(57)【要約】【課題】パネル内で発生する正イオンの照射による電子放出素子の劣化を抑制する。【解決手段】偏向電極３１５を周期的に配置し、隣接する偏向電極間の中心線Ｇ−Ｈを含まないように電子放出素子５５の電子放出領域を配置することで電子ビーム軌道９２１を偏向させ、発生した正イオンの電子放出領域への照射を阻止する。【選択図】図１０
2009099384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極板と蛍光板とを有する表示パネルと、駆動回路とを有する画像表示装置であって、
前記陰極板は、複数の電子放出素子と、互いに平行な複数の走査線と前記走査線に直交する互いに平行な複数のデータ線とを有し、
前記電子放出素子は上部電極と電子加速層と下部電極とを有し、前記上部電極の一部が電子放出領域を構成し、前記上部電極と前記下部電極の間に電圧を印加することで前記電子放出領域から電子を放出する薄膜電子源であり、
前記陰極板は、複数の偏向電極を有すると共に、隣り合う前記偏向電極の内端間の距離を２等分する位置を中心線とし、前記電子放出領域が前記中心線を含まないように配置されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記偏向電極は、前記電子放出領域より高い位置に配置され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】
前記偏向電極の最高部位の高さは、前記電子放出領域の最高部位の高さよりも２μｍ以上高い位置に配置され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】
前記偏向電極は、カラー表示のサブ画素の周期で配置され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】
前記偏向電極は、前記走査線と平行な方向の軸に沿って周期的に配置され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】
前記偏向電極は、前記データ線と平行な方向の軸に沿って周期的に配置され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７】
前記偏向電極は、前記走査線に電気的に接続された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】
前記偏向電極は、前記走査線と同一の材料で構成され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９】
前記陰極板はコンタクト電極を有し、
前記コンタクト電極は前記走査線に電気的に接続され、且つ前記上部電極と電気的に接続されると共に、前記電子放出領域を構成する辺のうちの長い方の長辺に沿って配置され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１０】
前記駆動回路から前記複数の走査線のうちの選択された走査線に走査パルスが印加された期間において、前記選択された走査線に接続された電子放出素子に隣接する走査線に偏向パルスが印加される構成を有す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１１】
前記駆動回路から走査線に印加される電圧で、前記走査パルスの電圧をＶｓ、選択されていない走査線に印加される電圧をＶｎｓ、前記偏向パルスの電圧をＶｄｅｆとするとき、
（Ｖｓ−Ｖｄｅｆ）の絶対値は（Ｖｓ−Ｖｎｓ）の絶対値よりも大きいことを特徴とする請求項１０に記載の画像表示装置。
【請求項１２】
前記蛍光板は蛍光体と加速電極を有し、前記放出された電子が蛍光体を励起発光させることで画像を表示する如く構成され、
前記蛍光体の中心点と前記電子放出領域の中心とをずらして配置した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１３】
前記蛍光板は蛍光体と加速電極を有し、前記放出された電子が蛍光体を励起発光させることで画像を表示する如く構成され、
前記蛍光板上の構成物と前記陰極板上の構成物を投影した投影平面において、前記電子放出領域は前記蛍光体を形成した領域と重ならないように配置され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１４】
前記蛍光板は蛍光体とブラックマトリクスと加速電極を有し、前記放出された電子が蛍光体を励起発光させることで画像を表示する如く構成され、
前記蛍光板上の構成物と前記陰極板上の構成物を投影した投影平面において、前記電子放出領域は前記ブラックマトリクスに含まれるように配置され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１５】
陰極板と蛍光板とを有する表示パネルと、駆動回路とを有する画像表示装置であって、
前記陰極板は，複数の電子放出素子と，互いに平行な複数の走査線と前記走査線に直交する互いに平行な複数のデータ線とを有し、
前記電子放出素子は、上部電極と電子加速層と下部電極とを有し、前記上部電極の一部が電子放出領域を構成し、前記上部電極と前記下部電極の間に電圧を印加することで前記電子放出領域から電子を放出する薄膜電子源であり、
前記電子放出領域と前記蛍光板との間に遮蔽電極が設置されており、
前記電子放出領域のパターンと前記遮蔽電極のパターンとを投影した投影平面図において，前記電子放出領域は前記遮蔽電極に含まれるように配置したことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１６】
陰極板と蛍光板とを有する表示パネルと，駆動回路とを有する画像表示装置であって，
前記陰極板は，複数の電子放出素子と，互いに平行な複数の走査線と前記走査線に直交する互いに平行な複数のデータ線とを有し，
前記電子放出素子は第1の電極と第2の電極を有し，前記第1の電極は前記走査線に電気的に接続され，前記第2の電極は前記データ線に電気的に接続され，
前記電子放出素子は電子放出領域を有し，前記第１の電極と前記第２の電極の間に電圧を印加すると前記電子放出領域から電子を放出し，
前記蛍光板は蛍光体と加速電極を有し，前記放出された電子が蛍光体を励起発光させることで画像を表示する画像表示装置であって，
前記蛍光板上の構成物と前記陰極板上の構成物を投影した投影平面図において，前記電子放出領域は前記蛍光体を形成した領域と重ならないように配置したことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１７】
前記蛍光板は蛍光体と加速電極に加えてブラックマトリクスを有し、
前記蛍光板上の構成物と前記陰極板上の構成物を投影した投影平面において、前記電子放出領域が前記ブラックマトリクスに含まれるように配置したことを特徴とする請求項１６に記載の画像表示装置。
【請求項１８】
前記電子放出素子は，上部電極と電子加速層と下部電極とを有し，前記上部電極の一部が前記電子放出領域を構成し，前記上部電極と前記下部電極の間に電圧を印加すると前記電子放出領域から電子を放出する薄膜電子源であることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マトリクス状に配置した電子放出素子と蛍光体とを用いて画像を表示する画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マトリクス電子源ディスプレイとも称する画像表示装置は、互いに直交する電極群の交点を画素とし、各画素に電子放出素子を設け、各電子放出素子への印加電圧またはパルス幅を調整することによって放出電子量を調整し、その放出電子を真空中で加速した後、蛍光体に照射し、照射した部分の蛍光体を発光させるものである。電子放出素子として、電界放射型陰極を用いるもの、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ‐Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ‐Ｍｅｔａｌ）型電子源を用いるもの、カーボンナノチューブ陰極を用いるもの、ダイヤモンド陰極を用いるもの、表面伝導電子放出素子を用いるもの、弾道型面電子源を用いるもの、などがある。このように、マトリクス電子源ディスプレイとは、電子放出素子と蛍光体とを組み合わせた電子線励起型平面ディスプレイを指す。
【０００３】
図１は、マトリクス電子源ディスプレイの断面を示す模式図である。図１に示すように，マトリクス電子源ディスプレイでは、電子放出素子を配置した陰極板６０１と蛍光体を形成した蛍光板６０２とを対向配置した構成である。電子放出素子３０１から放出した電子が蛍光板に到達し蛍光体を励起して発光させるために、陰極板と蛍光板と枠部材６０３とで囲まれた空間を真空に保つ。外部からの大気圧に耐えるために陰極板と蛍光板との間にスペーサ（支柱）６０を挿入する。
【０００４】
蛍光板６０２は加速電極１２２を有し、加速電極１２２には３ＫＶ〜１２ＫＶ程度の高電圧を印加する。電子放出素子３０１から放出された電子はこの高電圧で加速されたのち蛍光体に照射し、蛍光体を励起発光させる。
【０００５】
マトリクス電子源ディスプレイに用いる電子放出素子として薄膜電子源がある。薄膜電子源とは、上部電極、電子加速層、下部電極を積層した構造を有するもので、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ‐Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ‐Ｍｅｔａｌ)型電子源、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ‐Ｏｘｉｄｅ‐Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ)型電子源、弾道型面電子源、ＨＥＥＤ（Ｈｉｇｈ‐Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ）型電子源などが含まれる。ＭＩＭ型電子源の構造は、例えば，「特許文献１」に記載されている。ＭＯＳ型電子源は、電子加速層に半導体−絶縁体積層膜を用いたもので、例えば「非特許文献１」に記載されている。弾道型面電子源は、電子加速層にポーラスシリコンなどを用いたもので、例えば「非特許文献２」に記載されている。薄膜電子源は、電子加速層中で加速した電子を真空中に放出させる。また、ＭＩＭ型電子源は上部電極と下部電極に金属を用い、電子加速層に絶縁体を用いたものであり、例えば「非特許文献３」に記載されている。ＨＥＥＤ型電子源は電子加速層にシリコン（Ｓｉ)とＳｉＯ2の積層膜を用いたもので、例えば「非特許文献５」に記載されている。
【０００６】
図２は、薄膜電子源の動作原理を示すエネルギーバンド図である。下部電極１３、電子加速層１２、上部電極１１が積層されており、上部電極１１に正の電圧を印加した時の状態を図示した。ＭＩＭ型電子源の場合、電子加速層１２として絶縁体を用いる。上部電極−下部電極間に印加された電圧によって電子加速層１２内に電界が生じる。この電界によって下部電極１３中から電子がトンネル現象によって電子加速層１２中に流れ込む。この電子は電子加速層１２中の電界によって加速されホットエレクトロンとなる。このホットエレクトロンが上部電極１１中を通過する際，一部の電子は非弾性散乱などによりエネルギーを失う。上部電極１１−真空界面（すなわち、上部電極１１の表面）に達した時点で、表面の仕事関数Φよりも大きな運動エネルギーを有する電子は上部電極１１の表面から真空中１０に放出される。本明細書においては、このホットエレクトロンにより下部電極１３−上部電極１１間に流れる電流をダイオード電流Ｊｄ，真空中に放出される電流を放出電流Ｊｅと呼ぶ。
【０００７】
電界放射型陰極と比べると、薄膜電子源は表面汚染に対する耐性が強い、放出電子ビームの拡がりが小さいため高精細の表示装置が実現できる、動作電圧が小さく駆動回路ドライバが低電圧である、など表示装置に適した特徴を有する。
【０００８】
一方、薄膜電子源では、駆動電流のうち一部の電流のみが真空中への放出される（放出電流Ｊｅ）。ここで、駆動電流とは、上部電極−下部電極間に流れる電流であり、上記したダイオード電流Ｊｄとも呼ばれる。放出電流Ｊｅとダイオード電流Ｊｄとの比α（放出比α＝Ｊｅ／Ｊｄ）は、０．１％〜数１０％程度である。すなわち、放出電流Ｊｅを得るためには薄膜電子源にＪｄ＝Ｊｅ／αだけの駆動電流（ダイオード電流）を駆動回路から供給しなければならない。なお、放出比αを電子放出効率とも呼ぶ。
【０００９】
このように、薄膜電子源を電子放出素子として用いたマトリクス電子源ディスプレイでは、素子を駆動する電流が大きくなる。このため電極配線から素子電極（この場合は、下部電極および上部電極を指す）への給電能力を充分高くする必要がある。
【００１０】
マトリクス電子源ディスプレイに用いる電子放出素子として、表面伝導型電子放出素子がある。表面伝導型電子放出素子は、例えば、「非特許文献４」に記載されている。表面伝導型電子放出素子は、図３に示すように負極膜８１３と正極膜８１１との間に数ｎｍ〜数１０ｎｍの間隙を設けたものである。正極膜８１１−負極膜８１３間に１０数Ｖの電圧を印加する。負極膜８１３から放出された電子は正極膜８１１に流れ、駆動電流Ｊｄとなる。Ｊｄを構成する一部の電子は正極膜８１１に流れ込まずに放出電子９１１となり、加速電極１２２に到達する。放出電子の電流が放出電流Ｊｅとなる（電子はマイナス電荷なので電子が流れる方向と放出電流の向きは逆になる）。放出比Ｊｅ／Ｊｄは数％〜１０％程度である。このように、表面伝導型電子放出素子を電子放出素子として用いたマトリクス電子源ディスプレイでは、素子を駆動する電流が大きくなる。このた、電極配線から素子電極（この場合は、正極膜８１１および負極膜８１３を指す）への給電能力を充分高くする必要がある。
【００１１】
前述の通り、蛍光板６０２に設置された加速電極１２２には３ＫＶ〜１２ＫＶ程度の高電圧を印加し、電子放出素子３０１から放出された電子はこの高電圧で加速されたのち蛍光体に照射する。３ＫＶ以上の高電圧で励起する理由は、加速電圧が高いほど蛍光体への電子の侵入深さが深くなり、蛍光体の発光効率、寿命が長くなるからである。
【特許文献１】特開２００４―３６３０７５号公報
【特許文献２】特開２００７―４８５４８号公報
【非特許文献１】Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ.３６，Ｐａｒｔ ２，Ｎｏ．７Ｂ，ｐｐ．Ｌ９３９〜Ｌ９４１（１９９７）
【非特許文献２】Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．３４，Ｐａｒｔ ２，Ｎｏ．６Ａ，ｐｐ．Ｌ７０５〜Ｌ７０７（１９９５）
【非特許文献３】ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ, ｖｏｌ. ４９， Ｎｏ．６， ｐｐ． １０５９‐１０６５ (２００２)．
【非特許文献４】Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ ＳＩＤ， ｖｏｌ． ５ (１９９７) ｐｐ． ３４５‐３４８
【非特許文献５】Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｂ， ｖｏｌ． ２３， Ｎｏ．２ (２００５) ｐｐ．６８２‐６８６．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、加速電極に高電圧を印加した状態でマトリクス電子源ディスプレイを長時間動作させると、電子放出素子の経時劣化が早く進行するという問題があった。ここで、電子放出素子の経時劣化とは、例えば、放出電流量が経時的に減少する度合いが早まる、あるいは素子が破壊するなどの現象を指す。すなわち、このような経時劣化は画像表示装置の画質低下、長寿命化を阻害する要因となる。
【００１３】
本発明の目的は、電子放出素子の経時劣化を抑制して、高画質長寿命の画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本明細書において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。すなわち、本発明の画像表示装置は、陰極板と蛍光板とを有する表示パネルと，駆動回路とを有する。前記陰極板は，複数の電子放出素子と、互いに平行な複数の走査線と前記走査線に直交する互いに平行な複数のデータ線とを有する。前記電子放出素子は、上部電極と電子加速層と下部電極とを有し、前記上部電極の一部が電子放出領域を構成し、前記上部電極と前記下部電極の間に電圧を印加すると前記電子放出領域から電子を放出する薄膜電子源である。そして、前記陰極板は、複数の偏向電極を有し、隣り合う前記偏向電極の内端間の距離を２等分する位置を中心線とし、前記電子放出領域は前記中心線を含まないように配置される。
【００１５】
また、本発明の画像表示装置は、陰極板と蛍光板とを有する表示パネルと、駆動回路とを有する。前記陰極板は、複数の電子放出素子と、互いに平行な複数の走査線と前記走査線に直交する互いに平行な複数のデータ線とを有する。前記電子放出素子は、上部電極と電子加速層と下部電極とを有し、前記上部電極の一部が電子放出領域を構成し、前記上部電極と前記下部電極の間に電圧を印加すると前記電子放出領域から電子を放出する薄膜電子源である。そして、前記電子放出領域と前記蛍光板との間に遮蔽電極が設置されており、前記電子放出領域のパターンと前記遮蔽電極のパターンとを投影した投影平面において、前記電子放出領域が前記遮蔽電極に含まれるように配置される。
【００１６】
また、本発明の画像表示装置は、陰極板と蛍光板とを有する表示パネルと、駆動回路とを有する画像表示装置である。前記陰極板は、複数の電子放出素子と、互いに平行な複数の走査線と前記走査線に直交する互いに平行な複数のデータ線とを有する。前記電子放出素子は第１の電極と第２の電極を有し、前記第１の電極は前記走査線に電気的に接続され、前記第２の電極は前記データ線に電気的に接続され、前記電子放出素子は電子放出領域を有する。前記第１の電極と前記第２の電極の間に電圧を印加すると前記電子放出領域から電子を放出し、前記蛍光板は蛍光体と加速電極を有し、前記放出された電子が蛍光体を励起発光させることで画像を表示する。そして、前記蛍光板上の構成物と前記陰極板上の構成物を投影した投影平面において、前記電子放出領域は前記蛍光体を形成した領域と重ならないように配置される。
【００１７】
また、本発明の画像表示装置は、陰極板と蛍光板とを有する表示パネルと、駆動回路とを有する。前記陰極板は、複数の電子放出素子と、互いに平行な複数の走査線と前記走査線に直交する互いに平行な複数のデータ線とを有する。前記電子放出素子は第１の電極と第２の電極を有し、前記第1の電極は前記走査線に電気的に接続され、前記第２の電極は前記データ線に電気的に接続される。前記電子放出素子は電子放出領域を有し、前記第１の電極と前記第２の電極の間に電圧を印加すると前記電子放出領域から電子を放出する。前記蛍光板は蛍光体とブラックマトリクスと加速電極を有し、前記放出された電子が蛍光体を励起発光させることで画像を表示する。そして、前記蛍光板上の構成物と前記陰極板上の構成物を投影した投影平面において、前記電子放出領域は前記ブラックマトリクスに含まれるように配置される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、加速電極に３〜１２ＫＶ程度の高電圧を印加した状態で電子放出素子を長時間動作させても、電子放出素子の劣化が少なく、高画質が維持され、画像表示装置の動作寿命が改善する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る画像表示装置の最良の実施形態を、図面に示した幾つかの実施例により詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
本発明の実施例１は、本発明をＭＩＭ電子源，表面伝導型電子源等に適用した場合の例である。ここで、先ず、蛍光面に高電圧を印加した状態での動作させた時に生じる電子放出素子の劣化現象の原因を説明する。
【００２１】
図１で説明したように、電子放出素子３０１から放出された電子は蛍光面電圧Ｖａで加速された後、加速電極１２２や蛍光体に照射する。ここで蛍光面電圧とは加速電極に１２２に印加される電圧であり、典型的にはＶa＝３〜１２ＫＶである。１ＫＶ以上に加速された電子が蛍光体や気体分子に衝突すると、原子や分子をイオン化し正イオンを生成する場合がある。正イオンは蛍光板６０２−陰極板６０１間の電界により加速される。正イオンは陰極板に向かって進行し、陰極板に衝突する。この正イオンが電子放出素子の電子放出領域に衝突すると、電子放出素子が劣化する。
【００２２】
図４を用いて具体的に説明する。図４は、蛍光板６０２−陰極板６０１間の電位分布と電子の軌跡９２１、正イオンの軌跡９２２を模式的に示した図である。蛍光板６０２−陰極板６０１間は概ね均一電界が形成されているので、その電位分布は図４の右側のグラフに示したようになる。今、陰極板からの距離ｚ＝ｚ０において正イオンが発生したとする。ｚ＝ｚ０の電位をＶ(ｚ０)とすると、この正イオンが軌跡９２２をたどって電子放出素子３０１に照射する際に、正イオンが持つ運動エネルギーはＶ(ｚ０)である。したがって、蛍光板６０２−陰極板６０１間の空間のうち、蛍光板６０２に近い場所で発生したイオンほど高いエネルギーで電子放出素子３０１に入射する。
【００２３】
図５は、ＭＩＭ電子源を電子放出素子３０１に用いた画像表示装置を長時間動作させた際のダイオード電流の経時変化を示したものである。縦軸はダイオード電流を初期値で規格化した値（すなわち，初期のダイオード電流で除した値）をプロットしてある。蛍光面電圧Ｖａが２００Ｖの場合には、長時間動作させてもダイオード電流はほぼ一定である。しかし，蛍光面電圧Ｖａを３ＫＶにして動作させた場合は，ダイオード電流の経時変化量が増える。
【００２４】
この劣化の原因を調べるために、蛍光面としてＩＴＯ(ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ)のみを成膜した表示パネル、すなわち、蛍光面に蛍光体を含まない表示パネルを作成して経時変化を調べた（図５で「３ＫＶ，ＩＴＯ」と記載した特性）。その結果、蛍光体を含まないパネル（図５で「３ＫＶ，ＩＴＯ」と記載）と、蛍光体を含む通常のパネル（図５で「３ＫＶ，Phosphor」と記載）とを比較すると、蛍光体を含むパネルではダイオード電流の経時変化量が更に大きい。この結果から、以下のことが判明した。
【００２５】
正イオンの発生原因は主に２つある。第１は，蛍光体１１４であり、第２は表示パネル内にある微量の残留ガス分子である。蛍光体１１４にはエネルギーＶａなる電子が照射するので、熱が発生したりして分子が脱離したり、電子衝撃による分子脱離や表面分解などが起こる。この際に発生した分子、原子に電子が照射するとイオンを発生する。さらに、蛍光面の電位は、図５に示したように、蛍光板６０２−陰極板６０１間で最大なので、蛍光体で発生した正イオンは電子放出素子３０１へ照射時の入射エネルギーが大きく、電子放出素子に与えるダメージが大きい。
【００２６】
そこで、本発明の実施例１では、蛍光体１１４で発生した正イオンが電子放出素子に照射しないようにするために、蛍光体１１４と電子放出領域とを以下に記載するように適正配置する。
【００２７】
図６は、本発明の実施例１での表示パネルの断面図を模式的に示した図である。表示パネルは典型的には１０００行×数千列のサブ画素から構成されるが、図６はそのうち３サブ画素のみ記載してある。ここで、サブ画素とは、カラー画像表示装置においてはカラー１画素を構成する赤色サブ画素、青色サブ画素、緑色サブ画素の各サブ画素に対応する。単色画像表示装置においては、１画素に対応する。陰極板６０１には，電子放出領域３５を有する電子放出素子が形成されている。図６には、電子放出素子のうち電子放出領域３５のみ記してある。
【００２８】
本明細書において電子放出領域３５とは、電子放出素子の構成部の中で電子を放出する部分を指す。薄膜電子源では、電子放出領域３５は電子加速層上の上部電極に対応する。電界放射電子源では、電子放出領域３５は電子放出エミッタ先端に対応する。図３に示した表面伝導型電子放出素子の場合，電子放出領域３５は負極膜813と正極膜８１１に対応する。
【００２９】
１サブ画素内に複数の電子放出部位を有する構成の場合は、１サブ画素内の電子放出部位がある領域全体を電子放出領域３５と定義する。例えば、非特許文献５に記載されているＨＥＥＤ型電子源の場合、１サブ画素内の上部電極内に、直径約１μｍの電子放出部位が複数個含まれているが、この場合、１サブ画素内の電子放出部位全体を電子放出領域３５と定義する。
【００３０】
陰極板６０１にはビーム偏向電極Ａ３３１とビーム偏向電極Ｂ３３２とが形成されている。ビーム偏向電極Ａとビーム偏向電極Ｂとの間に電圧差を与えて電子放出領域３５近傍の空間に横方向電界を発生させることで、電子放出領域３５から放出された電子の軌道９２１を曲げる（偏向させる）。
【００３１】
蛍光面６０２には蛍光体領域１１４とブラックマトリクス１２０とが形成されている。蛍光体領域１１４は、カラー画像表示装置においては、赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体の３種を塗り分ける。さらに、加速電極１２２を形成する。なお、蛍光板の製作方法は、後で実施例２に則して詳述する。電子ビームの軌道９２１が偏向しているのに対応して、蛍光体領域１１４の位置を電子放出領域３５の位置からずらして配置してある。
【００３２】
本実施例の特徴は、蛍光体領域１１４と電子放出領域３５との位置関係にある。図７は、蛍光体領域１１４と電子放出領域３５を同一平面に投影して描いた平面図（投影平面図）である。図７からわかるように、投影平面図において、蛍光体領域１１４と電子放出素子の電子放出領域３５とが重ならないように配置してある。蛍光面において、蛍光体領域１１４以外の領域はブラックマトリクス１２０を形成してあるので、別の見方をすると、投影平面図において電子放出領域３５はブラックマトリクス１２０に含まれる。
【００３３】
図６に示した通り，蛍光体領域１１４で発生した正イオンは正イオンの軌道９２２に沿って加速されて陰極板６０１に衝突する。正イオンの質量は電子の質量より１０００倍以上大きいので，正イオンは横電界では殆ど軌道が曲がらずにほぼ直進するので、蛍光体領域１１４の直下の陰極板に衝突する。したがって、図６と図７に示したように蛍光体領域１１４と電子放出領域３５とを配置すると、正イオンは電子放出領域３５に照射せず、電子放出素子の劣化が起こらない。
【００３４】
なお、図６と図７では電子ビーム軌道９２１を偏向させる手段として、電子ビーム偏向電極Ａ３３１とビーム偏向電極Ｂ３３２との電位差による横電界を用いているが、これは一例であって、軌道を偏向する別の方法を用いても同様の効果が得られる。例えば、後術する実施例で説明するように、陰極板６０１上に適正な電極形状を形成して電子レンズを構成することによりビームを偏向してもよい。また、本実施例に用いる電子放出素子３０１は、ＭＩＭ型電子源を含む薄膜電子放出素子、表面伝導型電子放出素子、カーボンナノチューブ電子源を含む電界放射型電子放出素子の何れを用いても良い。
【００３５】
図８は、本発明の実施例１で用いる陰極板６０１の配線構造を示す平面図である。図８では、表示パネルのなかで３行×３列のサブ画素に対応する部分を示した。また、図８では、陰極板を構成する構成物のうち、電子放出領域３５、ビーム偏向電極Ａ３３１とビーム偏向電極Ｂ３３２、走査電極３１０のみを記載してある。
【００３６】
各走査電極３１０は，片側（図８では上側）にビーム偏向電極Ａ３３１が接続され、反対側にビーム偏向電極Ｂ３３２が接続されている。また、図８において、電子放出領域３５−ｎに対応する電子放出素子３０１−ｎ（図示せず）の一方の電極は走査電極３１０−ｎに電気的に接続されている。ここで、ｎ＝１〜３である。ここで、電子放出素子３０１の「一方の電極」とは，具体的には以下の通りである。薄膜電子源の場合は上部電極１１である。図３の表面伝導型電子源の場合は正極膜８１１である。電界放射型電子源の場合はゲート電極である。
【００３７】
図８には示していないが、データ電極３１１が走査電極３１０と直交する方向で配置されている。データ電極３１１は、電子放出素子３０１の他方の電極に電気的に接続されている。ここで電子放出素子３０１の「他方の電極」とは、具体的には以下の通りである。薄膜電子源の場合は下部電極１３である。図３の表面伝導型電子源の場合は負極膜８１３である。電界放射型電子源の場合はエミッタ電極である。走査電極３１０−（ｎ−１）と電子放出領域３５−ｎに対応する電子放出素子３０１−ｎとは電気的に接続されていない。
【００３８】
図９は、走査電極３１０−ｎへの印加電圧波形を示す図である。各走査電極には順次走査パルス７５０が印加される。走査パルス７５０は正の電圧振幅ＶR1を有する。走査パルス７５０が印加されている期間にデータ電極にデータパルス７５１が印加された電子放出素子３０１は電子放出領域３５から電子を放出する。
【００３９】
一例として、時刻ｔ２〜ｔ３の期間を考える。この期間では走査電極３１０−２に走査パルス７５０が印加されるので、電子放出領域３５−２から電子が放出される。この際、走査電極３１０−２に接続されたビーム偏向電極Ａ３３１には正の電圧ＶR1が印加されており、走査電極３１０−１に接続されたビーム偏向電極Ｂ３３２の電圧はゼロである。したがって、図６に記載されたように、電子放出領域３５−２の近傍には横方向の電界が形成される。この電界により図６に示したように電子ビーム軌道９２１が偏向される。
【００４０】
なお、本実施例では走査パルス７５０として正極性のパルスを用いる場合を例として示した。走査パルスとして負極性のパルスを用いても同様の構成を実現できることは自明である。この場合、走査電極には電子放出素子の負極側の端子を接続し、データ電極には電子放出素子の正極側の端子を接続すればよい。
【実施例２】
【００４１】
本発明の実施例２は、電子放出素子として薄膜電子源を用いたものである。電界放射型陰極など他の電子源と比べて、薄膜電子源は放出電子ビームの空間的拡がりが小さい。その理由は以下の通りである。薄膜電子源では、電子加速層中で加速された電子が上部電極から真空中に放出される。薄膜電子源では、上部電極と下部電極とは互いに平行に対向配置されているため、電子加速層内の電界は平行電界である。この平行電界で電子が加速されるため、放出される電子の空間広がりが小さくなる訳である。放出電子ビームの空間的広がりが小さいことは、高精細の画像表示装置を実現できるという点で好ましい特性である。
【００４２】
一方で、図４から分かるように、ビームの空間的広がりが小さいと、電子軌道９２１途上で発生した正イオンは、その大部分が電子放出領域３５に照射されることになる。そのため、直進性に優れた薄膜電子源は正イオンによる電子源劣化の影響が大きく、その対策が必要である。本実施例では、薄膜電子源での耐イオン衝撃性を高めた画像表示装置を提供する。
【００４３】
図１０は、本発明の実施例２の表示パネルの断面図を模式的に示したものである。図１０では、実施例２の特徴を明確にするために、構成の主要部のみを取り出して記載してある。薄膜電子源については、電子放出領域３５のみを記載してある。詳細な構造は製造方法と合わせて後述する。また、図１０に対応した平面図を図１１に示した。図１１のＡ−Ｂ間断面が図１０に対応する。
【００４４】
走査線３１０はコンタクト電極５５を介して電子放出素子３０１の電極に電気的に接続されている。電子放出素子３０１は電子放出領域３５を有する。図１１では、走査線３１０−２が電子放出領域３５−２を有する電子放出素子に接続されている。また、陰極板６０１には偏向電極３１５を設ける。偏向電極３１５は電子放出領域３５より高い位置、すなわち膜厚を厚く形成し，陰極板６０１上で局所的な凸部を形成するようにする。
【００４５】
図１０と図１１に図示した点線Ｇ−Ｈ４３０は、隣接する偏向電極３１５の内側端面間距離（すなわち内法距離）の中点の位置を示す。すなわち、図１１でｄ１＝ｄ２である。本明細書ではこのように定義されるＧ−Ｈ線４３０を中心線４３０と呼ぶことにする。本実施例の特徴は、局所的な凸部を形成する偏向電極間の中心線Ｇ−Ｈ４３０を電子放出領域３５が含まないような位置に電子放出領域３５を配置することである。このような配置をとることにより、後述の通り放出電子ビームを偏向できる。
【００４６】
本実施例でのビーム偏向メカニズムを図１２を用いて述べる。図１２には偏向電極の周期構造により形成される等電位面４４１を点線で模式的に示した。この等電位面４４１が形成する電子レンズは、電子放出領域３５から放出した電子ビームを中心線４３０の方向に偏向する。説明のために、図１２には仮想的に仮想電子放出領域４３５を配置し、仮想電子放出領域４３５から放出された電子ビームの軌道９２１‐２も示した。ビーム軌道９２１‐２も中心線４３０の方向に偏向する。
【００４７】
このことから、中心線４３０を跨がないように電子放出領域３５を配置すれば、放出電子が軌道９２１のように偏向することが分かる。これが本発明での電子ビームの偏向原理である。
【００４８】
なお，図１２に記したように、電子放出領域からの放出ビーム軌道９２１と仮想電子放出領域４３５からの放出ビーム軌道９２１‐２はクロスオーバー（交差点）を持つように電極形状を設計することが望ましい。このようにすると、仮想電子放出領域４３５を除いた実際の構成ではビーム偏向量が大きくなり、正イオンが電子放出領域に入射することを更に防止できる。
【００４９】
電子ビーム軌道を偏向させる役割を果たす電子レンズの特性を決める主な要因は、（ａ）偏向電極と上部電極との高さの差、（ｂ)偏向電極と上部電極との電圧差、（ｃ)偏向電極の周期（隣接する偏向電極間の距離）、（ｄ)蛍光面電圧Ｖａ、の４つである。要因（ａ)「偏向電極と上部電極との高さの差」は図１２からわかるように、電子レンズ特性を決める大きな要因である。高さの差が大きいほどビーム偏向量は大きくなる。
【００５０】
ここで、電極の「高さ」とは，陰極板６０１を構成する基板１４の表面から測った高さであり、基板１４表面から電極の最も高い部位（最高部）までの長さとして定義する。すなわち、後述する図３０（ａ）のように，基板１４に偏向電極３１５が直接形成される場合には、その膜厚が高さｈ０になる。また、図３０（ｂ）のように、誘電体３８５の上に偏向電極３１５が形成される場合には、偏向電極３１５の最も高い位置までの長さ（図中のｈ０）が高さを定義する。上部電極の「高さ」も同様に定義する。図３０（ｂ）のような場合でも，高さｈ０が電子レンズ特性を主に支配する。
【００５１】
図１２の説明から分かるように、本実施例では、電子放出領域の両側に、電子放出領域よりも高い位置に偏向電極があることにより、横方向電界が形成され、電子放出領域から放出された電子ビームの軌道が偏向する。十分なビーム偏向量を得るには，偏向電極は上部電極の高さの高さより２μｍ以上高くすることが望ましい。
【００５２】
図１２の説明から分かるように、偏向電極の周期（隣接する偏向電極間の距離）も電子レンズ特性に影響する。この周期をサブ画素の周期と一致させると、各サブ画素のビーム偏向量が一定になるので好ましい。
【００５３】
また、図１２の説明から分かるように、上部電極高さより高い位置にある電極（「突起電極」と呼ぶ）が上部電極の近傍に周期的に配置されていればよい。したがって、偏向電極とは別の役割を持った電極であっても、その電極（突起電極）が上部電極と十分な高低差を有し、かつ周期的に配置されているものであれば、それを偏向電極と見なすことができる。本実施例では、そのような場合は、その突起電極が偏向電極の役割を兼ねていると見なし、その突起電極を偏向電極とみなす。
【００５４】
次に、本実施例の画像表示装置をより詳細に説明する。先ず、画像表示装置を構成する表示パネル１００の作成方法を説明する。表示パネル１００は陰極板６０１と蛍光板６０２とで構成される。図１３は、陰極板６０１の一部を示した平面図である。図１３では２行×２列のサブ画素を取り出して図示した。図１４は陰極板６０１の一部を示した断面図である。図１３のＡ−Ｂ間断面図が図１４（ａ）に対応し、Ｃ−Ｄ間断面図が図１４（ｂ）に対応する。なお、図１３は上部電極１１を取り除いた平面図になっている。実際には、図１４の断面図からわかるように上部電極１１が全面に成膜されている。
【００５５】
図１３は、図１２において電子放出素子３０１として薄膜電子源を用いた場合の具体的構成例を詳細に記したものである。したがって、図１３では，電子放出素子３０１と電極配線との接続関係は図１２に対応した形になっている。以下、電子放出素子３０１‐ｎに対応する電子放出領域３５を３５−ｎと記すことにする。すると、図１２の記号を用いて述べると、電子放出素子３０１‐２へは走査線３１０‐２からコンタクト電極５５を介して給電されており、隣接する走査線３１０‐１（図１３ではバス電極３２に対応）からは偏向電極３１５が電子放出領域３５−ｎの長辺に沿って設置されている。本実施例では偏向電極３１５を走査線３１０と電気的に接続することにより，配線を簡略にする利点がある。
【００５６】
陰極板６０１の構成は以下の通りである。図１４において、ガラスなどの絶縁性の基板１４上に、下部電極１３、絶縁層１２、上部電極１１とで構成される薄膜電子源３０１（本実施例における電子放出素子３０１）が構成される。バス電極３２は、コンタクト電極５５を介して上部電極１１に電気的に接続されている。バス電極３２は上部電極１１への給電線として働く。すなわち，駆動回路からこのサブ画素の位置まで電流を運ぶ働きをしている。また、本実施例ではバス電極３２は走査電極３１０として働く。
【００５７】
本実施例では電子放出素子３０１として薄膜電子源を用いている。図１４に示したように下部電極１３、トンネル絶縁層１２、上部電極１１の３つが薄膜電子源の基本構成である。図１３の電子放出領域３５はトンネル絶縁層１２に対応した場所である。電子放出領域３５の上部電極１１表面から電子が真空中に放出される。
【００５８】
本実施例ではデータ線３１１の一部の領域（トンネル絶縁層１２に接する領域）が下部電極１３となっている。本明細書では、データ線３１１のうち、トンネル絶縁層１２に接する部分を下部電極１３と呼ぶ。各サブ画素の対応する部分には３重の長方形が配置されている。一番内側の長方形領域は、電子放出領域３５を示しており、これは第１層間絶縁膜１５のテーパー部（傾斜領域部）の再内周に相当する。その外側の長方形は第１層間絶縁膜１５のテーパー膜の再外周に相当する。その外側（再外周）は第２層間絶縁層５１の開口部である。
【００５９】
本実施例では走査電極３１０はバス電極３２により構成されている。また、本実施例では、走査電極３１０上にスペーサ６０を設置している。スペーサ６０は全ての走査電極上に設置する必要はなく、走査電極何本か毎に設置すればよい。スペーサ６０は走査電極３１０に電気的に接続されており、蛍光板６０２の加速電極１２２からスペーサ６０を介して流れる電流を流す働きと、スペーサ６０に帯電した電荷を流す働きをする。なお、図１４では高さ方向の縮尺は任意である。すなわち、下部電極１３や上部電極などは数μｍ以下の厚さであるが、基板１４と面板１１０との距離は１〜３ｍｍ程度の長さである。
【００６０】
図１３において、隣り合う偏向電極３１５の内端の間の距離を２等分する位置にある線Ｇ−Ｈを中心線４３０と呼ぶ。すなわち、図１３においてｄ1＝ｄ2である。電子放出領域３５は中心線４３０をまたがないように配置されているのが、本実施例の特徴である。
【００６１】
陰極板６０１の作成方法を図１５〜図２３を用いて説明する。図１５〜図２３は基板１４上に薄膜電子源を作製するプロセスを示したものである。これらの図には２×２個のサブ画素に対応する薄膜電子源を記載してある。各図の（ａ）は平面図であり、Ａ−Ｂ間の断面図を（ｂ）に、Ｃ−Ｄ間の断面図を（ｃ）に示してある。
【００６２】
ガラスなどの絶縁性基板１４上に、下部電極１３（データ線３１１）用の材料として、Ａｌ合金を例えば３００ｎｍの膜厚に形成する。ここではＡｌ‐Ｎｄ合金を用いた。このＡｌ合金膜の形成には、例えば、スパッタリング法や抵抗加熱蒸着法などを用いる。次に、このＡｌ合金膜を、フォトリソグラフィによるレジスト形成と、それに続くエッチングとによりストライプ状に加工し下部電極１３を形成する。ここで用いるレジストはエッチングに適したものであればよく、また、エッチングもウエットエッチング、ドライエッチングのいずれも可能である。
【００６３】
次に、レジストを塗布して紫外線で露光してパターニングし、図１５のレジストパターン５０１を形成する。レジストには、例えばキノンジアザイド系のポジ型レジストを用いる。次に、レジストパターン５０１を付けたまま陽極酸化を行い、第１層間絶縁層１５を形成する。この陽極酸化は、本実施例では化成電圧１００Ｖ程度とし、第１層間絶縁層１５の膜厚を１４０ｎｍ程度とした。この後レジストパターン５０１を剥離する。これが、図１６の状態である。
【００６４】
次に、レジスト５０１で被覆されていた下部電極１３表面を陽極酸化して絶縁層１２を形成する。本実施例では化成電圧を４Ｖに設定し、絶縁層膜厚を９.７ｎｍとした。これが図１７の状態である。絶縁層１２が形成された領域が電子放出領域３５になる。すなわち、第１層間絶縁層１５に囲まれた領域が電子放出領域３５である。
【００６５】
なお、アルミニウムを陽極酸化して得た陽極酸化絶縁膜の膜厚ｄは，膜厚が２０ｎｍ程度よりも薄い場合にはｄ（ｎｍ）＝１．３６×（ＶＡＯ＋１．８）なる関係が成立することが示されている（「非特許文献３」）。この関係式から化成電圧４Ｖの場合の絶縁層膜厚を求めると７.９ｎｍになる。しかし、透過型電子顕微鏡による膜厚測定で測定した結果、化成電圧４Ｖで生成する膜厚は９.７ｎｍであることがわかった。上記の膜厚値は、この実測値を用いている。
【００６６】
次に、以下の手順により第２層間絶縁層５１および電子放出領域保護層５２を形成する（図１８）。第２層間絶縁層５１のパターンは、バス電極３２とデータ電極３１１との交差領域に形成し、電子放出領域３５は露出するパターンにする。但し、図１８の工程段階では、電子放出領域３５は電子放出領域保護層５２で覆われている。第２層間絶縁層５１および電子放出領域保護層５２は，窒化シリコンＳｉＮｘや酸化シリコンＳｉＯｘなどを成膜した後、エッチングによりパターン化する。本実施例では１００ｎｍ膜厚の窒化シリコン膜を用いた。エッチングは、例えばＣＦ4やＳＦ6を主成分とするエッチング剤を用いたドライエッチングによって行う。
【００６７】
第２層間絶縁層５１は、走査電極とデータ電極との間の絶縁性を高めるために形成する。電子放出領域保護層５２は電子放出領域35となる部分（すなわち絶縁層１２）を後続の工程でのプロセスダメージから保護するためのものであり、後述する通り、後の工程で取り除く。本実施例では、第２層間絶縁層５１と電子放出領域保護層５２は同一材料、同一工程で形成する。
【００６８】
次に、コンタクト電極５５、バス電極３２、バス電極上層３４を構成する材料を、この順に成膜する（図１９）。本実施例ではコンタクト電極５５にはクロム（Ｃｒ）１００ｎｍ厚を用い、バス電極３２にはアルミニウム（Ａｌ）１０μｍ厚を用い、バス電極上層３４にはクロム（Ｃｒ）２００ｎｍ厚を用いた。これらの電極はスパッタリングで成膜した。バス電極３２の材料は，導電性が高い材料を用いると、配線抵抗が低くなり、電極での電圧降下を低減できるので好ましい。
【００６９】
次に、バス電極上層３４およびバス電極３２をエッチングによりパターン化し、後に上部電極１１がコンタクト電極５５と接続できるように露出させ、バス電極３２を形成する（図２０）。この工程で偏向電極３１５を同時に形成する。図２０（ａ），図２０（ｃ）に示したように，バス電極３２に突起部を設けたパターンを用いることで，その突起部を偏向電極315として用いる。すなわち，バス電極３２と偏向電極３１５とは同一材料である。このようにすると、従来と同じ製造工程でつくることが出来るという利点がある。
【００７０】
次に、コンタクト電極５５をエッチングによりパターン化する（図２１）。ここでのコンタクト電極５５のパターン化により、コンタクト電極５５から電子放出領域３５への給電状態が決定される。図２１（ａ）に示した通り、コンタクト電極５５は電子放出領域３５の４辺のうち、長辺を含む２辺が沿うパターンにしてある。上述の通り、電子放出領域３５の長辺を含む２辺給電構造とすることで給電能力を向上させている。
【００７１】
図２１（ｂ）の断面図に矢印で示した通り、コンタクト電極５５の片側（図中，矢印で示した部位）は、バス電極３２に対してアンダーカットを形成し、後の工程で上部電極１３を電気的に分離するための庇を形成する。このアンダーカットの存在により、隣接する走査線に接続されたサブ画素の上部電極が互いに電気的に絶縁（分離）される。これを「画素分離」と呼ぶ。バス電極３２と偏向電極３１５とは同一プロセスで作成しているため、走査電極３１５の下にもアンダーカットが形成されており、隣接走査線と電気的に絶縁されている。
【００７２】
コンタクト電極５５のアンダーカット量は以下のようにして制御する。アンダーカットを形成する部分は、バス電極３２の辺をフォトマスクとして用いてコンタクト電極５５をエッチングする。したがって、コンタクト電極５５は、バス電極３２に対してアンダーカットが発生する。一方、アンダーカット量が大きすぎると、バス電極３２が崩落してバス電極３２と第２層間絶縁層５１とが接触し、庇がなくなってしまう。そこで過大なアンダーカット形成を防ぐために、コンタクト電極５５の材料として、標準電極電位がバス電極３２材料よりも貴な材料を用いる。すなわち、コンタクト電極５５として、バス電極３２材料よりも標準電極電位が高い材料を用いる。
【００７３】
バス電極をアルミニウムとする場合、このような材料として例えばクロム（Ｃｒ)、モリブデン（Ｍｏ)、あるいはＣｒ合金など、これらを成分として含む合金、例えばモリブデン−クロム−ニッケル（Ｍｏ−Ｃｒ−Ｎｉ）合金がある。このようにすると、局部電池作用によりコンタクト電極５５のサイドエッチが途中で停止するためアンダーカット量が増えすぎることを防止できる。さらに、標準電極電位が卑な（低い）材料であるバス電極のエッチング液への露出面積を制御することで、局部電池作用を制御しコンタクト電極５５のサイドエッチの停止位置（すなわち、アンダーカット量）を制御できる。この目的で、クロム（Ｃｒ)を材料とするバス電極上層３４が形成してある。
【００７４】
以上の記載からわかるように、コンタクト電極５５の材料は、バス電極３２の材料よりも標準電極電位が貴な（高い）ものを用いることが好ましい。
【００７５】
次に、ドライエッチングなどにより電子放出領域保護層５２を除去する（図２２）。次に、上部電極１１を形成して陰極板６０１が完成する（図２３）。本実施例では、上部電極１１としてイリジウム（Ｉｒ)、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）の積層膜を用いた。上部電極１１はスパッタ成膜で形成した。なお、実際には全面に上部電極１１が成膜されているが、構成をわかりやすくする目的で、図２３（ａ）では上部電極を取り除いた図を記してある。また、データ線３１１の位置を点線で記してある。
【００７６】
図２３に示した通り、給電線であるバス電極３２からコンタクト電極５５を経由して電子放出領域３５の上部電極１１に電流が供給される。一方、前述の通り、コンタクト電極５５には適切な量のアンダーカットが形成されているため、隣接する走査電極310間で互いに電気的に絶縁されている。
【００７７】
本実施例では、バス電極３２から電子放出領域３５の上部電極１１への給電経路として電子放出領域の長辺を含む２辺を用いるという特徴（特徴Ａ）と、バス電極から電子放出領域の上部電極への給電経路から第２層間絶縁層の段差部を無くしたという特徴（特徴Ｂ）という、２つの特徴を取り入れた陰極構造を採用している。
【００７８】
蛍光板６０２の構成は以下の通りである。図１４に示した通り、ガラスなど透光性の面板１１０にはブラックマトリクス１２０が形成され，さらに各電子放出領域に対向する位置に蛍光体１１４が形成されている。カラー画像表示装置の場合は、蛍光体１１４として赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体を塗り分ける。さらに、加速電極１２２が形成されている。加速電極１２２は膜厚７０ｎｍ〜１００ｎｍ程度のアルミ膜で形成されており、薄膜電子源３０１から放出された電子は、加速電極１２２に印加された加速電圧で加速された後、加速電極１２２に入射すると、加速電極を透過して蛍光体１１４に衝突し、蛍光体を発光させる。蛍光板６０２の作成方法の詳細は、例えば特開２００１‐８３９０７に記載されている。
【００７９】
図１０に示した通り、本実施例では放出された電子の軌道は偏向するので、蛍光体領域１１４の位置は電子放出領域３５の直上には配置せず、ビームの偏向量を考慮して配置する。すなわち、電子放出領域３５の中心位置と蛍光体領域１１４の中心位置とをずらすことになる。陰極板６０１と蛍光板６０２との間には、スペーサ６０が適当な個数配置されている。図１に示したとおり、陰極板６０１と蛍光板６０２とは枠部材６０３を挟んで封着される。さらに、陰極板６０１と蛍光板６０２と枠部材６０３とで囲まれた空間は真空に排気される。以上の手順で表示パネルが完成する。
【００８０】
図２４は，このようにして製作した表示パネル１００の駆動回路への結線図である。走査電極３１０は走査電極駆動回路４１へ結線し、データ電極３１１はデータ電極駆動回路４２に結線する。加速電極１２２は抵抗１３０を経由して加速電極駆動回路４３へ結線する。ｎ番目の走査電極３１０Ｒｎとｍ番目のデータ電極３１１Ｃｍの交点のドットを（ｎ，ｍ）で表すことにする。
【００８１】
抵抗１３０の抵抗値は以下のように設定した。例えば、対角寸法５１ｃｍ（公称２０インチ）の表示装置では表示面積は１２４０ｃｍ2である。加速電極１２２と陰極との間の距離を２ｍｍに設定した場合、加速電極１２２と陰極との間の静電容量Ｃｇは約５５０ｐＦとなる。真空放電の発生時間（２０ナノ秒程度）よりも充分長い時定数、例えば５００ナノ秒とするために、抵抗１３０の抵抗値Ｒsは９００Ω以上に設定すればよい。本実施例では１８ＫΩに設定した（時定数１０μｓ）。このように時定数Ｒｓ×Ｃｇ＞２０ｎｓを満足する抵抗値の抵抗を加速電極１２２と加速電極駆動回路４３の間に挿入することにより、表示パネル内での真空放電の発生を抑制する効果がある。
【００８２】
図２５は、各駆動回路の発生電圧の波形を示す。図２５には記されていないが、加速電極１２２には３〜１０ＫＶ程度の電圧（蛍光面電圧Ｖａ）を印加する。時刻ｔ０ではいずれの電極も電圧ゼロであるので電子は放出されず、したがって，蛍光体１１４は発光しない。
【００８３】
時刻ｔ1において、走査電極３１０Ｒ１にはＶR1＝Ｖｓなる電圧の走査パルス７５０を印加して選択状態にする。走査電極３１０Ｒ１以外の選択されていない走査線にはＶｎｓなる電圧を印加する。本実施例ではＶｎｓ＝０Ｖとした。また，時刻ｔ１において、データ電極３１１Ｃ１，Ｃ２には−ＶC1なる電圧のデータパルス７５１を印加する。ドット（１，１），（１，２）の下部電極１３と上部電極との間には（ＶC1＋ＶR1）なる電圧が印加されるので，（ＶC1＋ＶR1）を電子放出開始電圧以上に設定しておけば、この２つのドットの薄膜電子源からは電子が真空１０中に放出される。
【００８４】
本実施例では、ＶR1＝Ｖｓ＝＋４Ｖ，−ＶC1＝−３Ｖとした。放出された電子は加速電極１２２に印加された電圧により加速された後、蛍光体１１４に衝突し、蛍光体114を発光させる。時刻ｔ2において、走査電極310Ｒ２にＶR1＝Ｖｓなる電圧を印加し、データ電極３１１Ｃ１に−ＶC1なる電圧を印加すると，同様にドット（２，１）が点灯する。このようにして、図２５の電圧波形を印加すると、図２４の斜線を施したドットのみが点灯する。
【００８５】
このようにして、データ電極３１１に印加する信号を変えることにより所望の画像または情報を表示することができる。また、データ電極３１１への印加電圧−ＶC1の大きさを画像信号に合わせて適宜変えることにより、階調のある画像を表示することができる。
【００８６】
図２５に示したように、時刻ｔ4において全ての走査電極３１０に−ＶR2なる電圧を印加する。本実施例では−ＶR2＝−３Ｖとした。このとき全てのデータ電極３１１への印加電圧は０Ｖなので、薄膜電子源３０１には−ＶR2＝−３Ｖの電圧が印加される。このように電子放出時とは逆極性の電圧（反転パルス７５４）を印加することにより絶縁層１２内のトラップに蓄積した電荷を解放し、薄膜電子源の寿命特性を向上できる。また、反転パルスを印加する期間（図２５のｔ４〜ｔ５，ｔ８〜ｔ９）としては、映像信号の垂直帰線期間を用いると、映像信号との整合性が良い。図２４と図２５での説明では、簡単のため３×３ドットの例を用いて説明したが、実際の画像表示装置では走査電極数が数１００〜数千本、データ電極数も数１００〜数千本ある。
【００８７】
図２６は、別の駆動方法を示したものである。この駆動方法では、時刻ｔ２〜ｔ３の期間において走査電極３１０Ｒ２に走査パルス７５０を印加し、走査電極３１０Ｒ２に接続された電子放出素子に隣接する走査電極３１０Ｒ１には偏向パルス７５５を印加する。偏向パルスの電圧はＶｄｅｆ＝−ＶR3とする。このようにして偏向電極３１５の電圧を適正に設定することで、偏向電極３１５、コンタクト電極５５、上部電極１１の電圧関係を最適化し、一層高いビーム偏向効果を得ることができる。
【００８８】
図１０から分かるように、電子ビーム軌道を偏向させる電子レンズは、蛍光面電圧、偏向電極の電圧、上部電極の電圧が影響する。電子放出時の上部電極−偏向電極間電圧は、図２５の駆動方法においては（Ｖｓ−Ｖｎｓ）であり、図２６の駆動方法においては（Ｖｓ−Ｖｄｅｆ）である。電子軌道シミュレーションを行った結果、（Ｖｓ−Ｖｄｅｆ）が大きいほどビーム偏向量は大きい。したがって、ビーム偏向量を大きくしたい場合は，（Ｖｓ−Ｖｄｅｆ）の絶対値を（Ｖｓ−Ｖｎｓ）の絶対値より大きくすると良い。また、より好ましい実施の形態として、偏向パルス７５５の電圧−ＶR3を反転パルス７５４の電圧−ＶR2と等しく設定する。このように設定すると、駆動回路が簡略化されるのでより好ましい。
【００８９】
本実施例の更に好ましい形態として、蛍光体領域１４４と電子放出領域３５の関係を説明する。前述の通り、蛍光体は正イオンの発生を起こしやすい場所であるから、蛍光体領域１４４を電子放出領域３５とは、投射平面図において互いに重ならないように配置すると、正イオンの発生と電子放出領域への照射を一層低減できるので更に好ましい。すなわち、図１０において、ｄ３＞０，ｄ４＞０とすると更に好ましい。条件「ｄ３＞０」は、電子放出領域に対応する蛍光体領域１４４が重ならない条件であり、条件「ｄ４＞０」は、隣接蛍光体領域１４４が電子放出領域と重ならない条件である。
【００９０】
本実施例では、偏向電極３１５は，走査線３１０(すなわち、バス電極３２）と同一材料を用い、同一フォト工程で同時にパターン化する。このようにすることで、偏向電極を導入してもマスク枚数を増やすことなく、従来と同一の製造プロセスで製造できるので、好ましい。
【実施例３】
【００９１】
本発明の実施例３を図２７と図２８を用いて説明する。図２７は、本実施例で用いる表示パネル１００を構成する陰極板６０１の平面図である。図２８は、陰極板６０１の断面図であり、図２８（ａ）は図２７のＡ−Ｂ間断面、（ｂ）はＣ−Ｄ間断面を示す。実施例３と前述の実施例２（図１３、図１４）とを比べると、本実施例ではコンタクト電極５５の形状が異なる。図１３ではコンタクト電極５５は電子放出領域３５の長辺に沿って延びた枝上の張り出し部を有しているが、本実施例（図２７）ではその張り出し部がない。
【００９２】
図２８（ｂ）から分かるように、上部電極１１は走査電極３１０（すなわち、バス電極３２）と偏向電極３１５以外は、ほぼ全面に形成されている。コンタクト電極５５の膜厚（本実施例では０．１μｍ厚）は偏向電極３１５の膜厚１０μｍの１／１００なので、コンタクト電極の形状は電子放出領域３５近傍の電界分布にあまり影響しない。したがって、図２７と図２８の電極形状でも，前実施例と同様なビーム偏向効果が得られる。
【００９３】
本実施例（図２７）では、コンタクト電極の形状が単純なので製造しやすいという利点がある。特にコンタクト電極のパターン化の際、横方向のマスク合わせに高い精度が必要なくなるので作りやすい。一方、図１３のコンタクト電極形状は、給電能力が高く薄膜電子源の電子放出効率を高めたり、信頼性を高めたりできる利点がある。この点を図２９を用いて説明する。コンタクト電極５５は、走査線３１０（本実施例ではバス電極３２で構成される）と上部電極１１を電気的に接続する役割がある。薄膜電子源では電子放出領域３５全体に電流を供給しなければならないが、上部電極１１は１０ｎｍ以下程度と薄いので抵抗が高い。そこで、膜厚が１００ｎｍ程度として抵抗を低くしたコンタクト電極５５を経由して電流を給電するわけである。
【００９４】
コンタクト電極形状と給電能力との関係を図２９を用いて説明する。図２９は電子放出領域３５、コンタクト電極５５、走査電極３１０（本実施例ではバス電極３２で構成される）の配置を模式的に示したものである。図２９（ａ）は図２７の実施例に対応し、（ｂ）は図１３の実施例に対応する。
【００９５】
図２９（ａ）のコンタクト電極形状では、電流は電子放出領域３５のひとつの辺８７１のみから給電されるので電流が辺８７１に集中するため、上部電極１１に流れる電流密度が比較的大きい。一方、図２９（ｂ）のコンタクト電極形状では，電流は電子放出領域３５の二つの辺８７１，８７２から給電されるので電流が分散する。このため、上部電極１１に流れる電流密度が減少し、上部電極に要求される抵抗値が高くても許容される。このため、上部電極膜厚を薄くすることが可能になる。上部電極を薄くすると、上部電極内でのホットエレクトロンの非弾性散乱が減るため、電子放出効率が高くなる。また、電流が分散するため、コンタクト電極と上部電極との間の接続信頼性が高まる。
【００９６】
カラー画像表示装置では、多くの場合、赤色、緑色、青色のサブ画素を横方向に配置して１画素を構成する。１画素はほぼ正方形であるから、各サブ画素の形状は縦長になることが一般的である。これに対応して、各サブ画素に対応する電子放出領域３５の形状も縦長にする。この理由により，カラー画像表示装置では，図２９のｂ０／ａ０比は通常１より大きく，典型的には２〜３である。このため、図２９（ａ）では電子放出領域３５の短い方の辺（短辺）に電流が集中することになる。図２９（ｂ）では、長さｂ０の長辺からも電流を供給するので，電流が分散される。このように、電子放出領域３５の長辺に沿ってコンタクト電極５５を配置すると、上部電極に流れる電流密度が減少し、より好ましい。
【実施例４】
【００９７】
本発明の実施例４を図３１を用いて説明する。本実施例は薄膜電子源を電子放出素子として用いたものである。図３１は、表示パネルを構成する陰極板６０１の平面図であり、主な構成要素のみ記した図ある。図３１は前述の実施例の図１１に対応するものである。図３１では、陰極板６０１を構成する要素のうち、走査線３１０、コンタクト電極５５、各電子放出素子３０１の電子放出領域３５のみを記載してある。電子放出領域３５−２はコンタクト電極５５を介して走査線３１０−２に電気的に接続されている。
【００９８】
本実施例では、走査線３０１の膜厚を厚さ６μｍとすることで，走査線３０１の高さを上部電極高さより十分高くし、走査線３０１に偏向電極の働きを兼用させるものである。図３１に示す通り、隣接する走査線３０１間の内端の距離の中心線Ｇ−Ｈ４３０を含まないように、電子放出領域３５を配置する。このようにすることで、電子放出領域から放出した電子が（図面の）上下方向に偏向する。
【００９９】
ここで電極の「高さ」とは，前述の通り図３０で定義される値である。すなわち，図３０（ａ）のように、基板１４に偏向電極３１５が直接形成される場合には、その膜厚が高さｈ０になる。また、図３０（ｂ）のように、誘電体３８５の上に偏向電極３１５が形成される場合には、偏向電極３１５の最も高い位置までの長さ（図中のｈ０）が高さを定義する。図３０では偏向電極３１５の高さを示しているが，走査線３０１の高さは，図３０で偏向電極３１５を走査線３０１に読み替えて定義する。図３０（ｂ）のような場合でも，高さｈ０が電子レンズ特性を主に支配する。
【０１００】
本実施例では，走査線３０１に図１１のような偏向電極３１５の張り出し部を設けることなく，走査線３０１自体の高さを利用して偏向電極の働きを持たせている。実施例２と比較すると，配線パターンが単純なため製作しやすいという利点がある。
【０１０１】
一方，実施例２では，図１１に示すように，偏向電極３１５が走査線３０１と平行な軸に沿って周期的に配置されている。すなわち，偏向電極３１５が周期的に配置されているが，この繰り返し方向が走査線３０１と平行である。これにより電子ビームは図１０に示したように，走査線３０１と平行な方向に偏向する。この方向にビームを偏向させることの主な利点は２つある。
【０１０２】
第1は，隣接する偏向電極３１５間の距離（周期）が短いことである。偏向電極３１５間の距離が短いほど，電子レンズ効果が強まるため，電子ビームの偏向量が増える。このため，イオン照射の影響をより低減できる。そして，前述の通り，カラー画像表示装置においては，サブ画素を水平方向に配置することが多いため，図１１のように偏向電極３１５を走査線３０１と平行な軸に沿って周期的に配置した方が，偏向電極間の距離が短くなる。
【０１０３】
第2は，スペーサ６０と平行な方向に電子ビームを偏向させることで，スペーサの帯電を防ぐ上で好ましいということである。スペーサ６０が帯電すると表示パネル内の電界が歪むため，電子ビームが所望の経路からはずれ，表示画像に悪影響する場合がある。電子ビームの偏向方向がスペーサ６０と平行方向であれば，スペーサの帯電を防げる。そして，典型的な表示パネルでは，図１３に示したように，スペーサ６０は走査線３０１（バス電極３２，３４）と平行方向に配置される。したがって，図１１のように偏向電極３１５を走査線３０１と平行な軸に沿って周期的に配置することで，ビーム偏向の方向がスペーサ６０と平行な方向になる。
【実施例５】
【０１０４】
本発明の実施例５を図３２と図３３を用いて説明する。実施例５は薄膜電子源を電子放出素子として用いたものである。図３２は、本実施例の画像表示装置で用いる表示パネル１００の一部の断面図である。また、図３３は、対応する平面図である。図３３のＡ−Ｂ間断面図が図３２である。図３２では、薄膜電子源で構成される電子放出素子３０１については、その電子放出領域３５のみ記載してある。薄膜電子源の内部構造、すなわち上部電極１１、電子加速層１２、下部電極１３という内部構造、および層間絶縁膜やデータ線などの詳細な配線構造は記載を省略してある。これらの詳細構造は前述した実施例２と同様である。
【０１０５】
図３３の平面図は、走査線３１０、コンタクト電極５５、電子放出領域３５、遮蔽電極３７１の位置関係を示す概略平面図であり、その他の構成要素は図示を省略した。図３２では、電子放出領域３５を構成要素とする電子放出素子３０１の上部電極１１は、コンタクト電極５５を介して走査線３１０に電気的に接続されている。走査線３１０の高さは１０μmである。走査線３１０の上には誘電体層３７２が配置され、その上には遮蔽電極３７１が設置されている。遮蔽電極３７１は電子放出領域３５の直上に張り出しており、その張り出し長さＬ２は５０μｍである。誘電体層３７２の膜厚Ｔ２は１００μｍである。陰極板６０１と蛍光板６０２との距離Ｌ０は３ｍｍとした。蛍光面電圧Ｖａは１０ＫＶとした。この条件における電子放出領域３５から放出された電子ビームの軌道をシミュレーションで求めたものが電子軌道９２１である。電子放出領域３５から放出した電子ビームは蛍光板６０２に達すると４００μｍ偏向する。そして、蛍光体１１４に照射し蛍光体を発光させる。
【０１０６】
本実施例の特徴は、遮蔽電極３７１と電子放出領域３５を同一平面に投射した投射平面図において、電子放出領域３５が遮蔽電極３７１に覆われていることである。すなわち、遮蔽電極３７１の張り出し長さＬ２が十分大きく、電子放出領域３５全体を覆うようになっている。このようにすると、パネル内の蛍光板６０２近傍で発生したイオンが陰極板６０１に照射しても、遮蔽電極３７１により遮蔽され電子放出領域３５には到達しない。このため、電子放出素子３０１を構成する薄膜電子源は劣化しない。
【０１０７】
本実施例の表示パネル１００は以下のように製作する。図２１の工程までは実施例２と同様の工程で製作する。次に、光感光性ガラスを塗布してパターン化することで誘電体層３７２を形成する。その後で、図２２と図２３の工程で上部電極１１を成膜して、陰極板６０１を製作する。蛍光板６０２と組み合わせて表示パネル１００を組み立てる際、スリット形状の遮蔽電極３７１を挿入する。この際、遮蔽電極３７１の端子部は表示パネル外に取り出しておく。本実施例の画像表示装置の駆動波形は図２５の波形を用いる。遮蔽電極３７１は０Ｖに設定する。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】マトリクス電子源ディスプレイの断面を示す模式図である。
【図２】薄膜電子源の電子放出機構を説明するための図である。
【図３】表面伝導型電子放出素子の構造を示す図である。
【図４】表示パネル内の電位分布を示す模式図である。
【図５】電子放出素子の劣化を示す図である。
【図６】本発明に係わる画像表示装置の第１の実施例の表示パネルの断面模式図である。
【図７】第１の実施例における蛍光体領域と電子放出領域の投影平面図を示す図である。
【図８】第１実施例の陰極平面図を示す図である。
【図９】第１実施例の駆動波形を示す図である。
【図１０】本発明に係る画像表示装置の表示パネルの断面を示す図である。
【図１１】本発明に係わる画像表示装置の第２の実施例の陰極板の平面図である。
【図１２】電子ビームが偏向する機構を示す図である。
【図１３】本発明に係る画像表示装置の第２の実施例の陰極板の一部を示す平面図である。
【図１４】本発明に係る画像表示装置の第２の実施例の陰極板の一部を示す断面図である。
【図１５】本発明に係る画像表示装置の第２の実施例の陰極板の作成プロセスを説明するための図である。
【図１６】本発明に係る画像表示装置の第２の実施例の陰極板の作成プロセスを説明するための図である。
【図１７】本発明に係る画像表示装置の第２の実施例の陰極板の作成プロセスを説明するための図である。
【図１８】本発明に係る画像表示装置の第２の実施例の陰極板の作成プロセスを説明するための図である。
【図１９】本発明に係る画像表示装置の第２の実施例の陰極板の作成プロセスを説明するための図である。
【図２０】本発明に係る画像表示装置の第２の実施例の陰極板の作成プロセスを説明するための図である。
【図２１】本発明に係る画像表示装置の第２の実施例の陰極板の作成プロセスを説明するための図である。
【図２２】本発明に係る画像表示装置の第２の実施例の陰極板の作成プロセスを説明するための図である。
【図２３】本発明に係る画像表示装置の第２の実施例の陰極板の作成プロセスを説明するための図である。
【図２４】本発明に係わる画像表示装置の第２の実施例の表示パネルと駆動回路との結線を示した図である。
【図２５】本発明に係わる画像表示装置の第２の実施例の駆動波形を示した図である。
【図２６】本発明に係わる画像表示装置の別の実施例の駆動波形を示した図である。
【図２７】本発明に係わる画像表示装置の第３の実施例の陰極板の一部を示す平面図である。
【図２８】本発明に係わる画像表示装置の第３の実施例の陰極板の一部を示す平面図である。
【図２９】コンタクト電極形状による給電能力を説明する図である。
【図３０】本明細書における高さの定義を説明する図である。
【図３１】本発明に係わる画像表示装置の第４の実施例の陰極板の一部を示す図である。
【図３２】本発明に係わる画像表示装置の第５の実施例の陰極板の一部を示す断面図である。
【図３３】本発明に係わる画像表示装置の第５の実施例の陰極板の一部を示す平面図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１１・・・上部電極、１２・・・トンネル絶縁層、１３・・・下部電極、１４・・・基板、１５・・・第１層間絶縁層、３２・・・バス電極、３４・・・バス電極上層、３５・・・電子放出領域、４１・・・走査駆動回路、４２・・・データ駆動回路、４３・・・加速電極駆動回路，５１・・・第２層間絶縁層、５２・・・電子放出領域保護層、５５・・・コンタクト電極、６０・・・スペーサ、１００・・・表示パネル、１１０・・・面板、１１４・・・蛍光体、１２０・・・ブラックマトリクス、１２２・・・加速電極、１３０・・・抵抗、３０１・・・電子放出素子、３０５・・・給電電極、３０６・・・接続電極、３１０・・・走査線、３１１・・・データ線、３１５・・・偏向電極、３３１・・・電子ビーム偏向電極Ａ、３３２・・・ビーム偏向電極Ｂ、３７１・・・遮蔽電極、４３０・・中心線、６０１・・・陰極板、６０２・・・蛍光板、６０３・・・枠部材、７５０・・・走査パルス、７５１・・・データパルス、７５４・・・反転パルス、７５５・・・偏向パルス、８１１・・・正極膜、８１２・・・電子放出間隙、８１３・・・負極膜、９２１・・・電子ビーム軌道、９２２・・・正イオンビーム軌道。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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