JPH10334833A

JPH10334833A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH10334833A
Application number: JP10071858A
Authority: JP
Inventors: Koji Yamazaki; 康二山▲崎▼; Masahiro Fushimi; 正弘伏見; Hideaki Mitsutake; 英明光武
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-03-31
Filing date: 1998-03-20
Publication date: 1998-12-18
Anticipated expiration: 2018-03-20
Also published as: US20020003401A1; US6351065B2; JP3703287B2

Abstract

(57)【要約】【課題】画像形成部材が形成されたフロント基板の正
規の位置に電子を到達させ、歪み、揺らぎのない画像を
形成させる。【解決手段】フェースプレート３０とリアプレート３
１との間に、この距離を維持するための支持部材２０を
介在させる。支持部材或いはその表面は絶縁膜が形成さ
れている。また、リアプレート３１近傍の部分に中間層
２１を設ける。中間層２１は低抵抗であって、リアプレ
ート３１と同電位になるようにする。この結果、支持部
材５０近傍の電子放出部からの電子ビームの軌跡は、一
旦支持部材から離れるように飛翔し、支持部材の定常的
な帯電によってフェースプレート３０の近くでは逆に近
づくようになり、フェースプレート３０の規定の位置に
電子ビームを照射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子線を用いた表
示装置等の画像形成装置に係わり、特に、前記画像形成
装置の外囲器内部に支持部材（スペーサ）を備えた画像
形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、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型素子と記す）や、金属／絶縁層／
金属型電子放出素子（以下ＭＩＭ型素子と記す）などが
知られている。

【０００３】表面伝導型電子放出素子としては、たとえ
ば、M.I.Elinson, Radio Eng. Electron Phys.,10,129
0,(1965)や、後述する他の例が知られている。

【０００４】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現象を利用するものである。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Ｓｎ０2 薄膜を用いたものの他に、Ａｕ薄膜による
もの［G.Dittmer:"Thin Solid Films",9,317(1972)］
や、Ｉｎ2Ｏ3 ／ＳｎＯ2 薄膜によるものや［M.Hartwel
l and C.G.Fonstad:"IEEE Trans.ED Conf.",519(197
5)］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電子放出素子の素子構
成の典型的な例として、図２０に上述したM.Hartwellら
による表面伝導型電子放出素子の平面図を示す。図２０
において３００１は基板、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に後述する通電フォーミン
グと呼ばれる通電処理を施すことにより、電子放出部３
００５が形成される。図中の間隔Ｌは、０．５〜１ｍ
ｍ，幅Ｗは０．１ｍｍに設定されている。尚、便宜上、
図２０において電子放出部３００５は導電性薄膜３００
４のほぼ中央にＨ形の形状により示したが、これは模式
的なものであり、実際の電子放出部３００５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、
上述した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。即ち、通電フォーミン
グとは、通電により電子放出部を形成するものであっ
て、例えば、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型素子の例としては、例えば、
W.P.Dyke & W.W.Dolan,"Field emission",Advance in E
lectron Physics,8,89(1956) や、あるいは、C.A.Spind
t,"Pysical properties of thin-film field emmission
cathodes with molybdemumcones",J. Appl. Phys.,47,
5248(1976)などが知られている。

【０００８】ＦＥ型の素子構成の典型的な例（前述の
Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔらの素子）の断面図を図２１に示
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３０１
４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させるものであ
る。

【０００９】また、ＦＥ型の他の素子構成として図２１
のような積層構造ではなく、基板上に基板平面とほぼ並
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型素子の例としては、例え
ば、C.A.Mead,"Operation of tunnel-emission Device
s",J. Appl. Phys.,32,646(1961)などが知られている。
ＭＩＭ型の素子構成の典型的な例を図２２に示す。同図
は断面図であり、図示において３０２０は基板で、３０
２１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３０２
１の間に適宜の電圧を印加することにより、上電極３０
２３の表面より電子放出を起させるものである。

【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
タを必要としない。したがって、熱陰極素子よりも構造
が簡単であり、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早いという利点も
ある。

【００１２】以上の理由により、冷陰極素子を応答する
ための研究が盛んに行われてきている。

【００１３】たとえば、表面伝導型電子放出素子は、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とい
う利点がある。そこで、例えば本出願人による特開昭６
４−３１３３２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。ま
た、表面伝導型電子放出素子の応用については、たとえ
ば、画像表示装置、画像記録装置などの画像形成装置
や、荷電ビーム源、等が研究されている。

【００１４】特に、画像表示装置への応用としては、た
とえば本出願人による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、表面伝導型電子放出素子
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
電子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において優れてい
ると言える。

【００１５】また、ＦＥ型を多数個ならべて駆動する方
法は、例えば本出願人によるＵＳＰ４，９０４，８９５
に開示されている。また、ＦＥ型を画像表示装置に応用
した例として、例えばＲ．Ｍｅｙｅｒらにより報告され
た平板型表示装置が知られている（［R.Meyer:"Recent
Development on Microtips Display at LETI", Tech.Di
gest of 4th Int. Vacuum Microelectronics Conf.,Nag
ahama, pp.6〜9(1991)］）。

【００１６】また、ＭＩＭ型を多数個並べて画像表示装
置に応用した例は、例えば本出願人による特開平３−５
５７３８号に開示されている。

【００１７】上記のような電子放出素子を用いた画像表
示装置のうちで、奥行きの薄い平面型表示装置は省スペ
ース且つ軽量であることから、ブラウン管の表示装置に
置き換わるものとして注目されている。

【００１８】図２３は、平面型の画像表示装置をなす表
示パネルの一例を示す斜視図であり、内部構造を示すた
めのパネルの一部を切り欠いて示している。

【００１９】図中、３１１５はリアプレート、３１１６
は側壁、３１１７はフェースプレートであり、リアプレ
ート３１１５、側壁３１１６およびフェースプレート３
１１７により、表示パネルの内部を真空に維持するため
の外囲器（気密容器）を形成している。

【００２０】リアプレート３１１５には、基板３１１１
が固定されているが、この基板３１１１上には例陰極素
子３１１２がＮ×Ｍ個形成されている。（Ｎ，Ｍは２以
上の正の整数であり、目的とする表示画素数に応じて適
宜設定される）。また、前記Ｎ×Ｍ個の冷陰極素子３１
１２は、図２３に示す通り、Ｍ本の行方向配線３１１３
とＮ本の列方向配線３１１４により配線されている。こ
れら基板３１１１、冷陰極素子３１１２、行方向配線３
１１３及び列方向配線３１１４によって構成される部分
をマルチ電子ビーム源と呼ぶ。また、行方向配線３１１
３と列方向配線３１１４の少なくとも交叉する部分に
は、両配線間に絶縁層（不図示）が形成されており、電
気的な絶縁が保たれている。

【００２１】また、フェースプレート３１１７の下面に
は、蛍光体からなる蛍光膜３１１８が形成されており、
赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の蛍光体（不図
示）が塗り分けられている。また、蛍光膜３１１８をな
す上記各蛍光体間には黒色体（不図示）が設けてあり、
更に蛍光膜３１１８のリアプレート３１１５側の面に
は、Ａｌ等からなるメタルバック３１１９が形成されて
いる。

【００２２】また、Ｄx1〜ＤxmおよびＤy1〜Ｄynおよび
Ｈｖは、当該表示パネルと不図示の電気回路とを電気的
に接続するために設けた気密構造の電気接続用端子であ
る。Ｄx1〜Ｄxmはマルチ電子ビーム源の行方向配線３１
１３と、Ｄy1〜Ｄynはマルチ電子ビーム源の列方向配線
３１１４と、Ｈｖはメタルバック３１１９と各々電気的
に接続している。

【００２３】また、上記気密容器の内部は１０のマイナ
ス６乗Ｔｏｒｒ程度の真空に保持されており、画像表示
装置の表示面積が大きくなるにしたがい、気密容器内部
と外部の気圧差によるリアプレート３１１５およびフェ
ースプレート３１１７の変形或いは破壊を防止する手段
が必要になる。リアプレート３１１５及びフェースプレ
ート３１１６を熱くすることによる方法は、画像表示装
置の重量を増加させるのみならず、斜め方向から見たと
きに画像のゆがみや視差を生ずる。これに対し、図２３
においては、比較的薄いガラス板からなり大気圧を支え
るための構造支持体（スペーサ或いはリブと呼ばれる）
３１２０が設けられている。このようにしてマルチビー
ム電子源が形成された基板３１１１と蛍光膜３１１８が
形成されたフェースプレート３１１６間は通常サブミリ
ないし数ミリに保たれ、前述したように気密容器内部は
高真空に保持されている。

【００２４】以上説明した表示パネルを用いた画像表示
装置は、容器外端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙ
ｎを通じて各冷陰極素子３１１２に電圧を印加すると、
各冷陰極素子３１１２から電子が放出される。それと同
時にメタルバック３１１９に容器外端子Ｈｖを通じて数
百［Ｖ］乃至数［ｋＶ］の高圧を印加して、上記放出さ
れた電子を加速し、フェースプレート３１１７の内面に
衝突させる。これにより、蛍光膜３１１８をなす各色の
蛍光体が励起されて発光し、画像が表示される。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】以上述べた、画像形成
装置等の電子線装置は、装置内部の真空雰囲気を維持す
るための外囲器、該外囲器内に配置された電子源、該電
子源から放出された電子線が照射されるターゲット、電
子線をターゲットに向けて加速するための加速電極等を
有するが、さらに、外囲器に加わる大気圧を外囲器内部
から支持するための支持部材（スペーサ）が外囲器内部
に配置されることがある。

【００２６】このような画像表示装置の表示パネルにお
いては、以下のような問題点があった。

【００２７】まず、スペーサの近傍から放出された電子
の一部がスペーサに当たる、あるいは放出電子の作用で
イオン化したイオンがスペーサに付着する、更には、フ
ェースプレートに到達した電子が一部反射、散乱され、
その一部がスペーサに当たること等により、スペーサ帯
電を引き起こすことである。このスペーサの帯電により
冷陰極素子から放出された電子はその軌道を曲げられ、
蛍光体上の正規な位置とは異なる場所に到達する。この
結果、スペーサ近傍の画像が歪んで表示される。

【００２８】本発明は、上記の支持部材による欠点を改
善できるものである。

【００２９】

【課題を解決するための手段】本願に係る画像形成装置
の第１番目の発明は以下のように構成される。

【００３０】電子放出素子が設けられたリア基板と、画
像形成部材が設けられたフロント基板と、前記リア基板
とフロント基板の間隔を保持する支持部材とを有する画
像形成装置であって、前記電子放出素子が放出する電子
に、前記支持部材から離れる方向に偏向する力を与える
電極を有し、前記支持部材は絶縁性を有しており、前記
支持部材が絶縁性を有していることによる前記電子放出
素子が放出する電子の前記支持部材の側への偏向を、前
記電極により緩和することを特徴とする画像形成装置。

【００３１】本発明では、前記支持部材が絶縁性を有し
ていることによって、前記電子放出素子が放出する電子
が前記支持部材の側へ偏向され、前記支持部材が絶縁性
を有していることによる前記支持部材の側への偏向がな
いときと比べて、画像形成部材における電子の照射位置
が前記支持部材の側によってしまう程度が、前記電極で
の偏向によって緩和される。この緩和の程度は所望の程
度に設定することができる。

【００３２】本願に係る画像形成装置の第２番目の発明
は以下のように構成される。

【００３３】電子放出素子が設けられたリア基板と、画
像形成部材が設けられたフロント基板と、前記リア基板
とフロント基板の間隔を保持する支持部材とを有する画
像形成装置であって、前記電子放出素子が放出する電子
に前記支持部材から離れる方向に偏向する力を与える電
極を有し、前記支持部材は帯電量が概略一定した状態を
維持し、前記支持部材が帯電していることによる前記電
子放出素子が放出する電子の前記支持部材の側への偏向
を、前記電極により緩和することを特徴とする画像形成
装置。

【００３４】本発明では、前記支持部材が帯電している
ことによって、前記電子放出素子が放出する電子が前記
支持部材の側へ偏向され、前記支持部材が帯電している
ことによる前記支持部材の側への偏向がない時と比べ
て、画像形成部材における電子の照射位置が前記支持部
材の側によってしまう程度が、前記電極での偏向によっ
て緩和される。該緩和の程度は所望の程度に設定するこ
とができる。

【００３５】本願に係る発明において、支持部材の絶縁
性の程度、もしくは帯電量が概略蝕一定した状態を維持
する特性の程度とは、具体的には、電子放出素子を駆動
する際に、支持部材の帯電が概略安定している状態を維
持できる程度であり、より具体的には、前記電子放出素
子が周期的に駆動される構成において、少なくとも１周
期の間に変化する支持部材の帯電量の変化による前記電
子放出素子が放出する電子の偏向の程度の変化が許容で
きる範囲で、帯電量の変化を抑制できる特性であったり
する。また上記第１番目もしくは第２番目の発明におい
て、電子放出素子が放出する電子に支持部材から離れる
方向に偏向する力を与える電極は、具体的には、支持部
材が該電極を有するものとするか、もしくは支持部材と
電子放出素子の間に設ければよい。

【００３６】本願に係る画像形成装置の第３番目の発明
は以下のように構成される。

【００３７】電子放出素子が設けられたリア基板と、画
像形成部材が設けられたフロント基板と、前記リア基板
とフロント基板の間隔を保持する支持部材とを有する画
像形成装置であって、前記支持部材は絶縁性を有し、前
記支持部材は前記電子放出素子が放出する電子に前記支
持部材から離れる方向に偏向する力を与える電極を有し
ていることを特徴とする画像形成装置。

【００３８】本願に係る画像形成装置の第４番目の発明
は以下のように構成される。

【００３９】電子放出素子が設けられたリア基板と、画
像形成部材が設けられたフロント基板と、前記リア基板
とフロント基板の間隔を保持する支持部材とを有する画
像形成装置であって、前記支持部材は帯電量が概略一定
した状態を維持し、前記支持部材は前記電子放出素子が
放出する電子に前記支持部材から離れる方向に偏向する
力を与える電極を有していることを特徴とする画像形成
装置。

【００４０】上記第３番目もしくは第４番目の発明にお
いては、前記支持部材が帯電していることによる前記電
子放出素子が放出する電子の前記支持部材の側への偏向
は、前記支持部材が有する電極により緩和される。

【００４１】すなわち、前記支持部材が帯電しているこ
とによって、前記電子放出素子が放出する電子が前記支
持部材の側へ偏向され、前記支持部材が帯電しているこ
とによる前記支持部材の側への偏向がないときと比べ
て、画像形成部材における電子の照射位置が前記支持部
材の側によってしまう程度が、前記電極での偏向によっ
て緩和される。この緩和の程度は所望の程度に設定する
ことができる。

【００４２】又、上述の各発明において、前記電極は前
記リア基板上に設けられた配線に接続されている構成を
取りうる。上述の各発明において、電子に対して支持部
材から離れる方向の偏向を与えるための電極には低い電
位を与えるとよいが、リア基板における低い電位が、該
電極において、フロント基板側に向けて上昇しにくいよ
うに、該電極は低抵抗にすることが望ましい。

【００４３】又、上述の各発明において、前記支持部材
が有する電極、もしくは前記支持部材と電子放出素子の
間に設けた電極により、電子放出素子が放出する電子を
支持部材から離れる方向に偏向する力を与えるために
は、該電極を低電位にすればよい。更に具体的に言え
ば、該電極により、前記支持部材から離れる方向の法線
を等電位面が有するようにすればよい。

【００４４】又、上述の各発明において、前記電極は前
記支持部材が有するものであり、前記支持部材のリア基
板近傍に設けられ、前記支持部材における所定の位置を
越えてフロント基板に近い側には設けられないするとよ
い。前記電極には、電子を支持基板から離れる方向に偏
向するために、低い電位を与えるとよく、ここでより具
体的には、前記所定の位置とは、フロント基板、もしく
はフロント基板近傍の高電位と、前記電極の電位との電
位差により放電が生じる可能性があるため、その放電の
可能性を実用上支障のない範囲で減ずることができる位
置である。

【００４５】更に具体的には、前記リア基板と前記フロ
ント基板間の距離が０．５ｍｍ〜１０ｍｍ、前記フロン
ト基板上の放出電子を受けて形成される画素サイズが１
００ｍｍ〜１ｍｍ、前記電子放出素子が放出する電子を
前記画像形成部材に向けて加速するための加速電圧が１
〜１６ｋＶである場合、前記所定の位置は、前記リア基
板と前記フロント基板間の距離の１／４以下で１／２０
以上であるとよい。

【００４６】また、上記各発明において、前記電極は前
記支持部材が有するものであり、前記リア基板に当接し
て設けられるものであってもよく、特にリア基板上の配
線上に支持部材を設け、前記電極を該配線に当接して設
ける時には、当接面にも電極を設けることによって接続
を良好にすることができる。

【００４７】又、上述の各発明において、前記支持部材
の絶縁性、もしくは帯電量が概略一定した状態を維持す
る特性は、前記支持部材表面に設けられた膜により与え
られるものであってもよく、より具体的には十分に高抵
抗な膜を有していればよい。また、上述の各発明におい
て、前記支持部材の表面抵抗は１０の１２乗［Ω／□］
より大きいものであると支持部材の帯電状態を概略安定
に保ちやすい。

【００４８】又、上述の各発明において、前記電子放出
素子を複数有していてもよい。

【００４９】又、上述の各発明において、概略直線状に
配置される複数の電子放出素子を有しており、前記電極
による偏向の程度は、前記概略直線状に設けられた複数
の電子放出素子のうち、前記支持部材を間に挟んで隣接
する電子放出素子がそれぞれ放出する電子が前記画像形
成部材に照射される点の間隔と、前記支持部材を間に挟
まずに隣接する電子放出素子が放出する電子がそれぞれ
放出する電子が前記画像形成部材に照射される点の間隔
が概略等しくなる程度であるようにしてもよい。この構
成は、形成される画像の歪みを抑制するのに特に好適で
ある。

【００５０】又、上述の各発明において、電極の形状
は、層状のものであったり、ブロック状のものであった
り、種々の形状をとることができる。

【００５１】又、上述の各発明において、前記電子放出
素子が放出する電子を前記画像形成部材側に加速する電
圧を印加する加速電極を設けてもよく、例えばフロント
基板に該加速電極を設けてもよい。

【００５２】ここで図１を用いて本願に係る発明の原理
について説明する。図１は本発明の画像形成装置の基本
的な構成を示す簡単な断面図で、図１６のＡ−Ａ’断面
を簡略化した図である。３１は電子源基板を含むリアプ
レート、３０は蛍光体とメタルバックを含むフェースプ
レート、２０はスペーサであり、２１は低抵抗膜からな
る電極、１３は配線、２５は等電位線、１１１は素子、
１１２は電子ビーム軌道を示す。

【００５３】上記構成においてスペーサ２０の付近の素
子１１１から放出された電子によりスペーサは帯電す
る。この帯電は駆動開始後しばらくすると飽和し、帯電
量は略安定する。この場合、スペーサ付近の素子から放
出された電子がリアプレート３１付近では電極２１によ
る電界（等電位線２５に示すような）のためスペーサか
ら遠ざかる方向に進むが、上記帯電によるフェースプレ
ート付近の電界（等電位線２５に示すような）により電
子はスペーサに近づく方向へ戻ってくる。この結果、電
子は正規の位置へ到達し、歪みのない画像を得ることが
できる。また、スペーサには電流が流れないため上記帯
電の除電には時間がかかり、例えばＮＴＳＣ画像の走査
間隔である６０Ｈz程度では除電されることはなく、空
間の電位分布も正常である。このため電子は電子放出量
に依らず同じ位置に到達するため揺らぎのない画像を得
ることができる。

【００５４】また、スペーサの低抵抗電極２１（以下、
中間層と呼ぶ）は、図２のようにスペーサの電子源基板
に面する当接面にまで及んでいても良い。この場合、電
子源基板とスペーサの電子源基板に接する側面の低抵抗
電極（中間層）との導通が確実になり好ましい。

【００５５】更に、本発明のスペーサは、図３のように
絶縁部材２０の表面に絶縁性膜２２が施してあっても良
い。これらの絶縁性膜は２次電子放出効率がスペーサ基
板よりも小さければ該膜がないときよりも帯電量が減
り、リアプレート側の電極を低く抑えることができ放電
耐圧を上げることができ、なお良い。

【００５６】また更に、図４に示すように本発明のスペ
ーサのフェースプレートに面する当接面及びスペーサの
フェースプレートに接する側面にもフェースプレートと
同電位にするための電極（中間層）があっても良い。こ
れはフェースプレートとスペーサとの微小間隙による放
電を抑制するためである。

【００５７】本発明の画像形成装置は、以下のような形
態を有するものであってもよい。前記冷陰極素子は、電子放出部を含む導電性膜を一対
の電極間に有する冷陰極素子であり、特に好ましくは表
面伝導型放出素子である。前記電子源は、複数の行方向配線と複数の列方向配線
とでマトリクス配線された複数の冷陰極素子を有する単
純マトリクス状配置の電子源をなす。前記電子源は、並列に配置した複数の冷陰極素子の個
々を両端で接続した冷陰極素子の行を複数配し（行方向
と呼ぶ）、この配線と直交する方向（列方向と呼ぶ）に
沿って、冷陰極素子の上方に配した制御電極（グリッド
とも呼ぶ）により、冷陰極素子からの電子を制御するは
しご状配置の電子源をなす。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こ
ともできる。またこの際、上述のｍ本の行方向配線とｎ
本の列方向配線を、適宜選択することで、ライン状発光
源だけでなく、２次元状の発光源としても応用できる。
この場合、画像形成部材としては、以下の実施形態で用
いる蛍光体のような直接発光する物質に限るものではな
く、電子の帯電による潜像画像が形成されるような部材
を用いることもできる。

【００５８】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に従って本発明に
かかる実施形態の一例を詳細に説明する。

【００５９】＜画像表示装置概要＞先ず、本発明を適用
した画像表示装置の表示パネルの構成と製造方法につい
て、具体的な例を示して説明する。

【００６０】図１６は、実施形態に用いた表示パネルの
斜視図であり、内部構造を示す為にパネルの一部を切り
欠いて示している。

【００６１】図中、１０１５はリアプレート、１０１６
は側壁、１０１７はフェースプレートであり、１０１５
〜１０１７により表示パネルの内部を真空に維持するた
めの気密容器を形成している。気密容器を組み立てるに
あたっては、各部材の接合部に十分な強度と気密性を保
持させるため封着する必要があるが、たとえばフリット
ガラスを接合部に塗布し、大気中あるいは窒素雰囲気中
で、摂氏４００〜５００度で１０分以上焼成することに
より封着を達成した。気密容器内部を真空に排気する方
法については後述する。また、上記気密容器の内部は１
０のマイナス６乗［Ｔｏｒｒ］程度の真空に保持される
ので、大気圧や不意の衝撃などによる気密容器の破壊を
防止する目的で、耐大気圧構造体として、低抵抗膜から
なる電極２１を有するスペーサ１０２０が設けられてい
る。

【００６２】リアプレート１０１５には、基板１０１１
が固定されているが、該基板上には冷陰極素子１０１２
がＮ×Ｍ個形成されている（Ｎ，Ｍは２以上の正の整数
であり、目的とする表示画素数に応じて適宜設定され
る。たとえば、高品位テレビジョンの表示を目的とした
表示装置においては、Ｎ＝３０００，Ｍ＝１０００以上
の数を設定することが望ましい）。前記Ｎ×Ｍ個の冷陰
極素子は、Ｍ本の行方向配線１０１３とＮ本の列方向配
線１０１４により単純マトリクス配線されている。前
記、１０１１〜１０１４によって構成される部分をマル
チ電子ビーム源と呼ぶ。

【００６３】本発明の画像表示装置に用いるマルチ電子
ビーム源は、冷陰極素子を単純マトリクス配線した電子
源であれば、冷陰極素子の材料や形状あるいは製法に制
限はない。従って、たとえば表面伝導型放出素子やＦＥ
型、あるいはＭＩＭ型などの冷陰極素子を用いることが
できる。

【００６４】次に、冷陰極素子として表面伝導型放出素
子（後述）を基板上に配列して単純マトリクス配線した
マルチ電子ビーム源の構造について述べる。

【００６５】図１７に示すのは、図１６の表示パネルに
用いたマルチ電子ビーム源の平面図である。基板１０１
１上には、後述の図９で示すものと同様な表面伝導型放
出素子が配列され、これらの素子は行方向配線電極１０
１３と列方向配線電極１０１４により単純マトリクス状
に配線されている。行方向配線電極１０１３と列方向配
線電極１０１４の交差する部分には、電極間に絶縁層
（不図示）が形成されており、電気的な絶縁が保たれて
いる。

【００６６】図１７のＢ−Ｂ’に沿った断面を、図１８
に示す。

【００６７】なお、このような構造のマルチ電子源は、
予め基板上に行方向配線電極１０１３、列方向配線電極
１０１４、電極間絶縁層（不図示）、及び表面伝導型放
出素子の素子電極と導電性薄膜を形成した後、行方向配
線電極１０１３及び列方向配線電極１０１４を介して各
素子に給電して通電フォーミング処理（後述）と通電活
性化処理（後述）を行うことにより製造した。

【００６８】本実施形態においては、気密容器のリアプ
レート１０１５にマルチ電子ビーム源の基板１０１１を
固定する構成としたが、マルチ電子ビーム源の基板１０
１１が十分な強度を有するものである場合には、気密容
器のリアプレートとしてマルチ電子ビーム源の基板１０
１１自体を用いてもよい。

【００６９】また、フェースプレート１０１７の下面に
は、蛍光膜１０１８が形成されている。本実施形態はカ
ラー表示装置であるため、蛍光膜１０１８の部分にはＣ
ＲＴ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８
（ａ）に示すようにストライプ状に塗り分けられ、蛍光
体のストライプの間には黒色の導電体１０１０が設けて
ある。黒色の導電体１０１０を設ける目的は、電子ビー
ムの照射位置に多少のずれがあっても表示色にずれが生
じないようにする事や、外光の反射を防止して表示コン
トラストの低下を防ぐこと、電子ビームによる蛍光膜の
チャージアップを防止することなどである。黒色の導電
体１０１０には、黒鉛を主成分として用いたが、上記の
目的に適するものであればこれ以外の材料を用いても良
い。

【００７０】また、３原色の蛍光体の塗り分け方は前記
図８（ａ）に示したストライプ状の配列に限られるもの
ではなく、たとえば図８（ｂ）に示すようなデルタ状配
列や、それ以外の配列であってもよい。

【００７１】なお、モノクロームの表示パネルを作成す
る場合には、単色の蛍光体材料を蛍光膜１０１８に用い
ればよく、また黒色導電材料は必ずしも用いなくともよ
い。また、蛍光膜１０１８のリアプレート側の面には、
ＣＲＴの分野では公知のメタルバック１０１９を設けて
ある。メタルバック１０１９を設けた目的は、蛍光膜１
０１８が発する光の一部を鏡面反射して光利用率を向上
させる事や、負イオンの衝突から蛍光膜１０１８を保護
する事や、電子ビーム加速電圧を印加するための電極と
して作用させる事や、蛍光膜１０１８を励起した電子の
導電路として作用させることなどである。メタルバック
１０１９は、蛍光膜１０１８をフェースプレート基板１
０１７上に形成した後、蛍光膜表面を平滑化処理し、そ
の上にＡ１を真空蒸着する方法により形成した。なお、
蛍光膜１０１８に低電圧用の蛍光体材料を用いた場合に
は、メタルバック１０１９は用いない。

【００７２】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１０１７と蛍光膜１０１８との間
に、たとえばＩＴＯを材料とする透明電極を設けてもよ
い。

【００７３】スペーサ１０２０に用いる絶縁性部材は、
たとえば石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少した
ガラス、ソーダライムガラス、アルミナ等のセラミック
ス部材等があげられる。なお、絶縁性部材はその熱膨張
率が気密容器及び基板１０１１をなす部材と近いものが
好ましい。

【００７４】＜放出電子軌道を制御する＞冷陰極素子１
０１２により放出された電子は、フェースプレート１０
１７と基板１０１１の間に形成された電位分布に従って
電子軌道を成す。スペーサ近傍の冷陰極素子から放出さ
れた電子に関しては、スペーサを設置することに伴う制
約（配線、素子位置の変更等）が生じる場合がある。こ
のような場合、歪みやむらの無い画像を形成するために
は、放出された電子の軌道を制御してフェースプレート
１０１７上の所望の位置に電子を照射すればよい。フェ
ースプレート１０１７及び基板１０１１と当接する面の
側面部に低抵抗の中間層を設けることにより、スペーサ
１０２０近傍の電位分布に所望の特性を持たせ、放出さ
れた電子の軌道を制御することができる。

【００７５】図１は或るスペーサ近傍の断面図を示して
いる。上記の低抵抗の中間層は図示の２１に示す通りで
あり、同じく図１に示したスペーサを構成する絶縁部材
２０に比べ十分に低い抵抗値を有する材料を選択すれば
よく、Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａ
ｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属、あるいは合金、及びＰｄ，Ａ
ｇ，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Ｉｎ２Ｏ
３−ＳｎＯ２等の透明導体及びポリシリコン等の半導体
材料等より適宜選択される。

【００７６】接合材（不図示）はスペーサが行方向配線
１０１３（図１では１３）と電気的に接続するように、
導電性を持たせる必要がある。即ち、導電性接着剤や金
属粒子や導電性フィラーを添加したフリットガラスが好
適である。

【００７７】また、Ｄｘ１〜Ｄｘｍ及びＤｙ１〜Ｄｙｎ
及びＨｖは、当該表示パネルと不図示の気回路とを電気
的に接続するために設けた気密構造の電気接続用端子で
ある。Ｄｘ１〜Ｄｘｍはマルチ電子ビーム源の行方向配
線１０１３と、Ｄｙ１〜Ｄｙｎはマルチ電子ビーム源の
列方向配線１０１４と、Ｈｖはフェースプレートのメタ
ルバック１０１９と電気的に接続している。

【００７８】また、気密容器内部を真空に排気するに
は、気密容器を組立てた後、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［Ｔｏ
ｒｒ］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、例えば
Ｂａを主成分とするゲッター材料をヒータもしくは高周
波加熱により加熱し蒸着して形成した膜であり、該ゲッ
ター膜の吸着作用により気密容器内は１×１０マイナス
５乗ないしは１×１０マイナス７乗［Ｔｏｒｒ］の真空
度に維持される。

【００７９】以上説明した表示パネルを用いた画像表示
装置は、容器外端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ、Ｄｙ１ないし
Ｄｙｎを通じて各冷陰極素子１０１２に電圧を印加する
と、各冷陰極素子１０１２から電子が放出される。それ
と同時にメタルバック１０１９に容器外端子をＨｖを通
じて数百［Ｖ］ないし数［ｋＶ］の高圧を印加して、上
記放出された電子を加速し、フェースプレート１０１７
の内面に衝突させる。これにより、蛍光膜１０１８をな
す各色の蛍光体が励起されて発光し、画像が表示され
る。

【００８０】通常、冷陰極素子である本発明の表面伝導
型放出素子への１０１２への印加電圧は１２〜１６
［Ｖ］程度、メタルバック１０１９と冷陰極素子１０１
２との距離ｄは０．１［ｍｍ］から８［ｍｍ］程度、メ
タルバック１０１９と冷陰極素子１０１２間の電圧０．
１［ｋＶ］から１０［ｋＶ］程度である。

【００８１】以上、本発明の実施形態の表示パネルの基
本構成と製法、及び画像表示装置の概要を説明した。

【００８２】＜マルチ電子ビーム源の製造方法＞次に、
前記実施形態の表示パネルに用いたマルチ電子ビーム源
の製造方法について説明する。本実施形態の画像表示装
置に用いるマルチ電子ビーム源は、冷陰極素子を単純マ
トリクス配線した電子源であれば、冷陰極素子の材料や
形状あるいは製法に制限はない。したがって、たとえば
表面伝導型放出素子やＦＥ型、あるいはＭＩＭ型などの
冷陰極素子を用いることができる。

【００８３】ただし、表示画面が大きくてしかも安価な
表示装置が求められる状況のもとでは、これらの冷陰極
素子の中でも、表面伝導型放出素子が特に好ましい。す
なわち、ＦＥ型ではエミッタコーンとゲート電極の相対
位置や形状が電子放出特性を大きく左右するため、極め
て高精度の製造技術を必要とするが、これは大面積化や
製造コストの低減を達成するには不利な要因となる。ま
た、ＭＩＭ型では、絶縁層と上電極の膜厚を薄くてしか
も均一にする必要があるが、これも大面積化や製造コス
トの低減を達成するには不利な要因となる。その点、表
面伝導型放出素子は、比較的製造方法が単純なため、大
面積化や製造コストの低減が容易である。また、発明者
らは、表面伝導型放出素子の中でも、電子放出部もしく
はその周辺部を微粒子膜から形成したものがとりわけ電
子放出特性に優れ、しかも製造が容易に行えることを見
いだしている。したがって、高輝度で大画面の画像表示
装置のマルチ電子ビーム源に用いるには、最も好適であ
ると言える。そこで、上記実施形態の表示パネルにおい
ては、電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形
成した表面伝導型放出素子を用いた。そこで、まず好適
な表面伝導型放出素子について基本的な構成と製法およ
び特性を説明し、その後で多数の素子を単純マトリクス
配線したマルチ電子ビーム源の構造について述べる。

【００８４】＜表面伝導型放出素子の好適な素子構成と
製法＞電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形
成する表面伝導型放出素子の代表的な構成には、平面型
と垂直型の２種類があげられる。

【００８５】＜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９に示すのは、平面型の表面伝導型放
出素子の構成を説明するための平面図（ａ）および断面
図（ｂ）である。図中、１１０１は基板、１１０２と１
１０３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、１１
１３は通電活性化処理により形成した薄膜である。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】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。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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】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９（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。

【００９４】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９においては模式的に示してある。

【００９５】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。

【００９６】薄膜１１１３は、単結晶グラファイト、多
結晶グラファイト、非晶質カーボン、のいずれかか、も
しくはその混合物であり、膜厚は５００［オングストロ
ーム］以下とするが、３００［オングストローム］以下
とするのがさらに好ましい。なお、実際の薄膜１１１３
の位置や形状を精密に図示するのは困難なため、図９に
おいては模式的に示した。また、平面図（ａ）において
は、薄膜１１１３の一部を除去した素子を図示した。

【００９７】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。

【００９８】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。

【００９９】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。

【０１００】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１０（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、各部材の表記は図９と同一である。

【０１０１】１）まず、図１０（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。

【０１０２】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、同図（ａ）に示した一対の素子電極（１１０２と１
１０３）を形成する。

【０１０３】２）次に、同図（ｂ）に示すように、導電
性薄膜１１０４を形成する。

【０１０４】形成するにあたっては、まず図９（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。）。

【０１０５】また、微粒子膜で作られる導電性薄膜の成
膜方法としては、本実施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。

【０１０６】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。

【０１０７】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。

【０１０８】通電方法をより詳しく説明するために、図
１１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。

【０１０９】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。

【０１１０】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。

【０１１１】４）次に、図１０（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、先
の工程で形成された電子放出特性の改善を行う。

【０１１２】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。

【０１１３】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。

【０１１４】通電方法をより詳しく説明するために、図
１２（ａ）に、活性化用電源１１１２から印加する適宜
の電圧波形の一例を示す。本実施形態においては、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。

【０１１５】図１０（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１２（ｂ）に示すが、活性化電源
１１１２からパルス電圧を印加しはじめると、時間の経
過とともに放出電流Ｉｅは増加するが、やがて飽和して
ほとんど増加しなくなる。このように、放出電流Ｉｅが
ほぼ飽和した時点で活性化用電源１１１２からの電圧印
加を停止し、通電活性化処理を終了する。

【０１１６】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。

【０１１７】以上のようにして、図１０（ｅ）に示す平
面型の表面伝導型放出素子を製造した。

【０１１８】＜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。

【０１１９】図１３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。
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１２
０６の側面を被覆している点にある。したがって、図９
の平面型における素子電極間隔Ｌは、垂直型においては
段差形成部材１２０６の段差高Ｌｓとして設定される。
なお、基板１２０１、素子電極１２０２および１２０
３、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。

【０１２０】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１４（ａ）〜（ｆ）は、製造工程
を説明するための断面図で、各部材の表記は前記図１３
と同一である。

【０１２１】１）まず、図１４（ａ）に示すように、基
板１２０１上に素子電極１２０３を形成する。

【０１２２】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。

【０１２３】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。

【０１２４】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。

【０１２５】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。

【０１２６】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１０（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１０（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）。

【０１２７】以上のようにして、図１４（ｆ）に示す垂
直型の表面伝導型放出素子を製造した。

【０１２８】＜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。

【０１２９】図１５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。

【０１３０】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。

【０１３１】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。

【０１３２】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。

【０１３３】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。

【０１３４】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。

【０１３５】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。

【０１３６】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、諧調表示を行うことが可能である。

【０１３７】＜多数素子を単純マトリクス配線したマル
チ電子ビーム源の構造＞次に、上述の表面伝導型放出素
子を基板上に配列して単純マトリクス配線したマルチ電
子ビーム源の構造について述べる。

【０１３８】図１７に示すのは、図１６の表示パネルに
用いたマルチ電子ビーム源の平面図である。基板上に
は、図９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１０１３と列方
向配線電極１０１４により単純マトリクス状に配線され
ている。行方向配線電極１０１３と列方向配線電極１０
１４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。

【０１３９】図１７のＢ−Ｂ’に沿った断面を図１８に
示す。

【０１４０】なお、このような構造のマルチ電子源は、
あらかじめ基板上に行方向配線電極１０１３、列方向配
線電極１０１４、電極間絶縁層（不図示）、および表面
伝導型放出素子の素子電極と導電性薄膜を形成した後、
行方向配線電極１０１３および列方向配線電極１０１４
を介して各素子に給電して通電フォーミング処理と通電
活性化処理を行うことにより製造した。

【０１４１】＜駆動回路構成（及び駆動方法）＞図１９
は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づいてテレビジョン
表示を行なうための駆動回路の概略構成をブロック図で
示したものである。

【０１４２】図中、表示パネル１７０１は前述したよう
に製造され、動作する装置である。また、走査回路１７
０２は表示ラインを走査し、制御回路１７０３は走査回
路へ入力する信号等を生成する。シフトレジスタ１７０
４は１ライン毎のデータをシフトし、ラインメモリ１７
０５は、シフトレジスタ１７０４からの１ライン分のデ
ータを変調信号発生器１７０７に入力する。同期信号分
離回路１７０６はＮＴＳＣ信号から同期信号を分離す
る。

【０１４３】以下、図１９の装置各部の機能を詳しく説
明する。

【０１４４】まず表示パネル１７０１は、端子Ｄｘ１な
いしＤｘｍ、及び端子Ｄｙ１ないしＤｙｎ、及び高圧端
子Ｈｖを介して外部の電気回路と接続されている。この
うち、端子Ｄｘ１ないしＤｘｍには、表示パネル１７０
１内に設けられている電子源１、すなわちｍ行ｎ列の行
列上にマトリクス配線された電子放出素子群１５を一行
（ｎ素子）ずつ順次駆動してゆくための走査信号が印加
される。

【０１４５】一方、端子Ｄｙ１ないしＤｙｎには、前記
走査信号により選択された一行の電子放出素子１５の各
素子の出力電子ビームを制御するための変調信号が印加
される。また、高圧端子Ｈｖには、直流電圧源Ｖａよ
り、例えば５Ｋ［Ｖ］の直流電圧が供給されるが、これ
は電子放出素子１５より出力される電子ビームに蛍光体
を励起するのに十分なエネルギーを付与するための加速
電圧である。

【０１４６】次に、走査回路１７０２について説明す
る。

【０１４７】同回路は、内部にｍ個のスイッチング素子
（図中、Ｓ１ないしＳｍで模式的に示されている）を備
えるもので、各スイッチング素子は、直流電圧源Ｖｘの
出力電圧もしくは０［Ｖ］（グランドレベル）のいずれ
か一方を選択し、表示パネル１７０１の端子Ｄｏｘ１な
いしＤｏｘｍと電気的に接続するものである。Ｓ１ない
しＳｍの各スイッチング素子は、制御回路１７０３が出
力する制御信号ＴSCANに基づいて動作するものだが、実
際には例えばＦＥＴの様なスイッチング素子を組み合わ
せることにより容易に構成することが可能である。

【０１４８】なお、前記直流電圧源Ｖｘは、図１５に例
示した電子放出素子の特性に基づき、走査されていない
素子に印加される駆動電圧が電子放出しきい値Ｖｔｈ電
圧以下となるよう、一定電圧を出力するよう設定されて
いる。

【０１４９】また、制御回路１７０３は、外部より入力
する画像信号に基づいて適切な表示が行われるように各
部の動作を整合させる働きを持つものである。次に説明
する同期信号分離回路１７０６より送られる同期信号Ｔ
syncに基づいて、各部に対してＴscan及びＴsft及びＴm
ryの各制御信号を発生する。

【０１５０】同期信号分離回路１７０６は、外部から入
力されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から、同期信号成分
と輝度信号成分とを分離するための回路で、よく知られ
ているように周波数分離（フィルタ）回路を用いれば容
易に構成できるものである。同期信号分離回路１７０６
により分離された同期信号は、よく知られるように垂直
同期信号と水平同期信号よりなるが、ここでは説明の便
宜上、Ｔsync信号として図示した。一方、前記テレビ信
号から分離された画像の輝度信号成分を便宜上ＤＡＴＡ
信号として表すが、同信号はシフトレジスタ１７０４に
入力される。

【０１５１】シフトレジスタ１７０４は、時系列的にシ
リアルに入力される前記ＤＡＴＡ信号を、画像の１ライ
ン毎にシリアル／パラレル変換するためのもので、前記
制御回路１７０３より送られる制御信号Ｔsftに基づい
て動作する。すなわち、制御信号Ｔsftは、シフトレジ
スタ１７０４のシフトクロックであると言い換えること
もできる。

【０１５２】シリアル／パラレル変換された画像１ライ
ン分（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当する）
のデータは、ＩD1ないしＩDnのｎ個の並列信号として前
記シフトレジスタ１７０４より出力される。

【０１５３】ラインメモリ１７０５は、画像１ライン分
のデータを必要時間の間だけ記憶するための記憶装置で
あり、制御回路１７０３より送られる制御信号Ｔmryに
したがって適宜ＩD1ないしＩDnの内容を記憶する。記憶
された内容は、Ｉ’D1ないしＩ’Dnとして出力され、変
調信号発生器１７０７に入力される。

【０１５４】変調信号発生器１７０７は、前記画像デー
タＩ’D1ないしＩ’Dnの各々に応じて電子放出素子１５
の各々を適切に駆動変調するための信号源で、その出力
信号は、端子Ｄｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じて表示パネ
ル１７０１内の電子放出素子１５に印加される。

【０１５５】図１５を用いて説明したように、本発明に
関わる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。すなわち、電子放出には明確なしき
い値電圧Ｖｔｈ（後述する実施形態の表面伝導型放出素
子では８［Ｖ］）があり、しきい値Ｖｔｈ以上の電圧が
印加されたときのみ電子放出が生じる。

【０１５６】また、電子放出しきい値Ｖｔｈ以上の電圧
に対しては、図１５のように電圧の変化に応じて放出電
流Ｉｅも変化してゆく。このことから、本素子にパルス
状の電圧を印加する場合、電子放出しきい値Ｖｔｈ以下
の電圧を印加しても電子放出は生じないが、電子放出し
きい値Ｖｔｈ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
ることにより、出力電子ビームの強度を制御することが
可能である。また、パルスの幅Ｐｗを変化させることに
より出力される電子ビームの電荷の総量を制御すること
が可能である。

【０１５７】従って、入力信号に応じて、電子放出素子
を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅変調
方式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際して
は、変調信号発生器１７０７として一定の長さの電圧パ
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を用いることがで
きる。また、パルス幅変調方式を実施するに際しては、
変調信号発生器１７０７として一定の波高値の電圧パル
スを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パルス
の幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を用いる
ことができる。

【０１５８】シフトレジスタ１７０４やラインメモリ１
７０５は、デジタル信号式のものでもアナログ信号式の
ものでも採用できる。すなわち、画像信号のシリアル／
パラレル変換や記憶が所定の速度で行われればよいから
である。

【０１５９】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路１７０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号
化する必要があるが、これには同期信号分離回路１７０
６の出力部にＡ／Ｄ変換器を設ければよい。これに関し
てラインメモリ１７０５の出力信号がデジタル信号かア
ナログ信号かにより、変調信号発生器に用いられる回路
が若干異なったものとなる。すなわち、デジタル信号を
用いた電圧変調方式の場合、変調信号発生器１７０７に
は、例えばＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増幅回
路などを付加する。パルス幅変調方式の場合、変調信号
発生器１７０７には、例えば高速の発振器および発振器
の出力する波数を計数する計数器（カウンタ）および計
数器の出力値と前記メモリの出力値を比較する比較器
（コンパレータを組み合わせた回路を用いる。必要に応
じて、比較器の出力するパルス幅変調された変調信号を
電子放出素子の駆動電圧にまで電圧増幅するための増幅
器を付与することもできる。

【０１６０】アナログ信号を用いた電圧変調方式の場
合、変調信号発生器１７０７には、例えばオペアンプな
どを用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてシフトレ
ベル回路などを付加することもできる。パルス幅変調方
式の場合には、例えば、電圧制御型発信回路（ＶＣＯ）
を採用でき、必要に応じて電子放出素子の駆動電圧まで
電圧増幅するための増幅器を付加することもできる。

【０１６１】このような構成をとりうる本実施形態の画
像表示装置においては、各電子放出素子に、容器外端子
Ｄｘ１乃至Ｄｘｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを介して電圧を印
加することにより、電子放出が生じる。高圧端子Ｈｖを
介してメタルバック１０１９あるいは透明電極（不図
示）に高圧を印加し、電子ビームを加速する。加速され
た電子は蛍光膜１０１８に衝突し、発光が生じて画像が
形成される。

【０１６２】ここで述べた画像表示装置の構成は、本発
明を適用可能な画像形成装置の一例であり、本発明の思
想に基づいて種々の変形が可能である。入力信号につい
てはＮＴＳＣ方式を挙げたが、入力信号はこれに限るも
のではなく、ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭ方式など他、これらよ
り多数の走査線からなるＴＶ信号（ＭＵＳＥ方式をはじ
めとする高品位ＴＶ）方式をも採用できる。

【０１６３】＜絶縁スペーサの概要＞本実施形態では、
絶縁性スペーサを用いた平面型の画像形成装置であり、
図１６にその構造概略を示したように、複数の冷陰極素
子１０１２を形成した基板１０１１と発光材料である蛍
光体１０１８を形成した透明なフェースプレート１０１
７とをスペーサ１０２０を介して対向させた構造を有す
る表示装置である。そして、スペーサの電子源基板に面
する当接面及びその当接面から所定距離内における側面
に低抵抗膜からなる電極を有することを特徴とする画像
形成装置である。

【０１６４】本実施形態の画像形成装置において、前記
スペーサ１０２０の一方の辺は冷陰極素子を形成した基
板１０１１上の配線に電気的に接続されている。また、
その対向する辺は冷陰極素子より放出された電子を高い
エネルギーで発光材料（蛍光膜１０１８）に衝突させる
ための加速電極（メタルバック１０１９）に接続され
る。スペーサ部材として絶縁性部材を用いており、冷陰
素子１０１２を駆動させた時に、表面に静電荷が発生
し、スペーサ近傍の電子をスペーサ側に引き寄せる働き
をする。

【０１６５】この様子を図５を用いて説明する。図５は
図１６のＡ−Ａ’断面を簡略化した図である。３１は電
子源基板を含むリアプレート、３０は蛍光体とメタルバ
ックを含むフェースプレート、２０はスペーサであり、
２１は低抵抗膜からなる電極（中間層）、１３は配線、
２５は等電位線、１１１は素子、１１２は電子ビーム軌
道を示す。同図（ａ）に示すように絶縁性スペーサ２０
では、スペーサの近傍から放出された電子の一部がスペ
ーサに当たることにより、あるいは放出電子の作用でイ
オン化したイオンがスペーサに付着することにより、ス
ペーサ帯電を引き起こす可能性がある。更には、フェー
スプレートに到達した電子が一部反射、散乱され、その
一部がスペーサに当たることによりスペーサ帯電を引き
起こす可能性がある。このスペーサの帯電によりスペー
サ付近の空間は等電位線２５に示すような電界となり、
冷陰極素子から放出された電子はその軌道を曲げられ、
蛍光体上の到達位置はスペーサ側に近寄る、または完全
に吸い寄せられてしまう。このスペーサ帯電またはスペ
ーサ帯電によるずれ位置は駆動開始後しばらくすると飽
和する。更にこれらの除電は非常に遅いため、例えばＮ
ＴＳＣ画像の走査間隔では除電されることはなく、空間
の電界も定常である。

【０１６６】そこで上記の定常的な帯電（または帯電に
よる空間電界）による電子ビームの軌道を制御し、蛍光
体上において正規の位置に到達させる為に同図（ｂ）に
示すようにスペーサのリアプレート３１に面する当接面
及び接する側面に低抵抗膜からなる電極（中間層とも呼
ぶ）２１を形成し、空間の電界を等電位線２５に示すよ
うに変化せしめる。これにより、電子はリアプレート付
近ではいったんスペーサから遠ざかる方向に進み、フェ
ースプレートに近づくにつれスペーサに近づく向きに進
行方向が変わる。この電極の高さｈを適当に選択するこ
とにより電子を蛍光体上で正規な位置に到達させること
が可能となる。

【０１６７】パネル内厚が０．５〜１０ｍｍであり、少
なくとも電極（中間層）２１の高さｈがパネル内厚の２
０分の１以上で４分の１以下の長さである時は、中間層
２１の高さｈと電子の到達位置とは、図６に示す如くほ
ぼ線形の関係を示し、幾つかの条件を実験的に試すこと
により、適当な高さｈを見積ることができた。

【０１６８】また、本実施形態のスペーサの低抵抗電極
２１は、図２に示すようにスペーサの電子源基板に面す
る当接面にまで及んでいても良い。この場合、電子源基
板とスペーサの電子源基板に接する側面の低抵抗電極と
の導通が確実になり好ましい。

【０１６９】更に、本発明のスペーサは絶縁性であるな
らば、図３のように絶縁部材２０の表面にポリイミド、
ＡｌＮ、ＢＮ、ＳｉＮ、高抵抗シリコン等の絶縁性膜２
２が施しあっても良い。これらの絶縁性膜は２次電子放
出効率が小さい方がなおよい。

【０１７０】また更に、図４に示すように本発明のスペ
ーサのフェースプレートに面する当接面及びスペーサの
フェースプレートに接する側面にもフェースプレートと
同電位にするための電極があっても良い。この場合、フ
ェースプレートとスペーサとの微小間隙による放電を抑
制することができ好ましい。

【０１７１】以下に、実施例を挙げてさらに詳述する。

【０１７２】以下に述べる各実施例においては、マルチ
電子ビーム源として、前述した、電極間の導電性微粒子
膜に電子放出部を有するタイプのＮ×Ｍ個（Ｎ＝３０７
２，Ｍ＝１０２４０）の表面伝導型放出素子を、Ｍ本の
行方向配線とＮ本の列方向配線とによりマトリクス配線
（図１６及び図１７参照）したマルチ電子ビーム源を用
いた。

【０１７３】なお、スペーサは画像形成装置の耐大気圧
性を得るための適当な枚数を配置している。

【０１７４】＜第１の実施例＞第１の実施例を図７を用
いて説明する。図７は本発明（実施例）のスペーサを用
いた際の表示装置である図１６のＡ−Ａ’断面を簡略化
した図である。図中、３１は電子源基板を含むリアプレ
ート、３０は蛍光体とメタルバックを含むフェースプレ
ート、２０はソーダライムガラスからなる絶縁性スペー
サであり、２１は低抵抗膜からなる電極（中間層）、１
３は配線、２５は等電位線、１１１は素子、１１２は電
子ビーム軌道を示す。

【０１７５】まず、フェースプレート３０の内面とリア
プレート３１の内面間の距離（以下パネル内厚）ｄを１
ｍｍ、電極２１の高さｈを２００μｍとした。この時、
スペーサから約２５０μｍ離れたところに位置する素子
列（以下最近接ライン）からの電子は蛍光体上で正規の
位置へ到達した。これは中間層２１がないときに最近接
ラインからの電子が蛍光体上の正規の位置からスペーサ
側に約１２０μｍほどずれた位置に到達するのに対して
改善されている。この時スペーサから約９５０μｍ離れ
たところに位置する素子列（以下第二近接ライン）以遠
の素子からの電子はその軌道に影響を受けていない。よ
って、歪み、揺らぎのない画像を得ることができた。

【０１７６】＜第２の実施例＞第２の実施例が上記の第
１の実施例と異なるのは、パネル内厚ｄを２ｍｍ、中間
層２１の高さｈを３５０μｍとしたことである。この
時、最近接ラインは正規の位置に到達し、第二近接ライ
ンからの電子は、蛍光体上で約１５０μｍほどスペーサ
側に寄っていた。これは中間層２１が無いときに、最近
接ラインは完全にビームが見えないほどスペーサに吸い
寄せられ、第二近接ラインからの電子が蛍光体上で約２
００μｍほどスペーサ側に寄っていたことに比べて改善
されている。この時、第二近接ラインより遠い素子から
の電子は影響を受けていない。よって、中間層２１が無
いときに比べて、歪みのない画像を得ることができた。
もちろん揺らぎは確認されていない。

【０１７７】＜第３の実施例＞本実施例が上記第１の実
施例と異なるのは、スペーサの表面にＡｌＮ膜を施した
ことである。このＡｌＮの表面抵抗は１０の１３乗［Ω
／□］であった。この場合も実施形態１と同様の効果が
確認された。

【０１７８】以上説明したように本実施形態によれば、
絶縁スペーサの定常的な帯電とスペーサの電子源基板側
の電極による定常的な電界により、電子を正規の位置に
到達させ、歪み、揺らぎのない画像表示が可能（または
歪みを軽減することが可能）となった。

【０１７９】＜第４の実施例＞本実施例は、中間層部材
としてブロック状の低抵抗部材を適用した例を示す。

【０１８０】図２４は、このときのスペーサ部の断面を
示す図であり、３１は電子源基板を含むリアプレート、
３０は蛍光体とメタルバックを含むフェースプレート、
２０はスペーサであり、２１０はブロック状の低抵抗部
材、１３は配線、１１１は素子、１１２は電子ビーム軌
道を示す。まず，フェースプレート３０の内面とリアプ
レート３１の内面間の距離（以下パネル内厚）ｄを２．
３ｍｍ，低抵抗部材２１０の高さｈを３５０μｍとし
た．この時，スペーサから約３００μｍ離れたところに
位置する素子列（以下最近接ライン）からの電子は、ブ
ロック状の低抵抗部材によりスペーサから遠ざかる方向
に軌道を取った後、スペーサ上の正電荷によりスペーサ
側に引き寄せられる。この結果、蛍光体上では正規の位
置へ到達した。この時スペーサから約１１００μｍ離れ
たところに位置する素子列（以下第二近接ライン）以遠
の素子からの電子はその軌道に影響を受けておらず他の
実施例同様，歪み，揺らぎのない画像を得ることができ
た。

【０１８１】なお、本実施例においてブロック状の低抵
抗部材は３５０×３００μｍのアルミ材を用いたが、Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，
Ｐｄ等の金属およぴそれらの合金を適用することができ
る。また、本実施例においてスペーサ材はアルミナを用
いた。

【０１８２】＜第５の実施例＞＜凹型低抵抗部＞図２５は、本発明第５の実施例を説明
する図であり、凹型の低抵抗部材を用いた場合である。

【０１８３】３１は電子源基板を含むリアプレート、３
０は蛍光体とメタルバックを含むフェースプレート、２
０はスペーーサであり、２２０は凹型の低抵抗部材、１
３は配線、１１１は素子、１１２は電子ビーム軌道を示
す。フェースプレート３０の内面とリアプレート３１の
内面間の距離（以下パネル内厚）ｄを１．６ｍｍ，凹型
低抵抗部材２２０の高さｈを１５０μｍとした。この
時、スペーサから約２００μｍ離れたところに位置する
素子列（以下最近接ライン）からの電子は蛍光体上で正
規の位置へ到達した。この時スペーサから約８００μｍ
離れたところに位置する素子列（以下第二近接ライン）
以遠の素子からの電子はその軌道に影響を受けておらず
他の実施例同様，歪み，揺らぎのない画像を得ることが
できた。

【０１８４】なお、本実施例において凹型の低抵抗部材
は３３０×１５０μｍの形状に導電性フリットを配線上
にディスペンサにより塗布することにより凹型の高い部
分をスペーサの両側に形成した。なお、導電性フリット
は導電性のフイラーあるいは金属等の導電材を混合した
フリットガラスに混合して作製した。

【０１８５】＜第６の実施例＞本実施例において、平面
フイールドエミッション（ＦＥ）型電子放出素子を本発
明の電子放出素子として用いた例を示す。

【０１８６】図２６は、平面ＦＥ型電子放出電子源の上
面図であり、３１０１は電子放出部、３１０２及び３１
０３は電子放出部３１０１に電位を与える一対の素子電
極、３１１３は行方向配線である。また、３１１４は列
方向配線、１０２０はスペーサである。

【０１８７】電子放出は、素子電極３１０２、３１０３
間に電圧を印加することにより電子放出部３１０１内の
鋭利な先端部より電子が放出され、電子源と対向して設
けられた加速電圧（図示せず）に電子が引き寄せられて
蛍光体（図示せず）に衝突し蛍光体を発光させる。本実
施例に於いて、実施例１と同様な方法でスペーサを配置
して画像装置を形成し、実施例１と同様に駆動させたと
ろ、スペーサ近傍においてもビームずれが抑制された高
品位な画像を得ることが可能となった。

【０１８８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、画
像形成部材が形成されたフロント基板の電子照射位置と
照射させた位置のずれを減らすことができる。また、特
には、歪み、揺らぎのない画像を形成することが可能に
なる。

【０１８９】

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態におけるスペーサの構造と電子の飛翔
軌道を示す図である。

【図２】実施形態におけるスペーサの構成断面図であ
る。

【図３】実施形態におけるスペーサの他の構成断面図で
ある。

【図４】実施形態におけるスペーサの他の構成断面図で
ある。

【図５】実施形態における電子放出軌道の改善結果を説
明するための図である。

【図６】実施形態の電子の到達位置の特性を示す図であ
る。

【図７】実施形態におけるスペーサの構造と電子の飛翔
軌道を示す図である。

【図８】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９】実施形態で用いた平面型の表面伝導型放出素子
の平面図（ａ），断面図（ｂ）である。

【図１０】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１１】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１２】通電活性化処理の際の印加電圧波形（ａ），
放出電流Ｉｅの変化（ｂ）を示す図である。

【図１３】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１４】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１５】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１６】実施形態の画像表示装置の、表示パネルの一
部を切り欠いて示した斜視図である。

【図１７】実施形態におけるマルチ電子ビーム源の基板
の平面図である。

【図１８】実施形態で用いたマルチ電子ビーム源の基板
の一部断面図である。

【図１９】実施形態の画像表示装置の駆動回路の概略構
成を示すブロック図である。

【図２０】表面伝導型放出素子の一例を示す図である。

【図２１】ＦＥ型素子の一例を示す図である。

【図２２】ＭＩＮ型素子の一例を示す図である。

【図２３】画像表示装置の表示パネルの一部を切り欠い
て示した斜視図を示す図である。

【図２４】実施形態におけるスペーサの構造と電子の飛
翔軌道を示す図である。

【図２５】実施形態におけるスペーサの構造と電子の飛
翔軌道を示す図である。

【図２６】実施形態におけるマルチ電子ビーム源の基板
の平面図である。

【符号の説明】

２５等電位線３０フェースプレート３１リアプレート２０スペーサ２１２１中間層１１１配線１１２電子ビームの軌道

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基板と、
画像形成部材が設けられたフロント基板と、前記リア基
板とフロント基板の間隔を保持する支持部材とを有する
画像形成装置であって、前記電子放出素子が放出する電子に前記支持部材から離
れる方向に偏向する力を与える電極を有し、前記支持部材は絶縁性を有し、前記支持部材が絶縁性を有していることによる前記電子
放出素子が放出する電子の前記支持部材の側への偏向
を、前記電極により緩和することを特徴とする画像形成
装置。
【請求項２】電子放出素子が設けられたリア基板と、
画像形成部材が設けられたフロント基板と、前記リア基
板とフロント基板の間隔を保持する支持部材とを有する
画像形成装置であって、前記電子放出素子が放出する電子に前記支持部材から離
れる方向に偏向する力を与える電極を有し、前記支持部材は帯電量が概略一定した状態を維持し、前記支持部材が帯電していることによる前記電子放出素
子が放出する電子の前記支持部材の側への偏向を、前記
電極により緩和することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】前記支持部材が前記電極を有することを
特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】電子放出素子が設けられたリア基板と、
画像形成部材が設けられたフロント基板と、前記リア基
板とフロント基板の間隔を保持する支持部材とを有する
画像形成装置であって、前記支持部材は絶縁性を有しており、前記支持部材は前記電子放出素子が放出する電子に前記
支持部材から離れる方向に偏向する力を与える電極を有
していることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】電子放出素子が設けられたリア基板と、
画像形成部材が設けられたフロント基板と、前記リア基
板とフロント基板の間隔を保持する支持部材とを有する
画像形成装置であって、前記支持部材は帯電量が概略一定した状態を椎持し、前記支持部材は前記電子放出素子が放出する電子に前記
支持部材から離れる方向に偏向する力を与える電極を有
していることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】前記支持部材が帯電していることによる
前記電子放出素子が放出する電子の前記支持部材の側へ
の偏向は、前記支持部材が有する電極により緩和される
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の画像形成装
置。
【請求項７】前記電極は前記リア基板上に設けられた
配線に接続されていることを特徴とする請求項１乃至６
いずれかに記載の画像形成装置。
【請求項８】前記電極は前記支持部材が有するもので
あり、前記支持部材のリア基板近傍に設けられ、前記支
持部材における所定の位置を越えてフロント基板に近い
側には設けられないことを特徴とする請求項１乃至７い
ずれかに記載の画像形成装置。
【請求項９】前記リア基板と前記フロント基板間の距
離が０．５ｍｍ〜１０ｍｍ、前記フロント基板上の放出
電子を受けて形成される画素サイズが１００ｍｍ〜１ｍ
ｍ、前記電子放出素子が放出する電子を前記画像形成部
材に向けて加速するための加速電圧が１〜１５ｋＶであ
る場合、前記所定の位置は、前記リア基板と前記フロン
ト基板間の距離の１／４以下で１／２０以上であること
を特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
【請求項１０】前記電極は前記支持部材が有するもの
であり、前記リア基板に当接して設けられることを特徴
とする請求項１乃至９いずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１１】前記電極は前記当接面にも設けられる
請求項１０に記載の画像形成装置。
【請求項１２】前記支持部材の絶縁性、もしくは帯電
量が概略一定した状態を維持する特性は、前記支持部材
表面に設けられた膜により与えられることを特徴とする
請求項１乃至１１のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１３】前記支持部材の表面抵抗は１０の１２
乗［Ω／□］より大きいことを特徴とする請求項１乃至
１２いずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１４】前記電子放出素子を複数有することを
特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の画像形
成装置。
【請求項１５】概略直線状に配置される複数の電子放
出素子を有しており、前記電極による偏向の程度は、前
記概略直線状に設けられた複数の電子放出素子のうち、
前記支持部材を間に挟んで隣接する電子放出素子それぞ
れが放出する電子が前記画像形成部材に照射する点の間
隔と、前記支持部材を間に挟まずに隣接する電子放出素
子が放出する電子がそれぞれ放出する電子が前記画像形
成部材に照射される点の間隔とが概略等しくなる程度で
ある請求項１乃至１４いずれかに記載の画像形成装置。