JPH0855589A

JPH0855589A - 画像形成装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0855589A
Application number: JP7132027A
Authority: JP
Inventors: Yasue Sato; 安栄佐藤; Shinichi Kawate; 信一河手; Kazuyuki Ueda; 和幸上田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-06-09
Filing date: 1995-05-30
Publication date: 1996-02-27
Anticipated expiration: 2016-10-29
Also published as: US6867537B2; EP0686990B1; DE69513730T2; CN1066572C; KR100220357B1; KR960002432A; DE69530946D1; EP0836213A1; ATE241855T1; AU681781B2; DE69513730D1; CN1126366A; DE69530946T2; AU2058695A; US20020030435A1; EP0686990A1; CA2151199C; JP3222357B2; ATE187577T1; CA2151199A1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】排気時間の短縮を図るとともに外囲器（真空
容器）内の到達圧力を低くして安定した画像表示を長期
に亘って行ない得る画像形成装置及びその製造方法を提
供する。【構成】電子放出素子が設けられたリアプレート１
と、蛍光体が設けられリアプレートとは対向する位置に
配されたフェースプレート４と、リアプレートとフェー
スプレートとの間に配された平板状スペーサー３と、リ
アプレート及びフェースプレートの周縁を包囲する外枠
８と、を有し、リアプレート、フェースプレート及び外
枠を用いて構成される容器の内部を通気管９を介して減
圧させた状態で電子放出素子２より放出される電子を蛍
光体５に照射して画像を形成する画像形成装置におい
て、平板状スペーサーの長軸方向の延長線上にある外枠
の辺部、該辺部近傍のフェースプレート若しくはリアプ
レートに通気管を配した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子放出素子を用いた
フラットな画像形成装置及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、大きく重いブラウン管に代わる画
像形成装置として、軽く、薄型のいわゆるフラットディ
スプレイが注目されている。フラットディスプレイとし
ては液晶表示装置（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤ
ｉｓｐｌａｙ）が盛んに研究開発されているが液晶表示
装置には画像が暗い、視野角が狭いといった課題が依然
として残っている。液晶表示装置に代わるものとして電
子放出素子より放出される電子ビームを蛍光体に照射し
て蛍光を発生させることで画像を形成する自発光型のフ
ラットディスプレイがある。電子放出素子を用いた自発
光型のフラットディスプレイは液晶表示装置に比べて明
るい画像が得られると共に視野角も広い、更に大画面
化、高精細化の要求にもこたえ得ることから、そのニー
ズが高まりつつある。

【０００３】電子放出素子は大別して熱電子放出素子と
冷陰極電子放出素子の２種類のものが知られている。冷
陰極電子放出素子には電界放出型（以下、「ＦＥ型」と
いう。）、金属／絶縁層／金属型（以下、「ＭＩＭ型」
という。）や表面伝導型電子放出素子等がある。ＦＥ型
の例としてはＷ．Ｐ．Ｄｙｋｅ＆Ｗ．Ｗ．Ｄｏｒａ
ｎ”ＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎ”，Ａｄｖａｎｃｅ
ｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓｉｃｓ，８，８９
（１９５６）あるいはＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ”Ｐｈｙｓ
ｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆ
ｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄ
ｅｓｗｉｔｈｍｏｌｙｂｄｅｎｉｕｍｃｏｎｅ
ｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８（１
９７６）等に開示されたものが知られている。

【０００４】ＭＩＭ型の例ではＣ．Ａ．Ｍｅａｄ，”Ｏ
ｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＴｕｎｎｅｌ−Ｅｍｉｓｓｉ
ｏｎＤｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，
３２，６４６（１９６１）等に開示されたものが知られ
ている。

【０００５】表面伝導型電子放出素子型の例としては、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，ＲａｄｉｏＥｎｇ．Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１０，１２９０（１９６５）
等に開示されたものがある。

【０００６】表面伝導型電子放出素子は、基板上に形成
された小面積の薄膜に膜面に平行に電流を流すことによ
り、電子放出が生ずる。この表面伝導型電子放出素子と
しては、前記エリンソン等によるＳｎＯ₂薄膜を用いた
もの、Ａｕ薄膜によるもの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：Ｔｈ
ｉｎＳｏｌｉｄＦｉｌｍｓ，９，３１７（１９７
２）］、Ｉｎ₂Ｏ₃／ＳｎＯ₂薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａ
ｒｔｗｅｌｌａｎｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：ＩＥＥ
ＥＴｒａｎｓ．ＥＤＣｏｎｆ．，５１９（１９７
５）］、カーボン薄膜によるもの［荒木久他：真空、
第２６巻、第１号、２２頁（１９８３）］等が報告され
ている。

【０００７】これらの表面伝導型電子放出素子の典型的
な例として前述のＭ．ハートウェルの素子構成を図２２
に模式的に示す。同図において１は基板である。３３は
導電性薄膜であり、Ｈ型形状のパターンにスパッタで形
成された金属酸化物薄膜等からなり、後述の通電フォー
ミングと呼ばれる通電処理により電子放出部３４が形成
される。尚、図中の素子電極間隔Ｌは０．５〜１［ｍ
ｍ］、Ｗ’は０．１［ｍｍ］で設定されている。

【０００８】従来、これらの表面伝導型電子放出素子に
おいては、電子放出を行う前に導電性薄膜３３を予め通
電フォーミングと呼ばれる通電処理によって電子放出部
３４を形成するのが一般的であった。即ち、通電フォー
ミングとは前記導電性薄膜３３両端に直流電圧あるいは
非常にゆっくりとした昇電圧を印加通電し、導電性薄膜
３３を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、電気的
に高抵抗な状態にした電子放出部３４を形成することで
ある。尚、電子放出部３４は導電性薄膜３３の一部に亀
裂が発生しその亀裂付近から電子放出が行われる。前記
通電フォーミング処理をした表面伝導型電子放出素子
は、上述の導電性薄膜３３に電圧を印加し、素子に電流
を流すことにより上述電子放出部３４より電子を放出せ
しめるものである。

【０００９】上述の表面伝導型放出素子は構造が単純で
製造も容易であることから、大面積にわたり多数素子を
配列形成できる利点がある。そこでこの特徴を活かした
荷電ビーム源、表示装置等の応用研究がなされている。
多数の表面伝導型電子放出素子を配列形成した例として
は、後述する様に梯型配置と呼ぶ並列に表面伝導型電子
放出素子を配列し、個々の素子の両端を配線（共通配線
とも呼ぶ）で、それぞれ結線した行を多数行配列した電
子源があげられる（例えば、特開昭６４−０３１３３２
号公報等）。

【００１０】本出願人は、電子放出素子を配した基板
（以下、「リアプレート（ｒｅａｒｐｌａｔｅ）」とも
いう。）と、蛍光体を配した基板（以下、「フェースプ
レート（ｆａｃｅｐｌａｔｅ）」ともいう。）と、を
対向配置し、両基板の間を減圧状態（所謂真空状態）と
して電子放出素子より放出される電子ビームを蛍光体に
照射して画像を形成する平板状の画像形成装置を先に提
案している（特開平２−２９９１３６号公報等）。

【００１１】図２３は上述の電子放出素子を用いた平板
状画像形成装置を示す模式的断面図である。図２３にお
いて１は基板、５４は電子放出素子、３は耐大気圧支持
部材である。４はフェースプレートであり、フェースプ
レート４には蛍光体５及びメタルバック６が配されてい
る。８は外枠であり、外枠８をフリットガラス７を介し
てフェースプレート４と基板１とに封着して、外囲器が
構成されている。このような外囲器（真空容器）の内部
を減圧状態（所謂真空状態）とするには、外囲器に設け
られた通気管（不図示）を介して内部を真空排気する手
法が採用されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
画像形成装置については、以下の点でまだ改善の余地が
あることが発明者等の検討によって明らかとなった。即
ち、上述の真空外囲器内には耐大気圧支持部材３が存在
するところ、これが障害物となり排気コンダクタンス
は、小さくなる。このため外囲器内部の排気には時間が
比較的長くかかることになる。また、比較的短時間の真
空排気では、外囲器内部は十分には減圧されず、比較的
高い到達圧力しか得られない、ということも懸念され
る。このため製造コストに占める真空排気の割合は大き
くなり、真空排気の時間を短縮することが、低コスト化
に大きく寄与するものと考えられ、そしてこの効果は表
示画面のサイズが大きな画像形成装置ほど顕著なものと
なることが予想される。

【００１３】本発明は、上述した解決すべき技術的課題
を解決した画像形成装置及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１４】本発明の別の目的は、排気コンダクタンス
を大きくし、排気時間の短縮を図った画像形成装置及び
その製造方法を提供することにある。

【００１５】本発明の更に別の目的は、外囲器（真空容
器）内の到達圧力を低くなるようにして内部の残留ガス
を減少させ、安定した画像表示を長期に亘って行ない得
る画像形成装置及びその製造方法を提供することにあ
る。

【００１６】上述した目的を達成する本発明の画像形成
装置は、下述する構成のものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の画像形成
装置は、電子放出素子が設けられたリアプレートと、蛍
光体が設けられ前記リアプレートとは対向する位置に配
されたフェースプレートと、前記リアプレートと前記フ
ェースプレートとの間に配された平板状スペーサーと、
前記リアプレート及び前記フェースプレートの周縁を包
囲する外枠と、を有し、前記リアプレート、前記フェー
スプレート及び前記外枠を用いて構成される容器の内部
を通気管を介して減圧させた状態で前記電子放出素子よ
り放出される電子を前記蛍光体に照射して画像を形成す
る画像形成装置において、前記平板状スペーサーの長軸
方向の延長線上にある前記外枠の辺部、該辺部近傍の前
記フェースプレート若しくは前記リアプレートに前記通
気管を配したことを特徴とするものである。

【００１８】本発明は、画像形成装置の製造方法を包含
する。本発明の画像形成装置の製造方法は、電子放出素
子が設けられたリアプレートと、蛍光体が設けられ前記
リアプレートとは対向する位置に配されたフェースプレ
ートと、前記リアプレートと前記フェースプレートとの
間に配された平板状スペーサーと、前記リアプレート及
び前記フェースプレートの周縁を包囲する外枠と、を有
し、前記リアプレート、前記フェースプレート及び前記
外枠を用いて構成される容器の内部を通気管を介して減
圧させた状態で前記電子放出素子より放出される電子を
前記蛍光体に照射して画像を形成する画像形成装置の製
造方法において、前記平板状スペーサーの長軸方向の延
長線上にある前記外枠の辺部、該辺部近傍の前記フェー
スプレート若しくは前記リアプレートに前記通気管を配
し、該通気管を介して容器内部を減圧させることを特徴
とするものである。

【００１９】

【作用】本発明によれば、上述した解決すべき技術的課
題が解決され、上述の目的が達成される。

【００２０】本発明の画像形成装置の製造方法において
は、通気管を特定の位置に配したことにより、排気コン
ダクタンスが大きくとれ、排気時間の短縮が図れる。こ
れに加えて、外囲器（真空容器）内の到達圧力をより低
くすることができる。

【００２１】本発明の画像形成装置は、外囲器（真空容
器）内の残留ガスが極めて低く抑えられることから安定
した画像表示を長期に亘って行ない得る。

【００２２】

【実施例】本発明の画像形成装置及び画像形成装置の製
造方法は、前述したとおりの構成である。

【００２３】図１を参照しながら本発明の画像形成装置
の１例について説明する。図１は、本発明の画像形成装
置の模式図である。図１の画像形成装置においては、電
子放出素子２を配したリアプレート１と、蛍光体５を配
したフェースプレート４とが対向して設けられていて、
フェースプレート４とリアプレート１との周縁を包囲し
て外枠８が設けられている。３は、フェースプレート４
とリアプレート１との間に設けられた平板状のスペーサ
ーであり、スペーサー３は、接着材４８を用いてリアプ
レート１側に接着されている。スペーサー３は、本発明
の画像形成装置が、フェースプレート４、リアプレート
１、外枠８を用いて構成される外囲器（容器）の内部を
減圧状態として使用されるものであるので、外囲器が耐
大気圧構造を維持できるように設けられるものである。
９は、外囲器の内部を真空排気するための通気管であ
り、該通気管は、平板状スペーサー３の長軸方向の延長
線上にある外枠８の辺部に設けられている。５１，５２
は、マトリクス状に配された電子放出素子を接続するた
めの配線である。３６は、ブラックマトリクス等で構成
される黒色部材であり、３８は、メタルバックである
が、これらは必要に応じて設けられるものである。本例
においては、通気管９は、上述のとおり、平板状スペー
サー３の長軸方向の延長線上にある外枠８の辺部に設け
られているが、設けられる位置は、外枠に限定されるも
のではなく、例えば図１に示したフェースプレート４の
Ａの位置、リアプレート１のＢの位置とすることもでき
る。これらＡ及びＢの位置は、平板状スペーサーの長軸
方向の延長線上にある外枠の辺部近傍のフェースプレー
ト及びリアプレートの領域に相当するものである。

【００２４】本発明における平板状スペーサーの長軸方
向の延長線上にある外枠の辺部近傍のフェースプレート
及びリアプレートとは、画像が形成される画素部に影響
を与えない領域とすることが必要である。本発明におい
ては、通気管９を、ここで述べた特定の位置に設けるこ
とにより、真空排気の際のコンダクタンスを大きくとれ
るので、排気時間の短縮、到達圧力の低圧化、残留ガス
の低下が図れるのである。図１において、Ｃ及びＤの位
置に通気管を設けた場合には、Ａ及びＢの位置に通気管
を設けた場合に比べてコンダクタンスが大きくとれな
い。従って、Ｃ及びＤの位置に通気管を設けたものは、
本発明には包含されない。本発明においては、通気管の
数は１つに限られるものではなく複数とすることもでき
る。更に通気管の位置と、平板状スペーサーの位置の組
み合わせについては種々の態様が取り得るが、これにつ
いては後述する。

【００２５】図１に示した画像形成装置においては、フ
ェースプレート４、リアプレート１及び外枠８を用いて
構成される外囲器（真空容器）の内部を通気管９を介し
て真空排気した後、通気管９を封止し、内部を１０^-5ｔ
ｏｒｒ〜１０^-8ｔｏｒｒ程度の真空度に維持する。この
状態で、端子Ｄ0ｘ1ないしＤ0ｘm、Ｄ0ｙ1ないしＤ0ｙn
を介して電子放出素子２に電圧を印加することによって
電子を放出させ、該電子を蛍光体５に照射して蛍光を発
光させ、画像が形成される。

【００２６】本発明において、電子放出素子としては、
表面伝導型電子放出素子のほか、熱カソードを用いたも
の、電界放出型電子放出素子等を用いることができる
が、以下の説明では表面伝導型電子放出素子を用いたも
のを中心に述べることとするが、本発明は、表面伝導型
電子放出素子を用いたものに限定されるものではない。

【００２７】図１３は、本発明の画像形成装置に適用可
能な表面伝導型電子放出素子の模式図である。図１３
（ａ）は平面図、図１３（ｂ）は断面図である。

【００２８】図１３において、１は基板、３１と３２は
素子電極、３３は導電性薄膜、３４は電子放出部であ
る。

【００２９】基板１としては、石英ガラス、Ｎａ等の不
純物含有量を低減させたガラス、青板ガラス、スパッタ
法等によりＳｉＯ₂を堆積させたガラス基板及びアルミ
ナ等のセラミックス基板等を用いることができる。

【００３０】対向する素子電極３１、３２の材料として
は、一般的な導電材料を用いることができ、Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等
の金属或は合金及びＰｄ、Ａｓ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ
Ｏ₂、Ｐｄ−Ａｇ等の金属或は金属酸化物とガラス等か
ら構成される印刷導体、Ｉｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂等の透明導
電体及びポリシリコン等の半導体導体材料等から選択す
ることができる。

【００３１】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、導電性
薄膜３３の形状等は、応用される形態等を考慮して、設
計される。素子電極間隔Ｌは、好ましくは数千［Å］か
ら数百［μｍ］の範囲であり、より好ましくは素子電極
間に印加する電圧等を考慮して１［μｍ］から１００
［μｍ］の範囲である。

【００３２】素子電極長さＷは、電極の抵抗値、電子放
出特性を考慮して、数［μｍ］から数百［μｍ］の範囲
である。素子電極３１、３２の膜厚ｄは、１００［Å］
から１［μｍ］の範囲である。

【００３３】尚、図１３に示した構成だけでなく、基板
１上に導電性薄膜３３、対向する素子電極３１、３２の
順に積層した構成とすることもできる。

【００３４】導電性薄膜３３には良好な電子放出特性を
得るために、微粒子で構成された微粒子膜を用いるのが
好ましい。その膜厚は素子電極３１、３２へのステップ
カバレージ、素子電極３１、３２間の抵抗値及び後述す
るフォーミング条件等を考慮して適宜設定されるが、通
常は数［Å］から数千［Å］の範囲とするのが好まし
く、より好ましくは１０［Å］より５００［Å］の範囲
とするのが良い。その抵抗値は、Ｒｓが１×１０²から
１×１０⁷［Ω］の値である。なおＲｓは、厚さがｔ、
幅がｗで長さがｌの薄膜の抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ（ｌ／
ｗ）とおいたときに現れる値で、薄膜材料の抵抗率をρ
とするとＲｓ＝ρ／ｔで表される。本願明細書におい
て、フォーミング処理について通電処理を例に挙げて説
明するが、フォーミング処理はこれに限られるものでは
なく、膜に亀裂を生じさせて高抵抗状態を形成する方法
であればいかなる方法でも良い。

【００３５】導電性薄膜３３を構成する材料はＰｄ、Ｐ
ｔ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆ
ｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ、Ｓ
ｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＰｂＯ、Ｓｂ₂Ｏ₃等の酸化物、Ｈｆ
Ｂ₂、ＺｒＢ₂、ＬａＢ₆、ＣｅＢ₆、ＹＢ₄、ＧｄＢ₄等の
硼化物、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、Ｗ
Ｃ等の炭化物、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ等の窒化物、Ｓ
ｉ、Ｇｅ等の半導体、カーボン等の中から適宜選択され
る。

【００３６】ここで述べる微粒子膜とは複数の微粒子が
集合した膜であり、その微細構造は、微粒子が個々に分
散配置した状態あるいは微粒子が互いに隣接、あるいは
重なり合った状態（いくつかの微粒子が集合し、全体と
して島状構造を形成している場合も含む）をとってい
る。微粒子の粒径は、数［Å］から１［μｍ］の範囲、
好ましくは１０［Å］から２００［Å］の範囲である。

【００３７】電子放出部３４は、導電性薄膜３３の一部
に形成された高抵抗の亀裂により構成され、導電性薄膜
３３の膜厚、膜質、材料及び後述する通電フォーミング
等の手法等に依存したものとなる。電子放出部３４の内
部には、１０００［Å］以下の粒径の導電性微粒子を含
む場合もある。この導電性微粒子は、導電性薄膜３３を
構成する材料の元素の一部、あるいは全ての元素を含有
するものとなる。電子放出部３４及びその近傍の導電性
薄膜３３には、炭素あるいは炭素化合物を含む場合もあ
る。

【００３８】図１４は、本発明の画像形成装置に適用可
能な垂直型表面伝導型電子放出素子の一例を示す模式図
である。

【００３９】図１４においては、図１３に示した部位と
同じ部位には図１３に付した符号と同一の符号を付して
いる。３５は段差形成部である。基板１、素子電極３１
及び３２、導電性薄膜３３、電子放出部３４は、前述し
た平面型表面伝導型電子放出素子の場合と同様の材料で
構成することができる。段差形成部３５は、真空蒸着
法、印刷法、スパッタ法等で形成されたＳｉＯ₂等の絶
縁性材料で構成することができる。段差形成部３５の膜
厚は、先に述べた平面型表面伝導型電子放出素子の素子
電極間隔Ｌに対応し、数千［Å］から数十［μｍ］の範
囲とすることができる。この膜厚は、段差形成部の製法
及び素子電極間に印加する電圧を考慮して設定される
が、数百［Å］から数［μｍ］の範囲が好ましい。

【００４０】導電性薄膜３３は、素子電極３１及び３２
と段差形成部３５作製後に、該素子電極３１、３２の上
に積層される。電子放出部３４は、図１４においては、
段差形成部３５に形成されているが、作製条件、フォー
ミング条件等に依存し、形状、位置ともこれに限られる
ものでない。

【００４１】上述の表面伝導型電子放出素子の製造方法
としては様々な方法があるが、その一例を図１５に模式
的に示す。

【００４２】以下、図１３及び図１５を参照しながら製
造方法の一例について説明する。図１５においても、図
１３に示した部位と同じ部位には図１３に付した符号と
同一の符号を付している。

【００４３】１）基板１を洗剤、純水および有機溶剤等
を用いて十分に洗浄し、真空蒸着法、スパッタ法等によ
り素子電極材料を堆積後、例えばフォトリソグラフィー
技術を用いて基板１上に素子電極３１、３２を形成する
（図１５（ａ））。

【００４４】２）素子電極３１、３２を設けた基板１
に、有機金属溶液を塗布して、有機金属薄膜を形成す
る。有機金属溶液には、前述の導電性膜３３の材料の金
属を主元素とする有機金属化合物の溶液を用いることが
できる。有機金属薄膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、
エッチング等によりパターニングし、導電性薄膜３３を
形成する（図１５（ｂ））。ここでは、有機金属溶液の
塗布法を挙げて説明したが、導電性薄膜３３の形成法は
これに限られるものでなく、真空蒸着法、スパッタ法、
化学的気相堆積法、分散塗布法、ディッピング法、スピ
ンナー法等を用いることもできる。

【００４５】３）つづいて、フォーミング処理を施す。
このフォーミング処理方法の一例として通電処理による
方法を説明する。素子電極３１、３２間に、不図示の電
源を用いて、通電を行うと、導電性薄膜３３の部位に、
構造の変化した電子放出部３４が形成される（図１５
（ｃ））。通電フォーミングによれば導電性薄膜３３に
局所的に破壊、変形もしくは変質等の構造変化した部位
が形成される。該部位が電子放出部３４となる。通電フ
ォーミングの電圧波形の例を図１６に示す。

【００４６】電圧波形は、パルス波形が、好ましい。こ
れにはパルス波高値を定電圧としたパルスを連続的に印
加する図１６（ａ）に示した手法と、パルス波高値を増
加させながら電圧パルスを印加する図１６（ｂ）に示し
た手法がある。

【００４７】図１６（ａ）におけるＴ１及びＴ２は電圧
波形のパルス幅とパルス間隔である。通常Ｔ１は１［μ
ｓ］〜１０［ｍｓ］、Ｔ２は１０［μｓ］〜１００［ｍ
ｓ］の範囲で設定される。三角波の波高値（通電フォー
ミング時のピーク電圧）は、表面伝導型電子放出素子形
態に応じて適宜選択される。このような条件のもと、例
えば、数秒から数十分間電圧を印加する。パルス波形は
三角波に限定されるものではなく、矩形波など所望の波
形を採用することができる。

【００４８】図１６（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図
１６（ａ）に示したのと同様とすることができる。三角
波の波高値（通電フォーミング時のピーク電圧）は、例
えば０．１［Ｖ］ステップ程度づつ増加させることがで
きる。

【００４９】通電フォーミング処理の終了は、パルス間
隔Ｔ２中に、導電性薄膜３３を局所的に破壊、変形しな
い程度の電圧を印加し、電流を測定して検知することが
できる。例えば０．１［Ｖ］程度の電圧印加により流れ
るデータ素子電流を測定し、抵抗値を求めて、１［Ｍ
Ω］以上の抵抗を示した時、通電フォーミングを終了さ
せる。

【００５０】４）フォーミングを終えた素子に活性化処
理を施す。活性化処理を施すことにより、素子電流Ｉ
ｆ、放出電流Ｉｅが著しく変化する。

【００５１】活性化処理は、有機物質のガスを含有する
雰囲気下で、通電フォーミングと同様に、パルスの印加
を繰り返すことで行うことができる。この雰囲気はイオ
ンポンプなどにより一旦十分に通気管より排気した真空
中に適当な有機物質のガスを通気管を通じて導入するこ
とによって得られる。このときの好ましい有機物質のガ
ス圧は、前述の応用の形態、真空容器の形状や、有機物
質の種類などにより異なるため場合に応じて適宜設定さ
れる。適当な有機物質としては、アルカン、アルケン、
アルキンの脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、アル
コール類、アルデヒド類、ケトン類、アミン類、フェノ
ール、カルボン酸、スルホン酸等の有機酸類等を挙げる
ことが出来、具体的には、メタン、エタン、プロパンな
どＣ_nＨ₂ _n+2で表される飽和炭化水素、エチレン、プロ
ピレンなどＣ_nＨ_2n等の組成式で表される不飽和炭化水
素、ベンゼン、トルエン、メタノール、エタノール、ホ
ルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、メチル
エチルケトン、メチルアミン、エチルアミン、フェノー
ル、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等が使用できる。この処
理により雰囲気中に存在する有機物質から炭素あるいは
炭素化合物が素子上に堆積し、素子電流Ｉｆ、放出電流
Ｉｅが、著しく変化する。

【００５２】活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉｆと
放出電流Ｉｅを測定しながら行う。なおパルス幅、パル
ス間隔、パルス波高値などは適宜設定される。

【００５３】炭素あるいは炭素化合物とは、ＨＯＰＧ
（ＨｉｇｈｌｙＯｒｉｅｎｔｅｄＰｙｒｏｌｙｔｉｃ
Ｇｒａｐｈｉｔｅ）、ＰＧ（ＰｙｒｏｌｙｔｉｃＧ
ｒａｐｈｉｔｅ）、ＧＳ（ＧｌａｓｓｙＣａｒｂｏ
ｎ）などのグラファイトが挙げられ（ＨＯＰＧはほぼ完
全な結晶構造をもつグラファイト、ＰＧは結晶粒が２０
０［Å］程度で結晶構造がやや乱れたグラファイト、Ｇ
Ｃは結晶粒が２０［Å］程度で結晶構造の乱れがさらに
大きくなったものを指す。）、非晶質カーボン（アモル
ファスカーボン及びアモルファスカーボンと前記グラフ
ァイトの微結晶の混合物を含むカーボン）であり、その
膜厚は５００［Å］以下にするのが好ましく、３００
［Å］以下であればより好ましい。

【００５４】５）活性化工程を経て得られた電子放出素
子は、安定化処理を行うことが好ましい。この処理は真
空容器内の有機物質の分圧が、１×１０^-8［ｔｏｒｒ］
以下、望ましくは１×１０^-10［ｔｏｒｒ］以下で行な
うのが良い。真空容器内の圧力は、１０^-6.5〜１０
^-7［ｔｏｒｒ］以下が好ましく、特に１×１０^-8［ｔｏ
ｒｒ］以下が好ましい。真空容器を排気する真空排気装
置は、装置から発生するオイルが素子の特性に影響を与
えないように、オイルを使用しないものを用いるのが好
ましい。具体的にはソープションポンプ、イオンポンプ
等の真空排気装置を挙げることが出来る。さらに真空容
器内を排気するときには、真空容器全体を加熱して真空
容器内壁や電子放出素子に吸着した有機物質分子を排気
しやすくするのが好ましい。このときの加熱した状態で
の真空排気条件は、８０〜２００℃で５時間以上が望ま
しいが、特にこの条件に限るものではなく、真空容器の
大きさや形状、電子放出素子の構成などの諸条件により
変化する。なお、上記有機物質の分圧測定は質量分析装
置により質量数が１０〜２００の炭素と水素を主成分と
する有機分子の分圧を測定し、それらの分圧を積算する
ことにより求める。

【００５５】安定化工程を経た後の、駆動時の雰囲気
は、上記安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが好ま
しいが、これに限るものではなく、有機物質が十分除去
されていれば、真空度自体は多少低下しても十分安定な
特性を維持することが出来る。

【００５６】このような真空雰囲気を採用することによ
り、新たな炭素あるいは炭素化合物の堆積を抑制でき、
結果として素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが安定する。

【００５７】図１７は電界放出型電子放出素子の構造を
示す模式図である。図１７において、１は基板、４０は
負電極であり、４１は正電極である。４３は絶縁層、４
４は電子放出部である。

【００５８】図１８は表面伝導型電子放出素子を複数個
マトリクス状に配して得られる基板である。図１８にお
いて、５３は電子源基板、５０はＸ方向配線、５１はＹ
方向配線である。２は表面伝導型電子放出素子、５２は
結線である。尚、表面伝導型電子放出素子２は、前述し
た平面型あるいは垂直型のどちらであってもよい。また
図１７に示すような電界放出型電子放出素子であっても
よい。

【００５９】ｍ本のＸ方向配線５０は、Ｄｘ１、Ｄｘ
２、・・・Ｄｘｍからなり、真空蒸着法、印刷法、スパ
ッタ法等を用いて形成された導電性金属で構成すること
ができる。配線の材料、膜厚、巾は、適宜設計される。
Ｙ方向配線５１は、Ｄｙ１、Ｄｙ２、・・・Ｄｙｎのｎ
本の配線よりなり、Ｘ方向配線５０と同様に形成され
る。これらｍ本のＸ方向配線５０とｎ本のＹ方向配線５
１との間には、不図示の層間絶縁層が設けられており、
両者を電気的に分離している（ｍ、ｎは共に正の整
数）。

【００６０】不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等を用いて形成されたＳｉＯ₂等で構成
される。例えば、Ｘ方向配線５０を形成した基板５３の
全面或は一部に所望の形状で形成され、特にＸ方向配線
５０とＹ方向配線５１の交差部の電位差に耐え得るよう
に膜厚、材料、製法が設定される。Ｘ方向配線５０とＹ
方向配線５１は、それぞれ外部端子として引き出されて
いる。

【００６１】表面伝導型放出素子５４を構成する一対の
電極（不図示）は、ｍ本のＸ方向配線５０とｎ本のＹ方
向配線５１と導電性金属等からなる結線５２によって電
気的に接続されている。

【００６２】配線５０と配線５１を構成する材料、結線
５２を構成する材料及び一対の素子電極を構成する材料
は、その構成元素の一部あるいは全部が同一であって
も、またそれぞれ異なってもよい。これら材料は、例え
ば前述の素子電極の材料より適宜選択される。素子電極
を構成する材料と配線材料が同一である場合には、素子
電極に接続した配線は素子電極ということもできる。

【００６３】Ｘ方向配線５０には、Ｘ方向に配列した表
面伝導型放出素子５４の行を、選択するための走査信号
を印加する不図示の走査信号印加手段が接続される。一
方、Ｙ方向配線５１にはＹ方向に配列した表面伝導型放
出素子５４の各列を入力信号に応じて、変調するための
不図示の変調信号発生手段が接続される。各電子放出素
子に印加される駆動電圧は、当該素子に印加される走査
信号と変調信号の差電圧として供給される。

【００６４】上記構成においては、単純なマトリクス配
線だけで個別の素子を選択し、独立に駆動可能とするこ
とができる。

【００６５】このような単純マトリクス配置の電子源を
用いて構成した画像形成装置の例が図１に示したもので
ある。

【００６６】図１９は、蛍光体を示す模式図である。蛍
光体５はモノクロームの場合は蛍光体のみから構成する
ことができる。カラーの蛍光体の場合は蛍光体の配列に
よりブラックストライプあるいはブラックマトリクスな
どと呼ばれる黒色部材５８と蛍光体５とから構成するこ
とができる。ブラックストライプ、ブラックマトリクス
を設ける目的は、カラー表示の場合、必要となる三原色
蛍光体の各蛍光体５間の塗り分け部を黒くすることで混
色等を目立たなくすることと、外光反射によるコントラ
ストの低下を抑制することにある。ブラックストライプ
の材料としては、通常用いられている黒鉛を主成分とす
る材料の他、光の透過及び反射が少ない材料であれば、
これを用いることができる。

【００６７】ガラス基板に蛍光体を塗布する方法は、モ
ノクローム、カラーによらず、沈澱法、印刷法等が採用
できる。蛍光体５の内面側には、通常メタルバックが設
けられる。メタルバックを設ける目的は、蛍光体の発光
のうち内面側への光をフェースプレート４側へ鏡面反射
させることにより輝度を向上させること、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、外
囲器内で発生した負イオンの衝突によるダメージからの
蛍光体を保護すること等である。メタルバックは、蛍光
体作製後、蛍光体の内面側表面の平滑化処理（通常、
「フィルミング」と呼ばれる。）を行い、その後Ａｌを
真空蒸着等を用いて堆積させることで作製できる。

【００６８】フェースプレート４には、更に蛍光体５の
導電性を高めるため、蛍光体５の外面側（ガラス基板
側）に透明電極（不図示）を設けてもよい。

【００６９】前述の封着を行う際には、カラーの場合は
各色蛍光体と電子放出素子とを対応させる必要があり、
十分な位置合わせが不可欠となる。

【００７０】図１に示した画像形成装置は、例えば以下
のようにして製造される。

【００７１】外囲器は、前述の安定化工程と同様に、適
宜加熱しながら、イオンポンプ、ソープションポンプな
どのオイルを使用しない排気装置により通気管９を通じ
て排気し、１×１０^-7［ｔｏｒｒ］程度の真空度の有機
物質の十分少ない雰囲気にした後、封止される。外囲器
の封止後の真空度を維持するために、ゲッター処理を行
うこともできる。これは、外囲器の封止を行う直前ある
いは封止後に、抵抗加熱あるいは高周波加熱等を用いた
加熱により、外囲器内の所定の位置（不図示）に配置さ
れたゲッターを加熱し、蒸着膜を形成する処理である。
ゲッターは通常Ｂａ等が主成分であり、該蒸着膜の吸着
作用により、たとえば１×１０^-5ないしは１×１０
^-7［ｔｏｒｒ］の真空度を維持するものである。

【００７２】単純マトリクス型配置の電子源を用いて構
成した表示パネルに、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づ
いたテレビジョン表示を行う為の駆動回路の構成例につ
いて、図２０を用いて説明する。図２０において、６０
は表示パネル、６１は走査回路、６２は制御回路、６３
はシフトレジスタ、６４はラインメモリ、６５は同期信
号分離回路、６６は変調信号発生器、ＶｘおよびＶａは
直流電圧源である。

【００７３】表示パネル６０は、端子Ｄ0ｘ1乃至Ｄ0ｘ
m、端子Ｄ0ｙ1乃至Ｄ0ｙn、及び高圧端子Ｈｖを介して
外部の電気回路と接続している。端子Ｄ0ｘ1乃至Ｄ0ｘm
には、表示パネル内に設けられている電子源、即ち、ｍ
行ｎ列の行列状にマトリクス配線された表面伝導型電子
放出素子群を一行（ｎ素子）ずつ順次駆動する為の走査
信号が印加される。

【００７４】端子Ｄ0ｙ1乃至Ｄ0ｙnには、前記走査信号
により選択された一行の表面伝導型電子放出素子の各素
子の出力電子ビームを制御する為の変調信号が印加され
る。高圧端子Ｈｖには、直流電圧源Ｖａより、例えば１
０ｋ［Ｖ］の直流電圧が供給されるが、これは表面伝導
型電子放出素子から放出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。

【００７５】走査回路６１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を備えたもので（図
中、Ｓ１ないしＳｍで模式的に示している）ある。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６０の端子Ｄ0ｘ1乃至Ｄ0ｘmと電気的に接続
される。Ｓ１乃至Ｓｍの各スイッチング素子は、制御回
路１０３が出力する制御信号Ｔｓｃａｎに基づいて動作
するものであり、例えばＦＥＴのようなスイッチング素
子を組み合わせることにより構成することができる。

【００７６】直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には表面伝
導型電子放出素子の特性（電子放出しきい値電圧）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
放出しきい値電圧以下となるような一定電圧を出力する
よう設定されている。

【００７７】制御回路６２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なわれるように各部の動作
を整合させる機能を有する。制御回路６２は、同期信号
分離回路６５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Ｔｍ
ｒｙの各制御信号を発生する。

【００７８】同期信号分離回路６５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、一般的な周波数分離
（フィルター）回路を用いて構成できる。同期信号分離
回路６５により分離された同期信号は、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Ｔｓｙ
ｎｃ信号として図示した。前記テレビ信号から分離され
た画像の輝度信号成分は便宜上ＤＡＴＡ信号と表した。
該ＤＡＴＡ信号はシフトレジスタ６３に入力される。

【００７９】シフトレジスタ６３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１０３より送られる制御信号Ｔｓｆｔに基づいて動
作する（即ち、制御信号Ｔｓｆｔは、シフトレジスタ６
３のシフトクロックであるということもできる）。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）のデータは、Ｉｄ１乃
至Ｉｄｎのｎ個の並列信号として前記シフトレジスタ６
３より出力される。

【００８０】ラインメモリ６４は、画像１ライン分のデ
ータを必要時間の間だけ記憶する為の記憶装置であり、
制御回路１０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙに従って
適宜Ｉｄ１乃至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６６に入力される。

【００８１】変調信号発生器６６は、画像データＩ’ｄ
１乃至Ｉ’ｄｎの各々に応じて表面伝導型電子放出素子
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Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを通じて表示パネル６
０内の表面伝導型電子放出素子に印加される。

【００８２】本例の電子放出素子は放出電流Ｉｅに対し
て以下の基本特性を有している。即ち、電子放出には明
確なしきい値電圧Ｖｔｈがあり、Ｖｔｈ以上の電圧を印
加された時のみ電子放出が生じる。電子放出しきい値以
上の電圧に対しては、素子への印加電圧の変化に応じて
放出電流も変化する。このことから、本素子にパルス状
の電圧を印加する場合、例えば電子放出閾値以下の電圧
を印加しても電子放出は生じないが、電子放出閾値以上
の電圧を印加する場合には電子ビームが出力される。そ
の際、パルスの波高値Ｖｍを変化させる事により出力電
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。

【００８３】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６６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。

【００８４】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６６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。

【００８５】シフトレジスタ６３やラインメモリ６４
は、デジタル信号式のものをもアナログ信号式のものを
も採用できる。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なわれれば良いからである。

【００８６】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路６５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６５の出力部にＡ／Ｄ変換器
を設ければ良い。これに関連してラインメモリ６４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６６に用いられる回路が若干異なったものとな
る。即ち、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６６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６６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表面伝導型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。

【００８７】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６６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、必要に応じてレベルシフト
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、必要に応じて表面伝導型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。

【００８８】このような構成をとり得る本例の画像表示
装置においては、各電子放出素子に、容器外端子Ｄ0ｘ1
乃至Ｄ0ｘm、Ｄ0ｙ1乃至Ｄ0ｙnを介して電圧を印加する
ことにより、電子放出が生ずる。高圧端子Ｈｖを介して
メタルバック６、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
光体５に衝突し、発光が生じて画像が形成される。

【００８９】ここで述べた画像形成装置の構成は一例で
あり、本発明の技術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
力信号はこれに限られるものではなく、ＰＡＬ、ＳＥＣ
ＡＭ方式などの他、これよりも多数の走査線からなるＴ
Ｖ信号（例えば、ＭＵＳＥ方式をはじめとする高品位Ｔ
Ｖ）方式をも採用できる。

【００９０】図２１は、はしご型配置の電子源の一例を
示す模式図である。図２１において、５３は電子源基
板、２は電子放出素子である。１１２のＤｘ１〜Ｄｘ１
０は、電子放出素子２を接続するための共通配線であ
る。電子放出素子２は、基板１上に、Ｘ方向に並列に複
数個配されている（これを素子行と呼ぶ）。この素子行
が複数個配されて、電子源を構成している。各素子行の
共通配線間に駆動電圧を印加することで、各素子行を独
立に駆動させることができる。即ち、電子ビームを放出
させたい素子行には、電子放出しきい値以上の電圧を、
電子ビームを放出しない素子行には、電子放出しきい値
以下の電圧を印加する。各素子行間の共通配線Ｄｘ２〜
Ｄｘ９は、例えばＤｘ２、Ｄｘ３を同一配線とすること
もできる。

【００９１】以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳
しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるも
のではない。

【００９２】［実施例１］図２は、本例の構成を示す上
面図、図３は図２のＡ−Ａ’線断面図である。本例は、
電子放出素子として表面伝導型電子放出素子を用いた画
像形成装置である。

【００９３】図２、図３において、１はガラスで構成さ
れたリアプレートである。２は電子放出素子、３は大気
圧を支える耐大気圧支持部材、即ち、スペーサーであ
る。４は透明なガラス基板であるフェースプレート、５
はフェースプレート４の内側に設置された蛍光体、６は
蛍光体５の表面に施されたメタルバックである。７は封
着用フリットガラス、８は外枠である。ここで、基板
１、フェースプレート４及び外枠８は、フリットガラス
７によって封着されて真空外囲器を構成している。９は
真空排気用の通気管である。通気管９は、平板状スペー
サー３の長軸方向の延長線上にある外枠８の辺部に設け
られている。

【００９４】図２、図３の構成において、真空外囲器内
は圧力が１０^-6ｔｏｒｒの真空状態に保たれ、大気圧は
大気圧支持部材（スペーサー）３と外枠８によって支持
されている。

【００９５】図２、図３及び図１３を参照しながらより
具体的に説明する。

【００９６】基板１の材質はソーダライムガラスで、大
きさは２４０ｍｍ×３２０ｍｍとした。フェースプレー
ト４の材質もソーダライムガラスとし、大きさは１９０
ｍｍ×２７０ｍｍとした。電子放出素子２である表面伝
導型電子放出素子の素子電極３１，３２は、膜厚１００
０ÅのＡｕとし、素子電極間隔Ｌ＝２μｍ、素子電極長
さＷ＝５００μｍとした。薄膜３０４として有機金属溶
液である有機パラジウム（奥野製薬（株）製、ＣＣＰ−
４２３０）含有溶液を塗布した後、３００℃で１０分間
の加熱処理をして、パラジウムを主成分とする微粒子
（平均粒径：７０Å）からなる微粒子膜を形成した。

【００９７】次に、配線１１として、厚さ２μｍ、幅３
００μｍのＣｕ配線を形成した。グリッド電極１４とし
てＡｕを厚さ１μｍ、幅８００μｍ、グリッド孔１５と
して１ｍｍ×５００μｍの孔を形成し、絶縁層１３の材
料としてＳｉＯ₂を用いた。これらの部材で金属、Ｓｉ
Ｏ₂はスパッタ法によって成膜し、加工はフォトリソグ
ラフィ技術（エッチング、リフトオフ等の加工技術も含
む）を用いて行った。蛍光体５としてフェースプレート
４にＰ−２２のグリーンの蛍光体を塗布した。外枠８に
はＢａＡｌを主成分とする直径１０ミリのリング状ゲッ
タ１０と、外径６ｍｍ、内径４ｍｍのガラス排気管１０
９を、フリットガラス７として日本電気硝子（株）製の
ＬＳ−０２０６を用いて、４５０℃、１０分間加熱して
固定した。大気圧支持部材（スペーサー）３の材質はソ
ーダライムとし、厚さ０．５ｍｍ、高さ４ｍｍ、長さ２
３０ｍｍとして２ｃｍ間隔で立設した。これらの基板１
と外枠８を挟み、フリットガラス７（日本電気硝子
（株）製のＬＳー０２０６）を、該フェースプレート
４、基板１と外枠８が接する部分に塗布し、電気炉等で
４５０℃、１０分加熱封着し、真空外囲器を形成した。

【００９８】次に、通気管９を通して外部の真空ポンプ
（不図示）により、前記外囲器内を圧力が１×１０^-6ｔ
ｏｒｒ程度となるまで真空排気した。フォーミングは三
角波形（底辺１ｍｓｅｃ、周期１０ｍｓｅｃ、波高値５
Ｖ）の電圧パルスを６０ｓｅｃ間印加することにより行
い、これにより電子放出部を形成した。

【００９９】次に、前記真空外囲器全体を１３０℃で２
４時間加熱脱ガスし、ゲッタを３５０ｋＨｚの高周波に
よってフラッシュし、排気管を封じ切り、封止を行ない
画像表示装置を作製した。

【０１００】外部駆動回路（不図示）とグリッドコンタ
クト１６、コンタクト電極１２をそれぞれフラットケー
ブル（不図示）でつなぎ、画像信号を表面伝導型電子放
出素子とグリッド電極１４に送り、同時に蛍光体５とメ
タルバック６に高圧電源（不図示）より５ｋＶ印加して
画像を表示させた。そうしたところ優れた画像を安定し
て表示できた。

【０１０１】［比較例１］実施例１の画像形成装置で、
通気管９と取り付けた外枠８の辺部と直角をなす外枠８
の辺部に通気管９を取り付け、その他は実施例１と全く
同じ構造の画像形成装置を作製した。

【０１０２】同様に真空排気したところ実施例１と同じ
１×１０^-6ｔｏｒｒの圧力まで真空排気するのに１．５
倍の時間を要した。なお、この時間まで真空排気を行っ
た実施例１の画像形成装置内の圧力は、比較例１の画像
形成装置内の圧力の半分程度となり、より低い到達圧力
が得られ、残留ガスを減少させることができた。

【０１０３】［実施例２］複数の（２本）の排気管を持
つ画像形成装置について説明する。

【０１０４】図４は本例の構成を示す上面図である。本
例は図２に示した実施例１の画像形成装置に通気管を１
本付加したものである。この他の構成は図２に示した実
施例１と同様であるため、図２と同じ番号を付して説明
は省略する。

【０１０５】本実施例の画像形成装置の大きさ、構造、
作製方法は通気管を除き、実施例１と同様とした。

【０１０６】真空排気は２本の通気管９を通して同時に
行い、実施例１と同様に画像形成装置の圧力を１×１０
^-6ｔｏｒｒにした。その後実施例１と同様にフォーミン
グ、加熱脱ガス、ゲッタフラッシュ、通気管の封じ切り
を行い画像形成装置を作製した。外部駆動回路（不図
示）とグリッドコンタクト１６、素子配線コンタクト１
２をそれぞれフラットケーブル（不図示）でつなぎ、画
像電気信号を表面伝導型電子放出素子とグリッド電極１
４に送り、同時に蛍光体５とメタルバック６に高圧電源
（不図示）より５ｋＶ印加した画像を表示した。そうし
たところ、長期に亘って安定した画像表示が行なえた。

【０１０７】［比較例２］一つの通気管の位置を比較例
１と同じとし、該通気管と相対する外枠の辺部にさらに
通気管を取り付け、その他は実施例１と全く同じ構造、
方法で画像形成装置を作製した。実施例２と同様に真空
排気したところ、実施例２と同じ１０^-6ｔｏｒｒの圧力
まで真空排気するのに約２倍の時間を要した。なお、こ
の時間まで真空排気を行った実施例２の画像表示装置内
の圧力は、比較例２の画像形成装置内の圧力の半分程度
となり、より低い到達圧力が得られ、残留ガスを減少さ
せることができた。

【０１０８】［実施例３］短冊状の耐大気圧支持部材
（スペーサー）を多数用いた画像表示装置について説明
する。

【０１０９】図５は本例の構成を示す上面図である。本
例は図１に示した実施例１における大気圧支持部材３
を、該大気圧支持部材３よりも短い耐大気圧支持部材を
マトリクス状に配置したものである。この他の構成は図
２に示した第１の実施例と同様であるため、図２と同じ
番号を付して説明は省略する。

【０１１０】耐大気圧支持部材（スペーサー）３の材質
はソーダライムガラスであり、一つの大きさは厚さ０．
８ｍｍ、高さ６ｍｍ、長さ３０ｍｍであり、図５に示す
ように縦方向に３５ｍｍ、横方向に２０ｍｍ間隔で立設
した。電子放出素子、電子源基板、その他の構造、大き
さは実施例１と同じとした。作製方法、真空排気方法、
排気後の圧力、フォーミグ、加熱脱ガス、ゲッタフラッ
シュ、通気管の封じ切りを実施例１と同様に行い、本画
像形成装置を作製した。図２０に示す外部駆動回路とグ
リッドコンタクト１６、コンタクト電極１２をそれぞれ
フラットケーブル（不図示）でつなぎ、画像電気信号を
表面伝導型電子放出素子とグリッド電極１４に送り、同
時に蛍光体５とメタルバック６に高圧電源（不図示）よ
り５ｋＶ印加して画像を表示した。そうしたところ実施
例１及び実施例２と同様に優れた画像を表示できた。

【０１１１】［比較例３］通気管９の取り出し口の位置
を図５で示した通気管９を取り付けた外枠８の辺部と直
角をなす外枠８の辺部に通気管９を取り付け、その他は
実施例３と全く同じ構造の画像形成装置を作製した。実
施例３と同様に真空排気したところ実施例３と同じ１×
１０^-6ｔｏｒｒの圧力まで真空排気するのに１．３倍の
時間を要した。なお、この時間まで真空排気を行った実
施例３の画像表示装置内の圧力は、比較例３の画像表示
装置内の圧力の３／５程度となり、より低い到達圧力が
得られ、残留ガスを減少させることができた。

【０１１２】［実施例４］円形の外枠を用いた画像表示
装置について説明する。図６は本例の構成を示す上面図
である。

【０１１３】図６において、１はリアプレートであると
ころの基板で材質はソーダライムガラスで、大きさは２
００ｍｍ×２００ｍｍとした。３は耐大気圧支持部材
（スペーサー）で材質はソーダライムガラスであり、一
つの大きさは厚さ０．８ｍｍ、高さ６ｍｍ、長さ１４ｍ
ｍとした。そしてスペーサー３は、図６に示すように縦
方向に１８ｍｍ、横方向に１０ｍｍ間隔で立てた。４は
フェースプレートで、外径１６０ｍｍ、蛍光体５として
Ｐ−２２のグリーンの蛍光体を塗布した。８はソーダガ
ラス製の外枠で、外径１６０ｍｍ、内径１５０ｍｍとし
た。その他図２で付した符号と同一の符号を持つ部材は
同一部材を示す。Ｃ−Ｃ’での断面は図３と同様の構造
を持っている。素子配線１１とグリッド電極１４の長
さ、表面伝導型電子放出素子の数は異なるが、その他の
構造、大きさは実施例１と同じであった。作製方法、真
空排気方法、排気後の圧力、フォーミング、加熱脱ガ
ス、ゲッタフラッシュ、排気管の封じ切りを実施例１と
同様に行い本画像表示装置を作製した。図２０に示す外
部駆動回路（不図示）とグリッドコンタクト電極１６、
コンタクト電極１２をそれぞれフラットケーブル（不図
示）でつなぎ、画像電気信号を表面伝導型電子放出素子
とグリッド電極１４に送り、同時に蛍光体５とメタルバ
ック６に高圧電源（不図示）より５ｋＶ印加して画像を
表示した。本例の画像形成装置は、優れた画像を安定し
て表示できた。

【０１１４】［比較例４］通気管９の取り出し口を図６
のＤの位置に取り付け、その他は実施例４と全く同じ構
造の画像表示装置を同様に作製した。実施例４と同様に
真空排気したところ実施例４と同じ１×１０^-6ｔｏｒｒ
の圧力まで真空排気するのに１．６倍の時間を要した。
また、この通気管を封じ切る直前の実施例４の画像形成
装置内の圧力は本比較例４の画像表示装置内の圧力の２
／５程度となり、より低い到達圧力が得られ、残留ガス
を減少させることができた。

【０１１５】［実施例５］第５の実施例として電子放出
素子として図１７に示した電界放出型電子放出素子を多
数用いた画像表示装置について説明する。

【０１１６】図１７に電界放出型電子放出素子の構造を
示す。同図において４０は負電極、４１は正電極であ
り、４４はその先端を鋭角にした電子を放出させる電子
放出部、４３は絶縁層である。このような構成において
正電極４１と負電極４０に電圧を印加すると電子放出部
４４に電界が集中し電子放出部４４より電子を放出す
る。本例の電界放出型電子放出素子においては、負電極
４０、正電極４１として厚さ１μｍのＡｕを用い、電子
放出部４４の先端角は４５度、一画素に対応する電子放
出素子には１００個の電子放出部４４を持ち、絶縁層４
３として厚さ１μｍのＳｉＯ₂を用いた。作製方法は、
ＡｕとＳｉＯ₂はスパッタ法によって堆積させ、加工は
フォトリソグラフィ技術（エッチング、リフトオフ等の
加工技術も含む）によって行った。電界放出型電子放出
素子は実施例１の表面伝導型電子放出素子と入れ替え、
正電極４１と負電極４０は配線１１に接続し、その他の
構造、大きさは実施例１と同じであった。

【０１１７】さらに電子放出素子の作製方法、真空排気
方法、排気後の圧力、加熱脱ガス、ゲッタフラッシュ、
排気管の封じ切りを実施例１と同様に行い画像形成装置
を作製した。外部駆動回路（不図示）とグリッドコンタ
クト電極１６、コンタクト電極１２をそれぞれフラット
ケーブル（不図示）でつなぎ、画像電気信号を本電界放
出型電子放出素子とグリッド電極１４に送り、同時に蛍
光体５とメタルバック６に高圧電源（不図示）より５ｋ
Ｖ印加して画像を表示した。本例においても優れた画像
を表示し得た。

【０１１８】［比較例５］比較例１と同様に通気管の取
り出し口の位置を図２で示した通気管９を取り付けた外
枠８の辺部と直角をなす外枠８の辺部に通気管を取り付
け、その他は実施例５と全く同じ構造の画像形成装置を
同様に作製した。同様に真空排気したところ実施例１と
同じ１×１０^-6ｔｏｒｒの圧力まで真空排気するのに
１．５倍の時間を要した。なお、この時間まで真空排気
を行った実施例５の画像表示装置内の圧力は、比較例５
の画像表示装置内の圧力の半分程度となり、より低い到
達圧力が得られ、残留ガスを減少させることができた。

【０１１９】［実施例６］図７に示す画像形成装置につ
いて説明する。

【０１２０】図７は本例の画像形成装置を示す模式図で
ある。

【０１２１】同図において、３はソーダライムガラスか
らなる耐大気圧支持構造体（スペーサー）である。

【０１２２】２３は耐大気圧支持構造体３の端を結んだ
直線で囲まれる耐大気圧支持構造体領域である。

【０１２３】９は活性化ガス導入および真空排気に用い
る、２本の同寸法の端面を研磨し加工したソーダライム
ガラス管からなる通気管である。

【０１２４】４は通気管９用の穴が開いているフェース
プレートである。

【０１２５】その他の符号については、図２に示した実
施例１と同様であるため、同一の符号をつけてある。

【０１２６】本実施例の画像形成装置は以下の方法によ
り製作した。

【０１２７】実施例１と同様のプロセスにより、フェー
スプレート４に、グリット、蛍光体を形成した。

【０１２８】その後、フェースプレート４のグリット、
蛍光体を形成した面に、接着剤として日本電気硝子
（株）製ＬＳ−７１０７フリットガラスを用い、耐大気
圧支持構造体３を搭載した。

【０１２９】この際、耐大気圧支持構造体３は、フェー
スプレート４のグリット上に立設し、等間隔に配置し
た。

【０１３０】その後、フェースプレート４に耐大気圧支
持構造体３を溶着するために、４４０℃で２０分間焼成
した。

【０１３１】次に、実施例１と同様のプロセスにより、
基板１に表面伝導型の電子放出素子２、素子電極、導電
薄膜配線等を搭載し、はしご型電子源を形成した。

【０１３２】その後、基板１のはしご型電子源を形成し
た面に、接着剤として日本電気硝子（株）製ＬＳ−３０
８１フリットガラスを用い、外枠８、リング状ゲッタ１
０を搭載した。

【０１３３】この際、外枠８は、内側に耐大気圧支持構
造体領域２３全域を含むよう配置した。

【０１３４】また、リング状ゲッタ１０は、外枠８の内
側で、かつ電子放出素子２の形成されている領域の外側
に配置した。

【０１３５】次に、耐大気圧支持構造体３を搭載したフ
ェースプレート４を、接着剤としてＬＳ−３０８１フリ
ットガラスを用い、基板１に搭載した外枠８上に搭載し
た。

【０１３６】次に、通気管９をＬＳ−３０８１フリット
ガラスを接着剤として用いて、フェースプレート４に立
設した。

【０１３７】通気管９を立設する際は、通気管９の、研
磨加工された一方の端面にフリットガラスを塗布し、そ
のフリットガラス塗布面を、フェースプレート４の通気
管９用の穴の部分に立設した。

【０１３８】この際、通気管９が傾いたりずれたりしな
いように、通気管９をフリットガラスが溶着するまで治
具固定した。

【０１３９】その後、フリットガラスを溶着するため４
１０℃で２０分間焼成し、基板１、フェースプレート
４、外枠８、通気管９、からなる真空外囲器を形成し
た。

【０１４０】次に、真空外囲器の通気管９を真空系に接
続し、真空排気を行った後、実施例１と同様にフォーミ
ング処理で電子放出部３４を形成した。

【０１４１】その後、フォーミング処理で形成した電子
放出部３４に、活性化処理を施した。

【０１４２】活性化処理では、通気管９から真空外囲器
内部に、活性化ガスとしてアセトンを導入し、真空外囲
器内部をアセトンを含有する１×１０^-5［ｔｏｒｒ］程
度の真空雰囲気とした後、コンタクト電極１２、グリッ
ドコンタクト１６に接続した外部駆動回路（不図示）よ
り、一定パルスの印加を繰り返し行った。

【０１４３】この際、印加したパルスは、パルス波高値
が１３Ｖで、周波数１００Ｈｚ程度のパルスとした。

【０１４４】また、活性化工程は、放出電流Ｉｅが飽和
した時点で終了とした。

【０１４５】以上の活性化処理により、素子電流Ｉｆ、
放出電流Ｉｅが、著しく変化した。

【０１４６】次に、活性化工程を経て得られた電子放出
素子に安定化処理を行った。

【０１４７】安定化処理では、真空外囲器全体を２００
℃で加熱し、通気管９に接続したソープションポンプに
より、真空外囲器内部の排気を行った。

【０１４８】この際、真空容器内の圧力が１×１０
^-6［ｔｏｒｒ］以下となった時点で安定化処理を終了し
た。

【０１４９】最後に、実施例１と同様にゲッタフラッシ
ュと排気管封じ切りを行い、画像形成装置を作製した。

【０１５０】次に、完成した画像形成装置の外部駆動回
路（不図示）とグリッドコンタクト１６、素子配線コン
タクト１２をそれぞれフラットケーブル（不図示）でつ
なぎ、画像電気信号を表面伝導型電子放出素子とグリッ
ド電極１４に送り、同時に蛍光体５とメタルバック６に
高圧電源（不図示）より５ｋＶ印加し、画像を表示し
た。

【０１５１】本実施例で得られた画像形成装置は、真空
排気の際１×１０^-6ｔｏｒｒの圧力まで真空排気する時
間が短く、高真空度が得られた。

【０１５２】また、活性化ガスの導入の際は、短時間で
内部の活性化ガス分圧が各部均一になり、活性化された
電子放出素子の電気特性のばらつきが、極めて小さくな
ることが確認された。

【０１５３】［実施例７］図８に示したマトリクス状に
配置された耐大気圧支持構造部材３を多数用いた画像形
成装置について説明する。

【０１５４】図８は本例の画像形成装置を示す模式図で
ある。本例では、マトリクス状に配置された耐大気圧支
持構造部材３を用いた。

【０１５５】また、電子放出素子として表面伝導型電子
放出素子５４を使用し、表面伝導型電子放出素子５４の
駆動のため、Ｘ方向配線５０とＹ方向配線５１を用い
た。その他は、本実施例は図７に示した実施例６と同様
であるため、説明は省略する。

【０１５６】前記耐大気圧支持構造部材３は、図７に用
いた大気圧支持構造部材３に比べ長さが短いので、大気
圧支持構造部材３を所望の形状に、切り出し、研磨する
行程において、寸度のばらつきが小さくなるため、寸度
歩留まりが高く、耐大気圧支持構造部材３の生産コスト
が安い利点がある。

【０１５７】さらに、真空外囲器内に図８のように間隔
をあけて配置することで、外囲器内の活性化ガス導入時
および、真空排気時にコンダクタンスを低下させずに済
み、均一な活性化および、所望の真空をより短時間で得
られる利点もある。

【０１５８】本実施例の画像形成装置の構成、作製方法
は耐大気圧支持部材の形状と配置以外は実施例６と同様
とした。

【０１５９】実施例６と同様に画像表示を行なったとこ
ろ、優れた画像を表示できた。

【０１６０】［実施例８］平板状の耐大気圧支持構造部
材３を外枠の一辺の長手方向に対してジグザグ状に配置
し多数用いた、画像形成装置について説明する。

【０１６１】図９は本例の画像形成装置を示す模式図で
ある。

【０１６２】前記耐大気圧支持部材３を、耐大気圧外囲
器内に図９のように間隔を開けて、外枠の一辺の長手方
向に対してジグザグ状に配置することで、より外囲器内
の活性化ガス導入に容器内の活性化ガス分圧を均一にで
きる利点がある。

【０１６３】また、真空排気時にコンダクタンスをより
低下させずにすむため、電子放出素子の均一な活性化
と、所望の真空を短時間で得られる利点もある。

【０１６４】１対の通気管９を結ぶ直線を２４に示す。
該直線上には耐大気圧支持構造体３は配されていない。
その他は図７に示した実施例６と同様とした。

【０１６５】本例の画像形成装置の作製方法は耐大気圧
支持部材３と通気管９の配置以外は実施例６と同様とし
た。本例のものも優れた画像を表示できた。

【０１６６】［実施例９］マトリクス状に多数配置され
た耐大気圧支持構造部材３と、通気管を２本用いた画像
形成装置について説明する。

【０１６７】図１０は本例の画像形成装置を示す模式図
である。本例では、マトリクス状に配置された耐大気圧
支持部材３を用いた。該耐大気圧支持部材３は、実施例
７で用いたものと同様のものである。

【０１６８】本例の画像形成装置は耐大気圧支持構造部
材３の本数と配置以外は実施例６と同様とした。実施例
６と同様、優れた表示画像が得られた。

【０１６９】［実施例１０］平板状の耐大気圧支持構造
部材３を、外枠の一辺の長手方向に対してジグザグ状に
多数配置し、通気管を４本用いた画像形成装置について
説明する。

【０１７０】図１１は本例の画像形成装置を示す模式図
である。本例の画像形成装置は、通気管を４本とした。
それ以外は実施例８の構成と同様とした。全ての通気管
を結ぶ直線を２４に示す。該直線上には耐大気圧支持構
造体３は存在しない。

【０１７１】本例の画像形成装置は、極めて高い排気効
率が得られ、表示画像も優れたものであった。

【０１７２】本例では、フェースプレートに通気管９を
取り付けたが、通気管９の取付位置は本実施例に限定さ
れるものではなく、リアプレートに取り付けても良い
し、四本をフェースプレート、とリアプレートに分割し
て取り付けても良い。

【０１７３】また、通気管を活性化ガス導入管と真空排
気管を兼用する通気管として用いることもできる。

【０１７４】［実施例１１］リアプレートに通気管を設
けた例について説明する。図１２は本例の画像形成装置
を示す模式図である。本例においては、図１２に示され
るように通気管９は、リアプレート１側に設けられてい
る。図１２において１９は、リアプレートにあいた穴を
示す。本例の画像形成装置は、通気管９をリアプレート
側に設けた以外実施例７の画像形成装置と同様にして作
製した。得られた表示画像は優れたものであった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像形成装置の１例を示す模式図であ
る。

【図２】本発明の画像形成装置の１例を示す模式図であ
る。

【図３】本発明の画像形成装置の１例を示す模式図であ
る。

【図４】本発明の画像形成装置の１例を示す模式図であ
る。

【図５】本発明の画像形成装置の１例を示す模式図であ
る。

【図６】本発明の画像形成装置の１例を示す模式図であ
る。

【図７】本発明の画像形成装置の１例を示す模式図であ
る。

【図８】本発明の画像形成装置の１例を示す模式図であ
る。

【図９】本発明の画像形成装置の１例を示す模式図であ
る。

【図１０】本発明の画像形成装置の１例を示す模式図で
ある。

【図１１】本発明の画像形成装置の１例を示す模式図で
ある。

【図１２】本発明の画像形成装置の１例を示す模式図で
ある。

【図１３】本発明に適用可能な平面型表面伝導型電子放
出素子の１例を示す模式的平面図及び断面図である。

【図１４】本発明に適用可能な垂直型表面伝導型電子放
出素子の１例を示す模式図である。

【図１５】表面伝導型電子放出素子の製造方法を示す模
式図である。

【図１６】表面伝導型電子放出素子の製造に際して採用
できる通電フォーミング処理における電圧波形の一例を
示す模式図である。

【図１７】電界放出型電子放出素子を示す模式図であ
る。

【図１８】マトリクス配置型の電子源基板の一例を示す
模式図である。

【図１９】蛍光体の一例を示す模式図である。

【図２０】ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行
なうための駆動回路の一例を示すブロック図である。

【図２１】梯子配置型電子源基板の一例を示す模式図で
ある。

【図２２】表面伝導型電子放出素子の模式図である。

【図２３】表面伝導型電子放出素子を用いた画像形成装
置を示す模式図である。

【符号の説明】

１リアプレート２電子放出素子３スペーサー４フェースプレート５蛍光体８外枠９通気管３６黒色部材３８メタルバック４８接着材５１，５２配線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子放出素子が設けられたリアプレート
と、蛍光体が設けられ前記リアプレートとは対向する位
置に配されたフェースプレートと、前記リアプレートと
前記フェースプレートとの間に配された平板状スペーサ
ーと、前記リアプレート及び前記フェースプレートの周
縁を包囲する外枠と、を有し、前記リアプレート、前記
フェースプレート及び前記外枠を用いて構成される容器
の内部を通気管を介して減圧させた状態で前記電子放出
素子より放出される電子を前記蛍光体に照射して画像を
形成する画像形成装置において、前記平板状スペーサーの長軸方向の延長線上にある前記
外枠の辺部、該辺部近傍の前記フェースプレート若しく
は前記リアプレートに前記通気管を配したことを特徴と
する画像形成装置。
【請求項２】前記通気管が複数個設けられている請求
項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】前記スペーサーは複数個設けられている
請求項１若しくは請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】前記２つの通気管を結ぶ直線上には前記
スペーサーが配置されていない請求項３に記載の画像形
成装置。
【請求項５】前記容器の形状が直方体であり、前記複
数のスペーサーは前記外枠の一辺の長手方向に対してジ
グザグ状に配置されており、前記通気管が前記容器内の
コーナーに配置されている請求項３に記載の画像形成装
置。
【請求項６】前記電子放出素子が表面伝導型電子放出
素子である請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項７】電子放出素子が設けられたリアプレート
と、蛍光体が設けられ前記リアプレートとは対向する位
置に配されたフェースプレートと、前記リアプレートと
前記フェースプレートとの間に配された平板状スペーサ
ーと、前記リアプレート及び前記フェースプレートの周
縁を包囲する外枠と、を有し、前記リアプレート、前記
フェースプレート及び前記外枠を用いて構成される容器
の内部を通気管を介して減圧させた状態で前記電子放出
素子より放出される電子を前記蛍光体に照射して画像を
形成する画像形成装置の製造方法において、前記平板状スペーサーの長軸方向の延長線上にある前記
外枠の辺部、該辺部近傍の前記フェースプレート若しく
は前記リアプレートに前記通気管を配し、該通気管を介
して容器内部を減圧させることを特徴とする画像形成装
置の製造方法。