JPH10340688A

JPH10340688A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH10340688A
Application number: JP10082051A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Sano; 義久左納; Yoichi Ando; 洋一安藤; Hideaki Mitsutake; 英明光武
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-04-11
Filing date: 1998-03-27
Publication date: 1998-12-22
Anticipated expiration: 2018-03-27
Also published as: US6278233B1; CN1169187C; EP0871197B1; DE69840085D1; KR100340649B1; CN1219750A; EP0871197A3; EP0871197A2; JP3305252B2; KR19980081315A

Abstract

(57)【要約】【課題】画像形成装置内において、とりわけスペーサの
十分な帯電防止効果を維持しつつ、放電の発生を著しく
低減する。【解決手段】リアプレート１０１５と側壁１０１６とフ
ェースプレート１０１７で形成される容器と、該容器内
に配置された冷陰極素子１０１２で構成される電子源
と、蛍光膜１０１８を有し、該電子源より放出された電
子の照射により画像を形成する画像形成部材と、該容器
内の互いに異なる電圧が印加される電極間に配置された
スペーサ１０２０とを備える画像形成装置において、該
スペーサ１０２０は導電性を有し、該電極と導電性層を
介して電気的に接続されており、該導電性層はその端辺
が直線部分と曲線部分あるいは直線部分と鈍角部分との
組み合わせによる形状をなしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子源を用いた画
像表示装置等の画像形成装置に関する発明である。

【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，ＲａｄｉｏＥｎｇ．Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎＰｈｙｓ．，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１７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，”Ｆｉｅｌｄｅｍｉ
ｓｓｉｏｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏ
ｎＰｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）や、あるい
は、Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，”Ｐｈｙｓｉｃａｌｐ
ｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉ
ｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔ
ｈｍｏｌｙｂｄｅｎｉｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐ
ｐｌ．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
１８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１
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，”Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｕ
ｎｎｅｌ−ｅｍｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ，Ｊ．Ａ
ｐｐｌ．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１
９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、３０２
３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３０２
３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や特開
平２−２５７５５１や特開平４−２８１３７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．Ｍｅｙｅ
ｒ：”ＲｅｃｅｎｔＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｎＭ
ｉｃｒｏｔｉｐｓＤｉｓｐｌａｙａｔＬＥＴ
Ｉ”，Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇｅｓｔｏｆ４ｔｈＩｎ
ｔ．ＶａｃｕｕｍＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓＣｏｎｆ．，Ｎａｇａｈａｍａ，ｐｐ．６〜９（１
９９１）］。

【００１７】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に開示されている。

【００１８】上記のような電子放出素子を用いた画像形
成装置のうちで、奥行きの薄い平面型表示装置は省スペ
ースかつ軽量であることから、ブラウン管型の表示装置
に置き代わるものとして注目されている。

【００１９】図２０は平面型の画像表示装置をなす表示
パネル部の一例を示す斜視図であり、内部構造を示すた
めにパネルの一部を切り欠いて示している。

【００２０】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。

【００２１】リアプレート３１１５には基板３１１１が
固定されているが、この基板３１１１上には冷陰極素子
３１１２が、Ｎ×Ｍ個形成されている。（Ｎ、Ｍは２以
上の正の整数であり、目的とする表示画素数に応じて適
宜設定される。）また、前記Ｎ×Ｍ個の冷陰極素子３１
１２は、図２０に示すとおり、Ｍ本の行方向配線３１１
３とＮ本の列方向配線３１１４により配線されている。
これら基板３１１１、冷陰極素子３１１２、行方向配線
３１１３および列方向配線３１１４によって構成される
部分をマルチ電子ビーム源と呼ぶ。また、行方向配線３
１１３と列方向配線３１１４の少なくとも交差する部分
には、両配線間に絶縁層（不図示）が形成されており、
電気的な絶縁が保たれている。

【００２２】フェーズプレート３１１７の下面には、蛍
光体からなる蛍光膜３１１８が形成されており、赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の蛍光体（不図
示）が塗り分けられている。また、蛍光膜３１１８をな
す上記各色蛍光体の間には黒色体（不図示）が設けてあ
り、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。

【００２３】Ｄｘ１〜ＤｘｍおよびＤｙ１〜Ｄｙｎおよ
びＨｖは、当該表示パネルと不図示の電気回路とを電気
的に接続するために設けた気密構造の電気接続用端子で
ある。Ｄｘ１〜Ｄｘｍはマルチ電子ビーム源の行方向配
線３１１３と、Ｄｙ１〜Ｄｙｎはマルチ電子ビーム源の
列方向配線３１１４と、Ｈｖはメタルバック３１１９と
各々電気的に接続している。

【００２４】また、上記気密容器の内部は１０のマイナ
ス６乗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従い、気密容器内部と外部の気圧
差によるリアプレート３１１５およびフェースプレート
３１１７の変形あるいは破壊を防止する手段が必要とな
る。リアプレート３１１５およびフェースプレート３１
１６を厚くすることによる方法は、画像表示装置の重量
を増加させるのみならず、斜め方向から見たときに画像
の歪みや視差を生ずる。これに対し、図２０において
は、比較的薄いガラス板からなり大気圧を支えるための
構造支持体（スペーサあるいはリブと呼ばれる）３１２
０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。

【００２５】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乃至Ｄ
ｙｎを通じて、各冷陰極素子３１１２に電圧を印加する
と、各冷陰極素子３１１２から電子が放出される。それ
と同時に、メタルバック３１１９に容器外端子Ｈｖを通
じて数百［Ｖ］ないし数［ｋＶ］の高圧を印加して、上
記放出された電子を加速し、フェースプレート３１１７
の内面に衝突させる。これにより、蛍光膜３１１８をな
す各色の蛍光体が励起されて発光し、画像が表示され
る。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】以上説明した画像表示
装置の表示パネルにおいては、以下のような問題点があ
った。

【００２７】第１に、スペーサ３１２０の近傍から放出
された電子の一部がスペーサ３１２０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。このスペーサの帯電により冷陰極素子
３１１２から放出された電子はその軌道を曲げられ、蛍
光体上の正規な位置とは異なる場所に到達し、スペーサ
近傍の画像が歪んで表示される。

【００２８】第２に、冷陰極素子３１１２からの放出電
子を加速するためにマルチ電子ビーム源とフェースプレ
ート３１１７との間には数百Ｖ以上の高電圧（即ち１ｋ
Ｖ／ｍｍ以上の高電界）が印加されるため、スペーサ３
１２０表面での沿面放電が懸念される。特に、上記のよ
うにスペーサが帯電している場合は、放電が誘発される
可能性がある。

【００２９】この問題点を解決するために、スペーサに
微小電流が流れるようにして帯電を除去する提案がなさ
れている。そこでは絶縁性のスペーサの表面に高抵抗膜
を形成することにより、スペーサ表面に微小電流が流れ
るようにしている。ここで用いられている帯電防止膜は
酸化スズ、あるいは酸化スズと酸化インジウム混晶薄膜
や金属膜である。また、帯電防止膜の機能をさらに強化
するために、スペーサ３１２０が基板３１１１、あるい
は蛍光膜３１１８と接触する面、並びにその近傍に導電
性膜を配置することが考えられる。これにより、帯電防
止膜と基板３１１１、また、帯電防止膜と蛍光膜３１１
８の間の電気的接続が確保されることが期待される。

【００３０】しかしながら、このような導電性膜に突
起、角などの形状が存在すると、基板３１１１とフェー
スプレート３１１７の間に高電圧を印加する時に電界集
中が発生し、放電の原因となりやすい。その結果、冷陰
極素子３１１２の劣化等を起こし、画像形成が困難にな
るという問題がある。また、そのような放電を抑制する
ために、基板３１１１とフェースプレート３１１７の間
の印加電圧を低くすると、十分な輝度を得ることができ
なくなってしまう。

【００３１】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
であり、その主たる目的は、表面での帯電を低減し、放
電の発生をも低減し得るスペーサ、及びそのようなスペ
ーサを備える画像形成装置を提供することにある。

【００３２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の画像形成装置は以下の構成を備える。すな
わち、容器と、該容器内に配置された電子源と、該電子
源より放出された電子の照射により画像を形成する画像
形成部材と、該容器内の互いに異なる電圧が印加される
電極間に配置されたスペーサとを備える画像形成装置に
おいて、該スペーサは導電性を有し、該電極と導電性層
を介して電気的に接続されており、該導電性層はその端
辺が直線部分と曲線部分あるいは直線部分と鈍角部分と
の組み合わせによる形状をなしていることを特徴とす
る。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の好適な実施形態を説明する。

【００３４】まず、具体的な実施形態の説明に入る前
に、本実施形態の概要を説明しておく。上記に述べたよ
うな、支持部材（スペーサ）と画像形成部材側、支持部
材（スペーサ）と素子基板側の各接触部近傍に前述の導
電性膜（以下中間層と呼ぶ）を配置した構成を採用した
場合に、中間層と後述する高抵抗膜との境界部に強い電
界集中を起こすような形状を有する場合には、以下のよ
うな現象が生じる。

【００３５】画像形成部材に電圧が印加されると、中
間層によって電界集中された箇所から放電が発生する。
この放電現象は、画像形成部材に印加する電圧が高いほ
ど、また、電界集中が強いほど頻度が増す。

【００３６】その結果、放電箇所近傍の電子源の劣化
による画質が低下する。また、放電現象を防止すために
画像形成部材に印加する電圧が制限され、輝度の低下を
招く。

【００３７】このような課題に対し、本発明者らは次の
ような対策を講じた。すなわち、電子線発生装置の気密
容器内において、異なる電圧が印加される電極間には、
耐大気圧用の支持部材が配置されており、この支持部材
は絶縁性部材表面に導電性を有するが該電極よりも高抵
抗な膜が被覆されており、この高抵抗膜が該両電極間に
該高抵抗膜よりも抵抗の小さい低抵抗膜（中間層）を介
して電気的に接続されている。ここで、上記低抵抗膜の
縁は、好ましくは直線部分と曲線部分、あるいは直角部
分と鈍角部分の組み合わせで構成される。

【００３８】以上のように、本実施形態による電子線発
生装置の支持部材（スペーサ）は、例えば、基板側の電
極及び蛍光膜側の電極に該低抵抗膜を介して電気的に接
続される高抵抗膜をその表面に有する。このため、絶縁
性部材の表面に電荷粒子が付着しても、この電荷粒子は
基板側から金属膜等の該低抵抗膜を介して高抵抗膜を流
れる電流の一部と電気的に中和し、当該スペーサの帯電
を中和できる。ここで、上記のとおり、高抵抗膜と素子
基板側、または高抵抗膜と画像形成部材側との接続部の
大部分には金属の低抵抗膜が配置されているので、安定
した電流の供給が行われる。その結果、帯電の防止が可
能になり発光位置ずれを防止できる。

【００３９】更に、低抵抗膜の縁部分を、直線と曲率の
大きい曲線、あるいは、直線と鈍角の角の形状を組み合
わせた外形にすることで、電界の集中を抑止できた。本
実施形態では、このようにしてスペーサによる放電を抑
えつつ、画像形成部材と素子基板との間へのさらに高い
電圧の印加を可能とするものである。

【００４０】以上の結果、画像形成装置において、高電
圧印加による輝度の向上と、発光位置ずれのない良好な
画像の実現を達成することができる。以下、本実施形態
について詳細に説明する。

【００４１】（１）画像表示装置概要次に、本実施形態による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。

【００４２】図１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。

【００４３】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、スペーサ１０
２０が設けられている。

【００４４】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。

【００４５】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。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。

【００４６】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。

【００４７】図２に示すのは、図１の表示パネルに用い
たマルチ電子ビーム源の平面図である。基板１０１１上
には、後述の図６で示すものと同様な表面伝導型放出素
子が配列され、これらの素子は行方向配線１０１３と列
方向配線１０１４により単純マトリクス状に配線されて
いる。行方向配線１０１３と列方向配線１０１４の交差
する部分には、電極間に絶縁層（不図示）が形成されて
おり、電気的な絶縁が保たれている。

【００４８】図２のＢ−Ｂ’に沿った断面を、図３に示
す。

【００４９】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１０
１４、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１
０１３及び列方向配線１０１４を介して各素子に給電し
て通電フォーミング処理（後述）と通電活性化処理（後
述）を行うことにより製造した。

【００５０】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。

【００５１】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４の
（Ａ）に示すようにストライプ状に塗り分けられ、蛍光
体のストライプの間には黒色の導電体１０１０が設けて
ある。黒色の導電体１０１０を設ける目的は、電子ビー
ムの照射位置に多少のずれがあっても表示色にずれが生
じないようにする事や、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。

【００５２】また、３原色の蛍光体の塗り分け方は前記
図４（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４（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。

【００５３】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。

【００５４】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１０１８が発する光の一部を鏡面反射して光利用
率を向上させる事や、負イオンの衝突から蛍光膜１０１
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１０１８を励起し
た電子の導電路として作用させることなどである。メタ
ルバック１０１９は、蛍光膜１０１８をフェースプレー
ト基板１０１７上に形成した後、蛍光膜表面を平滑化処
理し、その上にＡｌを真空蒸着する方法により形成し
た。なお、蛍光膜１０１８に低電圧用の蛍光体材料を用
いた場合には、メタルバック１０１９は用いない。

【００５５】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。

【００５６】図５は図１のＡ−Ａ’の断面模式図であ
り、各部の番号は図１に対応している。スペーサ１０２
０は絶縁性部材１０２０ａの表面に帯電防止を目的とし
た高抵抗膜１０２０ｂを成膜し、かつフェースプレート
１０１７の内側（メタルバック１０１９等）及び基板１
０１１の表面（行方向配線１０１３または列方向配線１
０１４）に面したスペーサの当接面及びこれに接する側
面部に低抵抗膜１０２０ｃを成膜した部材からなるもの
で、上記目的を達成するのに必要な数だけ、かつ必要な
間隔において配置され、フェースプレートの内側及び基
板１０１１の表面に接合材１０４１により固定される。

【００５７】また、高抵抗膜は、絶縁性部材１０２０ａ
の表面のうち、少なくとも気密容器内の真空中に露出し
ている面に成膜されており、スペーサ１０２０上の低抵
抗膜１０２０ｃ及び接合材１０４１を介して、フェース
プレート１０１７の内側（メタルバック１０１９等）及
び基板１０１１の表面（行方向配線１０１３または列方
向配線１０１４）に電気的に接続される。ここで説明さ
れる態様においては、スペーサ１０２０の形状は薄板状
とし、行方向配線１０１３に平行に配置され、行方向配
線１０１３と電気的に接続されている。なお、４０は絶
縁層である。

【００５８】スペーサ１０２０としては、基板１０１１
上の行方向配線１０１３及び列方向配線１０１４とフェ
ースプレート１０１７内面のメタルバック１０１９との
間に印加される高電圧に耐えるだけの絶縁性を有し、か
つスペーサ１０２０の表面への帯電を防止する程度の導
電性を有する必要がある。

【００５９】スペーサ１０２０の絶縁性部材１０２０ａ
としては、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１
０２０ａ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く、気密容器の材質と同一
の材質を用いても良い。

【００６０】スペーサ１０２０を構成する高抵抗膜１０
２０ｂには、高電位側のフェースプレート１０１７（メ
タルバック１０１９等）に印加される加速電圧Ｖａを、
帯電防止膜である高抵抗膜１０２０ｂの抵抗値Ｒｓで除
した電流が流れる。そこで、スペーサの抵抗値Ｒｓは帯
電防止及び消費電力の観点からその望ましい範囲に設定
される。帯電防止の観点から表面抵抗Ｒ／□は１０の１
２乗Ω以下であることが好ましい。十分な帯電防止効果
を得るためには１０の１１乗Ω以下がさらに好ましい。
表面抵抗の下限はスペーサ形状とスペーサ間に印加され
る電圧により左右されるが、１０の５乗Ω以上であるこ
とが好ましい。

【００６１】絶縁性部材上に形成された高抵抗膜の厚み
ｔは１０ｎｍ〜１μｍの範囲が望ましい。材料の表面エ
ネルギー及び基板との密着性や基板温度によっても異な
るが、一般的に１０ｎｍ以下の薄膜は島状に形成され、
抵抗が不安定で再現性に乏しい。一方、膜厚ｔが１μｍ
以上では膜応力が大きくなって膜剥がれの危険性が高ま
り、かつ成膜時間が長くなるため生産性が悪い。従っ
て、膜厚は５０〜５００ｎｍであることが望ましい。表
面抵抗Ｒ／□はρ／ｔであり、以上に述べたＲ／□とｔ
の好ましい範囲から、高抵抗膜の比抵抗ρは０．１［Ω
ｃｍ］乃至１０の８乗［Ωｃｍ］が好ましい。さらに表
面抵抗と膜厚のより好ましい範囲を実現するためには、
ρは１０の２乗乃至１０の６乗Ωｃｍとするのが良い。

【００６２】スペーサは上述したようにその上に形成し
た高抵抗膜を電流が流れることにより、あるいはディス
プレイ全体が動作中に発熱することによりその温度が上
昇する。高抵抗膜の抵抗温度係数が大きな負の値である
と温度が上昇した時に抵抗値が減少し、スペーサに流れ
る電流が増加し、さらに温度上昇をもたらす。そして電
流は電源の限界を越えるまで増加し続ける。このような
電流の暴走が発生する抵抗温度係数の値は経験的に負の
値で絶対値が１％以上である。すなわち、高抵抗膜の抵
抗温度係数は絶対値が１％未満であることが望ましい。

【００６３】帯電防止特性を有する高抵抗膜１０２０ｂ
の材料としては、例えば金属酸化物を用いることができ
る。金属酸化物の中でも、クロム、ニッケル、銅の酸化
物が好ましい材料である。その理由はこれらの酸化物は
二次電子放出効率が比較的小さく、冷陰極素子１０１２
から放出された電子がスペーサ１０２０に当たった場合
においても帯電しにくいためと考えられる。金属酸化物
以外にも炭素は二次電子放出効率が小さく好ましい材料
である。特に、非晶質カーボンは高抵抗であるため、ス
ペーサ抵抗を所望の値に制御しやすい。

【００６４】帯電防止特性を有する高抵抗膜１０２０ｂ
の他の材料として、アルミと遷移金属合金の窒化物は遷
移金属の組成を調整することにより、良伝導体から絶縁
体まで広い範囲に抵抗値を制御できるので好適な材料で
ある。さらには後述する表示装置の作製工程において抵
抗値の変化が少なく安定な材料である。かつ、その抵抗
温度係数の絶対値が１％未満で有り、実用的に使いやす
い材料である。遷移金属元素としてはＴｉ，Ｃｒ，Ｔａ
等があげられる。

【００６５】合金窒化膜はスパッタ、窒素ガス雰囲気中
での反応性スパッタ、電子ビーム蒸着、イオンプレーテ
ィング、イオンアシスト蒸着法等の薄膜形成手段により
絶縁性部材上に形成される。金属酸化膜も同様の薄膜形
成法で作製することができるが、この場合窒素ガスに代
えて酸素ガスを使用する。その他、ＣＶＤ法、アルコキ
シド塗布法でも金属酸化膜を形成できる。カーボン膜は
蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法で作
製され、特に非晶質カーボンを作製する場合には、成膜
中の雰囲気に水素が含まれるようにするか、成膜ガスに
炭化水素ガスを使用する。

【００６６】スペーサ１０２０を構成する低抵抗膜１０
２０ｃは、高抵抗膜１０２０ｂを高電位側のフェースプ
レート１０１７（メタルバック１０１９等）及び低電位
側の基板１０１１（配線１０１３，１０１４等）と電気
的に接続する為に設けられたものであり、以下では、中
間電極層（中間層）という名称も用いる。中間電極層
（中間層）は以下に列挙する複数の機能を有することが
できる。

【００６７】１）高抵抗膜１０２０ｂをフェースプレ
ート１０１７側及び基板１０１１側と電気的に接続す
る。既に記載したように、高抵抗膜１０２０ｂはスペーサ１
０２０表面での帯電を防止する目的で設けられたもので
あるが、高抵抗膜１０２０ｂをフェースプレート１０１
７（メタルバック１０１９等）及び基板１０１１（配線
１０１３，１０１４等）と直接あるいは当接材１０４１
を介して接続した場合、接続部界面に大きな接触抵抗が
発生し、スペーサ表面に発生した電荷を速やかに除去で
きなくなる可能性がある。これを避ける為に、フェース
プレート１０１７及び当接材１０４１と接触するスペー
サ１０２０の当接面あるいは側面部に低抵抗の中間層を
設けた。

【００６８】２）高抵抗膜１０２０ｂの電位分布を均
一化する。冷陰極素子１０１２より放出された電子は、フェースプ
レート１０１７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１０２０の近傍で
電子軌道に乱れが生じないようにするためには、高抵抗
膜１０２０ｂの電位分布を全域にわたって制御する必要
がある。高抵抗膜１０２０ｂをフェースプレート１０１
７（メタルバック１０１９等）及び基板１０１１（配線
１０１３，１０１４等）と直接あるいは当接材１０４１
を介して接続した場合、接続部界面の接触抵抗の為に、
接続状態のむらが発生し、高抵抗膜１０２０ｂの電位分
布が所望の値からずれてしまう可能性がある。これを避
けるために、スペーサ１０２０がフェースプレート１０
１７側及び基板１０１１側と当接するスペーサ端部（当
接面あるい側面部）の全長域に低抵抗の中間層を設け、
この中間層部に所望の電位を印加することによって、高
抵抗膜１０２０ｂ全体の電位を制御可能としている。

【００６９】３）放出電子の軌道を制御する。冷陰極素子１０１２より放出された電子は、フェースプ
レート１０１７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る必
要がある。フェースプレート１０１７側及び基板１０１
１側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。

【００７０】低抵抗膜である中間層１０２０ｃは、高抵
抗膜１０２０ｂ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，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属、あるいは合金、及び
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
Ｉｎ２Ｏ３−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。

【００７１】接合材１０４１はスペーサ１０２０が行方
向配線１０１３及びメタルバック１０１９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。

【００７２】また、Ｄｘ１〜Ｄｘｍ及びＤｙ１〜Ｄｙｎ
及びＨｖは、当該表示パネルと不図示の電気回路とを電
気的に接続するために設けた気密構造の電気接続用端子
である。Ｄｘ１〜Ｄｘｍはマルチ電子ビーム源の行方向
配線１０１３と、Ｄｙ１〜Ｄｙｎはマルチ電子ビーム源
の列方向配線１０１４と、Ｈｖはフェースプレートのメ
タルバック１０１９と電気的に接続している。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】通常、冷陰極素子である本実施形態の表面
伝導型放出素子１０１２への印加電圧は１２〜１６
［Ｖ］程度、メタルバック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。

【００７６】以上、本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。

【００７７】（２）マルチ電子ビーム源の製造方法次に、前記実施例の表示パネルに用いたマルチ電子ビー
ム源の製造方法について説明する。本実施形態の画像表
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。

【００７８】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。

【００７９】（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。

【００８０】（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６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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】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。

【００８６】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。

【００８７】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／□］の範囲に含ま
れるよう設定した。

【００８８】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６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。

【００８９】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６においては模式的に示した。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】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６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１１１
３の一部を除去した素子を図示した。

【００９３】以上、好ましい素子の基本構成を述べた
が、本実施形態においては以下のような素子を用いた。

【００９４】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。

【００９５】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。

【００９６】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７の（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６と同一である。

【００９７】１）まず、図７（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。

【００９８】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。

【００９９】２）次に、同図（ｂ）に示すように、導電
性薄膜１１０４を形成する。

【０１００】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。）。

【０１０１】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。

【０１０２】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。

【０１０３】通電フォーミング処理とは、微粒子膜で作
られた同図（ｂ）の導電性薄膜１１０４に通電を行っ
て、その一部を適宜に破壊、変形、もしくは変質せし
め、電子放出を行うのに好適な構造に変化させる処理の
ことである。微粒子膜で作られた導電性薄膜のうち電子
放出を行うのに好適な構造に変化した部分（すなわち電
子放出部１１０５）においては、薄膜に適当な亀裂が形
成されている。なお、電子放出部１１０５が形成される
前と比較すると、形成された後は素子電極１１０２と１
１０３の間で計測される電気抵抗は大幅に増加する。

【０１０４】通電方法をより詳しく説明するために、図
８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１
１１１で計測した。

【０１０５】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１×１０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１×１０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。

【０１０６】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。

【０１０７】４）次に、図７の（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。

【０１０８】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同図（ｃ）の電子放出部１１０
５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。

【０１０９】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。

【０１１０】通電方法をより詳しく説明するために、図
９の（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。

【０１１１】図７の（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９（ｂ）に示すが、活性化電源１
１１２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。

【０１１２】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。

【０１１３】以上のようにして、図７（ｅ）に示す平面
型の表面伝導型放出素子を製造した。

【０１１４】（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。

【０１１５】図１０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。

【０１１６】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、前記図６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Ｌ
ｓとして設定される。なお、基板１２０１、素子電極１
２０２および１２０３、微粒子膜を用いた導電性薄膜１
２０４、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。

【０１１７】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１１の（ａ）〜（ｆ）は、製造工
程を説明するための断面図で、各部材の表記は前記図１
０と同一である。

【０１１８】１）まず、図１１（ａ）に示すように、基
板１２０１上に素子電極１２０３を形成する．２）次に、同図（ｂ）に示すように、段差形成部材を形
成するための絶縁層１２０６を積層する。絶縁層１２０
６は、たとえばＳｉＯ2 をスパッタ法で積層すればよい
が、たとえば真空蒸着法や印刷法などの他の成膜方法を
用いてもよい．３）次に、同図（ｃ）に示すように、絶縁層１２０６の
上に素子電極１２０２を形成する．４）次に、同図（ｄ）に示すように、同図（ｃ）の絶縁
層１２０６の一部を、たとえばエッチング法を用いて除
去し、素子電極１２０３を露出させる．５）次に、同図（ｅ）に示すように、微粒子膜を用いた
導電性薄膜１２０４を形成する。形成するには、前記平
面型の場合と同じく、たとえば塗布法などの成膜技術を
用いればよい．６）次に、前記平面型の場合と同じく、通電フォーミン
グ処理を行い、同図（ｅ）の導電性薄膜１２０４に電子
放出部１２０５を形成する。（図７（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１２
１３を堆積させる。（図７（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１１（ｆ）に示す垂直型の表面伝導型
放出素子を製造した。

【０１１９】（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。

【０１２０】図１２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。

【０１２１】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。

【０１２２】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。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。

【０１２３】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。

【０１２４】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。

【０１２５】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。

【０１２６】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。

【０１２７】（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。

【０１２８】図２に示すのは、前記図１の表示パネルに
用いたマルチ電子ビーム源の平面図である。基板上に
は、前記図６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
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。

【０１２９】図２のＢ−Ｂ’に沿った断面を、図３に示
す。

【０１３０】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。

【０１３１】（３）駆動回路構成（及び駆動方法）図１３は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づいてテレビ
ジョン表示を行う為の駆動回路の概略構成をブロック図
で示したものである。同図中、表示パネル１７０１は前
述した表示パネルに相当するもので、前述した様に製造
され、動作する。また、走査回路１７０２は表示ライン
を走査し、制御回路１７０３は走査回路１７０２へ入力
する信号等を生成する。シフトレジスタ１７０４は１ラ
イン毎のデータをシフトし、ラインメモリ１７０５は、
シフトレジスタ１７０４からの１ライン分のデータを変
調信号発生器１７０７に入力する。同期信号分離回路１
７０６はＮＴＳＣ信号から同期信号を分離する。

【０１３２】以下、図１３の装置各部の機能を詳しく説
明する。

【０１３３】まず表示パネル１７０１は、端子Ｄｘ１乃
至Ｄｘｍ及び端子Ｄｙ１乃至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乃至Ｄｘｍには、表示パネル１７０１内に設
けられているマルチ電子ビーム源、即ち、ｍ行ｎ列の行
列状にマトリクス配線された冷陰極素子を１行（ｎ素
子）ずつ順次駆動してゆく為の走査信号が印加される。
一方、端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｎには、前記走査信号により
選択された１行分のｎ個の各素子の出力電子ビームを制
御する為の変調信号が印加される。また、高圧端子Ｈｖ
には、直流電圧源Ｖａより、例えば５［ｋＶ］の直流電
圧が供給されるが、これはマルチ電子ビーム源より出力
される電子ビームに蛍光体を励起するのに十分なエネル
ギーを付与する為の加速電圧である。

【０１３４】次に、走査回路１７０２について説明す
る。同回路は、内部にｍ個のスイッチング素子（図中、
Ｓ１乃至Ｓｍで模式的に示されている）を備えるもの
で、各スイッチング素子は、直流電圧源Ｖｘの出力電圧
もしくは０［Ｖ］（グランドレベル）のいずれか一方を
選択し、表示パネル１７０１の端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍと
電気的に接続するものである。Ｓ１乃至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Ｔ
scanに基づいて動作するものだが、実際には例えばＦＥ
Ｔのようなスイッチング素子を組合わせることにより容
易に構成することが可能である。なお、前記直流電圧源
Ｖｘは、図１２に例示した電子放出素子の特性に基づき
走査されていない素子に印加される駆動電圧が電子放出
しきい値電圧Ｖｔｈ電圧以下となるよう、一定電圧を出
力するよう設定されている。

【０１３５】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。同期信号分離回路１７０６
は、外部から入力されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号か
ら、同期信号成分と輝度信号成分とを分離する為の回路
で、良く知られているように周波数分離（フィルタ）回
路を用いれば容易に構成できるものである。同期信号分
離回路１７０６により分離された同期信号は、良く知ら
れるように垂直同期信号と水平同期信号よりなるが、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信号と表すが、同信号はシフトレジス
タ１７０４に入力される。

【０１３６】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。即ち、制御信号Ｔsftは、シフトレジスタ
１７０４のシフトクロックであると言い換えることもで
きる。シリアル／パラレル変換された画像１ライン分
（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当する）のデ
ータは、Ｉｄ１乃至Ｉｄｎのｎ個の信号として前記シフ
トレジスタ１７０４より出力される。

【０１３７】ラインメモリ１７０５は、画像１ライン分
のデータを必要時間の間だけ記憶する為の記憶装置であ
り、制御回路１７０３より送られる制御信号Ｔmryに従
って適宜Ｉｄ１乃至Ｉｄｎの内容を記憶する。記憶され
た内容はＩ’ｄ１乃至Ｉ’ｄｎとして出力され、変調信
号発生器１７０７に入力される。

【０１３８】変調信号発生器１７０７は、前記画像デー
タＩ’ｄ１乃至Ｉ’ｄｎの各々に応じて、電子放出素子
１０１５の各々を適切に駆動変調する為の信号源で、そ
の出力信号は、端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを通じて表示パネ
ル１７０１内の電子放出素子１０１５に印加される。

【０１３９】図１２を用いて説明したように、本実施形
態に関わる表面伝導型放出素子は放出電流Ｉｅに対して
以下の基本特性を有している。即ち、電子放出素子には
明確な閾値電圧Ｖｔｈ（後述する実施例の表面伝導型放
出素子では８［Ｖ］）があり、閾値Ｖｔｈ以上の電圧を
印加された時のみ電子放出が生じる。また、電子放出閾
値Ｖｔｈ以上の電圧に対しては、図１２のグラフのよう
に電圧の変化に応じて放出電流Ｉｅも変化する。このこ
とから、本素子にパルス状の電圧を印加する場合、例え
ば電子放出閾値Ｖｔｈ以下の電圧を印加しても電子放出
は生じないが、電子放出閾値Ｖｔｈ以上の電圧を印加す
る場合には表面伝導型放出素子から電子ビームが出力さ
れる。その際、パルスの波高値Ｖｍを変化させることに
より出力電子ビームの強度を制御することが可能であ
る。また、パルスの幅Ｐｗを変化させることにより出力
される電子ビームの電荷の総量を制御することが可能で
ある。

【０１４０】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、電圧変調方式、パルス幅変調方
式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際して
は、変調信号発生器１７０７として、一定長さの電圧パ
ルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜パルスの
波高値を変調するような電圧変調方式の回路を用いるこ
とができる。また、パルス幅変調方式を実施するに際し
ては、変調信号発生器１７０７として、一定の波高値の
電圧パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜電
圧パルスの幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路
を用いることができる。

【０１４１】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。

【０１４２】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変換器を設ければ良い。これに関連
してラインメモリ１１５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。即ち、デジタル信号を用い
た電圧変調方式の場合、変調信号発生器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。

【０１４３】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及び発振器の出力す
る波数を計数する計数器（カウンタ）及び計数器の出力
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
子の駆動電圧に電圧増幅するための増幅器を付加するこ
ともできる。

【０１４４】アナログ信号を用いた電圧変調方式の場
合、変調信号発生器１７０７には、例えばオペアンプな
どを用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてシフトレ
ベル回路などを付加することもできる。パルス幅変調方
式の場合には、例えば、電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）
を採用でき、必要に応じて電子放出素子の駆動電圧まで
電圧増幅するための増幅器を付加することもできる。

【０１４５】このような構成を取りうる本実施形態の適
用可能な画像表示装置においては、各電子放出素子に、
容器外端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを介し
て電圧を印加することにより、電子放出が生じる。そし
て、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。

【０１４６】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。

【０１４７】（スペーサについて）低抵抗膜１０２０ｃ
（中間層）は前述のように前記高抵抗膜１０２０ｂとフ
ェースプレート１０１７及び基板１０１１と当接する端
部（スペーサ１０２０の当接面あるいは側面部）に設け
られている。フェースプレート１０１７側、基板１０１
１側のそれぞれの低抵抗膜１０２０ｃ（中間層）は高抵
抗膜１０２０ｂに電気的につながっている。仮に低抵抗
膜１０２０ｃ（中間層）の形状に突起状部分が存在する
場合、その周辺で急峻な電場の変化が生じ、突起部が原
因となって放電を起こす。

【０１４８】具体的な低抵抗膜１０２０ｃ（中間層）の
突起形状の例を図１４Ａ及び図１４Ｂに示す。図１４Ａ
は高抵抗膜１０２０ｂと、フェースプレート１０１７側
及び基板１０１１側との接合部の側面の低抵抗膜１０２
０ｃ（中間層）の端部における例である。この例では、
低抵抗膜１０２０ｃ（中間層）が９０度の角度を形成し
ており、この直角をなす部分の電場が強くなる。図１４
Ｂの場合は、スペーサ１０２０の長手側側面部と短手側
側面部が互いに９０度の角度をなすため、交差する稜部
の電界が強くなる。

【０１４９】以下に、これらの問題の対策を述べる。

【０１５０】電場の急峻な変化を生じさせないため、低
抵抗膜１０２０ｃ（中間層）を直線、曲率の大きい曲線
のみで構成した。すなわち、低抵抗膜１０２０ｃの縁の
気密容器内の露出部分に、突起、鋭角、曲率半径の小さ
い曲線等の形状を含めないようにしている。

【０１５１】後述の図１５で表わされるスペーサ１０２
０の両方の低抵抗膜１０２０ｃ（フェースプレート１０
１７側及び基板１０１１側）間の距離をＧ、上記低抵抗
膜１０２０ｃ間に印加される電圧をＶａ、低抵抗膜１０
２０ｃの端部における曲率半径をｒとすると、低抵抗膜
１０２０ｃの端部に生じる最大電界強度Ｅmaxは、概ねＥmax＝β（Ｖａ／Ｇ） β＝［２（Ｇ／ｒ）／ｌｎ（４Ｇ／ｒ）］で表される。ここに、（Ｖａ／Ｇ）は、両方の低抵抗膜
１０２０ｃ間に生じる平均的電界であり、係数βは低抵
抗膜１０２０ｃの端部で電界が強まる比率を表わしてい
る。上記算出式は突起部が平均的電界方向に向かって回
転対称に近い形状を有する場合に対応している。本実施
形態においては、スペーサの厚み方向に対して表面と裏
面の両方に低抵抗膜１０２０ｃを有する構成となるた
め、回転対称形状と面対称形状（例えば円筒形状等）の
中間に対応すると考えられる。面対称形状においては、
係数βは概ね β＝（１／４）・√（Ｇ／ｒ）と見積ることができる。すなわち、回転対称でβが１０
０倍のとき、面対称ではβは約１０倍となる。従って、
本実施形態の場合を粗く見積るとβは２０倍から５０倍
程度になると推定される。

【０１５２】突起や角等の近傍で形成される強電界によ
る電子放出は、理論的には９乗［Ｖ／ｍ］オーダーの電
界以上で生じると見積られているが、経験的には７乗
［Ｖ／ｍ］を超えると電界放出の確率が高まると言われ
ている。この原因としては、突起や角において更に微少
な突起が存在し電界が高まっている現象等が指摘されて
いる。従って本実施形態の場合にも、現在利用できる量
産可能な作製法の範囲においては、上記最大電界強度を
７乗［Ｖ／ｍ］以下に留めるのが好ましい。勿論、非常
に注意深く作製したスペーサを用いることにより、放電
を発生させることなく９乗［Ｖ／ｍ］の電界領域での動
作も可能である。

【０１５３】以上の実施例では、各稜線で互いの面が９
０度をなす直方体形状のスペーサを用いたが、側面部間
のなす稜線において、概ね１５０度以下の角度をなす形
状のスペーサの場合、本発明における低抵抗膜１０２０
ｃの構成は効果が現れる。従って、例えば正六角柱や正
八角柱形状のスペーサに対しても本発明は適用可能であ
る。

【０１５４】以下に、装置例をあげて本実施形態をさら
に詳述する。

【０１５５】以下に述べる各実施形態においては、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＝３０
７２，Ｍ＝１０２４）の表面伝導型放出素子を、Ｍ本の
行方向配線とＮ本の列方向配線とによりマトリクス配線
（図１及び図２参照）したマルチ電子ビーム源を用い
た。

【０１５６】長さ２０ｍｍ、幅５ｍｍ、厚み０．２ｍｍ
のリアプレートと同質のガラス表面に窒化シリコン膜を
０．５μｍスパッタ法により形成し、これを絶縁性部材
１０２０ａとした。高抵抗膜として、Ｃｒ−Ａｌ合金窒
化膜とかかる膜表面に酸化クロム膜を積層したものを使
用した。厚みはそれぞれ２００ｎｍ、５ｎｍである。こ
れに限らず、本発明の高抵抗膜を使用することが可能で
ある。

【０１５７】次に低抵抗膜として、フェースプレート
側、リアプレート側との接続部、すなわち図１に示すよ
うに行方向配線１０１３面及びメタルバック１０１９面
と平行にその端部を除いて等幅のＨ＝３０μｍの帯状
で、０．１μｍ厚みのＡｕ膜を形成した（図１５）。

【０１５８】図２４は、スペーサ１０２０の低抵抗膜１
０２０ｃの作製法を説明する図である。スペーサ１０２
０は、スペーサの長辺側に突き当て部を有するサブマス
ク１０５１内に設置された後（図（ａ））、スペーサ１
０２０を覆うようにマスク１５０２が配置される。

【０１５９】マスク１５０２には、所望の形状の低抵抗
膜１０２０ｃに対応してスペーサ１０２０が露出するよ
うにパターンが形成されており、特に低抵抗膜１０２０
ｃの端部に対応する領域１５０３で所定の曲率半径が与
えられている。この曲率半径は、数μｍ以上であるた
め、通常のエッチング法等を用いて形成することが可能
である。また、後述する第２の実施形態以下で用いるマ
スクに関しても、同様の作法で作製したマスクを用いる
ことができる。以上のように配置された状態で、スパッ
タ法を用いて低抵抗膜１０２０ｃを作製した。

【０１６０】また、別の作製法として、スパッタ法で作
製した低抵抗膜１０２０ｃの端部を高出力のレーザ光を
照射して除去し、所望の形状を得る方法もある。この方
法では、スペーサ１０２０とマスク１５０２の相対的位
置ずれが生じ、低抵抗膜がスペーサの側面端に交差する
ように形成された場合などにおいて、不要部分を除去し
て電界が強くなることを防止する手段ともなる。

【０１６１】帯状の低抵抗膜１０２０ｃの端部は、スペ
ーサの端部からｌ＝２０μｍ内側にくるように配置した
（図１５）。また低抵抗膜１０２０ｃの両端部Ａの縁の
部分は２０μｍの曲率半径ｒをつけてあり、直線部Ｂと
滑らかに接続している。これにより、フェースプレート
とリアプレートとの間に高電圧をかけたときに生じる放
電を防止した。なお、低抵抗膜１０２０ｃの端部の位置
は、素子から放出される電子の軌道が影響を受けない範
囲に入ればよい。また、隅に付ける曲率半径ｒは、本実
施形態の大きさに限定されず、前述に示した大きさを適
用すればよい。

【０１６２】スペーサは行方向配線上及びフェースプレ
ート上のメタルバックと導電性フリットガラスを用いて
接続されている。導電性フリットはガラスフリットガラ
スに、表面を金コーティングした導電性微粒子を混合し
たものを使用し、スペーサ表面の帯電防止膜と行方向配
線あるいはフェースプレートと電気的に接続してある。

【０１６３】本実施形態では、前述した図１に示すスペ
ーサ１０２０を配置した表示パネルを作製した。以下、
図１及び図５を用いて詳述する。まず、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基板１０１１を、リアプレー
ト１０１５に固定した。次に、ソーダライムガラスから
なる絶縁性部材１０２０ａの表面のうち、気密容器内に
露出する４面に後述の高抵抗膜１０２０ｂを成膜し、当
接面に導電膜としての低抵抗膜１０２０ｃを成膜したス
ペーサ１０２０（高さ５［ｍｍ］、板厚２００［マイク
ロメートル］、長さ２０ｍｍ）を基板１０１１の行方向
配線１０１３上に等間隔で、行方向配線１０１３と平行
に固定した。

【０１６４】その後、基板１０１１の５ｍｍ上方に、内
面に蛍光膜１０１８とメタルバック１０１９が付設され
たフェースプレート１０１７を側壁１０１６を介して配
置し、リアプレート１０１５、フェースプレート１０１
７、側壁１０１６及びスペーサ１０２０の各接合部を固
定した。基板１０１１とリアプレート１０１５の接合
部、リアプレート１０１５と側壁１０１６の接合部、及
びフェースプレート１０１７と側壁１０１６の接合部
は、フリットガラス（不図示）を塗布し、大気中で４０
０℃乃至５００℃で１０分以上焼成することで封着し
た。

【０１６５】また、スペーサ１０２０は、基板１０１１
側では行方向配線１０１３（線幅３００［マイクロメー
トル］）上に、フェースプレート１０１７側ではメタル
バック１０１９面上に、導電性のフィラーあるいは金属
等の導電材を混合した導電性フリットガラス（不図示）
を介して配置し、上記気密容器の封着と同時に、大気中
で４００℃乃至５００℃で１０分以上焼成することで接
着しかつ電気的な接続も行った。

【０１６６】なお、本実施形態においては、蛍光膜１０
１８は、図１６に示すように、各色蛍光体２１ａが列方
向（Ｙ方向）に延びるストライプ形状を採用し、黒色の
導電体２１ｂは各色蛍光体（Ｒ，Ｇ，Ｂ）２１ａ間だけ
でなく、Ｙ方向の各画素間をも分離するように配置され
た蛍光膜が用いられ、スペーサ１０２０は、行方向（Ｘ
方向）に平行な黒色の導電体２１ｂ領域（線幅３００
［マイクロメートル］）内にメタルバック１０１９を介
して配置された。なお、前述の封着を行う際には、各色
蛍光体２１ａと基板１０１１上に配置された各素子とを
対応させなくてはいけないため、リアプレート１０１
５、フェースプレート１０１７及びスペーサ１０２０は
十分な位置合わせを行った。

【０１６７】以上のようにして完成した気密容器内を排
気管（不図示）を通じ真空ポンプにて排気し、十分な真
空度に達した後、容器外端子Ｄｘ１〜ＤｘｍとＤｙ１〜
Ｄｙｎを通じ、行方向配線電極１０１３及び列方向配線
電極１０１４を介して各素子に給電して前述の通電フォ
ーミング処理と通電活性化処理を行うことによりマルチ
電子ビーム源を製造した。

【０１６８】次に、１０のマイナス６乗［Ｔｏｒｒ］程
度の真空度で、不図示の排気管をガスバーナーで熱する
ことで溶着し外囲器（気密容器）の封止を行った。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。

【０１６９】以上のように完成した、図１及び図５に示
されるような表示パネルを用いた画像表示装置におい
て、各冷陰極素子（表面伝導型放出素子）１０１２に
は、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎを通
じ、走査信号及び変調信号を不図示の信号発生手段より
それぞれ印加することにより電子を放出させ、メタルバ
ック１０１９には、高圧端子Ｈｖを通じて高圧を印加す
ることにより放出電子ビームを加速し、蛍光膜１０１８
に電子を衝突させ、各色蛍光体２１ａ（図１６のＲ，
Ｇ，Ｂ）を励起・発光させることで画像を表示した。な
お、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは３［ｋＶ］乃至１
０［ｋＶ］、各配線１０１３，１０１４巻への印加電圧
Ｖｆは１４［Ｖ］とした。

【０１７０】このとき、スペーサ１０２０に近い位置に
ある冷陰極素子１０１２からの放出電子による発光スポ
ットも含め、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カラー画像表示ができた。
このことは、スペーサ１０２０を設置しても電子軌道に
影響を及ぼすような電界の乱れは発生しなかったことを
示している。

【０１７１】以下に、図１に示した表示パネルを用いて
行なった複数の実験例を列挙する。実験パラメータ
（Ｇ，ｒ，Ｖａ，Ｅmax）及びその条件下での放電発生
の有無を示す。

【０１７２】

【表１】

【０１７３】［第２の実施形態］図２１は本発明の第２
の実施形態を説明するための要部構成図であり、第１の
実施形態と同様に、スペーサ１０２０は電子源をなす基
板１０１０とフェースプレート１０１７の間に配置され
ている。スペーサ１０２０は、絶縁性部材１０２０ａ
（図２１では不図示）の表面に高抵抗膜１０２０ｂと低
抵抗膜１０２０ｃが形成されたものである。特に、低抵
抗膜１０２０ｃは絶縁性部材１０２０ａの長手側側面部
１０２０ａ−１面に形成されており、フェースプレート
１０１７上のメタルバック１０１９及び基板１０１１上
の行方向配線１０１３と電気的に接続されている。図
中、１０２０ｃ−Ａは、低抵抗膜１０２０ｃのうちフェ
ースプレート１０１７（メタルバック１０１９）及び基
板１０１１（行方向配線１０１３）と平行な低抵抗膜直
線部を表わしている。また、１０２０ｃ−Ｂは、低抵抗
膜１０２０ｃのうちスペーサ１０２０の短手側側面部１
０２０ａ−２の近傍（長さＬの領域）において、互いに
鈍角をなす複数の直線（本例では低抵抗膜直線部１０２
０ｃ−Ａを含めて３本の直線）で結ばれ、行方向配線１
０１３と交差する形状（交叉位置１０２０ｃ−Ｃ）をな
す低抵抗膜端部を表わしている。

【０１７４】本実施形態においては、低抵抗膜端部１０
２０ｃ−Ｂを鈍角からなる多角形で構成したが、上記鈍
角を概ね１２０度以上、好ましくは１５０度以上の角度
とすることにより、第１の実施例で用いたような滑らか
な曲線で低抵抗膜端部１０２０ｃ−Ｂを構成した場合と
同様に、低抵抗膜端部１０２０ｃ−Ｂにおける電界集中
を緩和する効果を得ることができる。

【０１７５】［第３の実施形態］図２２は本発明の第３
の実施形態を説明するための要部構成図であり、第１、
第２の実施形態と異なるのは、スペーサ１０２０の長手
側側面部１０２０ａ−１に形成した低抵抗膜端部１０２
０ｃ−Ｂを短手側側面部１０２０ａ−２と接するように
延長した点である。この構成により、低抵抗膜直線部１
０２０ｃ−Ａに近接した電子放出素子１０１２からの放
出電子の受ける電界と低抵抗膜端部１０２０ｃ−Ｂに近
接した電子放出素子１０１２からの放電電子の受ける電
界に対して、スペーサ１０２０の及ぼす影響差を最小限
に押さえることができる。本構成は、スペーサ１０２０
の短手方向の厚みｔが低抵抗膜１０２０ｃの高さｈに対
して同程度かそれ以下である場合に特に有効である。本
構成においては、スペーサ１０２０の絶縁性部材１０１
０ａの端部が欠けにくいものが好ましく、たとえば機械
的強度の高いセラミック材料を用いることができる。

【０１７６】［第４の実施形態］図２３は本発明の第４
の実施形態を説明するための要部構成図であり、第１乃
至第３の実施形態と異なるのは、スペーサ１０２０の短
手側側面部１０２０ａ−２にも低抵抗膜１０２０ｃ−２
を形成した点である。低抵抗膜１０２０ｃ２は、低抵抗
膜直線部１０２０ｃ２−Ａ及び低抵抗膜端部１０２０ｃ
２−Ｂから構成される。低抵抗膜端部１０２０ｃ２−Ｂ
は、第１の実施例と同様な曲線形状あるいは第２の実施
例と同様な多角形状の何れでもよい。また、第３の実施
形態と同様に、絶縁性部材１０２０ａの長手側側面１０
２０ａ−１と短手側側面１０２０ａ−２のなす稜線１０
２０ａ−３まで延長してもよい。

【０１７７】本構成により、長手側側面１０２０ａ−１
と短手側側面１０２０ａ−２のなす稜線１０２０ａ−３
近傍では、低抵抗膜１０２０ｃ、１０２０ｃ２の境界に
低抵抗膜の凹みが形成されるため、高抵抗膜１０２０ｂ
に向かって凹状の等電位面が形成される。このことによ
り、稜線１０２０ａ−３近傍で高抵抗膜１０２０ｂに向
かって凸状の等電位面が形成されるのを防止することが
できる。本構成は、スペーサ１０２０の短手方向の厚み
ｔが低抵抗膜１０２０ｃの高さｈに対して同程度かそれ
以上である場合に特に有効である。

【０１７８】以上説明した各実施形態において、低抵抗
膜１０２０ｃはフェースプレート１０１７側及び電子源
をなす基板１０１１側の両方に形成されるが、実施形態
の低抵抗膜端部１０２０ｃ−Ｂの構成をフェースプレー
ト１０１７側あるいは、電子源をなす基板１０１１側の
いずれか一方に用いれば、電界集中を緩和し放電を抑制
する効果を得ることができる。その中でも特に、低電位
側となる電子源をなす基板１０１１側において実施形態
の低抵抗膜１０２０ｃの構成を用いた場合は、効果が大
きい。更には、フェースプレート１０１７側と電子源を
なす基板１０１１側の両側に実施形態の低抵抗膜１０２
０ｃの構成を用いた場合には、より一層効果が大きく、
特に好ましい。

【０１７９】以上説明したように、本実施形態の画像表
示装置によれば、以下の効果が得られる。すなわち、１）スペーサの表面に、基板及び蛍光膜に電気的に接続
される高抵抗膜を有することにより、スペーサの帯電を
中和できる。また、高抵抗膜と素子基板、あるいは高抵
抗膜と画像形成部材との接続部の大部分には金属等の低
抵抗膜を配置し、安定した電流の供給が行われるように
したので、帯電の防止が可能になり発光位置ずれを防止
できる。２）さらに、低抵抗膜を直線あるいは曲率の大きい曲
線、あるいは鈍角の角、あるいはそれらの形状に組合わ
せた外形にすることで、電界の集中を抑止できる。この
ため、放電を抑えつつ、蛍光膜と素子基板間へのさらに
高い電圧の印加が可能になる。３）以上の結果、画像形成装置において、高電圧印加に
よる輝度の向上と、発光位置ずれのない良好な画像の実
現を達成することができる。

【０１８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
画像形成装置内において、とりわけスペーサの十分な帯
電防止効果を維持しつつ、放電の発生をきわめて低減す
ることができる。

【０１８１】

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に用いた表示パネルの斜視図である。

【図２】図１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。

【図３】図２のＢ−Ｂ’に沿った断面を示す図である。

【図４】蛍光体のパターンを示す図である。

【図５】図１のＡ−Ａ’の断面模式図である。

【図６】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７】表面伝導型放出素子の製造工程を説明するため
の断面図である。

【図８】フォーミング用電源から印加する適宜の電圧波
形の一例を示す図である。

【図９】活性化処理の一例を説明する図である。

【図１０】垂直型の表面伝導型放出素子の基本構成を説
明するための模式的な断面図である。

【図１１】垂直型の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ある。

【図１２】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図であ
る。

【図１３】ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づいてテレビ
ジョン表示を行う為の駆動回路の概略構成をブロック図
で示したものである。

【図１４Ａ】具体的な低抵抗膜（中間層）の突起形状の
例を示す図である。

【図１４Ｂ】具体的な低抵抗膜（中間層）の突起形状の
例を示す図である。

【図１５】本実施形態による低抵抗膜の形状を説明する
図である。

【図１６】蛍光膜のパターンを説明する図である。

【図１７】前述のＭ．Ｈａｒｔｗｅｌｌらによる素子の
平面図を示す図である。

【図１８】前述のＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔらによる素子の
断面図を示す図である。

【図１９】ＭＩＭ型の素子構成の典型的な例を示す図で
ある。

【図２０】平面型の画像表示装置をなす表示パネル部の
一例を示す斜視図である。

【図２１】別の実施形態における抵抗膜の形状を説明す
る図である。

【図２２】更に別の実施形態における抵抗膜の形状を説
明する図である。

【図２３】更に別の実施形態における抵抗膜の形状を説
明する図である。

【図２４】本実施形態による抵抗膜の形成方法の一例を
説明する図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】容器と、該容器内に配置された電子源
と、該電子源より放出された電子の照射により画像を形
成する画像形成部材と、該容器内の互いに異なる電圧が
印加される電極間に配置されたスペーサとを備える画像
形成装置において、該スペーサは導電性を有し、該電極と導電性層を介して
電気的に接続されており、該導電性層はその端辺が直線
部分と曲線部分あるいは直線部分と鈍角部分との組み合
わせによる形状をなしていることを特徴とする画像形成
装置。
【請求項２】前記スペーサは、多角形状のスペーサで
あって、前記導電性層は該スペーサの角近傍においてそ
の端辺が曲線あるいは鈍角による形状をなしていること
を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】前記曲線部分は、１μｍ以上の曲率半径
を有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装
置。
【請求項４】前記スペーサは、絶縁性部材表面に導電
性膜が被覆されたスペーサであることを特徴とする請求
項１に記載の画像形成装置。
【請求項５】前記導電性膜は、Ｘ^yがＸのｙ乗を表す
として、１×１０^-5から１×１０^-12Ω／□のシート
抵抗を有することを特徴とする請求項４に記載の画像形
成装置。
【請求項６】前記スペーサは、耐大気圧用のスペーサ
であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装
置。
【請求項７】前記導電性層は、前記導電性膜よりも小
さいシート抵抗を有することを特徴とする請求項４に記
載の画像形成装置。
【請求項８】前記電子源は、配線にて結線された複数
の電子放出素子を有し、前記スペーサは、前記配線と電
気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載
の画像形成装置。
【請求項９】前記電子放出素子は、冷陰極素子である
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】前記冷陰極素子は、表面伝導型電子放
出素子であることを特徴とする請求項９に記載の画像形
成装置。
【請求項１１】前記電子源は、複数の電子放出素子が
複数の行方向配線と複数の列方向配線とによりマトリク
ス状に結線されている電子源であって、前記スペーサ
は、該行方向配線上あるいは該列方向配線上に配置さ
れ、該配線と電気的に接続されていることを特徴とする
請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項１２】前記電子放出素子は、冷陰極素子であ
ることを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。
【請求項１３】前記冷陰極素子は、表面伝導型電子放
出素子であることを特徴とする請求項１２に記載の画像
形成装置。
【請求項１４】前記画像形成部材は、前記電子源より
放出される電子を加速する加速電極を有し、該スペーサ
は、該加速電極と電気的に接続されていることを特徴と
する請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項１５】前記画像形成部材は、蛍光体と前記電
子源より放出される電子を加速する加速電極とを有し、
該スペーサは、該加速電極と電気的に接続されているこ
とを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項１６】前記スペーサは、板状のスペーサであ
ることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項１７】前記絶縁性部材は、該容器を構成する
部材と同じ材質の部材であることを特徴とする請求項４
に記載の画像形成装置。