JP2000082425A

JP2000082425A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2000082425A
Application number: JP25434498A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Kuroda; 和生黒田; Hideaki Mitsutake; 英明光武
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-09-08
Filing date: 1998-09-08
Publication date: 2000-03-21

Abstract

(57)【要約】【課題】電子放出素子から発した電子を照射して、高
電圧により蛍光体を発光させる際に、スペーサの存在を
感じさせずに、高輝度で、歪みのない画像を形成する画
像形成装置を提供することを課題とする。【解決手段】複数の電子放出素子を形成した基板と発
光材料を形成した透明基板とをスペーサを介して対向さ
せた構造を有する画像形成装置において、前記スペーサ
は基材表面に第一層として半導電性膜で被覆され、その
上に第二層として絶縁性膜で被覆され且つ絶縁性膜の厚
さが０.８ｎｍ以上９.９ｎｍ以下で該絶縁性膜の材料が
Ｙ₂Ｏ₃、Ｎｂ₂Ｏ₅のうち少なくとも一つの材料を含
むことを特徴とする。また、前記スペーサを被覆する前
記第二層の絶縁性膜の抵抗値が体積抵抗で１０⁴Ωｍ以
上であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像形成装置に関わ
り、特に複数の電子放出素子を配置した基板とこの基板
に対向する透明基板との間を介するスペーサを備えた平
面型画像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電子放出素子として熱陰極素
子と冷陰極素子の２種類が知られている。このうち冷陰
極素子では、たとえば表面伝導型放出素子や、電界放出
型素子（以下ＦＥ型と記す）や、金属／絶縁層／金属型
放出素子（以下ＭＩＭ型と記す）、などが知られてい
る。

【０００３】表面伝導型放出素子は、基板上に形成され
た小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことによ
り、電子放出が生ずる現象を利用するものである。この
表面伝導型放出素子としては、エリンソン等によるＳｎ
Ｏ₂薄膜を用いたもの[M.I.Elinson,Radio Eng.Electro
n Phys.,10,1290,(1965)]、Ａｕ薄膜によるもの[G.D Mit
ter:“Thin Solid Films",9,317(1972)]や、Ｉｎ₂Ｏ₃
／ＳｎＯ₂薄膜によるもの[M.Hartwell And C.G.Fonsta
d:“IEEE Trans.ED Conf.",519(1975)]や、カーボン薄
膜によるもの［荒木久他：真空、第２６巻、第１号、
２２（１９８３）］等が報告されている。

【０００４】これらの表面伝導型放出素子の素子構成の
典型的な例として、図１３に前述のM.Hartwellらによる
素子の平面図を示す。同図において、１は基板で、２は
スパッタで形成された金属酸化物よりなる導電性薄膜で
ある。導電性薄膜２は図示のようにＨ字形の平面形状に
形成されている。該導電性薄膜２に通電フォーミングと
呼ばれる通電処理を施すことにより、電子放出部３が形
成される。

【０００５】通電フォーミングは、前記導電性薄膜２の
両端に一定の直流電圧、もしくは、例えば１Ｖ／分程度
の非常にゆっくりとしたレートで昇圧する直流電圧を印
加して通電し、導電性薄膜２を局所的に破壊もしくは変
形もしくは変質せしめ、電気的に高抵抗な状態の電子放
出部３を形成することである。尚、局所的に破壊もしく
は変形もしくは変質した導電性薄膜２の一部には、亀裂
が発生する。前記通電フォーミング後に導電性薄膜２に
適宜の電圧を印加した場合には、前記亀裂付近の電子放
出部３において電子放出が行われる。

【０００６】また、ＦＥ型の例は、たとえば、W.P.Dyke
&W.W.Dolan,“Field Emission",Advance in Electron P
hysics,8,89(1956)や、あるいは、C.A.Spindt,“Physic
al Properties of Thin-Film Field Emission cathodes
with molybdenium Cones",J.Appl.Phys.,47,5248(197
6)などが知られている。

【０００７】ＦＥ型の素子構成の典型的な例として、図
１４に前述のC.A.Spindtらによる素子の断面図を示す。
同図において、４は基板で、５は導電材料よりなるエミ
ッタ配線、６はモリブデン等のエミッタコーン、７は絶
縁層、８はゲート電極である。本電子放出素子は、エミ
ッタコーン６とゲート電極８の間に適宜の電圧を印加す
ることにより、エミッタコーン６の先端部より電界放出
を起こさせ、上部に設けた高圧電極に向かって電子が放
出される。

【０００８】また、ＦＥ型の他の素子構成として、図１
４のような円錐型の積層構造以外に、基板上に基板平面
とほぼ平行にエミッタとゲート電極を配置した例もあ
る。

【０００９】ＭＩＭ型の例としては、たとえば、C.A.Me
ad,“Operation of Tunnel-Emission Devices,J.Appl.P
hys.,32,646(1961)などが知られている。ＭＩＭ型の素
子構成の典型的な例を図１５に示す。同図は断面図であ
り、図において、９は基板で、１０は金属よりなる下電
極、１１は厚さ１００オングストローム程度の薄い絶縁
層、１２は厚さ８０〜３００オングストローム程度の金
属よりなる上電極である。ＭＩＭ型においては、上電極
１２と下電極１０の間に適宜の電圧を印加することによ
り、上電極１２の表面より電子放出を起こさせるもので
ある。

【００１０】上述した各種冷陰極素子は、熱陰極素子と
比較して低温で電子放出を得ることができるため、加熱
用ヒーターを必要としない。したがって、熱陰極素子よ
りも構造が単純であり、微細な素子を作成可能である。
また、基板上に多数の素子を高い密度で配置しても、基
板の熱溶融などの問題が発生しにくい。また、熱陰極素
子がヒーターの加熱により動作するため応答速度が遅い
のとは異なり、冷陰極素子の場合には応答速度が速いと
いう利点もある。

【００１１】冷陰極素子の応用については、画像表示装
置、画像記録装置などの画像形成装置や、荷電ビーム源
等がある。

【００１２】特に冷陰極素子を画像表示装置へ応用した
例として、本出願人によるＵＳＰ５，０６６，８３３や
特開平２−２５７５５１号公報や特開平４−２８１３７
号公報において開示されているように、表面伝導型放出
素子と、電子ビームの照射により発光する蛍光体とを組
み合わせて用いた画像表示装置が研究されている。表面
伝導型放出素子と、電子ビームの照射により発光する蛍
光体とを組み合わせて用いて発光する画像表示装置があ
る。

【００１３】また、ＦＥ型を多数個ならべて画像表示装
置に応用した例として、R.Meyerらにより報告された平
板型表示装置が知られている[R.Meyer:“Recent Develo
pment on Microchips Display at LETI",Tech.Digest o
f 4th Int.Vacuum Micro Electronics Conf.,Nagahama,
pp.6〜9(1991)]。

【００１４】また、ＭＩＭ型を多数個ならべて画像表示
装置に応用した例は、本出願人による特開平３−５５７
３８号公報に開示されている。

【００１５】中でも表面伝導型電子放出素子は、構造が
単純で製造も容易であることから、大面積に多数の素子
を形成しやすい利点がある。

【００１６】表面伝導型電子放出素子と蛍光体とを組み
合わせて用いた画像表示装置は、液晶表示装置と比較す
ると、自発光型であるためバックライトを必要としない
点や、視野角が広い点が優れている。

【００１７】平面型画像表示装置は上述した電子放出素
子を平面基板に多数配置し、これと対向して電子により
発光する蛍光体が配置される。電子放出素子は基板に二
次元マトリクス状に配列され（マルチ電子源と呼ぶ）、
各素子は行方向配線と列方向配線に接続される。画像表
示方式の一例として、以下の単純マトリクス駆動があ
る。

【００１８】マトリクス中の任意の一行から電子を放出
させるためには、行方向に選択電圧を印加し、これと同
期して列配線に信号電圧を印加する。

【００１９】選択された行の電子放出素子より放出した
電子は蛍光体に向かって加速され、蛍光体を励起、発光
させる。行方向に順次選択電圧を印加することにより画
像が表示される。

【００２０】二次元マトリクス状に電子放出素子が形成
された基板（リアプレート）と、蛍光体と加速電極が形
成された基板（フェースプレート）間は真空に保たれる
必要がある。リアプレートとフェースプレートには大気
圧が加わるため、表示装置が大型化するに伴い、大気圧
を支持する厚みの基板が必要となる。しかし、これは重
量の増加を招くためリアプレートとフェースプレート間
に支持部材（スペーサ）を挿入することによりリアプレ
ートとフェースプレート間隔を一定に保つとともに、リ
アプレートとフェースプレートの破損を防ぐ構造が取ら
れる。

【００２１】スペーサは大気圧を支持するために十分な
機械的強度が求められ、リアプレートとフェースプレー
ト間を飛翔する電子の軌道に大きく影響してはならな
い。電子軌道に影響を与える原因はスペーサの帯電であ
る。スペーサ帯電は電子源から放出した電子の一部ある
いはフェースプレートで反射した二次電子がスペーサに
入射し、さらにスペーサから二次電子が放出されること
により、あるいは電子の衝突により電離したイオンが表
面に付着することによるものと考えられる。

【００２２】スペーサが正帯電するとスペーサ近傍を飛
翔する電子がスペーサに引き寄せられるため、スペーサ
近傍で表示画像に歪みを生ずる。帯電の影響はリアプレ
ートとフェースプレート間隔が大きくなるに従い顕著に
なる。

【００２３】一般に帯電を抑制する手段として、帯電面
に導電性を付与し、若干の電流を流すことで電荷を除去
することが行なわれる。この概念をスペーサに応用しス
ペーサ表面を酸化スズで被覆する手法が特開昭５７−１
１８３５５号公報に開示されている。また、特開平３−
４９１３５号公報にはＰｄＯ系ガラス材で被覆する手法
が開示されている。

【００２４】また、画像表示装置として輝度が高いこと
は重要な要素である。フェースプレートに形成されてい
る蛍光体を効率よく発光させるためには、高い電圧で加
速した電子を蛍光体に照射すればよく、十分な効率で発
光させるためにはスペーサの高さを１〜８ｍｍ程度とし
て、加速電極電圧を３ｋＶ以上に、望ましくは５ｋＶ以
上に加速するとよい。したがって、リアプレートとフェ
ースプレート間には数ｋＶ以上の電圧が印加されている
ことになり、スペーサ両端にもこれとほぼ同電位の電圧
が印加される。スペーサに使われる材料は加速電圧の印
加において放電しないことが求められる。

【００２５】沿面放電耐圧の向上手段として、二次電子
放出率が小さい材料で表面を被覆すると効果的である。
二次電子放出率が小さい材料で被覆した例として、酸化
クロム(T.S.Sudarshan and J.D.Cross:IEEE Tran.EI-1
1,32(1976))、酸化銅(J.D.Cross and T.S.sudarshan:IE
EE Tran.EI-9146(1974))が知られている。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
酸化スズや、酸化銅等の酸化物半導電性材料をマルチ電
子源を有する画像表示装置のスペーサに適応した場合、
以下の点で十分な性能を発揮しない場合がある。すなわ
ち酸化物半導電性材料は固有抵抗値が低いため、極めて
薄くコーティングしない限りスペーサ表面を流れる電流
が大きくなりすぎる。抵抗が低いと高加速電圧を使用す
る画像表示装置においてはスペーサ部の発熱が問題とな
る。また、酸化物半導電性材料は雰囲気ガスにより抵抗
値が大きく変化するため、非常に薄い薄膜での抵抗制御
が困難であり、したがって再現よくスペーサを製造する
ことができない。

【００２７】すなわち、スペーサあるいはその表面層の
材質として好ましい物性についての予測はされていた
が、マルチ電子源より放出した電子を３ｋＶ以上の電圧
により加速し、これにより蛍光体を発光させる画像表示
装置で代表される画像形成装置のスペーサとして適する
材料がなかった。したがって高電圧により蛍光体を発光
させることにより高輝度で歪みのない画像を形成する画
像形成装置の実現が困難であった。

【００２８】したがって、本発明は、上記種々の困難性
を屈服するもので、電子放出素子から発した電子を照射
して、高電圧により蛍光体を発光させる際に、スペーサ
の存在を感じさせずに、高輝度で、歪みのない画像を形
成する画像形成装置を提供することを課題とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】本発明の画像形成装置
は、複数の電子放出素子を形成した基板と発光材料を形
成した透明基板とをスペーサを介して対向させた構造を
有する画像形成装置において、該スペーサは基材表面に
第一層の半導電性膜として膜厚が１０ｎｍ〜１μｍ、電
子の加速電圧をＶa としたときの比抵抗が１０^-7×Ｖa²
〜１０⁵Ωｍ、正の抵抗温度係数であるか、負の抵抗温
度係数で絶対値が１％以下であることを特徴とする膜で
被覆され、その上に第二層として厚さ０．８ｎｍ以上
９.９ｎｍ以下の絶縁性膜で被覆されたスペーサである
ことを特徴とする画像形成装置である。

【００３０】前記スペーサの両端部間で電位差を生ずる
ように該第一層の両端部に電圧が印加されてなることを
特徴とするものであり、前記複数の電子放出素子を形成
した基板に放出された電子を加速する加速電極が設けら
れ、前記スペーサの一方の端部が該加速電極に電気的に
接続されているものである。また、前記電子放出素子が
表面伝導型電子放出素子であるものである。

【００３１】

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

【００３２】［表示パネル］図３は本発明による画像表
示装置の応用例として表示パネルの斜視図であり、内部
構造を示すためにパネルの一部を切り欠いて示してい
る。図３中、１３は電子放出部を搭載した基板、１４は
電子放出部を有する電子放出素子、１５は電子放出素子
１４に印加するｘ軸の行方向の配線、１６は電子放出素
子１４に印加するｙ軸の列方向の配線、１７はリアプレ
ート、１８は側壁、１９はフェースプレートであり、符
号１７〜１９により表示パネルの内部を真空に維持する
ための気密容器を形成している。

【００３３】気密容器を組み立てるにあたっては、各部
材の接合部に十分な強度と気密性を保持させるため封着
する必要があるが、例えばフリットガラスを接合部に塗
布し、大気中あるいは窒素雰囲気中で、摂氏４００〜５
００℃で１０分以上焼成することにより封着を達成し
た。気密容器内部を真空に排気する方法については後述
する。また、上記気密容器の内部は１０^-4Ｐa 程度の真
空に保持されるので、大気圧や不意の衝撃などによる気
密容器の破壊を防止する目的で耐大気圧構造体として、
スペーサ２２が設けられている。また、２０はフェース
プレート１９内に設けられた発光材料の蛍光体、２１は
高圧電極として電子流を吸引するメタルバックである。

【００３４】［表示パネルの構成と製造法］次に、本発
明を適用した画像表示装置の表示パネルの構成と製造法
について、具体的な例を示して説明する。図１はスペー
サ２２を中心とした表示装置断面模式図である。それぞ
れの番号は図３に対応している。図３と同一個所には同
一符号を付して、重複する説明を省略する。図におい
て、１３は基板、１４は冷陰極電子源、１７はリアプレ
ート、１８は側壁、１９はフェースプレートであり、符
号１７〜１９により外囲器を構成し、本表示パネルの内
部を真空に維持するための気密容器を形成している。

【００３５】リアプレート１７には、絶縁層５７の上に
行方向の配線１５が形成されており、またフェースプレ
ート１９は該透明ガラス基材から蛍光体２０と、高圧電
極となるメタルバック２１とで構成されている。または
該透明ガラス基材からＩＴＯ等の透明電極２０と、蛍光
体１９とが積層されていてもよい。本実施形態では蛍光
体２０として説明する。また、スペーサ２２は、絶縁性
基材２４と、その上に覆った第一層２３ａと、その上の
第二層２３ｂとからなり、リアプレート１７側には、低
抵抗膜２５でスペーサ２２の下部を覆い、導電性接着剤
２６で行方向の配線１５上に接着して固着される。ま
た、フェースプレート１９側には低抵抗膜２５でスペー
サ２２の上部を覆い、導電性接着剤２６でメタルバック
２１下に接着して固着される。

【００３６】スペーサ２２はセラミックやガラス等の絶
縁性基材２４の表面に１０ｎｍ以下の絶縁性膜２３ｂが
形成されている。スペーサ２２は外囲器内を真空にする
ことにより大気圧を受けて、大気圧耐性を有して、外囲
器が破損あるいは変形するのを避けるために設けられ
る。スペーサ２２の材質、形状、配置、配置本数は外囲
器の形状ならびに熱膨張係数等、外囲器の受ける大気
圧、熱等を考慮して決定される。スペーサの形状には平
板型、十字型、Ｌ字型、円柱形、或いは電子線通過部に
孔を有した平盤型等がある。

【００３７】絶縁性基材２４は電子放出素子が形成され
たリアプレート１７、蛍光体が形成されたフェースプレ
ート１９とほぼ同一の熱膨張特性の材料であることが好
ましい。あるいは、絶縁性基材２４の弾性が高く、熱変
形を容易に吸収するものであってもよい。フェースプレ
ート１９及びリアプレート１７にかかる大気圧を支持す
る必要から、ガラス、セラミクス等機械的強度が高く、
耐熱性の高い材料が適する。フェースプレート１９、リ
アプレート１７の材質としてガラスを用いた場合、表示
装置作製行程中の熱応力を抑えるために、スペーサ２２
の絶縁性基材２４はできるだけこれらの材質と同じもの
か、同様の熱膨張係数の材料であることが望ましい。

【００３８】［表示パネル内のスペーサ］本発明者等は
スペーサ２２の帯電を防止する方法を検討した結果、帯
電電荷を除去するために導電性を有する第一の膜の上に
薄い酸化物膜を形成することが有効であることを見出し
た。特にＮｂ₂Ｏ₅、Ｙ₂Ｏ₃などの二次電子放出効率
が小さく、絶縁性の膜を厚さ１００オングストローム以
下で被覆した構成が極めて有効である。図２はスペーサ
の構成をあらわす模式図であり、絶縁性基体２４上に導
電性を有する第一層２３ａ及び酸化物の絶縁層である第
二層２３ｂが形成されている。

【００３９】第一層２３ａはスペーサ２２表面に帯電し
た電荷を除去し、スペーサ２２が大きく帯電しないよう
にする。また、第二層２３ｂは二次電子放出効率の小さ
い材料とすることにより帯電電荷を抑えるものである。

【００４０】第一層２３ａの抵抗値はスペーサ２２表面
が帯電することなく電荷を速やかに除電するのに十分な
電流がスペーサ２２に流れる値に設定される。したがっ
て、スペーサ２２に適する抵抗値は帯電量により設定さ
れる。帯電量は電子源からの放出電流とスペーサ２２表
面の二次電子放出率に依存するが、第二層２３ｂのＮｂ
₂Ｏ₅、Ｙ₂Ｏ₃などは二次電子放出率が小さい材料で
あるために大きな電流を流す必要がない。第一層２３ａ
のシート抵抗が１０¹²Ω／□以下であればほとんどの使
用条件に対応できると考えられるが、１０¹¹Ω／□以下
であれば申し分ない。一方抵抗値の下限はスペーサ２２
における消費電力で制限され、画像表示装置全体の消費
電力が過度に増加せず、したがってスペーサの２２抵抗
は装置全体の発熱に大きく影響しない値に選ばれなけれ
ばならない。

【００４１】スペーサ２２に使用する第一層２３ａとし
ては、比抵抗が小さい金属膜よりは半導電性の材料であ
ることが好ましい。その理由は比抵抗が小さい材料を用
いた場合、シート抵抗Ｒs を所望の値にするためには帯
電防止膜の厚みを極めて薄くしなければならないからで
ある。薄膜材料の表面エネルギー及び基板との密着性や
基板温度によっても異なるが、一般的に１０ｎｍより小
さい薄膜は島状となり、抵抗が不安定で成膜再現性に乏
しい。したがって、比抵抗値が金属導電体より大きく、
絶縁体よりは小さい範囲にある半導電性材料が好まし
い。

【００４２】また、スペーサ２２の抵抗温度係数が正の
場合には温度上昇とともに抵抗値が増加するため、スペ
ーサ２２での発熱が抑制される。逆に抵抗温度係数が負
であると、スペーサ表面で消費される電力による温度上
昇で抵抗値が減少し、更に発熱し温度が上昇し続け、過
大な電流が流れる、いわゆる熱暴走を引き起こす。しか
し、発熱量すなわち消費電力と放熱がバランスした状況
においては熱暴走は発生しない。したがって抵抗温度係
数（ＴＣＲ）の絶対値が小さければ熱暴走しづらい。

【００４３】スペーサ２２の抵抗温度係数（ＴＣＲ）が
約−１％の薄膜を用いた条件で、スペーサ２２の１ｃｍ
²あたりの消費電力がおよそ０．１Ｗを超えるようにな
るとスペーサ２２に流れる電流が増加し続け、熱暴走状
態となることが実験で認められた。これはもちろんスペ
ーサ形状とスペーサ間に印加される電圧Ｖa 及び帯電防
止膜の抵抗温度係数により左右されるが、以上の条件か
ら、消費電力が１ｃｍ ²あたり０．１Ｗを越えないシー
ト抵抗Ｒs の値は１０×Ｖa²Ω以上である。すなわち、
スペーサ２２上に形成した第一層のシート抵抗Ｒs は１
０×Ｖa²〜１０ ¹¹Ωの範囲に設定されることが望まし
い。

【００４４】第一層２３ａの厚みｔは前述のように１０
ｎｍ以上が望ましい。一方膜厚ｔが１μｍを超えると膜
応力が大きくなって膜はがれの危険性が高まり、また、
成膜時間が長くなるため生産性が悪い。したがって、膜
厚は１０ｎｍ〜１μｍ、更に好適には２０ｎｍ〜５００
ｎｍであることが望ましい。

【００４５】比抵抗ρはシート抵抗Ｒs と膜厚ｔの積で
あり、以上に述べたシート抵抗Ｒsと膜厚ｔの好ましい
範囲から、帯電防止膜の比抵抗ρは１０^-7×Ｖa²Ωｍ〜
１０ ⁵Ωｍであることが望ましい。更にシート抵抗と膜
厚のより好ましい範囲を実現するためには、ρは（２×
１０^-7）×Ｖa²Ωｍ〜５×１０⁴Ωｍとするのがよい。
画像表示装置のディスプレイにおける電子の加速電圧Ｖ
a は１００Ｖ以上であり、ＣＲＴに通常用いられる高速
電子用蛍光体を平面型ディスプレイに用いた場合に十分
な輝度を得るためには３ｋＶ以上の電圧を要する。Ｖa
＝１ｋＶの条件においては、帯電防止膜の比抵抗は０．
１Ωｍ〜１０⁵Ωｍが好ましい範囲となる。

【００４６】第一層２３ａの材料としては抵抗値が上述
したスペーサに好ましい範囲に調節でき、かつ安定なら
ば何でもよく、酸化物、窒化物などを用いることができ
る。中でも、遷移金属とセラミックの複合体、（サーメ
ット）、Ｃｒ−ＳｉＯ、Ｃｒ−ＳｉＯ₂、Ｃｒ−Ａｌ₂
Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃等や遷移金属と高抵抗窒
化物（窒化アルミ、窒化硼素、窒化珪素など）の複合
体、Ｃｒ−Ａｌ−Ｎ、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ、Ｔａ−Ａｌ−
Ｎ、Ｃｒ−Ｂ−Ｎ、Ｃｒ−Ｓｉ−Ｎ等は抵抗値の調節が
容易かつ画像形成装置作製プロセス中で抵抗値が安定で
好ましい材料である。

【００４７】また、第一層２３ａの表面に酸化物の第二
層２３ｂを設けることにより画像形成装置作製プロセス
において第一層２３ａの表面酸化を抑制し、より高い抵
抗値安定性が得られる。また、同時に適用する画像形成
装置作製プロセス条件をより広い範囲から選択できる。

【００４８】スペーサ２２全体の抵抗値は概ね第一層２
３ａの抵抗値で規定される。電子源からの放出電子の軌
道に乱れを発生させないためには、フェースプレート１
９〜リアープレート１７間の電位分布が一様である、す
なわちスペーサ２２の抵抗値がすべての場所でほぼ均一
であることが必要である。電位分布が乱れると、スペー
サ２２近傍の蛍光体に到達すべき電子が曲げられ、隣接
した蛍光体にあたるために画像に乱れを生ずる。Ｃｒ、
Ｔｉ、Ｔａの窒化膜は安定であり、抵抗値の一様性を確
保し、画像の乱れを防止するのに有効である。

【００４９】第二層２３ｂに用いる材料としては二次電
子放出率の小さいものが好ましい。例えば、Ｎｂ
₂Ｏ₅、Ｙ₂Ｏ₃などは二次電子放出効率が小さく、第
二層２３ｂに用いるのに適した材料である。本発明者ら
の測定によればこれらの材料の二次電子放出効率は、入
射角０°において最大でも１．８を越えない。

【００５０】しかし、これらの材料は体積抵抗で１０⁸
Ωｃｍ以上の抵抗値を持つ絶縁体であり、電荷を逃がす
ことが難しいため、単独では用いることができない。し
かし本発明の二層構成の第二層として用いることで、そ
の特性を最大限に生かす事ができる。

【００５１】第二層２３ｂに用いるＮｂ₂Ｏ₅、Ｙ₂Ｏ
₃などは二次電子放出係数が小さいとはいえ、帯電した
場合に蓄積する電荷は第一層中の反対極性の電荷と結合
することにより帯電が中和される。第二層中の電荷は拡
散あるいは帯電で生じた電位勾配により移動するが、絶
縁体であるこれらの材料にとって移動度は良導体に比べ
るとかなり遅いので膜厚が厚すぎると速やかに除電する
ことが難しくなる。第二層２３ｂが薄ければトンネル効
果による電荷移動が期待できるので第二層の膜厚は１０
ｎｍ以下であることが必要であり、好ましくは９.９ｎ
ｍ以下である。

【００５２】また、材料や成膜方法によっても異なる
が、多くの場合、０．８ｎｍ以下の膜厚にすると帯電防
止の効果が低減する実験結果が得られている。一方、前
述したように、第二層２３ｂにたまった電荷を第一層に
逃がすためには膜厚はできるだけ薄い方が好ましい。以
上のことを考慮すると、材料によっても異なるが、第二
層２３ｂの膜厚はより好ましくは０．８ｎｍから９.９
ｎｍの範囲が好ましい。

【００５３】第一層２３ａはスパッタ法、反応性スパッ
タ法、電子ビーム蒸着法、イオンプレーティング法、イ
オンアシスト蒸着法、ＣＶＤ法等の薄膜形成手段により
絶縁性基材上に形成することができる。また、第二層２
３ｂの形成には、反応性スパッタ法、イオンアシスト蒸
着法、ＣＶＤ法、イオンビームスパッタ法などにより形
成することができる。例えば反応性スパッタの場合はグ
ラファイトのターゲットを窒素雰囲気、あるいはアルゴ
ンと窒素の混合雰囲気下でスパッタを行なうことにより
形成を行なうことができる。

【００５４】［画像表示装置の表示パネルの構成と製造
法］次に、本発明を適用した画像表示装置の表示パネル
の構成と製造法について、具体的な例を示して説明す
る。

【００５５】図３は上述したように本実施形態に用いた
表示パネルの斜視図であり、内部構造を示すためにパネ
ルの一部を切り欠いて示している。

【００５６】リアプレート１７には基板１３が固定され
ているが、該基板上には冷陰極素子１４がＮ×Ｍ個形成
されている。ここで、Ｎ，Ｍは２以上の正の整数であ
り、目的とする表示画素数に応じて適宜設定される。た
とえば、高品位テレビジョンの表示を目的とした表示装
置においては、Ｎ＝３０００、Ｍ＝１０００以上の数を
設定することが望ましい。前記Ｎ×Ｍ個の冷陰極素子
は、Ｍ本の行方向配線１５とＮ本の列方向配線１６によ
り単純マトリクス配線されている。前記、基板１３、行
方向配線１５、列方向配線１６によって構成される部分
をマルチ電子ビーム源と呼ぶ。

【００５７】本発明に関わる画像表示装置に用いるマル
チ電子ビーム源は、冷陰極素子を単純マトリクス配線し
た電子源であれば、冷陰極素子の材料や形状あるいは製
法に制限はない。したがって、たとえば表面伝導型放出
素子やＦＥ型、あるいはＭＩＭ型などの冷陰極素子を用
いることができる。また、電子源をリアプレートに直接
形成することも可能である。

【００５８】次に、冷陰極素子１４として表面伝導型電
子放出素子（後述）を基板上に配列して単純マトリクス
配線したマルチ電子ビーム源の構造について述べる。

【００５９】図４に示すのは、図３の表示パネルに用い
たマルチ電子ビーム源の平面図である。基板１３上に
は、後述の図５で示す電子放出素子を有するマルチ電子
ビーム源と同様な表面伝導型放出素子が配列され、これ
らの素子は行方向配線電極１５と列方向配線電極１６に
より単純マトリクス状に配線されている。行方向配線電
極１５と列方向配線電極１６の交差する部分には、電極
間に絶縁層（不図示）が形成されており、電気的な絶縁
が保たれている。

【００６０】図４のＢ−Ｂ′に沿った断面を、図５
（ｂ）に示す。

【００６１】なお、このような構造のマルチ電子ビーム
源は、あらかじめ基板上に行方向配線電極１５、列方向
配線電極１６、電極間絶縁層（不図示）、および表面伝
導型放出素子の素子電極と導電性薄膜を形成した後、行
方向配線電極１５および列方向配線電極１６を介して各
素子に給電して通電フォーミング処理（後述）と通電活
性化処理（後述）を行うことにより製造した。

【００６２】本実施形態においては、気密容器のリアプ
レート１７にマルチ電子ビーム源の基板１３を固定する
構成としたが、マルチ電子ビーム源の基板１３が十分な
強度を有するものである場合には、気密容器のリアプレ
ート１７としてマルチ電子ビーム源の基板１３自体を用
いてもよい。

【００６３】また、フェースプレート１９の下面には、
蛍光膜２０が形成されている。本実施形態はカラー表示
装置であるため、蛍光膜２０の部分には冷陰極電子放出
素子の電子ビームと同様な電子ビームを使うＣＲＴの分
野で用いられる赤、緑、青、の３原色の蛍光体が塗り分
けられている。各色の蛍光体は、たとえば図６の（ａ）
に示すようにストライプ状に塗り分けられ、蛍光体のス
トライプの間には黒色の導電体２０ａが設けてある。黒
色の導電体２０ａを設ける目的は、電子ビームの照射位
置に多少のずれがあっても表示色にずれが生じないよう
にする事や、外光の反射を防止して表示コントラストの
低下を防ぐ事などである。黒色体２０ａを導電性とする
場合には、電子ビームによる蛍光膜のチャージアップを
防止する事が可能である。黒色の導電体２０ａには、黒
鉛を主成分として用いたが、上記の目的に適するもので
あればこれ以外の材料を用いても良い。

【００６４】また、３原色の蛍光体の塗り分け方は前記
図６（ａ）に示したストライプ状の配列に限られるもの
ではなく、たとえば図６（ｂ）に示すようなデルタ状配
列や、それ以外の配列であってもよい。

【００６５】なお、モノクロームの表示パネルを作成す
る場合には、単色の蛍光体材料を蛍光膜２０ｂに用いれ
ばよく、また黒色導電材料は必ずしも用いなくともよ
い。

【００６６】また、蛍光膜２０のリアプレート１７側の
面には、ＣＲＴのブラウン管の分野では公知のメタルバ
ック２１を設けてある。メタルバック２１を設けた目的
は、蛍光膜２０が発する光の一部を鏡面反射して光利用
率を向上させる事や、負イオンの衝突から蛍光膜２０を
保護する事や、電子ビーム加速電圧を印加するための電
極として作用させる事や、蛍光膜２０を励起した電子の
導電路として作用させる事などである。メタルバック２
１は、蛍光膜２０をフェースプレート基板１９上に形成
した後、蛍光膜２０表面を平滑化処理し、その上にＡｌ
を真空蒸着する方法により形成した。なお、蛍光膜２０
に低電圧用の蛍光体材料を用いた場合には、メタルバッ
ク２１は用いない。

【００６７】また、本実施形態では用いなかったが、加
速電圧の印加用や蛍光膜の導電性向上を目的として、フ
ェースプレート基板１９と蛍光膜２０との間に、たとえ
ばＩＴＯを材料とする透明電極を設けてもよい。

【００６８】図１に示すように、スペーサ２２は絶縁性
基材２４の表面に半導電性膜２３ａを成膜し、かつフェ
ースプレート１９の内側（メタルバック２１等）及び基
板１３の表面（行方向配線１５又は列方向配線１６）に
面したスペーサ２２の当接面及び接する側面部に低抵抗
膜２５を成膜した部材からなるもので、上記目的を達成
するのに必要な数だけ、かつ必要な間隔をおいて配置さ
れ、フェースプレートの内側および基板１３の表面に接
合材２６により固定される。また、半導電性膜２３ａ
は、絶縁性部材２４の表面のうち、少なくとも気密容器
内の真空中に露出している面に成膜されており、スペー
サ２２上の低抵抗膜２５および導電性の接合材２６を介
して、フェースプレート１９の内側（メタルバック２１
等）および基板１３の表面（行方向配線１５または列方
向配線１６）に電気的に接続される。ここで説明する態
様におけるスペーサ２２の形状は薄板状であり、行方向
配線１５に平行に配置され、行方向配線１５に電気的に
接続されている。

【００６９】スペーサ２２を構成する低抵抗膜２５は、
絶縁性膜２３ｂあるいは半導電性膜２３ａを高電位側の
フェースプレート１９（メタルバック２１等）および低
電位側の基板１７（配線１５、１６等）と電気的に接続
するために設けられたものであり、以下では、低抵抗膜
２５に中間電極層（中間電極）という名称をも用いる。
中間電極層（中間層）は以下に列挙する複数の機能を有
する。

【００７０】（１）半導電性膜２３ａをフェースプレー
ト１９及び基板１３と電気的に接続する。

【００７１】既に記載したように、半導電性膜２３ａは
スペーサ２２表面での帯電を防止する目的で設けられた
ものであるが、半導電性膜２３ａをフェースプレート１
９（メタルバック２１等）及び基板１３（配線１５、１
６等）と直接或いは接合材２６を介して接続した場合、
接続部界面に大きな接触抵抗が発生し、スペーサ２２表
面に発生した電荷を速やかに除去できなくなる可能性が
ある。これを避ける為に、フェースプレート１９、基板
１３及び当接材２６と接触するスペーサ２２の当接面或
いは側面部に低抵抗の中間電極２５を設けた。

【００７２】（２）半導電性膜２３ａの電位分布を均一
化する。

【００７３】冷陰極素子１４より放出された電子は、フ
ェースプレート１９と基板１３の間に形成された電位分
布に従って電子軌道を成す。スペーサ２２の近傍で電子
軌道に乱れが生じないようにする為には、半導電性膜２
３ａの電位分布を全域にわたって制御する必要がある。
半導電性膜２３ａをフェースプレート１９（メタルバッ
ク２１等）及び基板１３（配線１５、１６等）と直接或
いは当接材２６を介して接続した場合、接続部界面の接
触抵抗の為に、接続状態のむらが発生し、半導電性膜２
３ａの電位分布が所望の値からずれてしまう可能性があ
る。これを避ける為に、スペーサ２２がフェースプレー
ト１９及び基板１３と当接するスペーサ端部（当接面或
いは側面部）の全長域に低抵抗の中間層を設け、この中
間層部に所望の電位を印加することによって、半導電性
膜２３ａ全体の電位を制御可能とした。

【００７４】（３）放出電子の軌道を制御する。

【００７５】冷陰極素子１４より放出された電子は、フ
ェースプレート１９と基板１３の間に形成された電位分
布に従って電子軌道を成す。スペーサ２２近傍の冷陰極
素子１４から放出された電子に関しては、スペーサ２２
を設置することに伴う制約（配線、素子位置の変更等）
が生じる場合がある。このような場合、歪みやむらの無
い画像を形成する為には、放出された電子の軌道を制御
してフェースプレート１９上の所望の位置に電子を照射
する必要がある。フェースプレート１９及び基板１３と
当接する面の側面部に低抵抗の中間層２５を設けること
により、スペーサ２２近傍の電位分布に所望の特性を持
たせ、放出された電子の軌道を制御することが出来る。

【００７６】中間電極となる低抵抗膜２５は、半導電性
膜２３ａに比べ十分に低い抵抗値を有する材料を選択す
ればよく、Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，
Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属、あるいは合金、及びＰｄ，
Ａｇ，Ａｕ，ＲｕＯ₂，Ｐｄ−Ａｇ等の金属や金属酸化
物とガラス等から構成される印刷導体、あるいはＩｎ ₂
Ｏ₃−ＳｎＯ₂等の透明導体及びポリシリコン等の半導
体材料等より適宜選択される。

【００７７】接合材２６はスペーサ２２が行方向配線１
５およびメタルバック２１と電気的に接続するように、
導電性をもたせる必要がある。すなわち、導電性接着材
や金属粒子や導電性フィラーを添加したフリットガラス
が好適である。

【００７８】また、図３に示すＤｘ１〜ＤｘｍおよびＤ
ｙ１〜ＤｙｎおよびＨv は、当該表示パネルと不図示の
電気回路とを電気的に接続するために設けた気密構造の
電気接続用端子である。Ｄｘ１〜Ｄｘｍはマルチ電子ビ
ーム源の行方向配線１５と、Ｄｙ１〜Ｄｙｎはマルチ電
子ビーム源の列方向配線１６と、加速電圧Ｈv はフェー
スプレートのメタルバック２１と電気的に接続してい
る。

【００７９】また、気密容器内部を真空に排気するに
は、気密容器を組み立てた後、不図示の排気管と排気ポ
ンプを接続し、気密容器内を１０^-5Ｐa 程度の真空度ま
で排気する。その後、排気管を封止するが、気密容器内
の真空度を維持するために、封止の直前あるいは封止後
に、気密容器内の所定の位置にゲッター膜（不図示）を
形成する。ゲッター膜とは、たとえばＢａを主成分とす
るゲッター材料をヒーターもしくは高周波加熱により加
熱し、蒸着して形成した膜であり、該ゲッター膜の吸着
作用により、気密容器内は１×１０^-3ないしは１×１０
^-5Ｐa の真空度に維持される。

【００８０】以上説明した表示パネルを用いた画像表示
装置は、容器外端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ、Ｄｙ１ないし
Ｄｙｎを通じて各冷陰極素子１４に電圧を印加すると、
各冷陰極素子１４から電子が放出される。それと同時に
メタルバック２１に容器外端子Ｈv を通じて数ｋＶの高
圧を印加して、上記放出された電子を加速し、フェース
プレート１９の内面に衝突させる。これにより、蛍光膜
２０をなす各色の蛍光体が励起されて発光し、画像が表
示される。

【００８１】通常、冷陰極素子である本発明の表面伝導
型放出素子１４への印加電圧は１２〜１６［Ｖ］程度、
メタルバック２１と冷陰極素子１４との距離ｄは１ｍｍ
から８ｍｍ程度、メタルバック２１と冷陰極素子１４間
の電圧は３ｋＶから１５ｋＶ程度である。

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

【００８３】［マルチ電子ビーム源の構成および製造方
法］次に、前記実施形態の表示パネルに用いたマルチ電
子ビーム源の製造方法について説明する。本発明の画像
表示装置に関わる画像表示装置に用いるマルチ電子ビー
ム源は、冷陰極素子１４を単純マトリクス配線した電子
源であれば、冷陰極素子の材料や形状あるいは製法に制
限はない。したがって、たとえば表面伝導型電子放出素
子やＦＥ型、あるいはＭＩＭ型などの冷陰極素子を用い
ることができる。

【００８４】ただし、表示画面が大きくてしかも安価な
表示装置が求められる状況のもとでは、これらの冷陰極
素子の中でも、表面伝導型電子放出素子が特に好まし
い。すなわち、ＦＥ型ではエミッタコーンとゲート電極
の相対位置や形状が電子放出特性を大きく左右するた
め、極めて高精度の製造技術を必要とするが、これは大
面積化や製造コストの低減を達成するには不利な要因と
なる。また、ＭＩＭ型では、絶縁層と上電極の膜厚を薄
くてしかも均一にする必要があるが、これも、大面積化
や製造コストの低減を達成するには不利な要因となる。
その点、表面伝導型電子放出素子は、比較的製造方法が
単純なため、大面積化や製造コストの低減が容易であ
る。

【００８５】また、本発明者らは、表面伝導型電子放出
素子の中でも、電子放出部もしくはその周辺部を微粒子
膜から形成したものがとりわけ電子放出特性に優れ、し
かも製造が容易に行えることを見いだしている。したが
って、高輝度で大画面の画像表示装置のマルチ電子ビー
ム源に用いるには、最も好適であると言える。そこで、
上記実施形態の表示パネルにおいては、電子放出部もし
くはその周辺部を微粒子膜から形成した表面伝導型放出
素子を用いた。そこで、まず好適な表面伝導型放出素子
について基本的な構成と製法および特性を説明し、その
後で多数の素子を単純マトリクス配線したマルチ電子ビ
ーム源の構造について述べる。

【００８６】（表面伝導型電子放出素子の好適な素子構
成と製法）電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜か
ら形成する表面伝導型電子放出素子の代表的な構成に
は、平面型と垂直型の２種類があげられる。

【００８７】（平面型の表面伝導型電子放出素子）まず
最初に、平面型の表面伝導型電子放出素子の素子構成と
製法について説明する。図５に示すのは平面型の表面伝
導型電子放出素子の構成を説明するための平面図（ａ）
および断面図（ｂ）である。図中、１３は基板、２７と
２８は素子電極、２９は導電性薄膜、３０は通電フォー
ミング処理により形成した電子放出部、３１は通電活性
化処理により形成した薄膜である。

【００８８】基板１３としては、たとえば、石英ガラス
や青板ガラスをはじめとする各種ガラス基板や、アルミ
ナをはじめとする各種セラミクス基板、あるいは上述の
各種基板上にたとえばＳｉＯ₂を材料とする絶縁層を積
層した基板、などを用いることができる。

【００８９】また、基板１３上に基板面と平行に対向し
て設けられた素子電極２７と素子電極２８は、導電性を
有する材料によって形成されている。たとえば、Ｎｉ，
Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ａｇ
等をはじめとする金属、あるいはこれらの金属の合金、
あるいはＩｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂をはじめとする金属酸化
物、ポリシリコンなどの半導体、などの中から適宜材料
を選択して用いればよい。電極を形成するには、たとえ
ば真空蒸着などの製膜技術とフォトリソグラフィー、エ
ッチングなどのパターニング技術を組み合わせて用いれ
ば容易に形成できるが、それ以外の方法（たとえば印刷
技術）を用いて形成してもさしつかえない。

【００９０】素子電極２７と２８の形状は、当該電子放
出素子の応用目的に合わせて適宜設計される。一般的に
は、電極間隔Ｌは通常は数百オングストロームから数百
マイクロメーターの範囲から適当な数値を選んで設計さ
れるが、なかでも表示装置に応用するために好ましいの
は数マイクロメーターより数十マイクロメーターの範囲
である。また、素子電極の厚さｄについては、通常は数
百オングストロームから数マイクロメーターの範囲から
適当な数値が選ばれる。

【００９１】また、導電性薄膜２９の部分には、微粒子
膜を用いる。ここで述べた微粒子膜とは、構成要素とし
て多数の微粒子を含んだ膜（島状の集合体も含む）のこ
とをさす。微粒子膜を微視的に調べれば、通常は、個々
の微粒子が離間して配置された構造か、あるいは微粒子
が互いに隣接した構造か、あるいは微粒子が互いに重な
り合った構造が観測される。

【００９２】微粒子膜に用いた微粒子の粒径は、数オン
グストロームから数千オングストロームの範囲に含まれ
るものであるが、なかでも好ましいのは１０オングスト
ロームから２００オングストロームの範囲のものであ
る。また、微粒子膜の膜厚は、以下に述べるような諸条
件を考慮して適宜設定される。すなわち、素子電極２７
あるいは２８と電気的に良好に接続するのに必要な条
件、後述する通電フォーミングを良好に行うのに必要な
条件、微粒子膜自身の電気抵抗を後述する適宜の値にす
るために必要な条件、などである。具体的には、数オン
グストロームから数千オングストロームの範囲のなかで
設定するが、なかでも好ましいのは１０オングストロー
ムから５００オングストロームの間である。

【００９３】また、微粒子膜を形成するのに用いられう
る材料としては、たとえば、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，
Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｐｂ，などをはじめとする金属や、ＰｄＯ，Ｓ
ｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＰｂＯ，Ｓｂ₂Ｏ₃などをはじめ
とする酸化物や、ＨｆＢ₂，ＺｒＢ₂，ＬａＢ₆，Ｃｅ
Ｂ₆，ＹＢ₄，ＧｄＢ₄，などをはじめとする硼化物
や、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ，
などをはじめとする炭化物や、ＴｉＮ，ＺｒＮ，Ｈｆ
Ｎ，などをはじめとする窒化物や、Ｓｉ，Ｇｅ，などを
はじめとする半導体や、カーボン、などがあげられ、こ
れらの中から適宜選択される。

【００９４】以上述べたように、導電性薄膜２９を微粒
子膜で形成したが、その導電性薄膜２９のシート抵抗値
については、１０³から１０⁷［オーム／ｓｑ］の範囲
に含まれるよう設定した。

【００９５】なお、導電性薄膜２９と素子電極２７およ
び２８とは、電気的に良好に接続されるのが望ましいた
め、互いの一部が重なりあうような構造をとっている。
その重なり方は、図５及び図７の例においては、下か
ら、基板１３、素子電極２７，２８、導電性薄膜２９の
順序で積層したが、場合によっては下から基板、導電性
薄膜、素子電極、の順序で積層してもさしつかえない。

【００９６】また、電子放出部３０は、導電性薄膜２９
の一部に形成された亀裂状の部分であり、電気的には周
囲の導電性薄膜２９よりも高抵抗な性質を有している。
亀裂は、導電性薄膜２９に対して、後述する通電フォー
ミングの処理を行うことにより形成する。亀裂内には、
数オングストロームから数百オングストロームの粒径の
微粒子を配置する場合がある。なお、実際の電子放出部
の位置や形状を精密かつ正確に図示するのは困難なた
め、図７においては模式的に示した。

【００９７】また、薄膜３１は、炭素もしくは炭素化合
物よりなる薄膜で、電子放出部３０およびその近傍を被
覆している。薄膜３１は、通電フォーミング処理後に、
後述する通電活性化の処理を行うことにより形成する。

【００９８】薄膜３１は、単結晶グラファイト、多結晶
グラファイト、非晶質カーボン、のいずれかか、もしく
はその混合物であり、膜厚は５００［オングストロー
ム］以下とするが、３００［オングストローム］以下と
するのがさらに好ましい。

【００９９】以上、好ましい素子の基本構成を述べた
が、実施形態においては以下のような素子を用いた。

【０１００】すなわち、基板１３には青板ガラスを用
い、素子電極２７と２８にはＮｉ薄膜を用いた。素子電
極の厚さｄは１０００［オングストローム］、電極間隔
Ｌは２［マイクロメーター］とした。

【０１０１】微粒子膜の主要材料としてＰｄもしくはＰ
ｄＯを用い、微粒子膜の厚さは約１００［オングストロ
ーム］、幅Ｗは１００［マイクロメーター］とした。

【０１０２】次に、好適な平面型の表面伝導型電子放出
素子の製造方法について説明する。

【０１０３】図７（ａ）〜（ｄ）は、表面伝導型電子放
出素子の製造工程を説明するための断面図で、各部材の
表記は前記図５と同一である。

【０１０４】（１）まず、図７（ａ）に示すように、基
板１３上に素子電極２７および２８を形成する。

【０１０５】形成するにあたっては、あらかじめ基板１
３を洗剤、純水、有機溶剤を用いて十分に洗浄後、素子
電極の材料を堆積させる。堆積する方法としては、たと
えば、蒸着法やスパッタ法などの真空成膜技術を用いれ
ばよい。その後、堆積した電極材料を、フォトリソグラ
フィー・エッチング技術を用いてパターニングし、
（ａ）に示した一対の素子電極（２７と２８）を形成す
る。

【０１０６】（２）次に、同図（ｂ）に示すように、導
電性薄膜２９を形成する。

【０１０７】導電性薄膜２９を形成するにあたっては、
まず前記（ａ）の基板に有機金属溶液を塗布して乾燥
し、加熱焼成処理して微粒子膜を成膜した後、フォトリ
ソグラフィー・エッチングにより所定の形状にパターニ
ングする。ここで、有機金属溶液とは、導電性薄膜２９
に用いる微粒子の材料を主要元素とする有機金属化合物
の溶液である。具体的には、本実施形態では主要元素と
してＰｄを用いた。また、本実施形態では塗布方法とし
て、ディッピング法を用いたが、それ以外のたとえばス
ピンナー法やスプレー法を用いてもよい。

【０１０８】また、微粒子膜で作られる導電性薄膜２９
の成膜方法としては、本実施形態で用いた有機金属溶液
の塗布による方法以外の、たとえば真空蒸着法やスパッ
タ法、あるいは化学的気相堆積法などを用いる場合もあ
る。

【０１０９】（３）次に、図７（ｃ）に示すように、フ
ォーミング用電源３２から素子電極２７と２８の間に適
宜の電圧を印加し、通電フォーミング処理を行って、電
子放出部３０を形成する。

【０１１０】通電フォーミング処理とは、微粒子膜で作
られた導電性薄膜２９に通電を行って、その一部を適宜
に破壊、変形、もしくは変質せしめ、電子放出を行うの
に好適な構造に変化させる処理のことである。微粒子膜
で作られた導電性薄膜のうち電子放出を行うのに好適な
構造に変化した部分（すなわち電子放出部３０）におい
ては、薄膜に適当な亀裂が形成されている。なお、電子
放出部３０が形成される前と比較すると、形成された後
は素子電極２７と２８の間で計測される電気抵抗は大幅
に増加する。

【０１１１】通電方法をより詳しく説明するために、図
８に、フォーミング用電源３２から印加する適宜の電圧
波形の一例を示す。微粒子膜で作られた導電性薄膜をフ
ォーミングする場合には、パルス状の電圧が好ましく、
本実施形態の場合には同図に示したようにパルス幅Ｔ１
の三角波パルスをパルス間隔Ｔ２で連続的に印加した。
その際には、三角波パルスの波高値Ｖpfを、順次昇圧し
た。また、電子放出部３０の形成状況をモニターするた
めのモニターパルスＰm を適宜の間隔で三角波パルスの
間に挿入し、その際に流れる電流を電流計３３で計測し
た。

【０１１２】本実施形態においては、たとえば１０^-3Ｔ
ｏｒｒ程度の真空雰囲気下において、たとえばパルス幅
Ｔ１を１［ミリ秒］、パルス間隔Ｔ２を１０［ミリ秒］
とし、波高値Ｖpfを１パルスごとに０．１［Ｖ］ずつ昇
圧した。そして、三角波を５パルス印加するたびに１回
の割りで、モニターパルスＰm を挿入した。フォーミン
グ処理に悪影響を及ぼすことがないように、モニターパ
ルスの電圧Ｖpmは０．１［Ｖ］に設定した。そして、素
子電極２７と２８の間の電気抵抗が１×１０⁶Ωになっ
た段階、すなわちモニターパルス印加時に電流計３３で
計測される電流が１×１０^-7Ａ以下になった段階で、フ
ォーミング処理にかかわる通電で終了した。

【０１１３】なお、上記の方法は、本実施形態の表面伝
導型電子放出素子に関する好ましい方法であり、たとえ
ば微粒子膜の材料や膜厚、あるいは素子電極間隔Ｌなど
表面伝導型放出素子の設計を変更した場合には、それに
応じて通電の条件を適宜変更するのが望ましい。

【０１１４】（４）次に、図７の（ｄ）に示すように、
活性化用電源３４から素子電極２７と２８の間に適宜の
電圧を印加し、通電活性化処理を行って、電子放出特性
の改善を行う。

【０１１５】通電活性化処理とは、前記通電フォーミン
グ処理により形成された電子放出部３０に適宜の条件で
通電を行って、その近傍に炭素もしくは炭素化合物を堆
積せしめる処理のことである。図７（ｄ）においては、
炭素もしくは炭素化合物よりなる堆積物を部材３１とし
て模式的に示した。なお、通電活性化処理を行うことに
より、行う前と比較して、同じ印加電圧における放出電
流を典型的には１００倍以上に増加させることができ
る。

【０１１６】具体的には、１０^-1ないし１０^-4Ｐa の範
囲内の真空雰囲気中で、電圧パルスを定期的に印加する
ことにより、真空雰囲気中に存在する有機化合物を起源
とする炭素もしくは炭素化合物を堆積させる。堆積物３
１は、単結晶グラファイト、多結晶グラファイト、非晶
質カーボン、のいずれかか、もしくはその混合物であ
り、膜厚は５００［オングストローム］以下、より好ま
しくは３００［オングストローム］以下である。

【０１１７】通電方法をより詳しく説明するために、図
９の（ａ）に、活性化用電源３４から印加する適宜の電
圧波形の一例を示す。本実施形態においては、一定電圧
の矩形波を定期的に印加して通電活性化処理を行った
が、具体的には、矩形波の電圧Ｖacは１４［Ｖ］，パル
ス幅Ｔ３は１［ミリ秒］，パルス間隔Ｔ４は１０［ミリ
秒］とした。なお、上述の通電条件は、本実施形態の表
面伝導型放出素子に関する好ましい条件であり、表面伝
導型放出素子の設計を変更した場合には、それに応じて
条件を適宜変更するのが望ましい。

【０１１８】図７の（ｄ）に示す３５は該表面伝導型電
子放出素子から放出される放出電流Ｉeを捕捉するため
のアノード電極で、直流高電圧電源３６および電流計３
７が接続されている。なお、基板１３を、表示パネルの
中に組み込んでから活性化処理を行う場合には、表示パ
ネルの蛍光面をアノード電極３５として用いる。活性化
用電源３４から電圧を印加する間、電流計３７で放出電
流Ｉe を計測して通電活性化処理の進行状況をモニター
し、活性化用電源３４の動作を制御する。電流計３７で
計測された放出電流Ｉe の一例を図９（ｂ）に示すが、
活性化電源３４からパルス電圧を印加しはじめると、時
間の経過とともに放出電流Ｉe は増加するが、やがて飽
和してほとんど増加しなくなる。このように、放出電流
Ｉe がほぼ飽和した時点で活性化用電源３４からの電圧
印加を停止し、通電活性化処理を終了する。

【０１１９】なお、上述の通電条件は、本実施形態の表
面伝導型放出素子に関する好ましい条件であり、表面伝
導型放出素子の設計を変更した場合には、それに応じて
条件を適宜変更するのが望ましい。

【０１２０】以上のようにして、図５（ｂ）に示す平面
型の表面伝導型放出素子を製造した。

【０１２１】（垂直型の表面伝導型放出素子）次に、電
子放出部もしくはその周辺を微粒子膜から形成した表面
伝導型放出素子のもうひとつの代表的な構成、すなわち
垂直型の表面伝導型放出素子の構成について説明する。

【０１２２】図１０は、垂直型の基本構成を説明するた
めの模式的な断面図であり、図中の３８は基板、３９と
４０は素子電極、４３は絶縁性の段差形成部材、４１は
微粒子膜を用いた導電性薄膜、４２は通電フォーミング
処理により形成した電子放出部、４４は通電活性化処理
により形成した薄膜、である。

【０１２３】垂直型が先に説明した平面型と異なる点
は、片方の素子電極３９が段差形成部材４３上に設けら
れており、導電性薄膜４１が段差形成部材４３の側面を
被覆している点にある。したがって、前記図４の平面型
における素子電極間隔Ｌは、垂直型においては段差形成
部材４３の段差高Ｌs として設定される。なお、基板３
８、素子電極３９および４０、微粒子膜を用いた導電性
薄膜４１、については、前記平面型の説明中に列挙した
材料を同様に用いることが可能である。また、段差形成
部材４３には、たとえばＳｉＯ₂のような電気的に絶縁
性の材料を用いる。

【０１２４】次に、垂直型の表面伝導型放出素子の製法
について説明する。図１１の（ａ）〜（ｅ）は、製造工
程を説明するための断面図で、各部材の表記は前記図１
０と同一である。

【０１２５】（１）まず、図１１（ａ）に示すように、
基板３８上に素子電極４０を形成する。

【０１２６】（２）次に、同図（ｂ）に示すように、段
差形成部材を形成するための絶縁層を積層する。絶縁層
は、たとえばＳｉＯ₂をスパッタ法で積層すればよい
が、たとえば真空蒸着法や印刷法などの他の成膜方法を
用いてもよい。

【０１２７】（３）次に、同図（ｃ）に示すように、絶
縁層の上に素子電極３９を形成する。

【０１２８】（４）次に、同図（ｄ）に示すように、絶
縁層の一部を、たとえばエッチング法を用いて除去し、
素子電極４０を露出させる。

【０１２９】（５）次に、同図（ｅ）に示すように、微
粒子膜を用いた導電性薄膜４１を形成する。形成するに
は、前記平面型の場合と同じく、たとえば塗布法などの
成膜技術を用いればよい。

【０１３０】（６）次に、前記平面型の場合と同じく、
通電フォーミング処理を行い、電子放出部を形成する。
この通電フォーミング処理は図７（ｃ）を用いて説明し
た平面型の通電フォーミング処理と同様の処理を行えば
よい。

【０１３１】（７）次に、前記平面型の場合と同じく、
通電活性化処理を行い、電子放出部近傍に炭素もしくは
炭素化合物を堆積させる。この通電活性化処理は図７
（ｄ）を用いて説明した平面型の通電活性化処理と同様
の処理を行えばよい。

【０１３２】以上のようにして、図１０に示す垂直型の
表面伝導型放出素子を製造した。

【０１３３】（表示装置に用いた表面伝導型放出素子の
特性）以上、平面型と垂直型の表面伝導型放出素子につ
いて素子構成と製法を説明したが、次に表示装置に用い
た素子の特性について述べる。

【０１３４】図１２に、表示装置に用いた素子の、（放
出電流Ｉe ）対（素子印加電圧Ｖf）特性、および（素
子電流Ｉf ）対（素子印加電圧Ｖf ）特性の典型的な例
を示す。なお、放出電流Ｉe は素子電流Ｉf に比べて著
しく小さく、同一尺度で図示するのが困難であるうえ、
これらの特性は素子の大きさや形状等の設計パラメータ
を変更することにより変化するものであるため、２本の
グラフは各々任意単位で図示した。

【０１３５】表示装置に用いた素子は、放出電流Ｉe に
関して以下に述べる３つの特性を有している。

【０１３６】第一に、ある電圧（これを、図示するよう
に、閾値電圧Ｖthと呼ぶ）以上の大きさの電圧を素子に
印加すると急激に放出電流Ｉe が増加するが、一方、閾
値電圧Ｖth未満の電圧では放出電流Ｉe はほとんど検出
されない。

【０１３７】すなわち、放出電流Ｉe に関して、明確な
閾値電圧Ｖthを持った非線形素子である。

【０１３８】第二に、放出電流Ｉe は素子に印加する電
圧Ｖf に依存して変化するため、電圧Ｖf で放出電流Ｉ
e の大きさを制御できる。

【０１３９】第三に、素子に印加する電圧Ｖf に対して
素子から放出される電流Ｉe の応答速度が速いため、電
圧Ｖf を印加する時間の長さによって素子から放出され
る電子の電荷量を制御できる。

【０１４０】以上のような特性を有するため、表面伝導
型放出素子を表示装置に好適に用いることができた。た
とえば多数の素子を表示画面の画素に対応して設けた表
示装置において、第一の特性を利用すれば、表示画面を
順次走査して表示を行うことが可能である。すなわち、
駆動中の素子には、所望の発光輝度に応じて閾値電圧Ｖ
th以上の電圧を適宜印加し、非選択状態の素子には閾値
電圧Ｖth未満の電圧を印加する。駆動する素子を順次切
り替えてゆくことにより、表示画面を順次走査して表示
を行うことが可能である。

【０１４１】また、第二の特性かまたは第三の特性を利
用することにより、発光輝度を制御することができるた
め、階調表示を行うことが可能である。

【０１４２】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について図面
を用いて説明する。

【０１４３】（実施例１）本実施例では、まず未フォー
ミングの複数の表面伝導型電子源１４を基板１３に形成
した。基板１３として表面を清浄化した青板ガラスを用
い、これに、図５に示した表面伝導型電子放出素子を１
６０個×７２０個マトリクス状に形成した。

【０１４４】素子電極２７、２８はＰｔスパッタ膜であ
り、Ｘ方向配線１５、Ｙ方向配線１６はスクリーン印刷
法により形成したＡｇ配線である。導電性薄膜２６はＰ
ｄアミン錯体溶液を焼成したＰｄＯ微粒子膜である。

【０１４５】画像形成部材であるところの蛍光膜２０
は、図６（ａ）に示すように、各色蛍光体がＹ方向に伸
びるストライプ形状を採用し、黒色体２０ａとしては各
色蛍光体間だけでなく、Ｘ方向にも設けることでＹ方向
の画素間を分離し、かつスペーサ２２を設置するための
部分を加えた形状を用いた。先に黒色体（導電体）２０
ａを形成し、その間隙部に各色蛍光体を塗布して蛍光膜
２０を作成した。ブラックストライプ（黒色体２０ａ）
の材料として通常良く用いられている黒鉛を主成分とす
る材料を用いた。フェースプレート１９に蛍光体を塗布
する方法はスラリー法を用いた。

【０１４６】また、蛍光膜２０より内面側（電子源側）
に設けられるメタルバック２１は、蛍光膜２０の作成
後、蛍光膜２０の内面側表面の平滑化処理（通常フィル
ミングと呼ばれる）を行い、その後、Ａｌを真空蒸着す
ることで作成した。フェースプレート１９には、更に蛍
光膜２０の導電性を高めるため、蛍光膜２０より外面側
（ガラス基板と蛍光膜の間）に透明電極が設けられる場
合もあるが、本実施例ではメタルバックのみで十分な導
電性が得られたので省略した。

【０１４７】図２においてスペーサ２２は清浄化したソ
ーダライムガラスからなる絶縁性基材２４（高さ３．８
ｍｍ、板厚２００μｍ、長さ２０ｍｍ）上に、Ｃｒ−Ａ
ｌ₂Ｏ₃サーメット膜２３ａを真空成膜法により形成し
成膜した。本実施例で用いたＣｒ−Ａｌ₂Ｏ₃サーメッ
ト膜はスパッタリング装置を用いてアルゴン雰囲気中で
ＣｒとＡｌ₂Ｏ₃のターゲットを同時スパッタすること
により成膜した。

【０１４８】この成膜時に、成膜室にアルゴンを０．７
Ｐa 導入し、それぞれのターゲットにかける電力を変化
することにより組成の調節を行ない、種々の抵抗値のス
ペーサを作成した。なお、比抵抗の値は後述する５００
℃で一時間の熱処理後の値を示す。

【０１４９】これらの試料を第一層として成膜後、成膜
装置を真空に保ったままそれぞれその上に第二層２３ｂ
として絶縁膜２３ｂを成膜した。本実施例では絶縁膜２
３ｂの材料については、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｙ₂Ｏ₃の二種類
を選んだ。これは以下のように成膜をした。まず、第一
層のＣｒ−Ａｌ₂Ｏ₃サーメット膜を成膜した後、その
まま真空チャンバーから取り出すことなく、第二層の成
膜を行う。

【０１５０】ここでは、Ｎｂ₂Ｏ₅を例にして説明す
る。ターゲットはＮｂ₂Ｏ₅の焼結体を用いた。成膜室
にアルゴン、酸素を、それぞれ分圧で０．４Ｐa 、０．
１Ｐa導入した。ターゲットへの投入電力は３．８Ｗ／
ｃｍ²とし、成膜時間を１分間とすることで、約２ｎｍ
の膜厚の酸化ニオブ層を得た。Ｙ₂Ｏ₃もに同様の方法
で成膜条件を変えることにより成膜を行なった。この後
に先ほど述べた５００℃、１時間の熱処理をすることに
よりスペーサ２２の作製を終了した。それぞれの試料の
成膜条件と、試料名及び材料名とその厚さ、比抵抗を次
に示す。

【０１５１】（試料Ａ）第一層：Ｃｒ−Ａｌ₂Ｏ₃、２００ｎｍ、１.６×１０⁵Ωｃｍ第二層：Ｎｂ₂Ｏ₅ ２ｎｍ（フリット封着工程経過後）第二層成膜条件：投入電力３.８Ｗ／ｃｍ² 成膜時導入ガスＡｒ０.４Ｐa Ｏ₂ ０.１Ｐa 成膜時間１分（試料Ｂ）第一層：Ｃｒ−Ａｌ₂Ｏ₃、２００ｎｍ、１.５×１０⁵Ωｃｍ第二層：Ｙ₂Ｏ₃ ２ｎｍ（フリット封着工程経過後）第二層成膜条件：投入電力３.８Ｗ／ｃｍ² 成膜時導入ガスＡｒ０.２７ｍＴｏｒｒＯ₂ ０.１８Ｐa 成膜時間２分３０秒また、スペーサ２２は、Ｘ方向配線１５およびメタルバ
ック２１との電気的接続を確実にするためにその接続部
にＡｌによる低抵抗電極２５を設けた。この電極２５は
Ｘ方向配線からフェースプレート１９に向かって１５０
μｍ、メタルバックからリアプレート１７に向かって１
００μｍの範囲でスペーサ２２の４面を完全に被覆し
た。

【０１５２】その後、電子源１４の３.８ｍｍ上方にフ
ェースプレート１９を側壁の支持枠１８を介して配置
し、リアプレート１７、フェースプレート１９、支持枠
１８およびスペーサ２２の接合部を固定した。スペーサ
２２はＸ方向配線１５上に等間隔に固定した。スペーサ
２２はフェースプレート１９側では黒色体２０ａ（線幅
３００μｍ）上に、Ａｕを被覆シリカ球を含有した導電
性フリットガラス２６を用いることにより、半導電性膜
２３ａとフェースプレート１９との導通を確保した。な
お、メタルバック２１とスペーサ２２とが当接する領域
においてはメタルバック２１の一部を除去した。リアプ
レート１７と支持枠１８の接合部はフリットガラス（不
図示）を塗布し、大気中で４２０℃で１０分以上焼成す
ることで封着した。

【０１５３】以上のようにして完成したあと、排気管を
通じ真空ポンプにて排気し、十分低い圧力に達した後、
容器外端子Ｄｘ１〜ＤｘｍとＤｙ１〜Ｄｙｎを通じ電子
放出素子１４の素子電極２７、２８間に電圧を印加し、
導電性薄膜２９を通電処理（フォーミング処理）するこ
とにより電子放出部３０を形成した。フォーミング処理
は、図１１に示した波形の電圧を印加することにより行
った。

【０１５４】次に排気管を通してアセトンを０.１３３
Ｐa の圧力となるように真空容器に導入し、容器外端子
Ｄｘ１〜Ｄｘｍと、Ｄｙ１〜Ｄｙｎに電圧パルスを定期
的に印加することにより、炭素あるいは炭素化合物を堆
積する通電活性化処理を行った。通電活性化は図９に示
すような波形を印加することにより行った。

【０１５５】次に容器全体を２００℃に加熱しつつ、１
０時間真空排気した後、１０^-4Ｐa程度の圧力で、排気
管をガスバーナーで熱することで溶着し封止を行った。

【０１５６】最後に、封止後の圧力を維持するために、
ゲッター処理を行った。

【０１５７】以上のように完成した画像形成装置におい
て、各電子放出素子１４には、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘ
ｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎを通じ、走査信号及び画像信号の変
調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ印加するこ
とにより電子を放出させ、メタルバック２１には、高圧
端子Ｈv を通じて高圧を印加することにより放出電子ビ
ームを加速し、蛍光膜２０に電子を衝突させ、蛍光体２
０ｂを励起・発光させることで画像信号に応じた画像を
表示した。なお高圧端子Ｈv への印加電圧Ｖaは１〜５
ｋＶ、素子電極２７、２８間への印加電圧Ｖf は１４Ｖ
とした。この時、スペーサの試料Ａ，Ｂに関しては上記
駆動条件においてのスペーサ近傍のビームずれはない
か、あっても非常に少なく、テレビ画像として問題のな
い範囲であった。

【０１５８】また、第一層Ｃｒ−Ａｌ₂Ｏ₃サーメット
膜の抵抗温度係数は−０．３から−０．３３であり、上
記駆動条件において熱暴走することはなかった。

【０１５９】（実施例２：第二層の膜厚を変化させた場
合）実施例２においては実施例１で述べたのと同じ方法
で第一層を成膜し、第二層の膜厚を変えたスペーサ２２
を用いてテレビ画像の比較を行った。第二層の材料には
Ｙ₂Ｏ₃を用い、成膜条件は実施例１と同様に成膜を行
なった。ただし成膜時間を変えることにより膜厚の調整
を行なった。作成した試料は以下の通りである。

【０１６０】（試料Ｃ）第一層：Ｃｒ−Ａｌ−Ｎ、２００ｎｍ、１.８×１０⁵
Ωｃｍ第二層：Ｙ₂Ｏ₃、２ｎｍ（試料Ｄ）第一層：Ｃｒ−Ａｌ−Ｎ、２００ｎｍ、１.８×１０⁵
Ωｃｍ第二層：Ｙ₂Ｏ₃、３ｎｍ（試料Ｅ）第一層：Ｃｒ−Ａｌ−Ｎ、２００ｎｍ、１.８×１０⁵
Ωｃｍ第二層：Ｙ₂Ｏ₃、５ｎｍその後の組み立て工程は実施例１と同様で行い、実施例
１と同様の条件で駆動した。試料Ｄ、Ｅ、Ｆについては
この駆動条件においてスペーサ２２近傍のビームずれは
ないか、あっても非常に少なく、テレビ画像として問題
のない範囲であった。

【０１６１】（実施例３）実施例３においては第一層の
材料をＣｒとＡｌの合金窒化物（Ｃｒ−Ａｌ−Ｎ）にし
た。成膜はスパッタリング装置を用いて、Ａｒと窒素の
混合雰囲気下でＣｒとＡｌのターゲットを同時スパッタ
することにより行なった。導入ガス圧はＡｒが０．４Ｐ
a 、Ｎ₂が０．１Ｐa とし、ＣｒとＡｌの投入電力を調
節することにより抵抗の調節を行なった。

【０１６２】第二層については材料としてＮｂ₂Ｏ₅を
用いた。成膜については実施例１と同様に行なった。作
成した試料については下に示す。

【０１６３】（試料Ｆ）第一層：Ｃｒ−Ａｌ−Ｎ、２００ｎｍ、２.１×１０⁵Ωｃｍ第二層：Ｎｂ₂Ｏ₅、２ｎｍ第二層成膜条件：投入電力３.８Ｗ／ｃｍ² 成膜時導入ガスＡｒ０．３Ｐa Ｏ₂０．１Ｐa 成膜時間１分その後の組み立て工程は実施例１と同様で行い、実施例
１と同様の条件で駆動した。試料Ｆについてはこの駆動
条件においてスペーサ近傍のビームずれはないか、あっ
ても非常に少なく、テレビ画像として問題のない範囲で
あった。

【０１６４】（実施例４）実施例４においては第一層２
３ａの材料にＣｒ−Ａｌ₂Ｏ₃サーメット膜を用いた。
第二層２３ｂに関してはＹ₂Ｏ₃を用いた。成膜に関し
ては実施例１と同様に行なった。作成した試料は以下の
通りである。

【０１６５】（試料Ｇ）第一層：Ｃｒ−Ａｌ₂Ｏ₃、ｔ＝２００ｎｍ、Ｒ＝２.
８×１０⁵Ωｃｍ第二層：Ｙ₂Ｏ₃、ｔ＝７ｎｍここでいう第二層の厚みはＹ₂Ｏ₃のこの条件における
成膜レートから計算で求めた値であり、実測したもので
はない。

【０１６６】その後の組み立て工程は実施例１と同様の
条件で駆動した。試料Ｇに関してはこの駆動条件におい
てスペーサ近傍のビームずれはないか、あっても非常に
少なく、テレビ画像として問題のない範囲であった。

【０１６７】その後この画像形成装置を分解し、スペー
サ表面についてＳＥＭ観察を行なった。その結果第二層
２３ｂは一様な連続膜ではなく、島状に分散した構造を
していることが確認された。

【０１６８】（実施例５）実施例５においては実施例４
と同様に第一層２３ａの材料にＣｒ−Ａｌ₂Ｏ₃サーメ
ット膜、第二層２３ｂにはＹ₂Ｏ₃を用いた。ただし、
第一層２３ａ成膜後に一旦試料を大気中に取り出し、そ
の後イオンビームスパッタで第二層２３ｂを成膜するこ
とにより作成した。

【０１６９】（試料Ｈ）第二層の成膜条件は以下の通り
である。

【０１７０】ターゲット：Ｙ₂Ｏ₃ 一次イオン加速電圧：１ｋＶ一次イオン電流：４０ｍＡ成膜時間：１分その後の組み立て工程は実施例１と同様の条件で駆動し
た。試料Ｈに関してはこの駆動条件においてスペーサ近
傍のビームずれはないか、あっても非常に少なく、テレ
ビ画像として問題のない範囲であった。

【０１７１】その後この画像形成装置を分解し、スペー
サ表面についてＳＥＭ観察を行なった。その結果第二層
２３ｂは一様な連続膜を形成していることが示された。

【０１７２】（実施例６）実施例６においては実施例
４、５と同様に第一層２３ａの材料にＣｒ−Ａｌ₂Ｏ₃
サーメット膜を用いた。第二層２３ｂに関してはポリイ
ミドを用いた。製法に関してはスパッタ法を用い、以下
の条件で行なった。

【０１７３】ターゲットにはポリイミドのターゲットを
用いた。成膜ガスはアルゴンを用い、圧力は１Ｐa とし
た。ターゲットには３．８／ｃｍ²の電力を投入し、１
０分間の成膜を行なうことにより６ｎｍの厚さのポリイ
ミド膜を得た。

【０１７４】（試料Ｉ）第一層：Ｃｒ−Ａｌ₂Ｏ₃、ｔ＝２００ｎｍ、Ｒ＝２.
８×１０⁵Ωｃｍ第二層：ポリイミド、ｔ＝６ｎｍここで用いた第二層の６ｎｍという値は実際に膜厚を段
差測定装置で測定したものである。その後の組み立て工
程は実施例１と同様の条件で駆動した。試料Ｉに関して
はこの駆動条件においてスペーサ２２近傍のビームずれ
はないか、あっても非常に少なく、テレビ画像として問
題のない範囲であった。

【０１７５】

【発明の効果】以上説明した通りに、本発明によれば、
画像形成装置に用いるスペーサの形成において、スペー
サ抵抗として適当な抵抗値を持つ半導電性膜の上に、Ｎ
ｂ₂Ｏ ₅、Ｙ₂Ｏ₃などの二次電子放出率の小さい絶縁
性材料を、膜厚９.９ｎｍ以下の厚みに被覆することに
より効果を得ることができ、特に０．８ｎｍから９.９
ｎｍの厚みで被覆することにより良好な帯電防止機能を
持つスペーサ帯電防止膜を得た。

【０１７６】また、帯電防止効果が高いが抵抗が高く、
スペーサとして適当な抵抗値に設定できない材料でも本
発明のように膜厚を９.９ｎｍ以下に設定し、電荷が下
の層に逃げられるように構成することにより、良好な帯
電防止効果を発揮することができる。

【０１７７】これを使用した画像形成装置はスペーサ近
傍でのビーム電位の乱れは抑止され、ビームが蛍光体に
衝突する位置と、本来発光するべき蛍光体との位置ずれ
のない鮮明な画像表示が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である画像表示装置のスペーサ
近傍の断面模式図である。

【図２】本発明で用いたスペーサの断面模式図である。

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

【図４】本実施例で用いたマルチ電子ビーム源の基板の
平面図である。

【図５】実施例で用いた平面型の表面伝導型放出素子の
平面図（ａ），断面図（ｂ）である。

【図６】表示パネルのフェースプレートの蛍光体配列を
例示した平面図である。

【図７】平面型の表面伝導型放出素子の製造工程を示す
断面図である。

【図８】通電フォーミング処理の際の印加電圧波形であ
る。

【図９】通電活性化処理の際の印加電圧波形（ａ）、放
出電流Ｉe の変化（ｂ）である。

【図１０】実施例で用いた垂直型の表面伝導型放出素子
の断面図である。

【図１１】垂直型の表面伝導型放出素子の製造工程を示
す断面図である。

【図１２】実施例で用いた表面伝導型放出素子の典型的
な特性を示すグラフである。

【図１３】従来知られた表面伝導型放出素子の一例であ
る。

【図１４】従来知られたＦＥ型素子の一例である。

【図１５】従来知られたＭＩＭ型素子の一例である。

【符号の説明】

１基板２導電性薄膜３電子放出部４基板５エミッタ配線６エミッタコーン７絶縁層８ゲート電極９基板１０下電極１１絶縁層１２上電極１３基板１４冷陰極素子１５行方向配線１６列方向配線１７リアプレート１８側壁１９フェースプレート２０蛍光膜２１メタルバック２２スペーサ２３導電膜２３ａ第一層（下引き層）２３ｂ第二層（キャップ層）２４絶縁性基材２５中間層電極２６導電性フリット（当接材）２７，２８素子電極２９導電性薄膜３０電子放出部３１通電活性化処理により形成した薄膜３２フォーミング用電源３３電流計３４活性化用電源３５アノード電極３６直流高電圧電源３７電流計３８基板３９素子電極４０素子電極４１導電性薄膜４２電子放出部４３段差形成部材４４通電活性化により形成した薄膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の電子放出素子を形成した基板と発
光材料を形成した透明基板とをスペーサを介して対向さ
せた構造を有する画像形成装置において、前記スペーサは基材表面に第一層として半導電性膜で被
覆され、その上に第二層として絶縁性膜で被覆され且つ
絶縁性膜の厚さが０．８ｎｍ以上９．９ｎｍ以下で該絶
縁性膜の材料がＹ₂Ｏ₃、Ｎｂ₂Ｏ₅、ポリイミドのうち
少なくとも一つの材料を含むことを特徴とする画像形成
装置。
【請求項２】前記スペーサを被覆する前記第二層の絶
縁性膜の抵抗値が体積抵抗で１０⁴Ωｍ以上であること
を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】前記スペーサを被覆する前記絶縁性膜の
材料が酸化物であることを特徴とする請求項１又は請求
項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】前記第一層の半導電性膜はその膜厚が１
０ｎｍ〜１μｍ、前記透明基板の加速電極に供給する電
子の加速電圧をＶa としたときの比抵抗が１０^-7×Ｖa²
〜１０⁵Ωｍであり、正または絶対値が１％以下の負の
抵抗温度係数であることを特徴とする請求項１乃至請求
項３のいずれかの請求項に記載の画像形成装置。
【請求項５】前記スペーサの両端部間で電位差を生ず
るように前記一層の半導電性膜の前記両端部に電圧が印
加されてなる請求項１乃至請求項４のいずれかの請求項
に記載の画像形成装置。
【請求項６】前記複数の電子放出素子を形成した基板
に電子放出素子の駆動用配線が設けられ、前記スペーサ
の一方の端部が前記駆動用配線に電気的に接続されてい
る請求項１乃至請求項５のいずれかの請求項に記載の画
像形成装置。
【請求項７】前記透明基板に電子放出素子から放出さ
れた電子を加速する加速電極が設けられ、前記スペーサ
の一方の端部が前記加速電極に電気的に接続されている
請求項１乃至請求項６のいずれかの請求項に記載の画像
形成装置。
【請求項８】前記電子放出素子が表面伝導型電子放出
素子である請求項１乃至請求項７のいずれかの請求項に
記載の画像形成装置。