JP2000113842A

JP2000113842A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2000113842A
Application number: JP10285764A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Kuroda; 和生黒田; Hideaki Mitsutake; 英明光武; Masahiro Fushimi; 正弘伏見
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-10-07
Filing date: 1998-10-07
Publication date: 2000-04-21
Anticipated expiration: 2018-10-07
Also published as: JP3740296B2

Abstract

(57)【要約】【課題】スペーサとして当該画像形成装置に適したス
ペーサの表面層の構造と材料を新規に提供し、高輝度で
歪のない画像を表示できる画像形成装置を提供すること
を課題とする。【解決手段】電子を放出する電子源とプレートとをス
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として絶縁性膜
で被覆され、その上に第二層として半導電性膜で被覆し
た構成を有し、第二層の半導電性膜の一部において、第
一層が露出していることを特徴とする。また、前記第一
層の露出構造は前記第二層の半導電性膜の構造がネット
ワーク構造及び島状に形成された構造の両方を有してい
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平面型画像形成
装置に好適に用いられるものである。

【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電子放出素子や、電界
放出型電子放出素子（以下ＦＥ型と記す）や、金属／絶
縁層／金属型電子放出素子（以下ＭＩＭ型と記す）、な
どが知られている。

【０００３】表面伝導型電子放出素子は、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.Electr
on Phys.,10,1290,(1965)］、Ａｕ薄膜によるもの［G.D
Mitter:“Thin Solid Films",9,317(1972)］や、Ｉｎ
₂Ｏ₃／ＳｎＯ₂薄膜によるもの［M.Hartwell And C.G.
Fonstad:“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電子放出素子の素子構
成の典型的な例として、図２０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、前記亀裂付近において
電子放出が行われる。

【０００６】ＦＥ型の例は、たとえば、W.P.Dyke&W.W.D
olan,“Field Emission",Advance in Electron Physic
s,8,89(1956)や、あるいは、C.A.Spindt,“Physical Pr
operties of Thin-Film Field Emission cathodes with
molybdenium Cones",J.Appl.Phys.,47,5248(1976)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
２１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はエミッタコーン、７は絶縁層、８はゲー
ト電極である。本素子は、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るものであ
る。

【０００８】また、ＦＥ型の他の素子構成として、図２
１のような積層構造以外に、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２２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】上述した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、表面伝導型放出素子による電子ビーム
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 Devel
opment on Microchips Display at LETI",Tech.Digest
of 4th Int.Vacuum Micro Electronics Conf.,Nagaham
a,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】各冷陰極型の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、ガラス等
の両基板の厚みを増加すれば、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、軽量化できてリアプレート
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】スペーサは大気圧に耐圧、支持するために
十分な機械的強度が求められ、且つ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電子がスペー
サに入射し、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
光させるためには電子を３ｋＶ以上に、望ましくは５ｋ
Ｖ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:
IEEE 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
酸化物半導体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体材料は固有
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ありすぎる。抵
抗値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
導体は雰囲気ガスにより抵抗値が大きく変化するためバ
ラツキが大きく、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】本発明は、スペーサとして当該画像形成装
置に適したスペーサの表面層の構造と材料を新規に提供
し、高輝度で歪のない画像を表示できる画像形成装置を
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
第一層として絶縁性膜で被覆され、その上に第二層とし
て半導電性膜で被覆した構成を有し、第二層の半導電性
膜の一部において、第一層が露出していることを特徴と
する画像形成装置である。

【００３０】また、上記画像形成装置において、前記第
一層の露出構造は前記第二層の半導電性膜の構造がネッ
トワーク構造を有していることを特徴とし、また、前記
第一層の露出構造は前記第二層の半導電性膜の構造が島
状に形成された構造を有していることを特徴とし、ま
た、前記第一層の露出構造は前記第二層の半導電性膜の
構造がネットワーク構造及び島状に形成された構造の両
方を有していることを特徴とし、前記第一層の露出部の
面積と前記第二層の被覆部の面積比が３：１以上１：１
００以下であることを特徴とし、前記第一層の一つの露
出部の面積の平均値が５０００平方μｍ以下であること
を特徴とし、前記第一層の一つの露出部の幅の平均値が
７０μｍ以下であることを特徴とする。

【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】［表示パネルの説明］図１は本発明による
実施形態の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。図中、符号１７はリアプレート、１
８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。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
各接合部に塗布し、大気中あるいは窒素雰囲気中で、摂
氏４００〜５００℃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^-4Ｐ
a 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。

【００３３】また、図１において、リアプレート１７に
は、基板１３を搭載し、基板１３上に電子放出素子１４
と、該電子放出素子１４の一方の電極に接続されたマト
リクス状のＸ方向の配線１５と、該電子放出素子１４の
他方の電極に接続されたＹ方向の配線１６とが備えら
れ、フェースプレート１９には、順次蛍光体２０とメタ
ルバック２１とを備えており、各配線１５，１６に画像
信号と走査信号を供給して、メタルバック２１に高電圧
ＨVを印加した場合に電子放出素子１４からの電子を蛍
光体２０に照射して蛍光を発して、図１の上方向からの
視認者に画像を表示することができる。

【００３４】［スペーサの構成と作用］次に本発明を適
用した画像表示装置の表示パネルに用いるスペーサの構
成と作用について、具体的な例を示して説明する。

【００３５】図２はスペーサ２２を中心とした図１に示
したＡ−Ａ’線の表示装置断面模式図である。それぞれ
の番号は図１に対応している。図２において、符号１４
は冷陰極電子源を構成する電子放出素子、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、１８、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。また、１３は
絶縁性基板、５７は絶縁層、１５はＸ方向配線、２６は
導電性材料を混入した接着材のフリットガラス、２５は
低抵抗材の導電膜、２４はスペーサ２２の絶縁性基材、
２３ａは酸化物の絶縁性層である第一層、２３ｂは高抵
抗性材の第二層、２１はメタルバック、２０は蛍光体で
ある。

【００３６】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、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、配置本数等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２２の形状には平板型、十字型、Ｌ字
型、円筒形、電子通過孔を設けた平板形等がある。

【００３７】スペーサ２２を構成する絶縁性基材２４は
電子放出素子１４が形成されたリアプレート１７、蛍光
体２０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必要である。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の高く、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】本発明者らはスペーサ２２の帯電を防止す
る方法を検討した結果、帯電を防止するために２次電子
放出率が小さい特性を有する第一の膜２３ａの上に第二
層２３ｂとしてネットワーク構造または島状で、第一層
２３ａが露出する構造の導電性を有する膜を形成するこ
とが有効であることを見出した。特に第一層２３ａとし
てＣｒ₂Ｏ₃、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｙ₂Ｏ₃などの二次電子放
出効率が小さい材料を含む組成の膜が極めて有効であ
る。

【００３９】ここで、スペーサ２２の第一の膜２３ａの
上に第二層２３ｂとしてネットワーク構造または島状構
造の概略図を示して説明する。図３は、本発明の実施例
で用いた第二層がネットワーク構造と島状の混合状態の
構造であるスペーサ表面の拡大図であり、図４は本発明
の実施例で用いた第二層がネットワーク構造であるスペ
ーサ表面の拡大図であり、図５は、本発明の実施例で用
いた第二層が島状であるスペーサ表面の拡大図であり、
図６は、本発明の実施例で用いた第二層がネットワーク
構造であるスペーサ表面の拡大図である。

【００４０】図７はスペーサの構成をあらわす模式図で
あり、絶縁性基材２４上に酸化物の絶縁層である第一層
２３ａ及び導電性を有する第二層２３ｂが形成されてい
る。

【００４１】第一層２３ａは２次電子放出効率の小さい
材料とし、第二層２３ｂは、その構造により２次電子放
出を押えるとともに、スペーサ２２の表面に帯電した電
荷を除去する。第二層２３ｂの構造は、第一層２３ａの
露出部の面積と第二層２３ｂの被覆部の面積比が、３：
１以上で１：１００以下であるネットワーク構造や、島
状またはその混合状態であることが好ましく、さらに任
意の面積部分１００μｍ×１００μｍを観察した場合、
第一層２３ａの露出面と第二層２３ｂが混在している状
態であることが望ましい。本発明の第二層２３ｂがネッ
トワーク構造である場合は、一つの露出部の面積平均値
が５０００平方μｍ以下であるが、より好ましくは２５
００平方μｍ以下である。また、第二層２３ｂが島状ま
たは島状とネットワーク構造の混合状態である場合は、
露出部の幅の平均値が７０μｍ以下であり、より好まし
くは５０μｍ以下である。

【００４２】この露出部の材料は、二次電子放出効率が
小さいとはいえ絶縁体であり、一度帯電すると第一層の
働きだけでは電荷の除去は困難である。そのため、帯電
電荷を第二層２３ｂに逃がすことにより除電を行う。露
出部から、第二層２３ｂまでの面内方向の距離があまり
に遠いと、第一層２３ａに蓄積した電荷を速やかに除電
することが困難になる。材料の組合せにより多少の違い
があるが、経験的に、露出部の幅の平均値が７０μｍ以
上になると速やかな除電がなされず、本発明の画像形成
装置のパフォーマンスが損なわれる可能性がある。

【００４３】また、第二層２３ｂの抵抗値はスペーサ２
２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、第一層２３ａ
に含まれるＣｒ₂Ｏ₃、Ｎｂ₂Ｏ₅、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。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２２の
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。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２２の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。

【００４４】第二層２３ｂ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１ｃｍ²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
２２の形状とスペーサ両端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１ｃｍ²あたり０．１Ｗを越えな
いＲs の値は１０×Ｖa²Ω以上である。すなわち、スペ
ーサ２２上に形成した第二層２３ｂのシート抵抗Ｒs
は、１０×Ｖa[V] ²〜１０¹¹Ωの範囲に設定されること
が望ましい。

【００４５】第一層２３ａの厚みｔは１０ｎｍ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〜５００ｎｍであるこ
とが望ましい。

【００４６】第二層２３ｂの材料としては、抵抗値が上
述したスペーサ２２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
−Ａｌ₂Ｏ₃、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−Ａ
ｌ−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】スペーサ２２全体の抵抗値は概ね第二層２
３ｂ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。

【００４８】第一層２３ａ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。Ｃｒ₂Ｏ₃、Ｎｂ₂
Ｏ₅、Ｙ₂Ｏ₃などは二次電子放出効率が小さく、第一
層２３ａに用いるのに適した材料である。筆者らの測定
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。

【００４９】しかし、これらの第一層２３ａの材料は体
積抵抗で１０⁸Ωｃｍ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２３ｂの構成の第一
層２３ａ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。

【００５０】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、ディッピング法、スピ
ナー法、スプレー法等の薄膜形成手段により絶縁性基材
２４上に形成することができる。

【００５１】また、第二層２３ｂ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、ディッピング法、スピナー法、スプレ
ー法などにより形成することができる。

【００５２】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。

【００５３】［表示パネル］図１は上述した本実施例形
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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】次に、冷陰極素子として表面伝導型放出素
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。

【００５７】図８に示すのは、図１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９で示すものと同様な表面伝導型放出素子
が配列され、これらの素子は行方向配線電極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。

【００５８】［マルチ電子源の構成と作用］図８のＢ−
Ｂ′に沿った平面図を図９（ａ）に、その断面図を図９
（ｂ）に示す。

【００５９】なお、このような構造のマルチ電子源は、
あらかじめ基板上に行方向配線電極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。

【００６０】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。

【００６１】［フェースプレートの構成と作用］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ＣＲＴの分野で用いられる赤、緑、
青、の３原色の蛍光体が塗り分けられている。各色の蛍
光体は、たとえば図１０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。

【００６２】また、３原色の蛍光体の塗り分け方は前記
図１０（ａ）に示したストライプ状の配列に限られるも
のではなく、たとえば図１０（ｂ）に示すようなデルタ
状配列や、それ以外の配列であってもよい。

【００６３】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。

【００６４】また、蛍光膜２０のリアプレート側の面に
は、ＣＲＴの分野では公知のメタルバック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２１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。こ
の場合、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。

【００６５】［スペーサの作用と機能］図２に示すよう
に、スペーサ２２は絶縁性基材２４の表面に絶縁性層の
第一層２３ａと高抵抗膜の第二層２３ｂ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１
６）に面したスペーサ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１９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、導電性膜２３
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１
６）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。

【００６６】スペーサ２２を構成する低抵抗膜２５は、
半導電性膜２３ｂあるいは絶縁性膜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、中間電極
層（中間電極）という名称を用いる。中間電極層（中間
層）は、半導電性膜２３ｂと絶縁性膜２３ａとを導電性
膜２３として、以下に列挙する複数の機能を有する。

【００６７】（１）導電性膜２３をフェースプレート１
９及び基板１３と電気的に接続する。

【００６８】既に記載したように、導電性膜２３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、導電性膜２３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の表面に発
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を設けた。

【００６９】（２）導電性膜２３の電位分布を均一化す
る。

【００７０】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、導電性膜２３
の電位分布を全域にわたって制御する必要がある。導電
性膜２３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、導電性膜２３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、導電性膜２３全体
の電位を制御可能とした。

【００７１】（３）放出電子の軌道を制御する。

【００７２】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の近傍の冷陰
極素子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。

【００７３】中間電極となる低抵抗膜２５は、高抵抗膜
２３ｂ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，Ａ
ｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属、あるいは合金、及びＰｄ，Ａ
ｇ，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Ｉｎ₂Ｏ
₃−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。

【００７４】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。

【００７５】［表示パネルの製作と動作］また、図１に
示すＤｘ１〜ＤｘｍおよびＤｙ１〜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、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。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】［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。

【００８１】ただし、表示画面が大きくてしかも安価な
表示装置が求められる状況のもとでは、これらの冷陰極
素子の中でも、表面伝導型放出素子が特に好ましい。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。

【００８２】その点、表面伝導型放出素子は、比較的製
造方法が単純なため、大面積化や製造コストの低減が容
易である。また、発明者らは、表面伝導型放出素子の中
でも、電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形
成したものがとりわけ電子放出特性に優れ、しかも製造
が容易に行えることを見いだしている。したがって、高
輝度で大画面の画像表示装置のマルチ電子ビーム源に用
いるには、最も好適であると言える。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。

【００８３】（表面伝導型放出素子の好適な素子構成と
製法）電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形
成する表面伝導型放出素子の代表的な構成には、平面型
と垂直型の２種類があげられる。

【００８４】（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放出素子の素子構成と製法
について説明する。図９に示すのは平面型の表面伝導型
放出素子の構成を説明するための平面図（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。

【００８５】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。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】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、そのシート抵抗値については、１０
³から１０⁷［オーム／ｓｑ］の範囲に含まれるよう設
定した。

【００９２】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１１の例においては、下から、基
板、素子電極、導電性薄膜の順序で積層したが、場合に
よっては下から基板、導電性薄膜、素子電極、の順序で
積層してもさしつかえない。

【００９３】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
１１においては模式的に示した。

【００９４】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。

【００９５】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。

【００９６】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。

【００９７】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。

【００９８】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。

【００９９】（平面型表面伝導型放出素子の製造方法）
次に、好適な平面型の表面伝導型放出素子の製造方法に
ついて説明する。

【０１００】図１１（ａ）〜（ｄ）は、表面伝導型放出
素子の製造工程を説明するための断面図で、各部材の表
記は前記図９と同一である。

【０１０１】（１）まず、図１１（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。

【０１０２】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、
図１１（ａ）に示した一対の素子電極（２７と２８）を
形成する。

【０１０３】（２）次に、同図（ｂ）に示すように、導
電性薄膜２９を形成する。

【０１０４】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、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。

【０１０５】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。

【０１０６】（３）次に、図１１（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。

【０１０７】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。

【０１０８】通電方法をより詳しく説明するために、図
１２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。

【０１０９】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。

【０１１０】なお、上記の方法は、本実施形態の表面伝
導型放出素子に関する好ましい方法であり、たとえば微
粒子膜の材料や膜厚、あるいは素子電極間隔Ｌなど表面
伝導型放出素子の設計を変更した場合には、それに応じ
て通電の条件を適宜変更するのが望ましい。

【０１１１】（４）次に、図１１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。

【０１１２】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１１（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。

【０１１３】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。

【０１１４】通電方法をより詳しく説明するために、図
１３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。

【０１１５】図１１の（ｄ）に示す３５は該表面伝導型
放出素子から放出される放出電流Ｉeを捕捉するための
アノード電極で、直流高電圧電源３６および電流計３７
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１３（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。

【０１１６】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。

【０１１７】以上のようにして、図９（ｂ）に示す平面
型の表面伝導型放出素子を製造した。

【０１１８】（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。

【０１１９】図１４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。

【０１２０】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８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。

【０１２１】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１５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
４と同一である。

【０１２２】（１）まず、図１５（ａ）に示すように、
基板３８上に素子電極４０を形成する。

【０１２３】（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。

【０１２４】（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。

【０１２５】（４）次に、同図１５（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。

【０１２６】（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。

【０１２７】（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。
通電フォーミング処理は、図１１（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。

【０１２８】（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。通電活性化処理は、図１１
（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。

【０１２９】以上のようにして、図１４に示す垂直型の
表面伝導型放出素子を製造した。

【０１３０】（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。

【０１３１】図１６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。

【０１３２】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。

【０１３３】第一に、ある電圧（これを閾値電圧Ｖthと
呼ぶ）以上の大きさの電圧を素子に印加すると急激に放
出電流Ｉe が増加するが、一方、閾値電圧Ｖth未満の電
圧では放出電流Ｉe はほとんど検出されない。すなわ
ち、放出電流Ｉe に関して、明確な閾値電圧Ｖthを持っ
た非線形素子である。

【０１３４】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。

【０１３５】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。

【０１３６】以上のような特性を有するため、表面伝導
型放出素子を表示装置に好適に用いることができた。た
とえば多数の素子を表示画面の画素に対応して設けた表
示装置において、第一の特性を利用すれば、表示画面を
順次走査して表示を行うことが可能である。すなわち、
駆動中の素子には所望の発光輝度に応じて閾値電圧Ｖth
以上の電圧を適宜印加し、非選択状態の素子には閾値電
圧Ｖth未満の電圧を印加する。駆動する素子を順次切り
替えてゆくことにより、表示画面を順次走査して表示を
行うことが可能である。

【０１３７】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。

【０１３８】上述した実施形態による電子放出素子、電
子ビーム源、表示パネルによって、平板型画像形成装置
を製造し、不図示の表示ドライブ回路を設けて、例えば
Ｘ方向配線に画像信号を、Ｙ方向配線に走査信号を印加
し、メタルバックに直流高電圧３ｋＶ以上を印加して駆
動することにより、フェースプレート側から観察する
と、高画質、高品質の画像を表出することができる。

【０１３９】

【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。

【０１４０】（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９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。

【０１４１】素子電極２４、２５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。

【０１４２】画像形成部材であるところの蛍光膜２０は
図１０（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）２０ａ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。

【０１４３】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。

【０１４４】図７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．
８ｍｍ、板厚２００μｍ、長さ２０ｍｍ）上に、Ｃｒ₂
Ｏ₃膜の第一層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Ｃｒ₂Ｏ₃はスパッタリング装置
を用いてアルゴンと酸素の混合雰囲気中でＣｒ₂Ｏ₃の
ターゲットをスパッタすることにより成膜した。

【０１４５】成膜室にアルゴンを０．７Ｐa 、酸素を
０．３Ｐa 導入し、酸化クロムのターゲットには８．３
Ｗ／ｃｍ²を印加した。４５分間成膜を行なうことによ
り２００ｎｍの酸化クロム膜を得た。

【０１４６】これらの試料を第一層２３ａとして成膜
後、第二層２３ｂのＣｒ−Ａｌ₂Ｏ₃サーメット膜を成
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Ｃ
ｒとＡｌ₂Ｏ₃のターゲットを同時にスパッタすること
により成膜した。

【０１４７】成膜室にアルゴンを０．７Ｐa 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、抵抗値の調節を行なった。膜厚は
２μｍとした。

【０１４８】このようにして作成したスペーサ表面に凹
凸をつけるために、網目状のマスクをスペーサにかぶ
せ、アルゴン雰囲気下スパッタすることによりＣｒ−Ａ
ｌ₂Ｏ ₃サーメット膜を物理エッチングした。スパッタ
の条件はＡｒ分圧が１．０Ｐa、投入電力が２．０Ｗ／
ｃｍ²であり、３０分間スパッタすることにより約２０
０ｎｍのＣｒ−Ａｌ₂Ｏ₃サーメット膜をエッチングす
ることができる。本実施例では３００分の物理スパッタ
を行ない、図Ａに示すような表面構造のスペーサを得る
ことができた。

【０１４９】このスペーサ２２に関して、５００℃、１
時間の熱処理をすることによりスペーサ２２の作成を終
了した。この試料の成膜条件を次に示す。

【０１５０】第一層：Ｃｒ₂Ｏ₃、膜厚２μｍ第二層：Ｃｒ−Ａｌ₂Ｏ₃サーメット膜、膜厚２００ｎ
ｍ、抵抗値＝１．６×１０⁵Ωｃｍ第二層の膜の形状網目構造（図１７の平面図と断面図
を示す）また、スペーサ２２は、Ｘ方向配線およびメタルバック
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
フェースプレートに向かって１５０μｍ、メタルバック
からリアプレートに向かって１００μｍの範囲でスペー
サ２２の４面を完全に被覆した。

【０１５１】その後、電子源１４の３．８ｍｍ上方にフ
ェースプレート１９を支持枠１８を介して配置し、リア
プレート１３、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、帯電防止膜２３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。

【０１５２】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１２に示した波形の電圧を印加することにより行
った。

【０１５３】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１３
（ａ）に示すような波形を印加することにより行った。

【０１５４】次に容器全体を２００℃に加熱しつつ１０
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。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。

【０１５５】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２０ｂを励起
・発光させることで画像を表示した。なお高圧端子Ｈv
への印加電圧Ｖa は１〜５ｋＶ、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。

【０１５６】また、第二層２３ｂは、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。

【０１５７】（実施例２）実施例２においては第一層２
３ａを酸化ニオブＮｂ₂Ｏ₅とした。スパッタによる成
膜を行い、成膜条件については以下の通りである。ま
ず、スパッタリングターゲットとしてはＮｂ₂Ｏ₅の焼
結体を用いた。成膜室にＡｒを０．４Ｐa 、Ｏ₂を０．
１Ｐa の分圧で導入し、ターゲットには３．８Ｗ／ｃｍ
²の電力を投入した。５０分間成膜を行なうことにより
１００ｎｍの膜厚のＮｂ₂Ｏ₅膜を得た。この膜の比抵
抗を測定した所、通常の抵抗測定装置では測定不可能な
領域であり、比抵抗は１０⁸Ωｃｍ以上であることが示
された。

【０１５８】次に第二層２３ｂとしてＰｔを用いた島状
膜を形成した。スパッタガスはアルゴンで全圧は１Ｐa
である。１．０Ｗ／ｃｍ²の投入電力でＰｔターゲット
をスパッタすることによりＰｔの島状膜を得た。この膜
をＳＥＭ観察したのが、図１８に示す平面図と断面図で
ある。このようにして作成したスペーサの抵抗値は１．
１×１０⁵Ωｃｍであった。

【０１５９】この後の組立工程は実施例１と同様に行な
い、実施例１と同様の条件で駆動した。本実施例におい
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。

【０１６０】また、全組立工程を経過し、画像を表示し
た後の装置を分解して本実施例に用いたスペーサの抵抗
を測定した所、比抵抗が７．６×１０⁵Ωｃｍになって
いた。

【０１６１】（実施例３）実施例３においては第一層２
３ａの材料をＹ₂Ｏ₃とした。イオンビームスパッタに
よる成膜を行い、成膜条件については以下の通りであ
る。まず、スパッタリングターゲットとしてはＹ₂Ｏ₃
の焼結体を用いた。成膜室にＡｒ０．４Ｐa、Ｏ₂０．１
Ｐa 導入した。ターゲットに８．３Ｗ／ｃｍ²を印加し
た。４０分間成膜を行なうことにより２００ｎｍの酸化
イットリウム膜を得た。

【０１６２】次に第二層２３ｂとして酸化インジウムを
用いた。これについては酸化インジウムの前駆体物質を
ディッピングによりコートし、焼成することで作成を行
なった。条件及び出来上がりの試料については以下の通
りである。

【０１６３】第一層：Ｙ₂Ｏ₃、膜厚０．２μｍ第二層：Ｉｎ₂Ｏ₃、膜厚＝３ｎｍ、抵抗値８．２×１
０⁴Ωｃｍ第二層成膜条件…原料：ＳＹＭ−ＩＮ０２高純度化学
研究所（株）製をキシレンで１５倍に希釈引上げ速度：２０ｍｍ／ｍｉｎ焼成条件：４５０℃、２時間この試料をＳＥＭ観察したところ、図１９に示す平面図
と断面図のような形態をしていることが確認された。

【０１６４】その後の組立工程は実施例１と同様に行な
い、実施例１と同様の条件で駆動した。本実施例におい
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。

【０１６５】

【発明の効果】以上説明した通り、二次電子放出効率の
小さい材料による膜の上に、導電性を有する膜を、ネッ
トワーク構造、島状またはそれらの混在する構造とする
ことで、第一層、第二層のどちらに電子が入射しても、
帯電を抑える効果がある。また、第二層が導電性を有す
ることで、除電効果も得られた。また、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、表示パ
ネルの一部を切り欠いて示した斜視図である。

【図２】本発明による画像表示装置のスペーサ周辺の断
面図である。

【図３】本発明の実施例で用いた第二層がネットワーク
構造と島状の混合状態の構造であるスペーサ表面の拡大
図である。

【図４】本発明の実施例で用いた第二層がネットワーク
構造であるスペーサ表面の拡大図である。

【図５】本発明の実施例で用いた第二層が島状であるス
ペーサ表面の拡大図である。

【図６】本発明の実施例で用いた第二層がネットワーク
構造であるスペーサ表面の拡大図である。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７】本発明で用いたスペーサの断面模式図である。

【図８】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９】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１０】表示パネルのフェースプレートの蛍光体配列
を例示した平面図である。

【図１１】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１２】通電フォーミング処理の際の印加電圧波形で
ある。

【図１３】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１４】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１５】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１６】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１７】本発明の第１の実施例で用いたスペーサ表面
の拡大図と断面図である。

【図１８】本発明の第２の実施例で用いたスペーサ表面
の拡大図と断面図である。

【図１９】本発明の第３の実施例で用いたスペーサ表面
の拡大図と断面図である。

【図２０】従来知られた表面伝導型放出素子の一例の構
造図である。

【図２１】従来知られたＦＥ型素子の一例の構造図であ
る。

【図２２】従来知られたＭＩＭ型素子の一例の構造図で
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５７基板上の絶縁層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伏見正弘東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 5C032 AA01 BB16 CD06 5C036 EF01 EF06 EG02 EG50 EH06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子を放出する電子源とプレートとをス
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として絶縁性膜で被覆さ
れ、その上に第二層として半導電性膜で被覆した構成を
有し、前記第二層の半導電性膜の一部において、前記第
一層が露出していることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】請求項１に記載の画像形成装置におい
て、前記第一層の露出構造は前記第二層の半導電性膜の
構造がネットワーク構造を有していることを特徴とする
画像形成装置。
【請求項３】請求項１に記載の画像形成装置におい
て、前記第一層の露出構造は前記第二層の半導電性膜の
構造が島状に形成された構造を有していることを特徴と
する画像形成装置。
【請求項４】請求項１に記載の画像形成装置におい
て、前記第一層の露出構造は前記第二層の半導電性膜の
構造がネットワーク構造及び島状に形成された構造の両
方を有していることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】請求項１に記載の画像形成装置におい
て、前記第一層の露出部の面積と前記第二層の被覆部の
面積比が３：１以上１：１００以下であることを特徴と
する画像形成装置。
【請求項６】請求項２に記載の画像形成装置におい
て、前記第一層の一つの露出部の面積の平均値が５００
０平方μｍ以下であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】請求項３又は４に記載の画像形成装置に
おいて、前記第一層の一つの露出部の幅の平均値が７０
μｍ以下であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】前記スペーサを被覆する前記第一層の絶
縁体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９】前記スペーサを被覆する前記第一層の絶
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
に記載の画像形成装置。
【請求項１０】前記スペーサを被覆する前記第一層の
絶縁体の材料がＹ₂Ｏ₃、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｃｒ₂Ｏ₃、Ｂｉ
₂Ｏ₃、ＣｅＯ₂のうち少なくとも一つの材料を含むこ
とを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項１１】前記第二層半導電性膜はその膜厚が１
ｎｍ〜１μｍ、前記複数の電子放出素子に対する電子の
加速電圧をＶa としたときのシート抵抗が１０×Ｖa²〜
１０¹¹Ω／□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に記
載の画像形成装置。
【請求項１２】前記スペーサの両端部間で電位差を生
ずるように前記第二層の半導電性膜の両端部に電圧が印
加されてなる請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項１３】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
サの一方の端部が該駆動用配線に電気的に接続されてい
る請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項１４】前記透明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
前記加速電極に電気的に接続されている請求項１に記載
の画像形成装置。