらの中から適宜選択される。
【０１２０】
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から１０7［オーム／ｓｑ］の範囲に含まれるよう設定した。
【０１２１】
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２５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。
【０１２２】
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２５においては模式的に示した。
【０１２３】
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。
【０１２４】
薄膜１１１３は、単結晶グラファイト、多結晶グラファイト、非晶質カーボン、のいずれかか、もしくはその混合物であり、膜厚は５００［オングストローム］以下とするが、３００［オングストローム］以下とするのがさらに好ましい。なお、実際の薄膜１１１３の位置や形状を精密に図示するのは困難なため、図２５においては模式的に示した。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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［マイクロメーター］とした。
【０１２８】
次に、好適な平面型の表面伝導型放出素子の製造方法について説明する。図２６の（ａ）〜（ｅ）は、表面伝導型放出素子の製造工程を説明するための断面図で、各部材の表記は前記図２５と同一である。
１）まず、図２６（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。
【０１２９】
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、図２６（ａ）に示した一対の素子電極１１０２，１１０３を形成する。
２）次に、図２６（ｂ）に示すように、導電性薄膜１１０４を形成する。
【０１３０】
形成するにあたっては、まず図２６（ａ）の素子電極１１０２，１１０３を形成した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、本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。
【０１３１】
また、微粒子膜で作られる導電性薄膜の成膜方法としては、本実施例で用いた有機金属溶液の塗布による方法以外の、たとえば真空蒸着法やスパッタ法、あるいは化学的気相堆積法などを用いる場合もある。
３）次に、図２６（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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
通電方法をより詳しく説明するために、図２７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。
【０１３４】
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［ミリ秒］、パルス間隔Ｔ２を１０［ミリ秒］とし、波高値Ｖpfを１パルスごとに０．１［Ｖ］ずつ昇圧した。そして、三角波を５パルス印加するたびに１回の割りで、モニターパルスＰｍを挿入した。フォーミング処理に悪影響を及ぼすことがないように、モニターパルスの電圧Ｖｐｍは０．１［Ｖ］に設定した。そして、素子電極１１０２と１１０３の間の電気抵抗が１×１０6［オーム］になった段階、すなわちモニターパルス印加時に電流計１１１１で計測される電流が１×１０-7［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。
【０１３５】
なお、上記の方法は、本実施例の表面伝導型放出素子に関する好ましい方法であり、たとえば微粒子膜の材料や膜厚、あるいは素子電極間隔Ｌなど表面伝導型放出素子の設計を変更した場合には、それに応じて通電の条件を適宜変更するのが望ましい。
４）次に、図２６（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。
【０１３６】
通電活性化処理とは、前記通電フォーミング処理により形成された電子放出部１１０５に適宜の条件で通電を行って、その近傍に炭素もしくは炭素化合物を堆積せしめる処理のことである。図２６（ｄ）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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
通電方法をより詳しく説明するために、図２８（ａ）に、活性化用電源１１１２から印加する適宜の電圧波形の一例を示す。本実施例においては、一定電圧の矩形波を定期的に印加して通電活性化処理を行ったが、具体的には、矩形波の電圧Ｖａｃは１４［Ｖ］、パルス幅Ｔ３は１［ミリ秒］、パルス間隔Ｔ４は１０［ミリ秒］とした。なお、上述の通電条件は、本実施例の表面伝導型放出素子に関する好ましい条件であり、表面伝導型放出素子の設計を変更した場合には、それに応じて条件を適宜変更するのが望ましい。
【０１３９】
図２６（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２８（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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
以上のようにして、図２６（ｅ）に示す平面型の表面伝導型放出素子を製造した。
【０１４２】
（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。
【０１４３】
図２９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。
【０１４４】
垂直型が先に説明した平面型と異なる点は、片方の素子電極１２０２が段差形成部材１２０６上に設けられており、導電性薄膜１２０４が段差形成部材１２０６の側面を被覆している点にある。したがって、前記図２５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、前記平面型の説明中に列挙した材料を同様に用いることが可能である。また、段差形成部材１２０６には、たとえばＳｉＯ2のような電気的に絶縁性の材料を用いる。
【０１４５】
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３０の（ａ）〜（ｆ）は、製造工程を説明するための断面図で、各部材の表記は前記図２９と同一である。
１）まず、図３０（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など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、前記平面型の場合と同じく、たとえば塗布法などの成膜技術を用いればよい。
６）次に、前記平面型の場合と同じく、通電フォーミング処理を行い、電子放出部を形成する（図２６（ｃ）を用いて説明した平面型の通電フォーミング処理と同様の処理を行えばよい。）。
７）次に、前記平面型の場合と同じく、通電活性化処理を行い、電子放出部近傍に炭素もしくは炭素化合物を堆積させる（図２６（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。）。
【０１４６】
以上のようにして、図３０（ｆ）に示す垂直型の表面伝導型放出素子を製造した。
【０１４７】
（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。
【０１４８】
図３１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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
第一に、ある電圧（これを閾値電圧Ｖｔｈと呼ぶ）以上の大きさの電圧を素子に印加すると急激に放出電流Ｉｅが増加するが、一方、閾値電圧Ｖｔｈ未満の電圧では放出電流Ｉｅはほとんど検出されない。
【０１５１】
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。
【０１５２】
第二に、放出電流Ｉｅは素子に印加する電圧Ｖｆに依存して変化するため、電圧Ｖｆで放出電流Ｉｅの大きさを制御できる。
【０１５３】
第三に、素子に印加する電圧Ｖｆに対して素子から放出される電流Ｉｅの応答速度が速いため、電圧Ｖｆを印加する時間の長さによって素子から放出される電子の電荷量を制御できる。
【０１５４】
以上のような特性を有するため、表面伝導型放出素子を表示装置に好適に用いることができた。たとえば多数の素子を表示画面の画素に対応して設けた表示装置において、第一の特性を利用すれば、表示画面を順次走査して表示を行うことが可能である。すなわち、駆動中の素子には所望の発光輝度に応じて閾値電圧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。
【０１５５】
また、第二の特性かまたは第三の特性を利用することにより、発光輝度を制御することができるため、階調表示を行うことが可能である。
【０１５６】
（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。
【０１５７】
図４０に示すのは、前記図３２又は図３６の表示パネルに用いたマルチ電子ビーム源の平面図である。基板上には、前記図２５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。
【０１５８】
図４０のＢ−Ｂ′に沿った断面を、図４１に示す。
【０１５９】
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。
【０１６０】
（駆動回路構成および駆動方法）
図４４は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づいてテレビジョン表示を行う為の駆動回路の概略構成をブロック図で示したものである。同図中、表示パネル１７０１は前述した表示パネルに相当するもので、前述した様に製造され、動作する。また、走査回路１７０２は表示ラインを走査し、制御回路１７０３は走査回路１７０２へ入力する信号等を生成する。シフトレジスタ１７０４は１ライン毎のデータをシフトし、ラインメモリ１７０５は、シフトレジスタ１７０４からの１ライン分のデータを変調信号発生器１７０７に入力する。同期信号分離回路１７０６はＮＴＳＣ信号からの同期信号を分離する。
【０１６１】
以下、図４４の装置各部の機能を詳しく説明する。
【０１６２】
まず表示パネル１７０１は、端子Ｄｘ１ないしＤｘｍおよび端子Ｄｙ１ないしＤｙｎ、および高圧端子Ｈｖを介して外部の電気回路と接続されている。このうち、端子Ｄｘ１ないしＤｘｍには、表示パネル１７０１内に設けられているマルチ電子ビーム源、すなわちｍ行ｎ列の行列状にマトリクス配線された冷陰極素子を１行（ｎ素子）ずつ順次駆動してゆく為の走査信号が印加される。一方、端子Ｄｙ１ないしＤｙｎには、前記走査信号により選択された１行分のｎ個の各素子の出力電子ビームを制御する為の変調信号が印加される。また、高圧端子Ｈｖには、直流電圧源Ｖａより、たとえば５［ｋＶ］の直流電圧が供給されるが、これはマルチ電子ビーム源より出力される電子ビームに蛍光体を励起するのに十分なエネルギーを付与する為の加速電圧である。
【０１６３】
次に、走査回路１７０２について説明する。同回路は、内部にｍ個のスイッチング素子（図中、Ｓ１ないしＳｍで模式的に示されている）を備えるもので、各スイッチング素子は、直流電圧源Ｖｘの出力電圧もしくは０［Ｖ］（グランドレベル）のいずれか一方を選択し、表示パネル１７０１の端子Ｄｘ１ないしＤｘｍと電気的に接続するものである。Ｓ１ないしＳｍの各スイッチング素子は、制御回路１７０３が出力する制御信号Ｔscanに基づいて動作するものだが、実際にはたとえばＦＥＴのようなスイッチング素子を組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。なお、前記直流電圧源Ｖｘは、図３１に例示した電子放出素子の特性に基づき走査されていない素子に印加される駆動電圧が電子放出しきい値電圧Ｖｔｈ電圧以下となるよう、一定電圧を出力するよう設定されている。
【０１６４】
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もつものである。次に説明する同期信号分離回路１７０６より送られる同期信号Ｔsyncに基づいて、各部に対してＴscanおよびＴsft およびＴmry の各制御信号を発生する。同期信号分離回路１７０６は、外部から入力されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から、同期信号成分と輝度信号成分とを分離する為の回路で、良く知られているように周波数分離（フィルタ）回路を用いれば容易に構成できるものである。同期信号分離回路１７０６により分離された同期信号は、良く知られるように垂直同期信号と水平同期信号より成るが、ここでは説明の便宜上、Ｔsync信号として図示した。一方、前記テレビ信号から分離された画像の輝度信号成分を便宜上ＤＡＴＡ信号と表すが、同信号はシフトレジスタ１７０４に入力される。
【０１６５】
シフトレジスタ１７０４は、時系列的にシリアルに入力される前記ＤＡＴＡ信号を、画像の１ライン毎にシリアル／パラレル変換するためのもので、前記制御回路１７０３より送られる制御信号Ｔsft に基づいて動作する。すなわち、制御信号Ｔsft は、シフトレジスタ１７０４のシフトクロックであると言い換えることもできる。シリアル／パラレル変換された画像１ライン分（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当する）のデータは、Ｉｄ１ないしＩｄｎのｎ個の信号として前記シフトレジスタ１７０４より出力される。
【０１６６】
ラインメモリ１７０５は、画像１ライン分のデータを必要時間の間だけ記憶する為の記憶装置であり、制御回路１７０３より送られる制御信号Ｔmry にしたがって適宜Ｉｄ１ないしＩｄｎの内容を記憶する。記憶された内容は、Ｉ′ｄ１ないしＩ′ｄｎとして出力され、変調信号発生器１７０７に入力される。
【０１６７】
変調信号発生器１７０７は、前記画像データＩ′ｄ１ないしＩ′ｄｎの各々に応じて、電子放出素子１０１５の各々を適切に駆動変調する為の信号源で、その出力信号は、端子Ｄｙ１ないしＤｙｎを通じて表示パネル１７０１内の電子放出素子１０１２に印加される。
【０１６８】
図３１を用いて説明したように、本発明に係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３１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。
【０１６９】
従って、入力信号に応じて、電子放出素子を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅変調方式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際しては、変調信号発生器１７０７として、一定長さの電圧パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜パルスの波高値を変調するような電圧変調方式の回路を用いることができる。また、パルス幅変調方式を実施するに際しては、変調信号発生器１７０７として、一定の波高値の電圧パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パルスの幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を用いることができる。
【０１７０】
シフトレジスタ１７０４やラインメモリ１７０５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。
【０１７１】
デジタル信号式を用いる場合には、同期信号分離回路１７０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化する必要があるが、これには同期信号分離回路１７０６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１７０５の出力信号がデジタル信号かアナログ信号かにより、変調信号発生器に用いられる回路が若干異なったものとなる。すなわち、デジタル信号を用いた電圧変調方式の場合、変調信号発生器１７０７には、例えばＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増幅回路などを付加する。パルス幅変調方式の場合、変調信号発生器１７０７には、例えば高速の発振器および発振器の出力する波数を計数する計数器（カウンタ）および計数器の出力値と前記メモリの出力値を比較する比較器（コンパレータ）を組み合わせた回路を用いる。必要に応じて、比較器の出力するパルス幅変調された変調信号を電子放出素子の駆動電圧にまで電圧増幅するための増幅器を付加することもできる。
【０１７２】
アナログ信号を用いた電圧変調方式の場合、変調信号発生器１７０７には、例えばオペアンプなどを用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてシフトレベル回路などを付加することもできる。パルス幅変調方式の場合には、例えば、電圧制御型発振回路（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。
【０１７３】
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乃至Ｄｘｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを介して電圧を印加することにより、電子放出が生じる。高圧端子Ｈｖを介してメタルバックあるいは透明電極（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。
【０１７４】
ここで述べた画像表示装置の構成は、本発明を適用可能な画像形成装置の一例であり、本発明の思想に基づいて種々の変形が可能である。入力信号についてはＮＴＳＣ方式を挙げたが、入力信号はこれに限るものではなく、ＰＡＬ，ＳＥＣＡＭ方式など他、これらより多数の走査線からなるＴＶ信号（ＭＵＳＥ方式をはじめとする高品位ＴＶ）方式をも採用できる。
【０１７５】
（はしご型電子源）
次に、前述のはしご型配置電子源基板およびそれを用いた画像表示装置について図４２および図４３を用いて説明する。
【０１７６】
図４２において、１１１０は電子源基板、１１１１は電子放出素子、１１１２のＤｘ１〜Ｄｘ１０は前記電子放出素子に接続する共通配線である。電子放出素子１１１１は、基板１１１０上に、Ｘ方向に並列に複数個配置される（これを素子行と呼ぶ）。この素子行を複数個基板上に配置し、はしご型電子源基板となる。各素子行の共通配線間に適宜駆動電圧を印加することで、各素子行を独立に駆動することが可能になる。すなわち、電子ビームを放出させる素子行には、電子放出閾値以上の電圧の電子ビームを、放出させない素子行には電子放出閾値未満の電圧を印加すればよい。また、各素子行間の共通配線Ｄｘ２〜Ｄｘ９を、例えばＤｘ２、Ｄｘ３を同一配線とするようにしてもよい。
【０１７７】
図４３は、はしご型配置の電子源を備えた画像形成装置の構造を示す図である。１１２０はグリッド電極、１１２１は電子が通過するための空孔、１１２２はＤｏｘ１、Ｄｏｘ２…Ｄｏｘｍよりなる容器外端子、１１２３はグリッド電極１１２０と接続されたＧ１、Ｇ２…Ｇｎからなる容器外端子、１１２４は前述のように各素子行間の共通配線を同一配線とした電子源基板である。なお、図４２、図４３と同一の符号は同一の部材を示す。前述の単純マトリクス配置の画像形成装置との違いは、電子源基板１１２４とフェースプレート１０８６の間にグリッド電極１１２０を備えていることである。
【０１７８】
前述のパネル構造は、電子源配置が、マトリクス配線やはしご型配置のいずれの場合でも、大気圧構造上必要に応じて、フェースプレートとリアプレートの間にスペーサ部材（不図示）を設けることができる。
【０１７９】
基板１１２４とフェースプレート１０８６の中間には、グリッド電極１１２０が設けられている。グリッド電極１１２０は、表面伝導型電子放出素子から放出された電子ビームを変調することができるもので、はしご型配置の素子行と直交して設けられたストライプ状の電極に電子ビームを通過させるため、各素子に対応して１個ずつ円形の開口１１２１が設けられている。グリッドの形状や設置位置は必ずしも図４３のようなものでなくともよく、開口としてメッシュ状に多数の通過口を設けることもあり、また例えば表面伝導型電子放出素子の周囲や近傍に設けてもよい。材料としては、導電性のあるもので且つ熱膨張率が表示パネル材に近いものが好ましい。たとえば、表示パネル材が青板ガラスとすると、４２６合金等がある。
【０１８０】
容器外端子１１２２およびグリッド容器外端子１１２３は、不図示の制御回路と電気的に接続されている。
【０１８１】
本画像形成装置では、素子行を１列ずつ順次駆動（走査）していくのと同期してグリッド電極列に画像１ライン分の変調信号を同時に印加することにより、各電子ビームの蛍光体への照射を制御し、画像を１ラインずつ表示することができる。
【０１８２】
また、本発明によればテレビジョン放送の表示装置のみならずテレビ会議システム、コンピュータ等の表示装置に適した画像形成装置を提供することができる。さらには感光性ドラム等で構成された光プリンターとしての画像形成装置として用いることもできる。
【０１８３】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳述する。
【０１８４】
［参考例１］
本参考例で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＝１８０、Ｍ＝６０）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３２参照）したマルチ電子ビーム源を用いた。
【０１８５】
本参考例で用いる構造支持体（スペーサ）を以下のように作成した。板状形状の青板ガラス（ソーダライムガラス）を切削加工、研磨することにより、図１に示すように、電子源（カソード）側と電子線被照射部（アノード）側とを結ぶ線分を含む面の断面形状の広がり角θ＝２９度となるように作製した。なお、構造支持体の作成方法は切削加工に限定されることなく、モールド法や押し出し成形法、加熱延伸法でもよい。
【０１８６】
構造支持体の寸法は長手方向４０ｍｍ、底面幅０．１ｍｍ、高さ０．２ｍｍであり、θ＝２９度であるので、上面幅は約０．３２ｍｍである。図１に示すスペーサの側面、正面方向から見た断面図をそれぞれ図３、図４に示す。この構造支持体を行方向配線上に配置し、導電性フリットガラスを用いて構造支持体の底面と上面をそれぞれ行方向配線、アノード電極（黒色導電体）と電気的に接続して、電位を規定している。導電性フリッドガラスはフリットガラスに、表面を金コーティングした導電性微粒子を混合したものを使用している。本参考例では、上述のスペーサを使用し図３２に示す表示パネルを作製した。
【０１８７】
以下、図３２および図３３を用いて詳述する。まず、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基板１０１１を、リアプレート１０１５に固定した。電子源基板の作製方法は実施態様で示した通りである。次に、ソーダライムガラスからなる広がり角θを設けた絶縁性部材の構造支持体１０２０を基板１０１１の行方向配線１０１３上に等間隔で、行方向配線１０１３と平行に固定した。その後、基板１０１１の０．２ｍｍ上方に、内面に蛍光膜１０１８とブラックストライプという黒色導電体（不図示）が付設されたフェースプレート１０１７を側壁１０１６を介し配置し、リアプレート１０１５、フェースプレート１０１７、側壁１０１６およびスペーサ１０２０の各接合部を固定した。なお、側壁１０１６の真空側の面には前述した広がり角θを設けてある。
【０１８８】
基板１０１１とリアプレート１０１５の接合部、リアプレート１０１５と側壁１０１６の接合部、およびフェースプレート１０１７と側壁１０１６の接合部は、フリットガラス（不図示）を塗布し、大気中で４００℃乃至５００℃で１０分以上焼成することで封着した。
【０１８９】
また、スペーサ１０２０は、基板１０１１側では行方向配線１０１３（線幅３００［マイクロメートル］）上に、フェースプレート１０１７側では行方向ブラックストライプ上に、導電性のフィラーあるいは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、上記気密容器の封着と同時に、大気中で４００℃乃至５００℃で１０分以上焼成することで、接着しかつ電気的な接続も行った。
【０１９０】
なお、本参考例においては、蛍光膜１０１８は、図２４に示すように、各色蛍光体が列方向（Ｙ方向）に延びるストライプ形状を採用し、黒色の導電体１０１０は各色蛍光体（Ｒ，Ｇ，Ｂ）間だけでなく、Ｙ方向の各画素間をも分離するように配置された蛍光膜が用いられ、スペーサ１０２０は、行方向（Ｘ方向）に平行な黒色の導電体１０１０領域（線幅３５０［マイクロメートル］）内に配置された。なお、前述の封着を行う際には、各色蛍光体と基板１０１１上に配置された各素子とを対応させなくてはいけないため、リアプレート１０１５、フェースプレート１０１７およびスペーサ１０２０は十分な位置合わせを行った。
【０１９１】
以上のようにして完成した気密容器内を排気管（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Ｄｘ１〜ＤｘｍとＤｙ１〜Ｄｙｎを通じ、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前述の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マルチ電子ビーム源を製造した。
【０１９２】
次に、１０-6［Ｔｏｒｒ］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（気密容器）の封止を行った。
【０１９３】
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。
【０１９４】
以上のように完成した、図３２および図３３に示されるような表示パネルを用いた画像表示装置において、各冷陰極素子（表面伝導型放出素子）１０１２には、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎを通じ、走査信号およ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、透明導電膜（不図示）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１０１８に電子を衝突させ、各色蛍光体（図２４のＲ，Ｇ，Ｂ）を励起・発光させることで画像を表示した。なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは０．５［ｋＶ］ないし１［ｋＶ］、各配線１０１３，１０１４間への印加電圧Ｖｆは１４［Ｖ］とした。
【０１９５】
比較例として、広がり角θ＝０、９、１５、３２、４０（度）の構造支持体を作製し、上記に示した通りの方法で表示パネルを作製し、本参考例に基づく表示パネルとの比較検討を行った。スペーサ１０２０と側壁部１０１６に近い位置にある冷陰極素子１０１２からの放出電子による発光スポットも含め、すべての２次元状の発光スポット列に歪みや色ずれが無いかを全面白出力或いは画像出力を行い、主観的に評価を行った。その結果を図６に示す。
【０１９６】
等間隔の発光スポット列が形成され歪みや色ずれが気にならない程度のものはθ＝９度から３２度であり、全くないものはθ＝２９度であった。また、θ＝４０度は広がり角が大きいためにビームが構造支持体上部に直接入射してしまったと考えられる。上限の角度は画素ピッチとも関連しており、画素ピッチの大きな粗い画像形成装置にはさらに大きな角度でも適用できる可能性はある。
【０１９７】
放電耐圧に関しては、広がり角θ＝０の場合と比較を行った結果、θ＝９〜４０（度）のいずれにおいても、放電耐圧の向上が確認された。ここで、放電耐圧とは放電が生じる上限のアノード電圧をいう。
【０１９８】
本参考例に基づいた構造支持体を用いることにより、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、放電耐圧が高く、スペーサ１０２０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。なお、広がり角が４０度の場合には、電子線が構造支持体に直接当たってしまい、ビームずれ量の上限に関しては、本参考例では確認できなかった。
【０１９９】
従来のθ＝０度と比較して、効果が見られるのは
【０２００】
【数１３】
【０２０１】
であることが確認された。
【０２０２】
また、図４２と図４３に示すように（構造支持体は不図示）、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＝１８０、Ｍ＝６０）の表面伝導型放出素子を配置したはしご型配置電子源基板をマルチ電子ビーム源として用いた場合についても、上記と同様の検討を行った。なお、基板とグリッド電極間、グリッド電極とフェースプレート間のそれぞれに構造支持体を設置しているため、構造は複雑となっている。その結果、マトリクス配置電子源基板の場合と全く同様の効果が得られ、本発明の有効性、有用性が示された。
【０２０３】
［参考例２］
本参考例で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＝１８０、Ｍ＝６０）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３２参照）したマルチ電子ビーム源を用いた。
【０２０４】
本参考例で作製した構造支持体は、ベース材のアルミナの表面に三酸化クロムを真空蒸着にて薄膜形成した。なお、薄膜形成法は真空蒸着法に限定されること無く、スパッタ法、イオンプレーティング法、ディッピング法、スプレー法等が使用できる。薄膜形成後、大気雰囲気で９００℃、８時間の焼成を行った。また、図５に示したように、側壁が広がり角θ＝７度となるようにアルミナを切削加工、研磨して作製した。構造支持体の寸法は長手方向４０ｍｍ、底面幅０．１ｍｍ、高さ０．２ｍｍであり、θ＝７度であるので、上面幅は約０．１５ｍｍである。この構造支持体を行方向配線上に配置し、導電性フリットガラスを用いて構造支持体の下面と上面をそれぞれ行方向配線、黒色の導電体１０１０領域（線幅３５０［マイクロメートル］）に配置し、アノード電極と電気的に接続して、電位を規定している。導電性フリットガラスはフリットガラスに、表面を金コーティングした導電性微粒子を混合したものを使用している。
【０２０５】
本参考例では、表示パネルのその他の構成や作製方法は図３２の参考例１と同様であるので省略する。
【０２０６】
図３２および図３３に示されるような表示パネルを用いた画像表示装置において、各冷陰極素子（表面伝導型放出素子）１０１２には、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎを通じ、走査信号およ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、透明導電膜であるＩＴＯ膜（不図示）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１０１８に電子を衝突させ、各色蛍光体２１ａ（図２４のＲ，Ｇ，Ｂ）を励起、発光させることで画像を表示した。なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは０．５［ｋＶ］ないし１［ｋＶ］、各配線１０１３，１０１４間への印加電圧Ｖｆは１４［Ｖ］とした。
【０２０７】
比較例として、広がり角θ＝０、３、１５、３２、４０（度）の構造支持体を作製し、上記に示した通りの方法で表示パネルを作製し、本参考例に基づく表示パネルとの比較検討を行った。スペーサ１０２０と側壁部１０１６に近い位置にある冷陰極素子１０１２からの放出電子による発光スポットも含め、すべての２次元状の発光スポット列に歪みや色ずれが無いかを全面白出力或いは画像出力を行い、主観的に評価を行った。その結果を図７に示す。等間隔の発光スポット列が形成され歪みや色ずれが気にならない程度のものはθ＝２度から１５度であった。放電耐圧に関しては広がり角θ＝０の場合と比較を行った結果、θ＝３〜４０度のいずれにおいても、放電耐圧の向上が確認された。つまり本参考例に基づいた構造支持体を用いることにより、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、放電耐圧が高く、スペーサ１０２０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。なお、θ＝４０度の構造支持体は直接ビームが構造支持体上部に入射してしまい、ビームずれという評価はできなかった。
【０２０８】
従来のθ＝０度と比較して、効果が見られるのは
【０２０９】
【数１４】
【０２１０】
であることが確認された。
【０２１１】
また、図４２と図４３に示すように（構造支持体は不図示）、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＝３６０、Ｍ＝１２０）の表面伝導型放出素子を配置したはしご型配置電子源基板をマルチ電子ビーム源として用いた場合についても、上記と同様の検討を行った。その結果、マトリクス配置電子源基板の場合と全く同様であり、本発明の有効性、有用性が示された。
【０２１２】
［参考例３］
本参考例で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＝１８０、Ｍ＝６０）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３２参照）したマルチ電子ビーム源を用いた。
【０２１３】
本参考例で用いる構造支持体は図２に示す円錐形状のものである。構造支持体の材料にはアルミナを使用し、切削加工と研磨により作製した。広がり角θはθ＝２１度であり、カソード側直径φ５０μｍ、アノード直径はφ２００μｍ、そして高さは２００μｍである。
【０２１４】
この構造支持体を行、列方向配線の交点直上の行方向配線の上に配置し、導電性フリットガラスを用いて構造支持体の底面と上面をそれぞれ行方向配線、アノード電極（黒色導電体）と電気的に接続して、電位を規定している。導電性フリットガラスはフリットガラスに、表面を金コーティングした導電性微粒子を混合したものを使用している。
【０２１５】
本参考例では、表示パネルのその他の構成や作製方法は図３２の参考例１と同様であるので省略する。
【０２１６】
以上のように完成した、図３４および図３５に示されるような表示パネルを用いた画像表示装置において、各冷陰極素子（表面伝導型放出素子）１０１２には、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎを通じ、走査信号およ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１０１８に電子を衝突させ、各色蛍光体（図２４のＲ，Ｇ，Ｂ）を励起・発光させることで画像を表示した。なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは０．５［ｋＶ］ないし１［ｋＶ］、各配線１０１３，１０１４間への印加電圧Ｖｆは１４［Ｖ］とした。
【０２１７】
比較例として、広がり角θ＝０、７、３６、４０（度）の構造支持体を作製し、上記に示した通りの方法で表示パネルを作製し、本参考例に基づく表示パネルとの比較検討を行った。スペーサ１０２０と側壁部１０１６に近い位置にある冷陰極素子１０１２からの放出電子による発光スポットも含め、すべての２次元状の発光スポット列に歪みや色ずれが無いかを主観的に評価を行い、その結果を図８に示す。等間隔の発光スポット列が形成され歪みや色ずれが気にならない程度のものはθ＝７度から３６度であった。放電耐圧に関しては広がり角θ＝０の場合と比較を行った結果、θ＝７〜４０（度）のいずれにおいても、放電耐圧の向上が確認された。つまり本参考例に基づいた構造支持体を用いることにより、放電耐圧が高く、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１０２０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。なお、θ＝４０度の構造支持体は直接ビームが入射してしまい、ビームずれという評価はできなかった。
【０２１８】
従来のθ＝０度と比較して、効果が見られるのは、
【０２１９】
【数１５】
【０２２０】
であることが確認された。
【０２２１】
さらに構造支持体材料として、θ＝２９度のジルコニア、或いはアルミナとジルコニアの混合体を使用した場合においても、同様の効果が得られた。
【０２２２】
また、図４２と図４３に示すように（構造支持体は不図示）、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＝１８０、Ｍ＝６０）の表面伝導型放出素子を配置したはしご型配置電子源基板をマルチ電子ビーム源として用いた場合についても、上記と同様の検討を行った。その結果、マトリクス配置電子源基板の場合と全く同様であり、本発明の有効性、有用性が示された。
【０２２３】
次に、構造支持体の断面形状が略台形形状を多段に重ねた構造である実施例１〜３について説明する。以下に述べる各実施例においても、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３６参照）したマルチ電子ビーム源を用いた。
【０２２４】
［実施例１］
本実施例で用いる構造支持体（スペーサ）を以下のように作成した。板状形状の青板ガラス（ソーダライムガラス）を図９に示すように、電子源（カソード）側と電子線被照射部（アノード）側とを結ぶ線分を含む面の断面形状の広がり角θ＝２９度となるように切削加工、研磨して作製した。構造支持体の寸法は長手方向４０ｍｍ、底面幅０．２ｍｍ、上面幅は０．４ｍｍ、高さ約３ｍｍであり、θ＝２９度である。なお、ピッチｈは０．１８ｍｍである。
【０２２５】
図９に示すスペーサの側面、正面方向から見た断面図をそれぞれ図１１、図１２に示す。構造支持体２０の水平部（平坦部）にはＡｌ薄膜からなる電極２１を設置している。作製方法はレジスト塗布パターニング後、アノード側となる方向からＡｌを斜方蒸着し、エッチングを行うことにより形成した。この構造支持体を行方向配線上に配置し、導電性フリットガラスを用いて構造支持体の底面と上面をそれぞれ行方向配線、アノード電極と電気的に接続して、電位を規定している。導電性フリットガラスはフリットガラスに、表面を金コーティングした導電性微粒子を混合したものを使用している。本実施例では、上述のスペーサを使用し図３６に示す表示パネルを作製した。
【０２２６】
以下、図３６および図３７を用いて詳述する。まず、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基板１０１１を、リアプレート１０１５に固定した。電子源基板の作製方法は実施の形態で示した通りである。次に、ソーダライムガラスからなる広がり角θを設けた多段構造の絶縁性部材の構造支持体１０２０を基板１０１１の行方向配線１０１３上に等間隔で、行方向配線１０１３と平行に固定した。その後、基板１０１１の３ｍｍ上方に、内面に蛍光膜１０１８とメタルバック１０１９が付設されたフェースプレート１０１７を側壁１０１６を介し配置し、リアプレート１０１５、フェースプレート１０１７、側壁１０１６およびスペーサ１０２０の各接合部を固定した。なお、側壁１０１６の真空側の面には前述した構造支持体１０２０と同様に広がり角θの多段構造を設けてある。
【０２２７】
基板１０１１とリアプレート１０１５の接合部、リアプレート１０１５と側壁１０１６の接合部、およびフェースプレート１０１７と側壁１０１６の接合部は、フリットガラス（不図示）を塗布し、大気中で４００℃乃至５００℃で１０分以上焼成することで封着した。
【０２２８】
また、スペーサ１０２０は、基板１０１１側では行方向配線１０１３（線幅３００［マイクロメートル］）上に、フェースプレート１０１７側ではメタルバック１０１９面上に、導電性のフィラーあるいは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、上記気密容器の封着と同時に、大気中で４００℃乃至５００℃で１０分以上焼成することで、接着しかつ電気的な接続も行った。
【０２２９】
なお、本実施例においては、蛍光膜１０１８は、図２４に示すように、各色蛍光体が列方向（Ｙ方向）に延びるストライプ形状を採用し、黒色の導電体１０１０は各色蛍光体（Ｒ、Ｇ、Ｂ）間だけでなく、Ｙ方向の各画素間をも分離するように配置された蛍光膜が用いられ、スペーサ１０２０は、行方向（Ｘ方向）に平行な黒色の導電体１０１０領域（線幅５００［マイクロメートル］）内にメタルバック１０１９を介して配置された。なお、前述の封着を行う際には、各色蛍光体と基板１０１１上に配置された各素子とを対応させなくてはいけないため、リアプレート１０１５、フェースプレート１０１７およびスペーサ１０２０は十分な位置合わせを行った。
【０２３０】
以上のようにして完成した気密容器内を排気管（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Ｄｘ１〜ＤｘｍとＤｙ１〜Ｄｙｎを通じ、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前述の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マルチ電子ビーム源を製造した。
【０２３１】
次に、１０-6［Ｔｏｒｒ］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（気密容器）の封止を行った。
【０２３２】
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。
【０２３３】
以上のように完成した、図３６および図３７に示されるような表示パネルを用いた画像表示装置において、各冷陰極素子（表面伝導型放出素子）１０１２には、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎ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１０１９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１０１８に電子を衝突させ、各色蛍光体（図２４のＲ、Ｇ、Ｂ）を励起・発光させることで画像を表示した。なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは３［ｋＶ］ないし１０［ｋＶ］、各配線１０１３，１０１４間への印加電圧Ｖｆは１４［Ｖ］とした。
【０２３４】
比較例として、構造支持体１０２０の突起長ｄ＝０．１ｍｍを固定して、広がり角θ＝０、９、１５、４０、６０（度）の構造支持体を作製し、上記に示した通りの方法で表示パネルを作製し、本発明に基づく表示パネルとの比較検討を行った。スペーサ１０２０と側壁部１０１６に近い位置にある冷陰極素子１０１２からの放出電子による発光スポットも含め、すべての２次元状の発光スポット列に歪みや色ずれが無いかを全面白発光および動画表示し、主観的評価を行った。その結果を図１３に示す。
【０２３５】
等間隔の発光スポット列が形成され歪みや色ずれが気にならない程度のものはθ＝９度から６０度であった。１）放電耐圧に関しては、広がり角θ＝０の場合と比較を行った結果、θ＝９〜６０（度）のいずれにおいても、放電耐圧の向上が確認された。２）また図１１、図１２中の電極２１のない構造支持体に関しても検討を行った結果、発光スポット列のずれはいずれのθにおいてもやや大きくなっている傾向が見られた。つまり本発明に基づいた構造支持体を用いることにより、放電耐圧が高く、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１０２０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。
【０２３６】
従来のθ＝０度と比較して、効果が見られるのは
【０２３７】
【数１６】
【０２３８】
であることが確認された。
【０２３９】
また、図４２と図４３に示すように（構造支持体は不図示）、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配置したはしご型配置電子源基板をマルチ電子ビーム源として用いた場合についても、上記と同様の検討を行った。その結果、マトリクス配置電子源基板の場合と全く同様であり、本発明の有効性、有用性が示された。
【０２４０】
［実施例２］
本実施例で作製した構造支持体は、ベース材はアルミナであるが、表面に三酸化クロムを真空蒸着にて薄膜形成した。なお、薄膜形成法は真空蒸着法に限定されること無く、スパッタ法、イオンプレーティング法、ディッピング法、スプレー法等が使用できる。成膜後、大気雰囲気９００℃で８時間の焼成を行った。図５に示したように、側壁が広がり角θ＝７度である多段構造となるようにアルミナを切削加工、研磨して作製した。構造支持体の寸法は長手方向４０ｍｍ、底面幅０．２ｍｍ、上面幅は０．４ｍｍ、高さ約２．４ｍｍであり、θ＝７度である。なお、ピッチｈは約０．８１ｍｍである。この構造支持体を行方向配線上に配置し、導電性フリットガラスを用いて構造支持体の底面と上面をそれぞれ行方向配線、アノード電極と電気的に接続して、電位を規定している。導電性フリットガラスはフリットガラスに、表面を金コーティングした導電性微粒子を混合したものを使用している。本実施例では、上述のスペーサを使用し図３６に示す表示パネルを作製した。
【０２４１】
本実施例では、表示パネルのその他の構成や作製方法は図３６の実施例１と同様であるので省略する。
【０２４２】
図３６および図３７に示されるような表示パネルを用いた画像表示装置において、各冷陰極素子（表面伝導型放出素子）１０１２には、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎ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１０１９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１０１８に電子を衝突させ、各色蛍光体２１ａ（図２４のＲ、Ｇ、Ｂ）を励起・発光させることで画像を表示した。なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは３［ｋＶ］ないし１０［ｋＶ］、各配線１０１３，１０１４間への印加電圧Ｖｆは１４［Ｖ］とした。
【０２４３】
比較例として、構造支持体１０２０の突起長ｄ＝０．１ｍｍを固定して、広がり角θ＝０、２、１５、４０（度）の構造支持体を作製し、上記に示した通りの方法で表示パネルを作製し、本発明に基づく表示パネルとの比較検討を行った。スペーサ１０２０と側壁部１０１６に近い位置にある冷陰極素子１０１２からの放出電子による発光スポットも含め、すべての２次元状の発光スポット列に歪みや色ずれが無いかを全面白発光および動画表示し、主観的に評価を行った。その結果を図１４に示す。等間隔の発光スポット列が形成され歪みや色ずれが気にならない程度のものはθ＝２度から１５度であった。放電耐圧に関しては、広がり角θ＝０の場合と比較を行った結果、θ＝２〜４０（度）のいずれにおいても、放電耐圧の向上が確認された。また、図１１、図１２中の電極２１のない構造支持体に関しても検討を行った結果、発光スポット列のずれはいずれのθにおいても弱千、大きくなる傾向が見られた。つまり本発明に基づいた構造支持体を用いることにより、放電耐圧が高く、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１０２０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。
【０２４４】
従来のθ＝０度と比較して、効果が見られるのは
【０２４５】
【数１７】
【０２４６】
であることが確認された。
【０２４７】
また、図４２と図４３に示すように（構造支持体は不図示）、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配置したはしご型配置電子源基板をマルチ電子ビーム源として用いた場合についても、上記と同様の検討を行った。その結果、マトリクス配置電子源基板の場合と全く同様であり、本発明の有効性、有用性が示された。
【０２４８】
［実施例３］
本実施例で用いる構造支持体は図１０に示す円錐形状のものである。構造支持体の材料にはアルミナを使用し、モールド法により作製した。その後、仕上げ研磨を行い、表示パネルに使用する構造支持体とした。広がり角θはθ＝２１度であり、カソード側の最細部直径φ２００μｍ、アノード側の最太部直径φ４００μｍ、つまり突起長ｄ＝０．１ｍｍであり、ピッチは０．２６ｍｍである。なお、構造支持体の高さは０．５２ｍｍとし、二段構造の構造支持体である。
【０２４９】
この構造支持体を行、列方向配線の交点直上の行方向配線の上に配置し、導電性フリットガラスを用いて構造支持体の底面と上面をそれぞれ行方向配線、アノード電極と電気的に接続して、電位を規定している。導電性フリットガラスはフリットガラスに、表面を金コーティングした導電性微粒子を混合したものを使用している。
【０２５０】
本実施例では、表示パネルのその他の構成や作製方法は図３６の実施例１と同様であるので省略する。
【０２５１】
以上のようにして完成した、図３８および図３９に示されるような表示パネルを用いた画像表示装置において、各冷陰極素子（表面伝導型放出素子）１０１２には、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎ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１０１９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１０１８に電子を衝突させ、各色蛍光体（図２４のＲ、Ｇ、Ｂ）を励起・発光させることで画像を表示した。なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは０．５［ｋＶ］ないし３［ｋＶ］、各配線１０１３，１０１４間への印加電圧Ｖｆは１４［Ｖ］とした。なお、本実施例３では加速電圧が低いため、メタルバック（図３８、図３９中）を略した構造をとっている。
【０２５２】
比較例として、構造支持体１０２０の突起長ｄ＝０．１ｍｍを固定して、広がり角θ＝０、７、４２、６０（度）の構造支持体を作製し、上記に示した通りの方法で表示パネルを作製し、本発明に基づく表示パネルとの比較検討を行った。スペーサ１０２０と側壁部１０１６に近い位置にある冷陰極素子１０１２からの放出電子による発光スポットも含め、すべての２次元状の発光スポット列に歪みや色ずれが無いかを全面白発光および動画表示し、主観的に評価を行った。その結果を図１５に示す。等間隔の発光スポット列が形成され歪みや色ずれが気にならない程度のものはθ＝７度から４２度であった。放電耐圧に関しては広がり角θ＝０の場合と比較を行った結果、θ＝７〜６０（度）のいずれにおいても、放電耐圧の向上が確認された。つまり本発明に基づいた構造支持体を用いることにより、放電耐圧の高い、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１０２０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。
【０２５３】
従来のθ＝０度と比較して、効果が見られるのは
【０２５４】
【数１８】
【０２５５】
であることが確認された。
【０２５６】
さらに、構造支持体として、θ＝２９度のジルコニア、そしてアルミナとジルコニアの混合体を使用した場合においても、同様の効果が得られた。
【０２５７】
また、図４２と図４３に示すように（構造支持体は不図示）、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配置したはしご型配置電子源基板をマルチ電子ビーム源として用いた場合についても、上記と同様の検討を行った。その結果、マトリクス配置電子源基板の場合と全く同様であり、本発明の有効性、有用性が示された。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係わる構造支持体の概略斜視図である。
【図２】 本発明に係わる他の構造支持体の概略斜視図である。
【図３】 本発明に係わる構造支持体の側面図である。
【図４】 本発明に係わる構造支持体の正面図である。
【図５】 本発明における実施例で使用した構造支持体の材料物性一覧を示す図である。
【図６】 本発明に係わる第一の参考例の主観評価結果を示す図である。
【図７】 本発明に係わる第二の参考例の主観評価結果を示す図である。
【図８】 本発明に係わる第三の参考例の主観評価結果を示す図である。
【図９】 本発明における実施例の構造支持体の概略斜視図である。
【図１０】 本発明における他の実施例の構造支持体の概略斜視図である。
【図１１】 本発明における実施例の構造支持体の側面図である。
【図１２】 本発明における実施例の構造支持体の正面図である。
【図１３】 本発明における第一の実施例の主観評価結果を示す図である。
【図１４】発明における第二の実施例の主観評価結果を示す図である。
【図１５】 本発明における第三の実施例の主観評価結果を示す図である。
【図１６】 二次電子放出係数δと入射エネルギーの関係の模式図である。
【図１７】 帯電が安定した状態における構造支持体表面の二次電子ホッピングを示す模式図である。
【図１８】 帯電が安定した状態における傾斜面を有する構造支持体表面の二次電子ホッピングを示す模式図である。
【図１９】 帯電が安定した状態における傾斜面を有する構造支持体表面の二次電子ホッピングを示す詳細図である。
【図２０】 本発明の多段形状の帯電安定状態における電子線のホッピング模式図である。
【図２１】 本発明における構造支持体の許容角度を求める方法を示す流れ図である。
【図２２】 本発明における構造支持体の許容角度を求める方法詳細図である。
【図２３】 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２４】 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２５】 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２６】 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２７】 通電フォーミング処理の際の印加電圧波形を示す図である。
【図２８】 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２９】 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３０】 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３１】 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３２】 本発明の参考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３３】 本発明の参考例である表示パネルのＡ−Ａ′断面図である。
【図３４】 本発明の参考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３５】 本発明の参考例である表示パネルのＡ−Ａ′断面図である。
【図３６】 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３７】 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３８】 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３９】 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４０】 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４１】 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４２】 はしご型配置電子源基板の平面図である。
【図４３】 はしご型配置電子源基板を用いた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４４】 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４５】 従来知られた表面伝導型放出素子の一例を示す図である。
【図４６】 従来知られたＦＥ型素子の一例を示す図である。
【図４７】 従来知られたＭＩＭ型素子の一例を示すである。
【図４８】 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】
１０１１ 基板
１０１２ 冷陰極素子
１０１３ 行方向配線
１０１４ 列方向配線
１０１５ リアプレート
１０１６ 側壁
１０１７ フェースプレート
１０１８ 蛍光膜
１０１９ メタルバック
１０２０ スペーサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線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２種類が知られている。このうち冷陰極素子では、たとえば表面伝導型放出素子や、電界放出型素子（以下ＦＥ型と記す）や、金属／絶縁層／金属型放出素子（以下ＭＩＭ型と記す）、などが知られている。
【０００３】
表面伝導型放出素子としては、たとえば、M.I.Elinson,Radio Eng.Electron Phys.,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、前記エリンソン等によるSnO2薄膜を用いたものの他に、Ａｕ薄膜によるもの［G.Dittmer:"Thin Solid Films",9,317(1972)］や、In2O3／SnO2薄膜によるもの［M.Hartwell and C.G.Fonstad:"IEEE Trans.ED Conf.",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４５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、前記導電性薄膜３００４の両端に一定の直流電圧、もしくは、例えば１Ｖ／分程度の非常にゆっくりとしたレートで昇圧する直流電圧を印加して通電し、導電性薄膜３００４を局所的に破壊もしくは変形もしくは変質せしめ、電気的に高抵抗な状態の電子放出部３００５を形成することである。尚、局所的に破壊もしくは変形もしくは変質した導電性薄膜３００４の一部には、亀裂が発生する。前記通電フォーミング後に導電性薄膜３００４に適宜の電圧を印加した場合には、前記亀裂付近において電子放出が行われる。
【０００７】
また、ＦＥ型の例は、たとえば、W.P.Dyke&W.W. Dolan,"Field emission",Advance in Electron Physics,8,89(1956)や、あるいは、 C.A.Spindt,"Physical properties of thin-film field emission cathodes with molybdenium cones",J.Appl.Phys.,47,5248(1976)などが知られている。
【０００８】
ＦＥ型の素子構成の典型的な例として、図４６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４６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,"Operation of tunnel-emission Devices,J.Appl.Phys.,32,646(1961)などが知られている。ＭＩＭ型の素子構成の典型的な例を図４７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、基板の熱溶融などの問題が発生しにくい。また、熱陰極素子がヒーターの加熱により動作するため応答速度が遅いのとは異なり、冷陰極素子の場合には応答速度が速いという利点もある。
【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、たとえば本出願人による特開昭６４−３１３３２号公報において開示されるように、多数の素子を配列して駆動するための方法が研究されている。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、画像記録装置などの画像形成装置や、荷電ビーム源、等が研究されている。
【００１４】
特に、画像表示装置への応用としては、たとえば本出願人による米国特許第５，０６６，８８３号や特開平２−２５７５５１号公報や特開平４−２８１３７号公報において開示されているように、表面伝導型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、たとえば本出願人による米国特許第４，９０４，８９５号に開示されている。また、ＦＥ型を画像表示装置に応用した例として、たとえば、R.Meyerらにより報告された平板型表示装置が知られている［R.Meyer:"Recent Development on Micro tips Display at LETI",Tech.Digest of 4th Int.Vacuum Microelectronics Conf.,Nagahama,pp.6〜9(1991)］。
【００１６】
また、ＭＩＭ型を多数個並べて画像表示装置に応用した例は、たとえば本出願人による特開平３−５５７３８号公報に開示されている。
【００１７】
上記のような電子放出素子を用いた画像形成装置のうちで、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替わるものとして注目されている。
【００１８】
図４８は平面型の画像表示装置をなす表示パネル部の一例を示す斜視図であり、内部構造を示すためにパネルの一部を切り欠いて示している。
【００１９】
図中、３１１５はリアプレート、３１１６は側壁、３１１７はフェースプレートであり、リアプレート３１１５、側壁３１１６およびフェースプレート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。
【００２０】
リアプレート３１１５には基板３１１１が固定されているが、この基板３１１１上には冷陰極素子３１１２が、Ｎ×Ｍ個形成されている（Ｎ，Ｍは２以上の正の整数であり、目的とする表示画素数に応じて適宜設定される。）。また、前記Ｎ×Ｍ個の冷陰極素子３１１２は、図４８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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
また、上記気密容器の内部は１０-6Ｔｏｒｒ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３１１７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４８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３１１７間は通常サブミリないし数ミリに保たれ、前述したように気密容器内部は高真空に保持されている。
【００２４】
以上説明した表示パネルを用いた画像表示装置は、容器外端子ＤｘｌないしＤｘｍ、Ｄｙｌ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。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した画像表示装置の表示パネルにおいては、以下のような問題点が生ずる場合があった。
【００２６】
第１に、冷陰極素子３１１２らの放出電子を加速するためにマルチビーム電子源とフェースプレート３１１７との間には数百Ｖ以上の高電圧（即ち１ｋＶ／ｍｍ以上の高電界）が印加されるため、構造支持体３１２０表面での沿面放電が懸念される。特に、上記のように構造支持体が帯電している場合は、三重点（真空と基板と構造支持体の接点）の電界強度が増大し、放電が誘発される可能性がある。また、上述の現象は側壁３１１６の近傍でも生じることが確認された。
【００２７】
第２に、構造支持体３１２０の近傍から放出された電子の一部が構造支持体３１２０に当たることにより、あるいはフェースプレート３１１７上の蛍光膜３１１８とメタルバック３１１９に衝突した電子が背面散乱されて構造支持体３１２０に当たることにより、構造支持体の帯電をひきおこす場合がある。この構造支持体の帯電により冷陰極素子３１１２から放出された電子はその軌道を曲げられ、蛍光体上の正規の位置とは異なる場所に到達し、構造支持体近傍の画像が歪んで表示されることになる。
【００２８】
これら問題点を解決するために、スペーサ（構造支持体）に微小電流が流れるようにして帯電を除去する提案がなされている（特開昭５７−１１８３５５号公報、特開昭６１−１２４０３１号公報）。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。ここで用いられている帯電防止膜は酸化スズ、あるいは酸化スズと酸化インジウム混晶薄膜や金属膜である。しかしながら、微小電流が流れる構造支持体の場合には画像形成装置の大型化に伴い、構造支持体の増加につれ無効電流が増し、消費電力の増大が問題となる。また、消費電力と帯電除去はトレードオフの関係にあり、両者を成立させる方策が切望されていた。
【００２９】
本発明は上記従来の構造支持体をより改善するものであり、消費電力の増加を抑え、放電耐圧のより高い、画像の歪の少ない構造支持体とそれを用いた画像形成装置或いは電子線装置を提供するものである。
【００３０】
【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、上記課題は以下の構成の構造支持体を有する電子線装置により改善されることを見出した。
【００３１】
すなわち、本発明の電子線装置は、電子を放出する電子源と、前記電子源より放出された電子を照射する電子線被照射部と、前記電子源と前記電子線被照射部との間に配置された構造支持体と、を有する電子線装置において、
前記構造支持体の前記電子源と前記電子線被照射部を結ぶ線分を含む面方向の断面形状が略台形形状を多段に重ねた構造であると共に該略台形形状の側壁部が前記電子源から前記電子線被照射部方向に次式で表される角度θの範囲で広がる構造を有することを特徴とするものである。
【００３２】
【数３】
ｋ＝（０．５（Ａｉ１／Ａｓ−１））0.5、Ａｉ１は前記構造支持体の二次電子放出係数が１となる最小エネルギー、Ａｓは前記構造支持体から放出される二次電子の平均初期放出エネルギー
ここで、「略台形形状」とは台形形状及び実質的に台形形状と見なせる台形形状に近い形状をいう。
【００３４】
【作用】
上記の構成により、構造支持体の帯電が安定した状態でほぼ平等電界を得ることが可能となる。すなわち、構造支持体近傍の電子放出素子から放出された電子はその軌道を偏向されることなく、所望の被電子照射部に到達することができ、更に三重点の電界も増大することがなく、結果として放電が抑制される。そのため、構造支持体の近傍の画像の歪みと放電という問題が解決される。
【００３５】
次に、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果得られた上記の形状作用について詳細に述べる。
【００３６】
電子線装置内の構造支持体の帯電はほとんどが電子線被照射部からの弾性、非弾性散乱電子（背面散乱電子）或いは電子源からの直接入射電子によって引き起こされている。つまり、電子線被照射部からの背面散乱電子或いは電子源からの直接入射電子が構造支持体へ衝突すると、構造支持体の表面から二次電子放出が生じる［A.J.DEKKER Solid State Phys.6(1958)271］。
【００３７】
二次電子と一次（入射）電子との比を広義の二次電子放出係数δと呼び、一次電子の入射エネルギーと入射角度に依存することが半経験式にて示されている［G.F.DIONNE,"Origin of secondary-electron-emission yield-curve parameters",J.Appl.Phys.46(1975)3347］。図１６は二次電子放出係数δと入射エネルギーＡの関係を角度ψ＝０、３０、６０度のときについて示す模式図である。二次電子放出係数δがδ＞１のときには、正帯電が生じ、δ＜１のときには負帯電、δ＝１のときには帯電が生じない。二次電子放出係数がδ＝１となる入射エネルギーは二箇所あり、勾配（ｄδ／ｄＡ）が正である小さな方の値をＡｉ１（第１クロスポイントエネルギー）、勾配が負である大きな方の値をＡｉ２（第２クロスポイントエネルギー）である。
【００３８】
本発明者らの詳細な実験的研究と数値シミュレーションにより、帯電の安定状態では、一次電子により生じた二次電子がＡｉ１というエネルギーで構造支持体の表面に何度も衝突して（ホッピングと呼ぶ）、電子線被照射部に到達する電場が形成されて安定していることが明らかになった。ホッピングの模式図を図１７に示す。電子源基板１１上に形成された電子源（不図示）から放出された電子がフェースプレート１７に衝突・背面散乱され、構造支持体２０に入射する。すると、構造支持体２０の表面から二次電子放出が生じ、二次電子がＡｉ１というエネルギーで構造支持体の表面をホッピングしてフェースプレート１７に到達するという状態が安定状態である。
【００３９】
この現象は、次のように説明できる。つまり、構造支持体中に正帯電しているところがあると、二次電子は正電荷に引き寄せられて、Ａｉ１以下の衝突エネルギーで衝突し負帯電し、正電荷を打ち消そうとする。逆に、負帯電しているところがあると、構造支持体への吸引力が弱まり、二次電子の飛翔距離が長くなるため、Ａｉ１以上の衝突エネルギーの二次電子が増加し、結果として正に帯電させる。このような自己調整機構が働いて、上述の安定状態が実現される。
【００４０】
さらに一般化させて構造支持体表面に傾斜角θのある系について図１８を参考しつつ考える。ここでは帯電が安定した状態で、電子軌道が偏向されない平等電界Ｅｙ（＝Ｖａ／ｄ，電子線被照射部と電子放出部の電位差Ｖａ、距離ｄ）となる場合を考える。二次電子が構造支持体２０の表面から鉛直方向に初期エネルギーＡｓで出射すると、平等電界であるから二次曲線（放物線）の軌道にて飛翔し、構造支持体の表面に再衝突する。その際の衝突エネルギーがＡｉ１という条件のもとで、傾斜角θ⊥の条件式を求めると次式に示す通りになる。
【００４１】
【数４】
上式中では、二次電子の出射角度を構造支持体表面の鉛直方向と仮定したが、余弦法則を考慮したほうが実際的であり、余弦法則を考慮した二次電子の平均衝突エネルギーを考える。図１９に示す通りに構造支持体法線方向の電界をＥξ、接線方向の電界をＥηとすると、帯電が安定した状態では次式が成立している［C.H.DE TOURREIL and K.D.SRIVASTAVA“Mechanism of surface charging of high-voltage insulators in vacuum”,IEEE Trans.Elect.Insulation,8,No.17(1973)］。
【００４３】
【数５】
但し、ｋ＝（０．５（Ａｉ１／Ａｓ−１））0.5 である。
【００４５】
次に、構造支持体法線方向の電界Ｅξ、接線方向の電界Ｅηを図１９に示すＥｘ、Ｅｙに回転角θの回転変換を行い、Ｅｘ＝０という条件を課すと次の式が得られる。
【００４６】
【数６】
但し、
【００４８】
【数７】
である。
【００５０】
上式は、構造支持体の表面が、電子源と電子線被照射部と結ぶ線から時計方向にθの傾きをなす場合に、帯電が安定した状態で電子源と電子線被照射部を結ぶ線の垂直方向電界Ｅｘが０となることを示している。
【００５１】
放電抑制作用に関して説明する。従来の構造支持体では帯電の進行と共に、図１７に示すような等ポテンシャル線となり、三重点の電界強度が増大し、電界放出素子により、放電が誘発されやすくなる。一方、構造支持体の側壁部が規定角θを有する場合には帯電の進行と共に図１８に示すように等ポテンシャル線が水平となり（水平方向電界＝０）、三重点（真空と構造支持体と基板の接点）の電界強度が増加することがない。そのため、放電耐圧も向上する。
【００５２】
また、上述の理論的背景に基づき、構造支持体が、側壁部の規定角θを有する略台形形状断面の多段構成である場合についても同様の効果が得られることが我々の詳細かつ注意深い考察と実験により明らかになった。つまり、図２０に示すように、構造支持体の表面が規定角θで多段に積み重なった構造の場合にも、個々の略台形形状部の側面部が上述の安定状態となるために、電場としては平等電界に近い状態で安定するものである。より好ましくは、構造支持体の水平部（平坦部）に金属等の導体からなる電極２１を設けると、ビームずれがより減少する。一般に金属は低二次電子放出材料であることと、側壁部の電荷との相殺により正帯電を抑制できることに起因する。これにより、高電圧（数ｋｖから十数ｋｖ）を印加するためにカソードとアノード間距離が数ｍｍ必要な電子線装置にも、電子線軌道を妨げることなく適用できるようになる。
【００５３】
つまり、本発明の構成に従うと帯電が安定した状態で平等電界が達成され、放電耐圧が高く帯電電荷を逃す微小電流を流す必要のない絶縁性の構造支持体を得ることができる。これにより、消費電力の増加もなく、さらにビーム軌道のずれによる画像の歪みの少ない電子線装置の提供を可能とするものである。
【００５４】
【発明の実施の形態】
まず、本発明で作成した構造支持体について、詳細に説明する。
【００５５】
図１は断面形状が略台形形状の板状形状の構造支持体の一態様を示すものである。図中の上側が電子線被照射部であるアノード側であり、下側が冷陰極電子源であるカソード側である。広がり角θは［３］、［４］式により材料物性によって決まるものであるが、θが大きくなるに従い帯電していない状態で、電子軌道が構造支持体に吸引される方向に作用する。吸引量は構造支持体の比誘電率等にも依存するため、採用した構造支持体により適時θが設定される。
【００５６】
なお、形状は板状形状に何ら限定されることはなく、図２に示すような円断面の円錐又は横断面が楕円の円錐でも同様の効果が得られる。すなわち、図３、図４に示すように、カソード側とアノード側を結ぶ線分を含む構造支持体の断面形状が略台形形状であり、その台形形状の側面部がカソード側からアノード側方向へ次式の［６］式で表される角度θの範囲で広がる構造を有していればその効果が得られる。
【００５７】
また、断面形状は図３に示す断面、図４に示す断面のいずれか一方が略台形状形状であっても本発明の効果を奏する。ただし、図３、図４に示す断面形状がともに略台形状形状であることがより望ましい。
【００５８】
図９は、本発明で作成した断面形状が略台形形状を多段に重ねた構造の板状形状の構造支持体の一実施態様を示すものである。図中の上側が電子線被照射部であるアノード側であり、下側が冷陰極電子源であるカソード側である。平坦部の電極は省略した。寸法は図１１、図１２に示す通り、長手方向に４０ｍｍ、高さ２ｍｍ、そして底辺幅が２００μｍであり、広がり角θを有している。略台形形状断面の突起長ｄ（上底と下底の差の半分）は１００μｍであり、ピッチｈは規定角θにより一意に決まる。なお、ｈは帯電が安定した状態での電子線ホッピングの平均自由行程以上であることが求められ、平均自由行程はアノード−カソード間の電界強度と二次電子の初期出射エネルギーに依存するが、ほぼ数百μｍから数μｍの範囲である。一般には広がり角θを有する構造支持体から垂直方向に初期射出エネルギーＡｓで飛び出した二次電子の自由行程ｙｍは次式で表される。
【００５９】
【数８】
但し、Ｅｙ＝Ｖａ／ｌであり、アノード−カソード間の電位差Ｖａと距離ｌで表される電界強度である。
【００６１】
また、略台形形状断面の突起長ｄは大きいほど構造支持体の加工、構造が簡便になって好ましいといえるが、構造支持体の最近接の電子線ビームを遮蔽しない範囲内であることが求められる。
【００６２】
寸法は先述の値に限定されることはなく、要は広がり角θが指定範囲となっていると良い。広がり角θは［３］、［４］式により材料物性によって決まるものであるが、θが大きくなるに従い帯電していない状態で、電子軌道が構造支持体に吸引される方向に作用する。吸引量は構造支持体の比誘電率等にも依存するため、採用した構造支持体により適時θが設定される。
【００６３】
なお、形状は図９の板状形状に何ら限定されることはなく、図１０に示すような円断面の円錐でも同様の効果が得られる。また、同様に楕円断面の円錐でも良く、電子源と前記電子線被照射部を結ぶ線分と垂直方向の断面が四角形或いは四角形の四隅をＲ面取りまたはＣ面取りしてあってもよい。要は構造支持体の多段に形成された断面形状において、略台形形状の側壁部が電子源から電子線被照射部方向に規定角θで広がる構造を有するものであれば良い。すなわち、図１１、図１２に示すように、カソード側とアノード側を結ぶ線分を含む構造支持体の断面形状が略台形形状であり、その略台形形状の側面部がカソード側からアノード側方向へ次式の［６］式で表される角度θの範囲で広がる構造を有していれば本発明の効果が得られる。
【００６４】
また、断面形状は図１１に示す断面、図１２に示す断面のいずれか一方が略台形状形状を重ねた構造であっても本発明の効果を奏する。ただし、図１１、図１２に示す断面形状がともに略台形状形状を重ねた構造であることがより望ましい。
【００６５】
【数９】
但し、ｋ＝（０．５（Ａｉ１／Ａｓ−１））0.5 であり、Ａｉ１は前記構造支持体の二次電子放出係数が１となる最小エネルギーであり、Ａｓは前記構造支持体から放出される二次電子の初期放出エネルギーである。
【００６７】
この範囲については、ビームずれ等の画像劣化が許容できる範囲にあるかどうかをθ＝０である構造支持体の場合との主観的な比較評価により決定した（詳細は後述する）。
【００６８】
さらに好ましい構造支持体の側壁部広がり角の許容範囲を設計する方法を示す。この設計方法による広がり角θの許容範囲は、作成する電子線装置の仕様に大きく依存するため、作成する電子線装置の仕様毎に異なるものである。
【００６９】
その設計方法の手順を図２１に示す。まず、画像を形成する電子線装置の仕様、すなわち加速電圧、カソード−アノード間距離、構造支持体と最近接の電子源間距離、構造支持体材料と二次電子放出係数の第一クロスポイントＡｉ１と二次電子初期エネルギーＡｓ、比誘電率を決定或いは同定する。また、電子源ビームによる輝点の位置ずれ、及び輝度むらの許容量を決める。
【００７０】
これらが、決まれば最も好ましい構造支持体の側面部の広がり角θが、
【００７１】
【数１０】
により一意に決定されるが、許容範囲の決定にはさらに次の手順を要する。
【００７３】
［７］式とは異なる構造支持体の傾き角θを用いて、図２２に示す電子線装置の構造支持体周りの静電場解析（支配方程式［８］式、φはポテンシャル、ρは電荷密度）を実行する。解析方法には、解析的手法や有限要素法／有限差分法／境界要素法等の数値的手法が適用できる。
【００７４】
【数１１】
なお、静電場解析は二次元計算に限定されず、三次元計算の方がより好ましい。境界条件は例えば、上辺、下辺がアノード電位とカソード電位で与えられるディリクレ条件、右境界がノイマン境界条件、そして構造支持体上には［２］式を与える。なお、静電界計算は上記の方法に限らず、モンテカルロ法と静電場解析を複合させて、帯電の安定場を求める手法を用いることも可能である。［山本修ら、モンテカルロシミュレーションによる真空中スペーサの帯電特性の研究、電学論Ａ、１１４、１０８（１９９４）］。後者の方法は多大な計算時間を要するが、負のθをもつ形状にも対応できるため、汎用性の高い手法と言える。
【００７６】
静電場が得られたら、次に電子源から放出された電子線の軌道を次式［９］［１０］に従い、計算する。
【００７７】
【数１２】
は速度ベクトルである。
【００７９】
以上の手順により、アノード上での着地点が得られ、設計値からのずれΔｘが求められる。このΔｘが許容範囲内であるか如何で構造支持体の傾き角θの許容範囲が決定される。
【００８０】
本実施例においては、図５に示す３種類の材料の構造支持体を作成した。アルミナやソーダライムガラスは切削加工、或いはモールド法と表面研磨により作成した。また、［６］、［７］式の妥当性を検討するために、Ａｉ１のエネルギーが大きく異なる三酸化クロムCr2O3 をアルミナ上に膜厚約３０００Åで蒸着したサンプルも用意した。膜厚は二次電子放出係数に下地の影響が出ない範囲で厚ければよく、およそ数百Å程度以上、より好ましくは千から数千Å以上であればよい。それぞれの二次電子放出係数等の物性値は文献から引用し、二次電子の出射エネルギーは４ｅｖとして求めた広がり角θとなるように加工を行っている。また、比較検討のため、その他のθを有する構造支持体の試料も作成した。二次電子の平均射出エネルギーは４ｅｖとしたが、材料が変わると変化することが容易に想像され、材料固有の値を使用することが好ましい。
【００８１】
また、図３２又は図３６に示すように、帯電が生じる電子線装置内側の側壁１０１６にも、広がり角θを付けることにより、上に述べた効果が得られ側壁１０１６の近傍の電子軌道の撹乱が抑えられる。側壁１０１６は青板ガラス等の材料を切削加工、研磨することにより作製する。
【００８２】
（画像表示装置の構成および製造方法）
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。
【００８３】
図３２は参考例、また図３６は、本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。
【００８４】
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などによる気密容器の破壊を防止する目的で、耐大気圧構造体として構造支持体であるスペーサ１０２０が設けられている。
【００８５】
次に、本発明の画像形成装置に用いることができる電子放出素子基板について説明する。
【００８６】
本発明の画像形成装置に用いられる電子源基板は複数の冷陰極素子を基板上に配列することにより形成される。
【００８７】
冷陰極素子の配列の方式には、冷陰極素子を並列に配置し、個々の素子の両端を配線で接続するはしご型配置（以下、はしご型配置電子源基板と称する）や、冷陰極素子の一対の素子電極のそれぞれＸ方向配線、Ｙ方向配線を接続した単純マトリクス配置（以下、マトリクス型配置電子源基板と称する）が挙げられる。なお、はしご型配置電子源基板を有する画像形成装置には、電子放出素子からの電子の飛翔を制御する電極である制御電極（グリッド電極）が求められる。
【００８８】
リアプレート１０１５には、基板１０１１が固定されているが、該基板上には冷陰極素子１０１２がＮ×Ｍ個形成されている（Ｎ，Ｍは２以上の正の整数であり、目的とする表示画素数に応じて適宜設定される。たとえば、高品位テレビジョンの表示を目的とした表示装置においては、Ｎ＝３０００、Ｍ＝１０００以上の数を設定することが望ましい。）。前記Ｎ×Ｍ個の冷陰極素子は、Ｍ本の行方向配線１０１３とＮ本の列方向配線１０１４により単純マトリクス配線されている。前記、１０１１〜１０１４によって構成される部分をマルチ電子ビーム源と呼ぶ。
【００８９】
本発明の画像表示装置に用いるマルチ電子ビーム源は、冷陰極素子を単純マトリクス配線もしくは、はしご型配置した電子源であれば、冷陰極素子の材料や形状あるいは製法に制限はない。
【００９０】
したがって、たとえば表面伝導型放出素子やＦＥ型、あるいはＭＩＭ型などの冷陰極素子を用いることができる。
【００９１】
次に、冷陰極素子として表面伝導型放出素子（詳細は後述する）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。
【００９２】
図４０に示すのは、図３２又は図３６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２５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１０１３と列方向配線１０１４により単純マトリクス状に配線されている。行方向配線１０１３と列方向配線１０１４の交差する部分には、電極間に絶縁層（不図示）が形成されており、電気的な絶縁が保たれている。
【００９３】
図４０のＢ−Ｂ′に沿った断面を図４１に示す。
【００９４】
なお、このような構造のマルチ電子源は、あらかじめ基板上に行方向配線１０１３、列方向配線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１０１３および列方向配線１０１４を介して各素子に給電して通電フォーミング処理（詳細は後述する）と通電活性化処理（詳細は後述する）を行うことにより製造した。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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２３の（ａ）に示すようにストライプ状に塗り分けられ、蛍光体のストライプの間には黒色の導電体１０１０が設けてある。黒色の導電体１０１０を設ける目的は、電子ビームの照射位置に多少のずれがあっても表示色にずれが生じないようにすることや、外光の反射を防止して表示コントラストの低下を防ぐこと、電子ビームによる蛍光膜のチャージアップを防止することなどである。黒色の導電体１０１０には、黒鉛を主成分として用いたが、上記の目的に適するものであればこれ以外の材料を用いても良い。
【００９８】
また、３原色の蛍光体の塗り分け方は前記図２３（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２３（ｂ）に示すようなデルタ状配列や、それ以外の配列（例えば図２４）であってもよい。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。
【００９９】
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（図３６には図示されているが、図３２においては簡易化のため不図示）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ことや、負イオンの衝突から蛍光膜１０１８を保護することや、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ことや、蛍光膜１０１８を励起した電子の導電路として作用させることなどである。メタルバック１０１９は、蛍光膜１０１８をフェースプレート基板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や加速電圧が低い場合にはメタルバックの無いほうが輝度が大きい場合があり、こうした場合にはメタルバックは用いない。
【０１００】
また、加速電圧の印加用や蛍光膜の導電性向上を目的として、フェースプレート基板１０１７と蛍光膜１０１８との間に、たとえばＩＴＯを材料とする透明電極を設けてもよい。特にメタルバックを使用しない場合には、十分な導電性の確保のために使用される。
【０１０１】
図３３は図３２のＡ−Ａ′の略断面模式図であり、各部の番号は図３２に対応している。また図３７は図３６のＡ−Ａ′の略断面模式図であり、各部の番号は図３６に対応している。スペーサ１０２０は切削加工、研磨により作製した絶縁性部材からなり、大気圧支持のために必要な数だけ、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、スペーサ１０２０は接合材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）および基板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。
【０１０２】
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（不図示）との間に印加される高電圧に耐えるだけの絶縁性を有することが求められる。
【０１０３】
スペーサ１０２０の絶縁性部材としては、先に示した材料に限定されることなく、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でもよい。なお、絶縁性部材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。
【０１０４】
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と電気的に接続するように、導電性をもたせる。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。
【０１０５】
また、Ｄｘ１〜ＤｘｍおよびＤｙ１〜ＤｙｎおよびＨｖは、当該表示パネルと不図示の電気回路とを電気的に接続するために設けた気密構造の電気接続用端子である。Ｄｘ１〜Ｄｘｍはマルチ電子ビーム源の行方向配線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或いは透明導電膜と電気的に接続している。
【０１０６】
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１０-7［Ｔｏｒｒ］程度の真空度まで排気する。その後、排気管を封止するが、気密容器内の真空度を維持するために、封止の直前あるいは封止後に気密容器内の所定の位置にゲッター膜（不図示）を形成する。ゲッター膜とは、たとえばＢａを主成分とするゲッター材料をヒーターもしくは高周波加熱により加熱し蒸着して形成した膜であり、該ゲッター膜の吸着作用により気密容器内は１×１０-5ないしは１×１０-7［Ｔｏｒｒ］の真空度に維持される。
【０１０７】
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或いは透明導電体に容器外端子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。
【０１０８】
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、メタルバックと冷陰極素子１０１２間の電圧は０．１［ｋＶ］から１０［ｋＶ］程度である。
【０１０９】
以上、本発明の参考例、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。
【０１１０】
（マルチ電子ビーム源の製造方法）
次に、前記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型などの冷陰極素子を用いることができる。
【０１１１】
ただし、表示画面が大きくてしかも安価な表示装置が求められる状況のもとでは、これらの冷陰極素子の中でも、表面伝導型放出素子が特に好ましい。すなわち、ＦＥ型ではエミッタコーンとゲート電極の相対位置や形状が電子放出特性を大きく左右するため、極めて高精度の製造技術を必要とするが、これは大面積化や製造コストの低減を達成するには不利な要因となる。また、ＭＩＭ型では、絶縁層と上電極の膜厚を薄くてしかも均一にする必要があるが、これも大面積化や製造コストの低減を達成するには不利な要因となる。その点、表面伝導型放出素子は、比較的製造方法が単純なため、大面積化や製造コストの低減が容易である。また、発明者らは、表面伝導型放出素子の中でも、電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形成したものがとりわけ電子放出特性に優れ、しかも製造が容易に行えることを見いだしている。したがって、高輝度で大画面の画像表示装置のマルチ電子ビーム源に用いるには、最も好適であると言える。そこで、上記実施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。
【０１１２】
（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。
【０１１３】
（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２５（ａ）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、図２５（ｂ）はその断面図である。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堆積物である。
【０１１４】
基板１１０１としては、たとえば、石英ガラスや青板ガラスをはじめとする各種ガラス基板や、アルミナをはじめとする各種セラミクス基板、あるいは上述の各種基板上にたとえばＳｉＯ2を材料とする絶縁層を積層した基板、などを用いることができる。
【０１１５】
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、などの中から適宜材料を選択して用いればよい。電極を形成するには、たとえば真空蒸着などの成膜技術とフォトリソグラフィー、エッチングなどのパターニング技術を組み合わせて用いれば容易に形成できるが、それ以外の方法（たとえば印刷技術）を用いて形成してもさしつかえない。
【０１１６】
素子電極１１０２と１１０３の形状は、当該電子放出素子の応用目的に合わせて適宜設計される。一般的には、電極間隔Ｌは通常は数百オングストロームから数百マイクロメーターの範囲から適当な数値を選んで設計されるが、なかでも表示装置に応用するために好ましいのは数マイクロメーターより数十マイクロメーターの範囲である。また、素子電極の厚さｄについては、通常は数百オングストロームから数マイクロメーターの範囲から適当な数値が選ばれる。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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、などである。具体的には、数オングストロームから数千オングストロームの範囲のなかで設定するが、なかでも好ましいのは１０オングストロームから５００オングストロームの間である。
【０１１９】
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，などをはじめとする金属や、ＰｄＯ，ＳｎＯ2 ，Ｉｎ2Ｏ3 ，ＰｂＯ，Ｓｂ2Ｏ3 ，などをはじめとする酸化物や、ＨｆＢ2 ，ＺｒＢ2 ，ＬａＢ6 ，ＣｅＢ6，ＹＢ4，ＧｄＢ4 ，などをはじめとする硼化物や、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ，などをはじめとする炭化物や、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ，などをはじめとする窒化物や、Ｓｉ，Ｇｅ，などをはじめとする半導体や、カーボン、などがあげられ、これらの中から適宜選択される。
【０１２０】
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から１０7［オーム／ｓｑ］の範囲に含まれるよう設定した。
【０１２１】
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２５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。
【０１２２】
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２５においては模式的に示した。
【０１２３】
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。
【０１２４】
薄膜１１１３は、単結晶グラファイト、多結晶グラファイト、非晶質カーボン、のいずれかか、もしくはその混合物であり、膜厚は５００［オングストローム］以下とするが、３００［オングストローム］以下とするのがさらに好ましい。なお、実際の薄膜１１１３の位置や形状を精密に図示するのは困難なため、図２５においては模式的に示した。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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［マイクロメーター］とした。
【０１２８】
次に、好適な平面型の表面伝導型放出素子の製造方法について説明する。図２６の（ａ）〜（ｅ）は、表面伝導型放出素子の製造工程を説明するための断面図で、各部材の表記は前記図２５と同一である。
１）まず、図２６（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。
【０１２９】
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、図２６（ａ）に示した一対の素子電極１１０２，１１０３を形成する。
２）次に、図２６（ｂ）に示すように、導電性薄膜１１０４を形成する。
【０１３０】
形成するにあたっては、まず図２６（ａ）の素子電極１１０２，１１０３を形成した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、本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。
【０１３１】
また、微粒子膜で作られる導電性薄膜の成膜方法としては、本実施例で用いた有機金属溶液の塗布による方法以外の、たとえば真空蒸着法やスパッタ法、あるいは化学的気相堆積法などを用いる場合もある。
３）次に、図２６（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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
通電方法をより詳しく説明するために、図２７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。
【０１３４】
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［ミリ秒］、パルス間隔Ｔ２を１０［ミリ秒］とし、波高値Ｖpfを１パルスごとに０．１［Ｖ］ずつ昇圧した。そして、三角波を５パルス印加するたびに１回の割りで、モニターパルスＰｍを挿入した。フォーミング処理に悪影響を及ぼすことがないように、モニターパルスの電圧Ｖｐｍは０．１［Ｖ］に設定した。そして、素子電極１１０２と１１０３の間の電気抵抗が１×１０6［オーム］になった段階、すなわちモニターパルス印加時に電流計１１１１で計測される電流が１×１０-7［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。
【０１３５】
なお、上記の方法は、本実施例の表面伝導型放出素子に関する好ましい方法であり、たとえば微粒子膜の材料や膜厚、あるいは素子電極間隔Ｌなど表面伝導型放出素子の設計を変更した場合には、それに応じて通電の条件を適宜変更するのが望ましい。
４）次に、図２６（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。
【０１３６】
通電活性化処理とは、前記通電フォーミング処理により形成された電子放出部１１０５に適宜の条件で通電を行って、その近傍に炭素もしくは炭素化合物を堆積せしめる処理のことである。図２６（ｄ）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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
通電方法をより詳しく説明するために、図２８（ａ）に、活性化用電源１１１２から印加する適宜の電圧波形の一例を示す。本実施例においては、一定電圧の矩形波を定期的に印加して通電活性化処理を行ったが、具体的には、矩形波の電圧Ｖａｃは１４［Ｖ］、パルス幅Ｔ３は１［ミリ秒］、パルス間隔Ｔ４は１０［ミリ秒］とした。なお、上述の通電条件は、本実施例の表面伝導型放出素子に関する好ましい条件であり、表面伝導型放出素子の設計を変更した場合には、それに応じて条件を適宜変更するのが望ましい。
【０１３９】
図２６（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２８（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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
以上のようにして、図２６（ｅ）に示す平面型の表面伝導型放出素子を製造した。
【０１４２】
（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。
【０１４３】
図２９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。
【０１４４】
垂直型が先に説明した平面型と異なる点は、片方の素子電極１２０２が段差形成部材１２０６上に設けられており、導電性薄膜１２０４が段差形成部材１２０６の側面を被覆している点にある。したがって、前記図２５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、前記平面型の説明中に列挙した材料を同様に用いることが可能である。また、段差形成部材１２０６には、たとえばＳｉＯ2のような電気的に絶縁性の材料を用いる。
【０１４５】
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３０の（ａ）〜（ｆ）は、製造工程を説明するための断面図で、各部材の表記は前記図２９と同一である。
１）まず、図３０（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など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、前記平面型の場合と同じく、たとえば塗布法などの成膜技術を用いればよい。
６）次に、前記平面型の場合と同じく、通電フォーミング処理を行い、電子放出部を形成する（図２６（ｃ）を用いて説明した平面型の通電フォーミング処理と同様の処理を行えばよい。）。
７）次に、前記平面型の場合と同じく、通電活性化処理を行い、電子放出部近傍に炭素もしくは炭素化合物を堆積させる（図２６（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。）。
【０１４６】
以上のようにして、図３０（ｆ）に示す垂直型の表面伝導型放出素子を製造した。
【０１４７】
（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。
【０１４８】
図３１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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
第一に、ある電圧（これを閾値電圧Ｖｔｈと呼ぶ）以上の大きさの電圧を素子に印加すると急激に放出電流Ｉｅが増加するが、一方、閾値電圧Ｖｔｈ未満の電圧では放出電流Ｉｅはほとんど検出されない。
【０１５１】
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。
【０１５２】
第二に、放出電流Ｉｅは素子に印加する電圧Ｖｆに依存して変化するため、電圧Ｖｆで放出電流Ｉｅの大きさを制御できる。
【０１５３】
第三に、素子に印加する電圧Ｖｆに対して素子から放出される電流Ｉｅの応答速度が速いため、電圧Ｖｆを印加する時間の長さによって素子から放出される電子の電荷量を制御できる。
【０１５４】
以上のような特性を有するため、表面伝導型放出素子を表示装置に好適に用いることができた。たとえば多数の素子を表示画面の画素に対応して設けた表示装置において、第一の特性を利用すれば、表示画面を順次走査して表示を行うことが可能である。すなわち、駆動中の素子には所望の発光輝度に応じて閾値電圧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。
【０１５５】
また、第二の特性かまたは第三の特性を利用することにより、発光輝度を制御することができるため、階調表示を行うことが可能である。
【０１５６】
（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。
【０１５７】
図４０に示すのは、前記図３２又は図３６の表示パネルに用いたマルチ電子ビーム源の平面図である。基板上には、前記図２５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。
【０１５８】
図４０のＢ−Ｂ′に沿った断面を、図４１に示す。
【０１５９】
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。
【０１６０】
（駆動回路構成および駆動方法）
図４４は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づいてテレビジョン表示を行う為の駆動回路の概略構成をブロック図で示したものである。同図中、表示パネル１７０１は前述した表示パネルに相当するもので、前述した様に製造され、動作する。また、走査回路１７０２は表示ラインを走査し、制御回路１７０３は走査回路１７０２へ入力する信号等を生成する。シフトレジスタ１７０４は１ライン毎のデータをシフトし、ラインメモリ１７０５は、シフトレジスタ１７０４からの１ライン分のデータを変調信号発生器１７０７に入力する。同期信号分離回路１７０６はＮＴＳＣ信号からの同期信号を分離する。
【０１６１】
以下、図４４の装置各部の機能を詳しく説明する。
【０１６２】
まず表示パネル１７０１は、端子Ｄｘ１ないしＤｘｍおよび端子Ｄｙ１ないしＤｙｎ、および高圧端子Ｈｖを介して外部の電気回路と接続されている。このうち、端子Ｄｘ１ないしＤｘｍには、表示パネル１７０１内に設けられているマルチ電子ビーム源、すなわちｍ行ｎ列の行列状にマトリクス配線された冷陰極素子を１行（ｎ素子）ずつ順次駆動してゆく為の走査信号が印加される。一方、端子Ｄｙ１ないしＤｙｎには、前記走査信号により選択された１行分のｎ個の各素子の出力電子ビームを制御する為の変調信号が印加される。また、高圧端子Ｈｖには、直流電圧源Ｖａより、たとえば５［ｋＶ］の直流電圧が供給されるが、これはマルチ電子ビーム源より出力される電子ビームに蛍光体を励起するのに十分なエネルギーを付与する為の加速電圧である。
【０１６３】
次に、走査回路１７０２について説明する。同回路は、内部にｍ個のスイッチング素子（図中、Ｓ１ないしＳｍで模式的に示されている）を備えるもので、各スイッチング素子は、直流電圧源Ｖｘの出力電圧もしくは０［Ｖ］（グランドレベル）のいずれか一方を選択し、表示パネル１７０１の端子Ｄｘ１ないしＤｘｍと電気的に接続するものである。Ｓ１ないしＳｍの各スイッチング素子は、制御回路１７０３が出力する制御信号Ｔscanに基づいて動作するものだが、実際にはたとえばＦＥＴのようなスイッチング素子を組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。なお、前記直流電圧源Ｖｘは、図３１に例示した電子放出素子の特性に基づき走査されていない素子に印加される駆動電圧が電子放出しきい値電圧Ｖｔｈ電圧以下となるよう、一定電圧を出力するよう設定されている。
【０１６４】
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もつものである。次に説明する同期信号分離回路１７０６より送られる同期信号Ｔsyncに基づいて、各部に対してＴscanおよびＴsft およびＴmry の各制御信号を発生する。同期信号分離回路１７０６は、外部から入力されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から、同期信号成分と輝度信号成分とを分離する為の回路で、良く知られているように周波数分離（フィルタ）回路を用いれば容易に構成できるものである。同期信号分離回路１７０６により分離された同期信号は、良く知られるように垂直同期信号と水平同期信号より成るが、ここでは説明の便宜上、Ｔsync信号として図示した。一方、前記テレビ信号から分離された画像の輝度信号成分を便宜上ＤＡＴＡ信号と表すが、同信号はシフトレジスタ１７０４に入力される。
【０１６５】
シフトレジスタ１７０４は、時系列的にシリアルに入力される前記ＤＡＴＡ信号を、画像の１ライン毎にシリアル／パラレル変換するためのもので、前記制御回路１７０３より送られる制御信号Ｔsft に基づいて動作する。すなわち、制御信号Ｔsft は、シフトレジスタ１７０４のシフトクロックであると言い換えることもできる。シリアル／パラレル変換された画像１ライン分（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当する）のデータは、Ｉｄ１ないしＩｄｎのｎ個の信号として前記シフトレジスタ１７０４より出力される。
【０１６６】
ラインメモリ１７０５は、画像１ライン分のデータを必要時間の間だけ記憶する為の記憶装置であり、制御回路１７０３より送られる制御信号Ｔmry にしたがって適宜Ｉｄ１ないしＩｄｎの内容を記憶する。記憶された内容は、Ｉ′ｄ１ないしＩ′ｄｎとして出力され、変調信号発生器１７０７に入力される。
【０１６７】
変調信号発生器１７０７は、前記画像データＩ′ｄ１ないしＩ′ｄｎの各々に応じて、電子放出素子１０１５の各々を適切に駆動変調する為の信号源で、その出力信号は、端子Ｄｙ１ないしＤｙｎを通じて表示パネル１７０１内の電子放出素子１０１２に印加される。
【０１６８】
図３１を用いて説明したように、本発明に係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３１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。
【０１６９】
従って、入力信号に応じて、電子放出素子を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅変調方式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際しては、変調信号発生器１７０７として、一定長さの電圧パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜パルスの波高値を変調するような電圧変調方式の回路を用いることができる。また、パルス幅変調方式を実施するに際しては、変調信号発生器１７０７として、一定の波高値の電圧パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パルスの幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を用いることができる。
【０１７０】
シフトレジスタ１７０４やラインメモリ１７０５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。
【０１７１】
デジタル信号式を用いる場合には、同期信号分離回路１７０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化する必要があるが、これには同期信号分離回路１７０６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１７０５の出力信号がデジタル信号かアナログ信号かにより、変調信号発生器に用いられる回路が若干異なったものとなる。すなわち、デジタル信号を用いた電圧変調方式の場合、変調信号発生器１７０７には、例えばＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増幅回路などを付加する。パルス幅変調方式の場合、変調信号発生器１７０７には、例えば高速の発振器および発振器の出力する波数を計数する計数器（カウンタ）および計数器の出力値と前記メモリの出力値を比較する比較器（コンパレータ）を組み合わせた回路を用いる。必要に応じて、比較器の出力するパルス幅変調された変調信号を電子放出素子の駆動電圧にまで電圧増幅するための増幅器を付加することもできる。
【０１７２】
アナログ信号を用いた電圧変調方式の場合、変調信号発生器１７０７には、例えばオペアンプなどを用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてシフトレベル回路などを付加することもできる。パルス幅変調方式の場合には、例えば、電圧制御型発振回路（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。
【０１７３】
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乃至Ｄｘｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを介して電圧を印加することにより、電子放出が生じる。高圧端子Ｈｖを介してメタルバックあるいは透明電極（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。
【０１７４】
ここで述べた画像表示装置の構成は、本発明を適用可能な画像形成装置の一例であり、本発明の思想に基づいて種々の変形が可能である。入力信号についてはＮＴＳＣ方式を挙げたが、入力信号はこれに限るものではなく、ＰＡＬ，ＳＥＣＡＭ方式など他、これらより多数の走査線からなるＴＶ信号（ＭＵＳＥ方式をはじめとする高品位ＴＶ）方式をも採用できる。
【０１７５】
（はしご型電子源）
次に、前述のはしご型配置電子源基板およびそれを用いた画像表示装置について図４２および図４３を用いて説明する。
【０１７６】
図４２において、１１１０は電子源基板、１１１１は電子放出素子、１１１２のＤｘ１〜Ｄｘ１０は前記電子放出素子に接続する共通配線である。電子放出素子１１１１は、基板１１１０上に、Ｘ方向に並列に複数個配置される（これを素子行と呼ぶ）。この素子行を複数個基板上に配置し、はしご型電子源基板となる。各素子行の共通配線間に適宜駆動電圧を印加することで、各素子行を独立に駆動することが可能になる。すなわち、電子ビームを放出させる素子行には、電子放出閾値以上の電圧の電子ビームを、放出させない素子行には電子放出閾値未満の電圧を印加すればよい。また、各素子行間の共通配線Ｄｘ２〜Ｄｘ９を、例えばＤｘ２、Ｄｘ３を同一配線とするようにしてもよい。
【０１７７】
図４３は、はしご型配置の電子源を備えた画像形成装置の構造を示す図である。１１２０はグリッド電極、１１２１は電子が通過するための空孔、１１２２はＤｏｘ１、Ｄｏｘ２…Ｄｏｘｍよりなる容器外端子、１１２３はグリッド電極１１２０と接続されたＧ１、Ｇ２…Ｇｎからなる容器外端子、１１２４は前述のように各素子行間の共通配線を同一配線とした電子源基板である。なお、図４２、図４３と同一の符号は同一の部材を示す。前述の単純マトリクス配置の画像形成装置との違いは、電子源基板１１２４とフェースプレート１０８６の間にグリッド電極１１２０を備えていることである。
【０１７８】
前述のパネル構造は、電子源配置が、マトリクス配線やはしご型配置のいずれの場合でも、大気圧構造上必要に応じて、フェースプレートとリアプレートの間にスペーサ部材（不図示）を設けることができる。
【０１７９】
基板１１２４とフェースプレート１０８６の中間には、グリッド電極１１２０が設けられている。グリッド電極１１２０は、表面伝導型電子放出素子から放出された電子ビームを変調することができるもので、はしご型配置の素子行と直交して設けられたストライプ状の電極に電子ビームを通過させるため、各素子に対応して１個ずつ円形の開口１１２１が設けられている。グリッドの形状や設置位置は必ずしも図４３のようなものでなくともよく、開口としてメッシュ状に多数の通過口を設けることもあり、また例えば表面伝導型電子放出素子の周囲や近傍に設けてもよい。材料としては、導電性のあるもので且つ熱膨張率が表示パネル材に近いものが好ましい。たとえば、表示パネル材が青板ガラスとすると、４２６合金等がある。
【０１８０】
容器外端子１１２２およびグリッド容器外端子１１２３は、不図示の制御回路と電気的に接続されている。
【０１８１】
本画像形成装置では、素子行を１列ずつ順次駆動（走査）していくのと同期してグリッド電極列に画像１ライン分の変調信号を同時に印加することにより、各電子ビームの蛍光体への照射を制御し、画像を１ラインずつ表示することができる。
【０１８２】
また、本発明によればテレビジョン放送の表示装置のみならずテレビ会議システム、コンピュータ等の表示装置に適した画像形成装置を提供することができる。さらには感光性ドラム等で構成された光プリンターとしての画像形成装置として用いることもできる。
【０１８３】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳述する。
【０１８４】
［参考例１］
本参考例で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＝１８０、Ｍ＝６０）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３２参照）したマルチ電子ビーム源を用いた。
【０１８５】
本参考例で用いる構造支持体（スペーサ）を以下のように作成した。板状形状の青板ガラス（ソーダライムガラス）を切削加工、研磨することにより、図１に示すように、電子源（カソード）側と電子線被照射部（アノード）側とを結ぶ線分を含む面の断面形状の広がり角θ＝２９度となるように作製した。なお、構造支持体の作成方法は切削加工に限定されることなく、モールド法や押し出し成形法、加熱延伸法でもよい。
【０１８６】
構造支持体の寸法は長手方向４０ｍｍ、底面幅０．１ｍｍ、高さ０．２ｍｍであり、θ＝２９度であるので、上面幅は約０．３２ｍｍである。図１に示すスペーサの側面、正面方向から見た断面図をそれぞれ図３、図４に示す。この構造支持体を行方向配線上に配置し、導電性フリットガラスを用いて構造支持体の底面と上面をそれぞれ行方向配線、アノード電極（黒色導電体）と電気的に接続して、電位を規定している。導電性フリッドガラスはフリットガラスに、表面を金コーティングした導電性微粒子を混合したものを使用している。本参考例では、上述のスペーサを使用し図３２に示す表示パネルを作製した。
【０１８７】
以下、図３２および図３３を用いて詳述する。まず、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基板１０１１を、リアプレート１０１５に固定した。電子源基板の作製方法は実施態様で示した通りである。次に、ソーダライムガラスからなる広がり角θを設けた絶縁性部材の構造支持体１０２０を基板１０１１の行方向配線１０１３上に等間隔で、行方向配線１０１３と平行に固定した。その後、基板１０１１の０．２ｍｍ上方に、内面に蛍光膜１０１８とブラックストライプという黒色導電体（不図示）が付設されたフェースプレート１０１７を側壁１０１６を介し配置し、リアプレート１０１５、フェースプレート１０１７、側壁１０１６およびスペーサ１０２０の各接合部を固定した。なお、側壁１０１６の真空側の面には前述した広がり角θを設けてある。
【０１８８】
基板１０１１とリアプレート１０１５の接合部、リアプレート１０１５と側壁１０１６の接合部、およびフェースプレート１０１７と側壁１０１６の接合部は、フリットガラス（不図示）を塗布し、大気中で４００℃乃至５００℃で１０分以上焼成することで封着した。
【０１８９】
また、スペーサ１０２０は、基板１０１１側では行方向配線１０１３（線幅３００［マイクロメートル］）上に、フェースプレート１０１７側では行方向ブラックストライプ上に、導電性のフィラーあるいは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、上記気密容器の封着と同時に、大気中で４００℃乃至５００℃で１０分以上焼成することで、接着しかつ電気的な接続も行った。
【０１９０】
なお、本参考例においては、蛍光膜１０１８は、図２４に示すように、各色蛍光体が列方向（Ｙ方向）に延びるストライプ形状を採用し、黒色の導電体１０１０は各色蛍光体（Ｒ，Ｇ，Ｂ）間だけでなく、Ｙ方向の各画素間をも分離するように配置された蛍光膜が用いられ、スペーサ１０２０は、行方向（Ｘ方向）に平行な黒色の導電体１０１０領域（線幅３５０［マイクロメートル］）内に配置された。なお、前述の封着を行う際には、各色蛍光体と基板１０１１上に配置された各素子とを対応させなくてはいけないため、リアプレート１０１５、フェースプレート１０１７およびスペーサ１０２０は十分な位置合わせを行った。
【０１９１】
以上のようにして完成した気密容器内を排気管（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Ｄｘ１〜ＤｘｍとＤｙ１〜Ｄｙｎを通じ、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前述の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マルチ電子ビーム源を製造した。
【０１９２】
次に、１０-6［Ｔｏｒｒ］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（気密容器）の封止を行った。
【０１９３】
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。
【０１９４】
以上のように完成した、図３２および図３３に示されるような表示パネルを用いた画像表示装置において、各冷陰極素子（表面伝導型放出素子）１０１２には、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎを通じ、走査信号およ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、透明導電膜（不図示）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１０１８に電子を衝突させ、各色蛍光体（図２４のＲ，Ｇ，Ｂ）を励起・発光させることで画像を表示した。なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは０．５［ｋＶ］ないし１［ｋＶ］、各配線１０１３，１０１４間への印加電圧Ｖｆは１４［Ｖ］とした。
【０１９５】
比較例として、広がり角θ＝０、９、１５、３２、４０（度）の構造支持体を作製し、上記に示した通りの方法で表示パネルを作製し、本参考例に基づく表示パネルとの比較検討を行った。スペーサ１０２０と側壁部１０１６に近い位置にある冷陰極素子１０１２からの放出電子による発光スポットも含め、すべての２次元状の発光スポット列に歪みや色ずれが無いかを全面白出力或いは画像出力を行い、主観的に評価を行った。その結果を図６に示す。
【０１９６】
等間隔の発光スポット列が形成され歪みや色ずれが気にならない程度のものはθ＝９度から３２度であり、全くないものはθ＝２９度であった。また、θ＝４０度は広がり角が大きいためにビームが構造支持体上部に直接入射してしまったと考えられる。上限の角度は画素ピッチとも関連しており、画素ピッチの大きな粗い画像形成装置にはさらに大きな角度でも適用できる可能性はある。
【０１９７】
放電耐圧に関しては、広がり角θ＝０の場合と比較を行った結果、θ＝９〜４０（度）のいずれにおいても、放電耐圧の向上が確認された。ここで、放電耐圧とは放電が生じる上限のアノード電圧をいう。
【０１９８】
本参考例に基づいた構造支持体を用いることにより、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、放電耐圧が高く、スペーサ１０２０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。なお、広がり角が４０度の場合には、電子線が構造支持体に直接当たってしまい、ビームずれ量の上限に関しては、本参考例では確認できなかった。
【０１９９】
従来のθ＝０度と比較して、効果が見られるのは
【０２００】
【数１３】
であることが確認された。
【０２０２】
また、図４２と図４３に示すように（構造支持体は不図示）、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＝１８０、Ｍ＝６０）の表面伝導型放出素子を配置したはしご型配置電子源基板をマルチ電子ビーム源として用いた場合についても、上記と同様の検討を行った。なお、基板とグリッド電極間、グリッド電極とフェースプレート間のそれぞれに構造支持体を設置しているため、構造は複雑となっている。その結果、マトリクス配置電子源基板の場合と全く同様の効果が得られ、本発明の有効性、有用性が示された。
【０２０３】
［参考例２］
本参考例で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＝１８０、Ｍ＝６０）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３２参照）したマルチ電子ビーム源を用いた。
【０２０４】
本参考例で作製した構造支持体は、ベース材のアルミナの表面に三酸化クロムを真空蒸着にて薄膜形成した。なお、薄膜形成法は真空蒸着法に限定されること無く、スパッタ法、イオンプレーティング法、ディッピング法、スプレー法等が使用できる。薄膜形成後、大気雰囲気で９００℃、８時間の焼成を行った。また、図５に示したように、側壁が広がり角θ＝７度となるようにアルミナを切削加工、研磨して作製した。構造支持体の寸法は長手方向４０ｍｍ、底面幅０．１ｍｍ、高さ０．２ｍｍであり、θ＝７度であるので、上面幅は約０．１５ｍｍである。この構造支持体を行方向配線上に配置し、導電性フリットガラスを用いて構造支持体の下面と上面をそれぞれ行方向配線、黒色の導電体１０１０領域（線幅３５０［マイクロメートル］）に配置し、アノード電極と電気的に接続して、電位を規定している。導電性フリットガラスはフリットガラスに、表面を金コーティングした導電性微粒子を混合したものを使用している。
【０２０５】
本参考例では、表示パネルのその他の構成や作製方法は図３２の参考例１と同様であるので省略する。
【０２０６】
図３２および図３３に示されるような表示パネルを用いた画像表示装置において、各冷陰極素子（表面伝導型放出素子）１０１２には、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎを通じ、走査信号およ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、透明導電膜であるＩＴＯ膜（不図示）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１０１８に電子を衝突させ、各色蛍光体２１ａ（図２４のＲ，Ｇ，Ｂ）を励起、発光させることで画像を表示した。なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは０．５［ｋＶ］ないし１［ｋＶ］、各配線１０１３，１０１４間への印加電圧Ｖｆは１４［Ｖ］とした。
【０２０７】
比較例として、広がり角θ＝０、３、１５、３２、４０（度）の構造支持体を作製し、上記に示した通りの方法で表示パネルを作製し、本参考例に基づく表示パネルとの比較検討を行った。スペーサ１０２０と側壁部１０１６に近い位置にある冷陰極素子１０１２からの放出電子による発光スポットも含め、すべての２次元状の発光スポット列に歪みや色ずれが無いかを全面白出力或いは画像出力を行い、主観的に評価を行った。その結果を図７に示す。等間隔の発光スポット列が形成され歪みや色ずれが気にならない程度のものはθ＝２度から１５度であった。放電耐圧に関しては広がり角θ＝０の場合と比較を行った結果、θ＝３〜４０度のいずれにおいても、放電耐圧の向上が確認された。つまり本参考例に基づいた構造支持体を用いることにより、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、放電耐圧が高く、スペーサ１０２０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。なお、θ＝４０度の構造支持体は直接ビームが構造支持体上部に入射してしまい、ビームずれという評価はできなかった。
【０２０８】
従来のθ＝０度と比較して、効果が見られるのは
【０２０９】
【数１４】
であることが確認された。
【０２１１】
また、図４２と図４３に示すように（構造支持体は不図示）、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＝３６０、Ｍ＝１２０）の表面伝導型放出素子を配置したはしご型配置電子源基板をマルチ電子ビーム源として用いた場合についても、上記と同様の検討を行った。その結果、マトリクス配置電子源基板の場合と全く同様であり、本発明の有効性、有用性が示された。
【０２１２】
［参考例３］
本参考例で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＝１８０、Ｍ＝６０）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３２参照）したマルチ電子ビーム源を用いた。
【０２１３】
本参考例で用いる構造支持体は図２に示す円錐形状のものである。構造支持体の材料にはアルミナを使用し、切削加工と研磨により作製した。広がり角θはθ＝２１度であり、カソード側直径φ５０μｍ、アノード直径はφ２００μｍ、そして高さは２００μｍである。
【０２１４】
この構造支持体を行、列方向配線の交点直上の行方向配線の上に配置し、導電性フリットガラスを用いて構造支持体の底面と上面をそれぞれ行方向配線、アノード電極（黒色導電体）と電気的に接続して、電位を規定している。導電性フリットガラスはフリットガラスに、表面を金コーティングした導電性微粒子を混合したものを使用している。
【０２１５】
本参考例では、表示パネルのその他の構成や作製方法は図３２の参考例１と同様であるので省略する。
【０２１６】
以上のように完成した、図３４および図３５に示されるような表示パネルを用いた画像表示装置において、各冷陰極素子（表面伝導型放出素子）１０１２には、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎを通じ、走査信号およ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１０１８に電子を衝突させ、各色蛍光体（図２４のＲ，Ｇ，Ｂ）を励起・発光させることで画像を表示した。なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは０．５［ｋＶ］ないし１［ｋＶ］、各配線１０１３，１０１４間への印加電圧Ｖｆは１４［Ｖ］とした。
【０２１７】
比較例として、広がり角θ＝０、７、３６、４０（度）の構造支持体を作製し、上記に示した通りの方法で表示パネルを作製し、本参考例に基づく表示パネルとの比較検討を行った。スペーサ１０２０と側壁部１０１６に近い位置にある冷陰極素子１０１２からの放出電子による発光スポットも含め、すべての２次元状の発光スポット列に歪みや色ずれが無いかを主観的に評価を行い、その結果を図８に示す。等間隔の発光スポット列が形成され歪みや色ずれが気にならない程度のものはθ＝７度から３６度であった。放電耐圧に関しては広がり角θ＝０の場合と比較を行った結果、θ＝７〜４０（度）のいずれにおいても、放電耐圧の向上が確認された。つまり本参考例に基づいた構造支持体を用いることにより、放電耐圧が高く、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１０２０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。なお、θ＝４０度の構造支持体は直接ビームが入射してしまい、ビームずれという評価はできなかった。
【０２１８】
従来のθ＝０度と比較して、効果が見られるのは、
【０２１９】
【数１５】
であることが確認された。
【０２２１】
さらに構造支持体材料として、θ＝２９度のジルコニア、或いはアルミナとジルコニアの混合体を使用した場合においても、同様の効果が得られた。
【０２２２】
また、図４２と図４３に示すように（構造支持体は不図示）、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＝１８０、Ｍ＝６０）の表面伝導型放出素子を配置したはしご型配置電子源基板をマルチ電子ビーム源として用いた場合についても、上記と同様の検討を行った。その結果、マトリクス配置電子源基板の場合と全く同様であり、本発明の有効性、有用性が示された。
【０２２３】
次に、構造支持体の断面形状が略台形形状を多段に重ねた構造である実施例１〜３について説明する。以下に述べる各実施例においても、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３６参照）したマルチ電子ビーム源を用いた。
【０２２４】
［実施例１］
本実施例で用いる構造支持体（スペーサ）を以下のように作成した。板状形状の青板ガラス（ソーダライムガラス）を図９に示すように、電子源（カソード）側と電子線被照射部（アノード）側とを結ぶ線分を含む面の断面形状の広がり角θ＝２９度となるように切削加工、研磨して作製した。構造支持体の寸法は長手方向４０ｍｍ、底面幅０．２ｍｍ、上面幅は０．４ｍｍ、高さ約３ｍｍであり、θ＝２９度である。なお、ピッチｈは０．１８ｍｍである。
【０２２５】
図９に示すスペーサの側面、正面方向から見た断面図をそれぞれ図１１、図１２に示す。構造支持体２０の水平部（平坦部）にはＡｌ薄膜からなる電極２１を設置している。作製方法はレジスト塗布パターニング後、アノード側となる方向からＡｌを斜方蒸着し、エッチングを行うことにより形成した。この構造支持体を行方向配線上に配置し、導電性フリットガラスを用いて構造支持体の底面と上面をそれぞれ行方向配線、アノード電極と電気的に接続して、電位を規定している。導電性フリットガラスはフリットガラスに、表面を金コーティングした導電性微粒子を混合したものを使用している。本実施例では、上述のスペーサを使用し図３６に示す表示パネルを作製した。
【０２２６】
以下、図３６および図３７を用いて詳述する。まず、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基板１０１１を、リアプレート１０１５に固定した。電子源基板の作製方法は実施の形態で示した通りである。次に、ソーダライムガラスからなる広がり角θを設けた多段構造の絶縁性部材の構造支持体１０２０を基板１０１１の行方向配線１０１３上に等間隔で、行方向配線１０１３と平行に固定した。その後、基板１０１１の３ｍｍ上方に、内面に蛍光膜１０１８とメタルバック１０１９が付設されたフェースプレート１０１７を側壁１０１６を介し配置し、リアプレート１０１５、フェースプレート１０１７、側壁１０１６およびスペーサ１０２０の各接合部を固定した。なお、側壁１０１６の真空側の面には前述した構造支持体１０２０と同様に広がり角θの多段構造を設けてある。
【０２２７】
基板１０１１とリアプレート１０１５の接合部、リアプレート１０１５と側壁１０１６の接合部、およびフェースプレート１０１７と側壁１０１６の接合部は、フリットガラス（不図示）を塗布し、大気中で４００℃乃至５００℃で１０分以上焼成することで封着した。
【０２２８】
また、スペーサ１０２０は、基板１０１１側では行方向配線１０１３（線幅３００［マイクロメートル］）上に、フェースプレート１０１７側ではメタルバック１０１９面上に、導電性のフィラーあるいは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、上記気密容器の封着と同時に、大気中で４００℃乃至５００℃で１０分以上焼成することで、接着しかつ電気的な接続も行った。
【０２２９】
なお、本実施例においては、蛍光膜１０１８は、図２４に示すように、各色蛍光体が列方向（Ｙ方向）に延びるストライプ形状を採用し、黒色の導電体１０１０は各色蛍光体（Ｒ、Ｇ、Ｂ）間だけでなく、Ｙ方向の各画素間をも分離するように配置された蛍光膜が用いられ、スペーサ１０２０は、行方向（Ｘ方向）に平行な黒色の導電体１０１０領域（線幅５００［マイクロメートル］）内にメタルバック１０１９を介して配置された。なお、前述の封着を行う際には、各色蛍光体と基板１０１１上に配置された各素子とを対応させなくてはいけないため、リアプレート１０１５、フェースプレート１０１７およびスペーサ１０２０は十分な位置合わせを行った。
【０２３０】
以上のようにして完成した気密容器内を排気管（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Ｄｘ１〜ＤｘｍとＤｙ１〜Ｄｙｎを通じ、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前述の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マルチ電子ビーム源を製造した。
【０２３１】
次に、１０-6［Ｔｏｒｒ］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（気密容器）の封止を行った。
【０２３２】
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。
【０２３３】
以上のように完成した、図３６および図３７に示されるような表示パネルを用いた画像表示装置において、各冷陰極素子（表面伝導型放出素子）１０１２には、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎ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１０１９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１０１８に電子を衝突させ、各色蛍光体（図２４のＲ、Ｇ、Ｂ）を励起・発光させることで画像を表示した。なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは３［ｋＶ］ないし１０［ｋＶ］、各配線１０１３，１０１４間への印加電圧Ｖｆは１４［Ｖ］とした。
【０２３４】
比較例として、構造支持体１０２０の突起長ｄ＝０．１ｍｍを固定して、広がり角θ＝０、９、１５、４０、６０（度）の構造支持体を作製し、上記に示した通りの方法で表示パネルを作製し、本発明に基づく表示パネルとの比較検討を行った。スペーサ１０２０と側壁部１０１６に近い位置にある冷陰極素子１０１２からの放出電子による発光スポットも含め、すべての２次元状の発光スポット列に歪みや色ずれが無いかを全面白発光および動画表示し、主観的評価を行った。その結果を図１３に示す。
【０２３５】
等間隔の発光スポット列が形成され歪みや色ずれが気にならない程度のものはθ＝９度から６０度であった。１）放電耐圧に関しては、広がり角θ＝０の場合と比較を行った結果、θ＝９〜６０（度）のいずれにおいても、放電耐圧の向上が確認された。２）また図１１、図１２中の電極２１のない構造支持体に関しても検討を行った結果、発光スポット列のずれはいずれのθにおいてもやや大きくなっている傾向が見られた。つまり本発明に基づいた構造支持体を用いることにより、放電耐圧が高く、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１０２０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。
【０２３６】
従来のθ＝０度と比較して、効果が見られるのは
【０２３７】
【数１６】
であることが確認された。
【０２３９】
また、図４２と図４３に示すように（構造支持体は不図示）、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配置したはしご型配置電子源基板をマルチ電子ビーム源として用いた場合についても、上記と同様の検討を行った。その結果、マトリクス配置電子源基板の場合と全く同様であり、本発明の有効性、有用性が示された。
【０２４０】
［実施例２］
本実施例で作製した構造支持体は、ベース材はアルミナであるが、表面に三酸化クロムを真空蒸着にて薄膜形成した。なお、薄膜形成法は真空蒸着法に限定されること無く、スパッタ法、イオンプレーティング法、ディッピング法、スプレー法等が使用できる。成膜後、大気雰囲気９００℃で８時間の焼成を行った。図５に示したように、側壁が広がり角θ＝７度である多段構造となるようにアルミナを切削加工、研磨して作製した。構造支持体の寸法は長手方向４０ｍｍ、底面幅０．２ｍｍ、上面幅は０．４ｍｍ、高さ約２．４ｍｍであり、θ＝７度である。なお、ピッチｈは約０．８１ｍｍである。この構造支持体を行方向配線上に配置し、導電性フリットガラスを用いて構造支持体の底面と上面をそれぞれ行方向配線、アノード電極と電気的に接続して、電位を規定している。導電性フリットガラスはフリットガラスに、表面を金コーティングした導電性微粒子を混合したものを使用している。本実施例では、上述のスペーサを使用し図３６に示す表示パネルを作製した。
【０２４１】
本実施例では、表示パネルのその他の構成や作製方法は図３６の実施例１と同様であるので省略する。
【０２４２】
図３６および図３７に示されるような表示パネルを用いた画像表示装置において、各冷陰極素子（表面伝導型放出素子）１０１２には、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎ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１０１９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１０１８に電子を衝突させ、各色蛍光体２１ａ（図２４のＲ、Ｇ、Ｂ）を励起・発光させることで画像を表示した。なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは３［ｋＶ］ないし１０［ｋＶ］、各配線１０１３，１０１４間への印加電圧Ｖｆは１４［Ｖ］とした。
【０２４３】
比較例として、構造支持体１０２０の突起長ｄ＝０．１ｍｍを固定して、広がり角θ＝０、２、１５、４０（度）の構造支持体を作製し、上記に示した通りの方法で表示パネルを作製し、本発明に基づく表示パネルとの比較検討を行った。スペーサ１０２０と側壁部１０１６に近い位置にある冷陰極素子１０１２からの放出電子による発光スポットも含め、すべての２次元状の発光スポット列に歪みや色ずれが無いかを全面白発光および動画表示し、主観的に評価を行った。その結果を図１４に示す。等間隔の発光スポット列が形成され歪みや色ずれが気にならない程度のものはθ＝２度から１５度であった。放電耐圧に関しては、広がり角θ＝０の場合と比較を行った結果、θ＝２〜４０（度）のいずれにおいても、放電耐圧の向上が確認された。また、図１１、図１２中の電極２１のない構造支持体に関しても検討を行った結果、発光スポット列のずれはいずれのθにおいても弱千、大きくなる傾向が見られた。つまり本発明に基づいた構造支持体を用いることにより、放電耐圧が高く、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１０２０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。
【０２４４】
従来のθ＝０度と比較して、効果が見られるのは
【０２４５】
【数１７】
であることが確認された。
【０２４７】
また、図４２と図４３に示すように（構造支持体は不図示）、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配置したはしご型配置電子源基板をマルチ電子ビーム源として用いた場合についても、上記と同様の検討を行った。その結果、マトリクス配置電子源基板の場合と全く同様であり、本発明の有効性、有用性が示された。
【０２４８】
［実施例３］
本実施例で用いる構造支持体は図１０に示す円錐形状のものである。構造支持体の材料にはアルミナを使用し、モールド法により作製した。その後、仕上げ研磨を行い、表示パネルに使用する構造支持体とした。広がり角θはθ＝２１度であり、カソード側の最細部直径φ２００μｍ、アノード側の最太部直径φ４００μｍ、つまり突起長ｄ＝０．１ｍｍであり、ピッチは０．２６ｍｍである。なお、構造支持体の高さは０．５２ｍｍとし、二段構造の構造支持体である。
【０２４９】
この構造支持体を行、列方向配線の交点直上の行方向配線の上に配置し、導電性フリットガラスを用いて構造支持体の底面と上面をそれぞれ行方向配線、アノード電極と電気的に接続して、電位を規定している。導電性フリットガラスはフリットガラスに、表面を金コーティングした導電性微粒子を混合したものを使用している。
【０２５０】
本実施例では、表示パネルのその他の構成や作製方法は図３６の実施例１と同様であるので省略する。
【０２５１】
以上のようにして完成した、図３８および図３９に示されるような表示パネルを用いた画像表示装置において、各冷陰極素子（表面伝導型放出素子）１０１２には、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎ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１０１９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１０１８に電子を衝突させ、各色蛍光体（図２４のＲ、Ｇ、Ｂ）を励起・発光させることで画像を表示した。なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは０．５［ｋＶ］ないし３［ｋＶ］、各配線１０１３，１０１４間への印加電圧Ｖｆは１４［Ｖ］とした。なお、本実施例３では加速電圧が低いため、メタルバック（図３８、図３９中）を略した構造をとっている。
【０２５２】
比較例として、構造支持体１０２０の突起長ｄ＝０．１ｍｍを固定して、広がり角θ＝０、７、４２、６０（度）の構造支持体を作製し、上記に示した通りの方法で表示パネルを作製し、本発明に基づく表示パネルとの比較検討を行った。スペーサ１０２０と側壁部１０１６に近い位置にある冷陰極素子１０１２からの放出電子による発光スポットも含め、すべての２次元状の発光スポット列に歪みや色ずれが無いかを全面白発光および動画表示し、主観的に評価を行った。その結果を図１５に示す。等間隔の発光スポット列が形成され歪みや色ずれが気にならない程度のものはθ＝７度から４２度であった。放電耐圧に関しては広がり角θ＝０の場合と比較を行った結果、θ＝７〜６０（度）のいずれにおいても、放電耐圧の向上が確認された。つまり本発明に基づいた構造支持体を用いることにより、放電耐圧の高い、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１０２０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。
【０２５３】
従来のθ＝０度と比較して、効果が見られるのは
【０２５４】
【数１８】
であることが確認された。
【０２５６】
さらに、構造支持体として、θ＝２９度のジルコニア、そしてアルミナとジルコニアの混合体を使用した場合においても、同様の効果が得られた。
【０２５７】
また、図４２と図４３に示すように（構造支持体は不図示）、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配置したはしご型配置電子源基板をマルチ電子ビーム源として用いた場合についても、上記と同様の検討を行った。その結果、マトリクス配置電子源基板の場合と全く同様であり、本発明の有効性、有用性が示された。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係わる構造支持体の概略斜視図である。
【図２】 本発明に係わる他の構造支持体の概略斜視図である。
【図３】 本発明に係わる構造支持体の側面図である。
【図４】 本発明に係わる構造支持体の正面図である。
【図５】 本発明における実施例で使用した構造支持体の材料物性一覧を示す図である。
【図６】 本発明に係わる第一の参考例の主観評価結果を示す図である。
【図７】 本発明に係わる第二の参考例の主観評価結果を示す図である。
【図８】 本発明に係わる第三の参考例の主観評価結果を示す図である。
【図９】 本発明における実施例の構造支持体の概略斜視図である。
【図１０】 本発明における他の実施例の構造支持体の概略斜視図である。
【図１１】 本発明における実施例の構造支持体の側面図である。
【図１２】 本発明における実施例の構造支持体の正面図である。
【図１３】 本発明における第一の実施例の主観評価結果を示す図である。
【図１４】発明における第二の実施例の主観評価結果を示す図である。
【図１５】 本発明における第三の実施例の主観評価結果を示す図である。
【図１６】 二次電子放出係数δと入射エネルギーの関係の模式図である。
【図１７】 帯電が安定した状態における構造支持体表面の二次電子ホッピングを示す模式図である。
【図１８】 帯電が安定した状態における傾斜面を有する構造支持体表面の二次電子ホッピングを示す模式図である。
【図１９】 帯電が安定した状態における傾斜面を有する構造支持体表面の二次電子ホッピングを示す詳細図である。
【図２０】 本発明の多段形状の帯電安定状態における電子線のホッピング模式図である。
【図２１】 本発明における構造支持体の許容角度を求める方法を示す流れ図である。
【図２２】 本発明における構造支持体の許容角度を求める方法詳細図である。
【図２３】 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２４】 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２５】 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２６】 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２７】 通電フォーミング処理の際の印加電圧波形を示す図である。
【図２８】 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２９】 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３０】 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３１】 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３２】 本発明の参考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３３】 本発明の参考例である表示パネルのＡ−Ａ′断面図である。
【図３４】 本発明の参考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３５】 本発明の参考例である表示パネルのＡ−Ａ′断面図である。
【図３６】 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３７】 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３８】 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３９】 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４０】 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４１】 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４２】 はしご型配置電子源基板の平面図である。
【図４３】 はしご型配置電子源基板を用いた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４４】 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４５】 従来知られた表面伝導型放出素子の一例を示す図である。
【図４６】 従来知られたＦＥ型素子の一例を示す図である。
【図４７】 従来知られたＭＩＭ型素子の一例を示すである。
【図４８】 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】
１０１１ 基板
１０１２ 冷陰極素子
１０１３ 行方向配線
１０１４ 列方向配線
１０１５ リアプレート
１０１６ 側壁
１０１７ フェースプレート
１０１８ 蛍光膜
１０１９ メタルバック
１０２０ スペーサ
Claims (7)
- 電子を放出する電子源と、前記電子源より放出された電子を照射する電子線被照射部と、前記電子源と前記電子線被照射部との間に配置された構造支持体と、を有する電子線装置において、
前記構造支持体の前記電子源と前記電子線被照射部を結ぶ線分を含む面方向の断面形状が略台形形状を多段に重ねた構造であると共に該略台形形状の側壁部が前記電子源から前記電子線被照射部方向に次式で表される角度θの範囲で広がる構造を有することを特徴とする電子線装置。
- 前記多段構成の構造支持体の水平部に導電性部材を設置してあることを特徴とする請求項１に記載の電子線装置。
- 前記構造支持体の断面形状の側壁部の広がり角θが、
- 前記構造支持体が絶縁部材であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの請求項に記載の電子線装置。
- 断面形状が略台形形状を多段に重ねた構造である前記構造支持体として、アルミナ或いはジルコニア、またはアルミナとジルコニアの混合体を使用し、該構造支持体の多段に構成された側壁部の広がり角が７度から４２度の範囲であることを特徴とする請求項１から４のいずれかの請求項に記載の電子線装置。
- 断面形状が略台形形状を多段に重ねた構造である前記構造支持体として、ソーダライムガラスを使用し、該構造支持体の側壁部の広がり角が９度から６０度の範囲であることを特徴とする請求項１から４のいずれかの請求項に記載の電子線装置。
- 断面形状が略台形形状を多段に重ねた構造である前記構造支持体として、Ｃｒ 2 Ｏ 3 を薄膜形成した絶縁部材を使用し、該構造支持体の側壁部の広がり角が２度から１４度の範囲であることを特徴とする請求項１から４のいずれかの請求項に記載の電子線装置。
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