JPH087811A - 電子線発生装置および該電子線発生装置を用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子放出素子からの電子放出電子軌道を安定
させ、電子の到達位置ずれを防止する。 【構成】 複数の電子放出素子１５がマトリクス状に搭
載された電子源１には、電子が衝突することにより発光
する蛍光膜７が設けられたフェースプレート３が対向配
置される。電子源１とフェースプレート３との間には、
外囲器１０の内部の耐大気圧構造体として絶縁性材料か
らなるスペーサ５が設けられる。スペーサ５の表面に
は、それぞれ電位規定された３つの電極９ａ、９ｂ、９
ｃが、Ｚ方向に間隔をおいて設けられいている。複数の
電極９ａ、９ｂ、９ｃを設けることにより、フェースプ
レート３と電子源１との間に印加される電圧にも耐えつ
つ、外囲器１０内に発生する電荷担持体によるスペーサ
５の帯電が防止され、電子の放出軌道が安定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子線発生装置および
それを利用した画像表示装置等の画像形成装置に関わ
り、特に表面伝導型電子放出素子を多数個備える電子線
発生装置および画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子放出素子としては、熱電子源
と冷陰極電子源の２種類が知られており、また、これら
の電子源を利用した画像形成装置が知られている。

【０００３】熱電子源を用いた平面型の画像形成装置と
しては、図２４に示すものが知られている。図２４は、
熱電子源を用いた従来の画像形成装置の概略構成図であ
る。この画像形成装置は、絶縁支持体１５０１上に平行
に配置され、表面に電子線衝撃により発光する部材（蛍
光体）が塗布された複数の陽極１５０２と、陽極１５０
２と平行に、かつ、対向して配置された複数のフィラメ
ント１５０３と、陽極１５０２とフィラメント１５０３
との間に、陽極１５０２およびフィラメント１５０３と
直交して配置された複数のグリッド１５０４とを有し、
これら陽極１５０２、フィラメント１５０３およびグリ
ッド１５０４は、透明の容器１５０５内に保持されてい
る。容器１５０５は、その内部の真空を保持できるよう
に絶縁支持体１５０１に気密接着（以下、「封着」とい
う）され、容器１５０５と絶縁支持体１５０１とで構成
される外囲器の内部は１０^-6Ｔｏｒｒ程度の真空に保た
れている。

【０００４】フィラメント１５０３は、真空中で加熱さ
れることにより電子を放出し、グリッド１５０４と陽極
１５０２に適当な電圧を印加することにより、フィラメ
ント１５０３から放出された電子が陽極１５０２に衝突
し、陽極１５０２上に塗布された蛍光体が発光する。陽
極１５０２の列（Ｘ方向）とグリッド１５０４の列（Ｙ
方向）をマトリクスアドレッシングすることにより、発
光する位置の制御が可能となり、容器１５０５を通して
画像を表示することができる。

【０００５】しかし、熱電子源を用いた画像形成装置
は、 （１）消費電力が大きい。 （２）変調スピードが遅いため、大容量の表示が困難で
ある。 （３）各素子間のばらつきが生じやすく、また構造が複
雑となるため大画面化が難しい。という問題点がある。

【０００６】そこで、熱電子源にかえて、冷陰極電子源
を用いた画像形成装置が考えられている。

【０００７】冷陰極電子源には電界放出型（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（以下、ＳＣＥとい
う）等がある。

【０００８】ＦＥ型の例としては、W.P.Dyke & W.W.Dol
an, "Field emission", Advance inElectron Physics,
8, 89(1956)、あるいはC.A.SPindt, "PHYSICAL Propert
iesof thin-film field emission cathodes with moybd
enium coces", J.Appl.Phys., 47, 5248(1976) 等が知
られている。

【０００９】ＭＩＭ型の例としては、C.A.Mead, "Opera
tion of Tunnel-emission Devices", J.Appl.Phys., 3
2, 646(1961) 等が知られている。

【００１０】ＳＣＥの例としては、M.I.Elinson, Radio
Eng. Electron Phys., 10, (1965)等がある。ＳＣＥ
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ＳＣＥ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:"Thin Solid Films", 9, 317(1972)］、Ｉ
ｎ₂Ｏ₃／ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの［M.Hartwell and C.
G.Fonstad:"IEEE Trans. ED Conf.", 519(1975)］、カ
ーボン薄膜によるもの［荒木久 他：真空、第２６巻、
第１号、２２頁（１９８３）］等が報告されている。

【００１１】これら表面伝導型電子放出素子の典型的な
素子構成として、前述のハートウェル（M.Hartwell）の
文献による素子構成を図２５に示す。図２５において、
絶縁性基板２０１１には、素子電極となる電子放出部形
成用薄膜２０１２が形成されている。電子放出部形成用
薄膜２０１２は、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膜等からなり、後述のフォーミング
と呼ばれる通電処理により電子放出部２０２３が形成さ
れる。また、電子放出部形成用薄膜２０１２のうち電子
放出部２０２３が含まれる部分を、電子放出部を含む薄
膜２０１８と呼ぶことにする。

【００１２】従来、これらの表面伝導型電子放出素子に
おいては、電子放出を行なう前に、電子放出部形成用薄
膜２０１２を、予めフォーミングと呼ばれる通電処理に
よって電子放出部２０２３を形成するのが一般的であっ
た。すなわちフォーミングとは、電子放出部形成用薄膜
２０１２の両端に電圧を印加し、電子放出部形成用薄膜
２０１２を局所的に破壊もしくは変質させ、電気的に高
抵抗な状態にした電子放出部２０２３を形成することで
ある。なお、電子放出部２０２３は、電子放出部形成用
薄膜２０１２の一部に亀裂が発生し、その亀裂付近から
電子放出が行なわれる。以下、フォーミングにより形成
した電子放出部を含む電子放出部形成用薄膜２０１２
を、電子放出部を含む薄膜２０１８と呼ぶ。前記フォー
ミング処理をした表面伝導型電子放出素子は、上述の電
子放出部を含む薄膜２０１８に電圧を印加し、素子に電
流を流すことにより、上述の電子放出部２０２３より電
子を放出させるものである。

【００１３】例えば、この種の電子放出素子を用いた画
像形成装置としては、電子放出素子が設けられた電子源
と、電子の衝突により発光する蛍光体等を備えた画像形
成部材とを支持枠を介して対向配置し、これら電子源と
画像形成部材と支持枠とで構成される外囲器の内部を真
空にしたものが知られていいる。また、画像形成部材に
は、電子源から放出された電子を画像形成部材に向けて
加速するための加速電極が備えられ、加速電極に高電圧
を印加することで放出電子が画像形成部材へ向けて加速
され、画像形成部材に衝突する。また、薄型画像表示装
置等のように扁平な外囲器を用いる画像形成装置におい
ては、耐大気圧構造体として支持柱（スペーサ）を用い
る場合もある。

【００１４】多数のＳＣＥを配列した例としては、並列
にＳＣＥを配列し、個々の要素の両端を配線にてそれぞ
れ結線した行を多数配列した電子源が挙げられる（例え
ば、特開平１−３１３３２号公報）。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本出願人は、ＳＣＥを
用いた画像形成装置をより簡単な構成で実現する方法と
して、複数本の行方向配線と複数本の列方向配線とによ
って、ＳＣＥの対向する１対の素子電極をそれぞれ結線
することで、行列状に、多数個のＳＣＥを配列した単純
マトリクス型の電子源を構成し、行方向と列方向に適当
な駆動信号を与えることで、多数のＳＣＥを選択し、電
子放出量を制御し得る系を考えている。

【００１６】上記単純マトリクス型のＳＣＥ電子源を用
いた画像形成装置の検討において、本発明者らは、画像
形成部材をなす蛍光体上の発光位置すなわち電子の到達
位置や発光形状が設計値からずれる場合が生じることを
見出した。特に、カラー画像用の画像形成部材を用いた
場合は、発光位置ずれとあわせて、輝度低下や色ずれの
発生も見られる場合があった。また、本現象は電子源と
画像形成部材間に配置される支持枠または支持柱（スペ
ーサ）の近傍、あるいは画像形成部材の周縁部で起こる
ことを確認した。

【００１７】そこで本発明は、電子放出素子からの電子
放出軌道を安定させ、電子の到達位置ずれのない電子線
発生装置および画像形成装置を提供することを目的とす
る。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の電子線発生装置は、電子放出素子が設けられた
電子源と、前記電子源に真空雰囲気中で対向配置され、
前記電子放出素子から放出された電子を加速するための
加速電極を備えた電子被照射部材と、前記電子源と前記
電子被照射部材との間に配置された絶縁性部材とを有す
る電子線発生装置において、前記絶縁性部材の表面に
は、電位規定された複数の電極が、それぞれ前記電子源
と電子被照射部材との間の電場のなす方向と垂直な方向
に沿って設けられていることを特徴とする。

【００１９】また、前記絶縁性部材の表面には複数の凸
部が形成され、前記複数の凸部のそれぞれに前記電位規
定された電極が設けられているものや、前記複数の電極
が、以下の条件式、すなわち （突出量／電極間隔）≧√［（ｄ・Ｖｉ）／（ｚ・Ｖ
ａ）］ ｄ：前記電子源と電子被照射部材との距離 Ｖｉ：前記電子源と電子被照射部材との間に発生する電
荷担持体の初期運動エネルギーの最大値 ｚ：前記電子源と電子被照射部材との間の電場のなす方
向における電荷担持体発生部から前記電極間までの距離 Ｖａ：前記電子源と電子被照射部材の加速電極との間の
電位差 突出量：ｚ方向に直交する方向への前記電極の突出量 電極間隔：ｚ方向での前記電極の間隔 に従って設けられているものでもよい。

【００２０】前記電荷担持体は、前記電子源から放出さ
れる電子、前記電子源から放出される電子が衝突するこ
とにより発生する２次電子またはイオンであってもよ
く、前記絶縁性部材は、前記電子源と電子被照射部材と
の間の真空雰囲気を維持するための外囲器の一部をなす
支持枠であったり、前記電子源と電子被照射部材との間
に設置された耐大気圧構造体であってもよい。

【００２１】さらに、前記複数の電極は、それぞれ引き
出し配線により外部に引き出されているものでもよく、
この場合、前記引き出し配線は、前記支持枠に設けられ
ているものや、前記電子被照射部材に設けられているも
のや、前記電子源が搭載されるリアプレートを有し、前
記リアプレートに設けられているものや、前記絶縁性部
材に前記複数の電極を接続する高抵抗導電膜が形成され
るとともに、前記電子被照射部材および前記電子源にそ
れぞれ前記高抵抗導電膜と電気的に接続される導電性部
材が設けられ、前記引き出し配線が、前記導電性部材に
設けられているものでもよい。

【００２２】また、電子放出素子が設けられた電子源
と、前記電子源に真空雰囲気中で対向配置され、前記電
子放出素子から放出された電子を加速するための加速電
極を備えた電子被照射部材と、前記電子源と前記電子被
照射部材との間に配置された少なくともひとつの電極部
と、前記電子源と前記電極部間をなすか、あるいは前記
電極部間をなす空間内に設置された絶縁性部材とを有す
る電子線発生装置において、前記絶縁性部材の表面に
は、電位規定された複数の電極が、それぞれ前記絶縁性
部材の設置された空間の電場のなす方向と垂直な方向に
沿って設けられていることを特徴とするものであっても
よい。

【００２３】この場合、前記絶縁性部材の表面には複数
の凸部が形成され、前記複数の凸部のそれぞれに前記電
位規定された電極が設けられているものや、前記複数の
電極が、以下の条件式、すなわち （突出量／電極間隔）≧√［Ｖｉ／（ｚ・Ｅｚ）］ Ｖｉ：前記絶縁性部材の設置された空間に入射する電荷
担持体の初期運動エネルギーの最大値 ｚ：前記絶縁性部材の設置された空間内の電場の平均的
方向のなす方向 Ｅｚ：前記絶縁性部材の設置された空間内のｚ方向の電
場の平均値 突出量：ｚ方向に直交する方向への前記電極の突出量 電極間隔：ｚ方向での前記電極の間隔 に従って設けられているものでもよい。

【００２４】前記電荷担持体は、前記電子源から放出さ
れる電子、前記電子源から放出される電子が衝突するこ
とにより発生する２次電子またはイオンであってもよ
く、前記絶縁性部材は、前記電子源と電極部との間の真
空雰囲気を維持するための外囲器の一部をなす支持枠で
あったり、前記電子源と電極部との間に設置された耐大
気圧構造体であってもよい。

【００２５】そして前記複数の電極は、それぞれ引き出
し配線により外部に引き出されているものでもよく、こ
の場合、前記引き出し配線は、前記支持枠に設けられて
いるものや、前記電極部に設けられているものや、前記
電子源が搭載されるリアプレートを有し、前記リアプレ
ートに設けられているものや、前記絶縁性部材に前記複
数の電極を接続する高抵抗導電膜が形成されるととも
に、前記電極部および前記電子源にそれぞれ前記高抵抗
導電膜と電気的に接続される導電性部材が設けられ、前
記引き出し配線が、前記導電性部材に設けられているも
のであってもよい。

【００２６】さらに、前記電子放出素子は、冷陰極型電
子放出素子であってもよく、その中でも特に表面伝導型
電子放出素子を用いたものであってもよい。

【００２７】この場合、前記表面伝導型電子放出素子が
２次元のマトリクス状に複数個配置され、前記各表面伝
導型電子放出素子は、複数本の行方向配線と複数本の列
方向配線とによって、それぞれ結線されているものであ
ってもよい。

【００２８】本発明の画像形成装置は、上記本発明の電
子線発生装置を用い、前記電子被照射部材に代えて、前
記電子源に対向配置され、前記電子放出素子から放出さ
れた電子が衝突することにより画像が形成される部材お
よび前記電子放出素子から放出された電子を加速するた
めの加速電極を備えた画像形成部材としたものである。

【００２９】

【作用】本発明者らは鋭意研究した結果、上記課題は電
子源から放出される電子がその誘因となることを見出し
た。

【００３０】電子源から放出された電子は画像形成部材
である蛍光体への衝突の他に、確率は低いが真空中の残
留ガスへの衝突が起こる。これらの衝突時にある確率で
発生した散乱粒子（イオン、２次電子、中性粒子等）の
一部が、画像形成装置内の絶縁性材料の露出した部分に
衝突し、上記露出部が帯電していることがわかった。こ
の帯電により、上記露出部の近傍では電場が変化して電
子軌道のずれが生じ、蛍光体の発光位置や発光形状の変
化が引き起こされたと考えられる。

【００３１】また、上記蛍光体の発光位置、形状の変化
の状況から、上記露出部には主に正電荷が蓄積している
こともわかった。この原因としては、散乱粒子のうちの
正イオンが付着帯電する場合、あるいは散乱粒子が上記
露出部に衝突するときに発生する２次電子放出により正
の帯電が起きる場合などが考えられる。

【００３２】以下に、上述の課題を解決するための手段
による作用を説明する。

【００３３】上記のとおり構成された本発明の電子線発
生装置では、電子源の電子放出素子から電子が放出さ
れ、この電子が電子被照射部材の加速電極に印加された
高電圧により加速されて電子被照射に衝突すると、電子
被照射部材からは散乱粒子が発生する。この散乱粒子の
うち正イオンの散乱時の最大運動エネルギーは５０ｅＶ
程度である（Surface Science, 66(1977), 346によ
る）。また、この正イオンの他に、電子源と電子被照射
部材との間には、電子源から放出された電子といった電
荷担持体が存在する。一方、電子源と電子被照射部材と
の間に配置された絶縁性部材の表面には、電位規定され
た電極が設けられているので、絶縁性部材の表面には前
記荷電担持体が付着帯電しにくくなる。その結果、電子
放出素子から放出される電子の軌道がずれにくくなる。
また、電極は、電子源と電子被照射部材との間の電場の
なす方向と垂直な方向に沿って複数設けられているの
で、電子被照射部材の加速電極に印加される高電圧にも
耐え得る構造となる。

【００３４】ここで、電荷担持体が発生した位置を原点
としたとき、電子源と電子被照射部材との間の電場のな
す方向をＺ、それに直交する方向をＹ、電子源と電子被
照射部材との間隔をｄ、電子源と電子被照射部材との電
位差をＶａ、電荷担持体の初期運動エネルギーの最大値
をＶｉとすると、電荷担持体のなす軌跡は、 Ｚ＝［Ｖａ／（４ｄ・Ｖｉ）］×Ｙ² で表わされる。

【００３５】そこで、電子源と電子被照射部材との間の
電場のなす方向における電荷担持体発生部から電極間ま
での距離をｚとしたとき、 （突出量／電極間隔）≧√［（ｄ・Ｖｉ）／（ｚ・Ｖａ）］…条件式（１） の関係を満たすように各電極を形成すれば、絶縁性部材
への電荷担持体の軌道が電極によって遮られ、絶縁性部
材への帯電は防止される。

【００３６】また本発明は、複数本の行方向配線と複数
本の列方向配線とによってＳＣＥをそれぞれ結線するこ
とで、行列状に多数個のＳＣＥを配列した単純マトリク
ス型の電子源を用いた電子線発生装置に好適である。上
記単純マトリクス型の電子源は、行方向と列方向に適当
な駆動信号を与えることで、多数のＳＣＥを選択し電子
放出量を制御し得るので、基本的には他の制御電極を付
加する必要がなく、１枚の基板上で容易に構成できる。

【００３７】もちろん、本発明は電子源と電子被照射部
材との間に何らかの付加構造（例えば集束電極や偏向電
極等）を有する場合についても、上記の考え方を該付加
構造間の各々の空間に適用し、絶縁性部材に設けられる
複数の電極の構成を決めることで同様の効果を与える。
さらに、上記付加構造が上記複数の電極の一部を兼ねる
場合についても適用できる。

【００３８】本発明の画像形成装置では、本発明の電子
線発生装置で用いた電子被照射部材に代えて、電子源に
対向配置され、電子放出素子から放出された電子が衝突
することにより画像が形成される部材および電子放出素
子から放出された電子を加速するための加速電極を備え
た画像形成部材を用いているので、上述したように電子
放出素子から放出される電子の軌道が安定し、その結
果、発光位置のずれの少ない良好な画像が形成される。

【００３９】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００４０】本発明にかかわる画像形成装置は基本的に
は、薄型の真空容器内に、基板上に多数の冷陰極素子を
配列してなるマルチ電子ビーム源と、電子ビームの照射
により画像を形成する画像形成部材とを対向して備えて
いる。

【００４１】冷陰極素子は、たとえばフォトリソグラフ
ィーやエッチングのような製造技術を用いれば基板上に
精密に位置決めして形成できるため、微小な間隔で多数
個を配列することが可能である。しかも、従来からＣＲ
Ｔ等で用いられてきた熱陰極と比較すると、陰極自身や
周辺部が比較的低温の状態で駆動できるため、より微細
な配列ピッチのマルチ電子ビーム源を容易に実現するこ
とができる。

【００４２】本発明は、上述した冷陰極素子をマルチ電
子ビーム源として用いた画像形成装置にかかわるもので
ある。

【００４３】また、冷陰極素子のなかでもとりわけ好ま
しいのは、表面伝導型電子放出素子（ＳＣＥ）である。
すなわち、前記ＭＩＭ型素子は絶縁層や上部電極の厚さ
を比較的精密に制御する必要があり、またＦＥ型は針状
の電子放出部の先端形状を精密に制御する必要がある。
そのため、これらの素子は比較的製造コストが高くなっ
たり、製造プロセス上の制限から大面積のものを作製す
るのが困難となる場合があった。

【００４４】これに対してＳＣＥは、構造が単純で製造
が簡単であり、大面積のものを容易に作製できる。近
年、特に大画面で安価な表示装置が求められている状況
においては、とりわけ好適な冷陰極素子であるといえ
る。

【００４５】ＳＣＥの典型的な構成を図２３に示す。図
２３は、ＳＣＥの典型的な素子構成を示す図である。す
なわち図２３に示すように、絶縁性基板１０１１上に１
対の素子電極１０１６、１０１７を設け、これら各電極
１０１６、１０１７を連絡するように金属酸化物等の薄
膜１０１８（以下、「電子放出部形成用薄膜」とい
う。）を成膜し、この薄膜１０１８をフォーミングと呼
ばれる通電処理により局所的に破壊もしくは変質させ電
子放出部１０２３を形成したものである。

【００４６】次に、図２３に示した電子放出素子の製造
方法を、本出願人による特開平２−５６８２２、４−２
８１３９を参考にして、図２４の製造工程図を用いて概
説する。なお、以下の工程ａ〜ｃは図２４の（ａ）〜
（ｃ）に対応する。

【００４７】工程ａ：絶縁性基板１０１１を洗剤、純水
および有機溶剤により十分に洗浄後、真空蒸着法、スパ
ッタ法等により素子電極材料を堆積後、フォトリソグラ
フィー技術により絶縁性基板１０１１の面上に素子電極
１０１６、１０１７を形成する。

【００４８】絶縁性基板１０１１としては、石英ガラ
ス、Ｎａ等の不純物含有量を減少したガラス、青板ガラ
ス、青板ガラスにスパッタ法等により形成したＳｉＯ₂
を積層したガラス基板等のガラス部材及びアルミナ等の
セラミックス部材等が挙げられる。素子電極１０１６、
１０１７の材料としては、導電性を有するものであれば
どのようなものであっても構わないが、例えばＮｉ、Ｃ
ｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等
の金属、あるいは合金、或いはＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ
Ｏ₂ 、Ｐｄ−Ａｇ等の金属や金属酸化物とガラス等から
構成される印刷導体、あるいはＩｎ₂ Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 等
の透明導電体、あるいはポリシリコン等の半導体導体材
料等が挙げられる。

【００４９】工程ｂ：絶縁性基板１０１１上に設けられ
た素子電極１０１６、１０１７の間に、有機金属溶液を
塗布して放置することにより、有機金属薄膜を形成す
る。この後、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、電子放出部形
成用薄膜１０１８を形成する。

【００５０】上記有機金属溶液とは、電圧印加により電
子を放出しやすいもの、即ち仕事関数の低いもので、か
つ安定なもの、例えばＰｄ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、
Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐ
ｂ、Ｈｇ、Ｃｄ、Ｐｔ、Ｍｎ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｃｏ、Ｃ
ｅ、Ｚｒ、Ｔｈ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｉｒ等
の金属、ＡｇＭｇ、ＮｉＣｕ、Ｐｂ、Ｓｎ等の合金を主
元素とする有機化合物の溶液である。

【００５１】なお、ここでは、有機金属溶液の塗布法に
より説明したが、これに限る物でなく、真空蒸着法、ス
パッタ法、化学的気相堆積法、分散塗布法、ディッピン
グ法、スピンナー法等によって形成される場合もある。

【００５２】工程ｃ：素子電極１０１６、１０１７間に
電圧を不図示の電源により電圧を印加することで、先述
のフォーミングと呼ばれる通電処理を施し、電子放出部
形成用薄膜１０１８に、電子放出部形成用薄膜１０１８
の構造が変化した部位である電子放出部１０２３を形成
する。このようにして形成された電子放出部１０２３
は、導電性微粒子で構成されていることを本発明者等は
観察している。

【００５３】このＳＣＥは、素子電極１０１６、１０１
７間にある程度（しきい値電圧）以上の電圧を印加する
ことにより急激に放出電流が増加して電子放出部１０２
３から電子を放出し、一方、上記しきい値電圧未満では
放出電流がほとんど検出されない非線形素子である。Ｓ
ＣＥの放出電流は素子電極１０１６、１０１７間に印加
する電圧で制御でき、また、放出電荷はこの電圧の印加
時間により制御できる。

【００５４】また、本出願人は、ＳＣＥのなかでは電子
放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形成したもの
が特性上、あるいは大面積化する上で好ましいことを見
出している。

【００５５】そこで、以下に述べる実施例では、微粒子
膜を用いて形成したＳＣＥをマルチ電子ビーム源として
用いた画像表示装置を、本発明の画像形成装置の好まし
い例として説明する。

【００５６】（第１実施例）図１は、本発明の電子線発
生装置を応用した画像形成装置の第１実施例の一部を破
断した斜視図であり、図２は、図１に示した画像形成装
置の要部断面図である。

【００５７】図１および図２において、リアプレート２
には、複数の表面伝導型の電子放出素子（ＳＣＥ）１５
がマトリクス状に配列された電子源１が固定されてい
る。電子源１には、ガラス基板６の内面に蛍光膜７と加
速電極であるメタルバック８が形成された、画像形成部
材としてのフェースプレート３が、絶縁性材料からなる
支持枠４を介して対向配置されており、電子源１とメタ
ルバック８との間には、不図示の電源により高電圧が印
加される。これらリアプレート２、支持枠４およびフェ
ースプレート３は互いにフリットガラス等で封着され、
リアプレート２と支持枠４とフェースプレート３とで外
囲器１０を構成する。

【００５８】また、外囲器１０の内部は１０^-6Ｔｏｒｒ
程度の真空に保持されるので、大気圧や不意の衝撃など
による外囲器１０の破壊を防止する目的で、耐大気圧構
造体として、外囲器１０の内部には薄板状のスペーサ５
が設けられている。スペーサ５は絶縁性材料からなるも
ので、上記目的を達成するのに必要な数だけ、かつ、必
要な間隔をおいてＸ方向に平行に配置され、外囲器１０
の内面および電子源１の表面にフリットガラス等で封着
される。

【００５９】スペーサ５の表面には、Ｘ方向に延びる３
つのストライプ状の電極９ａ、９ｂ、９ｃが、それぞれ
Ｚ方向に間隔をおいて互いに平行に設けられている。各
電極９ａ、９ｂ、９ｃは、後述する取り出し配線を通じ
て、外囲器１０の外部への取り出しが行なわれる。

【００６０】以下に、上述した各構成要素について詳細
に説明する。

【００６１】（１）電子源１ 図３は、図１に示した画像形成装置の電子源の要部平面
図であり、図４は、図３に示した電子源のＡ−Ａ’線断
面図である。

【００６２】図３および図４に示すように、ガラス基板
等からなる絶縁性基板１１には、ｍ本のＸ方向配線１２
とｎ本のＹ方向配線１３とが、層間絶縁層１４（図３で
は不図示）で電気的に分離されてマトリクス状に配線さ
れている。各Ｘ方向配線１２と各Ｙ方向配線１３との間
には、それぞれ表面伝導型の電子放出素子１５が電気的
に接続されている。各電子放出素子１５は、それぞれＸ
方向に間をおいて配置された１対の素子電極１６、１７
と、各素子電極１６、１７を連絡する電子放出部形成用
薄膜１８とで構成され、１対の素子電極１６、１７のう
ち一方の素子電極１６が、層間絶縁層１４に形成された
コンタクトホール１４ａを介してＸ方向配線１２に電気
的に接続され、他方の素子電極１７がＹ方向配線１３に
電気的に接続される。各素子電極１６、１７は、それぞ
れ導電性金属等からなるものであり、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等で形成される。

【００６３】絶縁性基板１１の大きさ及び厚みは、絶縁
性基板１１に設置される電子放出素子１５の個数および
個々の素子の設計上の形状や、電子源１の使用時に容器
の一部を構成する場合には、その容器を真空に保持する
ための条件等に依存して適宜設定される。

【００６４】各Ｘ方向配線１２および各Ｙ方向配線１３
は、それぞれ絶縁性基板１１上に、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等により所望のパターンに形成された導
電性金属等からなり、多数の電子放出素子１５にできる
だけ均等な電圧が供給されるように、材料、膜厚、配線
巾が設定される。また、層間絶縁層１４は、真空蒸着
法、印刷法、スパッタ法等で形成されたＳｉＯ₂ 等であ
り、Ｘ方向配線１２を形成した絶縁性基板１１の全面或
いは一部に所望の形状で形成され、特にＸ方向配線１２
とＹ方向配線１３の交差部の電位差に耐え得るように、
膜厚、材料、製法が適宜設定される。

【００６５】また、Ｘ方向配線１２には、Ｘ方向に配列
する電子放出素子１５の行を任意に走査するための走査
信号を印加するための不図示の走査信号発生手段と電気
的に接続されている。一方、Ｙ方向配線１３には、Ｙ方
向に配列する電子放出素子１５の各列を任意に変調する
ための変調信号を印加するための不図示の変調信号発生
手段と電気的に接続されている。ここにおいて、各電子
放出素子１５に印加される駆動電圧は、当該素子に印加
される走査信号と変調信号の差電圧として供給されてい
るものである。

【００６６】ここで、電子源１の製造方法の一例につい
て図５により工程順に従って具体的に説明する。尚、以
下の工程ａ〜ｈは、図５の（ａ）〜（ｈ）に対応する。

【００６７】工程ａ：清浄化した青板ガラス上に厚さ
０．５μｍのシリコン酸化膜をスパッタ法で形成した絶
縁性基板１１上に、真空蒸着により厚さ５０オングスト
ロームのＣｒ、厚さ６０００オングストロームのＡｕを
順次積層した後、ホトレジスト（ＡＺ１３７０ ヘキス
ト社製）をスピンナーにより回転塗布、べークした後、
ホトマスク像を露光、現像して、Ｘ方向配線１２のレジ
ストパターンを形成し、Ａｕ／Ｃｒ堆積膜をウエットエ
ッチングして、所望の形状のＸ方向配線１２を形成す
る。

【００６８】工程ｂ：次に、厚さ１．０μｍのシリコン
酸化膜からなる層間絶縁層１４をＲＦスパッタ法により
堆積する。

【００６９】工程ｃ：工程ｂで堆積したシリコン酸化膜
にコンタクトホール１４ａを形成するためのホトレジス
トパターンを作り、これをマスクとして層間絶縁層１４
をエッチングしてコンタクトホール１４ａを形成する。
エッチングはＣＦ₄ とＨ₂ ガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａ
ｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法による。

【００７０】工程ｄ：その後、素子電極と素子電極間ギ
ャップとなるべきパターンをホトレジスト（ＲＤー２０
００Ｎー４１ 日立化成社製）で形成し、真空蒸着法に
より厚さ５０オングストロームのＴｉ、厚さ１０００オ
ングストロームのＮｉを順次堆積した。ホトレジストパ
ターンを有機溶剤で溶解し、Ｎｉ／Ｔｉ堆積膜をリフト
オフし、素子電極間隔Ｌ１（図３参照）が３μｍ、素子
電極幅Ｗ１（図３参照）が３００μｍである素子電極１
６、１７を形成する。

【００７１】工程ｅ：素子電極１６、１７の上にＹ方向
配線１３のホトレジストパターンを形成した後、厚さ５
０オングストロームのＴｉ、厚さ５０００オングストロ
ームのＡｕを順次真空蒸着により堆積し、リフトオフに
より不要の部分を除去して、所望の形状のＹ方向配線１
３を形成する。

【００７２】工程ｆ：図６に示すような、素子電極間隔
Ｌ１だけ間をおいて位置する１対の素子電極１６、１７
を跨ぐような開口２０ａを有するマスク２０を用い、膜
厚１０００オングストロームのＣｒ膜２１を真空蒸着に
より堆積・パターニングし、その上に有機Ｐｄ（ｃｃｐ
４２３０ 奥野製薬（株）社製）をスピンナーにより回
転塗布、３００℃で１０分間の加熱焼成処理をした。

【００７３】このようにして形成されたＰｄを主元素と
する微粒子からなる電子放出部形成用薄膜１８の膜厚は
約１００オングストローム、シート抵抗値は５×１０⁴
Ω／□であった。なお、ここで述べる微粒子膜とは、複
数の微粒子が集合した膜であり、その微細構造として、
微粒子が個々に分散配置した状態のみならず、微粒子が
互いに隣接、あるいは、重なり合った状態（島状も含
む）の膜をさし、その粒径とは、前記状態で粒子形状が
認識可能な微粒子についての径をいう。

【００７４】工程ｇ：酸エンチャントによりＣｒ膜２１
を除去して、所望のパターン形状を有する電子放出部形
成用薄膜１８を形成した。

【００７５】工程ｈ：コンタクトホール１４ａ部分以外
にレジストを塗布するようなパターンを形成し、真空蒸
着により厚さ５０オングストロームのＴｉ、厚さ５００
０オングストロームのＡｕを順次堆積した。リフトオフ
により不要の部分を除去することにより、コンタクトホ
ール１４ａを埋め込んだ。

【００７６】以上の工程を経て、Ｘ方向配線１２、Ｙ方
向配線１３および電子放出素子１５が絶縁性基板１１上
に２次元状に等間隔に形成配置される。

【００７７】そして、外囲器１０（図１参照）を、不図
示の排気管を通じて真空ポンプにて排気し、十分な真空
度に達した後、容器外端子Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍとＤ
ｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じ、電子放出素子１５の素子
電極１６、１７間に電圧を印加し、電子放出部形成用薄
膜１８を通電処理（フォーミング処理）することにより
電子放出部形成用薄膜１８が局所的に破壊して電子放出
部形成用薄膜１８に電子放出部２３（図４参照）が形成
される。例えば、フォーミング処理として、１０^-6Ｔｏ
ｒｒの真空雰囲気下で、図７に示すようなパルス幅Ｔ₁
が１ミリ秒、波高値（フォーミング時のピーク電圧）が
５Ｖの三角波を、１０ミリ秒のパルス間隔Ｔ₂ で６０秒
間、素子電極１６、１７間に通電することにより、電子
放出部形成用薄膜１８に電子放出部２３を形成できる。

【００７８】（２）蛍光膜７ 蛍光膜７は、モノクロームの場合は、電子が衝突するこ
とにより画像を形成する部材としての蛍光体のみから成
るが、カラーの場合は、図８に示されるように蛍光体の
配列によりブラックストライプあるいはブラックマトリ
クスなどと呼ばれる黒色導電材７ｂと蛍光体７ａとで構
成される。蛍光体７ａは電子放出素子１５に対応して配
置する必要があるので、外囲器１０を構成する場合、フ
ェースプレート３とリアプレート２との位置合わせを精
度よく行なわなければならない。ブラックストライプ、
ブラックマトリクスが設けられる目的は、カラー表示の
場合必要となる三原色蛍光体の、各蛍光体７ａ間の塗り
分け部を黒くすることで混色を目立たなくすることと、
蛍光膜７における外光反射によるコントラストの低下を
抑制することである。黒色導電材７ｂの材料としては、
通常よく用いられている黒鉛を主成分とする材料だけで
なく、導電性があり、光の透過及び反射が少ない材料で
あれば適用できる。また、ガラス基板６に蛍光体７ａを
塗布する方法はモノクローム、カラーによらず、沈殿法
や印刷法が用いられる。

【００７９】（３）メタルバック８ メタルバック８の目的は、蛍光体７ａの蛍光のうち内面
側への光をフェースプレート３側へ鏡面反射することに
より輝度を向上すること、電子ビーム加速電圧を印加す
るための加速電極として作用すること、外囲器１０内で
発生した負イオンの衝突によるダメージからの蛍光体７
ａの保護等である。メタルバック８は、蛍光膜７を作製
後、蛍光膜７の内側表面の平滑化処理（通常フィルミン
グと呼ばれる）を行い、その後Ａｌを真空蒸着等で堆積
することで作製できる。フェースプレート３には、さら
に蛍光膜７の導電性を高めるため、蛍光膜７とガラス基
板６との間にＩＴＯ等の透明電極（不図示）を設けても
よい。

【００８０】（４）外囲器１０ 外囲器１０は、不図示の排気管に通じ、１０^-6Ｔｏｒｒ
程度の真空度にされた後、封止される。そのため、外囲
器１０を構成するリアプレート２、フェースプレート
３、支持枠４は、外囲器１０に加わる大気圧に耐えて真
空雰囲気を維持でき、かつ、電子源１とメタルバック８
間に印加される高電圧に耐えるだけの絶縁性を有するも
のを用いることが望ましい。その材料としては、例えば
石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少したガラス、
青板ガラス、アルミナ等のセラミックス部材等が挙げら
れる。ただし、フェースプレート３については可視光に
対して一定以上の透過率を有するものを用いる必要があ
る。また、各々の部材の熱膨張率が互いに近いものを組
み合わせることが好ましい。

【００８１】リアプレート２は、主に電子源１の強度を
補強する目的で設けられるため、電子源１自体で十分な
強度をもつ場合にはリアプレート２は不要であり、電子
源１に直接支持枠４を封着し、電子源１と支持枠４とフ
ェースプレート３とで外囲器１０を構成してもよい。

【００８２】また、外囲器１０の封止後の真空度を維持
するために、ゲッター処理を行う場合もある。これは、
外囲器１０の封止を行う直前あるいは封止後に、抵抗加
熱あるいは高周波加熱等により、外囲器１０内の所定の
位置（不図示）に配置されたゲッターを加熱し、蒸着膜
を形成する処理である。ゲッターは通常Ｂａ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
〜１×１０^-7Ｔｏｒｒの真空度を維持するものである。

【００８３】（５）スペーサ５ スぺーサ５としては、電子源１とメタルバック８間に印
加される高電圧に耐えるだけの絶縁性を有するものであ
ればどのようなものであっても構わないが、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、青板
ガラス、アルミナ等のセラミックス部材等が挙げられ
る。ただし、その熱膨張率が外囲器１０を成す部材と近
いものが好ましい。

【００８４】図９はスぺーサ５の要部拡大図斜視図であ
る。前述したようにスペーサ５の表面には、各素子電極
１６、１７が対向する方向（Ｘ方向）、すなわち電子源
１とフェースプレート３のメタルバック８（図１参照）
との間の電場のなす方向と垂直な方向に沿って延びる３
つのストライプ状の電極９ａ、９ｂ、９ｃが間隔をおい
て互いに平行に設けられており、その互いの間隔Ｓ_ab、
Ｓ_bcと厚みＤ_a 、Ｄ_b、Ｄ_c との関係は、上記条件式
（１）を満たしている。

【００８５】スぺーサ５上の電極９ａ、９ｂ、９ｃの材
料としては、導電性を有するものであればどのようなも
のであっても構わないが、例えばＮｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍ
ｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属あるい
は合金、あるいはＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ₂ 、Ｐｄ−
Ａｇ等の金属や金属酸化物とガラス等から構成される印
刷導体、あるいはＩｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ 等の透明導電
体、あるいはポリシリコン等の半導体導体材料等が挙げ
られる。ただし、一定以上の厚み（数十μｍ以上）の形
成に適した製法（印刷等）を適用できる材料が好まし
い。

【００８６】また、図１０に示すように、各電極９ａ、
９ｂ、９ｃには、支持枠４の内面に設けられた３本の取
り出し配線４ａ、４ｂ、４ｃがそれぞれ電気的に接続さ
れており、これら各取り出し配線４ａ、４ｂ、４ｃによ
り、各電極９ａ、９ｂ、９ｃには外囲器１０（図１参
照）の外部の不図示の電源により所定の電位が与えられ
る。各取り出し配線４ａ、４ｂ、４ｃは、例えば金属や
金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体を用いて
印刷により支持枠上に形成することができる。

【００８７】以上説明した構成に基づき、各電子放出素
子１５に、容器外端子Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍとＤｏｙ
１ないしＤｏｙｎを通じて電圧を印加すると、電子放出
部２３から電子が放出される。それと同時にメタルバッ
ク８（あるいは不図示の透明電極）に高圧端子Ｈ_V を通
じて数ｋＶ以上の高電圧を印加して電子放出部から放出
された電子を加速し、フェースプレート３の内面に衝突
させる。これにより、蛍光膜７の蛍光体７ａが励起され
て発光し、画像が表示される。

【００８８】この様子を図１１および図１２に示す。図
１１および図１２は、それぞれ図１に示した画像形成装
置における電子およびイオンの軌跡を説明するための図
であり、図１１はＹ方向から見た図、図１２はＸ方向か
ら見た図である。すなわち図１１に示すように、電子源
１の素子電極１６、１７に電圧Ｖｆを印加することによ
り電子放出部２３から放出された電子は、フェースプレ
ート３上のメタルバック８に印加された加速電圧Ｖａに
より、電子源１の面に対する電子放出部２３からの法線
に対して、正極側の素子電極１７のほうにずれて２５ｔ
で示した放物線軌跡をとって飛翔する。このため、蛍光
膜７上の発光部中心は電子源１の面に対する電子放出部
２３からの法線上からずれることになる。このような放
射特性は、電子源１に平行な面内での電位分布が、電子
放出部２３に対して非対称になることによるものと考え
られる。

【００８９】電子がフェースプレート３の内面に衝突す
ることにより、蛍光膜７の発光現象以外に、図１２に示
すように、蛍光膜７やメタルバック８に付着した粒子が
電離・散乱される現象が生じる。この散乱粒子のうち、
正イオンは電子源１及びフェースプレート３間に印加さ
れる電圧Ｖａにより電子源１側に向かって加速され、電
界に対して垂直方向（図示Ｙ方向）の初速度に応じて、
例えば、２６ｔ、２６ｔａｂ、２６ｔｂｃで示したよう
な放物線軌道をとって飛翔する。

【００９０】ここで、前記正イオンが電離した位置を原
点としたとき、電子源１とフェースプレート３との間の
電場のなす方向をＺ、それに直交する方向をＹ、電子源
１とフェースプレート３との間隔をｄ、正イオンの初期
運動エネルギーの最大値をＶｉとすると、電荷担持体の
なす軌跡は、 Ｚ＝［Ｖａ／（４ｄ・Ｖｉ）］×Ｙ² で表わされる。

【００９１】そして、フェースプレート３からの距離Ｚ
ｓでスペーサ５に衝突するとき、電荷担持体の飛翔方向
は、 ｄｙ／ｄｚ＝√［（ｄ・Ｖｉ）／（Ｚｓ・Ｖａ）］ となる。

【００９２】そこで、電極９ａ、９ｂ、９ｃの厚みと間
隔との関係を条件式（１）に従って設定することによ
り、正イオンは電極９ａ、９ｂ、９ｃの表面に全て衝突
し、スぺーサ５の非電極面に衝突することはない。従っ
て、スぺーサ５への電荷付着による帯電は起こらない。
なお、電極９ａ、９ｂ、９ｃは、正イオンが付着しても
不図示の電源により、その位置における電子源１とメタ
ルバック８のなす電位と同程度の電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３
に保持される。

【００９３】また、フェースプレート３と電子源１との
間の空間には、上述した正イオンの他にも、電子源１か
ら放出される電子の電荷担持体が存在するが、これにつ
いても同様に適用される。

【００９４】正イオン等の電荷担持体がスペーサ５に付
着しないようにするためには、スペーサ５の全面を１つ
の電極で覆ってしまうことも考えられるが、これでは電
子源１とメタルバック８間の高電圧に耐えられなくなっ
てしまうので、複数の電極９ａ、９ｂ、９ｃを設けた。
また、電界強度が一部に集中しないようにするために、
各電極９ａ、９ｂ、９ｃに適切な電位を与えている。

【００９５】通常、電子放出素子１５の一対の素子電極
１６、１７間の印加電圧Ｖｆは１２〜１６Ｖ程度、メタ
ルバック８と電子放出素子１５との距離ｄは２ｍｍ〜８
ｍｍ程度、メタルバック８と電子放出素子１５間の電圧
Ｖａは１ｋＶ〜１０ｋＶ程度である。また、スペーサ５
上に設けられた各電極９ａ、９ｂ、９ｃに印加される電
圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、各電極９ａ、９ｂ、９ｃがない
場合の各位置での電位に対し、各々の値に対し２０〜３
０％までは異なる値を設定してもよい。

【００９６】以上述べた構成は、画像表示等に用いられ
る好適な画像形成装置を作製する上で必要な概略構成で
あり、例えば各部材の材料や配置等、詳細な部分は上述
内容に限定されるものでなく、画像形成装置の用途に適
するように適宜選択する。

【００９７】以下に、本実施例の画像形成装置を用いた
画像表示の実験例を示す。

【００９８】（実験例１−１）本実験例では、まず、未
フォーミングの電子源１をリアプレート２に固定し、さ
らに図１３に示すように３本のストライプ電極９ａ、９
ｂ、９ｃを両側の表面に形成したスぺーサ５（板厚２０
０μｍ、高さ５ｍｍ）を電子源１上に等間隔でＸ方向配
線１２と平行に固定した。その後、電子源１の５ｍｍ上
方に、フェースプレート３を支持枠４を介し配置し、リ
アプレート２、フェースプレート３、支持枠４の接合部
にフリットガラスを塗布し、大気中で４００℃乃至５０
０℃で１０分以上焼成することで封着した。このとき、
スぺーサ５上の各々の電極９ａ、９ｂ、９ｃを支持枠４
の表面に形成された複数の取出配線（不図示）に接触さ
せるようにした。また、リアプレート２への電子源１の
固定及びスぺーサ５の電子源１への固定もフリットガラ
スで行った。

【００９９】スぺーサ５上への３本の電極９ａ、９ｂ、
９ｃの形成は、Ｐｄ、Ａｇ、ＲｕＯ ₂ 、Ｐｄ−Ａｇ等の
金属や金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体を
用いて印刷により行った。このとき、図１３の（ｂ）に
示すように、各電極９ａ、９ｂ、９ｃの厚みＤは５０μ
ｍ、高さＨは１．４ｍｍ、各電極９ａ、９ｂ、９ｃ間お
よび電子源１、フェースプレート３との間隔Ｓは２００
μｍとした。この電極形状（特に電極間隔に対する電極
厚の比）は、フェースプレート３の内面上で散乱された
正イオン（最大初期エネルギー約５０ｅＶ）あるいは電
子源１上から放出される電子（最大初期エネルギー約１
４ｅＶ）がなす放物線軌道が、スぺーサ５の非電極面上
に到達しないという条件を満たすように条件式（１）に
従って設定したものである。

【０１００】画像形成部材であるところの蛍光膜７は、
本実験例では蛍光体７ａはストライプ形状（図８の
（ａ）参照）を採用した。ブラックストライプの材料と
して、通常よく用いられている黒鉛を主成分とする材料
を用いた。ガラス基板６に蛍光体７ａを塗布する方法は
スラリー法を用いた。

【０１０１】また、蛍光膜７の内面側に設けられるメタ
ルバック８は、蛍光膜７の作製後、蛍光膜７の内面側表
面の平滑化処理（通常フィルミングと呼ばれる）を行
い、その後Ａｌを真空蒸着することで作製した。フェー
スプレート３には、さらに蛍光膜７の導電性を高めるた
め、蛍光膜７の外面側に透明電極が設けられる場合もあ
るが、本実験例では、メタルバック８のみで十分な導電
性が得られたので省略した。前述の封着を行う際、カラ
ーの場合は各色蛍光体７ａを電子放出素子１５と対応さ
せなくてはいけないため、十分な位置合わせを行った。

【０１０２】以上にようにして完成したガラス容器内の
雰囲気を排気管（不図示）を通じ真空ポンプにて排気
し、十分な真空度に達した後、容器外端子Ｄｏｘ１ない
しＤｏｘｍとＤｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じ電子放出素
子１５の素子電極１６、１７間に電圧を印加し、電子放
出部形成用薄膜１８を通電処理（フォーミング処理）す
ることにより電子放出部２３を形成した。フォーミング
処理は、図７に示した、パルス幅Ｔ₁が１ミリ秒、波高
値（フォーミング時のピーク電圧）が５Ｖの三角波を、
１０ミリ秒のパルス間隔Ｔ₂ で６０秒間、素子電極１
６、１７間に通電することにより行なった。

【０１０３】次に、１０^-6Ｔｏｒｒ程度の真空度で、不
図示の排気管をガスバーナで熱することで溶着し外囲器
１０の封止を行った。

【０１０４】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。

【０１０５】以上のようにして完成した画像形成装置に
おいて、各電子放出素子１５には、容器外端子Ｄｏｘ１
ないしＤｏｘｍとＤｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じ、走査
信号及び変調信号を不図示の信号発生手段によりそれぞ
れ印加することにより電子を放出させ、メタルバック８
（或いは不図示の透明電極）には、高圧端子Ｈｖを通じ
て高圧を印加することにより電子ビームを加速し、蛍光
膜７に電子を衝突させ、蛍光体を励起・発光させること
で画像を表示した。なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧は
５ｋＶ、素子電極１６、１７への印加電圧は１４Ｖとし
た。また、スぺーサ５上に設けられた３本の電極９ａ、
９ｂ、９ｃへの印加電圧は、メタルバック８に近い側か
ら各々４ｋＶ、２．５ｋＶ、１ｋＶとした。

【０１０６】このとき、スぺーサ５に近い位置にある電
子放出素子１５からの放出電子による発光スポットも含
め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮
明で色再現性のよい画像表示ができた。このことは、ス
ぺーサ５を設置しても電子軌道に影響を及ぼすような電
界の乱れは発生しなかったことを示している。

【０１０７】（実験例１−２）実験例１−１との差異
は、電極９ａ、９ｂ、９ｃの各々の厚みＤを互いに異な
らせたことにあり、メタルバック８に近い側から各々の
厚みＤを５０、４０、３０μｍとした。この電極形状
（特に電極間隔に対する電極厚の比）は、フェースプレ
ート３の内面で散乱された正イオン（最大初期エネルギ
ー約５０ｅＶ）がなす放物線軌道が、スぺーサ５の非電
極面上に到達しないという条件を満たすように設定し
た。

【０１０８】このときも、スペーサ５に近い位置にある
電子放出素子１５からの放出電子による発光スポットも
含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、
鮮明で色再現性のよい画像表示ができた。

【０１０９】（実験例１−３）実験例１−１との差異
は、電極９ａ、９ｂ、９ｃの高さＨおよび間隔Ｓを互い
に異ならせたことにあり、メタルバック８に近い側から
各々の高さＨを１．４５、１．４、１．３５ｍｍとし、
互いの間隔Ｓを０．１５、０．２５ｍｍとした。この電
極形状（特に電極間隔に対する電極厚の比）は、実験例
２と同様に、フェースプレート３の内面で散乱された正
イオン（最大初期エネルギー約５０ｅＶ）がなす放物線
軌道が、スぺーサ５の非電極面上に到達しないという条
件を満たすように設定した。

【０１１０】このときも、スペーサ５に近い位置にある
電子放出素子１５からの放出電子による発光スポットも
含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、
鮮明で色再現性のよい画像表示ができた。

【０１１１】本実施例では、取り出し配線４ａを支持枠
４に設け、外囲器１０の外部への各電極９ａ、９ｂ、９
ｃの取り出しを支持枠４から行なった例を示したが、こ
の場合、支持枠４の近傍での電界乱れも防止でき、か
つ、耐電圧特性も良好に保つことができる。

【０１１２】他の方法としては、図１４に示すように、
支持枠４よりも一回り大きいリアプレート２’を用い、
このリアプレート２’に取り出し配線２'ａ 、２'ｂ 、
２'ｃ を設けてリアプレート２’から各電極９ａ、９
ｂ、９ｃの取り出しを行なったり、図１５に示すよう
に、支持枠４よりも一回り大きいフェースプレート３’
を用い、このフェースプレート３’に取り出し配線３'
ａ 、３'ｂ 、３'ｃ を設けてフェースプレート３’か
ら各電極９ａ、９ｂ、９ｃの取り出しを行なってもよ
い。この場合は、電子源１またはフェースプレート３の
基板上から配線が取り出せるので、電気的接続がやり易
くなる。

【０１１３】さらに、図１６に示すように、フェースプ
レート３のメタルバック８および電子源１の、スペーサ
５が接触する部位にそれぞれ印刷等により導電性部材
（不図示）を設け、これら各導電性部材間を、各電極９
ａ、９ｂ、９ｃ間に設けられた高抵抗導電膜３２を介し
て電気的に接続した構成としてもよい。あるいは各導電
性部材の代りに、電子源１のＸ方向配線１２またはＹ方
向配線１３が取り出し配線を兼ねてもよく、また、メタ
ルバック８が取り出し配線を兼ねてもよい。高抵抗導電
膜３２は、例えば、電子源１とメタルバック８間に印加
される高電圧に耐え、かつ、各電極９ａ、９ｂ、９ｃの
電位を安定させるのに適当な抵抗値を持つ半絶縁性膜で
形成される。この場合は、電子源１およびフェースプレ
ート３の周辺部へ取り出し配線を追加して設ける必要が
ないので、装置サイズを小さくできる。また、スペーサ
５自体を上記周辺部まで延ばす必要がなくなるので、ス
ペーサ５の配置をかなり自由に行なうことができる。

【０１１４】（第２実施例）本実施例は、スペーサに設
ける電極の数を５本とした点が、第１実施例と異なる。
その他の構成は第１実施例と同様であるので、その説明
は省略する。

【０１１５】具体的には、各電極の厚みは２０μｍ、高
さは０．９ｍｍ、各電極間および電子源、フェースプレ
ートとの間隔は８０μｍとした。また、５本の電極への
印加電圧は、メタルバックに近い側から各々４．１５、
３．３、２．５、１．７、０．８５ｋＶとした。この電
極形状（特に電極間隔に対する電極厚の比）は、第１実
施例と同様に、フェースプレートの内面上で散乱された
正イオン（最大初期エネルギー約５０ｅＶ）がなす放物
線軌道が、スぺーサの非電極面上に到達しないという条
件を満たすように設定した。

【０１１６】このときも、スペーサに近い位置にある電
子放出素子からの放出電子による発光スポットも含め、
２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で
色再現性のよい画像表示ができた。

【０１１７】本実施例では５本の電極を設け、また、第
１実施例では３本の電極を設けたが、電極の数は３本や
５本に限定されるものではなく、必要に応じて増減する
ことができる。

【０１１８】（第３実施例）図１７は、本発明の画像形
成装置の第３実施例の一部を破断した斜視図である。本
実施例は、装置サイズを小さくするために、支持枠５４
を電子源５１上の電子放出部及びフェースプレート５３
上の発光部に近接して設け、かつ支持枠５４の内側の表
面にスぺーサ５５の電極５９ａ、５９ｂ、５９ｃと同様
なストライプ状の電極７９ａ、７９ｂ、７９ｃを設けた
点が、第１実施例と異なる。その他の構成は第１実施例
と同様であるのでそれらの詳しい説明は省略し、以下、
本実施例の画像形成装置について、その製造手順ととも
に説明する。

【０１１９】まず、未フォーミングの電子源５１をリア
プレート５２に固定し、さらに３本のストライプ状の電
極５９ａ、５９ｂ、５９ｃを表面に形成したスぺーサ５
５（板厚２００μｍ、高さ５ｍｍ）を電子源５１上に等
間隔でＸ方向配線６２と平行に固定した。その後、電子
源５１の５ｍｍ上方にフェースプレート５３を、３本の
ストライプ状の電極７９ａ、７９ｂ、７９ｃを内側の表
面に形成した支持枠５４を介し配置し、リアプレート５
２、フェースプレート５３、支持枠５４の接合部にフリ
ットガラスを塗布し、大気中で４００℃乃至５００℃で
１０分以上焼成することで封着した。スぺーサ５５上の
各々の電極５９ａ、５９ｂ、５９ｃおよび支持枠５４上
の各々の電極７９ａ、７９ｂ、７９ｃには、それぞれ取
り出し配線（不図示）により所定の電位が与えられる。
また、リアプレート５２への電子源５１の固定及びスぺ
ーサ５５の電子源５１への固定もフリットガラスで行っ
た。

【０１２０】支持枠５４は４本の板状部材からなり、ス
ぺーサ５５上への電極５９ａ、５９ｂ、５９ｃの形成、
および支持枠５４（板状部材）上への電極７９ａ、７９
ｂ、７９ｃの形成は、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ₂ 、Ｐ
ｄ−Ａｇ等の金属や金属酸化物とガラス等から構成され
る印刷導体を用いて印刷により行った。このとき、各電
極５９ａ、５９ｂ、５９ｃ、７９ａ、７９ｂ、７９ｃの
厚みは５０μｍ、高さは１．４ｍｍ、各電極間及び電子
源５１、フェースプレート５３との間隔は２００μｍと
した。この電極形状（特に電極間隔に対する電極厚の
比）は、フェースプレート５３の内面上で散乱された正
イオン（最大初期エネルギー約５０ｅＶ）あるいは電子
源５１上から放出される電子（最大初期エネルギー約１
４ｅＶ）がなす放物線軌道が、スぺーサ５５および支持
枠５４の非電極面上に到達しないという条件を満たすよ
うに設定した。

【０１２１】以上のようにして完成した画像形成装置に
おいて、各電子放出素子６５には、容器外端子Ｄｏｘ１
ないしＤｏｘｍとＤｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じ、走査
信号及び変調信号を不図示の信号発生手段によりそれぞ
れ印加することにより電子放出させ、メタルバック５８
（あるいは不図示の透明電極）には、高圧端子Ｈｖを通
じて高圧を印加することにより電子ビームを加速し、蛍
光膜５７に電子を衝突させ、蛍光体を励起・発光させる
ことで画像を表示した。なお、高圧端子Ｈｖへの印加電
圧は５ｋＶ、電子放出素子６５の一対の素子電極への印
加電圧は１４Ｖとした。また、各電極５９ａ、５９ｂ、
５９ｃ、７９ａ、７９ｂ、７９ｃへの印加電圧は、メタ
ルバック５８に近い側から各々４ｋＶ、２．５ｋＶ、１
ｋＶとした。

【０１２２】このとき、スぺーサ５５および支持枠５４
に近い位置にある電子放出素子６５からの放出電子によ
る発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポッ
ト列が形成され、鮮明で色再現性のよい画像表示ができ
た。このことは、スぺーサ５５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。また、装置サイズも大１実施例に比べ、よ
りコンパクトになった。

【０１２３】（第４実施例）図１８は、本発明の画像形
成装置の第４実施例のスペーサの断面図であり、図１９
は、図１８に示したスペーサの拡大斜視図である。

【０１２４】本実施例では、図１８および図１９に示す
ように、電子源１０１とフェースプレート１０３との間
に封着されるスペーサ１０５の表面には、Ｘ方向、すな
わち電子放出素子１１５を構成する一対の素子電極１１
６、１１７が対向する方向に延びる３つのストライプ状
の凸部１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ（厚みＤ’、高さ
Ｈ’）が互いにＺ方向に間隔Ｓ’をおいて一体的に設け
られ、これら各凸部１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの表
面に、それぞれ電極１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃが形
成されている。各電極１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃの
間隔と突出量との関係は、それぞれ条件式（１）を満た
している。スペーサ１０５へ凸部１０５ａ、１０５ｂ、
１０５ｃを形成する方法としては、例えばガラス研磨に
よる方法が挙げられる。また、電極１０９ａ、１０９
ｂ、１０９ｃを形成する方法としては、印刷による方法
や、斜方蒸着による方法などが挙げられる。その他の構
成については第１実施例と同様であるので、その説明は
省略する。

【０１２５】このように、スペーサ１０５に凸部１０５
ａ、１０５ｂ、１０５ｃを設け、その表面に電極１０９
ａ、１０９ｂ、１０９ｃを形成しても、結果として電極
１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃの間隔に対する突出量の
比が条件式（１）を満たしていれば、スペーサ１０５へ
の電荷付着による帯電は起こらない。また、各電極１０
９ａ、１０９ｂ、１０９ｃそのものの厚みは、他の実施
例に比べ、より薄くできた。

【０１２６】以下に、本実施例の画像形成装置を用いた
画像表示の実験例を示す。

【０１２７】（実験例４−１）本実験例では、厚みＤ’
が５０μｍ、高さＨ’が１．４ｍｍ、間隔Ｓ’が２００
μｍで凸部１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃが形成された
スペーサ１０５を用い、各凸部１０５ａ、１０５ｂ、１
０５ｃの表面に電極を形成した。電極の形成は、金属や
金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体を用いて
印刷により行なった。この電極形状（特に電極間隔に対
する突出量の比）は、フェースプレート１０３の内面で
散乱された正イオン（最大初期エネルギー約５０ｅＶ）
あるいは電子源１０１から放出される電子（最大初期エ
ネルギー約１４ｅＶ）がなす放物線軌道が、スペーサ１
０５の非電極面上に到達しないという条件を満たすよう
に設定した。

【０１２８】そして、その他の条件を第１実施例と同様
の条件として画像を表示させたところ、スペーサ１０５
に近い位置にある電子放出素子１１５からの放出電子に
よる発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポ
ット列が形成され、鮮明で色再現正のよい画像表示がで
きた。このことは、スペーサ１０５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が発生しなかったこ
とを示している。

【０１２９】（実験例４−２）実験例４−１との差異
は、スペーサ１０５の凸部１０５ａ、１０５ｂ、１０５
ｃの各々の厚みＤ’を互いに異ならせたことにあり、メ
タルバック１０８に近い側から各々の厚みＤ’を５０、
４０、３０μｍとした。この電極形状（特に電極間隔に
対する突出量の比）は、フェースプレート１０３の内面
で散乱された正イオン（最大初期エネルギー約５０ｅ
Ｖ）がなす放物線軌道が、スぺーサ１０５の非電極面上
に到達しないという条件を満たすように設定した。

【０１３０】このときも、スペーサ１０５に近い位置に
ある電子放出素子１１５からの放出電子による発光スポ
ットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成
され、鮮明で色再現性のよい画像表示ができた。

【０１３１】（実験例４−３）実験例４−１との差異
は、スペーサ１０５の凸部１０５ａ、１０５ｂ、１０５
ｃの高さＨ’および間隔Ｓ’を互いに異ならせたことに
あり、メタルバック１０８に近い側から各々の高さＨ’
を１．４５、１．４、１．３５ｍｍとし、互いの間隔
Ｓ’を０．１５、０．２５ｍｍとした。この電極形状
（特に電極間隔に対する突出量の比）は、実験例２と同
様に、フェースプレート１０３の内面で散乱された正イ
オン（最大初期エネルギー約５０ｅＶ）がなす放物線軌
道が、スぺーサ１０５の非電極面上に到達しないという
条件を満たすように設定した。

【０１３２】このときも、スペーサ１０５に近い位置に
ある電子放出素子１１５からの放出電子による発光スポ
ットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成
され、鮮明で色再現性のよい画像表示ができた。

【０１３３】なお、本実施例では、スペーサ１０５に設
けられる凸部１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの形状が矩
形状のものの例を示したが、それに限らず、図２０の
（ａ）〜（ｃ）に示すような断面視三角状の凸部１５５
ａ、１５５ｂ、１５５ｃとしたり、図２０の（ｄ）に示
すような断面視円弧状の凸部１５５ｄとすることもでき
る。このようにした場合でも、凸部の表面に形成される
電極の間隔Ｓと突出量Ｄとの比が条件式（１）を満たし
ていれば、スペーサへの荷電付着による帯電を防止でき
る。

【０１３４】（第５実施例）本実施例は、スペーサ近傍
での電界をより均一にするために、スペーサに設ける凸
部の数を５本とし、その各々に電極を形成した点が、第
４実施例と異なる。その他の構成は第４実施例と同様で
あるので、その説明は省略する。

【０１３５】具体的には、スペーサの各凸部の厚みを２
０μｍ、高さを０．９ｍｍとし、各電極間および電子
源、フェースプレートとの間隔は８０μｍとした。ま
た、５本の電極への印加電圧は、メタルバックに近い側
から各々４．１５、３．３、２．５、１．７、０．８５
ｋＶとした。この電極形状（特に電極間隔に対する突出
量の比）は、第１実施例と同様に、フェースプレートの
内面で散乱された正イオン（最大初期エネルギー約５０
ｅＶ）がなす放物線軌道が、スぺーサの非電極面上に到
達しないという条件を満たすように設定した。

【０１３６】このときも、スペーサに近い位置にある電
子放出素子からの放出電子による発光スポットも含め、
２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で
色再現性のよい画像表示ができた。

【０１３７】（第６実施例）本実施例は、図１７で説明
した第３実施例と同様に支持枠にも３つの電極を設けた
ものであるが、支持枠の内面に３つのストライプ状の凸
部を設け、その表面にそれぞれ電極を形成した点が第３
実施例と異なる。

【０１３８】具体的には、支持枠の内面に、厚みが５０
μｍ、高さが１．４ｍｍ、間隔が２００μｍの３つの凸
部を電子源に沿って設け、その表面にそれぞれ電極を形
成した。この電極形状（特に電極間隔に対する突出量の
比）は、フェースプレートの内面で散乱された正イオン
（最大初期エネルギー約５０ｅＶ）あるいは電子源から
放出される電子（最大初期エネルギー約１４ｅＶ）がな
す放物線軌道が、スペーサおよび支持枠の非電極面上に
到達しないという条件を満たすように設定した。その他
の構成については第３実施例と同様であるので、その説
明は省略する。

【０１３９】そして、第３実施例と同様の条件で画像を
表示したところ、スペーサおよび支持枠に近い位置にあ
る電子放出素子からの放出電子による発光スポットも含
め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮
明で色再現性のよい画像表示ができた。このことは、ス
ペーサを設置しても電子軌道に影響を及ぼすような電界
の乱れが発生しなかったことを示している。また、第３
実施例と同様に、装置サイズがよりコンパクトになっ
た。

【０１４０】（第７実施例）図２１は、本発明の画像形
成装置に、例えばテレビジョン放送をはじめとする種々
の画像情報源より提供される画像情報を表示できるよう
に構成した画像表示装置の一例を示すための図である。
尚、本表示装置は、例えばテレビジョン信号のように映
像情報と音声情報の両方を含む信号を受信する場合に
は、当然映像の表示と同時に音声を再生するものである
が、本発明の特徴と直接関係しない音声情報の受信、分
離、再生、処理、記憶等に関する回路やスピーカー等に
ついては説明を省略する。

【０１４１】以下、画像信号の流れに沿って各部を説明
してゆく。

【０１４２】まず、ＴＶ信号受信回路５１３は、例えば
電波や空間光通信などのような無線伝送系を用いて伝送
されるＴＶ画像信号を受信するための回路である。受信
するＴＶ信号の方式は特に限られるものではなく、例え
ば、ＮＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式、ＳＥＣＡＭ方式などの
諸方式でも良い。また、これらよりさらに多数の走査線
よりなるＴＶ信号（例えばＭＵＳＥ方式を始めとするい
わゆる高品位ＴＶ）は、大面積化や大画素数化に適した
本発明の画像形成装置を用いたディスプレイパネル５０
０の利点を生かすのに好適な信号源である。ＴＶ信号受
信回路５１３で受信されたＴＶ信号は、デコーダ５０４
に出力される。

【０１４３】また、画像ＴＶ信号受信回路５１２は、例
えば同軸ケーブルや光ファイバーなどのような有線伝送
系を用いて伝送されるＴＶ画像信号を受信するための回
路である。ＴＶ信号受信回路５１３と同様に、受信する
ＴＶ信号の方式は特に限られるものではなく、また本回
路で受信されたＴＶ信号もデコーダ５０４に出力され
る。

【０１４４】また、画像入力インターフェース回路５１
１は、例えばＴＶカメラや画像読取スキャナーなどの画
像入力装置から供給される画像信号を取り込むための回
路で、取り込まれた画像信号はデコーダ５０４に出力さ
れる。

【０１４５】また、画像メモリインターフェース回路５
１０は、ビデオテープレコーダ（以下ＶＴＲと略す）に
記憶されている画像信号を取り込むための回路で、取り
込まれた画像信号はデコーダ５０４に出力される。

【０１４６】また、画像メモリインターフェース回路５
０９は、ビデオディスクに記憶されている画像信号を取
り込むための回路で、取り込まれた画像信号はデコーダ
５０４に出力される。

【０１４７】また、画像メモリインターフェース回路５
０８は、いわゆる静止画ディスクのように、静止画像デ
ータを記憶している装置から画像信号を取り込むための
回路で、取り込まれた静止画像データはデコーダ５０４
に出力される。

【０１４８】また、入出力インターフェース回路５０５
は、本表示装置と、外部のコンピュータ、コンピュータ
ネットワークもしくはプリンタなどの出力装置とを接続
するための回路である。画像データや文字・図形情報の
入出力を行うのはもちろんのこと、場合によっては本表
示装置の備えるＣＰＵ５０６と外部との間で制御信号や
数値データの入出力などを行うことも可能である。

【０１４９】また、画像生成回路５０７は、入出力イン
ターフェース回路５０５を介して外部から入力される画
像データや文字・図形情報や、あるいはＣＰＵ５０６よ
り出力される画像データや文字・図形情報に基づき表示
用画像データを生成するための回路である。本回路の内
部には、例えば画像データや文字・図形情報を蓄積する
ための書き換え可能メモリや、文字コードに対応する画
像パターンが記憶されている読み出し専用メモリや、画
像処理を行うためのプロセッサなどを初めとして画像の
生成に必要な回路が組み込まれている。

【０１５０】画像生成回路５０７により生成された表示
用画像データは、デコーダ５０４に出力されるが、場合
によっては入出力インターフェース回路５０５を介して
外部のコンピュータネットワークやプリンターに出力す
ることも可能である。

【０１５１】また、ＣＰＵ５０６は、主として本表示装
置の動作制御や、表示画像の生成、選択、編集に関わる
作業を行なう。

【０１５２】例えば、マルチプレクサ５０３に制御信号
を出力し、ディスプレイパネルに表示する画像信号を適
宜選択したり組み合わせたりする。また、その際には表
示する画像信号に応じてディスプレイパネルコントロー
ラ５０２に対して制御信号を発生し、画像表示周波数や
走査方法（例えばインターレースかノンインターレース
か）や一画面の走査線の数など表示装置の動作を適宜制
御する。

【０１５３】また、画像生成回路５０７に対して画像デ
ータや文字・図形情報を直接出力したり、あるいは入出
力インターフェース回路５０５を介して外部のコンピュ
ータやメモリをアクセスして画像データや文字・図形情
報を入力する。

【０１５４】なお、ＣＰＵ５０６は、むろんこれ以外の
目的の作業にも関わるものであってもよい。例えば、パ
ーソナルコンピュータやワードプロセッサなどのよう
に、情報を生成したり処理する機能に直接関わってもよ
い。

【０１５５】あるいは、前述したように入出力インター
フェース回路５０５を介して外部のコンピュータ−ネッ
トワークと接触し、例えば数値計算などの作業を外部機
器と協同して行なってもよい。

【０１５６】また、入力部５１４は、ＣＰＵ５０６に使
用者が命令やプログラム、あるいはデータなどを入力す
るためのものであり、例えばキーボードやマウスの他、
ジョイステック、バーコードリーダー、音声認識装置な
ど多様な入力機器を用いることが可能である。

【０１５７】また、デコーダ５０４は、画像生成回路５
０７ないしＴＶ信号受信回路５１３より入力される種々
の画像信号を３原色信号、または輝度信号とＩ信号、Ｑ
信号に逆変換するための回路である。なお、同図中に点
線で示すように、デコーダ５０４は内部に画像メモリを
備えるのが望ましい。これは、例えばＭＵＳＥ方式をは
じめとして、逆変換するに際して画像メモリを必要とす
るようなテレビ信号を扱うためである。また、画像メモ
リを備えることにより、静止画の表示が容易になる、あ
るいは画像生成回路５０７およびＣＰＵ５０６と協同し
て画像の間引き、補間、拡大、縮小、合成をはじめとす
る画像処理や編集が容易に行なえるようになるという利
点が生まれるからである。

【０１５８】また、マルチプレクサ５０３はＣＰＵ５０
６より入力される制御信号に基づき表示画像を適宜選択
するものである。すなわち、マルチプレクサ５０３はデ
コーダ５０４から入力される逆変換された画像信号のう
ちから所望の画像信号を選択して駆動回路５０１に出力
する。その場合には、一画面表示時間内で画像信号を切
り換えて選択することにより、いわゆる多画面テレビの
ように、一画面を複数の領域に分けて領域によって異な
る画像を表示することも可能である。

【０１５９】また、ディスプレイパネルコントローラ５
０２は、ＣＰＵ５０６より入力される制御信号に基づき
駆動回路５０１の動作を制御するための回路である。

【０１６０】まず、ディスプレイパネル５００の基本的
な動作に関わるものとして、例えばディスプレイパネル
５００の駆動用電源（不図示）の動作シーケンスを制御
するための信号を駆動回路５０１に対して出力する。

【０１６１】また、ディスプレイパネル５００の駆動方
法に関わるものとして、例えば画面表示周波数や走査方
法（例えばインターレースかノンインターレースか）を
制御するための信号を駆動回路５０１に対して出力す
る。

【０１６２】また、場合によっては表示画像の輝度、コ
ントラスト、色調、シャープネスといった画質の調整に
関わる制御信号を駆動回路５０１に対して出力する場合
もある。

【０１６３】また、駆動回路５０１は、ディスプレイパ
ネル５００に印加する駆動信号を発生するための回路で
あり、マルチプレクサ５０３から入力される画像信号
と、ディスプレイパネルコントローラ５０２より入力さ
れる制御信号に基づいて動作するものである。

【０１６４】以上、各部の機能を説明したが、図２１に
例示した構成により、本表示装置においては多様な画像
情報源より入力される画像情報をディスプレイパネル５
００に表示することが可能である。すなわち、テレビジ
ョン放送をはじめとする各種の画像信号はデコーダ５０
４において逆変換された後、マルチプレクサ５０３にお
いて適宜選択され、駆動回路５０１に入力される。一
方、ディスプレイコントローラ５０２は、表示する画像
信号に応じて駆動回路５０１の動作を制御するための制
御信号を発生する。駆動回路５０１は、上記画像信号と
制御信号に基づいてディスプレイパネル５００に駆動信
号を印加する。これにより、ディスプレイパネル５００
において画像が表示される。これらの一連の動作は、Ｃ
ＰＵ５０６により統括的に制御される。

【０１６５】また、本表示装置においては、デコーダ５
０４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路５０７およ
びＣＰＵ５０６が関与することにより、単に複数の画像
情報の中から選択したものを表示するだけでなく、表示
する画像情報に対して、例えば拡大、縮小、回転、移
動、エッジ強調、間引き、補間、色変換、画像の縦横比
変換などをはじめとする画像処理や、合成、消去、接
続、入れ替え、はめ込みなどをはじめとする画像編集を
行なうことも可能である。また、本実施例の説明では、
特に触れなかったが、上記画像処理や画像編集と同様
に、音声情報に関しても処理や編集を行なうための専用
回路を設けてもよい。

【０１６６】従って、本表示装置は、テレビジョン放送
の表示機器、テレビ会議の端末機器、静止画像及び動画
像を扱う画像編集機器、コンピューターの端末機器、ワ
ードプロセッサをはじめとする事務用端末機器、ゲーム
機などの機能を一台で兼ね備えることが可能で、産業用
或いは民生用として極めて応用範囲が広い。

【０１６７】尚、上記図２１は、本発明による画像形成
装置を用いた表示装置の構成の一例を示したに過ぎず、
これのみに限定されるものでないことは言うまでもな
い。例えば図２１の構成要素のうち使用目的上必要のな
い機能に関わる回路は省いても差し支えない。またこれ
とは逆に、使用目的によってはさらに構成要素を追加し
てもよい。例えば、本表示装置をテレビ電話機として応
用する場合には、テレビカメラ、音声マイク、照明機、
モデムを含む送受信回路などを構成要素に追加するのが
好適である。

【０１６８】本表示装置においては、とりわけ本発明に
よる画像形成装置の薄型化が容易なため、表示装置の奥
行きを小さくすることができる。それに加えて、大画面
化が容易で輝度が高く視野角特性にも優れるため、本表
示装置は臨場感あふれ迫力に富んだ画像を視認性良く表
示することが可能である。

【０１６９】上述した各実施例では、電子源上に配置し
た各電子放出素子の一対の素子電極への印加電圧により
電子のオン（放出）とオフ（非放出）を制御したが、電
子放出素子とは別の変調電極を設け、この変調電極によ
り電子のオンとオフを制御してもよい。変調電極として
は、電子源が設けられる絶縁性基板上に一体成型したも
のや、電子源が設けられる絶縁性基板とフェースプレー
トとの間の空間上に配置したもの等が可能である。上記
構成においては、変調電極に印加される電圧により、こ
れまでの実施例とは異なる電界分布となるが、基本的に
はこの電位分布に対して、これまでの実施例と同様の条
件式に従った電極を設けたスペーサあるいは支持枠を設
置することにより、これまでの実施例と同様の効果を得
ることができる。特に、絶縁性基板とフェースプレート
との間の空間上に配置した場合は、電子源と変調電極間
およびフェースプレートと変調電極の間の各々の空間に
形成される電位分布に対し、これまでの条件式と同様の
条件式に従った電極を設けたスペーサあるいは支持枠を
設置することにより、これまでの実施例と同様の効果を
得ることができる。また、変調電極を前記空間上に支持
するための別のスペーサが付加される場合もあるが、そ
のスペーサに対しても同様な構成を用いればよい。

【０１７０】さらに、他の作用をなす電極（偏向電極、
収束電極等）を付加した場合についても、これら付加電
極間の空間に設置されるスペーサあるいは支持枠に対
し、同様の条件で電極を設けることにより、同様の効果
を得ることができる。

【０１７１】これらの場合、変調電極等の各電極で区分
される空間（以下、「部分空間」という）内に設置され
た絶縁性部材の表面には、条件式（１）と実質的に同等
な以下の条件式（２）にしたがって、電位規定された電
極を設ければよい。 （突出量／電極間隔）≧√［Ｖｉ／（ｚ・Ｅｚ）］…条件式（２） ただし、 Ｖｉ：上記部分空間に入射する電荷担持体の初期運動エ
ネルギーの最大値 ｚ：上記部分空間内の電場の平均的方向のなす方向 Ｅｚ：上記部分空間内のｚ方向の電場の平均値 突出量：ｚ方向に直交する方向への前記電極の突出量 電極間隔：ｚ方向での前記電極の間隔 とする。

【０１７２】以上の実施例においては、電子放出素子と
して表面伝導型電子放出素子を用いた例を示したが、そ
れに限らず、ＦＥ型電子放出素子やＭＩＭ型電子放出素
子を用いたものでも、電子放出軌道の安定性の点では同
様の効果が得られる。ただし、素子構造が簡単で、かつ
複数の素子を容易に配置することができるという点を考
えると、表面伝導型電子放出素子を用いることが好まし
い。これは特に、大型の画像形成装置において有効であ
る。

【０１７３】また、本発明の画像形成装置を画像表示装
置に応用した例で示したが、本発明はこの範囲に限られ
るものではなく、光プリンタの画像形成用発光ユニット
として用いるなど、記録装置への応用も可能である。こ
の場合、通常の形態としては１次元的に配列された画像
形成ユニットを用いることが多いが、上述のｍ本の行方
向配線とｎ本の列方向配線を、適宜選択することで、ラ
イン状発光源だけでなく、２次元状の発光源としても応
用できる。

【０１７４】さらに、以上の実施例で用いた蛍光体のよ
うに直接発光する物質を有する画像形成部材を用いたも
のに限らず、電子の帯電による潜像画像が形成されるよ
うな部材を有する画像形成部材を用いたものであれば、
本発明は適用できる。

【０１７５】そして、電子被照射体は特定せず、マルチ
の平面電子源をなす電子線発生装置としての応用も可能
である。

【０１７６】

【発明の効果】本発明は以上説明したとおり構成されて
いるので、以下に記載する効果を奏する。

【０１７７】本発明の電子線発生装置は、電子源と電子
被照射部材との間に配置された支持枠や耐大気圧構造体
等の絶縁性部材の表面に、電位規定された電極を設ける
ことにより、絶縁性部材の表面には前記荷電担持体が付
着しにくくなるので、電子放出素子から放出される電子
の軌道のずれを防止できる。しかも、電極は電子源と電
子被照射部材との間の電場のなす方向と垂直な方向に沿
って複数設けられているので、電子被照射部材の加速電
極に印加される電圧にも耐え得る構造とすることができ
る。

【０１７８】特に、電子源と電子被照射部材との間に存
在する電荷担持体の軌跡を考慮し、各電極の突出量と電
極間隔との比を条件式（１）に従って設定することによ
り、絶縁性部材への電荷担持体の軌跡が電極によって遮
られ、絶縁性部材への帯電を完全に防止することができ
る。従って、絶縁性部材に複数の凸部を形成し、それら
各凸部にそれぞれ電極を設けても同様の効果が得られ
る。

【０１７９】電子源と電子被照射部材との間に少なくと
もひとつの電極部を有する場合にも、絶縁性部材の表面
に、絶縁性部材が設置された空間の電場のなす方向と垂
直な方向に沿って複数の電極を設けることで、上述した
効果と同様の効果を得ることができる。この場合には、
各電極の突出量と電極間隔との比は、条件式（２）に従
って設定すれば、絶縁性部材への帯電を完全に防止でき
る。

【０１８０】また、各電極の取り出し配線を支持枠に設
けることで、支持枠近傍での電界乱れも防止でき、か
つ、耐電圧特性も良好に保つことができるし、取り出し
配線をフェースプレートに設けると、電気的接続をやり
易くすることができる。さらに、絶縁性部材に高抵抗導
電膜を形成し、これと電気的に接続される導電性部材に
取り出し配線を設けることで、装置サイズを小さくする
ことができるとともに、スペーサを自由に配置すること
ができる。

【０１８１】加えて、電子放出素子として冷陰極型電子
放出素子を用いることで、省電力で応答速度が速く、し
かも大型の電子線発生装置を構成することができる。そ
の中でも特に表面伝導型電子放出素子は、素子構造が簡
単で、かつ複数の素子を容易に配置することができるの
で、表面伝導型電子放出素子を用いることによって、構
造が簡単で、しかも大型の電子線発生装置が達成でき
る。

【０１８２】さらに、複数個の表面伝導型電子放出素子
を２次元のマトリクス状に配置し、複数本の行方向配線
と複数本の列方向配線とによってそれぞれを結線するこ
とで、行方向と列方向に適当な駆動信号を与えること
で、多数の表面伝導型電子放出素子を選択し電子放出量
を制御し得るので、基本的には他の制御電極を付加する
必要がなく、電子源を１枚の基板上で容易に構成でき
る。

【０１８３】本発明の画像形成装置は、本発明の電子線
発生装置を用いているので上述したように電子の軌道が
安定し、発光位置ずれのない良好な画像を形成すること
ができるようになる。特に、電子放出素子として表面伝
導型電子放出素子を用いることで、構造が簡単で、か
つ、大画面の画像形成装置が達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像形成装置の第１実施例の一部を破
断した斜視図である。

【図２】図１に示した画像形成装置のスペーサ近傍の断
面図である。

【図３】図１に示した画像形成装置の電子源の要部平面
図である。

【図４】図３に示した電子源のＡ−Ａ’線断面図であ
る。

【図５】図１に示した画像形成装置の電子源の製造工程
を順に示した図である。

【図６】電子放出部形成用薄膜を形成する際に用いられ
るマスクの一例の平面図である。

【図７】フォーミング処理に用いられる電圧波形の一例
を示す図である。

【図８】蛍光膜の構成を説明するための図である。

【図９】図１に示した画像形成装置のスペーサ近傍の拡
大斜視図である。

【図１０】スペーサに設けられた各電極の取り出し配線
の一例を示す図である。

【図１１】図１に示した画像形成装置における電子およ
びイオンの軌跡を説明するための図で、スペーサ近傍の
電子放出部をＹ方向から見た図である。

【図１２】図１に示した画像形成装置における電子およ
びイオンの軌跡を説明するための図で、スペーサ近傍の
電子放出部をＸ方向から見た図である。

【図１３】スペーサに設けられた各電極の形状を説明す
るための図である。

【図１４】スペーサに設けられた各電極の取り出し配線
の他の例を示す図である。

【図１５】スペーサに設けられた各電極の取り出し配線
の他の例を示す図である。

【図１６】スペーサに設けられた各電極の取り出し配線
の他の例を示す図である。

【図１７】本発明の画像形成装置の第３実施例の一部を
破断した斜視図である。

【図１８】本発明の画像形成装置の第４実施例のスペー
サ近傍の断面図である。

【図１９】図１８に示した画像形成装置のスペーサ近傍
の拡大斜視図である。

【図２０】図１８に示した画像形成装置のスペーサの形
状の他の例を示す断面図である。

【図２１】本発明の画像形成装置を用いた画像表示装置
の一例のブロック図である。

【図２２】表面伝導型電子放出素子の典型的な素子構成
を示すであり、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）は
そのＡ−Ａ’線断面図である。

【図２３】図２２に示した表面伝導型電子放出素子の製
造工程を順に示した図である。

【図２４】熱電子源を用いた従来の画像形成装置の概略
構成図である。

【図２５】従来の表面伝導型電子放出素子の平面図であ
る。

【符号の説明】

１、５１、１０１ 電子源 ２、２’、５２ リアプレート ２'ａ 、２'ｂ 、２'ｃ 取り出し配線 ３、３’、５３、１０３ フェースプレート ３'ａ 、３'ｂ 、３'ｃ 取り出し配線 ４、５４ 支持枠 ４ａ、４ｂ、４ｃ 取り出し配線 ５、５５、１０５ スペーサ ６ ガラス基板 ７、５７ 蛍光膜 ７ａ 蛍光体 ７ｂ 黒色導電材 ８、５８、１０８ メタルバック ９ａ、９ｂ、９ｃ、５９ａ、５９ｂ、５９ｃ、７９ａ、
７９ｂ、７９ｃ、１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ 電
極 １０ 外囲器 １１ 絶縁性基板 １２、６２ Ｘ方向配線 １３ Ｙ方向配線 １４ 層間絶縁層 １４ａ コンタクトホール １５、６５、１１５ 電子放出素子 １６、１７、１１６、１１７ 素子電極 １８ 電子放出部形成用薄膜 ２０ マスク ２０ａ 開口 ２１ Ｃｒ膜 ２３ 電子放出部 ３２ 高抵抗導電膜 １０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１５５ａ、１５５ｂ、
１５５ｃ、１５５ｄ凸部 ５００ ディスプレイパネル ５０１ 駆動回路 ５０２ ディスプレイパネルコントローラ ５０３ マルチプレクサ ５０４ デコーダ ５０５ 入出力インターフェース回路 ５０６ ＣＰＵ ５０７ 画像生成回路 ５０８、５０９、５１０ 画像メモリインターフェー
ス回路 ５１１ 画像入力インターフェース回路 ５１２、５１３ ＴＶ信号受信回路 ５１４ 入力部

Claims (28)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子放出素子が設けられた電子源と、前
   記電子源に真空雰囲気中で対向配置され、前記電子放出
   素子から放出された電子を加速するための加速電極を備
   えた電子被照射部材と、前記電子源と前記電子被照射部
   材との間に配置された絶縁性部材とを有する電子線発生
   装置において、 前記絶縁性部材の表面には、電位規定された複数の電極
   が、それぞれ前記電子源と電子被照射部材との間の電場
   のなす方向と垂直な方向に沿って設けられていることを
   特徴とする電子線発生装置。
2. 【請求項２】 前記絶縁性部材の表面には複数の凸部が
   形成され、前記複数の凸部のそれぞれに前記電位規定さ
   れた電極が設けられている請求項１に記載の電子線発生
   装置。
3. 【請求項３】 前記複数の電極は、以下の条件式に従っ
   て設けられている請求項１または２に記載の電子線発生
   装置。 （突出量／電極間隔）≧√［（ｄ・Ｖｉ）／（ｚ・Ｖ
   ａ）］ ｄ：前記電子源と電子被照射部材との距離 Ｖｉ：前記電子源と電子被照射部材との間に発生する電
   荷担持体の初期運動エネルギーの最大値 ｚ：前記電子源と電子被照射部材との間の電場のなす方
   向における電荷担持体発生部から前記電極間までの距離 Ｖａ：前記電子源と電子被照射部材の加速電極との間の
   電位差 突出量：ｚ方向に直交する方向への前記電極の突出量 電極間隔：ｚ方向での前記電極の間隔
4. 【請求項４】 前記電荷担持体は、前記電子源から放出
   される電子、前記電子源から放出される電子が衝突する
   ことにより発生する２次電子またはイオンである請求項
   ３に記載の電子線発生装置。
5. 【請求項５】 前記絶縁性部材は、前記電子源と電子被
   照射部材との間に設置された耐大気圧構造体である請求
   項１、２、３または４に記載の電子線発生装置。
6. 【請求項６】 前記絶縁性部材は、前記電子源と電子被
   照射部材との間の真空雰囲気を維持するための外囲器の
   一部をなす支持枠である請求項１、２、３、４または５
   に記載の電子線発生装置。
7. 【請求項７】 前記複数の電極は、それぞれ引き出し配
   線により外部に引き出されている請求項１ないし５のい
   ずれか１項に記載の電子線発生装置。
8. 【請求項８】 前記複数の電極は、それぞれ引き出し配
   線により外部に引き出されている請求項６に記載の電子
   線発生装置。
9. 【請求項９】 前記引き出し配線は、前記支持枠に設け
   られている請求項８に記載の電子線発生装置。
10. 【請求項１０】 前記引き出し配線は、前記電子被照射
    部材に設けられている請求項７または８に記載の電子線
    発生装置。
11. 【請求項１１】 前記電子源が搭載されるリアプレート
    を有し、 前記引き出し配線が、前記リアプレートに設けられてい
    る請求項７または８に記載の電子線発生装置。
12. 【請求項１２】 前記絶縁性部材に前記複数の電極を接
    続する高抵抗導電膜が形成されるとともに、前記電子被
    照射部材および前記電子源にそれぞれ前記高抵抗導電膜
    と電気的に接続される導電性部材が設けられ、前記引き
    出し配線が、前記導電性部材に設けられている請求項７
    または８に記載の電子線発生装置。
13. 【請求項１３】 電子放出素子が設けられた電子源と、
    前記電子源に真空雰囲気中で対向配置され、前記電子放
    出素子から放出された電子を加速するための加速電極を
    備えた電子被照射部材と、前記電子源と前記電子被照射
    部材との間に配置された少なくともひとつの電極部と、
    前記電子源と前記電極部間をなすか、あるいは前記電極
    部間をなす空間内に設置された絶縁性部材とを有する電
    子線発生装置において、 前記絶縁性部材の表面には、電位規定された複数の電極
    が、それぞれ前記絶縁性部材の設置された空間の電場の
    なす方向と垂直な方向に沿って設けられていることを特
    徴とする電子線発生装置。
14. 【請求項１４】 前記絶縁性部材の表面には複数の凸部
    が形成され、前記複数の凸部のそれぞれに前記電位規定
    された電極が設けられている請求項１３に記載の電子線
    発生装置。
15. 【請求項１５】 前記複数の電極は、以下の条件式に従
    って設けられている請求項１３または１４に記載の電子
    線発生装置。 （突出量／電極間隔）≧√［Ｖｉ／（ｚ・Ｅｚ）］ Ｖｉ：前記絶縁性部材の設置された空間に入射する電荷
    担持体の初期運動エネルギーの最大値 ｚ：前記絶縁性部材の設置された空間内の電場の平均的
    方向のなす方向 Ｅｚ：前記絶縁性部材の設置された空間内のｚ方向の電
    場の平均値 突出量：ｚ方向に直交する方向への前記電極の突出量 電極間隔：ｚ方向での前記電極の間隔
16. 【請求項１６】 前記電荷担持体は、前記電子源から放
    出される電子、前記電子源から放出される電子が衝突す
    ることにより発生する２次電子またはイオンである請求
    項１５に記載の電子線発生装置。
17. 【請求項１７】 前記絶縁性部材は、前記電子源と電極
    部との間に設置された耐大気圧構造体である請求項１
    ３、１４、１５または１６に記載の電子線発生装置。
18. 【請求項１８】 前記絶縁性部材は、前記電子源と電極
    部との間の真空雰囲気を維持するための外囲器の一部を
    なす支持枠である請求項１３、１４、１５、１６または
    １７に記載の電子線発生装置。
19. 【請求項１９】 前記複数の電極は、それぞれ引き出し
    配線により外部に引き出されている請求項１３ないし１
    ７のいずれか１項に記載の電子線発生装置。
20. 【請求項２０】 前記複数の電極は、それぞれ引き出し
    配線により外部に引き出されている請求項１８に記載の
    電子線発生装置。
21. 【請求項２１】 前記引き出し配線は、前記支持枠に設
    けられている請求項２０に記載の電子線発生装置。
22. 【請求項２２】 前記引き出し配線は、前記電極部に設
    けられている請求項１９または２０に記載の電子線発生
    装置。
23. 【請求項２３】 前記電子源が搭載されるリアプレート
    を有し、 前記引き出し配線が、前記リアプレートに設けられてい
    る請求項１９または２０に記載の電子線発生装置。
24. 【請求項２４】 前記絶縁性部材に前記複数の電極を接
    続する高抵抗導電膜が形成されるとともに、前記電極部
    および前記電子源にそれぞれ前記高抵抗導電膜と電気的
    に接続される導電性部材が設けられ、 前記引き出し配線が、前記導電性部材に設けられている
    請求項１９または２０に記載の電子線発生装置。
25. 【請求項２５】 前記電子放出素子は、冷陰極型電子放
    出素子である請求項１ないし２４のいずれか１項に記載
    の電子線発生装置。
26. 【請求項２６】 前記冷陰極型電子放出素子は表面伝導
    型電子放出素子である請求項２５に記載の電子線発生装
    置。
27. 【請求項２７】 前記表面伝導型電子放出素子が２次元
    のマトリクス状に複数個配置され、前記各表面伝導型電
    子放出素子は、複数本の行方向配線と複数本の列方向配
    線とによって、それぞれ結線されている請求項２６に記
    載の電子線発生装置。
28. 【請求項２８】 請求項１ないし２７のいずれか１項に
    記載の電子線発生装置を用いた画像形成装置であって、
    前記電子被照射部材に代えて、前記電子源に対向配置さ
    れ、前記電子放出素子から放出された電子が衝突するこ
    とにより画像が形成される部材および前記電子放出素子
    から放出された電子を加速するための加速電極を備えた
    画像形成部材とした画像形成装置。