JPH09190783A

JPH09190783A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH09190783A
Application number: JP8002771A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Mitsutake; 英明光武; Naohito Nakamura; 尚人中村; Hidetoshi Suzuki; 英俊鱸
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-01-11
Filing date: 1996-01-11
Publication date: 1997-07-22
Also published as: US20020109455A1; US6472813B2

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構造でもって、画像形成不能領域の発
生を抑制し、良好な画像を形成することを可能にする。【解決手段】フェースプレート７と絶縁性基板１との
間にスペーサ１９が介在する。このとき、電子放出素子
２から放出される電子ビームがフェースプレート７に向
けて飛翔する場合に、スペーサ１９のある方向に偏向さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像形成装置、詳し
くは、電子放出素子から放出された電子ビームを画像形
成部材に照射させて画像を形成する画像形成装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電子放出素子として熱陰極素
子と冷陰極素子の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，ＲａｄｉｏＥ−ｎｇ．Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１０，１２９０，（１９６
５）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Ｓｎ
Ｏ2 薄膜を用いたものの他に、Ａｕ薄膜によるもの
［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：”ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉ
ｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］や、Ｉｎ2 Ｏ3 ／
ＳｎＯ2 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌａｎ
ｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：”ＩＥＥＥＴｒａｎ
ｓ．ＥＤＣｏｎｆ．”，５１９（１９７５）］や、カ
ーボン薄膜によるもの［荒木久他：真空、第２６巻、
第１号、２２（１９８３）］等が報告されている。

【０００５】これらの表面伝導型放出素子の素子構成の
典型的な例として、図２７に前述のＭ．Ｈａｒｔｗｅｌ
ｌらによる素子の平面図を示す。同図において、３００
１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３０
０５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，”Ｆｉｅ−ｌｄｅｍ
ｉｓｓｉｏｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒ
ｏｎＰｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）や、あるい
は、Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，”Ｐｈｙｓｉｃａｌｐｒ
ｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅ
ｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈ
ｍｏｌｙｂｄｅｎｉｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．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
２８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３
０１４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２
８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，”Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｕｎ
ｎｅｌ−ｅｍｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ，Ｊ．Ａｐ
ｐｌ．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２９
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６４−３１
３３２号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。

【００１４】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。

【００１５】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ＵＳＰ５，０６６，８８３号や特
開平２−２５７５５１号、特開平４−２８１３７号にお
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。

【００１６】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ＵＳＰ４，９０４，８９
５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．Ｍｅｙ
ｅｒ：”ＲｅｃｅｎｔＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｎ
ＭｉｃｒｏｔｉｐｓＤｉｓｐｌａｙａｔＬＥＴ
Ｉ”，Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇｅｓｔｏｆ４ｔｈＩｎ
ｔ．ＶａｃｕｕｍＭｉｃｒｏｅｌｅ−ｃｔｒｏｎｉ
ｃｓＣｏｎｆ．，Ｎａｇａｈａｍａ，ｐｐ．６〜９
（１９９１）］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号に開示されている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】発明者らは、上記従来
技術に記載したものをはじめとして、さまざまな材料、
製法、構造の冷陰極素子を試みてきた。さらに、多数の
冷陰極素子を配列したマルチ電子ビーム源、ならびにこ
のマルチ電子ビーム源を応用した画像表示装置について
研究を行ってきた。

【００１８】発明者らは、たとえば図３０に示す電気的
な配線方法によるマルチ電子ビーム源を試みてきた。す
なわち、冷陰極素子を２次元的に多数個配列し、これら
の素子を図示のようにマトリクス状に配線したマルチ電
子ビーム源である。

【００１９】図中、４００１は冷陰極素子を模式的に示
したもの、４００２は行方向配線、４００３は列方向配
線である。行方向配線４００２および列方向配線４００
３は、実際には有限の電気抵抗を有するものであるが、
図においては配線抵抗４００４および４００５として示
されている。上述のような配線方法を、単純マトリクス
配線と呼ぶ。

【００２０】なお、図示の便宜上、６ｘ６のマトリクス
で示しているが、マトリクスの規模はむろんこれに限っ
たわけではなく、たとえば画像表示装置用のマルチ電子
ビーム源の場合には、所望の画像表示を行うのに足りる
だけの素子を配列し配線するものである。

【００２１】冷陰極素子を単純マトリクス配線したマル
チ電子ビーム源においては、所望の電子ビームを出力さ
せるため、行方向配線４００２および列方向配線４００
３に適宜の電気信号を印加する。たとえば、マトリクス
の中の任意の１行の冷陰極素子を駆動するには、選択す
る行の行方向配線４００２には選択電圧Ｖｓを印加し、
同時に非選択の行の行方向配線４００２には非選択電圧
Ｖｎｓを印加する。これと同期して列方向配線４００３
に電子ビームを出力するための駆動電圧Ｖｅを印加す
る。この方法によれば、配線抵抗４００４および４００
５による電圧降下を無視すれば、選択する行の冷陰極素
子には、Ｖｅ−Ｖｓの電圧が印加され、また非選択行の
冷陰極素子にはＶｅ−Ｖｎｓの電圧が印加される。Ｖ
ｅ，Ｖｓ，Ｖｎｓを適宜の大きさの電圧にすれば選択す
る行の冷陰極素子だけから所望の強度の電子ビームが出
力されるはずであり、また列方向配線の各々に異なる駆
動電圧Ｖｅを印加すれば、選択する行の素子の各々から
異なる強度の電子ビームが出力されるはずである。ま
た、駆動電圧Ｖｅを印加する時間の長さを変えれば、電
子ビームが出力される時間の長さも変えることができる
はずである。

【００２２】したがって、冷陰極素子を単純マトリクス
配線したマルチ電子ビーム源はいろいろな応用可能性が
あり、たとえば画像情報に応じた電気信号を適宜印加す
れば、画像表示装置用の電子源として好適に用いること
ができる。

【００２３】また、薄型画像表示装置などのように偏平
な外囲器（気密容器）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スペーサ（支持柱）を用いる
場合があり、このスペーサにより外囲器の機械的強度が
高まるので、外囲器の厚みを薄く出来る。従って、特に
大型の装置においては、装置サイズ、装置重量、原材料
費の低減に有効である。

【００２４】しかしながら、スペーサの目的からして、
これらのスペーサはマルチビーム電子源の電子放出素子
を配置した領域内にも設置されることが多く、しかも大
気圧に耐えるだけのスペーササイズ（厚み、径等）やス
ペーサを固定するための場所が必要となる。

【００２５】一方、高精細な画像形成装置を実現するた
めには、マルチビーム電子源に電子放出素子を高密度に
配置することが必要であるが、スペーサのサイズや必要
な設置領域の大きさによっては、スペーサの周辺部にお
いて電子放出素子を高密度に配置することが困難な場合
が生じた。

【００２６】この問題を具体的に説明するため、マルチ
電子ビーム源を用いた画像表示装置の一例の断面図を図
３１（ａ）に、同平面図を図３１（ｂ）に示す。

【００２７】図中、基板４１０１上には冷陰極素子４１
０２が多数形成されており、基板４１０１に対向配置さ
れたフェースプレート４１０７の内面には、蛍光体４１
０８が設けられている。また、基板４１０１とフェース
プレート４１０７の間には、耐大気圧構造として板状の
スペーサ４１１９が設けられている。この装置は、冷陰
極素子４１０２から放出された電子ビームｅ−が蛍光体
４１０８を照射することにより可視光を発光する発光型
の画像表示装置である。

【００２８】画像表示装置として所望の解像力を得るた
めに、例えばＸ方向にＰｘのピッチで画素を配置するこ
とが必要であるとしたなら、フェースプレート４１０７
には蛍光体４１０８を表示画面の前面にわたりＰｘのピ
ッチで設ければよく、基板４１０１上の冷陰極素子４１
０２もＰｘと等しくすればよい。

【００２９】図３１（ｂ）は、冷陰極素子４１０２の設
けられた基板４１０１の平面図であるが、スペーサ４１
１９の設置される場所から一定の距離Ｌｄの範囲内（図
中の点線で囲まれた部分Ｃ）には、冷陰極素子４１０２
を形成することが以下のような理由により困難な場合が
あった。

【００３０】例えば、スペーサ４１１９を基板４１０１
に固定するために用いられる接着剤（フリットガラス
等）が、スペーサ周辺の冷陰極素子近傍まではみ出すこ
とにより、上記冷陰極素子の電子放出部近傍の電界が乱
れ、放出電子の軌道を変えてしまうことがある。これは
放出直後の電子の速度は比較的小さいため、基板４１０
１近傍での電界の乱れの影響を受け易いことによる。一
方、フェースプレート４１０７側については、スペーサ
４１１９をフェースプレート４１０７に固定するために
用いられる接着剤が蛍光体４１０８の近傍まではみ出し
たとしても、フェースプレート近傍での放出電子はかな
り加速されているため、フェースプレート４１０７近傍
での電界の乱れによる電子軌道の変化は小さい。

【００３１】また、基板４１０１上には、冷陰極素子４
１０１以外に冷陰極素子４１０２を駆動するための配線
などが併設されており、スペーサ４１１９を設置するた
めの余地が少ない。

【００３２】上述のようにスペーサ４１１９周辺におい
ては冷陰極素子４１０２を形成するのが困難なために、
図３１（ａ）の表示装置において表示不能領域（図中の
点線で囲まれた領域Ｄ）ができてしまう問題があった。
この領域では、たとえ蛍光体４１０８（図中に黒塗りで
示す）を設けておいたとしても、電子ビームを照射する
ことができないため画像を表示することが不可能であっ
た。従って、大画面の画像表示装置を作成しても、スペ
ーサ位置近傍にストライプ状或いは格子状などの表示不
能領域が画面にできてしまい、画質を大幅にそこねる結
果となっていた。

【００３３】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点に鑑
みなさてたものであり、簡単な構造でもって、画像形成
不能領域の発生を抑制し、良好な画像を形成することを
可能にする画像形成装置を提供しようとするものであ
る。

【００３４】この課題を解決するため本発明の画像形成
装置は以下の構成を備える。すなわち、複数の電子放出
素子を配列してなるマルチ電子ビーム源と、該マルチ電
子ビーム源と対向する位置にあって、電子放出素子から
の電子ビームが照射されることで画像を形成する画像形
成部材と、前記マルチ電子ビーム源と前記画像形成部材
との間に介在する構造体とを備える画像形成装置であっ
て、前記電子放出素子から放出される電子ビームを、前
記構造体に偏向させつつ前記画像形成部材に向けて飛翔
させる偏向手段を備える。

【００３５】ここで、本発明の好適な実施態様に従え
ば、前記電子放出素子は電子放出素子を形成している基
板平面上に負極、電子放出部、正極が並設された素子で
あることが望ましい。これによれば、マルチビーム電子
源の構造は極めて簡単になり、製造プロセスも非常に簡
単にしかも高精細に作成することが可能になる。

【００３６】また、前記偏向手段は、各電子放出素子の
正極が、前記構造体に近くなるように配設してなること
が望ましい。この結果、電子放出素子そのものの製造過
程で、偏向手段が構築されることになる。

【００３７】また、前記電子放出素子は表面伝導型放出
素子であることが望ましい。この結果、比較的簡単な構
造でもって良好な画像を形成することができる。

【００３８】また、前記電子放出素子は、横型の電界放
出素子であることが望ましい。

【００３９】更に、前記偏向手段は、前記マルチビーム
電子源と前記画像形成部材との間に設けた偏向電極であ
っても良い。これによれば、構造は若干複雑化するもの
の、電子放出素子としての採用できる範囲を広げること
が可能になる。

【００４０】また、前記電子放出素子は、特に、表面伝
導型放出素子であることが望ましい。

【００４１】また、前記電子放出素子は、電子放出部或
いはＭＩＭ型放出素子であっても良い。

【００４２】また、前記構造体は形成される画像の画素
間に配置されることが望ましい。この結果、非画像形成
部分に配置されなくなる。

【００４３】また、前記電子放出素子と前記構造体間の
最少距離は、前記画像形成部材上に形成される各画素の
画像と前記構造体間の最少距離よりも大きいことが望ま
しい。この結果、電子放出素子と構造体間の距離を大き
くとれつつ、画像形成部材上では正常な画像を形成する
ことが可能になる。

【００４４】また、電子放出素子は、行方向配線及び列
方向配線によりマトリクス配線されていることが望まし
い。これによって、２次元的に広がった画像を表示する
ことが可能になる。

【００４５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に従って本発明に
係る実施の形態を詳細に説明する。

【００４６】図１は、本発明の原理を説明するための装
置断面図であり、基板１上には電子放出素子２が形成さ
れている。ここに形成された電子放出素子２の構造や配
置、或いは駆動電圧の印加方法については後述する。基
板１に対向配置されたフェースプレート７の内面には蛍
光体８が設けられている。基板１とフェースプレート７
の間には、耐大気圧構造として板上のスペーサ１９が設
けられている。

【００４７】本発明は、電子放出素子２から放出された
電子ビームがフェースプレート７に向かって飛翔する際
に、図中のＺ方向に直線的に飛翔するのではなく、図示
のようにＺ方向に進行しながらスペーサ１９に近づく向
きにも進行するように制御する。すなわち、図１の例に
おいては、スペーサ１９の（−Ｘ）側に形成された電子
放出素子２（−）から放出された電子ビームは、Ｚ方向
に進行すると同時に（＋Ｘ）の向きに向かって進行す
る。

【００４８】一方、スペーサ１９の（＋Ｘ）側に形成さ
れた電子放出素子２（＋）から放出された電子ビームは
Ｚ方向に進行すると同時に（−Ｘ）の向きに向かって進
行する。このため、従来は電子ビームを照射することが
できなかった領域（図中の点線で囲まれた部分Ｄ’）に
も電子を照射することが可能となる。Ｘ方向に関して画
素の配列ピッチをＰｘとするなら、スペーサ１９の（−
Ｘ）側の電子放出素子２（−）の配列ピッチＰｘ（−）
及びスペーサ１９の（＋Ｘ）側の電子放出素子２（＋）
の配列ピッチＰｘ（＋）は、Ｐｘ（−）＝Ｐｘ（＋）＝
Ｐｘとなるように設定する。

【００４９】次に、図１で説明した本発明による電子ビ
ームの飛翔方法を実現するための好ましい２つの構成を
説明する。まず図２〜図５（ａ），（ｂ）を用いて第１
の構成について説明し、次に図６を用いて第２の構成に
ついて説明する。

【００５０】＜第１の構成＞第１の構成の特徴は、基板
１上に形成する電子放出素子２の配置方法にある。

【００５１】図２は、電子放出素子２の形成された基板
１の平面図である。上述のように、Ｘ方向に関して電子
放出素子の配列ピッチは、Ｐｘ（−）＝Ｐｘ（＋）＝Ｐ
ｘに設定してある。スペーサ１９の設置される位置を挟
む部分の電子放出素子の間隔Ｌｓについては後述する。

【００５２】また、スペーサ１９の設置される位置を挟
む両側の電子放出素子２（＋）と２（−）は、Ｘ方向に
関して互いに１８０度逆向きに配置されている。（図に
おいては、電子放出素子２の向きを模式的に矢印で示し
ている。この矢印の向きは、後述するベクトルＥｆの向
きを表している。）以下、図２の構成について、更に詳しく説明する。ま
ず、図２で示した構成に用いる電子放出素子２として
は、以下のような構成のものを選択的に用いる。すなわ
ち、駆動状態（電子ビームを放出させるための駆動電圧
を電子放出素子に印加した状態）において、電子放出素
子２の電子放出部の周辺の空間に、前記電子放出部を通
り、基板１のなす平面の法線に対して非対称な電位分布
が生じるような素子である。

【００５３】図３を用いて具体的に説明する。図３は、
本発明に用いる電子放出素子を説明するための断面図
で、図中の２０は電子放出素子の設けられた基板、２１
は電子放出素子の正極、２２は電子放出素子の負極、２
３は電子放出素子の電子放出部、２４は電子ビームのタ
ーゲット、ＶＦは電子放出素子に駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］を
印加するための電源、ＶＡはターゲット電圧Ｖａ［Ｖ］
を印加するための電源、である。（なお、実際の画像表
示装置においては、ターゲット２４は蛍光体である。ま
た、一般に、Ｖａ＞Ｖｆの関係がある。）本発明に用いる電子放出素子は、少なくとも、正極２１
と負極２２、及び電子放出部２３を構成部材として備
え、これらの構成部材は基板２０の上面に並んで形成さ
れているものである。（なお、以下の説明では基板２０
の上面を基板平面と呼ぶ。）例えば、図２８や図２９の電子放出素子は構成部材が基
板平面上に垂直方向に積層されているため、基板平面に
並んでいる電子放出素子には該当しないが、図２７の電
子放出素子は該当する。

【００５４】このような電子放出素子においては、電子
放出部２３から放出される電子ビームは負極２２から正
極２１に向かう方向の初速度成分を持つのが一般的であ
る。従って、電子ビームは基板平面から鉛直方向には進
行しない。

【００５５】さらには、このような電子放出素子の場
合、正極２１と負極２２が基板平面に並ぶため、駆動電
圧を印加した時に電子放出部２３の上方の空間に生成さ
れる電位分布は、電子放出部２３を通り基板平面と垂直
な線（すなわち図３の一点鎖線）に対して非対称な分布
となる。図３に、電子放出素子とターゲット２４の間の
電位分布を点線で示す。図示のように、等電位面は、タ
ーゲット２４の近傍では基板平面とほぼ平行であるが、
電子放出素子の近傍では駆動電圧Ｖｆ［Ｖ］の影響によ
り傾斜したものとなる。このため、電子放出部２３から
放出された電子ビームは、空間を飛翔する間に傾斜電位
によりＺ方向に力を受けると同時にＸ方向にも力を受け
ることとなり、その軌道は図示のような曲線を描く。

【００５６】上述のような２つの理由により、電子ビー
ムがターゲット２４を照射する位置は、電子放出部の鉛
直上方の位置からは距離ＬｅｆだけＸ方向にずれた位置
となる。図４は、ターゲット２４を上方から見た場合の
平面図で、図中の２５はターゲット下面の電子ビーム照
射位置を模式的に示したものである。（なお、図３は、
図４の一点鎖線ＪＪ’に沿って切断した場合の断面図で
ある。）そこで、ターゲットにおいて電子ビームの照射位置が電
子放出部の鉛直上方の位置からどのようにずれるかを一
般化して表すために、便宜的にベクトルＥｆを用いてず
れの方向と距離を表現する。

【００５７】まず、ベクトルＥｆの方向は、基板平面上
に電子放出素子の負極、電子放出部、正極が並んでいる
方向と等しいと言える。例えば、図３の場合において
は、基板２０の上にＸ方向に沿って電子放出素子の負極
２２、電子放出部２３、正極２１が順に並んでいるた
め、ベクトルＥｆはＸ方向と同じ向きになる。

【００５８】なお、基板平面上に電子放出素子が形成さ
れている向き、及びベクトルＥｆの向きを図示する便宜
上、これらを図５に例示する方法で模式的に表すことに
する。図５（ａ）は、電子放出素子１の負極、電子放出
部、正極がＸ方向に沿って並んで基板平面上に形成され
た例で、また同図（ｂ）はＸ方向に対してＲの角度の方
向に形成された例である。

【００５９】また、ベクトルＥｆの大きさ（すなわちＬ
ｅｆ）は、電子放出素子とターゲットの距離Ｌｈ、電子
放出の駆動電圧Ｖｆ、ターゲットの電位Ｖａ、電子放出
素子の種類や形状などに依存して決まるが、概略的な数
値は下記の［１］式により算出できる。

【００６０】Ｌｅｆ＝２・Ｋ・Ｌｈ・ＳＱＲＴ（Ｖｆ／Ｖａ） …［１］ただし、ＳＱＲＴ（Ｘ）はＸの平方根Ｌｈ［ｍ］は、電子放出素子とターゲットの距離Ｖｆ［Ｖ］は、電子放出素子に印加する駆動電圧Ｖａ［Ｖ］は、ターゲットに印加する電圧Ｋは、電子放出素子の種類や形状により決まる
定数なお、［１］式で概略的な数値を求める際に、用いる電
子放出素子の種類や形状が未知の場合には、Ｋ＝１を代
入する。

【００６１】また、電子放出素子の種類や形状が既知の
場合には、実験あるいは計算機シミュレーションにより
当該電子放出素子の定数Ｋを決定する。

【００６２】また、さらに高い精度でＬｅｆを求めるに
は、Ｋを定数ではなくＶｆの関数とするのが望ましい
が、画像表示装置を設計する場合に要求される精度に対
しては、定数で十分な場合が多い。

【００６３】以上を参照して、図２の構成について説明
を補足する。スペーサ１９に対して（−Ｘ）側には電子
放出素子２（−）がＲ＝０［度］の向きで形成され、ス
ペーサ１９に対して（＋Ｘ）側には電子放出素子２
（＋）がＲ＝１８０［度］の向きで形成されている。ま
た、スペーサ１９を挟んで対向する電子放出素子の間の
距離Ｌｓは、下記の［２］式の値に設定されている。

【００６４】Ｌｓ＝Ｐｘ＋（２・Ｌｅｆ） …［２］ただし、Ｐｘは画素の配列ピッチＬｅｆは［１］式で定まる距離［１］式、及び［２］式から明らかなように、適当な条
件を設定することにより、Ｌｓを必要十分な大きさとす
ることが可能である。すなわち、上述した第１の構成に
よれば、スペーサの近傍に電子放出素子を設けなくて
も、表示不能領域が発生するのを防止することが可能で
ある。

【００６５】以上、図１に示した本発明の電子ビームの
飛翔方法を実現するための第１の構成について説明し
た。

【００６６】＜第２の構成＞次に、図１の構成を実現す
る第２の構成例について図６を用いて説明する。第２の
構成は、スペーサにむけて電子ビームを偏向させるため
の偏向電極を備えることを特徴とする。

【００６７】図６に示すのは、第２の構成による画像表
示装置の断面である。図中の部品で、前記図１と共通す
るものについては、同じ符番で示している。図中、１４
は画像表示装置の側壁、１５および１６および１７は電
子ビームを偏向するための偏向電極、Ｖｄｅｆは偏向用
電圧源である。

【００６８】この構成では、スペーサが高電位側になる
ような極性で適宜の偏向電圧を偏向電極間に印加するこ
とにより、電子放出素子１から放出されたビームをスペ
ーサ１９の方向に偏向することができる。

【００６９】従って、スペーサ１９の付近に電子放出素
子を配置しなくても、蛍光体を電子ビームで照射するこ
とが可能となり、表示不能領域が発生するのを防止でき
た。以下、第２の構成について、更に詳しく説明する。

【００７０】フェースプレート７の画素のＸ方向の配列
ピッチをＰｘ、基板１０Ａ上の電子放出素子の配列間隔
をＰＡｘ、基板１０Ｂ上の電子放出素子の配列間隔をＰ
Ｂｘとしたとき、これらの数値は、ＰＡｘ＝ＰＢｘ＝Ｐ
ｘを満たすように設定されている。

【００７１】なお、ここに用いられる電子放出素子は、
前記第１の構成の場合と異なり、正極、負極、電子放出
部が基板平面上に垂直に積層したものでもさしつかえな
い。したがって、図２８や図２９に例示した電子放出素
子であってもよい。

【００７２】また、偏向電極１６はスペーサ１９の側方
に置かれ、偏向電極１５、１６、１７は、Ｘ方向に互い
に距離Ｌｄｘだけ隔てて設置されている。どの偏向電極
も、基板上の電子放出素子２とほぼ同じ高さに設置さ
れ、その高さはＬｄｚである。

【００７３】このような構成において、スペーサ１９を
挟んで両側に設けられた電子放出素子の間隔Ｌｓは、概
略的には下記の［３］式で設定される。

【００７４】Ｌｓ＝Ｐｘ＋（２・Ｖｄｅｆ・Ｌｈ・Ｌｄｚ）／（Ｖａ・Ｌｄｘ）［３］ただし、Ｐｘ［ｍ］は、画素のＸ方向の配列ピッ
チＬｈ［ｍ］は、電子放出素子と蛍光体の距離Ｌｄｘ［ｍ］は、偏向電極間の距離Ｌｄｚ［ｍ］は、偏向電極の高さＶａ［Ｖ］は、蛍光体に印加する電圧Ｖｄｅｆ［Ｖ］は、偏向電極に印加する電圧なお、偏向電極の高さＬｄｚが、電子放出素子と蛍光体
の距離Ｌｈと比較して大幅に異なる場合には、［３］式
に補正項を設けるのが望ましい。

【００７５】［３］式から明らかなように、適当な条件
を設定することにより、Ｌｓを十分な大きさとすること
が可能である。すなわち、スペーサ付近に電子放出素子
を設けなくても、表示不能領域が発生するのを防止する
ことが可能である。

【００７６】以上、図１に示した本発明による電子ビー
ムの飛翔方法を実現するための第２の構成について説明
した。

【００７７】なお、上述の第１構成と第２の構成は組み
合わせて用いることも可能である。

【００７８】次に、本発明の第１の構成で用いる電子放
出素子について、好適な態様を説明する。

【００７９】第１の構成で用いる電子放出素子は、正
極、負極、電子放出部を構成部材として備え、しかもこ
れらの部材が基板平面上に並んで形成されているもので
ある。（なお、負極の一部が電子放出部をかねる素子で
もよい。）このような要件を満たすものとしては、たとえば表面伝
導型放出素子や、横形の電界放出素子を上げることがで
きる。以下、表面伝導型放出素子、横形の電界放出素子
の順に説明する。

【００８０】表面伝導型放出素子には、たとえば図２７
の態様や、電子放出部の近傍に微粒子を備えた態様があ
る。前者に関しては、すでに従来技術の項で説明したよ
うにさまざまな材料のものがすでに知られているが、こ
れらは全て第１の構成で用いる電子放出素子として適す
る。後者に関しては、後述の実施例において材料、構
成、製法などを詳しく説明するが、全て第１の構成で用
いる電子放出素子として適する。すなわち、第１の構成
を実施するにあたり、表面伝導型放出素子を用いる場合
には、該素子の材料、構成、製法などに特に制限はな
い。

【００８１】そして、表面伝導型放出素子に関しては、
電子ビームが偏向される方向を示すベクトルＥｆは、図
９に示す向きとなる。同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）
は平面図であり、図中の１４０は基板、１４１は正極、
１４２は負極、１４３は電子放出部、ＶＦは素子に駆動
電圧を印加するための電源である。

【００８２】次に、横形の電界放出素子とは、電界放出
素子の中でも特に負極、電子放出部、正極が基板平面に
沿って並設された態様のものを指している。たとえば、
図２７に示される素子は、基板平面に対して垂直方向に
負極、電子放出部、正極が設けられているため、横形の
範疇には含まれないが、図１０（ａ）〜（ｃ）に例示す
る素子は横形の範疇に含まれる。図１０は典型的な横形
の電界放出素子が基板平面上のＸ方向に沿って形成され
ている例を示す斜視図で、図中の１５０は基板、１５１
は正極、１５２は負極、１５３は電子放出部である。横
形の電界放出素子には、図１０に例示したもの以外に
も、いろいろな形状のものがあるが、要するに図３を参
照して説明したように電子ビームの軌道が鉛直方向から
偏向するものであれば本発明の第１の構成に用いる素子
として適する。したがって、たとえば図１０の形態に、
電子ビームの強度を変調するための変調電極を付加した
ものでもよい。また、電子放出部１５３は、負極１５２
の一部がこれをかねるものであってもよいし、負極のう
えに付加した部材であってもよい。横形の電界放出素子
の電子放出部に用いる材料には、たとえば高融点金属や
ダイヤモンドが挙げられるが、良好に電子を放出する材
料であればこれに限るものではない。

【００８３】そして、横形の電界放出素子に関しては、
電子ビームが偏向される方向を示すベクトルＥｆは、図
１１に示す向きとなる。同図（ａ）は断面図、同図
（ｂ）は平面図であり、図中の１５０は基板、１５１は
正極、１５２は負極、１５３は電子放出部、ＶＦは素子
に駆動電圧を印加するための電極である。以上、本発明
の第１の構成について、態様を説明した。

【００８４】＜第２の構成の概要＞第２の構成の要点
は、スペーサ方向に電子ビームを偏向させるための偏向
電極を設けることにあり、偏向電極の構成は必ずしも前
記図６の例に限られるものではない。次に、第２の構成
で用いる電子放出素子について態様を説明する。

【００８５】第１の構成と異なり、第２の構成を実施す
る場合には、正極、電子放出部、負極が基板平面上に併
設された素子でなくともさしつかえない。したがって、
たとえば、図２８で示した電界放出素子や、図２９で示
したＭＩＭ型素子であっても良い。もちろん、第１の構
成で用いられた表面伝導型放出素子や横形の電界放出素
子であってもさしつかえない。また、たとえばＰＮ接合
を有する半導体電子放出素子などであっても良い。要す
るに、第２の構成においては、画像表示装置の蛍光体を
十分に励起しうるだけの電子ビームを放出できて、か
つ、基板上に高い密度で形成できる素子であれば、これ
を用いることが可能である。

【００８６】［実施形態の説明］以上説明した本発明の
構成概略に基づき、以下、実施形態を説明する。

【００８７】・第１の実施形態本発明の第１の実施形態の構成を図１２に示す。図示
は、１個のスペーサを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。本表示パネルは、電子源をなす基板上の電子
放出素子およびスペーサの配置に関しては、先に示した
図１〜図４の構成を用いた。

【００８８】以下、本表示パネルに関して、画素の配
列、電子放出素子の配置、表示パネルの構造と製法、電
子放出素子の素子構成と製法および特性、電子源をなす
基板の構造、および表示パネルの駆動方法を順に説明し
て行く。

【００８９】＜画素の配列＞本表示パネルにおいては、
画素を以下のピッチで配列した。

【００９０】すなわち、図７の表示ドットの分布を示す
平面図を参照して示せば、Ｐｘ＝０．５［ｍｍ］Ｐｙ＝０．５［ｍｍ］である。

【００９１】＜電子放出素子の配置＞本表示パネルにお
いては、電子放出素子を以下のように配置した。すなわ
ち、図８の電子放出素子の並びを示す平面図を参照して
示せば、Ｐｘ＝Ｐｙ＝０．５［ｍｍ］Ｌｓ＝１０．５［ｍｍ］Ｒ（Ｅ１）＝０［度］Ｒ（Ｅ２）＝１８０［度］である。なお、上記の数値は、以下に説明する設計指針
に基づいて決定した。

【００９２】すなわち、まず表示パネルに用いる蛍光体
と電子放出素子を選択した。具体的には、蛍光体材料に
は蛍光高率と色純度の点で優れるＰ−２２を用い、電子
放出素子には電子放出特性が優れていてしかも製造が容
易な表面伝導型放出素子を用いた。

【００９３】次に、表示パネルの性能として要求される
最高輝度を達成するのに必要な駆動条件を求めた（以下
の説明でｘ^yはｘのｙ乗を示している）。

【００９４】例えば、最高輝度を１００［Ｃｄ／ｍ^2］
に設定した場合、蛍光体Ｐ−２２の発光効率が８［１ｍ
／Ｗ］であるとするなら、蛍光体に投入すべき単位面積
あたりの電力は３９［Ｗ／ｍ^2］と算出される。これに
基づいて、蛍光体に印加する電圧Ｖａ［Ｖ］と表面伝導
型放出素子に印加すべき電圧を決定した。すなわち、Ｖ
ａ＝５［ｋＶ］としたとき、蛍光体には単位面積あたり
７．８×１０^-3［Ａ／ｍ^2］の電子ビームを表面伝導
型放出素子から照射する必要がある。表面伝導型放出素
子の単位面積あたりの素子数は画素ピッチに基づいて、
４×１０^6［個／ｍ^2］と設定されているが、１行単位
の走査方法で駆動するので、最高輝度を達成するには、
１素子あたり３．９×１０^-6［Ａ］の電子ビーム出力
が要求される。そこで、この大きさの電子ビームを出力
可能な適宜の表面伝導型放出素子を設計し、素子の駆動
電圧Ｖｆ［Ｖ］を２０［Ｖ］に設定した。なお、蛍光体
と電子源基板の距離Ｌｈは、４０［ｍｍ］に設定した。

【００９５】上記の駆動条件を、前記［１］式と［２］
式に代入し、Ｌｓを算出した。Ｌｓ＝１０．５［ｍｍ］
は、従来の問題を解決するのに十分な距離であると判断
できるため、これを設計値として採用した。なお、Ｌｓ
の大きさが十分でないと判断された場合にはＶａ，Ｖ
ｆ，Ｖｈ表面伝導型放出素子のデザイン等のパラメータ
を再設計し、十分なＬｓが得られるように適宜の設計を
すればよい。

【００９６】＜表示パネルの構造と製法＞図１２の表示
パネルについて、構造と製法を説明する。図中、１００
５はリアプレート、１００６は側壁、１００７はフェー
スプレートであり、１００５〜１００７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。

【００９７】リアプレート１００５には、電子源基板１
００１（Ｅ１側とＥ２側で配置が異なる）が固定されて
いるが、電子源基板１００１上にはそれぞれＭ個の表面
伝導型放出素子が形成され、各素子は行方向配線１００
３と列方向配線１００４によりマトリクス配線されてい
る。電子源基板をマルチ電子ビーム源と呼べば、該マル
チ電子ビーム源はＮｘＭ個の表面伝導型放出素子が具備
していると言える。また、１０１９は耐大気圧構造を存
すスペーサであり、電子源基板１００１とフェースプレ
ート１００７間に設置されている。

【００９８】なお、本表示パネルでは、平面型もしくは
垂直型の表面伝導型放出素子を用いたが、これについて
は後に詳しく述べる。

【００９９】また、フェースプレート１００７の下面に
は、蛍光膜１００８が形成されている。本実施形態では
カラー表示装置を想定しているため、蛍光膜１００８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１３（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１０
１０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事や、外光の反射を防止
して表示コントラストの低下を防ぐ事、電子ビームによ
る蛍光膜のチャージアップを防止する事などである。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。

【０１００】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１００８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。

【０１０１】また、蛍光膜１００８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１００９
を設けてある。メタルバック１００９を設けた目的は、
蛍光膜１００８が発する光の一部を鏡面反射して光利用
率を向上させる事や、負イオンの衝突から蛍光膜１００
８を保護する事や、電子ビーム加速電圧を印加するため
の電極として作用させる事や、蛍光膜１００８を励起し
た電子の導電路として作用させる事などである。メタル
バック１００９は、蛍光膜１００８をフェースプレート
基板１００７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１００８に低電圧用の蛍光体材料を用いた
場合には、メタルバック１００９は用いない。

【０１０２】また、本実施形態では用いなかったが、加
速電圧の印加用や蛍光膜の導電性向上を目的として、フ
ェースプレート基板１００７と蛍光膜１００８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。

【０１０３】また、Ｄx1〜Ｄxmおよび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およびＤx1'〜Ｄxm'
はマルチ電子ビーム源の行方向配線１００３と、Ｄy1〜
Ｄynはマルチ電子ビーム源の列方向配線１００４と、Ｈ
ｖはフェースプレートのメタルバック１００９と電気的
に接続している。

【０１０４】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のマイナス７乗［Ｔ
ｏｒｒ］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１ｘ１０マ
イナス５乗ないしは１ｘ１０マイナス７乗［Ｔｏｒｒ］
の真空度に維持される。

【０１０５】以上、本発明実施形態の表示パネルの基本
構成と製法を説明した。

【０１０６】＜電子放出素子の素子構成と製法および特
性＞次に、前記実施形態の表示パネルに用いた表面伝導
型放出素子について説明する。本発明者らは、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電装
型放出素子が電子放出特性に優れており、しかも設計や
製造が容易であることを見出している。すなわち、大画
面で高輝度の画像表示装置用のマルチ電子ビーム源に用
いるには、もっとも適した素子だと言える。そこで、微
粒子膜から形成した平面型の表面伝導型放出素子を用い
て表示パネルを作製したところ、極めて良好な結果を得
た。また、微粒子膜から形成した垂直型の表面伝導型放
出素子を用いて作成した表示パネルも良好な結果を得
た。そこで、微粒子膜から形成した平面型および垂直型
の表面伝導型放出素子について、以下に詳しく説明す
る。

【０１０７】＜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１４に示すのは、平面型の表面伝導型
放出素子の構成を説明するための図であり、同図（ａ）
は平面図、同図（ｂ）は断面図である。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
した薄膜である。

【０１０８】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。

【０１０９】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、Ｎ
ｉ，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Ｉｎ2 Ｏ3 −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製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。

【０１１０】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。

【０１１１】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。

【０１１２】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１１
０２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。

【０１１３】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。

【０１１４】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，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｐｂ，などをはじめとする金属や、ＰｄＯ，Ｓ
ｎＯ2 ，Ｉｎ2 Ｏ3 ，ＰｂＯ，Ｓｂ2 Ｏ3 ，などをはじ
めとする酸化物や、ＨｆＢ2 ，ＺｒＢ2 ，ＬａＢ6 ，Ｃ
ｅＢ6 ，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，Ｈｆ
Ｎ，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。

【０１１５】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、
１０の３乗から１０の７乗［オーム／ｓｑ］の範囲に含
まれるよう設定した。

【０１１６】なお、導電性薄膜１１０４と素子電極１１
０２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１４（ｂ）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。

【０１１７】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１４においては模式的に示した。

【０１１８】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。

【０１１９】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。

【０１２０】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１４においては模式
的に示した。また、平面図（ａ）においては、薄膜１１
１３の一部を除去した素子を図示した。

【０１２１】以上、好ましい素子の基本構成を述べた
が、実施形態においては以下のような素子を用いた。

【０１２２】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。

【０１２３】微粒子膜の主要材料としてＰｄもしくはＰ
ｄＯを用い、微粒子膜の厚さは約１００［オングストロ
ーム］、幅Ｗは１００［マイクロメータ］とした。

【０１２４】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１５（ａ）〜（ｄ）
は、表面伝導型放出素子の製造工程を説明するための断
面図で、各部材の表記は前記図１０２と同一である。

【０１２５】１）まず、図１５（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。

【０１２６】形成するにあたっては、あらかじめ基板１
１０１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
を用ればよい。）その後、堆積した電極材料を、フォト
リソグラフィー・エッチング技術を用いてパターニング
し、（ａ）に示した一対の素子電極（１１０２と１１０
３）を形成する。

【０１２７】２）次に、同図（ｂ）に示すように、導電
性薄膜１１０４を形成する。

【０１２８】形成するにあたっては、まず前記（ａ）の
基板に有機金属溶液を塗布して乾燥し、加熱焼成処理し
て微粒子膜を成膜した後、フォトリソグラフィー・エッ
チングにより所定の形状にパターニングする。ここで、
有機金属溶液とは、導電性薄膜に用いる微粒子の材料を
主要元素とする有機金属化合物の溶液である。（具体的
には、本実施形態では主要元素としてＰｄを用いた。ま
た、実施形態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。）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、本実施形態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。

【０１２９】３）次に、同図（ｃ）に示すように、フォ
ーミング用電源１１１０から素子電極１１０２と１１０
３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。

【０１３０】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１１０
５）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。

【０１３１】通電方法をより詳しく説明するために、図
１６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、本実施形態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。

【０１３２】実施形態においては、たとえば１０のマイ
ナス５乗［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１ｘ１０の６乗［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１ｘ１０のマイナス７乗［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。

【０１３３】なお、上記の方法は、本実施形態の表面伝
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。

【０１３４】４）次に、図１５（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。

【０１３５】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。

【０１３６】具体的には、１０のマイナス４乗ないし１
０のマイナス５乗［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。

【０１３７】通電方法をより詳しく説明するために、図
１７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。本実施形態においては、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、本実施形態の表
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。

【０１３８】図１５（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１１
１２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１８に示すが、活性化電源１１１
２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。

【０１３９】なお、上述の通電条件は、本実施形態の表
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。

【０１４０】以上のようにして、図１５（ｅ）に示す平
面型の表面伝導型放出素子を製造した。

【０１４１】＜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。

【０１４２】図１９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、１
２０２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、１
２１３は通電活性化処理により形成した薄膜、である。

【０１４３】垂直型が先に説明した平面型と異なる点
は、素子電極のうちの片方（１２０２）が段差形成部材
１２０６上に設けられており、導電性薄膜１２０４が段
差形成部材１２０６の側面を被覆している点にある。し
たがって、先に示した図１４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Ｌｓｔ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。

【０１４４】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２０の（ａ）〜（ｆ）は、製造工
程を説明するための断面図で、各部材の表記は図１９と
同一である。

【０１４５】１）まず、図２０（ａ）に示すように、基
板１２０１上に素子電極１２０３を形成する。

【０１４６】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。

【０１４７】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。

【０１４８】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。

【０１４９】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。

【０１５０】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１５（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１５（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。）以上のようにして、図２０（ｆ）に示す垂直型の表面伝
導型放出素子を製造した。

【０１５１】＜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。

【０１５２】図２１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。

【０１５３】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。

【０１５４】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。

【０１５５】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。

【０１５６】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Ｉ
ｅの大きさを制御できる。

【０１５７】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。

【０１５８】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Ｖｔ
ｈ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。

【０１５９】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。

【０１６０】＜電子源基板の構造＞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。

【０１６１】図２２に示すのは、前記図１４の表示パネ
ルに用いた電子源基板１００１のＥ１側の平面図であ
る。基板上には、前記図１４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。

【０１６２】図２２のＡ−Ａ’に沿った断面を図２３に
示す。

【０１６３】なお、このような構造の電子源基板Ｅ１
は、あらかじめ基板１００１上に行方向配線電極１００
３、列方向配線電極１００４、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１００３および列方向
配線電極１００４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。

【０１６４】＜表示パネルの駆動方法＞次に、図１２の
表示パネルを用いて画像表示を行なう方法について、図
２４と図２５を参照して説明する。図２４は電気回路の
ブロック図、図２５は電気回路の動作を示すタイミング
チャートである。

【０１６５】図２４において、１３００は図１２で示し
た表示パネル、１３０１は走査側駆動回路、１３０２は
変調側駆動回路、１３０３はデコーダ、１３０４はタイ
ミング制御回路、１３０５はシフトレジスタ、１３０６
は１ラインメモリ、１３０７は変調信号発生器、１３０
８は走査信号発生器、ＶａとＶｆは電源、である。以
下、各部の動作を順をおって説明してゆく。

【０１６６】まず、各部からデコーダ１３０３に入力さ
れる画像信号（例えばテレビジョン信号）は、通常は時
系列的にシリアルな手順で入力される。

【０１６７】そこで、外部より供給される画像信号は、
デコーダ１３０３により同期信号Ｓｙｎｃと画質データ
Ｄａｔａに分離され、それぞれタイミング制御回路１３
０４とシフトレジスタ１３０５に対して出力される（よ
く詳しくは、同期信号Ｓｙｎｃは、画像の１ラインの同
期信号たる水平同期信号と、画像の１画面の同期信号た
る垂直同期信号より成るが、説明の便宜上、両方をまと
めて同期信号Ｓｙｎｃと呼ぶ。また、画像データＤａｔ
ａは、カラー画像信号の場合には、ＲＧＢの３原色成分
より成るが、説明の便宜上、まとめて画像データＤａｔ
ａと呼ぶ）。

【０１６８】タイミング制御回路１３０４は、前記同期
信号Ｓｙｎｃに基づき、表示装置の各部の動作を整合さ
せるための各種のタイミング制御信号を発生する。

【０１６９】まず、シフトレジスタ１３０５に対して、
表示パネルの１ライン（＝ｎ画素）分の画像データをサ
ンプリングしてシリアル／パラレル変換するためのシフ
トクロックＴｓｆｔを出力する。ＤａｔａおよびＴｓｆ
ｔを、図２５のタイミングチャートの（１）と（２）に
示す。

【０１７０】シリアル／パラレル変換された画像１ライ
ン分のデータ（Ｉｄ１〜Ｉｄｎ）は、前記タイミング制
御回路１３０４の出力するメモリ−ロードタイミング制
御信号Ｔｍｒｙに基づいてラインメモリ１３０６に蓄積
される。図２５のタイムチャートの（３）と（４）に、
メモリ−ロードタイミング制御信号Ｔｍｒｙと、ライン
メモリ１３０６の出力信号（Ｉ’ｄ１〜Ｉ’ｄｎ）を図
示する。

【０１７１】変調信号発生器１３０７は、前記ラインメ
モリ７の出力信号（Ｉ’ｄ１〜Ｉ’ｄｎ）に基づき、変
調信号Ｇｍ１〜Ｇｍｎを発生する。本実施形態では、変
調信号発生器１３０７に、画像データに応じてパルスの
長さを変調するパルス幅変調方式を用いた。

【０１７２】変調信号Ｇｍ１〜Ｇｍｎのタイミングを図
２５の（６）に示す。

【０１７３】変調側駆動回路１３０２では、電圧がＶｆ
［Ｖ］で、長さを変調信号Ｇｍ１〜Ｇｍｎに準じて制御
されたパルス信号を発生する。このパルス信号は、表示
パネルの給電端子Ｄｙ１〜Ｄｙｎを経由して電子源基板
の列方向配線に印加される（なお、本実施形態では、Ｖ
ｆは２０［Ｖ］に設定されている）。

【０１７４】一方、タイミング制御回路１３０４は、表
示パネル１３００内のマルチ電子ビーム源を走査するた
めの制御信号Ｔｓｃａｎを発生して、走査信号発生器１
３０８に出力する。本実施形態においては、表示パネル
内の２枚の電子源基板について、それぞれ個別に走査信
号発生器１３０８と走査側駆動回路１３０１を設けてい
るが、これらは同一のタイミングで動作するものであ
る。

【０１７５】走査信号発生器１３０８は、制御信号Ｔｓ
ｃａｎに基づいて走査信号Ｇｓ１〜Ｇｓｍを発生する。
走査信号Ｇｓ１〜Ｇｓｍのないようを図２５の（５）に
示すが、ここでオンと記されているものに対応して、走
査側駆動回路１３０１はグランドレベルすなわち０
［Ｖ］を給電端子に接続する。すなわち、表示パネルの
給電端子Ｄｘ１〜ＤｘｍおよびＤｘ１’〜Ｄｘｍ’を経
由して、電子源基板の行方向配線に０［Ｖ］の走査パネ
ルが印加される。

【０１７６】また、電源Ｖａからは、５［ｋＶ］の直流
電圧が出力されており、これは給電端子Ｈｖを経由して
表示パネル１３００内の蛍光体に印加される。

【０１７７】以上、表示パネル１３００の駆動方法につ
いて説明した。

【０１７８】＜第２実施形態＞本発明の第２の構成によ
る実施形態について説明する。図６を参照しながら、各
部の詳細を説明する。

【０１７９】まず、電子放出素子１には電界放出型素子
を用いた。また、各部の寸法は、以下のように設定し
た。

【０１８０】Ｐｘ＝ＰＡｘ＝ＰＢｘ＝０．５［ｍｍ］Ｌｈ＝４０［ｍｍ］Ｌｄｘ＝１２７［ｍｍ］Ｌｄｚ＝３８［ｍｍ］Ｌｓ＝４．５［ｍｍ］また、蛍光体１３に印加する電圧Ｖａ、および偏向電極
に印加する電圧Ｖｄｅｆは、Ｖａ＝５［ｋＶ］Ｖｄｅｆ＝８４０［Ｖ］とした。

【０１８１】＜多機能表示装置＞次に上記実施形態を多
機能表示装置に適応させた例を説明する。

【０１８２】図２６は、前記説明の製造方法による表面
伝導型放出素子を電子ビーム源として用いたディスプレ
イパネルに、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
うに構成した多機能表示装置のブロック構成図である。

【０１８３】図中、２１００はディスプレイパネル、２
１０１はディスプレイパネルの駆動回路、２１０２はデ
ィスプレイコントローラ、２１０３はマルチプレクサ、
２１０４はデコーダ、２１０５は入出力インターフェー
ス回路、２１０６はＣＰＵ、２１０７は画像生成回路、
２１０８および２１０９および２１１０は画像メモリイ
ンターフェース回路、２１１１は画像入力インターフェ
ース回路、２１１２および２１１３はＴＶ信号受信回
路、２１１４は入力部である。

【０１８４】（なお、本表示装置は、例えばテレビジョ
ン信号のように映像情報と音声情報の両方を含む信号を
受信する場合には、当然映像の表示と同時に音声を再生
するものであるが、本発明の特徴と直接関係しない音声
情報の受信，分離，再生，処理，記憶などに関する回路
やスピーカなどについては説明を省略する。）以下、画
像信号の流れに沿って各部の機能を説明してゆく。

【０１８５】まず、ＴＶ信号受信回路２１１３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
の処方式でもよい。また、これらよりさらに多数の走査
線よりなるＴＶ信号（例えばＭＵＳＥ方式をはじめとす
るいわゆる高品位ＴＶ）は、大面積化や大画素数化に適
した前記ディスプレイパネルの利点を生かすのに好適な
信号源である。ＴＶ信号受信回路２１１３で受信された
ＴＶ信号は、デコーダ２１０４に出力される。

【０１８６】また、ＴＶ信号受信回路２１１２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。前記ＴＶ信号受信回路２１１３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２１０４に出力
される。

【０１８７】また、画像入力インターフェース回路２１
１１は、例えばＴＶカメラや画像読み取りスキャナなど
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２１０４に
出力される。

【０１８８】また、画像メモリインターフェース回路２
１１０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２１０４に出力される。

【０１８９】また、画像メモリインターフェース回路２
１０９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２１０４に出力される。

【０１９０】また、画像メモリインターフェース回路２
１０８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２１
０４に出力される。

【０１９１】また、入出力インターフェース回路２１０
５は、本表示装置と、外部のコンピュータもしくはコン
ピュータネットワークもしくはプリンタなどの出力装置
とを接続するための回路である。画像データや文字デー
タ・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ＣＰＵ２１０６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。

【０１９２】また、画像生成回路２１０７は、前記入出
力インターフェース回路２１０５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ＣＰＵ
２１０６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だし専用メ
モリや、画像処理を行うためのプロセッサなどをはじめ
として画像の生成に必要な回路が組み込まれている。

【０１９３】本回路により生成された表示用画像データ
は、デコーダ２１０４に出力されるが、場合によっては
前記入出力インターフェース回路２１０５を介して外部
のコンピュータネットワークやプリンタ入出力すること
も可能である。

【０１９４】また、ＣＰＵ２１０６は、主として本表示
装置の動作制御や、表示画像の生成や選択や編集に関わ
る作業を行う。

【０１９５】例えば、マルチプレクサ２１０３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２１０２に対して制御信号を発生し、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）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。

【０１９６】また、前記画像生成回路２１０７に対して
画像データや文字・図形情報を直接出力したり、あるい
は前記入出力インターフェース回路２１０５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。

【０１９７】なお、ＣＰＵ２１０６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良い。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良
い。

【０１９８】あるいは、前述したように入出力インター
フェース回路２１０５を介して外部のコンピュータネッ
トワークと接続し、例えば数値計算などの作業を外部機
器と協同して行っても良い。

【０１９９】また、入力部２１１４は、前記ＣＰＵ２１
０６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
スのほか、ジョイスティック，バーコードリーダー，音
声認識装置など多様な入力機器を用いる事が可能であ
る。

【０２００】また、デコーダ２１０４は、前記２１０７
ないし２１１３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２１０４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、あるいは前記画像生
成回路２１０７およびＣＰＵ２１０６と協同してがぞの
間引き，補間，拡大，縮小，合成をはじめとする画像処
理や編集が容易に行えるようになるという利点が生まれ
るからである。

【０２０１】また、マルチプレクサ２１０３は、前記Ｃ
ＰＵ２１０６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
２１０３はデコーダ２１０４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２１０１に出力する。その場合には、一画面表示時間
内で画像信号を切り替えて選択することにより、いわゆ
る多画面テレビのように、一画面を複数の領域に分けて
領域によって異なる画像を表示することも可能である。

【０２０２】また、ディスプレイパネルコントローラ２
１０２は、前記ＣＰＵ２１０６より入力される制御信号
に基づき駆動回路２１０１の動作を制御するための回路
である。

【０２０３】まず、ディスプレイパネルの基本的な動作
にかかわるものとして、例えばディスプレイパネルの駆
動用電源（図示せず）の動作シーケンスを制御するため
の信号を駆動回路２１０１に対して出力する。

【０２０４】また、ディスプレイパネルの駆動方法に関
わるものとして、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２１０１に対して出力する。

【０２０５】また、場合によっては表示画像の輝度やコ
ントラストや色調やシャープネスといった画質の調整に
関わる制御信号を駆動回路２１０１に対して出力する場
合もある。

【０２０６】また、駆動回路２１０１は、ディスプレイ
パネル２１００に印加する駆動信号を発生するための回
路であり、前記マルチプレクサ２１０３から入力される
画像信号と、前記ディスプレイパネルコントローラ２１
０２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。

【０２０７】以上、各部の機能を説明したが、図２６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２
１００に表示する事が可能である。

【０２０８】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２１０４において逆変換さ
れた後、マルチプレクサ２１０３において適宜選択さ
れ、駆動回路２１０１に入力される。一方、ディスプレ
イコントローラ２１０２は、表示する画像信号に応じて
駆動回路２１０１の動作を制御するための制御信号を発
生する。駆動回路２１０１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２１００に駆動信号を印
加する。

【０２０９】これにより、ディスプレイパネル２１００
において画像が表示される。これらの一連の動作は、Ｃ
ＰＵ２１０６により統括的に制御される。

【０２１０】また、本表示装置においては、前記デコー
ダ２１０４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路２１
０７およびＣＰＵ２１０６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，入れ換え，はめ込みなどをはじめとする画像
編集を行う事も可能である。また、本実施形態の説明で
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うための専用回
路を設けても良い。

【０２１１】したがって、本表示装置は、テレビジョン
放送の表示機器，テレビ会議の端末機器，静止画像およ
び動画像を扱う画像編集機器，コンピュータの端末機
器，ワードプロセッサをはじめとする事務用端末機器，
ゲーム機などの機能を一台で兼ね備える事が可能で、産
業用あるいは民生用として極めて応用範囲が広い。

【０２１２】なお、上記図２６は、表面伝導型放出素子
を電子ビーム源とするディスプレイパネルを用いた表示
装置の構成の一例を示したにすぎず、これのみに限定さ
れるものではない事は言うまでもない。例えば、図２６
の構成要素のうち使用目的上必要のない機能に関わる回
路は省いても差し支えない。またこれとは逆に、使用目
的によってはさらに構成要素を追加しても良い。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。

【０２１３】本表示装置においては、とりわけ表面伝導
型放出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネルが
容易に薄形化できるため、表示装置全体の奥行きを小さ
くすることが可能である。それに加えて、表面伝導型放
出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネルは大画
面化が容易で輝度が高く視野角特性にも優れるため、本
表示装置は臨場感あふれ迫力に富んだ画像を視認性良く
表示する事が可能である。

【０２１４】＜その他の実施形態＞また、本発明は、表
面伝導型電子放出素子以外の冷陰極電子放出素子のう
ち、いずれの電子放出素子に対しても適用できる。具体
例としては、本出願人による特開昭６３−２７４０４７
号公報に記載されたような対向する一対の電極を電子源
をなす基板面に沿って構成した横型の電界放出型の電子
放出素子がある。

【０２１５】また、本発明は、単純マトリクス型以外の
電子源を用いた画像形成装置に対しても適用できる。例
えば、本出願人による特開平２−２５７５５１号公報等
に記載されたような制御電極を用いて表面伝導型電子放
出素子の選択を行なう画像形成装置において、上記のよ
うな支持部材を用いた場合である。

【０２１６】また、本発明の思想によれば、表示用とし
て好適な画像形成装置に限るものでなく、感光性ドラム
と発光ダイオード等で構成された光プリンタの発光ダイ
オード等の代替の発光源として、上述の画像形成装置を
用いることもできる。またこの際、上述のｍ本の行方向
配線とｎ本の列方向配線を、適宜選択することで、ライ
ン状発光源だけでなく、２次元状の発光源としても応用
できる。

【０２１７】以上説明したように、本発明の実施形態に
よれば、構造体としてスペーサを含む大画面の表示装置
を実現する際、電子ビームをスペーサに近づく向きに適
宜の距離だけ偏向させる。これにより、従来から問題と
なっていた表示不能領域の発生を防止できる。本発明に
より提供される大画面表示装置は、画像品位が優れるた
め、民生用や産業用として高い利用価値を有するもので
ある。

【０２１８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、簡
単な構造でもって、画像形成不能領域の発生を抑制し、
良好な画像を形成することが可能になる。

【０２１９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における電子源の構造断面である。

【図２】本発明における電子源の概念平面図である。

【図３】実施形態における電子ビームの軌道を示す図で
ある。

【図４】実施形態における電子ビームの上面から見た照
射分布を示す図である。

【図５】実施形態における電子放出素子の電界ベクトル
を示す図である。

【図６】第２の実施形態における電子現の構造断面図で
ある。

【図７】実施形態における表示パネルの表示ドットの分
布を示す図である。

【図８】実施形態における電子放出素子の並びを示す図
である。

【図９】実施形態における表面伝導型放出素子の向きを
示す図である。

【図１０】実施形態における好適な横形の電界放出素子
の例を示す図である。

【図１１】横形の電界放出素子の向きを示す図である。

【図１２】実施形態における画像表示装置の一部破断図
である。

【図１３】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１４】実施形態で用いた平面型の表面伝導型放出素
子の平面およぶ断面図である。

【図１５】平面型の表面伝導型放出素子の製造工程を示
す図である。

【図１６】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１７】通電活性化処理の際の印加電圧波形を示す図
である。

【図１８】通電活性化処理の際の放出電流Ｉｅの変化を
示す図である。

【図１９】実施形態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２０】垂直型の表面伝導型放出素子の製造工程を示
す図である。

【図２１】実施形態で用いた表面伝導型放出素子の典型
的な特性を示す図である。

【図２２】実施形態で用いた電子源基板の平面図であ
る。

【図２３】実施形態で用いた電子源基板の一部断面図で
ある。

【図２４】実施形態の表示パネルの駆動回路のブロック
図である。

【図２５】実施形態の駆動回路の動作手順を示すタイミ
ングチャートである。

【図２６】表面伝導型放出素子を電子ビーム源として用
いたディスプレイパネルとして適応させた場合の装置構
成を示す図である。

【図２７】表面伝導型放出素子の一例を示す平面図であ
る。

【図２８】電界放出素子（ＦＥ型）の一例を示す断面図
である。

【図２９】従来知られたＭＩＭ型素子の一例を示す断面
図である。

【図３０】電子放出素子の配線方法を示す図である。

【図３１】表示不能領域の発生メカニズムを示す図であ
る。

【符号の説明】

１絶縁性基板２電子放出素子７フェースプレート１９スペーサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の電子放出素子を配列してなるマル
チ電子ビーム源と、該マルチ電子ビーム源と対向する位
置にあって、電子放出素子からの電子ビームが照射され
ることで画像を形成する画像形成部材と、前記マルチ電
子ビーム源と前記画像形成部材との間に介在する構造体
とを備える画像形成装置であって、前記電子放出素子から放出される電子ビームを、前記構
造体に偏向させつつ前記画像形成部材に向けて飛翔させ
る偏向手段を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】前記電子放出素子は電子放出素子を形成
している基板平面上に負極、電子放出部、正極が並設さ
れた素子であることを特徴とする請求項第１項に記載の
画像形成装置。
【請求項３】前記偏向手段は、各電子放出素子の正極
が、前記構造体に近くなるように配設する手段であるこ
とを特徴とする請求項第２項に記載の画像形成装置。
【請求項４】前記電子放出素子は表面伝導型放出素子
であることを特徴とする請求項第２項に記載の画像形成
装置。
【請求項５】前記電子放出素子は、横型の電界放出素
子であることを特徴とする請求項第２項に記載の画像形
成装置。
【請求項６】前記偏向手段は、前記マルチビーム電子
源と前記画像形成部材との間に設けた偏向電極であるこ
とを特徴とする請求項第１項に記載の画像形成装置。
【請求項７】前記電子放出素子は、電界放出素子であ
ることを特徴とする請求項第６項に記載の画像形成装
置。
【請求項８】前記電子放出素子は、表面伝導型放出素
子であることを特徴とする請求項第６項に記載の画像形
成装置。
【請求項９】前記電子放出素子は、ＭＩＭ型放出素子
であることを特徴とする請求項第６項に記載の画像形成
装置。
【請求項１０】前記構造体は形成される画像の画素間
に配置されることを特徴とする請求項第１項に記載の画
像形成装置。
【請求項１１】前記電子放出素子と前記構造体間の最
少距離は、前記画像形成部材上に形成される各画素の画
像と前記構造体間の最少距離よりも大きいことを特徴と
する請求項第１０項に記載の画像形成装置。
【請求項１２】電子放出素子は、行方向配線及び列方
向配線によりマトリクス配線されていることを特徴とす
る請求項第１項に記載の画像形成装置。