JPH10188862A

JPH10188862A - 画像表示装置

Info

Publication number: JPH10188862A
Application number: JP34630396A
Authority: JP
Inventors: Naohito Nakamura; 尚人中村; Hideaki Mitsutake; 英明光武
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-12-25
Filing date: 1996-12-25
Publication date: 1998-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】電子ビームの軌道を安定させることにより、
高品位の画像を形成する画像表示装置を提供する。【解決手段】基板１００１上に形成された電極間に電
子放出部を有する電子放出素子１００２が、行列状に複
数配置され、電極のそれぞれが行方向配線と列方向配線
に接続される電子源と、その基板と対向して配置され、
電子放出素子１００２から放出された電子の照射を受け
て発光して画像を形成する蛍光体が内面に塗布されたフ
ェースプレート１００７と、電子放出部から蛍光体ヘの
電子ビームの照射を妨げない電子通過孔を有する格子電
極１を基板とフェースプレートとの間に備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動画等の表示に最
適な画像表示装置、特に、表面伝導形電子放出素子を多
数個備える平面型の画像表示装置に関する。

【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 E-ng.ElectronPhys.,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.D
ittmer:“Thin Solid Films”,9,317(1972)]や、Ｉｎ2
Ｏ3／ＳｎＯ2薄膜によるもの[M.Hartwell and C.G.Fons
tad:“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素子構成の
典型的な例として、図１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。

【０００６】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。

【０００７】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
３００５を形成することである。

【０００８】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。

【０００９】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,“Phys
icalproperties of thin-film field emission cathode
s with molybdenium cones”, J.Appl.Phys., 47,5248
(1976)などが知られている。

【００１０】ＦＥ型の素子構成の典型的な例として、図
２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。

【００１１】また、ＦＥ型の他の素子構成として、図２
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。

【００１２】また、ＭＩＭ型の例としては、たとえば、
C.A.Mead,“Operationof tunnel-emission Devices”,
J.Appl. Phys., 32,646(1961)などが知られている。Ｍ
ＩＭ型の素子構成の典型的な例を図３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８０〜３０
０オングストローム程度の金属よりなる上電極である。
ＭＩＭ型においては、上電極３０２３と下電極３０２１
の間に適宜の電圧を印加することにより、上電極３０２
３の表面より電子放出を起こさせるものである。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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ＵＳＰ４，９０４，８
９５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 Development on Microtips Display at LET
I”, Tech.Digest of 4th Int. Vacuum Microele-ctron
ics Conf.,Nagahama,pp.6〜9(1991)] また、ＭＩＭ型を多数個並べて画像表示装置に応用した
例は、たとえば、本出願人による特開平３−５５７３８
に開示されている。

【００１９】

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

【００２０】発明者らは、たとえば、図４に示す電気的
な配線方法によるマルチ電子ビーム源を試みてきた。す
なわち、冷陰極素子を２次元的に多数個配列し、これら
の素子を図示のようにマトリクス状に配線したマルチ電
子ビーム源である。

【００２１】図中、４００１は冷陰極素子を模式的に示
したもの、４００２は行方向配線、４００３は列方向配
線である。行方向配線４００２および列方向配線４００
３は、実際には有限の電気抵抗を有するものであるが、
図においては、配線抵抗４００４および４００５として
示されている。上述のような配線方法を、単純マトリク
ス配線と呼ぶ。

【００２２】なお、図示の便宜上、６×６のマトリクス
で示しているが、マトリクスの規模はむろんこれに限っ
たわけではなく、たとえば、画像表示装置用のマルチ電
子ビーム源の場合には、所望の画像表示を行うのに足り
るだけの素子を配列し配線するものである。

【００２３】冷陰極素子を単純マトリクス配線したマル
チ電子ビーム源においては、所望の電子ビームを出力さ
せるため、行方向配線４００２および列方向配線４００
３に適宜の電気信号を印加する。たとえば、マトリクス
の中の任意の１行の冷陰極素子を駆動するには、選択す
る行の行方向配線４００２には選択電圧Ｖｓを印加し、
同時に非選択の行の行方向配線４００２には非選択電圧
Ｖｎｓを印加する。これと同期して列方向配線４００３
に電子ビームを出力するための駆動電圧Ｖｅを印加す
る。この方法によれば、配線抵抗４００４および４００
５による電圧降下を無視すれば、選択する行の冷陰極素
子には、（Ｖｅ−Ｖｓ）の電圧が印加され、また、非選
択行の冷陰極素子には（Ｖｅ−Ｖｎｓ）の電圧が印加さ
れる。Ｖｅ，Ｖｓ，Ｖｎｓを適宜の大きさの電圧にすれ
ば、選択する行の冷陰極素子だけから所望の強度の電子
ビームが出力されるはずであり、また、列方向配線の各
々に異なる駆動電圧Ｖｅを印加すれば、選択する行の素
子の各々から異なる強度の電子ビームが出力されるはず
である。また、駆動電圧Ｖｅを印加する時間の長さを変
えれば、電子ビームが出力される時間の長さも変えるこ
とができるはずである。

【００２４】したがって、冷陰極素子を単純マトリクス
配線したマルチ電子ビーム源はいろいろな応用可能性が
あり、たとえば、画像情報に応じた電気信号を適宜印加
すれば、画像表示装置用の電子源として好適に用いるこ
とができる。

【００２５】しかしながら、冷陰極素子を単純マトリク
ス配線したマルチ電子ビーム源には、実際には以下に述
べるような問題が発生していた。

【００２６】図５は冷陰極素子を単純マトリクス配線し
たマルチ電子ビーム源の模式図である。

【００２７】接続電極４００６と４００７とにより、そ
れぞれ行方向配線４００２と列方向配線４００３に電気
的に接続された素子電極４００８間に電子放出部４００
９が形成され一つの冷陰極素子４００１が構成されてい
る。

【００２８】前述したように、単純マトリクス構成で
は、上記配線電極及び該配線電極と接続された冷陰極素
子だけで、任意の素子のＯＮ／ＯＦＦを制御でき、非常
に簡単な構成で画像表示用に好適な電子源が得られる。

【００２９】このような電子源を画像表示装置に用いる
場合は、該電子源の照射により画像を形成する画像形成
部材（通常蛍光体）を電子源と対向して配置し、該画像
形成部材と一体に加速電極を形成し、加速電圧を印加し
て電子ビームのターゲット電位を与えることで電子ビー
ムを画像形成部材に衝突させ発光させるのが通常であ
る。ところが、このような行列配線に接続された冷陰極
素子が形成された基板と、該基板と対向して配置される
内面に蛍光体が塗布されたフェースプレートという構成
要素のみで画像表示装置を構成すると、電子ビームの軌
道や蛍光体面に当たった時のサイズ（以下、ビームスポ
ットサイズ、あるいは、単にスポットサイズと言う）
が、時間とともに変化したり、変動したりする問題が生
じていた。

【００３０】特に、電子ビームのサイズが大きくなるこ
とが多く生じており、これら電子ビームの位置の変化や
スポットサイズの変化は、特に、蛍光体をＲ，Ｇ，Ｂ３
原色に塗り分け、電子源から放出された電子ビームを所
望の色の蛍光体に照射しカラー画像を形成するカラー画
像表示装置では、多色の蛍光体にビームがずれて発光さ
せることにより、色ムラや色純度の低下の原因となり、
問題であった。

【００３１】また、蛍光体が全面ベタで塗布されたモノ
クローム画像表示装置の場合においても、電子ビームの
位置ズレや、スポットサイズの変化は解像度の低下や画
像の揺れを生じて、問題であった。

【００３２】本発明は上記従来の問題を解決するための
ものである。

【００３３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の画像表示装置は以下の構成を備える。

【００３４】即ち、基板上に形成された電極間に電子放
出部を有する電子放出素子が、行列状に複数配置され、
前記電極のそれぞれが行方向配線と列方向配線に接続さ
れる電子源と、前記基板と対向して配置され、前記電子
放出素子から放出された電子の照射を受けて発光して画
像を形成する蛍光体が内面に塗布されたフェースプレー
トと、前記電子放出部から前記蛍光体ヘの電子ビームの
照射を妨げない電子通過孔を有する格子電極を前記基板
と前記フェースプレートとの間に備え、前記電子通過孔
は前記基板の表面抵抗が１０の７乗Ω／□以下の領域の
略真上に設けられている。

【００３５】

【発明の実施の形態】はじめに、本発明の実施の形態の
画像表示装置のポイントを要約した後に、その詳細な説
明に入るものとする。

【００３６】本発明の実施の形態の画像表示装置は、基
板上に形成された電極間に電子放出部を有す冷陰極型電
子放出素子が、行列状に複数配置され、該電極のそれぞ
れが行方向配線と列方向配線の接続されて形成される電
子源と、該電子源が作製された基板と対向して配置さ
れ、前記複数の冷陰極電子放出素子から放出された電子
の照射を受けて発光し画像を形成する蛍光体が内面に塗
布されたフェースプレートとを少なくとも有するもので
あって、該電子源から蛍光体ヘの電子ビームの照射を妨
げない電子通過孔を有し、表面抵抗が１０の７乗Ω／□
以下であり、かつ、一定の電位が印加される格子電極が
前記電子源が作製された基板とフェースプレートとの間
に配置されていることにより、該基板の鉛直上方から該
基板を見た時、少なくとも、該複数の電子源が作製され
ている面積内では、基板上露出面の表面抵抗は１０の７
乗Ω／□以下であることを特徴とする。

【００３７】また、前記格子電極と前記素子基板との距
離をｄ、前記フェースプレートと前記素子基板との距離
をＤとする時、ｄ≦（１／１０）Ｄであることを特徴と
し、さらに、前記格子電極に印加される一定電位をＶ
ｇ、フェースプレート内面に印加される電子ビーム加速
電位をＶａとする時、Ｖｇ≦（１／１０）Ｖａであるこ
とを特徴とする。

【００３８】さらに、前記電子放出素子は、極型電子放
出素子、特に、表面伝導型電子放出素子であることが望
ましい。

【００３９】前述した電子ビームの位置ずれやスポット
サイズの変化の原因は、素子を作製した基板表面上の絶
縁面ヘの不測の電荷、特に、正電荷が滞留することによ
ると、発明者らは実験の結果から考えている。

【００４０】単純マトリクス構成では、前述のように行
列配線の各々に選択／非選択電圧か駆動電圧かが印加さ
れ、任意の素子から電子放出させるため、図５では省略
しているが、少なくとも、行方向配線と列方向配線との
交点Ａは電気的に絶縁されるよう絶縁層が形成されてい
る。

【００４１】また、それ以外（絶縁層にて層構造にて絶
縁される場合以外）でも、行方向／列方向配線、及び、
素子電極とが、所定の電気的接続を成す電極以外と短絡
しないように、図中Ｂのように基板上平面的に離間して
配置される必要がある。

【００４２】いずれにせよ、電子ビームのターゲットと
なる蛍光体面（フェースプレート内面）から見て、電子
源を作製した基板上には従来のことが避けられない。特
に、単純マトリクス構造の画像表示装置では、絶縁層が
存在する。

【００４３】また、電子ビームを用いる画像表示装置の
場合、当然、その装置の内部は真空であることが必要で
あり、装置内は通常、１０×ｅの−６乗トール(torr)以
上に真空度となっているが、このような真空度において
も、残留する気体分子は、真空中にかなり存在し、それ
らの残留残留気体分子のうち、電子ビームと衝突するこ
とにより、電離しイオン化するものが、ある確率で存在
する。

【００４４】これらイオンのうち、負イオンは、電子と
同じ方法に加速され、蛍光面に達し、加速電極に流れる
が、正イオンは、電子ビーム加速電界と逆方向、即ち、
素子を作製した基板側に加速される。

【００４５】しかも、イオンの質量は、電子に比べ非常
に重いため、電子放出素子の電子放出部近傍の電界（選
択電圧と駆動で電圧とによって生じる電界）の影響を受
け曲がることがほとんどないまま、素子基板に達する。

【００４６】従って、フェースプレート側から見て、素
子基板上に絶縁層や絶縁表面が存在する場合、そこに向
かって加速され衝突する正イオンは、ある確率で存在す
る。単位時間あたり絶縁表面に衝突するイオンは、真空
度を良くするほど、減らすことは可能だが、一度絶縁表
面に衝突したイオンの移動度は非常に近いため、長時間
装置の駆動を行えば、やはり、正イオンが絶縁表面上に
たまり、帯電現象が発生する。

【００４７】実際、上記を裏付けるように、発明者らの
実験によると、単位時間あたりの電子の発生量と、ビー
ムスポットサイズが変化するのに要する時間とは対応し
ており、電子量を増やすと、ビームスポットサイズの変
化は、速く進む。また、一度ビームスポットサイズが変
化した状態で、電子の放出をやめ、その後加速電圧をオ
フし、１時間後、加速電圧を印加してから、電子を放出
させると、ビームスポットの変化（位置、あるいはサイ
ズ）は元のままであった。しかるに、電子ビームを放出
したまま（電子放出素子を駆動したまま）、加速電圧を
ゆっくりと下げ０Ｖとし、その後、電子放出をやめた条
件で、再度加速電圧を印加、電子放出開始の順に行い、
電子ビームスポットの状態を観察すると、ビームスポッ
トは、帯電が生じていない（変化する前の）スポット位
置とサイズであり、その後、徐々にスポットサイズが変
化した。

【００４８】上述の実験の後半に述べた部分は、電子が
放出した状態で、加速電圧を下げていくと、電子は帯電
していた正イオンにシャワー状に衝突し、その電荷を中
和したものと、発明者らは考えている。

【００４９】以上から、発明者らは、素子基板上の絶縁
表面上に正イオンがたまり、帯電することが、単純マト
リクス素子構成を用いた画像表示装置において、電子ビ
ームスポットサイズの位置や大きさが変化する原因と考
え本発明を成すに至った。

【００５０】すなわち、本発明においては、単純マトリ
クス素子構成を用いた画像表示装置において、行列配線
の絶縁性を確保しながら、簡単な構成で、上記問題を解
決するため、素子が作製された基板と、フェースプレー
トとの間に、該電子放出素子から放出された電子ビーム
の蛍光体への照射を妨げない電子通過孔を有し、表面抵
抗が１０の７乗Ω／□以下であり、かつ、一定の電位が
印加される格子電極を配置し、素子基板の延長上方、フ
ェースプレート側から該基板を見た時、少なくとも電子
放出素子が作製されている面積内では、基板上露出面の
表面抵抗を１０の７乗／□以下であるようにし、電子ビ
ームの飛翔中に発生した正イオンが素子基板上に滞留し
ないようにし、電子ビームの軌道を安定化させたもので
ある。

【００５１】また、前記格子電極は、上記目的のため、
素子基板とフェースプレートとの間のどこにあっても良
いものではなく、前記格子電極と素子基板との距離を
ｄ、フェースプレート素子基板との距離をＤとする時、
ｄ≦（１／１０）Ｄであることが、素子基板上にイオン
が滞留しないために必要であり、また、格子電極に印加
される一定電位をＶｇ、フェースプレート内面に印加さ
れる電子ビーム加速電位をＶａとするとき、Ｖｇ≦（１
／１０）Ｖａであることが必要であった。

【００５２】以下、本発明の実施の形態の画像表示方法
とその装置の詳細な説明を行う。

【００５３】［実施の形態１］本発明の第一の実施の形
態の画像表示装置は、その斜視図を図６に示すように、
後述する方法で作製した基板１００１とフェースプレー
ト１００７との間に、素子基板上の表面抵抗が１０の７
乗Ω／□以上の絶縁表面がフェースプレート側から見て
まったく存在しないように、格子電極１が配置されてい
る。

【００５４】図７は、格子電極１の構成を示す図であ
る。また、図８は、この格子電極１を図６に示す位置に
配置したとき、基板の一部を、基板の直上、フェースプ
レート方向から見た拡大図である。図８に示したよう
に、後述する方法で作製された単純マトリクス構成の複
数の表面伝導型電子放出素子（図９）の電子放出部を形
成する抵抗が１０の３乗から７乗Ω／□の導電膜１１０
４と電子放出部１１０５のみが電子通過孔２から見える
以外、素子基板はフェースプレートからは見えず、それ
以外の部分は格子電極１にて覆われている。格子電極１
は、フェースプレートや素子を作成する基板に用いたソ
ーダ石灰ガラスと熱膨張率が近い４２６合金を用い、そ
の熱さは１００μｍとしたが、これは、金属板であるか
らその表面抵抗は十分低く、なんらかの電源等に接続さ
れていれば正イオン等の荷電粒子が滞ることはない。

【００５５】本実施の形態に於いては、容器外端子Ｈｇ
（図６）を通じ、外部電源から所望の電圧が印加され
る。

【００５６】また、格子電極１は、素子基板１００１か
らファイバ状の硝子を介して基板から格子電極下面まで
１００μｍの高さに設置した。

【００５７】本実施の形態においては、素子基板１００
１とフェースプレート１００７の内面との距離を５ｍｍ
とし、電子ビーム加速電圧（Ｖａ）として５ｋＶを印加
した。この時、格子電極１には、格子電極１がない場合
と比べ、素子基板〜フェースプレート間の電場がなるべ
く変化しないようにすることを目的とし、外部電源から
容器外端子Ｈｇを通じて、１５０Ｖ印加した。これは、
格子電極がないときの格子電極中心（素子基板から１５
０μｍ上方）の電位に等しい。

【００５８】上記格子電極の位置は、素子基板〜フェー
スプレート間のどこでも良いというわけではない。とい
うのは、格子電極が素子基板に対しあまりに上方にある
場合、電子放出素子から放出された電子ビームは、フェ
ースプレートに向かって加速される途中の格子基板が配
置された高さまで達するまでにかなりの運動エネルギー
を持つようになっているから、すでに、格子電極の位置
に達するまでに、残留ガスをイオン化してしまい、この
うち正イオンは基板方向に加速され素子基板の絶縁表面
に付着、滞ってしまうため、本発明の効果がなくなって
しまうからである。

【００５９】発明者らは、実験から、正イオンの帯電を
防ぐための格子電極の位置としては、素子基板とフェー
スプレートとの距離をＤとし、素子基板と格子電極の中
心との距離をｄとしたとき、少なくともｄ≦（１／１０）Ｄ …（式１）であることが必要であることがわかった。

【００６０】この時、電子ビームの軌道が格子電極の設
置により乱され、所望の蛍光体に照射されないこと、及
び、電子ビームが格子電極の高さに達するまでに残留ガ
スを高い確率で電離するエネルギーに達しないことを考
慮し、格子電極に印加される電圧Ｖｇは、フェースプレ
ートに印加される電子ビーム加速電圧Ｖａに対し、Ｖｇ≦（１／１０）Ｖａ …（式２）とする必要がある。

【００６１】本実施の形態では、上記において、Ｄ＝
０．１ｍｍ，ｄ＝５ｍｍ，Ｖａ＝５０００Ｖ，Ｖｇ＝１
５０Ｖであるから、（式１），（式２）の条件を十分満
たしている。

【００６２】（表示パネルの構成と製造法）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。

【００６３】図６は、実施の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１部を切
り欠いて示している。

【００６４】図中、１００５はリアプレート、１００６
は側壁、１００７はフェースプレートであり、１００５
〜１００７により表示パネルの内部を真空に維持するた
めの気密容器を形成している。気密容器を組み立てるに
あたっては、各部材の接合部に十分な強度と気密性を保
持させるため封着する必要があるが、たとえば、フリッ
トガラスを接合部に塗布し、大気中あるいは窒素雰囲気
中で、摂氏４００〜５００度で１０分以上焼成すること
により封着を達成した。気密容器内部を真空に排気する
方法については後述する。

【００６５】リアプレート１００５には、基板１００１
が固定されているが、該基板上には冷陰極素子１００２
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。本実施の形態におい
ては、Ｎ＝３０７２，Ｍ＝１０２４とした）。前記Ｎ×
Ｍ個の冷陰極素子は、Ｍ本の行方向配線１００３とＮ本
の列方向配線１００４により単純マトリクス配線されて
いる。前記、１００１〜１００４によって構成される部
分をマルチ電子ビーム源と呼ぶ。

【００６６】なお、マルチ電子ビーム源の製造方法や構
造については後で詳しく述べる。

【００６７】本実施の形態においては、気密容器のリア
プレート１００５にマルチ電子ビーム源の基板１００１
を固定する構成としたが、マルチ電子ビーム源の基板１
００１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１
００１自体を用いてもよい。

【００６８】基板１００１の上方には、基板との距離ｄ
を一定に保つよう、ガラス材等のスペーサを介して格子
電極１が位置決めされ、固定されている。また、フェー
スプレート１００７の下面には、蛍光膜１００８が形成
されている。

【００６９】本実施の形態はカラー表示装置であるた
め、蛍光膜１００８の部分にはＣＲＴの分野で用いられ
る赤、緑、青、の３原色の蛍光体が塗り分けられてい
る。各色の蛍光体は、たとえば図１０（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
ことや、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。また、３
原色の蛍光体の塗り分け方は前記図１０（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１０（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。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１００
８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。

【００７０】また、蛍光膜１００８のリアプレート側の
面には、ＣＲＴの分野では公知のメタルバック１００９
を設けてある。メタルバック１００９を設けた目的は、
蛍光膜１００８が発する光の一部を鏡面反射して光利用
率を向上させることや、負イオンの衝突から蛍光膜１０
０８を保護することや、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ことや、蛍光膜１００８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１００９は、蛍光膜１００８をフェー
スプレート基板１００７上に形成した後、蛍光膜表面を
平滑化処理し、その上にＡｌを真空蒸着する方法により
形成した。なお、蛍光膜１００８に低電圧用の蛍光体材
料を用いた場合には、メタルバック１００９は用いな
い。

【００７１】また、本実施の形態では用いなかったが、
加速電圧の印加用や蛍光膜の導電性向上を目的として、
フェースプレート基板１００７と蛍光膜１００８との間
に、たとえば、ＩＴＯを材料とする透明電極を設けても
よい。

【００７２】また、Ｄx1〜ＤxM、および、Ｄy1〜ＤyN、
およびＨｖ，Ｈｇは、当該表示パネル及び格子電極と不
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１００３と、Ｄy1〜ＤyNはマルチ
電子ビーム源の列方向配線１００４と、Ｈｖはフェース
プレートのメタルバック１００９と電気的に接続してい
る。

【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［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、たとえ
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［to
rr］の真空度に維持される。

【００７４】以上、本発明実施の形態の表示パネルの基
本構成と製法を説明した。

【００７５】次に、前記実施の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。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】そこで、上記実施の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。

【００８０】以下、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。

【００８１】（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。（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１１（ａ）（ｂ）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，それぞれ平面図お
よび断面図である。図中、１１０１は基板、１１０２と
１１０３は素子電極、１１０４は導電性薄膜、１１０５
は通電フォーミング処理により形成した電子放出部、１
１１３は通電活性化処理により形成した薄膜である。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より数十マイクロメータの
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，Ｉｎ2Ｏ3，ＰｂＯ，Ｓｂ2Ｏ3などをはじめとす
る酸化物や、ＨｆＢ2，ＺｒＢ2，ＬａＢ6，ＣｅＢ6，Ｙ
Ｂ4，ＧｄＢ4などをはじめとする硼化物や、ＴｉＣ，Ｚ
ｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣなどをはじめとす
る炭化物や、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ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１１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。

【００９０】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１１において
は模式的に示した。

【００９１】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。

【００９２】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
とするのがより好ましい。

【００９３】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１１においては模式
的に示した。また、平面図（図１１（ａ））において
は、薄膜１１１３の一部を除去した素子を図示した。

【００９４】以上、好ましい素子の基本構成を述べた
が、実施の形態においては以下のような素子を用いた。

【００９５】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］とした。

【００９６】微粒子膜の主要材料として，Ｐｄもしくは
ＰｄＯ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。

【００９７】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１２（ａ）〜（ｅ）
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１１と同一である。

【００９８】１）まず、図１２（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。形成するにあたっては、あらかじめ，基板１１０
１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１２
（ａ）に示した一対の素子電極（１１０２と１１０３）
を形成する。

【００９９】２）次に、図１２（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，図１２
（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、本実施の形態では主要元素としてＰｄを用
いた。また、実施の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、本実施の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、図１２（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。

【０１０３】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。

【０１０４】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。

【０１０５】通電方法をより詳しく説明するために、図
１３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、本実施の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
モニタするためのモニタパルス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。

【０１０６】本実施の形態においては、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回の割合で、モニタパルス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。

【０１０７】なお、上記の方法は、本実施の形態の表面
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。

【０１０８】４）次に、図１２（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。

【０１０９】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１１
１３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１０
０倍以上に増加させることができる。

【０１１０】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。

【０１１１】通電方法をより詳しく説明するために、図
１４（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。本実施の形態においては、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
実施の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。

【０１１２】図１２（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。

【０１１３】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
Ｉｅの一例を図１４（ｂ）に示すが、活性化電源１１１
２からパルス電圧を印加しはじめると、時間の経過とと
もに放出電流Ｉｅは増加するが、やがて飽和してほとん
ど増加しなくなる。このように、放出電流Ｉｅがほぼ飽
和した時点で活性化用電源１１１２からの電圧印加を停
止し、通電活性化処理を終了する。

【０１１４】なお、上述の通電条件は、本実施の形態の
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】以上のようにして、図１２（ｅ）に示す平
面型の表面伝導型放出素子を製造した。

【０１１６】（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。

【０１１７】図１５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。

【０１１８】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、図１１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１２０
２および１２０３、微粒子膜を用いた導電性薄膜１２０
４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１２
０６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。

【０１１９】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１６（ａ）〜（ｆ）は、製造工程
を説明するための断面図で、各部材の表記は図１５と同
一である。

【０１２０】１）まず、図１６（ａ）に示すように、基
板１２０１上に素子電極１２０３を形成する。

【０１２１】２）次に、図１６（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。

【０１２２】３）次に、図１６（ｃ）に示すように、絶
縁層の上に素子電極１２０２を形成する。

【０１２３】４）次に、図１６（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。

【０１２４】５）次に、図１６（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。

【０１２５】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１２（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１２（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１６（ｆ）に示す垂直型の表面伝
導型放出素子を製造した。

【０１２６】（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。

【０１２７】図１７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。

【０１２８】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。

【０１２９】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。

【０１３０】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。

【０１３１】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。

【０１３２】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Ｖｔｈ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。

【０１３３】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。（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。

【０１３４】図９に示すのは、図６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
１１で示したものと同様な表面伝導型放出素子が配列さ
れ、これらの素子は行方向配線電極１００３と列方向配
線電極１００４により単純マトリクス状に配線されてい
る。行方向配線電極１００３と列方向配線電極１００４
の交差する部分には、電極間に絶縁層（不図示）が形成
されており、電気的な絶縁が保たれている。

【０１３５】図９のＡ−Ａ’に沿った断面を、図１８に
示す。

【０１３６】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１００３、列方向
配線電極１００４、電極間絶縁層（不図示）、および，
表面伝導型放出素子の素子電極と導電性薄膜を形成した
後、行方向配線電極１００３，および，列方向配線電極
１００４を介して各素子に給電して通電フォーミング処
理と通電活性化処理を行うことにより製造した。

【０１３７】以上のように作製した素子基板上に、前述
したように４２６合金からなる１００μｍ厚の金属板に
エッチングにより、電子ビーム通過位置に対応した孔を
開けて形成された格子電極を設置する。この設置方法
は、まず、格子電極の電子ビーム通過孔のない部分にソ
ーダ石灰ガラスからなる１００μｍφの円柱状のスペー
サをフリットガラスにて焼成固定しておき、該スペーサ
付きの格子電極を素子の位置に電子通過孔が対応するよ
う位置合わせし、周辺部にフリットガラスを仮固定した
後、支持枠とフェースプレート、リアプレートを焼成す
るときに同時に固定する。格子電極に形成される電子通
過孔の大きさは、素子を形成する電極及び導電性膜の大
きさに対応して変えれば良いが、電子が十分通過するた
めには、電子通過孔はなるべく大きいことが望ましいた
め、素子を形成する導電性の部分は，特に他の電極との
短絡等の問題がない範囲で可能な限り面積を大きく作製
した。

【０１３８】以上のようにして作製した本発明の画像表
示装置によれば、電子ビームの軌道が常に安定した表示
が可能であり、解像度の低下や、他の色の蛍光体を発光
させることにより生じる色ムラや色純度の低下がないた
め、画像品位に優れた表示が可能であった。

【０１３９】また、スポットサイズの安定化により、蛍
光体も高密度に配置でき、高精細な画像表示が可能であ
った。

【０１４０】［実施の形態２］本発明の第２の実施の形
態においては，図１９に断面図を示すように、素子を作
製した基板１００１と格子電極１を所望の距離に保持す
るスペーサ４のほかに電子放出素子３とフェースプレー
ト１００７の内面の蛍光面１００８との距離Ｄ（尚、電
子放出素子及び蛍光面の厚さは、Ｄに比べ十分小さいの
で無視できるものとし素子基板とフェースプレートとの
距離＝電子放出素子とフェースプレート内面の蛍光面と
の距離＝Ｄとする）を大気圧に抗して一定の距離に保つ
ため、耐大気圧スペーサ５が装置内に設けられている。

【０１４１】該耐大気圧スペーサ５は、薄板状、あるい
は、柱状をしており、その装置内への設置方法は、まず
蛍光面の黒色導電材１０１０に位置合わせして、フリッ
トガラスでフェースプレートガラス１００７に耐大気圧
スペーサ５を固定しておいたものを、実施の形態１と同
様な方法で格子電極１が基板１００１上に設置されたリ
アプレート１００５と位置合わせし組み合わせた後、支
持枠１００６とフェースプレート１００７、リアプレー
ト１００５との接合部にフリットガラスを塗布し、焼成
することにより、装置を完成した。

【０１４２】本実施の形態においても、実施の形態１と
同様な効果が得られたほか、特に、本実施の形態におい
ては、耐大気圧スペーサを装置内に有しているために、
大型の画像表示装置の作製が可能であり、その場合も画
像品位に優れた表示が可能であり、また、高精細な画像
表示が可能であった。

【０１４３】図２０は、前記説明の表面伝導型放出素子
を電子ビーム源として用いたディスプレイパネルに、た
とえば、テレビジョン放送をはじめとする種々の画像情
報源より提供される画像情報を表示できるように構成し
た多機能表示装置の一例を示すための図である。図中、
２１００はディスプレイパネル、２１０１はディスプレ
イパネルの駆動回路、２１０２はディスプレイコントロ
ーラ、２１０３はマルチプレクサ、２１０４はデコー
ダ、２１０５は入出力インターフェース回路、２１０６
はＣＰＵ、２１０７は画像生成回路、２１０８および２
１０９および２１１０は画像メモリインターフェース回
路、２１１１は画像入力インターフェース回路、２１１
２および２１１３はＴＶ信号受信回路、２１１４は入力
部である。なお、本表示装置は、たとえば、テレビジョ
ン信号のように映像情報と音声情報の両方を含む信号を
受信する場合には、当然映像の表示と同時に音声を再生
するものであるが、本発明の特徴と直接関係しない音声
情報の受信，分離，再生，処理，記憶などに関する回路
やスピーカなどについては説明を省略する。

【０１４４】以下、画像信号の流れに沿って各部の機能
を説明してゆく。

【０１４５】まず、ＴＶ信号受信回路２１１３は、たと
えば、電波や空間光通信などのような無線伝送系を用い
て伝送されるＴＶ画像信号を受信するための回路であ
る。受信するＴＶ信号の方式は特に限られるものではな
く、たとえば、ＮＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式、ＳＥＣＡＭ
方式などの諸方式でもよい。また、これらよりさらに多
数の走査線よりなるＴＶ信号（たとえば、ＭＵＳＥ方式
をはじめとするいわゆる高品位ＴＶ）は、大面積化や大
画素数化に適した前記ディスプレイパネルの利点を生か
すのに好適な信号源である。ＴＶ信号受信回路２１１３
で受信されたＴＶ信号は、デコーダ２１０４に出力され
る。

【０１４６】また、ＴＶ信号受信回路２１１２は、たと
えば、同軸ケーブルや光ファイバーなどのような有線伝
送系を用いて伝送されるＴＶ画像信号を受信するための
回路である。前記ＴＶ信号受信回路２１１３と同様に、
受信するＴＶ信号の方式は特に限られるものではなく、
また、本回路で受信されたＴＶ信号もデコーダ２１０４
に出力される。

【０１４７】また、画像入力インターフェース回路２１
１１は、たとえば、ＴＶカメラや画像読み取りスキャナ
などの画像入力装置から供給される画像信号を取り込む
ための回路で、取り込まれた画像信号はデコーダ２１０
４に出力される。

【０１４８】また、画像メモリインターフェース回路２
１１０は、ビデオテープレコーダ（以下、ＶＴＲと略
す）に記憶されている画像信号を取り込むための回路
で、取り込まれた画像信号はデコーダ２１０４に出力さ
れる。

【０１４９】また、画像メモリインターフェース回路２
１０９は、ビデオディスクに記憶されている画像信号を
取り込むための回路で、取り込まれた画像信号はデコー
ダ２１０４に出力される。

【０１５０】また、画像メモリインターフェース回路２
１０８は、いわゆる静止画ディスクのように、静止画像
データを記憶している装置から画像信号を取り込むため
の回路で、取り込まれた静止画像データはデコーダ２１
０４に出力される。

【０１５１】また、入出力インターフェース回路２１０
５は、本表示装置と、外部のコンピュータもしくはコン
ピュータネットワークもしくはプリンタなどの出力装置
とを接続するための回路である。画像データや文字デー
タ・図形情報の入出力を行うのはもちろんのこと、場合
によっては本表示装置の備えるＣＰＵ２１０６と外部と
の間で制御信号や数値データの入出力などを行うことも
可能である。

【０１５２】また、画像生成回路２１０７は、前記入出
力インターフェース回路２１０５を介して外部から入力
される画像データや文字・図形情報や、あるいはＣＰＵ
２１０６より出力される画像データや文字・図形情報に
基づき表示用画像データを生成するための回路である。
本回路の内部には、たとえば、画像データや文字・図形
情報を蓄積するための書き換え可能メモリや、文字コー
ドに対応する画像パターンが記憶されている読みだし専
用メモリや、画像処理を行うためのプロセッサなどをは
じめとして画像の生成に必要な回路が組み込まれてい
る。本回路により生成された表示用画像データは、デコ
ーダ２１０４に出力されるが、場合によっては前記入出
力インターフェース回路２１０５を介して、外部のコン
ピュータネットワークやプリンタ入出力することも可能
である。

【０１５３】また、ＣＰＵ２１０６は、主として本表示
装置の動作制御や、表示画像の生成や選択や編集に関わ
る作業を行う。

【０１５４】たとえば、マルチプレクサ２１０３に制御
信号を出力し、ディスプレイパネルに表示する画像信号
を適宜選択したり組み合わせたりする。また、その際に
は表示する画像信号に応じてディスプレイパネルコント
ローラ２１０２に対して制御信号を発生し、画面表示周
波数や走査方法（たとえば、インターレースかノンイン
ターレースか）や一画面の走査線の数など表示装置の動
作を適宜制御する。

【０１５５】また、前記画像生成回路２１０７に対して
画像データや文字・図形情報を直接出力したり、あるい
は、前記入出力インターフェース回路２１０５を介して
外部のコンピュータやメモリをアクセスして画像データ
や文字・図形情報を入力する。なお、ＣＰＵ２１０６
は、むろんこれ以外の目的の作業にも関わるものであっ
ても良い。たとえば、パーソナルコンピュータやワード
プロセッサなどのように、情報を生成したり処理する機
能に直接関わっても良い。

【０１５６】あるいは、前述したように入出力インター
フェース回路２１０５を介して外部のコンピュータネッ
トワークと接続し、たとえば、数値計算などの作業を外
部機器と協同して行っても良い。

【０１５７】また、入力部２１１４は、前記ＣＰＵ２１
０６に使用者が命令やプログラム、あるいはデータなど
を入力するためのものであり、たとえばキーボードやマ
ウスのほか、ジョイスティック，バーコードリーダー，
音声認識装置など多様な入力機器を用いることが可能で
ある。

【０１５８】また、デコーダ２１０４は、前記２１０７
ないし２１１３より入力される種々の画像信号を３原色
信号、または輝度信号とＩ信号，Ｑ信号に逆変換するた
めの回路である。なお、同図中に点線で示すように、デ
コーダ２１０４は内部に画像メモリを備えるのが望まし
い。これは、たとえばＭＵＳＥ方式をはじめとして、逆
変換するに際して画像メモリを必要とするようなテレビ
信号を扱うためである。また、画像メモリを備えること
により、静止画の表示が容易になる、あるいは前記画像
生成回路２１０７およびＣＰＵ２１０６と協同して画像
の間引き，補間，拡大，縮小，合成をはじめとする画像
処理や編集が容易に行えるようになるという利点が生ま
れるからである。

【０１５９】また、マルチプレクサ２１０３は、前記Ｃ
ＰＵ２１０６より入力される制御信号に基づき表示画像
を適宜選択するものである。すなわち、マルチプレクサ
２１０３はデコーダ２１０４から入力される逆変換され
た画像信号のうちから所望の画像信号を選択して駆動回
路２１０１に出力する。その場合には、一画面表示時間
内で画像信号を切り替えて選択することにより、いわゆ
る多画面テレビのように、一画面を複数の領域に分けて
領域によって異なる画像を表示することも可能である。

【０１６０】また、ディスプレイパネルコントローラ２
１０２は、前記ＣＰＵ２１０６より入力される制御信号
に基づき駆動回路２１０１の動作を制御するための回路
である。

【０１６１】まず、ディスプレイパネルの基本的な動作
にかかわるものとして、たとえば、ディスプレイパネル
の駆動用電源（図示せず）の動作シーケンスを制御する
ための信号を駆動回路２１０１に対して出力する。ま
た、ディスプレイパネルの駆動方法に関わるものとし
て、たとえば、画面表示周波数や走査方法（たとえば、
インターレースかノンインターレースか）を制御するた
めの信号を駆動回路２１０１に対して出力する。

【０１６２】また、場合によっては、表示画像の輝度や
コントラストや色調やシャープネスといった画質の調整
に関わる制御信号を駆動回路２１０１に対して出力する
場合もある。

【０１６３】また、駆動回路２１０１は、ディスプレイ
パネル２１００に印加する駆動信号を発生するための回
路であり、前記マルチプレクサ２１０３から入力される
画像信号と、前記ディスプレイパネルコントローラ２１
０２より入力される制御信号に基づいて動作するもので
ある。

【０１６４】以上、各部の機能を説明したが、図２０に
例示した構成により、本表示装置においては、多様な画
像情報源より入力される画像情報をディスプレイパネル
２１００に表示することが可能である。すなわち、テレ
ビジョン放送をはじめとする各種の画像信号はデコーダ
２１０４において逆変換された後、マルチプレクサ２１
０３において適宜選択され、駆動回路２１０１に入力さ
れる。

【０１６５】一方、ディスプレイコントローラ２１０２
は、表示する画像信号に応じて駆動回路２１０１の動作
を制御するための制御信号を発生する。駆動回路２１０
１は、上記画像信号と制御信号に基づいてディスプレイ
パネル２１００に駆動信号を印加する。これにより、デ
ィスプレイパネル２１００において画像が表示される。
これらの一連の動作は、ＣＰＵ２１０６により統括的に
制御される。

【０１６６】また、本表示装置においては、前記デコー
ダ２１０４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路２１
０７およびＣＰＵ２１０６が関与することにより、単に
複数の画像情報の中から選択したものを表示するだけで
なく、表示する画像情報に対して、たとえば、拡大，縮
小，回転，移動，エッジ強調，間引き，補間，色変換，
画像の縦横比変換などをはじめとする画像処理や、合
成，消去，接続，入れ換え，はめ込みなどをはじめとす
る画像編集を行うことも可能である。

【０１６７】また、本実施の形態の説明では特に触れな
かったが、上記画像処理や画像編集と同様に、音声情報
に関しても処理や編集を行うための専用回路を設けても
良い。

【０１６８】したがって、本表示装置は、テレビジョン
放送の表示機器，テレビ会議の端末機器，静止画像およ
び動画像を扱う画像編集機器，コンピュータの端末機
器，ワードプロセッサをはじめとすること務用端末機
器，ゲーム機などの機能を一台で兼ね備えることが可能
で、産業用あるいは民生用として極めて応用範囲が広
い。

【０１６９】なお、図２０は、表面伝導型放出素子を電
子ビーム源とするディスプレイパネルを用いた表示装置
の構成の一例を示したにすぎず、これのみに限定される
ものではないことは言うまでもない。たとえば、図２０
の構成要素のうち、使用目的上必要のない機能に関わる
回路は省いても差し支えない。

【０１７０】また、これとは逆に、使用目的によっては
さらに構成要素を追加しても良い。たとえば、本表示装
置をテレビ電話機として応用する場合には、テレビカメ
ラ，音声マイク，照明機，モデムを含む送受信回路など
を構成要素に追加するのが好適である。

【０１７１】本表示装置においては、とりわけ表面伝導
型放出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネルが
容易に薄形化できるため、表示装置全体の奥行きを小さ
くすることが可能である。それに加えて、表面伝導型放
出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネルは大画
面化が容易で輝度が高く視野角特性にも優れるため、本
表示装置は臨場感あふれ迫力に富んだ画像を視認性良く
表示することが可能である。

【０１７２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の画像表示
装置によれば、電子ビームの軌道が常に安定した表示が
可能であり、解像度の低下や、他の色の蛍光体を発光さ
せることにより生じる色ムラや色純度の低下がないた
め、画像品位に優れた表示が可能となる。また、スポッ
トサイズの安定化により、蛍光体も高密度に配置でき、
高精細な画像表示装置が得られる。

【０１７３】

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の表面伝導型放出素子の一例を示す図であ
る。

【図２】従来のＦＥ型素子の一例を示す図である。

【図３】従来のＭＩＭ型素子の一例を示す図である。

【図４】発明者らが試みたが課題の発生した電子放出素
子の配線方法を説明する図である。

【図５】従来のマルチ電子ビーム源の基板の平面図であ
る。

【図６】本発明の実施の形態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７】本発明の実施の形態の格子電極の構成を示す図
である。

【図８】本発明の実施の形態の格子電極を介して素子基
板を見た図である。

【図９】本実施の形態で用いたマルチ電子ビーム源の基
板の平面図である。

【図１０】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１１】実施の形態で用いた平面型の表面伝導型放出
素子の平面（ａ）及びその断面図（ｂ）である。

【図１２】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１３】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１４】通電活性化処理の際の印加電圧波形（ａ）と
通電活性化処理の際の放出電流Ｉｅの変化（ｂ）を示す
図である。

【図１５】本実施の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１６】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１７】実施の形態で用いた表面伝導型放出素子の典
型的な特性を示すグラフ図である。

【図１８】実施の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】本発明の第２の実施の形態の画像表示装置の
断面図である。

【図２０】本発明の第３の実施の形態である画像表示装
置を用いた多機能画像表示装置のブロック図である。

【符号の説明】

１格子電極２電子ビーム通過孔３電子放出素子（冷陰極素子）４スペーサ５耐大気圧スペーサ１００１基板１００２冷陰極素子１００３行方向配線１００４列方向配線１００５リアプレート１００６支持枠１００７フェースプレート１００８蛍光面１００９メタルバック１０１０黒色導電材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された電極間に電子放出部
を有する電子放出素子が行列状に複数配置され、前記電
極のそれぞれが行方向配線と列方向配線に接続される電
子源と、前記基板と対向して配置され、前記電子放出素子から放
出された電子の照射を受けて発光して画像を形成する蛍
光体が内面に塗布されたフェースプレートと、前記電子放出部から前記蛍光体ヘの電子ビームの照射を
妨げない電子通過孔を有する格子電極を前記基板と前記
フェースプレートとの間に備え、前記電子通過孔は前記
基板の表面抵抗が１０の７乗Ω／□以下の領域の略真上
に設けられていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】前記格子電極の表面抵抗は、低抵抗であ
ることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】前記格子電極の表面抵抗は、おおよそ１
０の７乗Ω／□以下であることを特徴とする請求項１に
記載の画像表示装置。
【請求項４】前記格子電極には、所定の電圧Ｖｇが印
加されていることを特徴とする請求項１に記載の画像表
示装置。
【請求項５】前記格子電極と前記基板間の距離をｄ、
前記フェースプレートと前記基板との距離をＤとする
時、ｄ≦（１／１０）Ｄであることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装
置。
【請求項６】前記フェースプレート内面に印加される
電子ビーム加速電位をＶａとする時、Ｖｇ≦（１／１０）Ｖａであることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装
置。
【請求項７】前記電子放出素子は、冷陰極型電子放出
素子であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示
装置。
【請求項８】前記電子放出素子は、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１に記載の画像表
示装置。