(57)【要約】【課題】マトリクス電子源ディスプレイの高精細化のために，隣接する走査線を用いて放出電子ビームを収束させようとすると，走査配線から電子放出素子への給電能力が不足する。このため，電子放出効率の向上の隘路になったり，電子放出素子への給電の信頼性が低下したりするという問題があった。【解決手段】電子放出部の一方の長辺に沿って，隣接走査線の張り出し部を設けて収束電極として作用させ，電子放出部の他方の長辺に沿って給電電極を設けることで，走査線からの給電能力が向上する。このため，素子電極内で駆動電流の分布が分散化され，電子放出素子の信頼性が向上する。また，薄膜電子源を用いた場合には，給電能力の向上により上部電極の薄膜化が可能になり，電子放出効率が向上する。【選択図】図１
2009009819.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第1の電極と第2の電極を有し，前記第1の電極は給電電極を経由して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，
前記走査線の一方の側に前記給電電極が接続され，前記電子放出領域を形成する辺のうち長辺が前記給電電極に接続された給電辺であって，前記電子放出領域を挟んで前記給電電極と対向する位置に収束電極を有し，前記収束電極は前記走査線と隣接する走査線に接続されていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記給電辺に対向する辺に沿って前記収束電極を設け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３】
前記収束電極は前記走査線から発して，前記走査線に直交する方向に張り出していることを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記集束電極は前記走査電極と同一層で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記給電電極の印加電圧と前記収束電極の印加電圧とが異なる電圧であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項６】
複数の前記走査線に順次走査パルスを印加し，前記走査パルスが印加された期間に前記電子放出素子から電子放出させて前記蛍光体を発光させる線順次駆動方法を用いた画像表示装置であって，
駆動回路は，前記走査線に，走査パルス電圧，非選択時電圧，収束電圧の少なくとも３種の電圧を出力し，前記走査パルスが印加されているとき，前記電子放出部に隣接している前記収束電極には前記収束電圧が印加されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記電子放出領域が長方形であって，長辺を含む隣接する２辺を前記給電辺とし，前記２辺の給電辺のうち短くない方の辺に対向する辺に沿って，前記収束電極を設けたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項８】
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の電極は給電電極を経由して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，
前記走査線の一方の側に前記給電電極が接続され，前記電子放出領域を形成する辺のうち長辺が前記給電電極に接続された給電辺であって，前記電子放出領域を挟んで前記給電電極と対向する位置に収束電極を有し，前記収束電極は前記走査線と隣接する走査線に接続されており，
前記蛍光体は各画素または各サブ画素に対応した蛍光体領域を有しており，
前記電子放出領域の位置を示す，前記走査線と直交する方向の中心線と，前記蛍光体領域の位置を示す，前記走査線と直交する方向の中心線とは，前記第１の電極の電圧と前記集束電極に印加される電圧の差によって電子ビームが偏向される方向にずらせて形成されていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項９】
前記電子ビームが偏向される方向にずらせて形成されている量は２０μｍ以上であることを特徴とする請求項８に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記蛍光体は各画素列または各サブ画素列に対応したストライプ状の蛍光体領域を有していることを特徴とする請求項８または９に記載の画像表示装置。
【請求項１１】
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，上部電極を形成する第１の電極，下部電極を形成する第２の電極，および，前記第１の電極と前記第２の電極とのの間に挟みこまれた電子加速層を有し，前記第２の電極と前記第１の電極の間に電圧を印加することで前記第１の電極側より電子を放出する薄膜電子源であって，
前記第1の電極は給電電極を経由して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，
前記走査線の一方の側に前記給電電極が接続され，前記電子放出領域を形成する辺のうち長辺が前記給電電極に接続された給電辺であって，前記電子放出領域を挟んで前記給電電極と対向する位置に収束電極を有し，前記収束電極は前記走査線と隣接する走査線に接続されていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１２】
前記給電辺に対向する辺に沿って前記収束電極を設けたことを特徴とする請求項１１に記載の画像表示装置。
【請求項１３】
前記収束電極は前記走査線から発して，前記走査線に直交する方向に張り出していることを特徴とする請求項１１または１２に記載の画像表示装置。
【請求項１４】
前記収束電極は前記走査電極と同一層で形成されていることを特徴とする請求項１１ないし１３Ｃのいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１５】
前記給電電極の印加電圧と前記収束電極の印加電圧とが異なる電圧であることを特徴とする請求項１１に記載の画像表示装置。
【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，上部電極を形成する第１の電極，下部電極を形成する第２の電極，および，前記第１の電極と前記第２の電極とのの間に挟みこまれた電子加速層を有し，前記第２の電極と前記第１の電極の間に電圧を印加することで前記第１の電極側より電子を放出する薄膜電子源であって，
前記第1の電極は給電電極を経由して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，
前記走査線の一方の側に前記給電電極が接続され，前記電子放出領域を形成する辺のうち長辺が前記給電電極に接続された給電辺であって，前記電子放出領域を挟んで前記給電電極と対向する位置に収束電極を有し，前記収束電極は前記走査線と隣接する走査線に接続されており，
前記蛍光体は各画素または各サブ画素に対応した蛍光体領域を有しており，前記電子放出領域の位置を示す，前記走査線と直交する方向の中心線と，前記蛍光体領域の位置を示す，前記走査線と直交する方向の中心線とは，前記第１の電極の電圧と前記収束電極に印加される電圧の差によって電子ビームが偏向される方向にずらせて形成されていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１７】
前記電子ビームが偏向される方向にずらせて形成されている量は２０μｍ以上である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】
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平面上に間隔を挟んで対向いて配置された第1の電極と第2の電極を有し，前記第1の電極は給電電極を経由して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，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ことによって，前記第１の電極と前記第２の電極の間に電子を放出し，
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，
前記走査線の一方の側に前記給電電極が接続され，前記電子放出領域を形成する辺のうち長辺が前記給電電極に接続された給電辺であって，前記電子放出領域を挟んで前記給電電極と対向する位置に収束電極を有し，前記収束電極は前記走査線と隣接する走査線に接続されていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１９】
前記給電電極の印加電圧と前記収束電極の印加電圧とが異なる電圧であることを特徴とする請求項１８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２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・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〜１０KV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。
【０００６】
図３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，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もち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】
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において駆動電流を減らすためには，放出比α＝Je／Jdを高めることが必要である。放出比αを高める方法の一つは，上部電極の膜厚を薄くすることである。このようにすると，上部電極中でのホットエレクトロンの散乱確率が減るため，放出比αが高まる。ただし，上部電極の膜厚を薄くするには，上部電極が薄くても電子放出素子への給電能力が充分確保できる素子構造にする必要がある。
【００１１】
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Journal of the SID, vol. 5 (1997) pp. 345-348 「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４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，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。このため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。
【００１２】
電子放出素子から放出される電子ビームは空間的に有限な広がりを持つ。したがって，表示装置の高精細化のためには，電子ビームの空間的拡がりを小さくすることが必要になる。
【００１３】
表示装置を高精細化する場合，電子放出素子から放出される電子ビームの拡がりが問題になる場合がある。すなわち，図５に示す通り，電子放出素子301から放出された放出電子ビーム911は有限な広がりを持つ。したがって，表示装置を高精細化して面板110上の隣接画素間の蛍光体114の間隔が狭くなると，図５のように隣接画素の蛍光体911に電子ビームが照射してしまう。この場合，本来励起発光すべきでない隣接画素が発光してしまう。特に，カラー画像表示装置の場合，隣接蛍光体は発光色が異なるため，隣接画素を発光させると表示画像の色が意図した色と違ってしまい，色純度の低下など顕著な表示画質劣化を引き起こす。したがって，表示装置の高精細化のためには，電子ビームの空間的拡がりを小さくすることが必要になる。
【００１４】
マトリクス電子源ディスプレイにおいて放出電子ビームの空間的拡がりを小さくする方法として，収束電極を用いる方法がある。これは収束電極により電子レンズを構成し，電子ビームを収束させ，蛍光面上でのビームスポット形状を小さくするものである。しかし，収束電極を導入することは，表示装置の製造方法が複雑になり，製造コストが高くなるという問題があった。
【００１５】
なお，本明細書において「収束」とは，「集束」「フォーカス」と同義である。
【００１６】
「特許文献２」には，隣接走査線を収束電極として兼用することで，電子ビーム収束機能を取り入れる技術が開示されている。図６に，この陰極構造を示す。図６（ａ）は平面図であり，図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ｂ断面図である。
各画素（カラー表示装置の場合はサブ画素）に対応する電子放出素子301は，給電電極305によって走査線310に電気的に接続される。走査線310は図では水平方向に延びている。本図では走査線310，電子放出素子301，それらを接続する給電電極305の形状のみを示す。走査線310は張り出し部315（収束電極）を有し，張り出し部315は各電子放出素子の左右に張り出した形になっている。図６(b)が断面図である。
【００１７】
このような構成にすると，走査線310の張り出し部315による電子レンズ効果により，電子放出素子から放出された電子ビームは内側に収束され，蛍光面上でのスポットが小さく絞られる。すなわち，走査線張り出し部315が収束電極として働く。特に，走査電極張り出し部315が電子放出部の左右に位置しているため，左右方向に収束される。このため，カラー画像表示装置の高精細化に有効である。
【００１８】
しかしながら，この従来の構成を用いると，後で詳述するように電子放出素子への給電能力を高めることが出来ず，電子放出素子の信頼性の低下を引き起こすという問題があった。また，電子放出素子として薄膜電子源を用いた場合には，電子放出比（電子放出効率）を高められないという問題があった。
【００１９】
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
マトリクス電子源ディスプレイの高精細化のために，隣接する走査線を用いて放出電子ビームを収束させようとすると，走査配線から電子放出素子への給電能力が不足する。このため，電子放出効率の向上の隘路になったり，電子放出素子への給電の信頼性が低下したりするという問題があった。
【００２１】
本発明は，放出電子ビームの収束性を高めつつ，給電配線から上部電極への給電能力を高めた画像表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本願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。
【００２３】
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の電極は給電電極を経由して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，前記走査線の一方の側に前記給電電極が接続され，前記電子放出領域を挟んで前記給電電極と対向する位置に収束電極を有し，前記収束電極は前記走査線と隣接する走査線に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように，本発明によれば，電子放出部の一方の長辺に沿って，隣接走査線の張り出し部を設けて収束電極として作用させ，電子放出部の他方の長辺に沿って給電電極を設けることで，走査線からの給電能力が向上する。このため，素子電極内で駆動電流（素子電流）の分布が分散化され，電子放出素子の信頼性が向上する。また，薄膜電子源を用いた場合には，給電能力の向上により上部電極の薄膜化が可能になり，電子放出効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下，本発明に係る画像表示装置を図面に示した幾つかの実施例による発明の実施の形態を参照して更に詳細に説明する。
【実施例１】
【００２６】
実施例１は本発明をＭＩＭ電子源，ＳＥＤ電子源等に適用した場合の例である。カラー画像表示装置の場合に必要とされるビーム収束性について述べる。カラー画像表示装置では，それぞれ赤，緑，青に発光するサブ画素を３つ配置して１つの画素450を構成するのが一般的である（図７）。マトリクス電子源ディスプレイでは，赤色蛍光体114A，緑色蛍光体114B，青色蛍光体114Cを各サブ画素の形成し，１つの画素450を構成する。
【００２７】
マトリクス電子源ディスプレイでは，一般に図７に示すように，サブ画素を走査線に沿った方向（図では水平方向）に３つ配置して１画素を構成する。特に，線順次駆動を用いる場合には，ある瞬間には１本（または２本）の走査線しか発光しないので，平均的な発光輝度は走査線の本数をＮscanとすると，1／Nscan（または2／Nscan）になる。すなわち，走査線の本数Nscanを増やすと表示装置としての輝度が低下するので，サブ画素は走査線に沿って配置することが好ましい。
【００２８】
各画素の形状は正方形に近い形が好ましいので，図７に示す通り，各サブ画素の形状は走査線と垂直な方向に延びる長方形になる。したがって，水平方向に隣接するサブ画素間の距離をx(sp)，垂直方向に隣接するサブ画素間の距離をy(sp)とすると，y(sp)＞x(sp)となる場合が多い。したがって，電子ビームの拡がりは走査線方向（横方向）について，より収束性を高めなければならない。さらに，カラー画像表示装置では，走査線方向のサブ画素間は発光色が異なるので，隣接サブ画素を発光させることは，色の混色を引き起こし，顕著な画質劣化となってしまう。この点からも電子ビームの収束性は走査線方向（横方向）について高める必要がある。
【００２９】
図７（ｂ）は，陰極板上の電子放出素子301の電子放出領域３５の配置と走査線310の配置を模式的に示した図である。サブ画素が走査線と垂直する方向に延びた長方形であることに対応して，電子放出領域３５も走査線310と垂直する方向に延びた長方形にする。このようにすることで，放出する電子ビームは縦長の形状になるので，蛍光体114の形状と一致し，蛍光体114を効率よく励起発光させることができる。
【００３０】
電子放出部が線状（スリット状）の場合は，長方形の電子放出領域の短辺の長さが０になったと考えればよい。すなわち，図７（ｃ）の配置にするのが好ましい。このようにすることで，放出する電子ビームは縦長の形状になるので，蛍光体114の形状と一致し，蛍光体114を効率よく励起発光させることができる。
【００３１】
以上をまとめると，次のようになる。カラー画像表示装置においては，サブ画素の形状は走査線と直交する方向を長辺をもつ長方形になり，走査線が水平方向に形成される場合は，サブ画素は縦長になる。そのため，放出電子ビームの収束度は，水平方向に高い収束度が要求される。そして，各サブ画素に対応する電子放出素子の電子放出領域の形状も走査線と直交する方向に長辺をもつ長方形になる。
【００３２】
前述の通り，図６の陰極構造を用いると，放出電子ビームを水平方向に収束させることができる。図６のように隣接走査線張り出し部315を収束電極として兼用させることには２つの利点がある：(1) 走査線の加工形状の変更だけで電子ビームの収束ができ，製造プロセスが簡単である。(2) 隣接する走査線の張り出し部315を収束電極とするので，収束電極の電位を，選択走査線に印加する駆動電圧とは異なる値に設定でき，電子ビームの収束性を高めることが出来る。
【００３３】
一方，隣接走査線張り出し部315と走査線310とは同一の層に形成されるため，レイアウト上の制約がある。図６の電子放出素子301-2に着目する。電子放出素子301-2は，走査線310-2と給電電極315を介して電気的に接続されている。一方，隣接する走査線310-1の張り出し部315に電子放出部301-2の左右の辺を囲まれている。これは張り出し部315が収束電極として作用して電子ビームを水平方向に収束させるためである。そして，上述の通り，左右の辺は電子放出素子301-2の長い方の辺（長辺）と一致する。したがって，給電電極305は電子放出素子301-2の残りの短い方の辺（短辺）としか接続できない。
【００３４】
電子放出素子301の短辺でのみ給電電極を接続すると，以下に述べる理由で給電能力が不足する。上部電極と下部電極，および両者の間に挟まれた電子加速層とで構成される薄膜電子源を例にして述べる。給電配線から上部電極への給電能力は，給電配線と上部電極との電圧降下量で表すことが出来る。すなわち，電圧降下量が小さいほど給電能力が高い。そこで，電圧降下量の概算を行う。
【００３５】
図８は従来型の薄膜電子源の構造を示した図である。ここではマトリクス状に配置した薄膜電子源のうち１サブ画素（１画素のうちの１色の蛍光体に対応する要素）に対応する部分を示した。走査線とデータ線とが交差する場所（画像表示装置の１サブ画素に対応）に電子放出部が形成されている。図８（ａ）は平面図，（ｂ）は断面図，（ｃ）は薄膜電子源の動作時の電圧降下量を模式的に示した図である。
【００３６】
図８には図示していないが，給電電極から電子放出部の遠端までは一番上の層に連続的に上部電極が形成されており，電気的に接続されている。上部電極は典型的には1ｎｍ〜20nm程度の膜厚である。給電電極の膜厚は典型的には10nm〜500nmであり，上部電極のシート抵抗ρと比べて給電電極のそれは十分に小さい。したがって，給電能力の概算においては，給電電極と電子放出部遠端上の上部電極との間の電圧降下量を求めればよい。
【００３７】
図８（ｃ）は動作時の電圧降下量を模式的に示した図である。第２層間絶縁層上（長さｄ2）での電圧降下をΔＶ2，第２層間絶縁層のエッジ（段差部）での電圧降下をΔＶst，第１層間絶縁膜上（長さｄ1）での電圧降下をΔＶ1，電子放出領域（長さＬ）での電圧降下をΔＶemとする。電子放出領域では上部電極―下部電極間で電流が流れるために上部電極中を流れる電流が場所により異なるため，図８（ｃ）に示したように電圧降下の曲線が２次曲線に近づく。定式化を簡単化するために，電子放出領域内でのダイオード電流密度を電子放出領域内で一定(=J)と近似する。電子放出領域内の位置ｘを給電側からの距離とすると，場所ｘでの電圧降下ΔＶem(x)は次式で表せる。
【００３８】
【数１】
2009009819.tif 000003
【００３９】
ここで，Ｌは電子放出領域の長さ，ρは上部電極のシート抵抗である（図８）。したがって，電子放出領域の遠端（ｘ＝Ｌ）での電圧降下ΔVem=ΔVem(x=L)は次式で表せる。
【００４０】
【数２】
2009009819.tif 000004
【００４１】
ここで電子放出領域に対して「給電辺」を定義する。給電辺とは電子放出領域を構成する辺のうち，バス電極から電子放出領域上の上部電極への給電経路として機能する辺として定義する。先に述べた通り，給電経路での電圧降下の計算においては，給電電極での電圧降下は上部電極での電圧降下に比べて無視できる場合が多いので，給電辺は，給電電極から電子放出領域上の上部電極への給電経路として機能する辺と考えても同じである。したがって，構造面から「給電辺」を定義すると，電子放出領域を構成する辺のうち，給電電極がそれに沿って形成された辺として定義される。
【００４２】
電子放出領域の短い方の辺（短辺）の長さをa，長い方の辺（長辺）の長さをbとする。カラー画像表示装置では，前述の通り，サブ画素形状の（長辺）／（短辺）比は典型的には３であるから，典型的な例としてb／a=3とする。短辺から給電する場合はＬ＝ｂとなり，長辺から給電する場合はＬ＝ａとなるので，式（２）からわかるように，長辺から給電する場合の電圧降下量は，短辺から給電する場合にくらべて１／９倍になる。すなわち，給電能力が９倍に向上する。
【００４３】
電子放出領域全体に一定な電圧を印加するためには，ΔＶemを一定値以下に収める必要がある。したがって，長辺から給電する配線構造にしてＬ＝ａ＝ｂ／３とすれば，上部電極のシート抵抗ρはその分増えてもΔＶemは一定値以下に収まる。すなわち，上部電極の膜厚を薄くすることが可能になる。
【００４４】
図３に示した電子放出メカニズムからわかるように，上部電極の膜厚を薄くすると，上部電極内での散乱が減るため，ホットエレクトロンが散乱で失うエネルギーが減る。したがって，電子放出効率が増大する。図９は，電子放出領域の長辺側から給電することで給電能力を高め，その分上部電極膜厚を薄くした薄膜電子源の電子放出効率を測定した結果である。上部電極膜厚は上部電極のシート抵抗で示した。シート抵抗が高いほど，すなわち上部電極が薄いほど電子放出効率が増加することがわかる。
【００４５】
このように，電子放出部の長辺から給電することで給電能力を高めることで，電子放出効率を向上させることが出来る。本明細書において，電子放出領域の「長辺」，「短辺」を述べる場合，電子放出領域の形状として厳密な長方形には限らない。電子放出領域を構成する主要な辺から構成される長方形の「長辺」「短辺」，あるいは，電子放出領域を接して囲む長方形の「長辺」「短辺」を含めて，電子放出領域の「長辺」「短辺」と呼ぶ。例えば，図３４には種々の形状の電子放出領域３５を例示した。(A)においては，辺bが長辺，辺aが短辺になる。図３４(B)〜(D)に実線で示した形状の電子放出領域３５の場合には，点線で示した仮想的な長方形を考え，それぞれ辺bを「長辺」，辺aを「短辺」と呼ぶ。
【００４６】
また，図３４において，長辺b1に対し，長辺b2を「長辺b1に対向する辺」と呼ぶ。また，上部電極の給電電極側には長さＬ（図８）に対応する電子放出領域の電流が集中する。したがって，電子放出部の長辺から給電すると，上部電極の単位体積当たりに流れる電流量が小さくなるので，電極の信頼性が向上する。薄膜電子源においては，（ａ）駆動電流（ダイオード電流）が放出電流より４倍以上も大きい，（ｂ）上部電極が数ｎｍ〜１０ｎｍと薄い，ので上部電極の単位体積に流れる電流を低減することは信頼性の点で重要である。
【００４７】
表面伝導型電子放出素子の場合も，（ａ）駆動電流が放出電流よりも４倍以上大きい，（ｂ）給電配線に接続される負極膜あるいは正極膜の膜厚が数ｎｍ〜数１０ｎｍと薄い，ので負極膜あるいは正極膜の単位体積に流れる電流を低減することは信頼性の点で重要である。したがって，表面伝導型素子でも，電子放出部の長辺側に給電電極を接続することが，信頼性向上に有効である。
【００４８】
表面伝導型電子放出素子での電子放出部の「長辺」について述べる。図４に即して述べたように，表面伝導型電子放出素子では負極膜813と正極膜811の間に数nm〜数10nm幅の電子放出間隙812が設けられ，この電子放出間隙812を駆動電流が流れる。図１０に平面図を模式的に示したが，この場合，電子放出間隙812を電子放出部と見なすべきである。すなわち，図１０に示した通り，電子放出間隙812の長さbが電子放出部の「長辺」に相当し，電子放出間隙812の間隙幅が短辺aに相当する。図１０においては，駆動電流が流れる経路を矢印で図示した。図１０の(a)と(b)の構成を比べると，給電電極315を電子放出間隙812の長辺に沿って設けた構成(b)では，駆動電流が集中しないことがわかる。
【００４９】
以上の通り，電子放出素子の電子放出部の長辺に沿って給電電極を設けると給電能力が向上し，電子放出素子の信頼性向上に有効である。また，薄膜電子源の場合は，電子放出効率の向上にも有効である。一方，前述の通り，放出電子ビームの収束のためには，電子放出部の長辺に沿って走査線の張り出し部を設ける必要がある。このように，従来の方法では，放出電子ビームの収束性向上と電子放出素子への給電の給電能力向上との両方を同時に満たすことが出来ない。本発明は，この問題を解決し，放出電子ビームの収束性向上と給電能力向上とを両立させる画像表示装置を提供する。
【００５０】
本発明を図１を用いて述べる。図１（ａ）は本発明で用いる陰極板の平面図である。電子放出部301-2に着目すると，（１）電子放出部301-2の一方の長辺に沿って給電電極305を設け，（２）他方の長辺に沿って走査線の張り出し部315（収束電極）を設ける。構成（１）により給電能力が高まるのは前述の通りである。図１（ｂ）は，図１（ａ）のA-B間断面図である。図１（ｂ）に示したように，走査線張り出し部305は膜厚を厚くしてあり，電子レンズを加速電極122(図１には図示せず)に印加される電圧と組み合わさって電子レンズを形成する。これにより，電子放出素子301から放出された電子ビームが収束し，蛍光面上でのスポット径が小さくなる。
【００５１】
さらに，電子レンズを構成する走査線張り出し部315は走査線301-1に接続され，電子放出素子301-2は給電電極305を経由して走査線301-2に接続されている。したがって，収束電極を構成する張り出し部315と電子放出素子301とは，異なる電位に設定できるので，適切な電位関係に設定することで電子ビームの収束性を最適化できる。
【実施例２】
【００５２】
第２の実施例では本発明をMIM(Metal-Insulator-Metal, 金属−絶縁体−金属)電子源を用いた画像表示装置に適用した場合の具体的な装置の構成について開示する。
【００５３】
図１１は，本実施例で用いる表示パネルの平面図である。図１２は図１１のＡ−Ｂ間の断面図である。図１２では，陰極板６０１の構成物のうち走査電極310のみ取り出して記載してある。（これに対し，図２では陰極板６０１の構成物のうち電子放出素子301のみを記載した。）
陰極板601，蛍光板602，枠部材603とで囲まれた内部が真空になっている。真空領域には大気圧に抗するためにスペーサ60が配置されている。スペーサ60の形状，個数，配置は任意である。図１１ではスペーサ60の厚みが走査電極310の幅より厚く描いてあるが，これは図を見やすくするためであって，実際にはスペーサ60の厚みは走査電極310の幅より薄い。陰極板601上には走査電極310が水平方向に配置され，データ電極311がそれと直交して配置されている。走査電極310とデータ電極311との交点が画素に対応する。ここで画素とは，カラー画像表示装置の場合にはサブ画素に対応するものである。
【００５４】
図１１では走査電極310の本数が14本しか記載していないが，実際のディスプレイでは数100本から数千本ある。データ電極311についても実際の画像表示装置では数100本から数千本ある。走査電極310とデータ電極311との交点には電子放出素子301が配置されている。
【００５５】
図１３は，図１１の中の陰極板601の一部（４サブ画素分）を示した平面図である。図１４は図１３に対応した，陰極板601の一部の断面図である。図１４（ａ）は図１３のＡ−Ｂ間の断面図であり，図１４（ｂ）は図１３のＣ−Ｄ間の断面図である。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。
【００５６】
図１３は，図1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実施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１に対応した形になっている。すなわち，図１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から給電電極305（図１３ではコンタクト電極５５に対応）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）からは走査線張り出し部315が電子放出領域（図１３の35）の長辺に沿って設置されている。上述の通り，隣接走査線張り出し部315を収束電極として使用する。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【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６Ｖに設定し，絶縁層膜厚を１０．６nm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，化成電圧VAOとの間にd(nm)＝１．３６×ＶＡＯなる関係があると従来報告されてきた。発明者らの最近の研究によると膜厚が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」）。上記の値（化成電圧６Ｖで，絶縁層膜厚１０．６ｎｍ）は，この最新の関係式から求めた値である。
【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）２μm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）。この工程で走査電極張り出し部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，その突起部を走査電極張り出し部315として用いる。すなわち，バス電極３２と走査電極張り出し部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と走査電極張り出し部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】
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１１に示したとおり，陰極板601と蛍光板602とは枠部材603をはさんで封着される。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（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なる電圧の走査パルス750を，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。本実施例ではＶR1＝＋5V，−ＶC1＝−4V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。
【００８４】
時刻ｔ2において，走査電極310R2にＶR1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＝−5V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＝−５Ｖ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。
【００８７】
図２４，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。
【００８８】
図２６は別の駆動方法を示したものである。本実施例では，時刻ｔ2〜ｔ3の期間において走査電極Ｒ２に走査パルス750を印加し，隣接する走査電極Ｒ１には収束パルス755（電圧は−ＶR3）を印加する。このようにして走査電極張り出し部（収束電極）の電圧を適正に設定することで，走査線張り出し部315，コンタクト電極５５，上部電極１１の電圧関係を最適化し，一層高いビーム収束効果を得ることができる。
【００８９】
図１と図１３とからわかるように，本実施例においては，電子放出部35に給電する給電電極305（図１３のコンタクト電極５５に対応）を電子放出部35の長辺に沿って設けているため，給電能力が高く，上部電極１１を薄くしても給電能力が確保できる。そのため，上部電極の薄膜化により電子放出効率を高めることが出来る。また，給電辺が長くなることで上部電極の特定領域への電流集中が緩和されるため，上部電極の信頼性が向上する。
【００９０】
隣接走査線301（図１３ではバス電極３２に対応）に走査線張り出し部315を設け，電子放出部３５の長辺に沿って設けてある。このため，走査線張り出し部315による電子レンズ効果により放出された電子ビームが収束され，高精細な画像表示装置を供することが出来る。
【００９１】
走査線301（図１３ではバス電極３２に対応）に走査パルスを印加して電子放出させる期間に，隣接走査線301に適切な電圧を印加することで走査線張り出し部315（収束電極）により形成される電子レンズを最適化でき，ビームの収束性を一層向上させることができる。
【００９２】
このように本実施例の駆動方法の特徴のひとつは，ビデオ信号の１フィールド期間内の表示期間において，走査線に結線された駆動回路が少なくとも３値の電圧を出力することである。すなわち，走査パルス電圧ＶR1，走査線非選択時の電圧（本実施例では0Vだが，0V以外に設定してもよい），収束パルス電圧−ＶR3の３値である。また，ここで「表示期間」とは，ビデオ信号の１フィールド期間から垂直帰線期間を除いた期間を指す。すなわち，走査パルスを順次出力する期間である。前述の通り，このようにすることでビームの収束性が一層向上する。なお，本実施例では帰線期間に反転パルス（電圧−ＶR2）を印加する。
【００９３】
また，本実施例のように電子放出素子301として薄膜電子源を用いた場合には，電子放出素子に逆極性の電圧（すなわち，上部電極が下部電極に対して負電位になる電圧）を印加しても表示画像には影響しない。なぜなら，図３に示した電子エネルギーバンド図からわかるように，上部電極が下部電極に対して負電位になる電圧を与えた場合，電子は上部電極から下部電極に向かって流れようとするので，真空中には電子は放出せず，不要な蛍光体発光は生じない。したがって，収束パルス電圧−ＶR3として逆極性の電圧を選択すると収束パルス電圧の電圧マージンが広くとれるため，ビームの収束性の最適化が容易になる。これは，本発明において薄膜電子源を電子放出素子として用いる利点である。
【実施例３】
【００９４】
本実施例では，収束電極を利用して横方向電界を発生することにより，電子ビームの収束に加えて，ビーム軌道を曲げる機能を持たせたことを特徴とする例である。
【００９５】
本実施例で用いる表示パネルの平面図を図２７に示し，断面図を図２８に示した。図２７は陰極版601の一部を示した平面図である。図２８は図２７に対応した，陰極板601の一部の断面図である。図２８（ａ）は図２７のＡ−Ｂ間の断面図であり，図２８（ｂ）は図２７のＣ−Ｄ間の断面図である。なお，図２７は上部電極11を取り除いた平面図になっている。図２８に記載した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。
【００９６】
図１３，図１４に示した実施例２と本実施例との違いは，給電電極として働くコンタクト電極５５上にも走査線電極を張り出した部分（走査線給電側張り出し部316）を設けたことである。図２７，図２８に示した構造の陰極版の作成方法は，実施例２と同様なプロセスを用いて作る。バス電極32，34のパターンニング工程で用いるパターンを実施例２とは変えればよい。
【００９７】
本実施例においては，サブ画素に対応して蛍光体をパターン化して形成した蛍光体領域１１４の中心軸（図２８（ｂ）で一点鎖線で表示）と電子放出部３５の中心軸（図２８（ｂ）で一点鎖線で表示）とをΔｘだけずらして配置する。これは，後述の通り放出電子ビームの軌道が偏向することに合わせたものである。ここでΔｘの量は２０μｍ以上に設定するのがよい。すなわち，基板１４と面板１１０との合わせ精度は通常±５μｍ程度である。Δｘの量を２０μｍ以上に設定すれば，集束電極に印加する電圧を調整することによって，基板１４と面板１１０との合わせのばらつきを吸収して，電子ビームの中心と蛍光体の中心とを一致させることが出来る。
【００９８】
本実施例のパネルの駆動回路との結線方法は図２４に示した通りである。
駆動回路からの出力波形は図２６に示した通りである。本実施例では，時刻ｔ2〜ｔ3の期間において走査電極Ｒ２に走査パルス750を印加し，隣接する走査電極Ｒ１には収束パルス755（電圧は−ＶR3）を印加する。
【００９９】
いま走査線R2に電気的に接続された電子放出素子を考える。時刻ｔ2〜ｔ3の期間において，走査線給電側張り出し部316には電圧ＶR1が印加され，走査線張り出し部315には電圧−ＶR3（収束パルス755の電圧）が印加される。ＶR1＞−ＶR3なので，走査線給電側張り出し部316と走査線張り出し部315の間の空間には横方向の電界が生じる。このため電子ビームの軌道が曲がり，電子が蛍光面上に入射する位置（着地点，すなわちランディング位置）がずれる。このズレ量に合わせて，蛍光体領域１１４の中心位置を電子放出部中心からΔxだけずらしている。
【０１００】
本実施例の利点は以下の通りである。第1の利点は，収束パルス755の電圧−ＶR3を調整することで電子ビームの蛍光面での着地点を調整できることである。これにより，表示パネルの作成時に発生する蛍光面と基板との合わせズレを駆動回路の印加電圧の調整により電気的に解消できる。このため表示パネルの製造裕度が増えるため作りやすくなる。これは特に本発明が目的としている高精細の表示装置を作る際に重要である。
【０１０１】
薄膜電子源は直進性が良いため，従来の設計方法では電子放出部中心と蛍光体中心とを合わせれば良かった。これをあえてビームを偏向させる構成とし，電子放出部中心と蛍光体中心を偏心したパネル構成にすることで，電気的にランディング位置を調整可能にしてパネルを作りやすくした点が本発明のポイントである。
【０１０２】
本発明では，電子ビームの偏向量を調整する収束パルス電圧−ＶR3は動作させようとする走査線の隣接走査線への印加電圧であるから，電子放出素子の動作電圧とは無関係に設定できる。すなわち，ランディング調整と動作電圧調整を独立に設定できるため，設計の自由度が高いという利点がある。
【０１０３】
第2の利点は，イオンの発生箇所を電子放出部からずらすことでイオンが電子放出部に照射する量を減らすことである。この点を図２９を用いて説明する。
【０１０４】
図２９は表示パネル中での電子ビームの軌道とイオンの軌道を模式的に示したものである。図２９（ａ）は従来の陰極構造の場合，（ｂ）は本実施例の陰極構造の場合を示している。図２９（ａ）の従来の陰極構造の場合について述べる。加速電極１２２にＶa＝７ＫＶを印加した場合を考える。薄膜電子源の電子放出部３５から放出した電子ビームは直進性が良いため，加速電極１２２−基板間に形成された電界により加速され電子放出部の直上の点で蛍光面に着地（ランディング）する。電子ビームは蛍光面近傍では数KV〜Va(=7KV)の運動エネルギーを有するため，パネル内の残留ガスなどをイオン化し正イオンを発生する。発生した正イオンは加速電極１２２−基板間に形成された電界により直進し，電子放出部に入射する。
【０１０５】
電子源に入射する時点でのイオンのエネルギーは最大Va（＝７ＫＶ）に達するので，薄膜電子源の特性に悪影響を及ぼすことがある。図２９（ｂ）は，本実施例の表示パネル構造（図２８）を模式的に示したものである。走査線給電側張り出し部316と走査線張り出し部315の間の空間に形成された横方向の電界により，電子ビームの軌道が偏向する。これにより，イオンの発生場所もずれる。イオンは電子よりも質量が大きいため，パネル内を直進して基板に入射する。このため，電子放出部３５にイオンが入射しない。これにより，薄膜電子源の特性劣化を防ぐことができる。
【０１０６】
本発明の別の実施例を図３５を用いて述べる。図３５（ａ）は蛍光板６０２上の蛍光体領域１１４のパターンを示した平面図である。図３５（ａ），図３５（ｂ）の点線の枠は１画素相当の領域を示す。図３５（ｂ）は，（ａ）に対応した領域の陰極板６０１上の電子放出領域３５と走査線３１０の配置を示した図である。本実施例では，蛍光体領域１１４を同一色蛍光体の領域をつなげたストライプ状に形成してある。このようにすると，蛍光体領域を形成しやすいという利点がある。
【０１０７】
ストライプ状の蛍光体領域１１４の中心軸421と電子放出領域３５の中心軸422とをずらしている。このような構成でも前述の効果が得られる。
【実施例４】
【０１０８】
本発明の第４の実施例を図３０を用いて述べる。
【０１０９】
図３０は本実施例で用いる陰極板601の一部の平面図を示したものである。これは第２の実施例での図１３に対応するものである。図１３と図３０を比較してわかるように，本実施例では，コンタクト電極５５（給電電極）を２画素で共用し，ビーム収束に用いる走査線張り出し部３１５も２画素で共用している。このようにすると，パターンの合わせマージンが大きくなるので，作りやすくなる。
【実施例５】
【０１１０】
本発明の第５の実施例として電子放出素子301として表面伝導型電子源を用いた画像表示装置を述べる。
【０１１１】
図３１は本実施例で用いる陰極板601の一部の平面図を示したものである。図３２は図３１に対応した，陰極板601の一部の断面図である。図３２（ａ）は図３１のＡ−Ｂ間の断面図，（ｂ）はＣ−Ｄ間の断面図である。
【０１１２】
ガラス基板１４上に走査線310とデータ線311を互いに直交して配置する。走査線310とデータ線311の間には層間絶縁膜（図示せず）を挿入し，互いに電気的に絶縁している。走査線とデータ線の交差する領域の近傍に，サブ画素に対応した電子放出素子301が形成されている。電子放出素子は正極膜811と負極膜813とで構成され，正極膜811は給電電極305を介して走査線310に接続されており，負極膜813は接続電極306を介してデータ線に接続されている。
【０１１３】
正極膜811と負極膜813は酸化パラジウムPdOの微粒子膜とその表面を被覆する炭素膜とで構成されている。正極膜811と負極膜813の間は数nmの間隙812（ギャップ）が形成されている。正極膜811と負極膜813の間に電圧を印加するとこの間隙部812で電子放出が起こる。本実施例では，図１０に即して述べたように，間隙812を電子放出部と見なす。
【０１１４】
陰極板601の製造方法の詳細は例えば「非特許文献４」に記載されている。本発明では走査線310が走査線張り出し部315を有することが特徴である。これは走査線のパターンを変更することで製造可能である。
【０１１５】
本実施例の表示パネルと駆動回路との結線は図２４と同様である。本実施例の駆動回路の出力電圧波形を図３３に示す。走査線に電圧ＶR1なる走査パルス750を順次印加し，同時に隣接する走査線に電圧−ＶR3なる収束パルス755を印加する。データ線には表示する画像信号に対応して信号パルス751を印加する。走査パルス750と信号パルス755とが同時に印加されたサブ画素からは電子が放出し，対応する蛍光体が発光する。
【０１１６】
このように，電子を放出する際には，電子放出素子の両側に設置された走査電極張り出し部315の電圧が−ＶR3になる。したがって，収束パルス755の電圧−ＶR3を適正に設定することで，走査電極張り出し部315が形成する電子レンズを最適化し，高いビーム収束効果が得られる。
【０１１７】
なお，負極膜813を走査線310に接続し，正極膜811をデータ線311に接続してもよい。この場合，走査パルス750を負電圧にし，信号パルス751を正電圧にすればよい。このようにしても，同様な効果が得られることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明に係る画像表示装置の表示パネルの陰極構造の一例を示す図。
【図２】マトリクス電子源ディスプレイの断面を示す模式図。
【図３】薄膜電子源の電子放出機構を説明するための図。
【図４】表面伝導型電子放出素子の構造を示す図。
【図５】放出電子ビームの広がりを模式的に示す図。
【図６】収束電極を設けた陰極構造を示す図。
【図７】カラー表示装置でのサブ画素構造の一例を示す図。
【図８】表示パネル内１画素分の薄膜電子源での電圧降下量を模式的に示した図。
【図９】本発明を用いた場合の電子放出比の実測データ。
【図１０】表面伝導型電子放出素子での給電辺の定義を示す図。
【図１１】本発明に係る画像表示装置の表示パネルの構造を示す平面図。
【図１２】本発明に係る画像表示装置の表示パネルの構造を示す断面図。
【図１３】本発明に係る画像表示装置の第１の実施例の陰極板の一部を示す平面図。
【図１４】本発明に係る画像表示装置の第１の実施例の陰極板の一部を示す断面図。
【図１５】本発明に係る画像表示装置の第１の実施例の陰極板の作成プロセスを説明するための図。
【図１６】本発明に係る画像表示装置の第１の実施例の陰極板の作成プロセスを説明するための図。
【図１７】本発明に係る画像表示装置の第１の実施例の陰極板の作成プロセスを説明するための図。
【図１８】本発明に係る画像表示装置の第１の実施例の陰極板の作成プロセスを説明するための図。
【図１９】本発明に係る画像表示装置の第１の実施例の陰極板の作成プロセスを説明するための図。
【図２０】本発明に係る画像表示装置の第１の実施例の陰極板の作成プロセスを説明するための図。
【図２１】本発明に係る画像表示装置の第１の実施例の陰極板の作成プロセスを説明するための図。
【図２２】本発明に係る画像表示装置の第１の実施例の陰極板の作成プロセスを説明するための図。
【図２３】本発明に係る画像表示装置の第１の実施例の陰極板の作成プロセスを説明するための図。
【図２４】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と駆動回路との結線を示した図。
【図２５】本発明に係わる画像表示装置の第１の実施例の駆動波形を示した図。
【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。
【図２７】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。
【図２８】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。
【図２９】本発明に係わる画像表示装置の第２の実施例での電子ビームの軌跡を模式的に示した図。
【図３０】本発明に係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。
【図３１】本発明に係る画像表示装置の第４の実施例の陰極板の一部を示す平面図。
【図３２】本発明に係る画像表示装置の第４の実施例の陰極板の一部を示す断面図。
【図３３】本発明に係わる画像表示装置の第４の実施例の駆動波形を示した図。
【図３４】本発明における電子放出領域の長辺・短辺の定義を示した図。
【図３５】ストライプ型蛍光体領域と電子放出領域の位置関係を示した図。
【符号の説明】
【０１１９】
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・・・走査線張り出し部，３１６・・・走査線給電側張り出し部，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・・・収束パルス，８１１・・・正極膜，８１２・・・電子放出間隙，８１３・・・負極膜。
【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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【図３４】
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【図３５】
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