JP5037817B2 - Image forming apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、電子放出素子と発光部材とを用いてなる平面型の画像表示装置等の画像形成装置に関し、特に、電子放出素子を形成した電子源基板と、発光部材を備えた基板との距離を保持するために、両基板間に介在させるスペーサに特徴を有する発明である。   The present invention relates to an image forming apparatus such as a flat-type image display device using an electron-emitting device and a light-emitting member, and in particular, a distance between an electron source substrate on which an electron-emitting device is formed and a substrate provided with a light-emitting member. In order to hold the substrate, the invention is characterized by a spacer interposed between the two substrates.

従来、CRTを始めとする画像表示装置は、より一層の大画面化が求められ、大画面化に伴う装置の薄型化・軽量化が重要な課題となっている。このような薄型化・軽量化が可能な画像表示装置として、本出願人は表面伝導型電子放出素子を用いた平面型の画像表示装置を提案している。このような電子放出素子を用いた画像表示装置は、複数の電子放出素子を備えたリアプレートと、発光部材とアノード電極とを備えたフェースプレートとを枠材を介して封止することにより、真空容器を形成してなる。このような画像形成装置においては、真空容器内部と外部との気圧差による基板の変形や破損を防止するため、スペーサと呼ばれる耐大気圧構造体を基板間に介在させている。スペーサは通常、矩形薄板状であり、表面が基板の法線方向に平行になるように、端部を両基板に接して配置される。   2. Description of the Related Art Conventionally, an image display device such as a CRT is required to have a larger screen, and the reduction in thickness and weight of the device associated with the increase in the screen has become an important issue. As such an image display device that can be reduced in thickness and weight, the present applicant has proposed a flat image display device using a surface conduction electron-emitting device. An image display device using such an electron-emitting device seals a rear plate including a plurality of electron-emitting devices and a face plate including a light-emitting member and an anode electrode through a frame member, A vacuum vessel is formed. In such an image forming apparatus, an atmospheric pressure resistant structure called a spacer is interposed between the substrates in order to prevent the substrate from being deformed or damaged due to a pressure difference between the inside and the outside of the vacuum vessel. The spacer is usually in the shape of a rectangular thin plate, and is disposed with its ends in contact with both substrates so that the surface is parallel to the normal direction of the substrates.

上記のスペーサが満足しなければならない技術的課題は、耐大気圧構造としての要素のみならず、表示画像の品位を保つために、その存在が電子ビームの軌道に影響を与えにくいことが必要である。一般に、スペーサが近傍の放出電子に影響を与える要因は、スペーサの帯電として理解されている。スペーサの帯電の原因は、いくつか挙げられるが、基本的には、電子の入射・再放出に伴う外部領域との電子のやりとりにより、電荷の過不足が生じ、電子の軌道に影響を与えるほどの帯電を発生することにある。このような電荷の過不足に対する技術的な解決方法としては、スペーサに導電性を付与して時間的に帯電量の減衰効果を得る方法がある。また、他の解決方法としては、表面の二次電子放出係数を1に対してあまり大きくしないようにする技術がある。具体的には、適用する表面材料の二次電子放出係数を一定値の範囲に規定するものや、スペーサ表面に凹凸形状を付与して、形状的に二次電子放出量を抑制する技術(特許文献1,2参照)等が知られている。   The technical problem that the above spacers must satisfy is that not only the element as an atmospheric pressure resistant structure but also the presence of the spacer does not affect the trajectory of the electron beam in order to maintain the quality of the display image. is there. In general, the factor that the spacer affects the nearby emitted electrons is understood as the charging of the spacer. There are several causes for spacer charging. Basically, charge exchange is caused by the exchange of electrons with the external region due to the incidence and re-emission of electrons, and the trajectory of electrons is affected. Is to generate a charge. As a technical solution to such charge excess and deficiency, there is a method in which conductivity is imparted to the spacer to obtain a charge amount attenuation effect in terms of time. As another solution, there is a technique in which the secondary electron emission coefficient of the surface is not so large as to be 1. Specifically, the secondary electron emission coefficient of the surface material to be applied is regulated within a certain range, or the surface of the spacer is given a concavo-convex shape to reduce the amount of secondary electron emission in shape (patent) Documents 1 and 2) are known.

アメリカ特許第5939822号明細書US Pat. No. 5,939,822 特開2000−311632号公報(USP6809469)JP 2000-311632 A (USP 6809469)

従来行われていたスペーサへの帯電防止膜の付与、表面の凹凸化等で抑制出来る帯電は、ディスプレイ駆動時間の非選択期間内に緩和するものである。この帯電は、電子放出素子を駆動している際にスペーサに侵入する電子によってスペーサ表面で即時的に発生するものであった。即ち、累積的な電荷の蓄積では無かった(以下、これらの短時間での帯電電荷とその帯電現象を、短時間帯電電荷または短時間帯電、または表面帯電電荷または表面帯電と呼ぶ)。   The charge that can be suppressed by applying an antistatic film to the spacer or making the surface uneven, which has been conventionally performed, is alleviated within the non-selection period of the display driving time. This charging is generated instantaneously on the surface of the spacer by electrons entering the spacer when the electron-emitting device is driven. That is, there was no cumulative charge accumulation (hereinafter, these charged charges in a short time and their charging phenomenon are referred to as short-time charged charges or short-time charges, or surface charged charges or surface charges).

しかしながら、スペーサ表面に凹凸を形成した場合、スペーサの短時間帯電が抑制される一方で、駆動の継続により、累積的にビームスポット位置の変化が観測されるようになった。   However, when irregularities are formed on the surface of the spacer, the short-term charging of the spacer is suppressed, but a change in the beam spot position is observed cumulatively as driving continues.

本発明の目的は、表面に凹凸を形成して短時間帯電を抑制したスペーサにおいて、累積的な帯電を抑制し、これによるビームスポット位置の変化による表示特性の低下を防止した画像形成装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an image forming apparatus that suppresses cumulative charging in a spacer in which unevenness is formed on the surface and suppresses charging for a short time, thereby preventing deterioration of display characteristics due to a change in beam spot position. There is to do.

本発明は、複数の電子放出素子と該電子放出素子に電圧を印加する配線とを備えた電子源基板と、該電子源基板に対向配置され、該電子放出素子から放出された電子の照射によって発光する発光部材とアノード電極とを備えたアノード基板と、上記電子源基板とアノード基板の周縁部に介在して上記電子源基板とアノード基板と共に真空容器を形成する枠と、上記電子源基板とアノード基板とに接して配置され、両基板間距離を保持するスペーサとを有する画像形成装置であって、
前記スペーサは、前記両基板の法線方向に沿って凹凸を有する絶縁性基体と、該基体の表面に、該絶縁性基体よりも低抵抗で該基体の凹凸に対応した凹凸表面を有する高抵抗膜を有し、
前記スペーサの少なくとも一部の領域における、前記絶縁性基体の凹凸部のうち前記両基板の法線と交差する部分の上に位置する高抵抗膜の厚さが、
下記一般式(1)を満たすことを特徴とする。
The present invention provides an electron source substrate having a plurality of electron-emitting devices and a wiring for applying a voltage to the electron-emitting devices, and an electron source substrate disposed opposite to the electron source substrate and irradiated with electrons emitted from the electron-emitting devices. An anode substrate including a light emitting member that emits light and an anode electrode; a frame that forms a vacuum container together with the electron source substrate and the anode substrate; and the electron source substrate; An image forming apparatus having a spacer disposed in contact with an anode substrate and holding a distance between both substrates,
The spacer includes an insulating base having irregularities along the normal direction of the two substrates, and a high resistance having an irregular surface on the surface of the base corresponding to the irregularities of the base with lower resistance than the insulating base. Having a membrane,
The thickness of the high resistance film located on the portion of the concavo-convex portion of the insulating substrate that intersects the normal line of the two substrates in at least a partial region of the spacer,
The following general formula (1) is satisfied.

t≧dp+λ (1)
t:高抵抗膜の厚さ(Å)
dp:一次電子侵入長(Å)=m×En
λ:電離電子の拡散長(Å)=30/Q
E:一次電子エネルギーの上限値(keV)
m,n,Q:下記一般式(2)、(3)、(11)により、スペーサ表面の二次電子放出特性の入射エネルギー依存特性δ(E)と膜比重ρから実験的に得られるパラメータ定数
t ≧ dp + λ (1)
t: Thickness of high resistance film (Å)
dp: primary electron penetration length (Å) = m × E n
λ: ionization electron diffusion length (Å) = 30 / Q
E: Upper limit of primary electron energy (keV)
m, n, Q: Parameters obtained experimentally from the following general formulas (2), (3), and (11) from the incident energy dependence characteristic δ (E) of the secondary electron emission characteristic of the spacer surface and the film specific gravity ρ. constant

Figure 0005037817
m=520×A(Zeff)/Zeff/ρ (11)
ρ:スペーサ膜の比重(g/cm3
A(Zeff):スペーサ膜の実効的原子量
Zeff:スペーサ膜の実効的原子番号
P:上記δ(E)から実験的に得られるパラメータ定数
Figure 0005037817
m = 520 × A (Zeff) / Zeff / ρ (11)
ρ: Specific gravity of the spacer film (g / cm 3 )
A (Zeff): Effective atomic weight of the spacer film Zeff: Effective atomic number of the spacer film P: Parameter constant obtained experimentally from the above δ (E)

本発明によれば、スペーサの短時間帯電及び累積的な帯電のいずれもが抑制され、該帯電に起因する電子ビームの変位が防止される。この結果、良好な画像表示を長時間にわたって提供する信頼性及び耐久性の高い画像表示装置が提供される。   According to the present invention, both short-time charging and cumulative charging of the spacer are suppressed, and displacement of the electron beam due to the charging is prevented. As a result, a highly reliable and durable image display device that provides a good image display for a long time is provided.

図1に、本発明の画像形成装置の一実施形態の表示パネルの構成を模式的に示す。図1は内部構造を示すためにパネルの一部を切り欠いて示している。図中、12は電子放出素子、13は行方向配線、14は列方向配線、15はリアプレート(電子源基板)である。また、16は枠材、17はフェースプレート(アノード基板)、18は蛍光膜、19はメタルバック(アノード電極)、20はスペーサ、25はスペーサの固定部材である。   FIG. 1 schematically shows a configuration of a display panel according to an embodiment of the image forming apparatus of the present invention. FIG. 1 shows a part of the panel cut away to show the internal structure. In the figure, 12 is an electron-emitting device, 13 is a row direction wiring, 14 is a column direction wiring, and 15 is a rear plate (electron source substrate). Further, 16 is a frame member, 17 is a face plate (anode substrate), 18 is a fluorescent film, 19 is a metal back (anode electrode), 20 is a spacer, and 25 is a spacer fixing member.

本発明においては、電子源基板であるリアプレート15とアノード基板であるフェースプレート17とが、周縁部において枠材16を介して封止され、気密容器を形成している。当該気密容器内は、10-4Pa程度の真空に保持されるため、大気圧や不意の衝撃などによる損傷を防止するために、耐大気圧構造体として矩形薄板状のスペーサ20を備えている。そして、該スペーサ20は画像表示領域外において端部を固定部材25により固定されている。 In the present invention, the rear plate 15 that is the electron source substrate and the face plate 17 that is the anode substrate are sealed at the peripheral portion via the frame member 16 to form an airtight container. Since the inside of the airtight container is maintained at a vacuum of about 10 −4 Pa, a rectangular thin plate-like spacer 20 is provided as an atmospheric pressure resistant structure in order to prevent damage due to atmospheric pressure or unexpected impact. . The end of the spacer 20 is fixed by a fixing member 25 outside the image display area.

リアプレート15には、表面伝導型の電子放出素子12がN×M個形成されており、M本の行方向配線13とN本の列方向配線14により単純マトリクス配置されている(M、Nは正の整数)。行方向配線13と列方向配線14との交差部は不図示の層間絶縁層にて絶縁されている。尚、本実施形態においては表面伝導型の電子放出素子を単純マトリクス配置した構成を示した。しかし本発明はこれに限定されるものではなく、電界放出型(FE型)やMIM型などの電子放出素子においても好ましく適用され、また、単純マトリクス配置に限定されるものではない。   The rear plate 15 is formed with N × M surface conduction electron-emitting devices 12 and is arranged in a simple matrix by M row-directional wirings 13 and N column-directional wirings 14 (M, N Is a positive integer). The intersection of the row direction wiring 13 and the column direction wiring 14 is insulated by an interlayer insulating layer (not shown). In the present embodiment, a configuration in which surface conduction electron-emitting devices are arranged in a simple matrix is shown. However, the present invention is not limited to this, and is preferably applied to field emission type (FE type) or MIM type electron emission devices, and is not limited to a simple matrix arrangement.

図1の構成において、フェースプレート17には、蛍光膜18と、アノード電極としてCRTの分野では公知のメタルバック19が設けられている。蛍光膜18は例えばストライプ状に赤、緑、青の3原色の蛍光体に塗り分けられ、各色の蛍光体の間には黒色導電体(ブラックストライプ)が設けてある。但し、蛍光体の配列はストライプの配列に限られるものではなく、電子源の配列に応じて、例えばデルタ状配列など、それ以外の配列であってもよい。   In the configuration of FIG. 1, the face plate 17 is provided with a fluorescent film 18 and a metal back 19 known in the field of CRT as an anode electrode. For example, the phosphor film 18 is separately applied to phosphors of three primary colors of red, green, and blue in a stripe shape, and a black conductor (black stripe) is provided between the phosphors of the respective colors. However, the arrangement of the phosphors is not limited to the arrangement of stripes, and other arrangements such as a delta arrangement may be used according to the arrangement of the electron sources.

図2に、スペーサ20の部分断面図を示す。また、本発明で使用されるスペーサ20は、二次電子放出を抑制する観点から、その側面に、凹凸形状を具備する。前記スペーサ20は、フェースプレート17及びリアプレート15の法線方向(即ちZ方向)に沿って凹凸を有する絶縁性基体31の表面に、該凹凸を概略反映するようにした高抵抗膜32が被覆されている。そして、高抵抗膜32の抵抗値は絶縁性基体31の抵抗値よりも低い。   FIG. 2 shows a partial cross-sectional view of the spacer 20. Moreover, the spacer 20 used by this invention comprises an uneven | corrugated shape in the side surface from a viewpoint of suppressing secondary electron emission. The spacer 20 is coated with a high resistance film 32 that roughly reflects the irregularities on the surface of the insulating base 31 having irregularities along the normal direction (that is, the Z direction) of the face plate 17 and the rear plate 15. Has been. The resistance value of the high resistance film 32 is lower than the resistance value of the insulating substrate 31.

本発明で用いられるスペーサ20はカソード電極である行方向配線13に平行に配置され、行方向配線13及びアノード電極であるメタルバック19とに電気的に接続されている。   The spacer 20 used in the present invention is disposed in parallel to the row-direction wiring 13 that is a cathode electrode, and is electrically connected to the row-direction wiring 13 and the metal back 19 that is an anode electrode.

以下に、本発明に用いられるスペーサ20の構成上の特徴と作用について説明する。   The structural features and operation of the spacer 20 used in the present invention will be described below.

本発明においては、スペーサの絶縁性基体表面の、少なくとも一部の領域において、上記両基板の法線方向(図2のZ方向)に対して交差する凹凸斜面上の高抵抗膜の厚さ(t)が、下記一般式(1)を満たすことを特徴とする。   In the present invention, the thickness of the high-resistance film on the uneven slope intersecting with the normal direction (Z direction in FIG. 2) of the two substrates in at least a part of the insulating base surface of the spacer ( t) satisfies the following general formula (1).

t≧dp+λ (1)
t:高抵抗膜の厚さ(Å)
dp:一次電子侵入長(Å)=m×En
λ:電離電子の拡散長(Å)=30/Q
E:一次電子エネルギーの上限値(keV)
m,n,Q:下記一般式(2)、(3)、(11)により、スペーサ表面の二次電子放出特性の入射エネルギー依存特性δ(E)と膜比重ρから実験的に得られるパラメータ定数
t ≧ dp + λ (1)
t: Thickness of high resistance film (Å)
dp: primary electron penetration length (Å) = m × E n
λ: ionization electron diffusion length (Å) = 30 / Q
E: Upper limit of primary electron energy (keV)
m, n, Q: Parameters obtained experimentally from the following general formulas (2), (3), and (11) from the incident energy dependence characteristic δ (E) of the secondary electron emission characteristic of the spacer surface and the film specific gravity ρ. constant

Figure 0005037817
m=520×A(Zeff)/Zeff/ρ (11)
ρ:スペーサ膜の比重(g/cm3
A(Zeff):スペーサ膜の実効的原子量
Zeff:スペーサ膜の実効的原子番号
P:上記δ(E)から実験的に得られるパラメータ定数
Figure 0005037817
m = 520 × A (Zeff) / Zeff / ρ (11)
ρ: Specific gravity of the spacer film (g / cm 3 )
A (Zeff): Effective atomic weight of the spacer film Zeff: Effective atomic number of the spacer film P: Parameter constant obtained experimentally from the above δ (E)

本発明者の検討によれば、表示装置を長時間駆動した際に、表面に凹凸を有するスペーサ20表面の帯電現象は、スペーサに入射する一次電子の侵入長(dp)とスペーサ表面に形成した高抵抗膜32の膜厚に関係していることがわかった。   According to the study of the present inventor, when the display device is driven for a long time, the charging phenomenon on the surface of the spacer 20 having irregularities on the surface is formed on the spacer surface and the penetration length (dp) of primary electrons incident on the spacer. It was found that this was related to the film thickness of the high resistance film 32.

この様子を図3に示す。グラフ中の試料Aは、凹凸ピッチ30μm、深さ10μmの凹凸が形成されている絶縁性基体(ガラスPD200)上に、シート抵抗が25℃において2×1012〜3×1012Ω/□となるように高抵抗膜を単層被覆したものである。また試料Bは、同じ絶縁性基体上に、シート抵抗が25℃で3×1012Ω/□の第一層を膜厚100nmで形成した上に、第一層よりも抵抗が3桁以上高い、シート抵抗が25℃で0.5×1016〜1×1016Ω/□の第二層を形成したものである。尚、以下では、この第一層を電位規定層という場合がある。図中の縦軸は、アノード電圧10kVにて、60Hzのビデオレートで10時間連続駆動した後のビーム位置である。尚、該ビーム位置は、観測上の最小限の電子電流密度を与えたときのビーム位置である。尚、観測上の最小限の電子電流密度とは、通常のデバイス駆動時の最低パルス幅且つ最小パルス高に相当する電子dose量である。また、横軸は、高抵抗膜の膜厚を示している。尚、試料Bにおける高抵抗膜の膜厚は、第二層の高抵抗膜の膜厚である。 This is shown in FIG. Sample A in the graph has a sheet resistance of 2 × 10 12 to 3 × 10 12 Ω / □ at 25 ° C. on an insulating substrate (glass PD200) on which unevenness with an uneven pitch of 30 μm and a depth of 10 μm is formed. In this way, a high resistance film is coated with a single layer. In Sample B, a first layer having a sheet resistance of 3 × 10 12 Ω / □ at a film thickness of 100 nm is formed on the same insulating substrate at 25 ° C., and the resistance is three orders of magnitude higher than that of the first layer. A second layer having a sheet resistance of 0.5 × 10 16 to 1 × 10 16 Ω / □ at 25 ° C. is formed. Hereinafter, the first layer may be referred to as a potential regulating layer. The vertical axis in the figure represents the beam position after 10 hours of continuous driving at a video rate of 60 Hz at an anode voltage of 10 kV. The beam position is a beam position when a minimum observation electron current density is given. The minimum observational electron current density is the amount of electron dose corresponding to the minimum pulse width and the minimum pulse height during normal device driving. The horizontal axis indicates the film thickness of the high resistance film. The film thickness of the high resistance film in Sample B is the film thickness of the second layer of high resistance film.

図3中で、ビーム位置が−5μm〜5μmの範囲を、帯電特性が改善されたレベル(バックグランドレベル)とすると、ある程度の膜厚があればビーム位置の変位が防止できることがわかる。単層構成の試料Aは、十分な特性を得ようとすると1.2μm以上の膜厚が必要である。一方、積層した試料Bは、高抵抗膜(第二の層)の膜厚が少なくて済むことが示唆される。しかしながら、試料Bにおいても、第二層の膜厚が大きくなり過ぎると、第二層に拘束されたキャリアが帯電として働き、ビーム位置に影響を及ぼすことが考えられる。これは、第二層の帯電緩和の時定数が高い(長い)ためと考えられる。   In FIG. 3, when the beam position is in the range of −5 μm to 5 μm as a level with improved charging characteristics (background level), it can be seen that the displacement of the beam position can be prevented with a certain film thickness. The sample A having a single layer structure requires a film thickness of 1.2 μm or more in order to obtain sufficient characteristics. On the other hand, it is suggested that the laminated sample B requires a small thickness of the high resistance film (second layer). However, also in the sample B, when the film thickness of the second layer becomes too large, it is considered that the carrier constrained by the second layer works as a charge and affects the beam position. This is probably because the time constant of charge relaxation of the second layer is high (long).

本発明者は、上記・試料B群のような下層が電位規定層として機能し、上層が電子侵入抑制層として機能するようなスペーサにおいて、第二層(上層)の適切な膜厚を決定する要素として、以下のようなものが関係すると判断した。   The present inventor determines an appropriate film thickness of the second layer (upper layer) in a spacer in which the lower layer such as the above-mentioned sample B group functions as a potential regulating layer and the upper layer functions as an electron intrusion suppression layer. It was judged that the following were related as elements.

[電子侵入長と電子侵入モードとキャリア生成重心]
図2に示すように、絶縁性基体31の表面に高抵抗膜32を被覆したスペーサ20において、高抵抗膜32に突入した電子は、一般に以下の一般式(5)で記述されるエネルギー失活過程を経ながらエネルギー失って最終的に止る。高抵抗膜32の表面から電子の止まった位置までの距離は一次電子侵入長(dp)で表される。
[Electron penetration length, electron penetration mode, and carrier generation center of gravity]
As shown in FIG. 2, in the spacer 20 in which the surface of the insulating base 31 is coated with the high resistance film 32, the electrons entering the high resistance film 32 are generally energy deactivation described by the following general formula (5). Through the process, it loses energy and finally stops. The distance from the surface of the high resistance film 32 to the position where electrons stop is expressed by the primary electron penetration length (dp).

Figure 0005037817
Figure 0005037817

ここでn≧1   Where n ≧ 1

上記一般式(5)において、n=1は非弾性散乱状態に相当し、一次電子の侵入長(dp)に依存せずに一定のエネルギーを失う。また、n>1においては、電子の侵入過程の終端に近づくほど、単位深さあたりの電子の失活エネルギーが大きいことを示す。   In the general formula (5), n = 1 corresponds to an inelastic scattering state, and a certain energy is lost without depending on the penetration length (dp) of the primary electrons. Moreover, in n> 1, it shows that the deactivation energy of the electron per unit depth is so large that it approaches the terminal of the penetration | invasion process of an electron.

前記微分方程式(5)を、侵入長dp=xにおいて、E(x)=0を境界条件として与えると、E(x)は、代数的に記述可能であり、以下のように表される。
E(x)n=An(d−x) (6)
E(x)n-1={An(d−x)}(n-1)/n (7)
When the differential equation (5) is given with E (x) = 0 as the boundary condition at the penetration length dp = x, E (x) can be described algebraically and is expressed as follows.
E (x) n = An (d−x) (6)
E (x) n-1 = {An (d−x)} (n−1) / n (7)

従って一般式(5)及び一般式(7)より、下記一般式(8)を得る。   Therefore, the following general formula (8) is obtained from the general formula (5) and the general formula (7).

Figure 0005037817
Figure 0005037817

媒質中の二次電子の生成過程における必要エネルギーをξとすると、単位深さあたりの媒質中のキャリアの生成密度分布n(x)は、下記一般式(9)で示される。   When the required energy in the production process of secondary electrons in the medium is ξ, the carrier generation density distribution n (x) in the medium per unit depth is expressed by the following general formula (9).

Figure 0005037817
Figure 0005037817

上記一般式(9)で表されるキャリアの生成密度分布を図4に示す。図4は、n=1からn=2までの典型的な内部生成キャリア濃度の深さ依存プロファイルである。図4において、n=1の場合のみ、単位深さあたりの電子の生成数は一定で、媒質と電子の衝突時のエネルギー失活モードは非弾性散乱モードである。また、n>1の場合は、単位深さあたりの電子の生成数が深さに対して分布を持つ。定義上のn値の最大は2であり、この時、媒質と電子の衝突時のエネルギー失活モードは弾性散乱モードである。   FIG. 4 shows the carrier generation density distribution represented by the general formula (9). FIG. 4 is a depth dependent profile of typical internally generated carrier concentration from n = 1 to n = 2. In FIG. 4, only when n = 1, the number of electrons generated per unit depth is constant, and the energy deactivation mode at the time of collision between the medium and the electrons is an inelastic scattering mode. When n> 1, the number of electrons generated per unit depth has a distribution with respect to the depth. The maximum n value on the definition is 2. At this time, the energy deactivation mode at the time of collision between the medium and the electrons is an elastic scattering mode.

上記一般式(9)のn値は、後に説明する二次電子放出係数の一次電子エネルギー依存特性〔δ(E)〕を測定することで決定される。一般にスペーサに使用される高抵抗膜材料は、n=1〜2の間の値をとり、弾性散乱と非弾性散乱の混合したエネルギー失活過程をとる。即ち、図4中のn=1.5やn=2のプロファイルのように、侵入終端部付近にピークを有して、深部でより生成キャリア濃度が高いプロファイルを示すことが予想される。   The n value of the general formula (9) is determined by measuring the primary electron energy dependence characteristic [δ (E)] of the secondary electron emission coefficient described later. Generally, a high resistance film material used for a spacer takes a value between n = 1 and 2 and takes an energy deactivation process in which elastic scattering and inelastic scattering are mixed. That is, it is expected that a profile having a peak in the vicinity of the intrusion termination portion and a higher generated carrier concentration in the deep portion, such as a profile of n = 1.5 or n = 2 in FIG.

一次電子侵入長(dp)は、下記一般式(10)で記述可能である。   The primary electron penetration length (dp) can be described by the following general formula (10).

Figure 0005037817
Figure 0005037817

上記一般式(10)におけるn値、及びAn積の値とも、後に説明する二次電子放出係数の一次電子エネルギー依存特性〔δ(E)〕を測定すれば決定可能である。この決定した侵入長(dp)が即ち、高抵抗膜内部で生成されるキャリアの生成領域ピーク即ち重心を与える。   Both the n value and the value of the An product in the general formula (10) can be determined by measuring the primary electron energy dependency characteristic [δ (E)] of the secondary electron emission coefficient described later. This determined penetration depth (dp) gives the generation region peak or centroid of carriers generated inside the high-resistance film.

[電子拡散距離と電位規定層の発現効果]
内部で生成されたキャリアは、大部分が近傍にある電子または正孔と再結合し、スペーサの帯電には寄与しない。但し、キャリアの一部は再結合せずに一定時間存在し、帯電を引き起こす。帯電の持続時間は、スペーサ表面の膜の容量成分Cと抵抗成分Rによって決まる時定数に依存する。即ち、一次電子の侵入領域のうち、特に、侵入終端部の位置が、長時間帯電を抑制するのに重要である。今、スペーサが、図2に示すように絶縁性基体31と高抵抗膜32により形成されている場合を考えると、侵入長(dp)は、時定数の長い(秒オーダー以上)絶縁性基体31まで達することは好ましくない。換言すると、一次電子が、絶縁性基体まで到達することは好ましくない。また、電離電子は侵入終端部からさらに拡散するため、高抵抗膜32の膜厚(t)は、その拡散長(λ)を考慮し、以下の関係を満たすことが必要である。
[Effect of electron diffusion distance and potential regulating layer]
Most of the carriers generated inside recombine with nearby electrons or holes and do not contribute to the charging of the spacer. However, a part of the carrier exists for a certain time without recombination and causes charging. The duration of charging depends on a time constant determined by the capacitance component C and the resistance component R of the film on the spacer surface. That is, among the primary electron intrusion regions, the position of the intrusion termination portion is particularly important for suppressing long-term charging. Considering the case where the spacer is formed by the insulating base 31 and the high resistance film 32 as shown in FIG. 2, the penetration length (dp) has a long time constant (on the order of seconds). It is not preferable to reach the maximum. In other words, it is not preferable that the primary electrons reach the insulating substrate. Further, since the ionized electrons are further diffused from the intrusion termination portion, the film thickness (t) of the high resistance film 32 needs to satisfy the following relationship in consideration of the diffusion length (λ).

t≧一次電子の侵入長(dp)+電離電子の拡散長(λ) (1)     t ≧ prime electron penetration length (dp) + ionization electron diffusion length (λ) (1)

尚、本発明において、高抵抗膜32の膜厚(t)は図2に示すように、基板の法線方向(Z方向)に対して交差する絶縁性基体31の凹凸斜面上の部位において、該斜面の法線方向における厚さを言う。後述する高抵抗領域の厚さ(s)も同様である。これは、成膜時に該凹凸斜面における膜厚が他の部位よりも薄くなりやすいことを考慮してのことである。また、上記膜厚(t)の条件は、フェースプレート側の端部より基板の法線方向に少なくとも50%の領域において満足することが望ましい。これは、一次電子侵入によるスペーサ帯電の影響がフェースプレート側で強いためである。   In the present invention, the film thickness (t) of the high resistance film 32 is, as shown in FIG. 2, at a portion on the uneven slope of the insulating substrate 31 that intersects the normal direction (Z direction) of the substrate. The thickness in the normal direction of the slope is said. The same applies to the thickness (s) of the high resistance region described later. This is in consideration of the fact that the film thickness on the uneven slope tends to be thinner than other parts during film formation. The film thickness (t) condition is preferably satisfied in an area of at least 50% in the normal direction of the substrate from the end on the face plate side. This is because the effect of spacer charging due to primary electron penetration is strong on the face plate side.

さらにスペーサの電位を規定するため、機能分離した膜構成が好ましいことは、先に図3を用いて説明したとおりである。よって好ましくは、絶縁性基体上に、電位規定用の低抵抗領域と、その上に、電子侵入抑制用の高抵抗領域を形成する。この時、電子侵入抑制用の高抵抗領域の膜厚(s)は、該高抵抗領域における電離電子の拡散長(λ)を考慮すると、〔一次電子の侵入長(dp)+電離電子の拡散長(λ)〕に相当する膜厚を下限として設定することが好ましいことがわかる。即ち、
dp+λ≧s (4)
である。上記電離電子の拡散長(λ)が低抵抗領域に到達していることにより、該電離電子は低抵抗領域で速やかに緩和され、帯電電荷を抑制することができる。つまり、高抵抗領域に電離電子が残留する確率を下げることが出来る。尚、さらに好ましくは、s>dpである。
Further, as described above with reference to FIG. 3, the function-separated film configuration is preferable in order to define the spacer potential. Therefore, preferably, a low-resistance region for regulating potential and a high-resistance region for suppressing electron penetration are formed on the insulating substrate. At this time, the film thickness (s) of the high resistance region for suppressing electron penetration is determined by taking into account the diffusion length (λ) of ionization electrons in the high resistance region [the penetration length of primary electrons (dp) + the diffusion of ionization electrons. It can be seen that it is preferable to set the film thickness corresponding to [length (λ)] as the lower limit. That is,
dp + λ ≧ s (4)
It is. Since the diffusion length (λ) of the ionized electrons reaches the low resistance region, the ionized electrons are quickly relaxed in the low resistance region, and charged charges can be suppressed. That is, the probability that ionized electrons remain in the high resistance region can be reduced. More preferably, s> dp.

電離電子の拡散長(λ)は、後に説明する二次電子放出係数の一次電子エネルギー依存特性δ(E)を測定することで、その説明パラメータQ(吸収係数)により記述可能である。本発明者の検討によれば、Qの逆数で与えられる距離(Å)の30倍を拡散長とすれば良いことが判った。   The ionization electron diffusion length (λ) can be described by its explanatory parameter Q (absorption coefficient) by measuring the primary electron energy dependency characteristic δ (E) of the secondary electron emission coefficient described later. According to the study of the present inventor, it has been found that the diffusion length should be 30 times the distance (Å) given by the reciprocal of Q.

[二次電子放出係数(δ)及びその入射エネルギー依存特性δ(E)の測定方法]
ここで、二次電子放出係数(δ)及び二次電子放出係数の入射エネルギー依存特性〔δ(E)〕は以下のように測定する。
[Measurement Method of Secondary Electron Emission Coefficient (δ) and Its Incident Energy Dependent Characteristic δ (E)]
Here, the secondary electron emission coefficient (δ) and the incident energy dependence characteristic [δ (E)] of the secondary electron emission coefficient are measured as follows.

先ず二次電子放出係数(δ)は、汎用の走査型電子顕微鏡(SEM)に電子電流計を備えたものを使用する。一次電子電流はファラデーカップを用いる。放出二次電子電流量は検出器としてコレクター(MCP等を使うことができる)を備えたものを用いてそれぞれ、電流アンプを用いて測定する。また、試料部を通過する試料電流と一次電子電流と放出二次電子電流の連続則の関係を用いて試料電流と一次電子電流から求めてもよい。一般にその体積抵抗が、1×104Ωcm以上の媒質を被測定物として放出二次電子電流量を観測する場合、一次電子照射領域近傍の局所帯電により二次電子電流量が、正帯電の場合は、過小値として、負帯電の場合は過大値として測定誤差を有する可能性がある。このため、試料に対して、msecオーダーのパルス幅を有した一次電子を入射し、連続照射による帯電の影響を排除することが望ましく、本発明において実測には10msecのパルス幅を使用した。 First, as the secondary electron emission coefficient (δ), a general-purpose scanning electron microscope (SEM) equipped with an electron ammeter is used. The primary electron current uses a Faraday cup. The amount of secondary electron current emitted is measured using a current amplifier using a collector (MCP or the like can be used) as a detector. Further, it may be obtained from the sample current and the primary electron current using the relationship of the continuity rule of the sample current passing through the sample portion, the primary electron current, and the emission secondary electron current. In general, when observing the amount of secondary electron current emitted from a medium whose volume resistance is 1 × 10 4 Ωcm or more, when the amount of secondary electron current is positive due to local charging in the vicinity of the primary electron irradiation region May have a measurement error as an undervalue, an overvalue in the case of negative charging. For this reason, it is desirable that primary electrons having a pulse width of the order of msec are incident on the sample to eliminate the influence of charging due to continuous irradiation. In the present invention, a pulse width of 10 msec was used for actual measurement.

二次電子放出係数の入射電子エネルギー依存特性〔δ(E)〕は、一次電子の入射角を90°、即ち垂直入射条件で行った。被測定物の形状等の都合により、90°入射角条件が得られない場合は、一般式(2)中のQパラメータを、Qcosθ(θ:入射角)に置換したものを回帰関数として用い、一定入射角θで実測することで可能となる。以下に本発明に使用したスペーサ高抵抗膜の特徴を記述する上で必要な、Q値、m値、n値の決定の方法を説明する。   The incident electron energy dependency characteristic [δ (E)] of the secondary electron emission coefficient was performed under the condition that the incident angle of the primary electrons was 90 °, that is, the normal incident condition. When the 90 ° incident angle condition cannot be obtained due to the shape of the object to be measured, the Q parameter in the general formula (2) is replaced with Q cos θ (θ: incident angle) as a regression function. This is possible by actually measuring at a constant incident angle θ. A method for determining the Q value, m value, and n value necessary for describing the characteristics of the spacer high resistance film used in the present invention will be described below.

前記一般式(2)中において、二次電子放出係数の入射エネルギー依存特性は、入射エネルギーEを変数として、不定定数P、Q、m、n値を最小二乗法で決定する。すなわち、少なくとも互いに異なる入射エネルギーを有した4組以上の、実測結果(δi値、Ei値)(i値=1,2,3,4)を使用して、一般式(2)を回帰分析モデル式として、回帰分析を行うと、不定定数P、Q、m、n値が決定可能である。実測時の入射エネルギーの測定ポイントは、不定パラメータが4個であるので、最低4個必要であるが、一般的に測定ポイントが多いほど決定パラメータの回帰処理に伴う誤差が少なく、6〜10ポイント程度が適当である。この際、入射電子エネルギーに対する特性変化の大きい0〜3keV程度までのエネルギー範囲に測定条件を多く設定することと、当該画像形成装置の加速電圧に相当する入射電子エネルギーを測定範囲に含むことが望ましい。なお、真空度は10-5Pa以下とし、室温(25℃)で測定した。 In the general formula (2), the incident energy dependence characteristic of the secondary electron emission coefficient is determined by the least squares method with the indefinite constants P, Q, m, and n values using the incident energy E as a variable. That is, using at least four sets of actual measurement results (δi value, Ei value) (i value = 1, 2, 3, 4) having different incident energies from each other, the general expression (2) is converted into a regression analysis model. When regression analysis is performed as an equation, indefinite constants P, Q, m, and n can be determined. The measurement points of incident energy at the time of actual measurement are four indefinite parameters, so at least four are necessary. Generally, the more measurement points, the less the error associated with the regression processing of the decision parameters, 6-10 points. The degree is appropriate. At this time, it is desirable to set many measurement conditions in an energy range of about 0 to 3 keV where the characteristic change with respect to the incident electron energy is large, and to include incident electron energy corresponding to the acceleration voltage of the image forming apparatus in the measurement range. . The degree of vacuum was 10 −5 Pa or less, and the measurement was performed at room temperature (25 ° C.).

図5に、二次電子放出係数の入射エネルギー依存特性〔δ(E)〕の測定例と、ここから得られたパラメータの数値例を示す。   FIG. 5 shows a measurement example of the incident energy dependency characteristic [δ (E)] of the secondary electron emission coefficient, and numerical examples of parameters obtained therefrom.

本発明において用いられるスペーサの絶縁性基体としては、例えば石英ガラス、Na等の不純物含有量を減少したガラス、ソーダライムガラス、アルミナ等のセラミックス部材等が挙げられ、熱膨張率が気密容器を成す部材と近いものが好ましい。また、該絶縁性基体に被覆される高抵抗膜としては、単層の場合及び低抵抗領域と高抵抗領域とを有する場合のいずれにおいても、シート抵抗値が1×108〜1×1015Ω/□の範囲で選択することが好ましい。尚、低抵抗領域と高抵抗領域を設ける場合には、高抵抗領域の抵抗値が低抵抗領域の抵抗値の10倍以上になるように構成することが好ましい。このような高抵抗膜の素材としては、原子番号が37(ルビジウム)以上の金属元素を3atomic%以上含有するか、或いは、原子番号32(ゲルマニウム)以上の元素の酸化物または窒化物を主成分として含有するものが好ましい。具体的には、前者の原子番号37以上の金属としては、W(タングステン)、Pt(白金)、Au(金)、Pd(パラジウム)、Ru(ルテニウム)等が好ましく用いられる。また後者の原子番号32以上の元素の酸化物、窒化物としては、Ge34(窒化ゲルマニウム)、SnO2(酸化スズ)等が好ましく用いられる。ただし、化学量論的な組成比は、上記値に限定するものではない。該高抵抗膜は、スパッタ法、真空蒸着法、湿式印刷、スプレイ法、もしくはディッピング法のいずれかの方法により形成することができる。尚、本発明においては、低抵抗領域と高抵抗領域を有する高抵抗膜のさらに表面側に、より高抵抗の膜、例えば絶縁性のカーボン膜等を形成して、二次電子の脱出確率の抑制(即ち、二次電子放出係数の低下)を図っても良い。 Examples of the insulating base of the spacer used in the present invention include quartz glass, glass with reduced impurity content such as Na, ceramic members such as soda lime glass, alumina, etc., and the coefficient of thermal expansion forms an airtight container. Those close to the member are preferred. The high resistance film coated on the insulating substrate has a sheet resistance value of 1 × 10 8 to 1 × 10 15 in both cases of a single layer and a low resistance region and a high resistance region. It is preferable to select in the range of Ω / □. In addition, when providing a low resistance area | region and a high resistance area | region, it is preferable to comprise so that the resistance value of a high resistance area | region may become 10 times or more of the resistance value of a low resistance area | region. As a material for such a high resistance film, a metal element having an atomic number of 37 (rubidium) or more is contained at 3 atomic% or more, or an oxide or nitride of an element having an atomic number of 32 (germanium) or more is a main component. What is contained as is preferable. Specifically, W (tungsten), Pt (platinum), Au (gold), Pd (palladium), Ru (ruthenium), or the like is preferably used as the former metal having an atomic number of 37 or more. As the oxide or nitride of the latter element having an atomic number of 32 or more, Ge 3 N 4 (germanium nitride), SnO 2 (tin oxide) or the like is preferably used. However, the stoichiometric composition ratio is not limited to the above value. The high resistance film can be formed by any of sputtering, vacuum deposition, wet printing, spraying, or dipping. In the present invention, a higher resistance film such as an insulating carbon film is formed on the surface side of the high resistance film having the low resistance region and the high resistance region, so that the escape probability of secondary electrons is increased. Suppression (that is, reduction of the secondary electron emission coefficient) may be achieved.

高抵抗膜の膜厚は以下のような方法で測定する。即ち、スペーサ表面に対して垂直に切り出した切断面を露出させる。該切断面において、断面SEMにより膜厚を測定することができる。断面SEMで評価する場合には、金属薄膜のスパッタ被覆を前処理として設けることにより、試料の絶縁性による局所的なチャージアップを抑制することができる。   The thickness of the high resistance film is measured by the following method. That is, the cut surface cut out perpendicular to the spacer surface is exposed. At the cut surface, the film thickness can be measured by a cross-sectional SEM. When evaluating by cross-sectional SEM, the local charge-up by the insulation of a sample can be suppressed by providing the sputter | spatter coating of a metal thin film as pre-processing.

本発明において、スペーサの絶縁性基体表面の凹凸は、少なくとも基板の法線方向(Z方向)に沿う形状であることが必要である。尚、これは、電子源からの電子線の軌道及びアノード電極で反射された電子線の軌道のいずれに対しても、前記二次電子放出係数の入射角度依存性を低減するような方向に沿う形状であれば良い。よって、基板に平行なライン状が好ましく用いられるが、当該方向に加えて、X方向に沿って形成されていても良い。この場合、凹凸はスペーサ表面にドット状に形成される。凹凸の平均周期は100μm以下であると好適であり、さらに望ましくは10μm以下である。また、平均粗さが0.1μm以上100μm以下が好ましく、より好ましくは平均粗さが1μm以上10μm以下である。   In the present invention, the unevenness on the surface of the insulating base of the spacer needs to be at least a shape along the normal direction (Z direction) of the substrate. This is in a direction that reduces the incident angle dependence of the secondary electron emission coefficient for both the trajectory of the electron beam from the electron source and the trajectory of the electron beam reflected by the anode electrode. Any shape is acceptable. Therefore, although a line shape parallel to the substrate is preferably used, it may be formed along the X direction in addition to the direction. In this case, the unevenness is formed in a dot shape on the spacer surface. The average period of the irregularities is preferably 100 μm or less, and more preferably 10 μm or less. Moreover, the average roughness is preferably 0.1 μm or more and 100 μm or less, and more preferably the average roughness is 1 μm or more and 10 μm or less.

本発明にかかるスペーサ表面の凹凸の断面形状は特に限定されず、図2に示したような波形以外にも、台形や矩形或いは三角形など適宜用いることができる。さらには、複数の形状を組み合わせて用いても構わない。また、微粒子がバインダーマトリクス中に分散含有されることにより粗面化されて構成されるものであってもよい。また、多孔質ガラスまたは多孔質セラミックを用いてもよい。   The cross-sectional shape of the unevenness on the spacer surface according to the present invention is not particularly limited, and a trapezoid, a rectangle, a triangle, or the like can be used as appropriate in addition to the waveform shown in FIG. Furthermore, a plurality of shapes may be used in combination. Further, the fine particles may be constituted by being roughened by being dispersed and contained in the binder matrix. Further, porous glass or porous ceramic may be used.

また、本発明にかかるスペーサは、アノード電極と電子源とに当接しており、該当接面に別途導電性膜を付設してもよい。   The spacer according to the present invention is in contact with the anode electrode and the electron source, and a conductive film may be additionally provided on the contact surface.

図1に示したスペーサは矩形薄板状であり、本発明において好ましく用いられるが、本発明においては当該形状に限定されるものではなく、同等の効果が得られる範囲で柱状等適宜選択することができる。   The spacer shown in FIG. 1 has a rectangular thin plate shape and is preferably used in the present invention. However, in the present invention, the spacer is not limited to the shape, and a columnar shape or the like can be appropriately selected within a range where an equivalent effect can be obtained. it can.

(実施例1)
本発明に用いられるスペーサを以下のようにして作製した。
Example 1
The spacer used in the present invention was produced as follows.

旭硝子社製PD200基板を母材として加熱延伸法にて形状加工したものをスペーサの絶縁性基体として用意した。基板の形状は、1.7mm×0.18mm×820mmであり、820mm×1.7mmの面(以下側面と呼ぶ)に断面形状が略台形で平均高さが8μmの凸部がピッチ30μmで形成されている。また、0.18mm×820mmの面(以下当接面と呼ぶ)は、カソード(上配線)及びアノード(メタルバック)に当接するため、平面形状とした。前記側面と底面の間のコーナーは、チッピングを最小限とするために、ラウンド形状となるようにし、その曲率半径は5μmとした。尚、前記凹凸、角部のラウンド形状は、延伸前の母材ガラスの形状と略相似形を維持するように延伸される。その結果、組み立てた状態では、フェースプレート及びリアプレートと平行方向に各形状が延伸された状態となるように形成されている。   Asahi Glass Co., Ltd. PD200 substrate was used as a base material to prepare an insulating substrate for the spacer, which was shaped by the heat stretching method. The shape of the substrate is 1.7 mm × 0.18 mm × 820 mm, and convex portions having a substantially trapezoidal cross-sectional shape and an average height of 8 μm are formed on a 820 mm × 1.7 mm surface (hereinafter referred to as a side surface) with a pitch of 30 μm. Has been. In addition, a surface of 0.18 mm × 820 mm (hereinafter referred to as a contact surface) has a planar shape because it contacts the cathode (upper wiring) and the anode (metal back). The corner between the side surface and the bottom surface has a round shape in order to minimize chipping, and its curvature radius is 5 μm. In addition, the round shape of the said unevenness | corrugation and a corner | angular part is extended | stretched so that the shape of the base material glass before extending | stretching may be maintained. As a result, in the assembled state, each shape is formed so as to be extended in a direction parallel to the face plate and the rear plate.

洗浄工程:純水、IPA(イソプロピルアルコール)、アセトンで超音波洗浄とリンスを行った後、温風乾燥を経て洗浄済み基板を得た。次に、1.7mm×0.18mm面を除く4面に対して、高抵抗膜を形成した。   Cleaning step: After performing ultrasonic cleaning and rinsing with pure water, IPA (isopropyl alcohol), and acetone, the substrate after cleaning was obtained through hot air drying. Next, a high resistance film was formed on four surfaces excluding the 1.7 mm × 0.18 mm surface.

高抵抗膜形成工程:
RFスパッタ法にて、上記絶縁性基体上に高抵抗膜を形成した。側面と当接面の4面に対して高抵抗膜1を、側面2面にはさらに高抵抗膜2を形成して積層高抵抗膜被覆つきスペーサを形成した。抵抗値は高抵抗膜1よりも高抵抗膜2の方が10倍以上高くなるように成膜した。高抵抗膜1は成膜後のシート抵抗が25℃において2.5×1012Ω/□になるように、40nm膜厚のPtAlNを形成した。
High resistance film formation process:
A high resistance film was formed on the insulating substrate by RF sputtering. The high resistance film 1 was formed on the four surfaces of the side surface and the contact surface, and the high resistance film 2 was further formed on the two side surfaces to form a laminated high resistance film coated spacer. The film was formed such that the resistance value of the high resistance film 2 was 10 times higher than that of the high resistance film 1. The high resistance film 1 was formed of PtAlN having a thickness of 40 nm so that the sheet resistance after film formation was 2.5 × 10 12 Ω / □ at 25 ° C.

表1に、本例で使用した高抵抗膜2の25℃における抵抗値と膜厚、及び電子と高抵抗膜2との相互作用に関するパラメータの実測値を示す。ここで、パラメータQは、媒質中の電子吸収係数Å-1=×1010-1、mは電子密度の逆数に比例する定数、nは侵入一次電子の媒質中の侵入モードを記述するパラメータnである。 Table 1 shows the measured values of the resistance value and film thickness at 25 ° C. of the high resistance film 2 used in this example, and the parameters relating to the interaction between electrons and the high resistance film 2. Here, the parameter Q is an electron absorption coefficient 媒質−1 = × 10 10 m −1 in the medium, m is a constant proportional to the reciprocal of the electron density, and n is a parameter describing the penetration mode of the penetration primary electrons in the medium. n.

尚、測定にあたっては、平滑基板上に上記高抵抗膜2を膜厚10μmで形成し、前述の測定方法により、二次電子放出係数の一次電子エネルギー依存特性〔δ(E)〕測定した。   In the measurement, the high-resistance film 2 having a thickness of 10 μm was formed on a smooth substrate, and the primary electron energy dependency characteristic [δ (E)] of the secondary electron emission coefficient was measured by the measurement method described above.

Figure 0005037817
Figure 0005037817

表1の各高抵抗膜2を、絶縁性基体の側面の高抵抗膜1上に形成した本例のスペーサの構成を表2に示す。   Table 2 shows the structure of the spacer of this example in which each high resistance film 2 in Table 1 is formed on the high resistance film 1 on the side surface of the insulating substrate.

Figure 0005037817
Figure 0005037817

表2中で、一次電子侵入長dpは、m、n及びE(一次エネルギー上限値=アノード加速電圧Va[V])により決定される。   In Table 2, the primary electron penetration length dp is determined by m, n, and E (primary energy upper limit = anode acceleration voltage Va [V]).

dp[Å]=m×Van dp [Å] = m × Va n

本例のスペーサ1−1〜1−5を用いて図1に示す構成の画像形成装置を作製し、駆動した。その結果、いずれのスペーサを用いた装置を長時間駆動しても、スペーサ近傍における電子ビームの位置ずれは認められなかった。さらには、スペーサ表面の高抵抗膜の深部領域においても残留電荷が効果的に抑制され、スペーサを流れる電流による電位規定が成立していることが確認された。   Using the spacers 1-1 to 1-5 of this example, an image forming apparatus having the configuration shown in FIG. 1 was manufactured and driven. As a result, no positional deviation of the electron beam in the vicinity of the spacer was observed even when the device using any spacer was driven for a long time. Further, it was confirmed that the residual charge was effectively suppressed even in the deep region of the high resistance film on the spacer surface, and the potential regulation by the current flowing through the spacer was established.

尚、本例においては、高抵抗膜1と高抵抗膜2の特性値(例えば電気抵抗、組成比率)を膜厚方向に不連続に形成した。しかしこれに限らず、前記の電子拡散長(λ)を考慮した実効的電子侵入距離と膜厚の関係を等価的に発現するように、膜厚方向に連続な特性値となるように形成することも可能である。その際は、実効的なシート抵抗が、内部のシート抵抗が外部領域のシート抵抗の0.1倍で等価となる仮想的な境界を高抵抗膜2の膜厚として扱えばよい。   In this example, the characteristic values (for example, electric resistance and composition ratio) of the high resistance film 1 and the high resistance film 2 are formed discontinuously in the film thickness direction. However, the present invention is not limited to this, and it is formed so as to have a continuous characteristic value in the film thickness direction so that the relationship between the effective electron penetration distance and the film thickness in consideration of the electron diffusion length (λ) is equivalently expressed. It is also possible. In that case, a virtual boundary where the effective sheet resistance is equivalent when the internal sheet resistance is 0.1 times the sheet resistance of the external region may be handled as the film thickness of the high resistance film 2.

また、高抵抗膜の形成方法は、印刷、絶縁基板へのイオンドーピング等、被覆プロセスには特に限定されない。   Further, the method for forming the high resistance film is not particularly limited to the coating process such as printing and ion doping to the insulating substrate.

(実施例2)
実施例1とは、スペーサの底面(即ち、0.18mm×820mmの面二箇所)に、Ptからなる電極を形成した以外は同様にしてスペーサを作製し、画像表示装置を構成して駆動した。その結果、長時間駆動しても、スペーサ近傍における電子ビームの位置ずれは認められず、スペーサ表面の高抵抗膜の深部領域にてもスペーサの電流場による電位規定が成立していることが確認された。
(Example 2)
Example 1 is the same as Example 1, except that electrodes made of Pt were formed on the bottom surface of the spacer (that is, two surfaces of 0.18 mm × 820 mm), and the image display device was configured and driven. . As a result, even when driven for a long time, no displacement of the electron beam in the vicinity of the spacer was observed, and it was confirmed that the potential regulation by the current field of the spacer was established even in the deep region of the high resistance film on the spacer surface. It was done.

(実施例3)
高抵抗膜表面にさらに絶縁性(25℃における体積抵抗:3×1011Ωcm以上)のアモルファスカーボンを10nm厚で積層形成した以外、実施例1と同様にしてスペーサを作製し、画像形成装置を構成した。その結果、該装置を長時間駆動しても電子ビームの位置ずれは認められず、スペーサ表面の高抵抗膜の深部領域にてもスペーサの電流場による電位規定が成立していることが確認された。
(Example 3)
A spacer was produced in the same manner as in Example 1 except that amorphous carbon having a further insulating property (volume resistance at 25 ° C .: 3 × 10 11 Ωcm or more) was laminated on the surface of the high resistance film in the same manner as in Example 1, and an image forming apparatus was manufactured. Configured. As a result, no positional deviation of the electron beam was observed even when the device was driven for a long time, and it was confirmed that the potential regulation by the current field of the spacer was established even in the deep region of the high resistance film on the spacer surface. It was.

前記実施例1におけるスペーサ1−1と1−4の高抵抗膜2のWGeN膜の膜密度は16g/cm3であって、一層目の高抵抗膜1(PtAlN膜)の膜密度は9.1g/cm3であった。当該膜密度は、ラザフォード後方散乱分光分析法(RBS法)により求めた。この膜密度、すなわち、比重をもとに、二次電子放出係数の一次電子エネルギー依存特性〔δ(E)〕で得られる特性パラメータのうち、予め、m値を決定しておき、その他のパラメータを決定した。 The film density of the WGeN film of the high resistance film 2 of the spacers 1-1 and 1-4 in Example 1 is 16 g / cm 3 , and the film density of the first high resistance film 1 (PtAlN film) is 9. It was 1 g / cm 3 . The film density was determined by Rutherford backscattering spectroscopy (RBS method). Based on the film density, that is, specific gravity, among the characteristic parameters obtained by the primary electron energy dependence characteristic [δ (E)] of the secondary electron emission coefficient, m value is determined in advance, and other parameters are obtained. It was determined.

以下に、スペーサ膜の膜密度の情報から得られる二次電子放出係数エネルギー依存特性中のパラメータm値を決定する方法を示す。   A method for determining the parameter m value in the secondary electron emission coefficient energy-dependent characteristic obtained from the film density information of the spacer film will be described below.

二次電子放出係数のエネルギー依存特性として、低エネルギー側のピークを含む範囲内で5点以上のエネルギー値で測定し、前記一般式(2)を回帰分析モデル式として、回帰分析を行う。回帰分析においては、予め得られたパラメータm値を用いる。   As energy dependence characteristics of the secondary electron emission coefficient, measurement is performed with five or more energy values within a range including a peak on the low energy side, and regression analysis is performed using the general formula (2) as a regression analysis model formula. In the regression analysis, a parameter m value obtained in advance is used.

ここで、K.I.Grais,A.M.Bastawros著のJ.Appl.Phys.53,5293(1982)に開示されているBronshteinのrange−energy関係式
dp(Å)=520×A(Zeff)/ρ/Zeff×En
と前述の
dp:一次電子侵入長(Å)=m×En
により、m値は、膜密度で記述可能となる。よって、膜の組成比から得られた実効的な原子量A(Zeff)と実効的な原子番号Zeffの比より、
m=520×A(Zeff)/Zeff/ρ (11)
の関係から、パラメータm値を求めた。
Here, K.A. I. Grais, A .; M.M. By J. Bastawros. Appl. Phys. 53,5293 (1982) to the presently disclosed and are in Bronshtein range-energy relation dp (Å) = 520 × A (Zeff) / ρ / Zeff × E n
And dp mentioned above: primary electron penetration length (Å) = m × E n
Thus, the m value can be described by the film density. Therefore, from the ratio of the effective atomic weight A (Zeff) obtained from the composition ratio of the film and the effective atomic number Zeff,
m = 520 × A (Zeff) / Zeff / ρ (11)
From the relationship, the parameter m value was obtained.

本発明においては、高抵抗膜1より比重の高い膜を高抵抗膜2として使用することがより好ましい。これによって、実効的電子侵入長を抑制して、高抵抗膜2の必要な膜厚をあまり厚くせずにプロセスタクトを上げることや、厚膜化することによる絶縁性基体上の膜の残留応力を抑制して膜はがれ等を抑制することが出来る。   In the present invention, it is more preferable to use a film having a higher specific gravity than the high resistance film 1 as the high resistance film 2. As a result, the effective electron penetration length is suppressed, the process tact is increased without increasing the required film thickness of the high resistance film 2, and the residual stress of the film on the insulating substrate by increasing the film thickness. Can be suppressed to prevent film peeling and the like.

また、ラザフォード後方散乱分光分析法(RBS)においては、支持基板がシリコンウェアに限定される等の制約がある場合がある。したがって、ラザフォード後方散乱分光分析法(RBS)が取れない場合には、その他の組成分析や、膜の秤量と膜厚情報から膜密度を決定してもよい。   In Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS), there are cases where there are restrictions such as the support substrate being limited to silicon wear. Therefore, when Rutherford backscattering spectroscopy (RBS) cannot be obtained, the film density may be determined from other composition analysis, film weighing and film thickness information.

本例においては、予め、電子密度が大であることが確認されている高抵抗膜を二層目(電位規定可能な一層目より一次電子が侵入してくる外側に)に形成する際に、膜厚を少なくすることが可能であり、作製時間、タクトを抑制することが可能である。本例においては、実施例1の1−5における二層目の作製時間に比べて1−1は膜厚で1.5倍、成膜速度で約3倍の効率上昇が可能であり、二層目の成膜時間を22%まで抑制可能であった。   In this example, when forming a high resistance film that has been confirmed to have a high electron density in the second layer (outside from which the primary electrons enter from the first layer where the potential can be defined), The film thickness can be reduced, and the manufacturing time and tact time can be suppressed. In this example, compared to the production time of the second layer in 1-5 of Example 1, the efficiency of 1-1 can be increased by 1.5 times in film thickness and approximately 3 times in film formation speed. The film formation time of the layer could be suppressed to 22%.

上記の点から、高抵抗膜2は、原子番号が37以上の金属元素を3%atomic以上含有するか、原子番号32以上の元素の酸化物または窒化物を主成分として含有することが望ましい。 In view of the above, the high resistance film 2 preferably contains 3 % atomic or more of a metal element having an atomic number of 37 or more, or contains an oxide or nitride of an element having an atomic number of 32 or more as a main component.

また、本例の高抵抗膜2は、動作時アノード印加電圧(加速電圧)Va=11kVにおいて、nが1.5以上2以下の弾性散乱型侵入モードである。従って侵入電子とスペーサの高抵抗膜の相互作用が侵入深さの深部でより活性である。よって内部の比較的低抵抗な高抵抗膜1において、電離した大部分のキャリアを効率よく中和することが可能である。   Further, the high resistance film 2 of this example is an elastic scattering type intrusion mode in which n is 1.5 or more and 2 or less at an anode applied voltage (acceleration voltage) Va = 11 kV during operation. Therefore, the interaction between the penetrating electrons and the high resistance film of the spacer is more active at the deep part of the penetrating depth. Therefore, most of the ionized carriers can be efficiently neutralized in the internal high resistance film 1 having a relatively low resistance.

本発明の画像形成装置の一例の表示パネルの構成を模式的に示す斜視図である。1 is a perspective view schematically showing a configuration of a display panel as an example of an image forming apparatus of the present invention. 本発明に用いられるスペーサの一例の部分断面模式図である。It is a partial cross-section schematic diagram of an example of the spacer used for this invention. 一次電子侵入長とスペーサ表面の高抵抗膜の膜厚との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the primary electron penetration | invasion length and the film thickness of the high resistance film | membrane of the spacer surface. 媒質中におけるキャリアの生成密度分布を示す図である。It is a figure which shows the production | generation density distribution of the carrier in a medium. 本発明にかかる二次電子放出特性の入射エネルギー依存特性〔δ(E)〕の測定例を示す図である。It is a figure which shows the example of a measurement of the incident energy dependence characteristic [delta (E)] of the secondary electron emission characteristic concerning this invention.

符号の説明Explanation of symbols

12 電子放出素子
13 上配線
14 下配線
15 リアプレート(電子源基板)
16 枠材
17 フェースプレート(アノード基板)
18 蛍光膜
19 メタルバック(アノード電極)
20 スペーサ
25 固定部材
31 絶縁性基体
32 高抵抗膜
12 Electron emitter 13 Upper wiring 14 Lower wiring 15 Rear plate (electron source substrate)
16 Frame material 17 Face plate (Anode substrate)
18 Fluorescent film 19 Metal back (Anode electrode)
20 Spacer 25 Fixing member 31 Insulating substrate 32 High resistance film

Claims (5)

複数の電子放出素子と該電子放出素子に電圧を印加する配線とを備えた電子源基板と、該電子源基板に対向配置され、該電子放出素子から放出された電子の照射によって発光する発光部材とアノード電極とを備えたアノード基板と、上記電子源基板とアノード基板の周縁部に介在して上記電子源基板とアノード基板と共に真空容器を形成する枠と、上記電子源基板とアノード基板とに接して配置され、両基板間距離を保持するスペーサとを有する画像形成装置であって、
前記スペーサは、前記両基板の法線方向に沿って凹凸を有する絶縁性基体と、該基体の表面に、該絶縁性基体よりも低抵抗で該基体の凹凸に対応した凹凸表面を有する高抵抗膜を有し、
前記スペーサの少なくとも一部の領域における、前記絶縁性基体の凹凸部のうち前記両基板の法線と交差する部分の上に位置する高抵抗膜の厚さが、下記一般式(1)を満たすことを特徴とする画像形成装置。
t≧dp+λ (1)
t:高抵抗膜の厚さ(Å)
dp:一次電子侵入長(Å)=m×En
λ:電離電子の拡散長(Å)=30/Q
E:一次電子エネルギーの上限値(keV)
m,n,Q:下記一般式(2)、(3)、(11)により、スペーサ表面の二次電子放出特性の入射エネルギー依存特性δ(E)と膜比重ρから実験的に得られるパラメータ定数
Figure 0005037817
m=520×A(Zeff)/Zeff/ρ (11)
ρ:スペーサ膜の比重(g/cm3
A(Zeff):スペーサ膜の実効的原子量
Zeff:スペーサ膜の実効的原子番号
P:上記δ(E)から実験的に得られるパラメータ定数
An electron source substrate having a plurality of electron-emitting devices and wiring for applying a voltage to the electron-emitting devices, and a light-emitting member that is disposed opposite to the electron source substrate and emits light by irradiation of electrons emitted from the electron-emitting devices An anode substrate including a cathode electrode and an anode electrode, a frame that forms a vacuum container together with the electron source substrate and the anode substrate, interposed between peripheral edges of the electron source substrate and the anode substrate, and the electron source substrate and the anode substrate. An image forming apparatus having a spacer arranged in contact with each other and holding a distance between both substrates,
The spacer includes an insulating base having irregularities along the normal direction of the two substrates, and a high resistance having an irregular surface on the surface of the base corresponding to the irregularities of the base with lower resistance than the insulating base. Having a membrane,
The thickness of the high resistance film located on the portion of the concavo-convex portion of the insulating substrate that intersects the normal line of the two substrates in at least a part of the spacer satisfies the following general formula (1). An image forming apparatus.
t ≧ dp + λ (1)
t: Thickness of high resistance film (Å)
dp: primary electron penetration length (Å) = m × E n
λ: ionization electron diffusion length (Å) = 30 / Q
E: Upper limit of primary electron energy (keV)
m, n, Q: Parameters obtained experimentally from the following general formulas (2), (3), and (11) from the incident energy dependence characteristic δ (E) of the secondary electron emission characteristic of the spacer surface and the film specific gravity ρ. constant
Figure 0005037817
m = 520 × A (Zeff) / Zeff / ρ (11)
ρ: Specific gravity of the spacer film (g / cm 3 )
A (Zeff): Effective atomic weight of the spacer film Zeff: Effective atomic number of the spacer film P: Parameter constant obtained experimentally from the above δ (E)
前記一般式(1)を満たす領域が、スペーサのアノード基板と接する端部からアノード基板の法線方向に、スペーサの高さに対して50%以上の領域である請求項1に記載の画像形成装置。 2. The image formation according to claim 1, wherein an area satisfying the general formula (1) is an area of 50% or more with respect to a height of the spacer in a normal direction of the anode substrate from an end portion in contact with the anode substrate of the spacer. apparatus. 前記スペーサの高抵抗膜が、基体側に位置する低抵抗領域と外側に位置する高抵抗領域との少なくとも2領域を有し、前記絶縁性基体の凹凸部のうち前記両基板の法線と交差する部分の上に位置する高抵抗領域の厚さ(s)が、下記一般式(4)を満たす請求項1に記載の画像形成装置。
dp+λ≧s (4)
The high-resistance film of the spacer has at least two regions, a low-resistance region located on the substrate side and a high-resistance region located on the outside, and intersects the normal lines of the two substrates in the uneven portion of the insulating substrate. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the thickness (s) of the high resistance region located on the portion to be satisfied satisfies the following general formula (4).
dp + λ ≧ s (4)
前記スペーサの高抵抗膜が、原子番号が37以上の金属元素を3atomic%以上含有する、もしくは原子番号32以上の元素の酸化物または窒化物を主成分として含有する請求項1に記載の画像形成装置。 The image according to claim 1, wherein the high resistance film of the spacer contains 3 atomic% or more of a metal element having an atomic number of 37 or more, or contains an oxide or nitride of an element having an atomic number of 32 or more as a main component. Forming equipment. 前記スペーサの高抵抗膜のシート抵抗値が1×108Ω/□以上1×1015Ω/□以下である請求項1に記載の画像形成装置。 The image forming apparatus according to claim 1, wherein a sheet resistance value of the high resistance film of the spacer is 1 × 10 8 Ω / □ or more and 1 × 10 15 Ω / □ or less.
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