JP2000311631A - 電子線装置及びスペーサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子線装置において用いる部材の帯電による
影響を抑制する。 【解決手段】 電子源を備えた気密容器を有する電子線
装置において、気密容器内に第1の部材配置する場合
に、該第1の部材は、少なくとも一部を膜で被覆されて
おり、該膜は、第1の領域中で、該第1の領域とは電子密
度の異なる第2の領域がネットワークを形成している膜
であるように構成する。３次元ネットワーク構造により
好適に帯電が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子線装置及びそ
の応用である画像表示装置等の画像形成装置に関する。
また、電子線装置で使用できるスペーサに関する。

【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、例えば表面伝導型電子放出素子や、電界放
出素子（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】表面伝導型電子放出素子としては、例え
ば、M. I. Elinson, Radio Eng. Electron Phys., 10,
1290, (1965)や、後述する他の例が知られている。

【０００４】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
表面伝導型電子放出素子としては、前記エリンソン等に
よるＳｎＯ₂ 薄膜を用いたものの他に、Ａｕ薄膜による
もの[G. Dittmer:“Thin Solid Films”,9,317 (1972)]
や、Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの[M. Hartwell
and C. G. Fonstad:“IEEE Trans. ED Conf.”,519(19
75)]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。

【０００５】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２３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、３００１は基
板で、３００４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３００４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
３００４に後述の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３００５が形成される。
図中の間隔Ｌは、０．５〜１［ｍｍ］、Ｗは、０．１
［ｍｍ］に設定されている。尚、図示の便宜から、電子
放出部３００５は導電性薄膜３００４の中央に矩形の形
状で示したが、これは模式的なものであり、実際の電子
放出部の位置や形状を忠実に表現しているわけではな
い。

【０００６】M. Hartwellらによる素子をはじめとして
上述の表面伝導型電子放出素子においては、電子放出を
行う前に導電性薄膜３００４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３００５を形
成するのが一般的であった。すなわち、通電フォーミン
グとは、前記導電性薄膜３００４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３００４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３００５
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３００４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３０
０４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。

【０００７】また、ＦＥ型の例は、例えば、W. P. Dyke
& W. W. Dolan,“Field Emission”,Advance in Elect
ron Physics, 8,89 (1956)や、あるいは、C. A. Spind
t,“Physical Properties of Thin-Film Field Emissio
n Cathodes with Molybdenium cones”,J. Appl. Phy
s., 47, 5248 (1976)などが知られている。

【０００８】ＦＥ型の素子構成の典型的な例として、図
２５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、３０１０は基板で、３０１１は導電
材料よりなるエミッタ配線、３０１２はエミッタコー
ン、３０１３は絶縁層、３０１４はゲート電極である。
本素子は、エミッタコーン３０１２とゲート電極３０１
４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３０１２の先端部より電界放出を起こさせるもので
ある。

【０００９】また、ＦＥ型の他の素子構成として、図２
５のような積層構造ではなく、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。

【００１０】また、ＭＩＭ型の例としては、例えば、C.
A. Mead,“Operation of Tunnel-Emission Devices,
J. Appl. Phys., 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２６に示す。同
図は断面図であり、図において、３０２０は基板で、３
０２１は金属よりなる下電極、３０２２は厚さ１００Å
程度の薄い絶縁層、３０２３は厚さ８０〜３００Å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３０２３と下電極３０２１の間に適宜の電圧を印加
することにより、上電極３０２３の表面より電子放出を
起こさせるものである。

【００１１】上述の冷陰極素子は、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、微細な素子が作成可能である。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に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。

【００１２】このため、冷陰極素子を応用するための研
究が盛んに行われてきている。

【００１３】例えば、表面伝導型電子放出素子は、冷陰
極素子のなかでも特に構造が単純で製造も容易であるこ
とから、大面積にわたり多数の素子を形成できる利点が
ある。そこで、例えば本出願人による特開昭６４−３１
３３２号公報において開示されるように、多数の素子を
配列して駆動するための方法が研究されている。

【００１４】また、表面伝導型電子放出素子の応用につ
いては、例えば、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、等が研究されている。特
に、画像表示装置への応用としては、例えば本出願人に
よる米国特許第５，０６６，８８３号や特開平２−２５
７５５１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、表面伝導型電子放出素子と電子
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、従来の他の方式の画像表示装置よりも優れた特性が
期待されている。例えば、近年普及してきた液晶表示装
置と比較しても、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と言え
る。

【００１５】また、ＦＥ型を多数個ならべて駆動する方
法は、例えば本出願人による米国特許第４，９０４，８
９５号に開示されている。また、ＦＥ型を画像表示装置
に応用した例として、例えば、Ｒ．Ｍｅｙｅｒらにより
報告された平板型画像表示装置が知られている[R. Meye
r: “Recent Development on Micro-Tips Display atLE
TI”,Tech. Digest of 4th Int. Vacuum Microelectron
ics Conf.,Nagahama,pp.6〜9(1991)]。

【００１６】また、ＭＩＭ型を多数個並べて画像表示装
置に応用した例は、例えば本出願人による特開平３−５
５７３８号公報に開示されている。

【００１７】上記のような電子放出素子を用いた画像形
成装置のうちで、奥行きの薄い平面型画像表示装置は省
スペースかつ軽量であることから、ブラウン管型の画像
表示装置に置き換わるものとして注目されている。

【００１８】図２７は平面型の画像表示装置をなす表示
パネル部の一例を示す斜視図であり、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。

【００１９】図中、３１１５はリアプレート、３１１６
は側壁、３１１７はフェースプレートであり、リアプレ
ート３１１５、側壁３１１６およびフェースプレート３
１１７により、表示パネルの内部を真空に維持するため
の外囲器（気密容器）を形成している。リアプレート３
１１５には基板３１１１が固定されているが、この基板
３１１１上には冷陰極素子３１１２が、Ｎ×Ｍ個形成さ
れている。（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。）また、前記
Ｎ×Ｍ個の冷陰極素子３１１２は、図２７に示すとお
り、Ｍ本の行方向配線３１１３とＮ本の列方向配線３１
１４により配線されている。これら基板３１１１、冷陰
極素子３１１２、行方向配線３１１３および列方向配線
３１１４によって構成される部分をマルチ電子ビーム源
と呼ぶ。また、行方向配線３１１３と列方向配線３１１
４の少なくとも交差する部分には、両配線間に絶縁層
（不図示）が形成されており、電気的な絶縁が保たれて
いる。

【００２０】フェースプレート３１１７の下面には、蛍
光体からなる蛍光膜３１１８が形成されており、赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の蛍光体（不図
示）が塗り分けられている。また、蛍光膜３１１８をな
す上記各色蛍光体の間には黒色体（不図示）が設けてあ
り、さらに蛍光膜３１１８のリアプレート３１１５側の
面には、Ａｌ等からなるメタルバック３１１９が形成さ
れている。

【００２１】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３１１３と、Ｄｙ１〜Ｄｙｎはマルチ電子ビーム源の
列方向配線３１１４と、Ｈｖはメタルバック３１１９と
各々電気的に接続している。

【００２２】また、上記気密容器の内部は１０^-6Ｔｏｒ
ｒ（１．３３×１０^-4Ｐａ）程度の真空に保持されてお
り、画像表示装置の表示面積が大きくなるにしたがい、
気密容器内部と外部の気圧差によるリアプレート３１１
５およびフェースプレート３１１７の変形あるいは破壊
を防止する手段が必要となる。リアプレート３１１５お
よびフェースプレート３１１７を厚くすることによる方
法は、画像表示装置の重量を増加させるのみならず、斜
め方向から見たときに画像のゆがみや視差を生ずる。こ
れに対し、図２７においては、比較的薄いガラス板から
なり大気圧を支えるための構造支持体（スペーサあるい
はリブと呼ばれる）３１２０が設けられている。このよ
うにして、マルチビーム電子源が形成された基板３１１
１と蛍光膜３１１８が形成されたフェースプレート３１
１７間は通常サブミリ乃至数ミリに保たれ、前述したよ
うに気密容器内部は高真空に保持されている。

【００２３】以上説明した表示パネルを用いた画像表示
装置に、容器外端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙ
ｎを通じて各冷陰極素子３１１２に電圧を印加すると、
各冷陰極素子３１１２から電子が放出される。それと同
時にメタルバック３１１９に容器外端子Ｈｖを通じて数
百［Ｖ］乃至数［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３１１７の内面に
衝突させる。これにより、蛍光膜３１１８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。

【００２４】また、本発明の背景技術として、酸化ルテ
ニウムなどを含むガラスをストラットに用いるディスプ
レイが米国特許第５０８３０５８号に示されている。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】以上説明した画像表示
装置の表示パネルにおいては、以下のような問題点があ
った。第１に、スペーサ３１２０の近傍から放出された
電子の一部がスペーサ３１２０に当たることにより、あ
るいは放出電子の作用でイオン化したイオンがスペーサ
に付着することにより、スペーサ帯電をひきおこす可能
性がある。このスペーサの帯電により冷陰極素子３１１
２から放出された電子はその軌道を曲げられ、蛍光体上
の正規な位置とは異なる場所に到達し、スペーサ近傍の
画像が歪んで表示される。

【００２６】第２に、冷陰極素子３１１２からの放出電
子を加速するためにマルチビーム電子源とフェースプレ
ート３１１７との間には数百Ｖ以上の高電圧（即ち１ｋ
Ｖ／ｍｍ以上の高電界）が印加されるため、マルチ電子
源とフェースプレート３１１７間のスペーサ３１２０表
面に沿った沿面放電が懸念される。特に、上記のように
スペーサが帯電している場合は、放電が誘発される可能
性がある。

【００２７】この問題点を解決するために、スペーサに
微小電流が流れるようにして帯電を除去する提案として
米国特許第５，７６０，５３８号が開示されている。そ
こでは絶縁性のスペーサの表面に帯電防止膜としての高
抵抗薄膜を形成することにより、スペーサ表面に微小電
流が流れるようにしている。ここで用いられている帯電
防止膜は酸化スズ、あるいは酸化スズと酸化インジウム
混晶薄膜や金属膜である。

【００２８】また、高抵抗膜により帯電を除去する方法
だけでは画像のゆがみの低減が不十分であることがあっ
た。この問題は、高抵抗膜付きスペーサと上下基板すな
わちフェースプレート（以下、「ＦＰ」という。）およ
びリアプレート（以下、「ＲＰ」という。）との間の電
気的接合が不十分であり、接合部付近に電荷が集中する
ことが要因として考えられる。この点を解決する提案と
して特開平８−１８０８２１号公報や特開平１０−１４
４２０３号公報のように、スペーサのＦＰ側の端面およ
びＲＰ側の端面を１００〜１０００ミクロン程度の範囲
で金属または高抵抗膜より抵抗率の低い材料で被覆する
ことにより、上下基板との電気的コンタクトを確保する
とともにフェースプレートからの反射電子（反射電子）
の入射による帯電を抑制する手法がある。

【００２９】これらの高抵抗膜の付与手段や放出電子の
軌道制御と後述する電気的コンタクトを目的とした低抵
抗膜部分形成によっても、フェースプレートの素材や膜
厚、形状、陽極加速電圧、等の電子線装置の他の設計パ
ラメータによっては、スペーサ上の帯電の抑制が不十分
であり、発光点の変位やスペーサ付近での部分的な微少
放電の発生などの問題があった。

【００３０】これらの帯電の原因の詳細は明らかにはな
っていないが、以下のような背景が要因となっていると
考えられる。

【００３１】後述するスペーサの容量や抵抗を実効的に
増大させる要因が存在すること、若しくは、スペーサに
近接する冷陰極素子３１１２の非選択期間に最近接以外
の冷陰極素子３１１２からの反射電子や陰極との接合付
近の電界集中領域からの異常な電界放出に曝されている
こと等がスペーサの帯電の要因となっていると推測され
る。また、後述するスペーサ表面の二次電子放出係数が
設計上制御されていないこともスペーサの帯電の要因と
なっていると考えられる。

【００３２】［背景１] スペーサ表面の高抵抗膜の緩
和時定数による制限 スペーサ表面の任意の領域における帯電と緩和の過程の
進行は、一般に誘電体の帯電モデルを適用することで、
注入電流に対する帯電電位の時間遅延として考慮するこ
とができる。

【００３３】図４は、実効的注入電流ｉｃがスペーサ表
面の任意の位置ｚに電流源から供給され、注入領域から
上下電極を見た容量抵抗成分によって、緩和するモデル
を説明した図である。この図中、Ｖａは、電圧源から陽
極に印加される電圧を意味し、ｉｃは、高さｚｈ（ｈは
スペーサの高さに相当、０＜ｚ＜１）の位置に供給され
る実効的注入電流であり、二次電子電流と一次電子電流
の差に一致する。Ｃ１、Ｒ１は注入領域と陽極との間の
緩和時定数を規定する静電容量値、抵抗値を意味し、Ｃ
２、Ｒ２は注入領域と陰極との間の緩和時定数を規定す
る静電容量値、抵抗値を意味する。このとき、抵抗と容
量が高さ方向において一様に分布しているとき、スペー
サの抵抗Ｒと容量Ｃを用いて、Ｃ１、Ｃ２、Ｒ１、Ｒ２
は、それぞれ、Ｃ／（１−ｚ）、Ｒ（１−ｚ）、Ｃ／
ｚ、Ｒｚと記述される。

【００３４】任意の位置の注入電流に対して、互いに重
ねあわせの原理が成立するから、図４のように、陽極陰
極間に電圧源により高圧Ｖａ印加し、着目領域位置ｚに
真空側から入射する電子電流を出入りの差分をとった値
である実効的注入電流Ｉｃとして扱い、これを電流源と
して供給する等価回路で定式化して帯電過程を考えて一
般性を失わずにスペーサ上の任意の高さの領域の電位を
規定できる。

【００３５】以下に、スペーサの構成として好適な構成
を考案するために、具体的に本発明の電子線放出装置に
おいて好適な絶縁性もしくは高抵抗膜付きスペーサ上の
帯電電位の緩和過程の定式化を行う。簡単の為に、電気
定数のスペーサ表面上の分布が均一であることを仮定す
る。先ず、スペーサ表面への実効的な注入電荷速度を電
流源が供給する電流量として扱い入射電子のエネルギー
分布入射角度分布を考慮して定式化すると、 電子放出素子からの放出電子電流量 Ｉｅ 高さｚｈ（０＜ｚ＜１）における入射電子量割合 β^ij 高さｚｈ（０＜ｚ＜１）における二次電子放出係数 δ
^ij 添字i,jはそれぞれ、入射エネルギーと入射角度に対応
する 位置ｚにおける一次電子電流量Ｉｐ Ｉｐ＝ΣΣＩｐ^ij＝ΣΣβ^ij×Ｉｅ 位置ｚにおける二次電子電流量Ｉｓ Ｉｓ＝ΣΣδ^ij×Ｉｐ^ij＝ΣΣδ^ij×β^ij×Ｉｅ 位置ｚにおける電荷注入速度Ｉｃ Ｉｃ＝ΣΣ（δ^ij−１）×Ｉｐ^ij＝ΣΣ（δ^ij−１）×
β^ij×Ｉｅ と表される。

【００３６】最終的に注入電荷速度Ｉｃは、

【００３７】

【数１】 と記述できる。

【００３８】ただし、ＰはＰ＝ΣΣ（δ^ij−１）×β^ij
で記述され、Ｉｅには独立の係数であるが、帯電の進行
により、実際には変化することが予想される。

【００３９】次に、注入領域からみたスペーサ膜の容量
と抵抗の配置は、簡単のためにスペーサの高さ方向（陽
極陰極間の高圧印加方向に一致）に抵抗と容量の変動が
存在しないと仮定して考える。このとき、陽極・陰極か
らみたスペーサの面方向の抵抗と容量をＲ，Ｃ、スペー
サの高さをｈ、注入領域の高さをｚｈ、（０≦ｚ≦１、
陽極側ｚ＝１）とすると、注入領域上下に存在する電気
定数は位置ｚに対応して規定される。さらに、陽極・陰
極間は電圧源により電圧が印加されているので実効的イ
ンピーダンスＺが０として捉えられる。従って、注入さ
れた帯電電荷は、注入領域の上下に位置する抵抗と容量
のそれぞれの並列抵抗、並列容量を通じて緩和されると
理解される。位置ｚにある注入領域とＧＮＤとの間の抵
抗は、ｚ（１−ｚ）Ｒ、容量は、Ｃ／ｚ＋Ｃ／（１−
ｚ）であり、緩和パスの応答時定数τは、元のスペーサ
抵抗容量積に一致しＣＲとなる。

【００４０】このときの任意の場所の電位は、前述の等
価回路図４における全閉路に電流に関する微分方程式を
たてて得られた解から、時間の関数として記述される。

【００４１】電子放出素子の連続的な駆動条件下で、電
子放出開始時刻をｔ＝０とすると、最終的に、注入領域
の帯電電位の進行過程を表すΔＶ（ｔ）は

【００４２】

【数２】 となり、抵抗値Ｒと実効的注入電流Ｉｃの積に依存して
いることがわかる。

【００４３】帯電の時間的進行を、図５に示す様に、横
軸に時間、縦軸に電子放出素子からのエミッション電流
量とスペーサ上の帯電電位電子放出時間をとり、休止時
間（すなわち選択期間、非選択期間）としてｔ１秒、ｔ
２秒毎に繰り返す駆動をしたときについて考えると、一
般式（３）より注入領域の最初の周期（ｔ１＋ｔ２秒）
の終了時の帯電電位ΔＶは

【００４４】

【数３】 となり、ｔ２＞＞τ又はｔ１＜＜τの条件以外では、近
傍の素子の駆動毎に帯電が蓄積していくことが予想され
る。以上がスペーサの帯電の緩和過程の記述である。

【００４５】一方、表示素子としては、選択期間ｔ１中
の放出電子量に依存してビーム位置が変化すること（Ｄ
ｕｔｙ依存）が問題となるが、このような発光位置のＤ
ｕｔｙ依存は、放出電子量（Ｉｅとパルス幅の積）に対
する一般式（３）の示すΔＶの変化として捉えることが
できるから、一般式（３）の両辺を、放出電子量（Ｉｅ
とパルス幅の積）で微分する。

【００４６】

【数４】 となるが、駆動条件や材料定数により簡単化され、絶縁
性材料である場合や選択時間が非常に短い場合はＣＲ＝
τ＞＞ｔ１が成立し、

【００４７】

【数５】 低抵抗材料である場合や選択時間が非常に長い場合はＣ
Ｒ＝τ＜＜ｔ１が成立し、

【００４８】

【数６】 上記の定式化をもとに、発光位置のＤｕｔｙ依存すなわ
ち、選択期間における階調依存を規定するパラメータを
説明する。

【００４９】陽極陰極間の加速電圧を維持する条件か
ら、スペーサは表面方向にある程度の絶縁性もしくは高
抵抗性を有していることが好ましい。そのため、通常は
任意の位置における帯電電位のＤｕｔｙ依存を考慮する
場合、一般式（６）を適用することが好ましい。したが
って、Ｄｕｔｙ依存を抑制するためには、スペーサ材料
の誘電率を大きくするか断面積を大きくすることが要求
されるが、誘電率の材料上の制御可能範囲は比抵抗に比
較して極端に狭く、膜厚に関しても、プロセス上の理由
から効果的な大きさを確保することはできない。したが
って、パラメータＰを抑制することが必要となる。

【００５０】さらには、休止期間における帯電緩和の効
果を高めるという観点から見ると、前述の一般式（４）
で説明したように抵抗と静電容量から規定される時定数
より短い繰り返し周期でスペーサに電荷が注入されれば
電荷が蓄積されてしまう。仮にスペーサ表面の高抵抗膜
の緩和時定数が、電子放出素子のライン非選択期間ｔ２
秒（≒選択期間×走査ライン数）より小さい材料を適用
していても、累積帯電が形成されていることがあり、抵
抗値の制御による緩和時間τの設計だけでは帯電防止策
としては不十分であると考えられる。

【００５１】いずれにしても、抵抗値と容量の制御のみ
では帯電を抑制するのに好適な条件を設計することは難
しく、二次電子放出係数を制御することが必要である。

【００５２】［背景２] 一般に二次電子放出係数は入
射電子の入射角依存性が大であり、高入射角化により指
数関数的に二次電子放出係数δが倍増すること 一般に、図１４のように一次電子が平滑な表面に入射し
た場合の二次電子放出係数は、その入射角をθ［度］
（−９０＜θ＜９０）、入射エネルギーをＥｐ［ｋｅ
Ｖ］、入射電子の膜中の侵入距離をｄ［Å］、二次電子
の吸収係数をα［１／Å］、膜中の二次電子生成に必要
な一次電子の平均エネルギーξ［ｅＶ］、表面から真空
への二次電子の脱出確率をＢとすると、一次電子の膜中
でのエネルギー損失過程を記述するパラメータＡ、ｎに
よって、以下のような一般式（０）により定量的に記述
される。

【００５３】

【数７】 ただし、上記一般式の中のパラメータα、γ、dpは下記
のような関係式で規定される。

【００５４】

【数８】 上記一般式(０)の示す二次電子放出エネルギーの入射エ
ネルギー依存特性は、一般にピークを有した山型の特性
を示し、多くの場合、二次電子放出係数δのピーク値が
１を超え、δ＝１を満足する入射エネルギーを２つ有し
ている。この２つのクロスポイントエネルギー間の入射
エネルギーにおいては二次電子放出係数が正となり正電
荷の発生を意味している。二つのクロスポイントエネル
ギーのうち小さい方を第１クロスポイントエネルギーＥ
１、大きい方を第二クロスポイントＥ２と称する。この
とき、一般式（０）において、垂直入射すなわちθ＝０
度で規格化した二次電子放出係数の入射角依存度が、斜
め入射による二次電子放出増倍効果を評価する指標とな
りうる。これを、以下に一般式（１）として示す。

【００５５】

【数９】 ただし、ここにおいても、パラメータｍ₁、ｍ₂は、 ｍ₁＝0.68273、ｍ₂=0.86212 の値を有する定数である。

【００５６】ただし、ここでｍ₀は二次電子の吸収係数
αと一次電子の侵入距離ｄの積であるαｄに一致し、入
射エネルギーの関数であり、正の実数をとりうる。ｍ₀
のことをその性質より二次電子放出係数の入射角度増倍
係数と称することにする。上記一般式（１）において、
任意の入射エネルギー条件において入射角｜θ｜に対し
て単調増加傾向を示し、９０度入射条件近傍で急激に増
加する。これは、斜め入射により、二次電子の膜中の生
成部位が膜表面に近い浅いところに分布が移動するた
め、再結合により消失されずに真空中に放出される割合
が増加するためである。このことは、見かけ上、二次電
子の吸収係数αがαｃｏｓθに減少したこととして理解
できる。実際のスペーサ材料として平滑面に形成された
平滑な膜においては、例えば、多くの帯電防止膜が正の
二次電子放出係数を有するエネルギーすなわち第１クロ
スポイントエネルギーより大でありかつ第二クロスポイ
ントより小なエネルギーである入射エネルギーが１ｋｅ
Ｖ（＝１．６０２×１０^-16Ｊ）の件で二次電子放出係
数の入射角度増倍係数ｍ₀が１０より大きな値を有し、
入射角の増大による正の帯電が拡大し、スペーサ材料の
正帯電の大きな原因となっている。この二次電子放出係
数の高入射角増倍効果を図７の黒い四角で示す。 ［背景３] スペーサに対する入射角分布が大きく、さ
らに高入射角な入射電子が支配的となっていること スペーサ表面への電子の入射経路はさまざまに存在して
いるが、大きく３経路に代表される。第一の経路は、電
子放出素子からの放出電子の直接入射であり、入射角度
は、スペーサ近傍の電場の歪みの程度や他の装置の設計
値によるが８０度〜８６度程度と高入射角度かつ高入射
エネルギーの入射モードをとる。また、スペーサと近傍
放出電子素子との距離が近いため、非常に入射電子量が
多くなることが特徴である。第二の経路はフェースプレ
ートから周囲に反射した反射電子の間接入射であり、入
射角度は、０から高入射角まで分布し、入射エネルギー
も分布をもつが、第一経路の入射エネルギーよりは小さ
い。第三の経路は、第一第二の入射電子もしくは、スペ
ーサと陰極の接点付近の電界集中点から電界放出された
電子のスペーサ表面への再入射である。第三の経路は、
スペーサ表面の形状や帯電電位の分布があるが、局所的
により多く正帯電している領域に電子が再入射しやすい
為に生じると考えられる。この第三の経路も入射角は分
布をもち、通常、加速電圧として沿面方向に数〜数１０
ｋＶ／ｃｍ程度の高電界が印加されているため、垂直入
射から変調され高入射角となる。したがって、いずれの
経路を経た入射電子も入射角度分布をもち、高入射角の
入射電子により固体内部に形成した正電荷により実効的
な電荷注入が行われる。上記、入射モードのうち、問題
点となる正帯電に支配的となるのは、通常は第１経路の
直接入射電子であるが、駆動状態や電子放出素子の設計
に依存していて、必ずしも、フェースプレートからの反
射電子や次項で述べる多重散乱電子の再入射が問題とな
らないわけではない。

【００５７】［背景４］ 表面の多重電子放出 一旦スペーサ表面から放出された二次電子は、大きくて
も５０ｅＶ（＝８．０１×１０^-18Ｊ）程度と比較的小
さな初期エネルギーを有している。空間中で陽極陰極間
の電界からエネルギーを受けるが、陽極に到達する電子
のほかにスペーサが正に帯電している状況が多く発生す
る為、スペーサ上の正帯電領域に再突入する電子が多く
存在する。これらは、比較的低入射エネルギーでかつ高
入射角で入射と放出を交互に繰り返しながらスペーサ上
に累積的に正帯電を蓄積させていく為、問題である。し
たがって、上記の多重電子放出を抑制することが課題で
ある。

【００５８】上記背景を整理すると、背景１より、膜の
誘電率と抵抗値の選択範囲には制限があり、抵抗値設計
だけでは不十分な場合が存在し、膜への実効的な注入電
流量を制限することすなわち、二次電子放出係数を制限
することが重要であることがわかる。

【００５９】さらに、背景２，３より、実際の電子放出
素子においては高入射角の帯電が支配的となっているた
め、二次電子放出係数の入射角度依存と絶対値を低下さ
せることがスペーサ表面の設計上の課題である。さらに
は、背景４より、多重散乱電子による累積的な正帯電を
抑制するために、電子の累積的な放出現象を減らすこと
が必要であり、これらが本発明の技術的課題である。

【００６０】以上スペーサを例に挙げて述べてきたよう
に、電子線装置内で、気密容器内に電子照射を受け得る
部材が存在し、該部材の帯電による影響を緩和すること
が望まれる場合がある。該影響としては、電子の照射位
置の変動や沿面放電の発生などである。本願では、該影
響を緩和できる構成を実現できる発明を提供する。

【００６１】

【課題を解決するための手段】上記一般式（０）（１）
は経験的に、ほとんどの材料において満足され、二次電
子放出係数の入射角度増倍係数ｍ₀は実験値を一般式
（１）にフィッティングすることで求められ、再現性も
高いので、二次電子放出係数の入射角度依存性の評価の
指標とすることができる。

【００６２】本発明者等の詳細なる検討によれば、スペ
ーサ材料として好適とされている多くの低二次電子放出
係数を有する無機材料は、強い入射角度依存性を有し二
次電子放出係数の入射角度増倍係数ｍ₀は１０以上の値
を有する。このため斜め入射が多い電子線放出型の画像
表示装置内のスペーサの正帯電の大きな要因となる。

【００６３】［理論式からの理想状態］二次電子放出係
数の入射角度増倍係数ｍ₀を小さくし、かつ垂直入射の
二次電子放出係数δ0 をも低減する為にはどうすればよ
いか。本発明者等の詳細なる検討の結果、以下のような
要件を満たすことで、上記課題を達成することができる
ことが分かった。すなわち、入射角依存性を緩和するた
めには、大きく分けて二つの手法をとることが考えられ
る。

【００６４】入射角自体の一様性を緩和する手法、もし
くは、材料側の特性として、表面効果すなわち一次電子
と二次電子の侵入長の比ｄ／λを少なくする方法が考え
られる。

【００６５】一次電子の入射角を分散 表面と見なす界面の法線の方向に微少な分布を持たせる
ことにより、入射角度が外部から規定される角度に限定
されずに局所的に定義された入射角がマクロに定義され
た角度にたいして分布をもつことになり、入射角依存性
が緩和する。入射角の依存性は９０度入射近傍で急激に
増大する特性を示す為、入射角を分散させ緩和する効果
は大きい。

【００６６】一次電子と二次電子の侵入長の比の低減 固体中の侵入長(penetration depth)は自由電子密度ρ
Ｚ_eff ／Ａ_eff の逆数に比例するので自由電子密度を大
きくとれば二次電子放出係数の入射角度増倍係数ｍ₀を
小さくすることが可能となる。Ｚ_eff ／Ａ_eff は水素以
外の元素は、２〜２．５の範囲をとり、ρの変化に比較
し小さいので、侵入長は、固体の比重ρにより規定され
ている。すなわち、同じ入射エネルギーの一次電子では
密度ρの大な膜中ほど侵入長は小さくなる。そこで、二
次電子放出係数の入射角度依存係数ｍ₀を抑制すること
は、ｍ₀＝ｄ／λ（但しλは二次電子の脱出深さであ
り、λ＝１／α）であるから、一次電子と二次電子の媒
質中における侵入距離の比を抑制することとして理解で
きる。

【００６７】しかしながら、均一の一材料系では上記λ
とｄの関係を独立に制御することが非常に困難であり、
本願発明者等による検討の結果、スペーサの帯電を考慮
する上で特に問題となる正帯電する条件下で多くの場
合、二次電子放出係数の入射角度増倍係数ｍ₀が第１ク
ロスポイントエネルギーＥ1以上でかつ第２クロスポイ
ントエネルギーE2以下の一次電子に対して１０以上の値
となることが分かった。

【００６８】本発明者等の詳細なる検討の結果、上記
の作用を機能させる為の構成としては、下記に示す構
造があることがわかった。

【００６９】それは、表面の位置を膜厚方向に分布を持
つ構成をとることにより、脱出深さλを分散させて深さ
方向に増大させる。固体中の多くの領域で電子のエネル
ギーの差からλ・ｄであるため、表面位置の分散に伴う
ｄの増加率はλの増加率に比べて微少であり、結果とし
てｄ／λは小さな値となり、二次電子放出係数の入射角
度増倍係数ｍ₀は低減する。上述の表面の膜厚方向の位
置の分散を持たせる手法は、局所的に表面が内部にもぐ
みこみ入り組んだようなネットワーク構造をとることに
より実現される。本発明者等の詳細なる検討の結果、こ
のような入り組んだ構造としての具体例は、必ずしも、
スペーサの最表面が凹凸を有している構成に限定されず
に、最表面が平滑でも入射角度依存係数が小さい構成が
作製可能であることが分かった。

【００７０】これら手法によりλの増大が計られ、好適
な設計を施すことにより二次電子放出係数の入射角度増
倍係数ｍ₀が従来例に比較して3分の1以下程度となり、
ｍ₀が３程度までに減少させることが可能となること分
かった。

【００７１】ここで、本願では、以下のように二次電子
放出係数の測定及び二次電子放出係数の入射角度倍増係
数ｍ₀の決定を行う。

【００７２】まず二次電子放出係数は、汎用の走査型電
子顕微鏡ＳＥＭの装置に電子電流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。
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確定する。ま
た、資料部を通過する資料電流と一次電子電流と二次電
子電流の連続則の関係を用いて資料電流と一次電子電流
から求めてもよい。二次電子放出係数の入射角度増倍係
数ｍ₀は、同一の入射エネルギー条件下で、入射角度を0
度及び０度以外の角度で測定することにより得ることが
できる。特に入射角度を変えて測定した二次電子放出係
数δθ値を、θ−δ特性としてプロットし、一般式
（1）に最小自乗法による回帰分析（フィッティング）
を行うことにより確定するとよい。本願では、二次電子
放出係数を、入射角度が０度、２０度、４０度、６０度
及び８０度のときの二次電子放出係数をそれぞれ測定し
て、上記フィッティングを行っている。スポット径とし
ては、第１の領域と第２の領域を同時に照射できる、サ
イズとする。真空度は10^-7Ｔｏｒｒ（１．３×１０^-5Ｐ
ａ）以下とし、室温（20℃）で測定する。

【００７３】＜RuO₂を代表とする複数侵入長のネットワ
ーク系材料＞前記の表面が入り組んだネットワーク構造
による二次電子放出量の入射角依存性の低減作用は、次
のように理解される。

【００７４】高抵抗膜部で走行する、二次電子と一次電
子はともに媒質内部の原子と相互作用しながら衝突、散
乱を繰り返し、エネルギーを失っていく。このとき電子
が通過する媒質の電子密度に、侵入長とエネルギー減少
率は強く依存しており電子密度の大きな媒質中では散乱
確率が高いので侵入長は小さくなる。さらに、一定の侵
入距離あたりのエネルギー減少率が大きく、単位深さあ
たりの二次電子生成量は増大する。電子密度が大きな構
造すなわち比重が大きな材料は比重が小さな材料に比較
して、電子の侵入長が小さく、媒質中での二次電子生成
量が大きくなる。

【００７５】電子の侵入長と生成量の差を考慮して、こ
れらの電子密度の異なる媒質の界面において、生成した
二次電子の挙動を考えると、微視的に見て電子密度大の
領域から電子密度小の領域に二次電子が放出している現
象が発生していると考えられる。

【００７６】ここで、上記の界面が凹凸を形成し表面積
を増大させる方向に形成されている場合、電子の侵入長
の大きな低電子密度側の領域を走行しながら、再度、高
電子密度領域との界面に到達してエネルギーを失う。誘
電分極として膜中に電荷は或る一定時間残留するが、結
局、正孔と再結合し最終的には膜内部で消失する。結局
これらの大部分は最終的な真空への放出がなされずに真
空への二次電子放出量は低減する。

【００７７】本願の実施の形態では、前記の入り組んだ
界面を形成する前記電子密度の異なる２領域として、２
つの異なる材料を混合したものを用いている。特に、第
１の材料によって得られる第１の領域内で、第２の材料
によって得られる第２の領域がネットワークを構成する
ことにより、好適に入り組んだ界面を形成している。

【００７８】表１に本発明の実施の形態により実現され
る作用をまとめた。

【００７９】

【表１】 この構造は、電子の密度の差により形成される侵入長の
異なる領域を界面としてとらえることで、二次電子の抑
制機能を有しており、電子密度の異なる界面が膜内にお
いて分布する構成をとることにより、上述の材料に限定
されずに、同様な効果を実現できる。

【００８０】本願に関わる電子線装置の発明は以下のよ
うに構成される。

【００８１】電子源を備えた気密容器を有する電子線装
置であって、前記気密容器内に第1の部材を有してお
り、該第1の部材は、少なくとも一部を膜で被覆されて
おり、該膜は、第1の領域中で、該第1の領域とは電子密
度の異なる第2の領域がネットワークを形成している膜
であることを特徴とする電子線装置。

【００８２】この構成により、第1の部材で帯電が生じ
ることによる影響を抑制することができる。ここで第1
の部材は、気密容器中に設けられるものであるが、気密
容器内においては、様々な位置に電子が飛翔する可能性
があるので、気密容器内の如何なる場所に第1の部材が
あっても本発明は有効である。電子源から出力される電
子の軌道近傍に第1の部材が存在する構成においては本
発明は特に有効である。例えば、気密容器内において、
電子源と該電子源から出力される電子のターゲット領域
との間に第1の部材がある場合である。

【００８３】上記発明において、前記第2の領域の電子
密度は前記第1の領域の電子密度よりも大きいとよい。
特には、前記第2の領域の電子密度は前記第1の領域の電
子密度の1.5倍以上であると好ましい。

【００８４】また、前記第2の領域は導電性を有する物
であると好ましい。ネットワークを構成する第2の領域
が導電性を有することにより膜に導電性を好適に与える
ことができる。

【００８５】また上記各発明において、前記第1の領域
はガラス成分を有するものであるとよい。

【００８６】また上記各発明において、前記第２の領域
が、酸化ルテニウム、Ｐｄ−Ａｇ、炭素、酸化モリブデ
ン、ＬａＢ−酸化錫、酸化タンタル、ＭｏＳｉ₂、Ｎｂ
Ｓｉ₂、ＴａＳｉ₂、ＭをＢｉ，Ｐｂ，Ａｌのいずれかと
するＭ₂Ｒｕ₂Ｏ_7-xの少なくともいずれかを含んでいる
とよい。

【００８７】また上記各発明において、前記第1の領域
が、酸化珪素、酸化硫黄、酸化ホウ素、アルミナの少な
くともいずれかを含むガラス成分を有しているとよい。

【００８８】また上記各発明において、前記膜は前記第
1の領域を構成するための第1の材料と、前記第2の領域
を構成するための第2の材料とを含む混合物を、加熱す
ることにより得られる膜であったり、特には、前記膜は
前記第1の領域を構成するための第1の材料と、前記第2
の領域を構成するための第2の材料とを含む混合物を、
前記第1の材料の軟化点以上に加熱することにより得ら
れる膜であったり、前記膜は前記第1の領域を構成する
ための第1の材料と、前記第2の領域を構成するための第
2の材料とを含む混合物を、６００℃以上に加熱するこ
とにより得られる膜であったりする。

【００８９】また上記各発明において、前記膜は前記第
1の領域を構成するための第1の材料と、前記第2の領域
を構成するための第2の材料とを重量比で１０：１から
１：１の範囲の割合で含む混合物からなる膜であるとよ
い。

【００９０】また、前記第１の部材は、無アルカリガラ
スまたは低アルカリガラス上に前記膜を有するものであ
ったり、セラミックス上に前記膜を有するものであった
りする。

【００９１】前記セラミックスはアルミナとジルコニア
を含むものであるとよい。また前記セラミックスに占め
るジルコニアの割合が３０から９０重量％であるとよ
い。また、前記セラミックスはアルミナを主成分とする
ものであるとよい。

【００９２】また上記各発明において、前記膜は、10⁷
［Ω／□］〜10¹⁴［Ω／□］の面積抵抗値を有している
とよい。

【００９３】また上記各発明において、前記膜は、該膜
を平滑基板上に平滑表面を有するように形成した際に、
垂直入射条件で測定した二次電子放出係数が３．５以下
となる組成の膜であるとよい。

【００９４】また上記各発明において、前記膜におい
て、表面の酸素濃度が膜内部の酸素濃度よりも大である
とよい。

【００９５】また上記各発明において、前記膜は、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好適に形成しう
る。

【００９６】また上記各発明において、前記第１の部材
は、前記電子源と当接しており、前記第１の部材は、前
記膜である第１の膜と、前記電子源との当接部に設けた
高導電性膜とを有しており、前記第１の膜と高導電性膜
とは接触しているとよい。

【００９７】また上記各発明において、前記第１の部材
は、前記気密容器内に設けられ前記電子源より放出され
る電子を制御する電極と当接しており、前記第１の部材
は、前記膜である第１の膜と、前記電極との当接部に設
けた高導電性膜とを有しており、前記第１の膜と高導電
性膜とは接触しているとよい。

【００９８】ここで、上記高導電性膜は、前記第１の膜
よりも低い面積抵抗を有するとよい。特に高導電性膜の
面積抵抗値は、第１の膜の面積抵抗値よりも１桁以上低
いとよい。高導電性膜と第１の膜とが接触することによ
り、第１の膜に不均一な電荷が存在しても、高導電性膜
膜の存在により、電荷の不均一を緩和することができ
る。第１の部材と電子源もしくは電極とが当接する構成
における当接部に高導電性膜を有する構成においては、
例えば図１に示すように、基板１、第１の膜２、高導電
性膜３の順に配置し、高導電性膜が電子源もしくは電極
に直接当接する第１の形態を採用してもよく、また、基
板１、高導電性膜３、第１の膜２の順に配置し、第１の
膜２が電子源もしくは電極に直接当接する第２の形態を
採用してもよい。第１の形態においては、第１の膜は高
導電性膜を介して電子源もしくは電極に電気的に接続さ
れることになるのはもちろんのこと、第２の形態におい
ても、当接部における第１の膜の電気抵抗は、膜厚方向
では小さくなるので、第１の膜のある部分において発生
した電荷は、高導電性膜及び当接部の第１の膜を介して
電子源もしくは電極に移動することができる。すなわ
ち、第１の膜は高導電性膜を介して電子源もしくは電極
に電気的に接続されることになる。

【００９９】また、上記各発明は、前記第１の部材とし
ては帯電の影響を緩和したい部材であれば有効である
が、スペーサである場合に特に有効である。

【０１００】また、上記各発明は、前記気密容器内部に
前記電子源より放出される電子を制御する電極を更に有
する構成とすることができる。具体的には該電極として
は、電子源より放出される電子をターゲットの側に加速
する電位が与えられる加速電極であったりする。上記各
発明は、前記電子源が有する電子放出素子と前記電極の
間の印加電圧が３ｋＶ以上である構成において特に有効
である。

【０１０１】また、前記電極を有する構成において、前
記第１の部材の膜は、前記電子源及び前記電極の双方に
電気的に接続されると好適である。膜と電子源との電気
的接続とは、膜が電子源が有する配線などの電極に電気
的に接続されることによって実現できる。

【０１０２】上記各発明において、前記電子源は、電子
放出素子として冷陰極素子を有するものが好適である。
冷陰極素子としては、表面伝導型電子放出素子を好適に
用いることができる。また、上記各発明において、電子
源が有する電子放出素子は、電子放出の際に、電子源の
主面と平行な方向の電界成分を有する電界が生じるもの
である場合に特に有効である。

【０１０３】また、上記各発明において、前記ターゲッ
トは、電子の照射により画像を形成するものであるとよ
い。前記ターゲットとしては蛍光体を備えるものを好適
に採用し得る。

【０１０４】上記各発明において、電子源としては、複
数の行配線と複数の列配線とで電子放出素子をマトリク
ス配線した電子源を好適に採用し得る。単純マトリクス
を構成し得る。

【０１０５】また、電子放出機構とは別に変調用の制御
電極を設ける構成も採用し得る。

【０１０６】たとえば、並列に配置した複数の電子放出
素子（好適には冷陰極素子）の個々を両端で接続した電
子放出素子の行を複数配し、この配線と交差する方向に
沿って、電子放出素子の上方に配した制御電極（グリッ
ドとも呼ぶ）により電子放出素子からの電子を制御する
はしご状配置の電子源を用いてもよい。

【０１０７】また、本願は、上記の第１の部材そのもの
の発明も含んでいる。

【０１０８】また、本願に関わる電子線装置で用いる部
材の製造方法の発明の一つは以下のように構成される。

【０１０９】電子源を備えた気密容器を有する電子線装
置において該気密容器内に配置する部材の製造方法であ
って、基材上に第１の材料と第２の材料の混合物を配置
する工程と、前記第１の材料の軟化点以上に加熱する工
程とを有しており、該加熱する工程において前記第２の
材料が前記第１の材料からなる領域の間隙に入り込むこ
とを特徴とする電子線装置で用いる部材の製造方法。

【０１１０】また、本願に関わる電子線装置で用いる部
材の製造方法の発明の一つは以下のように構成される。

【０１１１】電子源を備えた気密容器を有する電子線装
置において該気密容器内に配置する部材の製造方法であ
って、基材上に第１の材料と第２の材料の混合物を配置
する工程と、６００℃以上に加熱する工程とを有してお
り、該加熱する工程において前記第２の材料が前記第１
の材料からなる領域の間隙に入り込むことを特徴とする
電子線装置で用いる部材の製造方法。

【０１１２】上記各製造方法の発明において、前記第１
の材料がガラス成分を有する場合に特に好適であり、ま
た、前記基材は、前記ガラス成分の軟化点よりも軟化点
が高いものであると好ましい。

【０１１３】また、本発明の思想によれば、表示用とし
て好適な画像形成装置に限るものでなく、感光性ドラム
と発光ダイオード等で構成された光プリンタの発光ダイ
オード等の代替の発光源として、上述の画像形成装置を
用いることもできる。またこの際、上述のｍ本の行方向
配線とｎ本の列方向配線を、適宜選択することで、ライ
ン状発光源だけでなく、２次元状の発光源としても応用
できる。この場合、画像形成部材としては、以下の実施
形態で用いる蛍光体のような直接発光する物質に限るも
のではなく、電子の帯電による潜像画像が形成されるよ
うな部材を用いることもできる。また、本発明の思想に
よれば、例えば電子顕微鏡のように、電子源からの放出
電子の被照射部材が、蛍光体等の画像形成部材以外のも
のである場合についても、本発明は応用できる。従っ
て、本発明は被照射部材を特定しない一般的電子線装置
としての形態もとりうる。

【０１１４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の好ましい態様につ
いて説明する。

【０１１５】以下で説明するスペーサはスペーサ基板と
スペーサ基板の少なくとも一部を被覆する高抵抗膜とを
有し、高抵抗膜は、第１の成分であるガラス成分と、第
２の成分である導体成分とを含む混合体であり、第１と
第２の成分は、高抵抗膜内で３次元状ネットワーク構造
をとる。

【０１１６】さらには第１の成分は、酸化珪素、酸化硫
黄、酸化ホウ素、アルミナの少なくともいずれか一つを
含むガラス成分からなり、かつ、第２の成分が、酸化ル
テニウム、Ｐｄ−Ａｇ、炭素、酸化モリブデン、ＬａＢ
−酸化錫、酸化タンタル、ＭｏＳｉ₂ 、ＮｂＳｉ₂ 、Ｔ
ａＳｉ₂ 、Ｍ₂ Ｒｕ₂ Ｏ_7-x （ＭはＢｉ、Ｐｂ、Ａｌの
いずれか）の少なくともいずれか一成分を含む導体成分
からなる。

【０１１７】図１（ａ）は本実施形態の高抵抗膜付きス
ペーサの断面模式図であり、（ｂ）は、高抵抗膜のネッ
トワーク構造を示す模式図である。ここで、１は、スペ
ーサ基板、２はスペーサ基板１の表面に形成した帯電防
止を目的とした高抵抗膜である。高抵抗膜２は、ガラス
成分よりなる成分１と導体成分よりなる成分２がお互い
に絡み合うように３次元状のネットワークを形成してい
る。成分１と成分２との界面は膜厚方向に分布してお
り、また、界面の法線方向は全方向に分布しているとみ
ることができる。３は、電極とのスペーサとの間のオー
ミックなコンタクトを得る為に、必要に応じて設けられ
た低抵抗膜である。

【０１１８】また、以下では上記、高抵抗膜付き基板を
スペーサに用いた平面型の画像表示装置（電子線装置）
の実施態様を説明しており、図８にその構造概略を示す
ように（詳細は後述）、複数の冷陰極素子１０１２を形
成した基板１０１１と発光材料である蛍光膜１０１８を
形成した透明なフェースプレート１０１７とをスペーサ
１０２０を介して対向させた構造を有する画像表示装置
であり、スペーサ１０２０が、ガラス成分と導体成分よ
りなる３次元状ネットワーク構造を有した帯電防止を目
的とする高抵抗膜で被覆されていることを特徴とする画
像表示装置である。

【０１１９】［ネットワークの機能（二次電子放出帯電
の入射角度依存性）］図２から図３は、本発明の高抵抗
膜付きスペーサの他の構造を示すものである。本発明の
スペーサの高抵抗膜内部に存在する２成分の境界が果た
す機能は、解決するべき課題の項で述べた複数の課題に
対して、下記のような複数の効果を得ることができる。

【０１２０】第一の効果としては、帯電量の多くの部分
を占める高入射角度モードの入射電子の帯電量を減少さ
せる効果である。このネットワークの効果によって、前
記一般式（１）において定義される二次電子放出係数の
入射角度増倍係数ｍ₀の減少効果としてあらわれ、通常
の無機酸化物、窒化物などの均一膜と比較して約１／３
以下のレベルに抑制させることが可能となる。この効果
は、特に、８０度以上の高入射角となる最近接の電子放
出素子からの直接入射電子に対して特に有効である。

【０１２１】また、第二の効果として、微細なファラデ
ーカップの集積体のように、二次電子を閉じ込める効果
が得られ、δの絶対値を抑制する効果が得られる。

【０１２２】さらには、第三の効果として、多重放出二
次電子の抑制効果が挙げられる。放出された二次電子
は、加速電界によりエネルギーを受け加速しながら陽極
方向に軌道をとるが、放出直後のエネルギーが比較的小
さいので、局所的な帯電領域に引っ張られスペーサ上に
再突入する。このときδ−１倍の正電荷生成してしま
う。このとき、通常の無機酸化物、窒化物などと比較し
て再突入が膜の内部の微細なネットワーク間で行われ、
δ−１≦０か若しくはδ−１＞０だが絶対値｜δ−１｜
があまり大きくならない条件で再入射し正電荷の蓄積を
抑制する効果を提供することができる。

【０１２３】第四の効果として、陽極反射電子に対する
入射角度抑制効果があげれる。

【０１２４】スペーサへの入射電子の飛来経路はさまざ
まに分布しており、特にフェースプレートからの反射電
子の再入射（以降ＦＰ反射電子と記述）においては、そ
の放出方向は、ほぼ同心円状の分布が存在している為、
反射電子は周囲の多方向に分布している。

【０１２５】このとき、高圧印加電極方向から見たＦＰ
反射電子軌道の分布は、本発明者等による素子毎のスペ
ーサ帯電のスペーサ、放出素子間距離および陽極印加電
圧依存検討の結果、陽極基板（フェースプレートに備え
られたメタルバック或いはアノード電極）からの反射電
子は再近接（第１近接）のみならず第２、第３、第４近
接の電子素子からの放出電子が含まれることがわかっ
た。

【０１２６】上記の飛程距離は、画像表示装置毎に変調
を受けその影響度は一様ではないが、一般に高輝度を得
ようとする目的から、蛍光体からの発光の利用効率を上
げる為に設けられたアルミ電極などの部材の設置や加速
電圧の高圧化でその影響は増倍し、帯電の原因の一つと
なっている。この現象は、ＦＰ反射電子はスペーサから
反射電子のフェースプレート上の反射位置までの距離に
依存し、スペーサに近い素子ほど再入射量が多いことを
意味するだけではなく、発光点からのＦＰ反射電子のう
ちスペーサと近距離位置で反射されたものであるほど、
遠方への入射点への再入射時の入射角が増倍されている
ことを意味する。このような理由から、斜めモードの反
射電子に対する二次電子放出抑制効果として、ほぼ一様
にランダムに形成された膜内部のネットワーク構造が全
入射方向に対して有効に機能する。

【０１２７】本発明では、２つの成分を用いて帯電を抑
制する構成を実現するのであるが、２つの成分の混合比
の調整により抵抗値の制御を行う厚膜抵抗体は、例え
ば”エレクトロニクス実装技術基礎講座 第３巻 膜回
路形成技術の第６２頁から７６頁”や、”電気学会論文
誌A、１０８巻 ８号、昭６３、第３２９頁から３３４
頁、RuO2厚膜抵抗体の抵抗値とTCRに影響を及ぼす諸因
子”に示されるように、ICの分野などでは知られてい
る。

【０１２８】ところが、本発明者等による検討の結果、
これらの混合体の二次電子放出係数は、絶対値もその組
成から予測される値よりは小さく、さらには、電子線放
出装置内の構造部材表面に好適な特性として入射角度依
存係数が非常に小さい特徴を有していることが分かっ
た。この効果の要因の詳細は明らかでないが、入り組ん
だ構造と２つの成分の材料物性の特性の差からこれらの
効果が得られると思われる。

【０１２９】すなわち以下の実施形態で説明する構成に
おいて、第一の成分であるガラス材（一般に絶縁体もし
くは高抵抗物質であり、二次電子放出により実効的に注
入された正電荷が緩和されていく速度が遅い）は、二次
電子放出係数の絶対値と材料の比重は、第２の成分であ
る導体成分より小さい。たとえば、一般的な酸化ルテニ
ウムペーストのガラス材として使われる、５２ＰｂＯ−
３５ＳｉＯ₂ −１０Ｂｉ₂ Ｏ₃ −３Ａｌ₂ Ｏ₃ では、そ
のガラス成分の比重は、３．７ｇ／ｃｍ³ ほどであり、
一方、導体成分である酸化ルテニウムの比重は７．１ｇ
／ｃｍ³ である。前述の課題の項で述べたように、二次
電子放出係数の入射角度増倍係数ｍ₀は一次電子の侵入
長に比例し、かつ侵入長 は固体中の電子密度に逆比例
するので、一般に比重が小さい固体は侵入長が大きく、
入射角度依存係数が大きい。一方、第２の成分は、導電
性に優れ、電荷の局所的な緩和を促す働きを持つが、一
般に、高二次電子放出材料である場合が多いが、たとえ
ば、本発明における導電体の一例である酸化ルテニウム
は、ガラス成分に比較して比重が大きいことにより、一
次電子の侵入長が小さく、二次電子放出係数の入射角度
増倍係数ｍ₀も小さいといえる。

【０１３０】これらの両成分が分相して境界を持つとい
うことにより、［酸化ルテニウムを代表とする高二次電
子放出係数の導体成分］の［低二次電子放出係数のガラ
ス成分］に対する関係は、二次電子放出という観点から
見れば、実効的に［バルク］と［外部］の関係と見なさ
れる。すなわち、二つの成分の境界は表面として働くと
考えられる。このとき、本発明の導体成分は固体内部で
複雑に入り組んだ３次元状ネットワークを有しているの
で、ちょうど、固体中に表面積が多く存在する膜、あた
かも多孔質膜と同様の効果が得られる。この結果、両成
分からなる高抵抗膜のマクロに定義された表面より深い
位置にしかも分布した形で実効的な表面が多数存在する
ことになり、マクロに定義される二次電子放出の入射角
度依存は小さくなる。したがって、膜全体として、入射
角増倍効果は抑制され、下記一般式（１）における二次
電子放出係数の入射角度増倍係数ｍ₀が１０以下である
ような表面が得られ、さらにより好ましい条件である二
次電子放出係数の入射角度増倍係数ｍ₀が５以下の値を
とることが可能となる。

【０１３１】

【数１０】 ただし、ここにおいても、パラメータｍ₁、ｍ₂は、 ｍ₁＝0.68273、ｍ₂=0.86212 の値を有する定数であり、δθ、δ０はそれぞれ入射角
θ、０度の一次電子に対する二次電子放出係数を示す。

【０１３２】さらに、多孔質膜の特徴として、多数のフ
ァラデーカップが存在するように電流捕捉効果が働き、
二次電子の絶対値も抑制されると考えられる。

【０１３３】以上が、本実施態様における混合膜すなわ
ちガラス成分と導体成分のネットワーク構造に関する主
たる機能である。

【０１３４】［形成手段］本実施形態においては、これ
らの混合膜は、ガラスフリット成分と導体成分といった
２成分からなるペーストの塗工工程と加熱乾燥工程より
得られるので、湿式の作成プロセスに依る所として、原
料の利用効率が高い、タクトタイムの短縮、真空減圧固
定が不要などの、低コスト化効果が得られる点で有利で
ある。

【０１３５】なお、塗工工程と加熱乾燥工程とを合わせ
たものを湿式の作成プロセスといっている。

【０１３６】［組成条件、焼成条件］本発明において
は、ガラス成分と導体成分といった比重もしくは電子密
度の異なる２成分が立体的なネットワーク構造をとれば
よく、基本的に種々の帯電防止膜を使用することができ
るが、上記ネットワーク構造の境界に大きな表面積を得
るという観点から、材料の混合比は２成分｛例えば（ガ
ラス成分）：（導体成分）｝の重量比が、１０：１〜
１：１であることが好ましい。後に述べる比抵抗の温度
依存係数が大きく負になることを避ける目的からは、１
／４以上であることが好ましい。

【０１３７】さらには、実効的表面積を大きくする目的
から、ガラス成分の間隙に導体成分を細かく入り込ませ
るために、加熱温度としてガラス成分の軟化点以上の温
度を採用している。

【０１３８】［スペーサ基板］スペーサ基板が、高抵抗
膜のペースト中のガラス成分の軟化点以上の耐熱を得る
ようにするために、基板の材料としては、アルミナなど
のセラミック、ガラス、もしくは無アルカリガラス、低
アルカリガラスを使用することが好ましい。さらに、画
像形成装置が組み立て時の熱工程でフェースプレート若
しくはリアプレートとスペーサの熱膨張率の相違により
破壊することを防ぐために、必要に応じて、熱膨張係数
を調整する目的で基板材料に熱膨張係数調整材料を添加
することも可能である。

【０１３９】熱膨張係数調整材料としては、たとえばス
ペーサ基板としてアルミナ基板を用いる場合にはジルコ
ニア（酸化ジルコニウム）等を挙げることができる。例
えば、熱膨張係数が８０×１０^-7／℃から９０×１０^-7
／℃の間の青板ガラスよりなるフェースプレートにアル
ミナより成るスペーサ基板を有するスペーサを組み立て
る際には、アルミナとジルコニアの重量混合比を７０：
３０〜１０：９０とすることにより、スペーサ基板の熱
膨張率を７５×１０^-7／℃から９５×１０^-7／℃とする
ことができる。アルミナとジルコニアの重量混合比は好
適には５０：５０〜２０：８０である。熱膨張係数調整
材料としては、酸化ランタン（Ｌａ₂０₃）等のジルコニ
ア以外の他の物質を使用することもできる。

【０１４０】［高抵抗膜の抵抗値（高抵抗膜のδ，高抵
抗膜の構成）］高抵抗膜の作成（塗工）手法としては、
既存の帯電防止膜作成プロセスが適用できる。たとえ
ば、湿式印刷法、エアゾール法、ディッピング法等を適
用することができる。作成プロセスのローコスト化とい
う観点からはディッピング法などの簡便なる液相プロセ
スが好ましい。

【０１４１】さらには、高抵抗膜の二次電子放出係数は
低い方が好ましく、平滑膜の二次電子放出係数として、
ピーク値が３．５以下であることがより好ましい。すな
わち、平滑基板上に形成された平滑膜表面に対する垂直
入射条件で測定した二次電子放出係数が３．５以下であ
ることがより好ましい。さらには、膜の化学的安定性と
いう観点から、表面層が膜内部に比較して高酸化状態に
あることが好ましい。

【０１４２】本発明の画像表示装置において、上記スペ
ーサ１０２０の一方の辺は冷陰極素子を形成した基板１
０１１上の配線に電気的に接続されている。また、その
対向する辺は冷陰極素子より放出した電子を高いエネル
ギーで発光材料（蛍光膜１０１８）に衝突させるための
加速電極（メタルバック１０１９）に電気的接続され
る。すなわち、スペーサの表面に形成された帯電防止膜
にはほぼ加速電圧を帯電防止膜の抵抗値で除した電流が
流れる。そこで、スペーサの抵抗値Ｒｓは帯電防止およ
び消費電力からその望ましい範囲に設定される。帯電防
止の観点から面積抵抗(sheet resistivity)Ｒ／□は１
０^{1 4}Ω／□以下であることが好ましい。十分な帯電防止
効果を得るためには１０¹³Ω／□以下がさらに好まし
い。面積抵抗の下限はスペーサ形状とスペーサ間に印加
される電圧により左右されるが、１０⁷ Ω／□以上であ
ることが好ましい。

【０１４３】高抵抗膜の厚みｔは、下限としては一次電
子の侵入長とネットワーク構造の成長深さを考慮し、上
限としては、膜応力による剥がれなどを考慮すると、
０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが望ましい。

【０１４４】面積抵抗Ｒ／□はρ／ｔであり、以上に述
べたＲ／□とｔの好ましい範囲から、帯電防止膜の比抵
抗ρは１０²〜１０¹¹ Ωｃｍが好ましい。さらに面積抵
抗と膜厚のより好ましい範囲を実現するためには、ρは
１０⁵ 〜１０⁹ Ωｃｍとするのが良い。

【０１４５】スペーサは上述したようにその上に形成し
た帯電防止膜を電流が流れることにより、あるいはディ
スプレイ全体が動作中に発熱することによりその温度が
上昇する。帯電防止膜の抵抗温度係数が大きな負の値で
あると温度が上昇した時に抵抗値が減少し、スペーサに
流れる電流が増加し、さらに温度上昇をもたらす。そし
て電流は電源の限界に達するまで増加しつづける。この
ような電流の熱暴走が発生する抵抗温度係数の値は経験
的に負の値で絶対値が１％以上である。すなわち、帯電
防止膜の抵抗温度係数は−１％未満であることが望まし
い。

【０１４６】本発明のスペーサの帯電防止膜は、成分比
の制御による抵抗制御の他に、添加材による抵抗値の温
度依存特性の制御を行うことができる。このときは、膜
のネットワーク構造にはあまり大きな変化を及ぼさずに
制御できる点で有利である。添加材としては、金属酸化
物が優れている。金属酸化物の中でも、クロム、ニッケ
ル、銅等の遷移金属酸化物が好ましい材料である。本発
明帯電防止膜を平面型の画像表示装置のスペーサ帯電防
止に対して説明したが、これに限らず他の用途における
帯電防止膜として使用することができる。

【０１４７】また、前記高抵抗膜を設けたスペーサが上
下基板との接触部に低抵抗膜を有することを特徴とする
ことにより、スペーサと陽極・陰極との接合部近傍の局
所的な電荷の蓄積を抑制することが可能となる。また、
低抵抗膜の抵抗値は、上下基板との電気的接合が良好に
する目的から、その面積抵抗として前記高抵抗膜の抵抗
値の１／１０以下であり、かつ１０⁷ ［Ω／□］以下で
あることが望ましい。さらには、前記電子放出素子は、
冷陰極素子であり、さらには、電極間に電子放出部を含
む導電性膜を有する電子放出素子であり、さらに、表面
伝導型電子放出素子であることを特徴とすることが素子
の構造が簡単でかつ高輝度が得られることからより好ま
しい。

【０１４８】また、前記ターゲットに、入力信号に応じ
て前記電子放出素子から放出された電子を照射して画像
を形成する画像形成装置として、本技術を適用した電子
線装置を応用することができる。前記ターゲットとして
は、画像記録という観点からさまざまな材料により、潜
像を形成できるが、蛍光体から成ることにより安価に動
画像を記録表示できる。

【０１４９】[画像表示装置概要］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。

【０１５０】図８は、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。

【０１５１】図中、１０１５はリアプレート、１０１６
は側壁、１０１７はフェースプレートであり、１０１５
〜１０１７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度で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１
０^-6［Ｔｏｒｒ］（１．３３×１０^-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１０２０が設けられている。

【０１５２】次に、本発明の画像形成装置に用いること
ができる電子放出素子基板について説明する。

【０１５３】本発明の画像形成装置に用いられる電子源
基板は複数の冷陰極素子を基板上に配列することにより
形成される。

【０１５４】冷陰極素子の配列の方式には、冷陰極素子
を並列に配置し、個々の素子の両端を配線で接続するは
しご型配置（以下、「はしご型配置電子源基板」と称す
る。）や、冷陰極素子の一対の素子電極のそれぞれＸ方
向配線、Ｙ方向配線を接続した単純マトリクス配置（以
下、「マトリクス型配置電子源基板」と称する。）が挙
げられる。なお、はしご型配置電子源基板を有する画像
形成装置には、電子放出素子からの電子の飛翔を制御す
る電極である制御電極（グリッド電極）を必要とする。

【０１５５】リアプレート１０１５には、基板１０１１
が固定されているが、該基板上には冷陰極素子１０１２
がＮ×Ｍ個形成されている。（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。例えば、高品位テレビジョンの表示を目的とした画
像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１０１３とＮ本の列方向
配線１０１４により単純マトリクス配線されている。前
記、１０１１〜１０１４によって構成される部分をマル
チ電子ビーム源と呼ぶ。

【０１５６】本発明の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もしく
は、はしご型配置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。

【０１５７】したがって、例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。

【０１５８】次に、冷陰極素子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。

【０１５９】図１１に示すのは、図８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１０１１
上には、後述の図１０で示すものと同様な表面伝導型電
子放出素子１０１２が配列され、これらの素子は行方向
配線１０１３と列方向配線１０１４により単純マトリク
ス状に配線されている。行方向配線１０１３と列方向配
線１０１４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。

【０１６０】図１１のＢ−Ｂ′に沿った断面を、図１２
に示す。

【０１６１】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１０１３、列方向配線１
０１４、電極間絶縁層（不図示）、および表面伝導型電
子放出素子１０１２の素子電極と導電性薄膜を形成した
後、行方向配線１０１３および列方向配線１０１４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。

【０１６２】本実施形態においては、気密容器のリアプ
レート１０１５にマルチ電子ビーム源の基板１０１１を
固定する構成としたが、マルチ電子ビーム源の基板１０
１１が十分な強度を有するものである場合には、気密容
器のリアプレートとしてマルチ電子ビーム源の基板１０
１１自体を用いてもよい。

【０１６３】また、フェースプレート１０１７の下面に
は、蛍光膜１０１８が形成されている。本実施形態はカ
ラー画像表示装置であるため、蛍光膜１０１８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、例えば図１
３（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１０１０が設け
てある。導電体１０１０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
いようにすることや、外光の反射を防止して表示コント
ラストの低下を防ぐこと、電子ビームによる蛍光膜のチ
ャージアップを防止することなどである。黒色の導電体
１０１０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。

【０１６４】また、３原色の蛍光体の塗り分け方は前記
図１３（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、例えば図１３（ｂ）に示すようなデルタ状
配列や、それ以外の配列（例えば図１４）であってもよ
い。

【０１６５】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１０１８に用い
ればよく、また黒色の導電体１０１０は必ずしも用いな
くともよい。また、蛍光膜１０１８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１０１９
を設けてある。メタルバック１０１９を設けた目的は、
蛍光膜１０１８が発する光の一部を鏡面反射して光利用
率を向上させることや、負イオンの衝突から蛍光膜１０
１８を保護することや、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ことや、蛍光膜１０１８を
励起した電子の導電路として作用させることなどであ
る。メタルバック１０１９は、蛍光膜１０１８をフェー
スプレート基板１０１７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１０１８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１０１９は用いなく
てもよい。

【０１６６】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１０１７と蛍光膜１０１８との間
に、例えばＩＴＯを材料とする透明電極を設けてもよ
い。

【０１６７】図９は図８のＡ−Ａ′の断面模式図であ
り、各部の番号は図８に対応している。スペーサ１０２
０は絶縁性部材１の表面に帯電防止を目的とした高抵抗
膜１１を成膜し、かつフェースプレート１０１７の内側
（メタルバック１０１９等）および基板１０１１の表面
（行方向配線１０１３または列方向配線１０１４）に面
したスペーサの当接面３および接する側面部５に低抵抗
膜２１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１０１１の表面
に接合材１０４１により固定される。また、高抵抗膜
は、絶縁性部材１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
１０２０上の低抵抗膜２１および接合材１０４１を介し
て、フェースプレート１０１７の内側（メタルバック１
０１９等）および基板１０１１の表面（行方向配線１０
１３または列方向配線１０１４）に電気的に接続され
る。ここで説明される態様においては、スペーサ１０２
０の形状は薄板状とし、行方向配線１０１３に平行に配
置され、行方向配線１０１３に電気的に接続されてい
る。

【０１６８】スペーサ１０２０としては、基板１０１１
上の行方向配線１０１３および列方向配線１０１４とフ
ェースプレート１０１７内面のメタルバック１０１９と
の間に印加される高電圧に耐えるだけの絶縁性を有し、
かつスペーサ１０２０の表面への帯電を防止する程度の
導電性を有する必要がある。

【０１６９】スペーサ１０２０の絶縁性部材１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る。なお、絶縁性部材１はその熱
膨張率が気密容器および基板１０１１を成す部材と近い
ものが好ましい。

【０１７０】スペーサ１０２０を構成する低抵抗膜２１
は、高抵抗膜１１を高電位側のフェースプレート１０１
７（メタルバック１０１９等）および低電位側の基板１
０１１（配線１０１３，１０１４等）と電気的に接続す
る為に設けられたものであり、以下では、中間電極層
（中間層）という名称も用いる。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ことが出来る。

【０１７１】高抵抗膜１１をフェースプレート１０１
７および基板１０１１と電気的に接続する。

【０１７２】既に記載したように、高抵抗膜１１はスペ
ーサ１０２０表面の帯電を防止する目的で設けられたも
のであるが、高抵抗膜１１をフェースプレート１０１７
（メタルバック１０１９等）および基板１０１１（配線
１０１３，１０１４等）と直接或いは当接材１０４１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１０２０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１０１７、基板１０１１および当接材
１０４１と接触するスペーサ１０２０の当接面３或いは
側面部５に低抵抗の中間層を設けた。

【０１７３】高抵抗膜１１の電位分布を均一化する。

【０１７４】冷陰極素子１０１２より放出された電子
は、フェースプレート１０１７と基板１０１１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１
０２０の近傍で電子軌道に乱れが生じないようにする為
には、高抵抗膜１１の電位分布を全域にわたって制御す
る必要がある。高抵抗膜１１をフェースプレート１０１
７（メタルバック１０１９等）および基板１０１１（配
線１０１３，１０１４等）と直接或いは当接材１０４１
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、高抵抗膜１１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１０２０がフェースプレート１０１７およ
び基板１０１１と当接するスペーサ端部（当接面３或い
は側面部５）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、高抵抗膜
１１全体の電位を制御可能とした。

【０１７５】放出電子の軌道を制御する。

【０１７６】冷陰極素子１０１２より放出された電子
は、フェースプレート１０１７と基板１０１１の間に形
成された電位分布に従って電子軌道を成す。スペーサ近
傍の冷陰極素子１０１２から放出された電子に関して
は、スペーサ１０２０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１０１７
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１０１７および基板１０１１と当接する面の側
面部５に低抵抗の中間層を設けることにより、スペーサ
１０２０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。

【０１７７】低抵抗膜２１は、高抵抗膜１１に比べ１桁
以上低い抵抗値を有する材料を含有するものから選択す
ればよく、Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，
Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属、あるいは合金、およびＰ
ｄ，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Ｉ
ｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ 等の透明導体およびポリシリコン等
の半導体材料等より適宜選択される。

【０１７８】接合材１０４１はスペーサ１０２０が行方
向配線１０１３およびメタルバック１０１９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。

【０１７９】また、図８において、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１０１３と、Ｄｙ１〜Ｄｙｎは
マルチ電子ビーム源の列方向配線１０１４と、Ｈｖはフ
ェースプレートのメタルバック１０１９と電気的に接続
している。

【０１８０】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、不図示の排気管と真空ポ
ンプとを接続し、気密容器内を１０^-7［Ｔｏｒｒ］
（１．３３×１０^-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、例えば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^-5乃至１×１０^-7［Ｔｏｒｒ］（１．３３
×１０^-5Ｐａ）の真空度に維持される。

【０１８１】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乃至Ｄｘｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙ
ｎを通じて各冷陰極素子１０１２に電圧を印加すると、
各冷陰極素子１０１２から電子を放出する。それと同時
にメタルバック１０１９に容器外端子Ｈｖを通じて数百
［Ｖ］乃至数［ｋＶ］の高圧を印加すると、上記放出さ
れた電子が加速し、フェースプレート１０１７の内面に
衝突する。これにより、蛍光膜１０１８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。

【０１８２】通常、冷陰極素子である本発明の表面伝導
型電子放出素子１０１２への印加電圧は１２〜１６
［Ｖ］程度、メタルバック１０１９と冷陰極素子１０１
２との距離ｄは０．１［ｍｍ］から８［ｍｍ］程度、メ
タルバック１０１９と冷陰極素子１０１２間の電圧は
０．１［ｋＶ］から１０［ｋＶ］程度である。

【０１８３】以上、本発明の実施形態の表示パネルの基
本構成と製法、および画像表示装置の概要を説明した。

【０１８４】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状に配列しこれらを配線した電
子源或いは冷陰極素子を梯子状に配列しこれらを配線し
た電子源あれば、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、例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。

【０１８５】ただし、表示画面が大きくてしかも安価な
画像表示装置が求める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。また、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電子放出素子を
用いた。そこで、まず好適な表面伝導型電子放出素子に
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。

【０１８６】[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種類が挙げられる。

【０１８７】[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１０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、１０１１は基
板、１１０２と１１０３は素子電極、１１０４は導電性
薄膜、１１０５は通電フォーミング処理により形成した
電子放出部、１１１３は通電活性化処理により形成した
膜である。

【０１８８】基板１０１１としては、例えば、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
の各種基板上に例えば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。

【０１８９】また、基板１０１１上に基板面と平行に互
いに対向して設けられた素子電極１１０２と１１０３
は、導電性を有する材料によって形成されている。例え
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Ｉｎ₂ Ｏ₃ −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。素子電極１１０
２，１１０３を形成するには、例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（例えば印刷技術）を用いて形成し
てもさしつかえない。

【０１９０】素子電極１１０２と１１０３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Åから数百μｍの
範囲から適当な数値を選んで設計されるが、なかでも画
像表示装置に応用するために好ましいのは数μｍより数
十μｍ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Åから数μｍの範囲から適当な数値が選
ばれる。

【０１９１】また、導電性薄膜１１０４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。

【０１９２】微粒子膜に用いた微粒子の粒径は、数Åか
ら数千Åの範囲に含まれるものであるが、なかでも好ま
しいのは１０Åから２００Å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１１０２あ
るいは１１０３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Åか
ら数千Åの範囲のなかで設定するが、なかでも好ましい
のは１０Åから５００Åの間である。

【０１９３】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、例えば、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａ
ｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｐｂなどをはじめとする金属や、ＰｄＯ，Ｓｎ
Ｏ₂ ，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ，ＰｂＯ，Ｓｂ₂ Ｏ₃ などをはじめと
する酸化物や、ＨｆＢ₂ ，ＺｒＢ₂ ，ＬａＢ₆ ，ＣｅＢ
₆ ，ＹＢ₄ ，ＧｄＢ₄ などをはじめとする硼化物や、Ｔ
ｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣなどをは
じめとする炭化物や、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ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、カーボンなどが挙げられ、これらの中から適宜
選択される。

【０１９４】以上述べたように、導電性薄膜１１０４を
微粒子膜で形成したが、その面積抵抗値については、１
０³〜１０⁷Ω／□の範囲に含まれるよう設定した。

【０１９５】なお、導電性薄膜１１０４と素子電極１１
０２および１１０３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１０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。

【０１９６】また、電子放出部１１０５は、導電性薄膜
１１０４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１１０４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Åから数百Å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１０においては模
式的に示した。

【０１９７】また、薄膜１１１３は、炭素もしくは炭素
化合物よりなる薄膜で、電子放出部１１０５およびその
近傍を被覆している。薄膜１１１３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。

【０１９８】薄膜１１１３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
くはそれら混合物であり、膜厚は５００［Å］以下とす
るが、３００［Å］以下とするのがさらに好ましい。な
お、実際の薄膜１１１３の位置や形状を精密に図示する
のは困難なため、図１０においては模式的に示した。ま
た、平面図（ａ）においては、薄膜１１１３の一部（１
１０５の上層部）を除去した素子を図示した。

【０１９９】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。

【０２００】すなわち、基板１０１１には青板ガラスを
用い、素子電極１１０２と１１０３にはＮｉ薄膜を用い
た。素子電極１１０２，１１０３の厚さｄは１０００
［Å］、電極間隔Ｌは２［μｍ］とした。

【０２０１】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［Å］、幅Ｗは
１００［μｍ］とした。

【０２０２】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。図１５の（ａ）〜
（ｅ）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、各部材の符号は前記図１０と同一で
ある。

【０２０３】１）まず、図１５（ａ）に示すように、基
板１０１１上に素子電極１１０２および１１０３を形成
する。

【０２０４】形成するにあたっては、あらかじめ基板１
０１１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、
例えば、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１１０２、１１０３を形
成する。

【０２０５】２）次に、同図（ｂ）に示すように、導電
性薄膜１１０４を形成する。

【０２０６】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から乾燥し、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、それ以外の例えばスピンナー法やスプレイ法
を用いてもよい。

【０２０７】また、微粒子膜で作られる導電性薄膜１１
０４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、例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。

【０２０８】３）次に、同図（ｃ）に示すように、フォ
ーミング用電源１１１０から素子電極１１０２と１１０
３の間に適宜の電圧を印加し、通電フォーミングを行っ
て、電子放出部１１０５を形成する。

【０２０９】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１１０４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１１０
５）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１１０５が形成される前と比較する
と、形成された後は素子電極１１０２と１１０３の間で
計測される電気抵抗は大幅に増加する。

【０２１０】通電方法をより詳しく説明するために、図
１６に、フォーミング用電源１１１０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１１０４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Ｖｐ
ｆを、順次昇圧した。また、電子放出部１１０５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１１１１で計測した。

【０２１１】実施形態においては、例えば１０^-5［Ｔｏ
ｒｒ］（１．３３×１０^-3Ｐａ）程度の真空雰囲気下に
おいて、例えばパルス幅Ｔ１を１［ｍｓｅｃ］、パルス
間隔Ｔ２を１０［ｍｓｅｃ］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１１０２と１１
０３の間の電気抵抗が１×１０⁶［Ω］になった段階、
すなわちモニターパルス印加時に電流計１ １１１で計
測される電流が１×１０^-7［Ａ］以下になった段階で、
フォーミング処理にかかわる通電を終了した。

【０２１２】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、例えば
微粒子膜の材料や膜厚、あるいは素子電極間隔Ｌなどを
表面伝導型電子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。

【０２１３】４）次に、図１５（ｄ）に示すように、活
性化用電源１１１２を使用して素子電極１１０２と１１
０３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。

【０２１４】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１１０５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１１１３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。

【０２１５】具体的には、１０^-5乃至１０^-4［Ｔｏｒ
ｒ］（１．３３×１０^-3乃至１．３３×１０^-2Ｐａ）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
１１１３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、もしくはその混合物で
あり、膜厚は５００［Å］以下、より好ましくは３００
［Å］以下である。

【０２１６】通電方法をより詳しく説明するために、図
１７（ａ）に、活性化用電源１１１２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［ｍｓｅｃ］、パルス間隔Ｔ４は１０
［ｍｓｅｃ］とした。なお、上述の通電条件は、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条件で
あり、表面伝導型電子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。

【０２１７】図１５（ｄ）に示す１１１４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１１１５および
電流計１１１６が接続されている。（なお、基板１０１
１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１１１
４として用いる。）活性化用電源１１１２から電圧を印
加する間、電流計１１１６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１
１１２の動作を制御する。電流計１１１６で計測された
放出電流Ｉｅの一例を図１７（ｂ）に示すが、活性化用
電源１１１２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Ｉ
ｅがほぼ飽和した時点で活性化用電源１１１２からの電
圧印加を停止し、通電活性化処理を終了する。

【０２１８】なお、上述の通電条件は、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条件であり、表
面伝導型電子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。

【０２１９】以上のようにして、図１５（ｅ）に示す平
面型の表面伝導型電子放出素子を製造した。

【０２２０】[垂直型の表面伝導型電子放出素子］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
た表面伝導型電子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電子放出素子の構成に
ついて説明する。

【０２２１】図１８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１２０１は基板、１
２０２と１２０３は素子電極、１２０６は段差形成部
材、１２０４は微粒子膜を用いた導電性薄膜、１２０５
は通電フォーミング処理により形成した電子放出部、１
２１３は通電活性化処理により形成した薄膜である。

【０２２２】垂直型が先に説明した平面型と異なる点
は、素子電極のうちの片方（１２０２）が段差形成部材
１２０６上に設けられており、導電性薄膜１２０４が段
差形成部材１２０６の側面を被覆している点にある。し
たがって、前記図１０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１２０６の段差高Ｌ
ｓとして設定される。なお、基板１２０１、素子電極１
２０２および１２０３、微粒子膜を用いた導電性薄膜１
２０４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
１２０６には、例えばＳｉＯ₂ のような電気的に絶縁性
の材料を用いる。

【０２２３】次に、垂直型の表面伝導型電子放出素子の
製法について説明する。図１９の（ａ）〜（ｆ）は、製
造工程を説明するための断面図で、各部材の符号は前記
図１８と同一である。

【０２２４】１）まず、図１９（ａ）に示すように、基
板１２０１上に素子電極１２０３を形成する。

【０２２５】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、例えばＳｉＯ₂ をスパッタ法で積層すればよいが、
例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。

【０２２６】３）次に、同図（ｃ）に示すように、絶縁
層の上に素子電極１２０２を形成する。

【０２２７】４）次に、同図（ｄ）に示すように、絶縁
層の一部を、例えばエッチング法を用いて除去し、素子
電極１２０３を露出させる。

【０２２８】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１２０４を形成する。形成する
には、前記平面型の場合と同じく、例えば塗布法などの
成膜技術を用いればよい。

【０２２９】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。
（図１５（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。） 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。（図１５（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。） 以上のようにして、図１９（ｆ）に示す垂直型の表面伝
導型電子放出素子を製造した。

【０２３０】[画像表示装置に用いた表面伝導型電子放
出素子の特性］以上、平面型と垂直型の表面伝導型電子
放出素子について素子構成と製法を説明したが、次に画
像表示装置に用いた素子の特性について述べる。

【０２３１】図２０に、画像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
本の特性は各々任意単位で図示した。

【０２３２】画像表示装置に用いた素子は、放出電流Ｉ
ｅに関して以下に述べる３つの特性を有している。

【０２３３】第一に、ある電圧（これを「閾値電圧Ｖｔ
ｈ」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Ｖｔ
ｈ未満の電圧では放出電流Ｉｅはほとんど検出されな
い。

【０２３４】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。

【０２３５】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。

【０２３６】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。

【０２３７】以上のような特性を有するため、表面伝導
型電子放出素子を画像表示装置に好適に用いることがで
きた。例えば多数の素子を表示画面の画素に対応して設
けた画像表示装置において、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。

【０２３８】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。

【０２３９】[多数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］次に、上述の表面伝導型電子放
出素子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。

【０２４０】図１１に示すのは、前記図８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１０
１１上には、前記図１０で示したものと同様な表面伝導
型電子放出素子１０１２が配列され、これらの素子は行
方向配線電極１００３と列方向配線電極１００４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１
００３と列方向配線電極１００４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。

【０２４１】図１１のＢ−Ｂ′に沿った断面を、図１２
に示す。

【０２４２】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１０１３、列方向配
線電極１０１４、電極間絶縁層（不図示）、および表面
伝導型電子放出素子１０１２の素子電極とを導電性薄膜
を形成した後、行方向配線電極１０１３および列方向配
線電極１０１４を介して各素子に給電して通電フォーミ
ング処理と通電活性化処理を行うことにより製造した。

【０２４３】［駆動回路構成（および駆動方法）］図２
１は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づいてテレビジョ
ン表示を行う為の駆動回路の概略構成をブロック図で示
したものである。同図中、表示パネル１７０１は前述し
た表示パネルに相当するもので、前述した様に製造さ
れ、動作する。また、走査回路１７０２は表示ラインを
走査し、制御回路１７０３は走査回路１７０２へ入力す
る信号等を生成する。シフトレジスタ１７０４は１ライ
ン毎のデータをシフトし、ラインメモリ１７０５は、シ
フトレジスタ１７０４からの１ライン分のデータを変調
信号発生器１７０７に出力する。同期信号分離回路１７
０６はＮＴＳＣ信号から同期信号を分離する。

【０２４４】以下、図２１の装置各部の機能を詳しく説
明する。

【０２４５】まず表示パネル１７０１は、端子Ｄｘ１乃
至Ｄｘｍおよび端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｎ、および高圧端子
Ｈｖを介して外部の電気回路と接続されている。このう
ち、端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍには、表示パネル１７０１内
に設けられているマルチ電子ビーム源、すなわちｍ行ｎ
列の行列状にマトリクス配線された冷陰極素子を１行
（ｎ素子）ずつ順次駆動してゆく為の走査信号が印加さ
れる。一方、端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｎには、前記走査信号
により選択された１行分のｎ個の各素子の出力電子ビー
ムを制御する為の変調信号が印加される。また、高圧端
子Ｈｖには、直流電圧源Ｖａより、例えば５［ｋＶ］の
直流電圧が供給されるが、これはマルチ電子ビーム源よ
り出力される電子ビームに蛍光体を励起するのに十分な
エネルギーを付与する為の加速電圧である。

【０２４６】次に、走査回路１７０２について説明す
る。同回路は、内部にｍ個のスイッチング素子（図中、
Ｓ１乃至Ｓｍで模式的に示されている）を備えるもの
で、各スイッチング素子は、直流電圧源Ｖｘの出力電圧
もしくは０［Ｖ］（グランドレベル）のいずれか一方を
選択し、表示パネル１７０１の端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍと
電気的に接続するものである。Ｓ１乃至Ｓｍの各スイッ
チング素子は、制御回路１７０３が出力する制御信号Ｔ
ｓｃａｎに基づいて動作するものだが、実際には例えば
ＦＥＴのようなスイッチング素子を組み合わせることに
より容易に構成することが可能である。なお、前記直流
電圧源Ｖｘは、図２０に例示した電子放出素子の特性に
基づき走査されていない素子に印加される駆動電圧が電
子放出閾値電圧Ｖｔｈ電圧以下となるよう、一定電圧を
出力するよう設定されている。

【０２４７】また、制御回路１７０３は、外部より入力
する画像信号に基づいて適切な表示が行われるように各
部の動作を整合させる働きをもつものである。次に説明
する同期信号分離回路１７０６より送られる同期信号Ｔ
ｓｙｎｃに基づいて、各部に対してＴｓｃａｎおよびＴ
ｓｆｔおよびＴｍｒｙの各制御信号を発生する。同期信
号分離回路１７０６は、外部から入力されるＮＴＳＣ方
式のテレビ信号から、同期信号成分と輝度信号成分とを
分離する為の回路である。同期信号分離回路１７０６に
より分離された同期信号は、良く知られるように垂直同
期信号と水平同期信号より成るが、ここでは説明の便宜
上、Ｔｓｙｎｃ信号として図示した。一方、前記テレビ
信号から分離された画像の輝度信号成分を便宜上ＤＡＴ
Ａ信号と表すが、同信号はシフトレジスタ１７０４に入
力される。

【０２４８】シフトレジスタ１７０４は、時系列的にシ
リアルに入力される前記ＤＡＴＡ信号を、画像の１ライ
ン毎にシリアル／パラレル変換するためのもので、前記
制御回路１７０３より送られる制御信号Ｔｓｆｔに基づ
いて動作する。すなわち、制御信号Ｔｓｆｔは、シフト
レジスタ１７０４のシフトクロックであると言い換える
こともできる。シリアル／パラレル変換された画像１ラ
イン分（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当す
る）のデータは、Ｉｄ１乃至Ｉｄｎのｎ個の信号として
前記シフトレジスタ１７０４より出力される。

【０２４９】ラインメモリ１７０５は、画像１ライン分
のデータを必要時間の間だけ記憶する為の記憶装置であ
り、制御回路１７０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙに
したがって適宜Ｉｄ１乃至Ｉｄｎの内容を記憶する。記
憶された内容は、Ｉ′ｄ１乃至Ｉ′ｄｎとして出力さ
れ、変調信号発生器１７０７に入力される。

【０２５０】変調信号発生器１７０７は、前記画像デー
タＩ′ｄ１乃至Ｉ′ｄｎの各々に応じて、電子放出素子
１０１２の各々を適切に駆動変調する為の信号源で、そ
の出力信号は、端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを通じて表示パネ
ル１７０１内の電子放出素子１０１５に印加される。

【０２５１】図２０を用いて説明したように、本発明に
関わる表面伝導型電子放出素子は放出電流Ｉｅに対して
以下の基本特性を有している。すなわち、電子放出には
明確な閾値電圧Ｖｔｈ（後述する実施形態の表面伝導型
電子放出素子では８［Ｖ］）があり、閾値Ｖｔｈ以上の
電圧を印加された時のみ電子放出が生じる。また、電子
放出閾値Ｖｔｈ以上の電圧に対しては、図２０のグラフ
のように電圧の変化に応じて放出電流Ｉｅも変化する。
このことから、本素子にパネル状の電圧を印加する場
合、例えば電子放出閾値Ｖｔｈ以下の電圧を印加しても
電子放出は生じないが、電子放出閾値Ｖｔｈ以上の電圧
を印加する場合には表面伝導型電子放出素子から電子ビ
ームが出力される。その際、パルスの波高値Ｖｍを変化
させることにより出力電子ビームの強度を制御すること
が可能である。また、パルスの幅Ｐｗを変化させること
により出力される電子ビームの電荷の総量を制御するこ
とが可能である。

【０２５２】従って、入力信号に応じて、電子放出素子
を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅変調
方式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際して
は、変調信号発生器１７０７として、一定長さの電圧パ
ルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜パルスの
波高値を変調するような電圧変調方式の回路を用いるこ
とができる。また、パルス幅変調方式を実施するに際し
ては、変調信号発生器１７０７として、一定の波高値の
電圧パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜電
圧パルスの幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路
を用いることができる。

【０２５３】シフトレジスタ１７０４やラインメモリ１
７０５は、デジタル信号式のものでもアナログ信号式の
ものでも採用できる。すなわち、画像信号のシリアル／
パラレル変換や記憶が所定の速度で行われればよいから
である。

【０２５４】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路１７０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号
化する必要があるが、これには同期信号分離回路１７０
６の出力部にＡ／Ｄ変換器を設ければよい。これに関連
してメインメモリ１１５の出力信号がデジタル信号かア
ナログ信号かにより、変調信号発生器に用いられる回路
が若干異なったものとなる。すなわち、デジタル信号を
用いた電圧変調方式の場合、変調信号発生器１７０７に
は、例えばＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増幅回
路などを付加する。パルス幅変調方式の場合、変調信号
発生器１７０７には、例えば高速の発振器および発振器
の出力する波数を計数する計数器（カウンタ）および計
数器の出力値と前記メモリの出力値を比較する比較器
（コンパレータ）を組み合わせた回路を用いる。必要に
応じて、比較器の出力するパルス幅変調された変調信号
を電子放出素子の駆動電圧にまで電圧増幅するための増
幅器を付加することもできる。

【０２５５】アナログ信号を用いた電圧変調方式の場
合、変調信号発生器１７０７には、例えばオペアンプな
どを用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてシフトレ
ベル回路などを付加することもできる。パルス幅変調方
式の場合には、例えば、電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）
を採用でき、必要に応じて電子放出素子の駆動電圧まで
電圧増幅するための増幅器を付加することもできる。

【０２５６】このような構成をとりうる本発明の適用可
能な画像表示装置においては、各電子放出素子に、容器
外端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを介して電
圧を印加することにより、電子放出が生じる。高圧端子
Ｈｖを介してメタルバック１０１９あるいは透明電極
（不図示）に高圧を印加し、電子ビームを加速する。加
速された電子は、蛍光膜１０１８に衝突し、発光が生じ
て画像が形成される。

【０２５７】[はしご型電子源の場合］次に、前述のは
しご型配置電子源基板およびそれを用いた画像表示装置
について図２２および図２３を用いて説明する。

【０２５８】図２２において、１０１１は電子源基板、
１０１２は電子放出素子、１１２６のＤｘ１〜Ｄｘ１０
は前記電子放出素子に接続する共通配線である。電子放
出素子１０１２は、基板１０１１上に、Ｘ方向に並列に
複数個配置される（これを素子行と呼ぶ）。この素子行
を複数個基板上に配置し、はしご型電子源基板となる。
各素子行の共通配線間に適宜駆動電圧を印加すること
で、各素子行を独立に駆動することが可能になる。すな
わち、電子ビームを放出させる素子行には、電子放出閾
値以上の電圧の電子ビームを、放出させない素子行には
電子放出閾値以下の電圧を印加すればよい。また、各素
子行間の共通配線Ｄｘ２〜Ｄｘ９を、例えばＤｘ２，Ｄ
ｘ３を同一配線とするようにしてもよい。

【０２５９】図２３は、はしご型配置の電子源を備えた
画像形成装置の構造を示す図である。１１２０はグリッ
ド電極、１１２１は電子が通過するための空孔、１１２
２はＤox１，Ｄox２…Ｄoxよりなる容器外端子、１１２
３はグリッド電極１１２０と接続されたＧ１，Ｇ２…Ｇ
ｎからなる容器外端子、１０１１は前述のように各素子
行間の共通配線を同一配線とした電子源基板である。な
お、図２２、図２３と同一の符号は同一の部材を示す。
前述の単純マトリクス配置の画像形成装置（図８）との
違いは、電子源基板１０１１とフェースプレート１０１
７の間にグリッド電極１１２０を備えていることであ
る。

【０２６０】前述のパネル構造は、電子源配置が、マト
リクス配線或いははしご型配置のいずれの場合でも、大
気圧構造上必要に応じて、フェースプレート１０１７と
リアプレート１０１５の間にスペーサ１２０を設けるこ
とができる。

【０２６１】基板１０１１とフェースプレート１０１７
の中間には、グリッド電極１１２０が設けられている。
グリッド電極１１２０は、表面伝導型電子放出素子１０
１２から放出された電子ビームを変調することができる
もので、はしご型配置の素子行と直交して設けられたス
トライプ状の電極に電子ビームを通過させるため、各素
子に対応して１個ずつ円形の開口１１２１が設けられて
いる。グリッドの形状や設置位置は必ずしも図２３のよ
うなものでなくともよく、開口としてメッシュ状に多数
の通過口を設けることもあり、また例えば表面伝導型電
子放出素子の周囲や近傍に設けてもよい。

【０２６２】容器外端子１１２２およびグリッド容器外
端子１１２３は、図２１の駆動回路と電気的に接続され
ている。

【０２６３】本画像形成装置では、素子行を１行（１ラ
イン）ずつ順次駆動（走査）していくのと同期してグリ
ッド電極列に画像１ライン分の変調信号を同時に印加す
ることにより、各電子ビームの蛍光体への照射を制御
し、画像を１ラインずつ表示することができる。

【０２６４】上記の２つの画像表示装置の構成は、本発
明を適用可能な画像形成装置の一例であり、本発明の思
想に基づいて種々の変形が可能である。入力信号につい
てはＮＴＳＣ方式を挙げたが、入力信号はこれに限るも
のではなく、ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭ方式など他、これらよ
り多数の走査線からなるＴＶ信号（例えば、高品位Ｔ
Ｖ）方式をも採用できる。

【０２６５】また、本発明によればテレビジョン放送の
画像表示装置のみならずテレビ会議システム、コンピュ
ータ等の画像表示装置に適した画像形成装置を提供する
ことができる。さらには感光性ドラム等で構成された光
プリンターとしての画像形成装置として用いることもで
きる。

【０２６６】

【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳述
する。

【０２６７】以下に述べる各実施例においては、マルチ
電子ビーム源として、前述した、電極間の導電性微粒子
膜に電子放出部を有するタイプのＮ×Ｍ個（Ｎ＝３０７
２、Ｍ＝１０２４）の表面伝導型放出素子を、Ｍ本の行
方向配線とＮ本の列方向配線とによりマトリクス配線
（図８および図１１参照）したマルチ電子ビーム源を用
いた。

【０２６８】［実施例１］ アルミナ基板、板状、酸化
ルテニウムペースト 本実施例で用いるスペーサを以下のように作成した。

【０２６９】リアプレートと同質のソーダライムガラス
基板と同じ熱膨張係数を有するようにジルコニアとアル
ミナを６５：３５の重量比で混合したセラミック基板を
原形にして、研磨処理により、その外形寸法が、厚さ
０．２ｍｍ、高さ３ｍｍ、長さ４０ｍｍとなるように形
状加工した。このときの表面の粗さ平均値は３００Åで
あった。この基板をａ０とする。

【０２７０】上記スペーサ基板ａ０を、成膜工程に先立
って、先ず、純水、ＩＰＡ、アセトン中で３分間超音波
洗浄した後、８０℃で３０分間乾燥処理を施した後、Ｕ
Ｖオゾン洗浄を施し基板表面の有機物残基を取り除く処
理を施した。

【０２７１】次に、ＤｕＰｏｎｔ社製１１０８抵抗体ペ
ーストを、印刷法により塗工し、加熱焼成炉にて、第１
の成分の軟化点である約６００℃より高い温度である８
００℃１０分間の加熱乾燥工程に通した。このときの膜
厚は、２μｍであり、この時の膜表面の表面粗さは、１
８０Åであった。この塗工と加熱工程を裏面にも行い、
高抵抗膜を両面に形成した。酸化ルテニウム焼成膜は回
り込みにより、すべての面を被覆しており、膜の連続性
は良好であった。上記条件で同時成膜した膜の面積抵抗
はＲ／□＝２×１０⁹ Ω／□であり、二次電子放出係数
の第一、第2クロスポイントエネルギーはそれぞれ、９
０eV（＝１．４４２×１０^-17Ｊ）および５keV（＝８．
０１×１０^-16Ｊ）であった。

【０２７２】このコーティング膜（塗工膜）中の機能成
分は、第２の成分の導体として酸化ルテニウム、第１の
成分のガラス成分としてＳｉＯ₂ とＰｂＯであった。得
られた膜を走査型電子顕微鏡で加速電圧を１０ｋＶとし
て観察すると、図１（ｂ）の平面図と断面図のような酸
化ルテニウム微粉末の凝集した３次元状ネットワークが
観察された。図中、３ａはガラス成分であり、３ｂは酸
化ルテニウム微粒子、境界領域に認められる３ｃはＲｕ
がガラス成分中に溶出して形成した、中抵抗領域であっ
た。

【０２７３】ここで、前述の本実施例スペーサの試料表
面の第１の領域と第２の領域のそれぞれに対して、（す
なわち、３ａの領域と３ｂと３ｃで作られる領域）入射
エネルギー1keV（＝１．６０２×１０^-16Ｊ）、2keV
（＝３．２０４×１０^-16Ｊ）、3keV（＝４．８０６×
１０^-16Ｊ）、5keV（＝８．０１０×１０^-16Ｊ）および
10keV（＝１．６０２×１０^-15Ｊ）の５つのエネルギー
範囲で、スポット径を５０nm以下にして二次電子放出係
数を測定し、それぞれの領域の入射エネルギー依存特性
を得た。３ａ領域と３ｂと３ｃで作られる領域に対して
それぞれ測定して、エネルギー依存特性を得た。この特
性を前述の一般式（０）に回帰分析フィッティングをか
けて一般式（０’）に示したパラメータである電子侵入
長ｄｐのエネルギー依存係数である1/（Ａｎ）を前記の
２領域に対して決定した。

【０２７４】ここで、電子侵入長ｄｐの入射エネルギー
依存特性は、実効的な電子密度Ｄと入射電子エネルギー
Ｅの関数として、一般式 ｄｐ=1/D*520*Eⁿ(Å) ここで、 電子密度はD(cm^-3) Eは入射エネルギー (keV） と記述できるため、それぞれの領域の電子密度が決定さ
れる。本実施例の電子密度の比は、３a領域の測定値を
３ｂと３ｃとからなる領域の測定値で規格化して求めら
れるが、２であった。電子密度の比は１．５倍以上が好
ましい。

【０２７５】これに限らず本発明では種々のネットワー
ク系帯電防止膜を使用することが可能である。

【０２７６】さらに、上下基板との接合部となる領域に
下記の方法により低抵抗膜を形成した。接合部と平行
に、２００μｍの帯状に１０ｎｍ厚のチタン膜と２００
ｎｍ厚のＰｔ膜をどちらもスパッタにより気相形成し
た。この際、Ｔｉ膜は、Ｐｔ膜の膜密着性を補強する下
地層として設けた。こうして低抵抗膜付きスペーサ１０
２０を得た。これをスペーサＡとする。このときの低抵
抗の膜厚は２１０ｎｍであり、面積抵抗は１０Ω／□で
あった。

【０２７７】得られたスペーサＡの膜構成は断面図とし
て、図１（ａ）のようであった。

【０２７８】スペーサＡの二次電子放出係数の角度依存
係数ｍ₀は、入射電子エネルギー１ｋＶに対して、３で
あった。

【０２７９】本実施例では、前述した図８に示すスペー
サ１０２０を配置した表示パネルを作製した。以下、図
８および図９を用いて詳述する。まず、あらかじめ基板
上に行方向配線電極１０１３、列方向配線電極１０１
４、電極間絶縁層（不図示）、および表面伝導型放出素
子１０１２の素子電極と導電性薄膜を形成した基板１０
１１を、リアプレート１０１５に固定した。次に、前記
スペーサＡをスペーサ１０２０として基板１０１１の行
方向配線１０１３上に等間隔で、行方向配線１０１３と
平行に固定した。その後、基板１０１１の５ｍｍ上方
に、内面に蛍光膜１０１８とメタルバック１０１９が付
設されたフェースプレート１０１７を側壁１０１６を介
し配置し、リアプレート１０１５、フェースプレート１
０１７、側壁１０１６およびスペーサ１０２０の各接合
部を固定した。基板１０１１とリアプレート１０１５の
接合部、リアプレート１０１５と側壁１０１６の接合
部、およびフェースプレート１０１７と側壁１０１６の
接合部は、フリットガラス（不図示）を塗布し、大気中
で４００℃乃至５００℃で１０分以上焼成することで封
着した。また、スペーサ１０２０は、基板１０１１側で
は行方向配線１０１３（線幅３００［μｍ］）上に、フ
ェースプレート１０１７側ではメタルバック１０１９面
上に、導電性のフィラーあるいは金属等の導電材を混合
した導電性フリットガラス（不図示）を介して配置し、
上記気密容器の封着と同時に、大気中で４００℃乃至５
００℃で１０分以上焼成することで、接着しかつ電気的
な接続も行った。

【０２８０】なお、本実施例においては、蛍光膜１０１
８は、図１４に示すように、各色蛍光体１３０１が列方
向（Ｙ方向）に延びるストライプ形状を採用し、黒色の
導電体１０１０は各色蛍光体（Ｒ、Ｇ、Ｂ）１３０１間
だけでなく、Ｙ方向の各画素間をも分離するように配置
された蛍光膜が用いられ、スペーサ１０２０は、黒色の
導電体１０１０の行方向（Ｘ方向）に平行な領域（線幅
３００［μｍ］）内にメタルバック１０１９を介して配
置された。なお、前述の封着を行う際には、各色蛍光体
１３０１と基板１０１１上に配置された各素子１０１３
とを対応させなくてはいけないため、リアプレート１０
１５、フェースプレート１０１７およびスペーサ１０２
０は十分な位置合わせを行った。

【０２８１】以上のようにして完成した気密容器内を排
気管（不図示）を通じ真空ポンプにて排気し、十分な真
空度に達した後、容器外端子Ｄｘ１〜ＤｘｍとＤｙ１〜
Ｄｙｎを通じ、行方向配線電極１０１３および列方向配
線電極１０１４を介して各素子１０１３に給電して前述
の通電フォーミング処理と通電活性化処理を行うことに
よりマルチ電子ビーム源を製造した。次に、１０^-6［Ｔ
ｏｒｒ］（１．３３×１０^-4Ｐａ）程度の真空度で、不
図示の排気管をガスバーナーで熱することで溶着し外囲
器（気密容器）の封止を行った。

【０２８２】最後に、封止後の真空度を維持するため
に、ゲッター処理を行った。

【０２８３】以上のように完成した、図８および図９に
示されるような表示パネルを用いた画像表示装置におい
て、各冷陰極素子（表面伝導型放出素子）１０１２に
は、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎを通
じ、走査信号およ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１０１９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１０１
８に電子を衝突させ、各色蛍光体１３０１（図１４の
Ｒ、Ｇ、Ｂ）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３［ｋＶ］
〜１２［ｋＶ］の範囲で徐々に放電が発生する限界電圧
まで印加し、各配線１０１３、１０１４間への印加電圧
Ｖｆは１４［Ｖ］とした。高圧端子Ｈｖへの８ｋＶ以上
電圧を印加して連続駆動が一時間以上可能な場合に、耐
電圧は良好と判断した。

【０２８４】このとき、スペーサＡ近傍では、耐電圧は
良好であった。さらに、スペーサＡに近い位置にある冷
陰極素子１０１２からの放出電子による発光スポットも
含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、
鮮明で色再現性のよいカラー画像表示ができた。このこ
とは、スペーサＡを設置しても電子軌道に影響を及ぼす
ような電界の乱れは発生しなかったことを示している。

【０２８５】［実施例２］ 低アルカリ基板、板状、酸
化ルテニウム リアプレートと同質の低アルカリガラス基板を原形にし
て、ガラスの射出成形と鏡面研磨処理により、その外形
寸法が、厚さ０．２ｍｍ、高さ３ｍｍ、長さ４０ｍｍと
なるように形状加工した。このときの表面の粗さ平均値
は１００Åであった。この基板をｇ０とする上記スペー
サ基板ｇ０を、成膜工程に先立って、先ず、純水、ＩＰ
Ａ、アセトン中で３分間超音波洗浄した後、８０℃で３
０分間乾燥処理を施した後、ＵＶオゾン洗浄を施し基板
表面の有機物残基を取り除く処理を施した。

【０２８６】スペーサ基板として上記ガラス基板ｇ０を
用いたことと加熱上限温度を第１の成分であるガラス成
分の軟化点とほぼ一致する６００℃に設定したこと以外
は、実施例１の作成方法と同様にして高抵抗膜で被覆し
低抵抗膜を部分的に形成した。これに限らず、本発明で
は種々の基板を使用できる。たとえば、図２に示すよう
な円柱型基板、図３に示すような角型等である。

【０２８７】得られた膜の膜厚は２μｍ、膜の面積抵抗
は、１０⁹ Ω／□であり、表面粗さは、１６０Åであっ
た。膜は、回り込みによりすべての面を被覆しており、
膜の連続性は良好であった。

【０２８８】得られた膜を走査型電子顕微鏡で加速電圧
を１０ｋＶとして観察すると、実施例１と同様に酸化ル
テニウム微粉末の凝集したネットワークが観察された。

【０２８９】さらに実施例１と同様にしてスパッタによ
る低抵抗膜を作成した。これをスペーサＢとする。スペ
ーサＢの二次電子放出係数の角度依存係数ｍ₀は、入射
電子エネルギー１ｋＶに対して、２．９であった。

【０２９０】さらに、実施例１と同様にして、電子線放
出素子を組み込んだリアプレート等とともに電子線放出
装置を作成し、実施例１と同条件で、高圧印加および素
子駆動を行った。

【０２９１】このとき、スペーサＢ近傍では、耐電圧は
良好であった。さらに、スペーサＢに近い位置にある冷
陰極素子１０１２からの放出電子による発光スポットも
含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、
鮮明で色再現性のよいカラー画像表示ができた。このこ
とは、スペーサＢを設置しても電子軌道に影響を及ぼす
ような電界の乱れは発生しなかったことを示している。

【０２９２】上記実施例では板状のスペーサとしたが、
図２，３に示すように円柱状、角状など種々の形状のス
ペーサや部材に本発明は採用し得る。

【０２９３】［比較例］ 均一成分系スパッタ成膜スペ
ーサ 高抵抗膜として金属窒化物をスパッタで成膜したこと以
外は、実施例１と同様にしてスパッタによる高抵抗膜と
低抵抗膜を形成したスペーサを作成した。これをスペー
サｆとした。高抵抗膜は以下の工程により作成した。

【０２９４】基板表面に、帯電防止膜として、Ｃｒおよ
びＡｌのターゲットを高周波電源で同時スパッタするこ
とにより、Ｃｒ−Ａｌ合金窒化膜を膜厚２００ｎｍ形成
した。スパッタガスはＡｒ：Ｎ₂ が１：２の混合ガスで
全圧力は１ｍＴｏｒｒ（１．３３×１０^-1Ｐａ）であ
る。上記条件で同時成膜した膜の面積抵抗はＲ／□＝２
×１０⁹ Ω／□であった。

【０２９５】得られたスペーサｆの表面粗さは、３００
Åであるが、高抵抗膜部分も剥がれなど無く、膜の連続
性は良好であった。さらに、走査型電子顕微鏡で観察し
たところ、加速電圧を２０ｋＶまであげても、膜中にネ
ットワーク構造は認められない均一な膜であることを確
認した。スペーサｆの二次電子放出係数の角度依存係数
ｍ₀は、入射電子エネルギー１ｋＶに対して、１０．５
であった。

【０２９６】さらに、実施例１と同様にして、電子線放
出素子を組み込んだリアプレート等とともに電子線放出
装置を作成し、実施例１と同条件で、高圧印加および素
子駆動を行った。

【０２９７】このとき、スペーサｆ近傍では、耐電圧は
良好であったが、素子を破壊するにはいたらなかった
が、微少な放電が観測された。さらに、スペーサｆに近
い位置にある冷陰極素子１０１２からの放出電子による
発光スポットは、スペーサ側に画素ピッチの０．２倍程
度、引き寄せられていた。このことは、スペーサの帯電
が発生し、スペーサｆを設置したことにより、電子軌道
に影響を及ぼすような電界の乱れが発生したことを示し
ている。

【０２９８】以上本発明による低抵抗膜を形成したスペ
ーサａ０、ｇ０および比較例のスペーサｆについて、表
面形状、二次電子放出係数入射角度依存性、発光点変
位、および陽極耐印加電圧について比較すると、スペー
サａ０、ｇ０および比較例のスペーサｆのすべてについ
てそのパネル特性としての電気的コンタクト、発光点変
位、耐電圧は良好であり、電子線装置の耐真空スペーサ
として適当な帯電防止用高抵抗膜付きスペーサを形成で
きた。なお、電気的コンタクトとは、低抵抗膜を介し
た、高抵抗膜と基板配線並びにフェースプレート配線と
のコンタクトのことである。しかしながら、スペーサｆ
に比べて、スペーサａ０、ｇ０は、二次電子放出係数の
角度依存係数ｍ₀が１／２以下に減少しており、スペー
サに入射する斜め入射電子の帯電を抑制させる効果が得
られた。さらには、二次電子の多重放出現象も抑制され
た為、ビームの安定性と放電抑制能力も高いスペーサが
得られた。

【０２９９】以上説明したように、以上説明してきた実
施態様によれば、入射角度の緩和効果と二次電子の累積
的な入射放出の抑止効果により、最近接電子源による、
直接入射電子による帯電のみならずフェースプレートか
らの反射電子や、陽極印加電圧によってスペーサ縁面上
を多重放出される累積的な放出電子の生成による帯電を
も抑制したスペーサを提供することが可能となる。

【０３００】これにより、帯電に伴う発光点の変位や延
面放電を抑制した優れた表示品位と長期信頼性のある電
子線型の画像表示装置を作成することが可能になる。

【０３０１】さらには、以上説明したスペーサは、導体
成分とガラス成分の混合比もしくは微量の金属酸化物の
添加により抵抗値の制御が容易であり、さらには、膜製
造プロセスが塗工工程と加熱乾燥工程により実現できる
為、材料の利用効率の高さと併せて、膜作成上プロセス
の簡便性、ローコスト性においても、他のスパッタ成膜
装置による成膜を前提とする帯電防止膜より有利であ
る。

【０３０２】

【発明の効果】本願に係わる発明によれば、電子線装置
において、気密容器内の部材の帯電による影響を緩和す
ることができる。また、表示品位が良好で長期信頼性の
ある画像表示装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に記載したスペーサの概略図。 ａ．本発明の実施例のスペーサ基板の断面図。 ｂ．本発明の実施例のスペーサ基板の混合体のネットワ
ーク構造を示す説明図。

【図２】本発明のスペーサである実施例の別の形態を示
した説明図。 ａ．本発明の別の実施例である柱状スペーサの概観。 ｂ．本発明の別の実施例である柱状スペーサの鉛直断面
図。

【図３】本発明のスペーサである実施例の別の形態を示
した説明図。 ａ．本発明の別の実施例である角型スペーサの概観。 ｂ．本発明の別の実施例である角型スペーサの水平断面
図。

【図４】二次電子放出効果を考慮した帯電電位の基本計
算モデル。

【図５】帯電の蓄積効果を説明する駆動時間の例示を示
す説明図。

【図６】一次電子入射角と二次電子放出の分布を示す説
明図。

【図７】二次電子放出係数の入射角度θ依存特性を示す
説明図。

【図８】本発明の実施形態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。

【図９】本発明の本発明の実施形態である表示パネルの
Ａ−Ａ′断面図。

【図１０】本発明の実施形態で用いた平面型の表面伝導
型電子放出素子の平面図（ａ）、断面図（ｂ）。

【図１１】本発明の実施形態で用いたマルチ電子ビーム
源の基板の平面図。

【図１２】本発明の実施形態で用いたマルチ電子ビーム
源の基板の一部断面図。

【図１３】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。

【図１４】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。

【図１５】平面型の表面伝導型電子放出素子の製造工程
を示す断面図。

【図１６】通電フォーミング処理の際の印加電圧波形。

【図１７】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）。

【図１８】本発明の実施形態で用いた垂直型の表面伝導
型電子放出素子の断面図。

【図１９】垂直型の表面伝導型電子放出素子の製造工程
を示す断面図。

【図２０】本発明の実施形態で用いた表面伝導型電子放
出素子の典型的な特性を示すグラフ。

【図２１】本発明の実施形態である画像表示装置の駆動
回路の概略構成を示すブロック図。

【図２２】本発明の一例であるはしご型配列の電子源の
模式的平面図。

【図２３】本発明の一例であるはしご型配列の電子源を
持つ平面型画像表示装置の斜視図。

【図２４】従来知られた表面伝導型電子放出素子の一
例。

【図２５】従来知られたＦＥ型素子の一例。

【図２６】従来知られたＭＩＭ型素子の一例。

【図２７】従来知られた平面型画像表示装置の、表示パ
ネルの一部を切り欠いて示した斜視図。

【符号の説明】

１ スペーサ基板 ２ 高抵抗膜 ３、２１ 低抵抗膜 ５ 側面部 １１ 高抵抗膜 １０１１ 基板 １１０２，１１０３ 素子電極 １１０４ 導電性薄膜 １１０５ 通電フォーミング処理により形成した電子放
出部 １１１３ 通電活性化処理により形成した膜 １０１５ リアプレート １０１６ 側壁 １０１７ フェースプレート（ＦＰ） １０２０ スペーサ

Claims (37)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子源を備えた気密容器を有する電子線
   装置であって、 前記気密容器内に第１の部材を有しており、該第１の部
   材は、少なくとも一部を膜で被覆されており、該膜は、
   第１の領域中で、該第１の領域とは電子密度の異なる第
   ２の領域がネットワークを形成している膜であることを
   特徴とする電子線装置。
2. 【請求項２】 前記第２の領域の電子密度は前記第１の
   領域の電子密度よりも大きい請求項１に記載の電子線装
   置。
3. 【請求項３】 前記第２の領域の電子密度は前記第１の
   領域の電子密度の１．５倍以上である請求項２に記載の
   電子線装置。
4. 【請求項４】 前記第２の領域は導電性を有する請求項
   １乃至３いずれかに記載の電子線装置。
5. 【請求項５】 前記第１の領域はガラス成分を有する請
   求項１乃至４いずれかに記載の電子線装置。
6. 【請求項６】 前記第２の領域が、酸化ルテニウム、Ｐ
   ｄ−Ａｇ、炭素、酸化モリブデン、ＬａＢ−酸化錫、酸
   化タンタル、ＭｏＳｉ₂、ＮｂＳｉ₂、ＴａＳｉ₂、Ｍを
   Ｂｉ，Ｐｂ，ＡｌのいずれかとするＭ₂Ｒｕ₂Ｏ_7-xの少
   なくともいずれかを含んでいる請求項１乃至５いずれか
   に記載の電子線装置。
7. 【請求項７】 前記第１の領域が、酸化珪素、酸化硫
   黄、酸化ホウ素、アルミナの少なくともいずれかを含む
   ガラス成分を有する請求項１乃至６いずれかに記載の電
   子線装置。
8. 【請求項８】 前記膜は前記第１の領域を構成するため
   の第１の材料と、前記第２の領域を構成するための第２
   の材料とを含む混合物を、加熱することにより得られる
   膜である請求項１乃至７いずれかに記載の電子線装置。
9. 【請求項９】 前記膜は前記第１の領域を構成するため
   の第１の材料と、前記第２の領域を構成するための第２
   の材料とを含む混合物を、前記第１の材料の軟化点以上
   に加熱することにより得られる膜である請求項１乃至７
   いずれかに記載の電子線装置。
10. 【請求項１０】 前記膜は前記第１の領域を構成するた
    めの第１の材料と、前記第２の領域を構成するための第
    ２の材料とを含む混合物を、６００℃以上に加熱するこ
    とにより得られる膜である請求項１乃至７いずれかに記
    載の電子線装置。
11. 【請求項１１】 前記膜は前記第１の領域を構成するた
    めの第１の材料と、前記第２の領域を構成するための第
    ２の材料とを重量比で１０：１から１：１の範囲の割合
    で含む混合物からなる膜である請求項１乃至１０いずれ
    かに記載の電子線装置。
12. 【請求項１２】 前記第１の部材は、無アルカリガラス
    または低アルカリガラス上に前記膜を有するものである
    請求項１乃至１１いずれかに記載の電子線装置。
13. 【請求項１３】 前記第１の部材は、セラミックス上に
    前記膜を有するものである請求項１乃至１１いずれかに
    記載の電子線装置。
14. 【請求項１４】 前記セラミックスはアルミナとジルコ
    ニアを含む請求項１３に記載の電子線装置。
15. 【請求項１５】 前記セラミックスに占めるジルコニア
    の割合が３０から９０重量％である請求項１３もしくは
    １４に記載の電子線装置。
16. 【請求項１６】 前記セラミックスはアルミナを主成分
    とする請求項１３乃至１５いずれかに記載の電子線装
    置。
17. 【請求項１７】 前記膜は、１０⁷［Ω／□］〜１０¹⁴
    ［Ω／□］の面積抵抗値を有する請求項１乃至１６いず
    れかに記載の電子線装置。
18. 【請求項１８】 前記膜は、該膜を平滑基板上に平滑表
    面を有するように形成した際に、垂直入射条件で測定し
    た二次電子放出係数が３．５以下となる組成の膜である
    請求項１乃至１７いずれかに記載の電子線装置。
19. 【請求項１９】 前記膜において、表面の酸素濃度が膜
    内部の酸素濃度よりも大である請求項１乃至１８いずれ
    かに記載の電子線装置。
20. 【請求項２０】 前記膜は、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
    れかの方法による形成されたものである請求項１乃至１
    ９いずれかに記載の電子線装置。
21. 【請求項２１】 前記第１の部材は、前記電子源と当接
    しており、前記第１の部材は、前記膜である第１の膜
    と、前記電子源との当接部に設けた高導電性膜とを有し
    ており、前記第１の膜と高導電性膜とは接触している請
    求項１乃至２０いずれかに記載の電子線装置。
22. 【請求項２２】 前記第１の部材は、前記気密容器内に
    設けられ前記電子源より放出される電子を制御する電極
    と当接しており、前記第１の部材は、前記膜である第１
    の膜と、前記電極との当接部に設けた高導電性膜とを有
    しており、前記第１の膜と高導電性膜とは接触している
    請求項１乃至２１いずれかに記載の電子線装置。
23. 【請求項２３】 前記第１の部材は、スペーサである請
    求項１乃至２１いずれかに記載の電子線装置。
24. 【請求項２４】 前記気密容器内部に前記電子源より放
    出される電子を制御する電極を更に有する請求項１乃至
    ２３いずれかに記載の電子線装置。
25. 【請求項２５】 前記電子源が有する電子放出素子と前
    記電極の間の印加電圧が３ｋＶ以上である請求項２４に
    記載の電子線装置。
26. 【請求項２６】 前記膜は、前記電子源及び前記電極の
    双方に電気的に接続される請求項２４もしくは２５に記
    載の電子線装置。
27. 【請求項２７】 前記電子源は、電子放出素子として冷
    陰極素子を有する請求項１乃至２６いずれかに記載の電
    子線装置。
28. 【請求項２８】 前記気密容器内に、電子の照射により
    画像を形成するターゲットを有する請求項１乃至２７い
    ずれかに記載の電子線装置。
29. 【請求項２９】 前記ターゲットは蛍光体を備える請求
    項２８に記載の電子線装置。
30. 【請求項３０】 電子源を備えた気密容器を有する電子
    線装置において該気密容器内に配置する部材の製造方法
    であって、 基材上に第１の材料と第２の材料の混合物を配置する工
    程と、前記第１の材料の軟化点以上に加熱する工程とを
    有しており、該加熱する工程において前記第２の材料が
    前記第１の材料からなる領域の間隙に入り込むことを特
    徴とする電子線装置で用いる部材の製造方法。
31. 【請求項３１】 電子源を備えた気密容器を有する電子
    線装置において該気密容器内に配置する部材の製造方法
    であって、 基材上に第１の材料と第２の材料の混合物を配置する工
    程と、６００℃以上に加熱する工程とを有しており、該
    加熱する工程において前記第２の材料が前記第１の材料
    からなる領域の間隙に入り込むことを特徴とする電子線
    装置で用いる部材の製造方法。
32. 【請求項３２】 前記第１の材料がガラス成分を有する
    請求項３０もしくは３１に記載の電子線装置で用いる部
    材の製造方法。
33. 【請求項３３】 前記基材が無アルカリガラスまたは低
    アルカリガラスである請求項３０乃至３２いずれかに記
    載の電子線装置で用いる部材の製造方法。
34. 【請求項３４】 前記基材がセラミックスである請求項
    ３０乃至３２いずれかに記載の電子線装置で用いる部材
    の製造方法。
35. 【請求項３５】 前記セラミックスはジルコニアを含む
    請求項３４に記載の電子線装置で用いる部材の製造方
    法。
36. 【請求項３６】 前記セラミックスはアルミナを主成分
    とする請求項３４もしくは３５に記載の電子線装置で用
    いる部材の製造方法。
37. 【請求項３７】 前記基材は、前記ガラス成分の軟化点
    よりも軟化点が高いものである請求項３２に記載の電子
    線装置で用いる部材の製造方法。