JPH11339696A

JPH11339696A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH11339696A
Application number: JP10149998A
Authority: JP
Inventors: Koji Yamazaki; 康二山▲崎▼
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1998-05-29
Publication date: 1999-12-10

Abstract

(57)【要約】【課題】スペーサの長手方向の低抵抗部材による帯状
電極によって局部の帯電を電子源基板やフェースプレー
トに平行な方向に除電でき、電子ビームのフェースプレ
ート上での位置ずれを抑えることを課題とする。【解決手段】複数の冷陰極型電子放出素子を複数の走
査信号用配線と直交する複数の変調信号用配線で連結し
た電子源基板と、透明基板の内面に蛍光膜と陽極を形成
されたフェースプレートとを前記走査信号用配線に垂直
に配置されたスペーサを介して対向させた構造を有する
画像形成装置において、前記スペーサは表面に高抵抗膜
を有し、前記高抵抗膜が前記電子源基板および前記陽極
と電気的に接続されており、かつ前記スペーサはその長
手方向が前記走査信号用配線に非平行になるように前記
電子源基板と前記陽極との間に配置されていることを特
徴とする。

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関し、特に画像形成装置の外
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, Radio Eng. ElectronPhys.,10,1290,(196
5)や、後述する他の例が知られている。

【０００４】この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
ＳｎＯ₂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、Ｉ
ｎ₂Ｏ₃／ＳｎＯ₂薄膜によるもの[M.Hartwell and C.
G.Fonstad:“IEEE Trans.ED Conf.",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電子構成の
典型的な例として、図１７に前述のM.Hartwellらによる
素子の平面図を示す。同図において、３００１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字型の平面形状に形成されている。該導電性薄膜３
００４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［ｍ
ｍ］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】このM.Hartwall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３００５
を形成することである。

【０００７】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。

【０００８】また、ＦＥ型の例は、たとえば、W.P.Dyke
& W.W.Dolan,"Field emission",Advance in Electron
Physics, 8,89(1956)や、あるいは、C.A.Spindt,"Physi
calproperties of thin-film field emission cathodes
with molybdenium cones",J.Appl.Phys.,47,5248(197
6)などが知られている。

【０００９】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、３
０１３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３０１４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３
０１２の先端部より電界により電子放出を起こさせるも
のである。

【００１０】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。

【００１１】また、ＭＩＭ型の例としては、たとえば、
C.A.Mead,"Operation of tunnel-emission Devices, 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１９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。Ｍ
ＩＭ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。

【００１２】上述の各冷陰極素子は、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。

【００１３】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。

【００１４】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号公報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号公報や特開平４−２８１３７号公
報において開示されているように、表面伝導型放出素子
の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いえ
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.Meyer:"Recent Dev
elopment on Microtips Display at LETI", Tech. Dige
stof 4th Int. Vacuum Microelectronics Conf., Nagah
ama,pp.6〜9(1991)]。

【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号公報に開示されている。

【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
に置き換わるものとして注目されている。

【００１９】また、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）、育（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ブラックストライプの黒色体
（不図示）が設けてあり、さらに蛍光膜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】また、Ｄｘ１〜ＤｘｍおよびＤｙ１〜Ｄｙ
ｎ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３１
１９と各々電気的に接続している。

【００２４】また、上記気密器の内部は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３１１７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
に画像のゆがみや視差を生ずる。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）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３１
１８が形成されたフェースプレート３１１７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ないし
Ｄｙｎ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】以上述べた、従来の画
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に耐
圧するため、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。

【００２７】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。

【００２８】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、スペーサ帯電をひきおこす可能性がある。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
ーサ帯電をひきおこす可能性がある。このため、スペー
サ表面に高抵抗膜を施し、除電する工夫をしていた。

【００２９】しかし、電子放出量が大きくなるような状
況で、スペーサが走査信号用配線に垂直に配置されてい
ると、スペーサの面全体が帯電してしまい除電しきれな
くなり、電子ビームのフェースプレート上の位置がず
れ、スペーサ近傍の画像がゆがんで表示される問題があ
った。

【００３０】本発明は上記従来スペーサの欠点を改善す
るものであり、画像のゆがみが小さい画像表示装置を提
供するものである。

【００３１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、以下の構成
を有する画像形成装置により達成される。すなわち、複
数の電子放出素子を複数の行方向配線と複数の列方向配
線でマトリクス状に連結した電子源基板、前記電子源基
板に対向配置され前記電子源より放出された電子を加速
するための加速電極、前記電子源から放出された電子線
が照射されるターゲット（蛍光体）、前記電子源基板と
前記加速電極を真空に維持するための密閉構造を有する
外囲器と、前記外囲器を支持するためのスペーサとを有
する画像形成装置であって、前記スペーサは走査信号用
である行または列方向配様（ここでは行方向とする）に
垂直に配置され、前記スペーサは表面に高抵抗膜を有
し、前記高抵抗膜が前記電子源基板および前記陽極と電
気的に接続されており、前記スペーサには、少なくとも
１つの低抵抗部材が前記電子源基板と前記陽極との間の
電場のなす方向とほぼ垂直方向に沿って設けられている
ことを特徴とする画像形成装置である。

【００３２】ここで、図１を用いて本発明の原理につい
て説明する。図１は本発明の画像形成装置の基本的な構
成を示すスペーサを含む電子源基板の一部の簡略平面図
である。この図１において、３４及び３５は素子電極、
３６は電子放出部を含む導電性薄膜、１３は走査信号用
配線（行方向）、１４は変調信号用配線（行方向）、２
０はスペーサである。

【００３３】以下、本発明に至った考え方を順を追って
説明する。まず、スペーサ２０の近傍から放出された電
子の一部がスペーサ２０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２０に
付着することによりスペーサ帯電が起こる。このために
スペーサ２０の表面に高抵抗膜を施し、除電する工夫を
していた。しかし電子放出量が大きくなるような状況
で、スペーサ２０が走査信号用配線１３に平行に配置さ
れていると、スペーサの面全体が同時に帯電してしまい
除電しきれなくなり、電子ビームのフェースプレート上
の位置がずれ、スペーサ近傍の画像がゆがんで表示され
る問題があった。

【００３４】よって、図１に示すように、スペーサを走
査信号用配線１３に垂直かつ変調信号用配線１４上に配
置することにより、スペーサ２０は常に１ライン分の電
子ビームに依ってしか帯電しなくなる。

【００３５】加えて、図２のスペーサ周辺の概念図に示
すように、帯状電極１６に示すように、スペーサ１に少
なくとも１つの低抵抗部材による帯状電極１６を前記電
子源基板１０１１と前記陽極１０１９との間の電場のな
す方向とほぼ垂直方向に沿って設けることによって、上
記帯電を前記帯状電極１６方向に逃がし、素早く除電で
きるようになる。

【００３６】また、前記帯状電極は前記電子源基板と前
記陽極との間の電場のなす方向と、ほぼ垂直な方向に沿
って、前記スペーサの周囲を一周する形状であるとよ
り、除電能力が向上し好ましい。

【００３７】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。

【００３８】前記冷陰極素子は、電子放出部を含む導
電性膜を一体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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】また、本発明の技術的思想によれば、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。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。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、本発明による実施形態につ
いて、図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００４３】（１）画像表示装置概要次に、本発明を適用した画像表示装置の表示パネルの構
成と製造法について、具体的な例を示して説明する。

【００４４】図３は、実施形態に用いた表示パネルの斜
視図であり、内部構造を示すためにパネルの一部を切り
欠いて示している。

【００４５】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、リアプレ
ート１０１５と、側壁１０１６、フェースプレート１０
１７と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
せるために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、上記気密容器の内容は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。

【００４６】リアプレート１０１５には、基板１０１１
が固定されているが、該基板１０１１上には冷陰極素子
１０１２がＮ×Ｍ個形成されている。ここで、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。基板１０１１と、冷陰極素子１０１２、行方
向配線１０１３、列方向配線１０１４とによって構成さ
れる部分をマルチ電子ビーム源と呼ぶ。

【００４７】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１０１２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。

【００４８】次に、冷陰極素子１０１２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。

【００４９】図４に示すのは、図３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１０２で示すものと同様な表面伝導型放
出素子が配列され、これらの電子は行方向配線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。

【００５０】図４のＢ−Ｂ′に沿った断面を、図５に示
す。図において、１１０１は基板、１１０２，１１０３
は素子電極、１０１３，１０１４は行方向配線と列方向
配線、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。

【００５１】なお、このような構造のマルチ電子ビーム
源は、あらかじめ基板１０１１上に行方向配線１０１
３、列方向配線１０１４、電極間絶縁層（不図示）、お
よび表面伝導型放出素子の電子電極と導電性薄膜を形成
した後、行方向配線１０１３および列方向配線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。

【００５２】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。

【００５３】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６
の（Ａ）に示すようにストライプ状に塗り分けられ、蛍
光体ＲＧＢ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。

【００５４】また、３原色の蛍光体の塗り分け方は、図
６（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６（Ｂ）に示すようなデルタ状配列
や、それ以外の配列、例えば図７（Ｃ）に示す配列であ
ってもよい。

【００５５】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てもよ
い。

【００５６】また、フェースプレート１０１７に対する
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を励起した電子導電路と
して作用させる事などである。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Ａ
ｌを真空蒸着する方法により形成した。なお、蛍光膜１
０１８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。

【００５７】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１０１８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。

【００５８】図２は図３のＡ−Ａ′の上下部分の断面模
式図であり、各部の番号は図３に対応している。スペー
サ１０２０は、絶縁性部材１の表面に低抵抗部材による
電子源基板に平行な電極１６を成膜し、さらにその上に
帯電防止を目的とした高抵抗膜１１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１０１１の表面（行方向配線１０１３また
は列方向配線１０１４）に面したスペーサの当接面３、
及び接する側面部５に低抵抗膜２１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
つ必要な間隔をおいて配置され、フェースプレート１０
１７の内側および基板１０１１の表面に接合材１０４１
により固定される。また、高抵抗膜１１は、絶縁性部材
１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２１および接合材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。

【００５９】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上に電気的に接続
されている。

【００６０】スペーサ１０２０としては、基板１０１１
上の行方向配線１０１３および列方向配線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。

【００６１】スペーサ１０２０の絶縁性部材１として
は、例えば石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少し
たガラス、ソーダライムガラス、アルミナ等のセラミッ
クス部材等が挙げられる。なお、絶縁性部材１はその熱
膨張率が気密容器および基板１０１１を成す部材と近い
ものが好ましい。

【００６２】スペーサ１０２０を構成する高抵抗膜１１
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１１の抵抗値Ｒｓで除した電流（＝Ｖ
ａ／Ｒｓ）が流される。そこで、スペーサの抵抗値Ｒｓ
は帯電防止および消費電力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Ｒ／□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。

【００６３】絶縁材料上に形成された帯電防止膜１１の
厚みｔは１０ｎｍ〜１μｍの範囲が望ましい。材料の表
面エネルギーおよ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、膜はがれの危険
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、以上に述べた表
面抵抗Ｒ／□と膜厚ｔの好ましい範囲から、帯電防止膜
の比抵抗ρは０．１［Ωｃｍ］乃至１０の８乗［Ωｃ
ｍ］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。

【００６４】スペーサ１０２０は、上述したようにその
上に形成した帯電防止膜１１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。帯電防止膜１１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
で増加しつづける。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、帯電防止膜１１の抵抗温度係数は−
１％未満であることが望ましい。

【００６５】帯電防止特性を有する高抵抗膜１１の材料
としては、例えば金属酸化物を用いることが出来る。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。

【００６６】帯電防止特性を有する高抵抗膜１１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
温度係数が−１％未満であり、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。

【００６７】アルミと遷移金属合金の窒化物として、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。

【００６８】また、図２に示すように、スペーサ１０２
０を構成する低抵抗膜２１は、高抵抗膜１１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１０１３，１０
１４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
能を有することが出来る。

【００６９】高抵抗膜１１をフェースプレート１０１
７及び基板１０１１と電気的に接続する。

【００７０】既に記載したように、高抵抗膜１１はスペ
ーサ１０２０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１１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）と直接或いは当接材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、基板１０１１及び当接材１０４１と接
触するスペーサ１０２０の当接面３或いは側面部５に、
低抵抗の中間層を設けた。

【００７１】高抵抗膜１１の電位分布を均一化する。

【００７２】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１
０２０の近傍で電子軌道に乱れが生じないようにする為
には、高抵抗膜１１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１１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）と直接或いは当接材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１１の電位分布が所望
の値からずれてしまう可能性がある。これを避ける為
に、スペーサ１０２０がフェースプレート１０１７及び
基板１０１１と当接するスペーサ端部（当接面３或いは
側面部５）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
１１全体の電位を制御可能とした。

【００７３】放出電子の軌道を制御する。

【００７４】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の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為には、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１０１
７及び基板１０１１と当接する面の側面部５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
制御することが出来る。

【００７５】低抵抗膜２１は、高抵抗膜１１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，Ｃ
ｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等
の金属、あるいは合金、及びＰｄ，Ａｇ，Ａｕ，ＲｕＯ
₂，Ｐｄ−Ａｇ等の金属や金属酸化物とガラス等から構
成される印刷導体、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。

【００７６】接合材１０４１はスペーサ１０２０が行方
向配線１０１３およびメタルバック１０１９と電気的に
接続するように、導電性をもたせる必要がある。すなわ
ち、導電性接着材や、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、図３に示すように、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。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】通常、冷陰極素子である本発明の表面伝導
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１０１２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［ｋ
Ｖ］から１０［ｋＶ］程度である。

【００８２】以上、本発明の実施形態の表示パネルの基
本構成と製法、および画像表示装置の概要を説明した。

【００８３】（２）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。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。

【００８４】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、本発
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。

【００８５】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。

【００８６】（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。

【００８７】（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８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。

【００８８】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。

【００８９】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Ｉｎ₂Ｏ₃，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１１０２，１１０３
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。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】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，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＰｂＯ，Ｓｂ₂Ｏ₃，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。

【００９４】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。

【００９５】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８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。

【００９６】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８においては模式的に示した。

【００９７】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。

【００９８】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８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。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】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［マイクロメーター］とした。

【０１０２】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。

【０１０３】図９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８と同一である。

【０１０４】（１）まず、図９（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。

【０１０５】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、
図９（ａ）に示した一対の素子電極（１１０２と１１０
３）を形成する。

【０１０６】（２）次に、同図（ｂ）に示すように、導
電性薄膜１１０４を形成する。

【０１０７】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。

【０１０８】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。

【０１０９】（３）次に、図９（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１１
０３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。

【０１１０】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。

【０１１１】通電方法をより詳しく説明するために、図
１０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。

【０１１２】本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。

【０１１３】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。

【０１１４】（４）次に、図９（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。

【０１１５】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。

【０１１６】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。

【０１１７】通電方法をより詳しく説明するために、図
１１（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。

【０１１８】図９（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１１１２の動
作を制御する。電流計１１１６で計測された放出電流Ｉ
ｅの一例を図１１（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。

【０１１９】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。

【０１２０】以上のようにして、図９（ｅ）に示す平面
型の表面伝導型放出素子を製造した。なお、通電フォー
ミング処理の場合にも、通電活性化処理工程と同様に、
所定の真空度の雰囲気で行うことにより、好ましくない
素材の混入を防止することができる。

【０１２１】（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。

【０１２２】図１２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。

【０１２３】垂直型の表面伝導型放出素子が先に説明し
た平面型と異なる点は、素子電極のうちの片方（１２０
２）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８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１
２０６の段差高Ｌｓとして設定される。なお、基板１２
０１、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。

【０１２４】次に、垂直型の表面伝導型放出素子の製造
について説明する。図１３（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１２
と同一である。

【０１２５】（１）まず、図１３（ａ）に示すように、
基板１２０１上に素子電極１２０３を形成する。

【０１２６】（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。

【０１２７】（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。

【０１２８】（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。

【０１２９】（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。

【０１３０】（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。
この場合、図９（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。

【０１３１】（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。この場合も、図９（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。

【０１３２】以上のようにして、図１３（ｆ）に示す垂
直型の表面伝導型放出素子を製造した。

【０１３３】（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。

【０１３４】図１４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。

【０１３５】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。

【０１３６】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。

【０１３７】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。

【０１３８】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。

【０１３９】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。

【０１４０】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。

【０１４１】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。

【０１４２】（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。

【０１４３】図４に示すのは、前記図３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８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。

【０１４４】図４のＢ−Ｂ′に沿った断面を、図５に示
す。図５については上記説明した内容と同様である。

【０１４５】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。

【０１４６】（３）駆動回路構成（および駆動方法）図１５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１７０６は
ＮＴＳＣ信号から同期信号を分離する。

【０１４７】以下、図１５の装置各部の機能動作を詳し
く説明する。

【０１４８】まず表示パネル１７０１は、端子Ｄｘ１な
いしＤｘｍおよび端子Ｄｙ１ないしＤｙｎ、および高圧
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１７
０１内に設けられているマルチ電子ビーム源、すなわち
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ないし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、たとえば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。

【０１４９】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Ｄｘ１ないしＤｘｍ
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、実際にはた
とえばＦＥＴのようなスイッチング素子を組合わせる事
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１４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。

【０１５０】また、制御回路１７０３は、外部から同期
信号分離回路１７０６に入力される画像信号に基づい
て、適切な表示が行なわれるように、各部の動作を整合
させる働きをもつものである。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Ｔｓｙｎｃに基づ
いて、各部に対してＴｓｃａｎおよびＴｓｆｔおよびＴ
ｍｒｙの各制御信号を発生する。同期信号分離回路１７
０６は、外部から入力されるＮＴＳＣ方式のテレビ画像
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成
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。

【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。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、Ｉｄｌないし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。

【０１５２】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
したがって適宜ＩｄｌないしＩｄｎの内容を記憶する。
記憶された内容は、Ｉ′ｄｌ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。

【０１５３】変調信号発生器１７０７は、前記画像デー
タＩ′ｄｌないし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Ｄｙｌないし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。

【０１５４】図１４を用いて説明したように、本発明に
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。すなわち、電子放出には明確
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Ｖ
ｔｈ以上の電圧に対しては、図１４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、たとえば
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。

【０１５５】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。

【０１５６】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。

【０１５７】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
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１７０７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加することもできる。

【０１５８】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。

【０１５９】このような構成をとりうる本発明の適用可
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。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。

【０１６０】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。

【０１６１】（４）本発明の画像形成装置の構成本発明はスペーサを用いた平面型の画像形成装置であ
り、図３にその構造概略を示すように（詳細は前述）、
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１０１７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り、前記スペーサは走
査信号用である行または列方向配線（ここでは行方向と
する）に垂直に配置され、前記スペーサは表面の高抵抗
膜を有し、前記高抵抗膜が前記電子源基板および前記陽
極と電気的に接続されており、前記スペーサには、少な
くとも１つの低抵抗部材が前記電子源基板と前記陽極と
の間の電場のなす方向とほぼ垂直方向に沿って設けられ
ていることを特徴とする画像形成装置である。

【０１６２】本発明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１０
１１上の走査信号用配線に垂直でかつ変調信号用配線上
に配置されている。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。

【０１６３】従来は絶縁性スペーサを用いていたため、
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
帯電をひきおこす可能性があった。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ひきおこ
す可能性があった。このスペーサの帯電によりスペーサ
付近の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位置ずれは、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ＮＴＳＣ画像の走査間隔では除電されることはな
い。そこで上記の帯電による電子ビームの軌道ずれの緩
和を図るため、前記スペーサの表面に高抵抗膜を施し除
電する工夫をしていた。しかしながら、冷陰極素子から
の電子放出量が大きくなるような状況で、スペーサが走
査信号用配線に平行に配置されていると、スペーサの面
全体が同時に帯電してしまい除電しきれなくなる。

【０１６４】そこで、前記スペーサを走査信号用配線に
平行に配置するのではなく、走査信号用配線に非平行で
あって、走査信号用配線に垂直にかつ変調信号用配線上
に配置することにより、スペーサ隣接ラインにおいて
は、同時には変調信号用配線に交わる素子列１ラインし
か駆動されず、前記スペーサの帯電が緩和される。加え
て、前記スペーサに少なくとも１つの低抵抗部材による
帯状電極を前記電子源基板と前記陽極との間の電場のな
す方向とほぼ垂直方向に沿って設けることによって、ス
ペーサの局所的な帯電が横方向に拡散され、上記帯電を
前記帯状電極方向に逃がし、素早く除電できるようにな
り有効である。

【０１６５】前記低抵抗部材は高抵抗膜を成膜する前
に、例えば金を真空蒸着し成膜し、必要に応じて所望の
形状になるように、エッチングし形成する。

【０１６６】また、スペーサの電子源基板に面する当接
面、または／かつスペーサの電子源基板に接する側面に
低抵抗膜からなる電極を設けると導電膜と電子源基板の
電気的接続が良好になり望ましい。更に、スペーサのフ
ェースプレートに面する当接面、または／かつスペーサ
のフェースプレートに接する側面に低抵抗膜からなる電
極を設けると導電膜とフェースプレートの電気的接続が
良好になり望ましい。前記低抵抗膜は、絶縁性基板およ
び導電膜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Ｉｎ₂
Ｏ₃−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。この時の接合材（不図
示）はスペーサが電子源基板または／かつフェースプレ
ートと電気的に接続するように、導電性をもたせる必要
がある。すなわち、導電性接着材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。

【０１６７】また、前記帯状電極は前記電子源基板と前
記陽極との間の電場のなす方向とほぼ垂直な方向に沿っ
て、前記スペーサの周囲を一周する形状であるとより除
電能力が向上し好ましい。

【０１６８】また、本発明画像形成装置の電子放出素子
は表面伝導型冷陰極素子に限らず、ほかの冷陰極素子で
あっても同じ効果が得られる。

【０１６９】更に、特に前記冷陰極電子放出素子が平面
型の場合、前記冷陰極電子放出素子の１対の素子電極の
向かい合う方向が、前記スペーサの乗る前記変調信号用
配線に平行であると、前記スペーサが正常である電子ビ
ーム軌道の妨げにならず好ましい。

【０１７０】

【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳述
する。

【０１７１】本実施例および比較例においては、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＝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３および図４参照）したマルチ電子ビーム源を用い
た。

【０１７２】ここでフェースプレート側の陽極と電子源
基板の間に印加する電圧をアノード電圧、素子電極対に
印加する電圧を駆動電圧、電子放出素子からの放出電流
をエミッション電流とする。

【０１７３】（比較例１）比較例１について、図１６を
用いて説明する。図１６はパネル内部の概略平面図であ
る。ここで、１３は走査信号用配線、１４は変調信号用
配線、２，３は素子電極、５は電子放出部を含む薄膜
（素子部）、２０はスペーサである。ここで、スペーサ
２０は走査信号用配線１３上に配置されている。また、
フェースプレート−電子源基板間距離は３ｍｍ、走査信
号用配線は７００μｍ間隔である。スペーサには高抵抗
膜として酸化ニッケルを成膜しており、表面抵抗は約１
０の９乗［Ω／□］、スペーサの電子源基板に接する側
面の低抵抗電極（不図示）の高さ１００μｍで、走査信
号用配線１３上に走査信号用配線と平行に配置されてい
る。また、図中→はある瞬間に駆動されているラインを
示す。

【０１７４】この時、アノード電極３ｋＶ、駆動電圧１
４Ｖで駆動すると、１素子当たりのエミッション電流が
約３μＡで、その時のスペーサの最近接の素子列（図中
灰色の素子列）からの電子ビームはフェースプレート上
でスポットが確認できないほどスペーサ側にずれてい
た。

【０１７５】（比較例２）本比較例が比較例１と異なる
のは、スペーサの高抵抗膜として表面抵抗が約１０の１
２乗［Ω／□］の酸化ニッケルを用いたことである。

【０１７６】この時、アノード電圧３ｋＶ、駆動電圧１
４Ｖで駆動すると、１素子当たりのエミッション電流が
約３μＡで、その時のスペーサに最近接の素子列から放
出された電子ビームはフェースプレート上でスポットが
確認できないほどスペーサ側にずれていた。

【０１７７】（実施例１）図１を用いて説明する。ここ
で１３は走査信号用配線、１４は変調信号用配線、３
４，３５は素子電極、３６は電子放出部を含む薄膜（素
子部）、２０はスペーサである。ここで、スペーサ２０
は、変調信号用配線１４上に配置されている。また、フ
ェースプレート−電子源基板間距離は３ｍｍ、変調信号
用配線間隔は７００μｍ、スペーサには低抵抗部材をフ
ェースプレート−電子源基板間のほぼ中央になる位置に
約１００μｍの幅でスペーサを一周するように作製し、
さらに高抵抗膜として厚さ１０００オングストロームの
酸化ニッケルを、電子ビーム法を用いたイオンプレーテ
ィングによって酸素雰囲気中で成膜してあり、表面抵抗
は約１０の９乗［Ω／□］、スペーサの電子源基板に接
する側面の低抵抗電極（不図示）の高さは１００μｍ
で、比較例と異なるのはスペーサ２０が走査信号用配線
１３と垂直かつ変調信号用配線１４上に配置されている
ことである。さらに、これに付随して走査信号用配線１
３と変調信号用配線１４の上下を逆転し、素子電極の向
かい合う方向も９０度向きを変え、スペーサ２０と平行
になるようにしている。また、図中→はある瞬間に駆動
されているラインを示す。

【０１７８】この時、アノード電圧３ｋＶ、駆動電圧１
４Ｖで駆動し、１素子当たりのエミッション電流が約３
μＡで、その時のスペーサの最近接の素子（図中灰色の
素子）からの電子ビームのフェースプレート到達位置
（可視スポットの中心）は設計位置よりもスペーサ側に
約１５０μｍずれていたが、比較例１に対して改善され
ている。

【０１７９】（実施例２）本実施例が実施例１と異なる
のはスペーサの高抵抗膜として厚さ１０００オングスト
ロームの酸化ニッケルを電子ビーム法を用いたイオンプ
レーティングによってアルゴン雰囲気中で成膜した点で
ある。この高抵抗膜の表面抵抗は約１０の１２乗［Ω／
□］であった。

【０１８０】この時、アノード電圧３ｋＶ、駆動電圧１
４Ｖで駆動し、１素子当たりのエミッション電流が約３
μＡで、その時のスペーサの最近接の素子からの電子ビ
ームのフェースプレート上の到達位置は設計位置よりも
スペーサ側に約２５０μｍずれていたが比較例２に対し
て改善されている。

【０１８１】（実施例３）本実施例が実施例１と異なる
のは低抵抗部材を１ｍｍ間隔で２ラインを幅１００μｍ
でスペーサを一周するように作製したことである。

【０１８２】この時、実施例１と同様の効果が得られ、
比較例１に対して電子ビームの位置ずれが改善されてい
る。

【０１８３】（実施例４）本実施例が実施例２と異なる
のは低抵抗部材を１ｍｍ間隔で２ラインを幅１００μｍ
でスペーサを一周するように作製したことである。

【０１８４】この時、実施例２と同様の効果が得られ、
比較例２に対して電子ビームの位置ずれが改善されてい
る。

【０１８５】

【発明の効果】以上説明したように、走査信号用配線と
スペーサが垂直に配置されているため、スペーサは同時
に複数の素子による帯電はせず、また、スペーサの長手
方向の低抵抗部材による帯状電極によって局部の帯電を
電子源基板やフェースプレートに平行な方向に除電でき
るため、電子ビームのフェースプレート上での位置ずれ
が抑えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像表示装置の概略平面図である。

【図２】本発明の実施例である表示パネルのＡ−Ａ′断
面図である。

【図３】本発明の実施例である画像表示装置の、表示パ
ネルの一部を切り欠いて示した斜視図である。

【図４】本発明の実施例で用いたマルチ電子ビーム源の
基板の平面図である。

【図５】本発明の実施例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６】本発明の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７】本発明の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８】本発明の実施例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９】本発明の平面型の表面伝導型放出素子の製造工
程を示す断面図である。

【図１０】本発明の通電フォーミング処理の際の印加電
圧波形である。

【図１１】本発明の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）である。

【図１２】本発明の実施例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１３】本発明の垂直型の表面伝導型放出素子の製造
工程を示す断面図である。

【図１４】本発明の実施例で用いた表面伝導型放出素子
の典型的な特性を示すグラフである。

【図１５】本発明の実施例である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１６】実施例比較のために用いた比較例の電子ビー
ム源の平面図である。

【図１７】従来知られた表面伝導型放出素子の一例であ
る。

【図１８】従来知られたＦＥ型素子の一例である。

【図１９】従来知られたＭＩＭ型素子の一例である。

【図２０】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。

【符号の説明】

１絶縁性部材３電子源基板に面したスペーサの当接面５電子源基板に接するスペーサの側面１１高抵抗膜１６低抵抗部材１３走査信号用配線１４変調信号用配線１５基板を含むリアプレート２０スペーサ２１抵抵抗膜２９蛍光体とメタルバックを含むフェースプレート３４素子電極３６電子放出部４０層間絶縁層１１１素子１１２電子線１０１１基板１０１２冷陰極素子１０１３行方向配線１０１４列方向配線１０１５リアプレート１０１６側壁１０１７フェースプレート１０１８蛍光体１０１９メタルバック１０２０スペーサ１１０１基板１１０２，１１０３素子電極１１０４導電性薄膜１１０５電子放出部１１１３薄膜１０１０黒色導電材１０４１接合材１１１０フォーミング用電源１１１１電流計１１１２活性化用電源１１１４アノード電極１１１５直流高電圧電源１１１６電流計１２０１基板１２０２，１２０３素子電極１２０４導電性薄膜１２０５電子放出部１２０６段差形成部材１７０１表示パネル１７０２走査回路１７０３制御回路１７０４シフトレジスタ１７０５ラインメモリ１７０６同期信号分離回路１７０７変調信号発生器３００１基板３００４導電性薄膜３００５電子放出部３０１０基板３０１１エミッタ配線３０１２エミッタコーン３０１３絶縁層３０１４ゲート電極３０２０基板３０２１，３０２３電極３０２２絶縁層３１１１基板３１１２冷陰極素子３１１３行方向配線３１１４列方向配線３１１５リアプレート３１１６側壁３１１７フェースプレート３１１８蛍光体３１１９メタルバック３１２０スペーサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の冷陰極型電子放出素子を複数の走
査信号用配線と、前記走査信号用配線と交差する複数の
変調信号用配線とで連結した電子源基板と、透明基板の
内面に蛍光膜と陽極を形成されたフェースプレートとを
スペーサを介して対向させた構造を有する画像形成装置
において、前記スペーサは表面に高抵抗膜を有し、前記高抵抗膜が
前記電子源基板および前記陽極と電気的に接続されてお
り、かつ前記スペーサはその長手方向が前記走査信号用
配線に非平行になるように前記電子源基板と前記陽極と
の間に配置されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】請求項１に記載の画像形成装置におい
て、前記スペーサは、少なくとも１つの低抵抗部材が前
記電子源基板と前記陽極との間の電場のなす方向とほぼ
垂直方向に沿って設けられていることを特徴とする画像
形成装置。
【請求項３】前記少なくとも１つの低抵抗部材は、前
記電子源基板と前記陽極との間の電場のなす方向とほぼ
垂直な方向に沿って、前記スペーサの周囲を一周する形
状であることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装
置。
【請求項４】前記少なくとも１つの低抵抗部材は、前
記電子源基板と前記陽極との間の電場のなす方向とほぼ
垂直な方向に沿って、前記走査信号用配線にほぼ垂直で
ある前記スペーサの長手方向に形成されることを特徴と
する請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項５】請求項１に記載の画像形成装置におい
て、前記スペーサのフェースプレートに接する側面およ
び／または前記スペーサのフェースプレートに面する当
接面に電極を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】請求項１に記載の画像形成装置におい
て、前記スペーサの前記電子源基板に接する側面および
／または前記スペーサの前記電子源基板に面する当接面
に電極を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】請求項１に記載の画像形成装置におい
て、前記冷陰極型電子放出素子が表面伝導型電子放出素
子であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】請求項１に記載の画像形成装置におい
て、前記冷陰極型電子放出素子が平面型であり、前記冷
陰極型電子放出素子の１対の素子電極の向かい合う方向
が、前記スペーサ型と平行であることを特徴とする画像
形成装置。
【請求項９】請求項１に記載の画像形成装置におい
て、前記スペーサは矩形形状であることを特徴とする画
像形成装置。