JP2003223856A

JP2003223856A - 電子線装置およびスペーサ

Info

Publication number: JP2003223856A
Application number: JP2002021867A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Fushimi; 正弘伏見; Koji Shimizu; 康志清水
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-01-30
Filing date: 2002-01-30
Publication date: 2003-08-08

Abstract

(57)【要約】【課題】長時間の駆動に伴うスペーサ近傍の電子の軌
道の変化を抑制する。【解決手段】スペーサ基板１の表面上の凸凹の斜面の
最大傾斜角度θが８０°より大きい場合には、高抵抗膜
２の生成時に、基板角度８０°以上と同等となる場所が
部分的に発生し、結果的に高抵抗膜２の抵抗が増大し、
長時間の駆動に伴いスペーサ基板１に電荷が蓄積してし
まう。したがって、凹凸を形成するスペーサの斜面の最
大傾斜角度θを８０°以下とすることにより、スペーサ
の抵抗の増大を防ぐことができるようになるため、長時
間の駆動に伴う電子の軌道の変化の抑制が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子を放出する電
子源が設けられ、画像を形成する画像形成装置等として
用いられる電子線装置と、該電子線装置に設けられた外
囲器を内部で支持するためのスペーサとに関し、特に、
表面伝導型電子放出素子を電子源とする電子線装置およ
びスペーサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子放出素子としては熱電子源と
冷陰極電子源の２種類が知られている。冷陰極電子源に
は電界放出型素子（ＦＥ型素子）、金属／絶縁層／金属
型素子（ＭＩＭ素子）、表面伝導型電子放出素子（ＳＣ
Ｅ素子）等がある。

【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の膜面に平行な電流を流すと電子が
放出される現象を利用した電子放出素子である。このよ
うな表面伝導型電子放出素子としては、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
ものや、Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 薄膜によるものや、カー
ボン薄膜によるもの等が報告されている。

【０００４】さらに、本出願人らは、この表面伝導型電
子放出素子に関する技術を開示している。例えば、特開
平０９−１０２２７１号公報や特開２０００−２５１６
６５号公報には、インクジェット塗布方法による表面伝
導型電子放出素子の作成に関する技術が開示されてい
る。また、特開昭６４−０３１３３２号公報、特開平０
７−３２６３１１号公報には、表面伝導型電子放出素子
が２次元のマトリクス状に配置された電子線装置が開示
されており、特開平０８−１８５８１８号公報、特開平
０９−０５０７５７号公報には、２次元マトリクス形状
に配置された表面伝導型電子放出素子の配線形成方法が
開示されており、特開平０６−３４２６３６号公報等に
は、そのような電子線装置の駆動方法が開示されてい
る。

【０００５】図２０は、これらの表面伝導型電子放出素
子の典型的な構成の１例であるＭ．ハートウェルの素子
構成を示す模式図である。図２０（ａ）はその表面伝導
型電子放出素子の上面図であり、図２０（ｂ）はその側
面図である。図２０（ａ）に示すように、基板１０１の
上には、素子電極１０２、１０３が形成されており、素
子電極１０２、１０３に跨るように導電性薄膜１０４が
形成されている。

【０００６】基板１０１は、ガラス等から構成されてい
る。基板１０１に適用されるガラスとしては、廉価な青
板ガラスが一般的であるが、この場合には、この青板ガ
ラスの上にナトリウムブロック層として、厚さ０．５μ
ｍのシリコン酸化膜（図２０では不図示）を形成する必
要がある。このシリコン酸化膜は、スパッタ法等で形成
される。この他に、基板１０１は、ナトリウム成分の少
ないガラスや、石英基板でも作成可能である。

【０００７】基板１０１の大きさや厚みは、基板１０１
上に設置される表面伝導型電子放出素子の個数や、各素
子の個々の形状に応じて適宜設定される。さらに、基板
１０１の大きさや厚みは、電子を真空中に放出するため
に設けられた容器の一部を基板１０１自体が構成してい
る場合には、その容器内部を真空に保持するための耐大
気圧構造等の力学的条件等にも依存する。

【０００８】素子電極１０２、１０３の材料としては、
一般的な導体材料、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、クロム
（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐ
ｔ）、チタン（Ｔｉ）等の金属や、銀−パラジウム（Ｐ
ｄ−Ａｇ）等の金属が好適であり、金属酸化物とガラス
等から構成される印刷導体や、ＩＴＯ（インジウム−ス
ズ酸化物：ｉｎｄｉｕｍｔｉｎｏｘｓｉｄｅ）等の
透明導電体などから適宜選択され得る。素子電極１０
２、１０３の膜厚は、好ましくは数百Åから数μｍの範
囲が適当である。

【０００９】素子電極１０２、１０３間の間隔Ｌ、素子
電極１０２、１０３の長さＷ、素子電極１０２、１０３
の形状は、表面伝導型電子放出素子が応用される形態等
に応じて適宜設計される。素子電極１０２、１０３間の
間隔Ｌは、好ましくは数千Åから１ｍｍであり、より好
ましくは、素子電極１０２．１０３間に印加する電圧等
を考慮して１μｍから１００μｍの範囲となっている。
また、素子電極１０２、１０３の長さＷは、好ましくは
素子電極１０２、１０３の抵抗値、電子放出特性を考慮
して、数μｍから数百μｍの範囲となっている。

【００１０】素子電極１０２、１０３は、市販の白金
（Ｐｔ）等の金属粒子を含有したペーストを、オフセッ
ト印刷等の印刷法によって塗布することによって形成す
ることができる。また、より精密なパターンを得る目的
で、白金（Ｐｔ）等を含有する感光性ペーストをスクリ
ーン印刷等の印刷法で塗布し、フォトマスクを用いて露
光、現像することによっても素子電極１０２、１０３を
形成することができる。

【００１１】素子電極１０２、１０３の形成工程終了
後、素子電極１０２、１０３に跨る形態で、導電性薄膜
１０４が作成される。導電性薄膜１０４としては、良好
な電子放出特性を得るために、微粒子で構成された微粒
子膜であることが特に好ましい。

【００１２】導電性薄膜１０４の膜厚は、素子電極１０
２、１０３へのステップカバレージ、素子電極１０２、
１０３間の抵抗値、および後述するフォーミング処理の
条件などを考慮して適宜設定されるが、好ましくは数Å
から数千Åであり、さらに好ましくは１０Åから５００
Åの範囲とするのがよい。

【００１３】本出願人らの研究によると、導電性薄膜１
０４の材料としては、一般にパラジウム（Ｐｄ）が適し
ているが、これには制限されない。また、導電性薄膜１
０４の成膜形成方法は、スパッタ法、溶液塗布後に焼成
する方法などが適宜用いられる。

【００１４】溶液塗布後に焼成する方法の１つに、有機
パラジウム溶液を塗付後、焼成し、導電性膜１０４とし
て酸化パラジウム（ＰｄＯ）膜を形成する方法がある。
この方法では、酸化パラジウム膜形成後、水素が共存す
る還元雰囲気下でその膜を通電加熱してパラジウム（Ｐ
ｄ）膜とするとともに、その膜に亀裂を形成する。この
亀裂が電子放出部１０５となる。

【００１５】なお、図２０では、簡略化の観点から、電
子放出部１０５を導電性薄膜１０４の中央に矩形の形状
で示した。しかし、これは、実際の電子放出部１０５の
位置や形状を忠実に再現しているものではなく、電子放
出部１０５の位置や形状は、図２０に示す位置や形状に
制限されない。

【００１６】以上のような素子構成を有する表面伝導型
放出素子は、冷陰極素子の中でも、構造が単純で製造も
容易であることから、大面積にわたって多数の素子を形
成できるという利点がある。そのため、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−ム源など
への表面伝導型放出素子の応用が盛んに研究されてい
る。

【００１７】特に、画像形成装置への応用においては、
例えば、米国特許第５、０６６、８８３号公報や特開平
２−２５７５５１号公報や特開平４−２８１３７公報に
おいて本出願人が開示しているように、電子を放出する
表面伝導型放出素子と、電子ビ−ムの照射により発光す
る蛍光体とを組み合わせて画像を表示する画像表示装置
が研究されている。表面伝導型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効果を発揮することが期待され
ている。例えば、このような画像表示装置は、近年普及
してきた液晶表示装置に比べて、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。

【００１８】図２１は、上述の画像表示装置の構造を示
す断面図である。この画像表示装置は、スペーサ基板９
０１と、前述の蛍光体（図２１では不図示）を有する第
２の部材であるフェースプレート９０２と、電子源を有
する第１の部材であるリアプレート９０３とを備えてい
る。フェースプレート９０２とリアプレート９０３との
間の空間は真空となっている。

【００１９】フェースプレート９０２とリアプレート９
０３との間には電位差（等電位線９０９で示されてい
る）があり、フェースプレート９０２側の方が高電位と
なっている。リアプレート９０３上には、電子を放出す
る電子放出部９０７ａ、９０７ｂと、その電子放出部９
０７ａ、９０７ｂを駆動するための駆動回路（図２１で
は不図示）と、電子放出部９０７ａ、９０７ｂと駆動回
路とを接続するための配線電極９０６とが配設されてい
る。配線電極９０６を介して電子放出部９０７ａ、９０
７ｂが駆動されると、等電位線９０９に従って、電子放
出部９０７からフェースプレート９０２に向かって電子
が放出される。放出された電子の軌道は、電子軌道９０
８ａ、９０８ｂで示されている。放出された電子がフェ
ースプレート９０２に到達すると、フェースプレート９
０２の蛍光体によって所望の画像が形成される。

【００２０】フェースプレート９０２とリアプレート９
０３との間に挿入されたスペーサ基板９０１は、フェー
スプレート９０２とリアプレート９０３との間隔が一定
に保たれるように大気圧に抗してそれらを支持してい
る。したがって、スペーサ基板９０１には、耐大気圧を
可能とするための十分な機械的強度が求められる。さら
に、スペーサ基板９０１が、リアプレート９０３とフェ
ースプレート９０２との間を飛翔する電子の軌道９０８
ａ、９０８ｂに大きな影響を与えないようにすることが
求められている。リアプレート９０３とフェースプレー
ト９０２との間を飛翔する電子の軌道９０８ａ、９０８
ｂには、スペーサ基板９０１の帯電が大きな影響を与え
る。電子源である電子放出部９０７ａ、９０７ｂから放
出された電子の一部、またはフェースプレートで反射し
た電子がスペーサ基板９０１に入射し、スペーサ基板９
０１から二次電子が放出されたり、電子の衝突によって
電離したイオンがスペーサ基板９０１の表面に付着した
りすることによってスペーサ基板９０１の帯電が発生す
るものと考えられている。

【００２１】スペーサ９０１基板が正帯電すると、スペ
ーサ基板９０１の近傍を飛翔する電子（軌道９０８ａの
電子）は、スペーサ基板９０１に引き寄せられる。そう
すると、その電子は、所望の画像を形成するための軌道
から逸れ、結果的にフェースプレート９０２上に形成さ
れる画像に歪みが生じる。電子を引き寄せる力はスペー
サ基板９０１に近ければ近いほど大きいため、画像の歪
みは、スペーサ基板９０１に近ければ近いほど大きくな
る。また、このような画像表示装置においては、リアプ
レート９０３とフェースプレート９０２との間隔が大き
くなればなるほど、フェースプレート９０２に到達した
ときの電子軌道９０８ａのずれが大きくなるため、画像
の歪みは顕著になる。

【００２２】このような画像の歪みを防ぐ方法として、
従来から、電子軌道補正のための電極をスペーサ基板９
０１に形成する方法や、スペーサ基板９０１の表面に、
高抵抗膜９０４を被覆して導電性を付与し、若干の電流
を流すことによって表面上の電荷を除去する方法などが
行なわれていた。導電性を付与する方法をスペーサ基板
９０１に応用し、スペーサ基板９０１の表面を酸化スズ
で被覆する方法が特開昭５７−１１８３５５号公報に開
示されている。また、特開平３-４９１３５号公報に
は、酸化パラジウム（ＰｄＯ）系ガラス材でスペーサ基
板９０１を被覆する方法が開示されている。また、図２
１に示すように、スペーサ基板９０１におけるフェース
プレート９０２とリアプレート９０３とのそれぞれの当
接部にスペーサ電極９０５ｂ、９０５ａを形成すること
によって、スペーサ基板９０１の被覆材に均一な電場を
印加し、接続不良や電流集中によるスペーサ基板９０１
の破壊を防ぐ方法も開示されている。スペーサ電極９０
５ａは、リアプレート９０３側のスペーサ９０１の電極
であり、このスペーサ電極９０５ａに印加する電圧を変
更して空間中の電場を変化させることによって電子軌道
９０８ａを反発させることができる。電子軌道９０８ａ
は、スペーサ基板９０１の帯電およびフェースプレート
９０２側のスペーサ電極９０６ｂの影響を受けながらフ
ェースプレート９０２側に吸引される。

【００２３】しかしながら、これらの方法を適用して
も、電子放出素子（電子放出部９０７ａ、９０７ｂ）の
ピッチやそれらの駆動条件によっては、スペーサの帯電
を完全に除去できない場合や、装置の量産性を考慮して
導電性を付与しない方が好ましい場合などがある。この
ような場合などに対して、例えば、特開平２０００−３
１１６３２号公報には、図２２に示すように、スペーサ
基板９０１の表面に凹凸形状を設けることによって、ス
ペーサの帯電電荷量を抑制する方法が提案されている。

【００２４】しかしながら、これらのスペーサ９０１に
おいて、画像表示装置の駆動時間増加に伴って、フェー
スプレート９０２における電子ビームの到達位置が僅か
づつ変化していく場合がある。図２３に示すように、装
置の駆動時間の増加に伴って、スペーサ９０１近傍の電
子は、さらにスペーサ側に引き寄せられ、その軌道は、
軌道９０８ａから９０８ａ’に変化する。図２４は、電
子軌道９０８ａの初期ビーム位置からの変化の様子を示
すグラフである。図２４に示すグラフにおいては横軸が
装置の駆動時間であり、縦軸がフェースプレート９０２
におけるビーム位置である。そのビーム位置は、初期位
置を０とし、スペーサ９０１の方向を正として図示され
ている。図２４に示すように、駆動時間が長くなればな
るほど、ビーム位置はスペーサに近づいていくのがわか
る。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の電子線装置では、駆動時間が長くなればなるほどス
ペーサ近傍の電子軌道のずれが大きくなってしまうとい
う問題があった。

【００２６】本発明は、長時間の駆動に伴うスペーサ近
傍の電子の軌道の変化を抑制することができる電子線装
置およびスペーサを提供することを目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、電子を放出する電子源が設けられた第１
の基板と、前記電子源が設けられた表面に対向して設け
られた第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板
との間隔を一定に保つために設けられたスペーサとを有
する電子線装置において、前記スペーサの表面のうち、
前記第１の基板と前記第２の基板との間の空間に露出す
る表面に、凹部および凸部の両方またはいずれか一方で
形成される起伏部が設けられ、前記スペーサの表面の平
坦部に対する前記起伏部を形成する斜面の最大傾斜角度
が８０°以下であることを特徴とする。

【００２８】本出願人らは、スペーサの形状によって上
述の問題点が解決されることを見出した。図１は、本発
明のスペーサの構造を示す断面図であり、図２は、図１
のスペーサの断面図である。図１、図２に示すように、
スペーサは、スペーサ基板１と、スペーサ１基板を被覆
する高抵抗膜２と、スペーサ基板１の図面上下に形成さ
れたスペーサ電極３と、スペーサ基板１上に形成された
凹凸部４（図２）とを備えている。図２に示すθは、ス
ペーサ基板の表面において、表面の平坦部に対する凹凸
部４を形成する斜面の最大傾斜角度を示す。

【００２９】図３は、凹凸を形成する斜面の最大傾斜角
度θを４６°とした場合と、８４°とした場合の、駆動
時間に対するビームの位置ずれを示す図である。図３に
示すように、θ＝４６°の場合には、θ＝８４°の場合
に比べて、ビーム位置の変化が抑制されていいるのがわ
かる。

【００３０】図４は、高抵抗膜２をスパッタ法で形成す
る場合の基板の角度と、高抵抗膜２の比抵抗との関係を
示すグラフである。図４のグラフは、スパッタ装置を用
いてガラス板（スペーサ基板１）上に高抵抗膜２を形成
したときのグラフである。横軸はガラス板とターゲット
のなす角度（基板角度）であり、縦軸は形成された高抵
抗膜２の比抵抗値である。なお、高抵抗膜２は、タング
ステン（Ｗ）とゲルマニウム（Ｇｅ）をターゲットと
し、流量比でアルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ₂）が１０：
１の混合ガスを１．５Ｐａのスパッタ圧力でスパッタす
ることによって形成されたものである。ガラス板とター
ゲット間の距離を約１００ｍｍとし、Ｗの投入出力は
０．６Ｗ／ｃｍ²とし、ゲルマニウム（Ｇｅ）ターゲッ
トへの投入電力を２Ｗ／ｃｍ²として膜厚２００ｎｍの
高抵抗膜２が成膜された。図４に示すように、基板角度
によって高抵抗膜２の抵抗値は変化し、８０°以上で大
きく増大しているのがわかる。

【００３１】以上述べたように、スペーサ基板１表面上
の凸凹の斜面の最大傾斜角度が８０°より大きい場合に
は、高抵抗膜２の生成時に、基板角度８０°以上と同等
となる場所が部分的に発生し、結果的に高抵抗膜２の抵
抗が増大し（帯電しやすくなり）、長時間の駆動に伴い
スペーサ基板１にそこに電荷が蓄積してしまう。本発明
では、凹凸を形成するスペーサの斜面の最大傾斜角度θ
を８０°以下とすることにより、スペーサの抵抗の増大
を防ぎ、長時間の駆動に伴う電子の軌道の変化を抑制す
ることができる。

【００３２】なお、凹凸の最大傾斜角度に対する抵抗の
感度は、高抵抗膜２の膜質及びその成膜方法に関係する
ため一義的に決定することはできない。また、凹凸形状
により帯電電荷量を抑えるためには、おおむね１０°以
上８０°以下であることが望ましい。２０°以上７０°
以下であると、さらに良好な結果を得ることができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施形態の電子
線装置およびスペーサについて、図面を参照して詳細に
説明する。以下の実施形態では、本発明の電子線装置の
好適な応用例である画像表示装置の構成、動作、および
その製造方法などについて主に説明する。

【００３４】（第１の実施形態）まず、本発明の第１の
実施形態の画像表示装置について説明する。図５は、本
実施形態の画像表示装置の構造を示す断面図である。図
５に示すように、本実施形態の画像表示装置は、第２の
基板であるフェースプレート５０２と、第１の基板であ
るリアプレート５０３とを備えている。フェースプレー
ト５０２とリアプレート５０３との間の空間は、気密容
器（全体として図示せず）の内部空間となっており、そ
の空間は、その気密容器、すなわち外囲器によって真空
に保持されている。

【００３５】さらに、大気圧に抗してフェースプレート
５０２と、リアプレート５０３との間の間隔を保持する
ための薄板状のスペーサ１００がフェースプレート５０
２とリアプレート基板５０３との間に固定されている。
スペーサ１００は、図５では１つしか図示されていない
が、上記の目的（フェースプレート５０２とリアプレー
ト５０３との間の間隔を保持すること）を達成するのに
必要な間隔をおいて必要な数だけ配置されている。絶縁
牲部材であるスペーサ基板５０１の表面には、スペーサ
１００の帯電防止を目的とした高抵抗膜５０４が成膜さ
れている。また、スペーサ１００には、フェースプレー
ト５０２と当接するスペーサ電極５０５ｂと、リアプレ
ート５０３と当接するスペーサ電極５０５ａとが成膜さ
れている。

【００３６】また、高抵抗膜５０４は、スペーサ基板５
０１の表面のうち、気密容器内の真空中に露出している
面には、少なくとも成膜されており、スペーサ電極５０
５を介して、フェースプレート５０２の内側に形成され
た後述するメタルバック（不図示）およびリアプレート
５０３の表面の配線電極５０６に電気的に接続されてい
る。したがって、スペーサ１００は、リアプレート５０
３上の配線電極５０６とフェースプレート５０２のメタ
ルバック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、スペーサ１００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。そのようなスペーサ１
００の絶縁性部材、すなわちスペーサ基板５０１として
は、例えば、石英ガラス、ナトリウム（Ｎａ）等の不純
物含有量を減少もしくは除去したガラス、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用いられ
る。なお、スペーサ基板５０１としては、その熱膨張率
が気密容器およびリアプレート５０３の部材と近いもの
が望ましい。高抵抗膜５０４には、高電位側のフェース
プレート５０２に印加される加速電圧Ｖａを帯電防止膜
である高抵抗膜５０４の抵抗値Ｒｓで除した電流が流れ
る。高抵抗膜５０４の抵抗値Ｒｓは、帯電防止および消
費電力の観点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、高抵抗膜５０４の表面抵抗Ｒ／□は１
０¹⁴Ω／□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、高抵抗膜５０４の表面抵抗は１０
¹³Ω／□以下であることがさらに好ましい。高抵抗膜５
０４の表面抵抗の下限は、スペーサ１００の形状とスペ
ーサ１００に印加される電圧により左右されるが、１０
⁸Ω以上であることが好ましい。

【００３７】絶縁材料（スペーサ基板５０１）上に形成
された高抵抗膜（帯電防止膜）５０４の厚みｔは、１０
ｎｍ以上５０μｍ以下の範囲であることが望ましい。材
料の表面エネルギーおよび基板との密着性や基板温度に
よっても異なるが、一般的に、膜厚を１０ｎｍ以下にす
るとその薄膜が島状に形成され、その抵抗が不安定で再
現性に乏しくなる。さらに、膜厚を５０μm以上にする
と、その薄膜の形成過程において、スペーサ基板５０１
が変形してしまう可能性が高くなる。

【００３８】高抵抗膜（帯電防止膜）５０４の比抵抗を
ρとすると、高抵抗膜５０４の表面抵抗Ｒ／□はρ／ｔ
となる。以上に述べたＲ／□とｔの好ましい範囲から、
高抵抗膜（帯電防止膜）５０４の比抵抗ρは１０²［Ω
・ｃｍ］以上１０⁹［Ω・ｃｍ］以下とすることが好ま
しい。さらに、表面抵抗Ｒ／□と膜厚ｔのより好ましい
範囲を実現するためには、比抵抗ρは１０⁴以上１０⁸Ω
ｃｍ以下とするのが望ましい。

【００３９】一方、高抵抗膜（帯電防止膜）５０４を電
流が流れることにより、あるいは画像表示装置（ディス
プレイ）全体が動作中に発熱することによってスペーサ
１００の温度は上昇する。高抵抗膜（帯電防止膜）５０
４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１００に流れる電流が
増加し、さらにスペーサ１００の温度が上昇する。そし
て、その電流は、電源の限界を越えるまで増加しつづけ
暴走する。このような電流の暴走が発生する条件は、以
下の一般式（１）で表される抵抗値の温度係数ＴＣＲ
（ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏ
ｆＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ）の値で特徴づけられる。こ
こで、ΔＴ、ΔＲは室温に対する実駆動状態のスペーサ
１００の温度Ｔおよび抵抗値Ｒの増加分であるとする。

【００４０】ＴＣＲ＝（ΔＲ／ΔＴ）／Ｒ×１００ [％／℃] ………（１）電流の暴走が発生するＴＣＲの条件は、経験的に−１
[％／℃]以下である。つまり、高抵抗膜（帯電防止膜）
５０４の抵抗温度係数は、−１[％／℃]より大きくする
のが望ましい。帯電防止特性を有する高抵抗膜５０４の
材料としては、例えば金属酸化物を用いることができ
る。金属酸化物の中でも、クロム（Ｃｒ）、ニッケル
（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）の酸化物が好ましい材料である。
それは、これらの酸化物は、二次電子放出効率が比較的
小さく、電子放出部５０７から放出された電子がスペー
サ１００に衝突した場合においても帯電しにくくするた
めである。金属酸化物以外にも炭素は、二次電子放出効
率が小さく、高抵抗膜５０４の材料として好ましい材料
である。特に、非晶質カーボンは高抵抗であるため、こ
れを高抵抗膜５０４の材料として用いると、スペーサ１
００の抵抗を所望の値に制御しやすくなる。帯電防止特
性を有する高抵抗膜５０４の他の材料として、アルミと
遷移金属合金の窒化物がある。アルミと遷移金属合金の
窒化物は、遷移金属の組成を調整することにより、良伝
導体から絶縁体まで広い範囲に抵抗値を制御できるので
高抵抗膜５０４として好適である。それに加えて、アル
ミと遷移金属合金の窒化物は、後述する表示装置の作製
工程において抵抗値の変化が少なく安定な材料であり、
その抵抗温度係数が−１％より大であり、実用的に使い
やすい材料である。その遷移金属元素としてはチタン
（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）等を用い
ることができる。

【００４１】合金窒化膜は、スパッタ、窒素ガス雰囲気
中での反応性スパッタ、電子ビーム蒸着、イオンプレー
ティング、イオンアシスト蒸着法等の薄膜形成手段によ
り絶縁性部材（スペーサ基板５０１）上に高抵抗膜５０
４として形成される。金属酸化膜も同様の薄膜形成法で
高抵抗膜５０４として作製することができるが、この場
合には、雰囲気として窒素ガスに代えて酸素ガスが使用
される。その他、ＣＶＤ法、アルコキシド塗布法でも金
属酸化膜を高抵抗膜５０４として形成することができ
る。

【００４２】カーボン膜は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶ
Ｄ法、プラズマＣＶＤ法で作製され、特に、非晶質カー
ボンを高抵抗膜５０４として作製する場合には、成膜中
の雰囲気に水素が含まれるようにするか、成膜ガスに炭
化水素ガスを使用する。スペーサ１００を構成するスペ
ーサ電極５０５ａ、５０５ｂは、高抵抗膜５０４を高電
位側のフェースプレート５０２と低電位側のリアプレー
ト５０３とそれぞれ電気的に接続するために設けられた
ものである。スペーサ電極５０５ａ、５０５ｂは、以下
に述べる複数の機能を有している。

【００４３】上述したように、高抵抗膜５０４は、スペ
ーサ１００の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、スペーサ電極５０５ａ、５０５ｂを設け
ずに高抵抗膜５０４をフェースプレート５０２とリアプ
レート５０３とに接続した場合には、その当接部界面に
大きな接触抵抗が発生してしまい、スペーサ１００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。これを避けるために、フェースプレート５０２、
リアプレート５０３と接触するスペーサ１００の当接面
にスペーサ電極５０５ａ、５０５ｂが設けられる。ま
た、電子放出部５０７ａ、５０７ｂから放出された電子
は、フェースプレート５０２とリアプレート５０３の間
に形成された電位分布に従って電子軌道５０８ａ、５０
８ｂを形成する。スペーサ１００の近傍で、それらの電
子軌道５０８ａ、５０８ｂに乱れが生じないようにする
ためには、高抵抗膜５０４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５０４をフェースプレー
ト５０２とリアプレート５０２とに接続した場合、当接
部界面の接触抵抗のために、接続状態のむらが発生し、
高抵抗膜５０４の電位分布が所望の値からずれてしまう
可能性がある。これを避けるために、スペーサ１００が
フェースプレート５０２及び基板５０３と当接するスペ
ーサ１００の端部の全長域にスペーサ電極５０５ａ、５
０５ｂを設けることによって、接続状態のむらが発生
し、高抵抗膜５０４の電位分布を均一化している。

【００４４】また、電子放出部５０７ａ、５０７ｂより
放出された電子は、フェースプレート５０２とリアプレ
ート５０３の間に形成された電位分布に従って電子軌道
を形成する。スペーサ１００の近傍の電子放出部５０７
ａから放出された電子に関しては、スペーサ１００に伴
う制約（配線、素子位置）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ためには、
放出された電子の軌道を制御してフェースプレート５０
２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５０２とリアプレート５０３と当接する面にス
ペーサ電極５０５ａ、５０５ｂをそれぞれ設けることに
より、スペーサ１００の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でき
る。

【００４５】本実施形態の画像表示装置においては、ス
ペーサ１００の凹凸の最大傾斜角度θを８０°以下の５
５°としている。高抵抗膜５０４には、前述したタング
ステン（Ｗ）とゲルマニウム（Ｇｅ）を窒素雰囲気中で
スパッタした膜が用いられる。また、スペーサ基板５０
１の凹凸のピッチは３０μmとし、その深さは１０μmと
した。

【００４６】また、本実施形態の画像表示装置では、図
５の断面方向の電子放出部５０７ａ、５０７ｂ間の距離
を６１５μｍとし、スペーサ１００の高さを１．６ｍｍ
とした。本実施形態の画像表示装置（パネル）を実際に
駆動させたところ、長時間に渡る駆動による、ビーム位
置の変化が小さくなった。

【００４７】次に、本実施形態の画像表示装置の構造お
よび製造法を具体的に説明する。

【００４８】図６は、本実施形態の画像表示装置の構造
を示す斜視図である。図６を参照すると、電子源基板８
０は、電子放出素子８７が２次元マトリクス状に多数配
置された基板である。ガラス基板８１は、図５に示すリ
アプレート５０３である。フェースプレート８２には、
ガラス基板８３の内面に、蛍光膜８４とメタルバック８
５等が形成されている。

【００４９】支持枠８６は、ガラス基板（リアプレー
ト）８１およびフェースプレート８２を支持している。
支持枠８６とガラス基板（リアプレート）８１およびフ
ェースプレート８２をフリットガラスによって接着し、
４００〜５００℃で１０分以上焼成して封着することに
よって、外囲器９０が形成されている。外囲器９０の内
部は、真空となっている必要がある。上述した一連の外
囲器９０の作成工程を全て真空チャンバー中で行うと、
外囲器９０内部を最初から真空にすることが可能とな
り、その作成工程で行われる作業を簡単なものとするこ
とができる。なお、本実施形態の画像表示装置では、外
囲器９０の内部は、外界に対して完全に密閉された状態
となっているが、図２では、外囲器９０を形成する支持
枠８６、フェースプレート８２が適当に切断され、外囲
器９０の内部が見えるようになっている。

【００５０】電子放出素子８７は、表面伝導型電子放出
素子（図２０参照）である。Ｘ配線８８は、電子放出素
子８７の一対の素子電極のうちのいずれか一方の電極と
接続されたＸ軸方向の配線であり、Ｙ配線８９は、表面
伝導型電子放出素子の一対の素子電極のうちのＸ配線８
８と接続されていない方と接続されたＹ軸方向の配線で
ある。

【００５１】フェースプレート８２とガラス基板（リア
プレート）８１との間には、スペーサ１００（支持部
材）を設置することにより、大面積パネルの場合にも大
気圧に対して十分な強度を有する外囲器９０を形成する
ことができる。

【００５２】以下、本実施形態の画像表示装置の各構成
部の構成と製法について説明する。

【００５３】スペーサ基板５０１は、予め溝加工を施し
てある大きなガラス母材を加熱し、そのガラス母材を軟
化した状態で延伸することによって相似形に縮小させて
形成される。本実施形態では、ガラス母材としてアルカ
リ成分が少ないＰＤ−２００（旭硝子（株）社製)の
２．８ｍｍ厚ガラスを用い、それを１／２４に縮小形成
することによりスペーサ基板５０１に図１、図２に示す
ようなストライプ状の溝を作製した。そして、スペーサ
基板５０１の上に、ナトリウムブロック層として１００
ｎｍのＳｉＯ₂膜を塗付焼成した。

【００５４】図７は、マトリクス状に電子放出素子を有
するリアプレート（ガラス基板）の上面図である。図７
に示すように、電子源基板（リアプレート）２１の上に
は、素子電極２２、２３と、Ｙ配線２４、絶縁性膜２５
と、Ｘ配線２６と、表面伝導型電子放出素子膜である電
子放出部２７とが形成されている。以下に、これらの製
造方法について説明する。

【００５５】まず、電子源基板２１上に、まず、下引き
層としてチタニウム（Ｔｉ）（膜厚５ｎｍ）、その上に
白金（Ｐｔ）（膜圧４０ｎｍ）を、スパッタ法によって
成膜した後、ホトレジストを塗布し、露光、現像、エッ
チングという一連のフォトリソグラフィー法によってパ
ターニングして素子電極２２、２３を形成した。

【００５６】Ｘ配線２６とＹ配線２４の配線材料は、全
ての表面伝導型素子にほぼ均等な電圧が供給されるよう
に、低抵抗である材料であることが望ましい。Ｘ配線２
６とＹ配線２４の材料、膜厚、配線幅等については適宜
設定される。素子電極２２、２３形成後、共通配線とし
てのＹ配線２４（下配線）を、素子電極の一方に接し、
かつそれらを連結するようにライン状のパターンで形成
する。Ｙ配線２４の材料としては、銀（Ａｇ）フォトぺ
一ストインキが用いられる。銀（Ａｇ）フォトぺ一スト
インキをスクリーン印刷した後、乾燥させてから、所定
のパターンに露光し現像し、その後４８０℃前後の温度
で焼成してＹ配線２４が形成される。ここでは、Ｙ配線
２４の厚さを約１０μｍとし、幅を５０μｍとした。な
お、Ｙ配線２４の終端部は、配線取り出し電極として用
いられるので、線幅をより大きくした。

【００５７】次に、上下配線（Ｘ配線２６およびＹ配線
２４）を絶縁するために、層間絶縁層（不図示）を配設
する。後述のＸ配線２６（上配線）下に、先に形成した
Ｙ配線２４（下配線）との交差部を覆うように、かつ上
配線２６（Ｘ配線）と素子電極の他方（Ｙ配線２４が接
続されていない方）との電気的接続が可能なように、接
続部にコンタクトホール（不図示）を開けて層間絶縁層
を形成した。層間絶縁層の形成工程では、酸化鉛（Ｐｂ
Ｏ）を主成分とする感光性のガラスペーストをスクリー
ン印刷した後、露光、現像する。そして、この作業を４
回繰り返し、最後に４８０℃前後の温度で焼成した。こ
の層間絶縁層の厚みを、全体で約３０μｍとし、幅を１
５０μmとする。

【００５８】次に、先に形成した絶縁膜の上に、Ａｇぺ
一ストインキをスクリーン印刷した後乾燥させ、この上
に再度同様なことを行い２度塗りしてから、４８０℃前
後の温度で焼成し、Ｘ配線２６（上配線）を形成した。
このようにすれば、Ｘ配線２６は、上述した層間絶縁層
（絶縁膜）を挟んでＹ配線２４（下配線）と交差し、層
間絶縁層（絶縁膜）のコンタクトホール部分で素子電極
の他方とも接続されるようになる。画像を表示しようと
する際には、素子電極２２、２３は、画像表示装置の走
査電極として作用するようになる。なお、Ｘ配線２６の
厚さは、約２０μｍである。また、電子基板２１には、
外部の駆動回路と接続するための外部駆動回路への引出
し配線が必要となるが、この引出し配線も、上述の工程
と同様の作業で形成される。さらに、図示していない
が、外部駆動回路への引出し端子も上述の工程と同様の
作業で形成される。以上述べた工程により、図７に示す
ＸＹマトリクス配線を有する電子源基板２１（リアプレ
ート）が形成される。

【００５９】上述の工程終了後、電子源基板２１を十分
にクリーニングした後、撥水剤を含む溶液で電子源基板
２１の表面を処理し、電子源基板２１の表面が疎水性に
なるようにした。これは、この後、塗布する素子膜形成
用の水溶液が、素子電極２２、２３上に適度な広がりを
もって配置されるようにするためである。

【００６０】次に、電子放出素子（素子膜）の形成方法
について説明する。前述のＸＹマトリクス配線を有する
電子源基板（リアプレート）２１の終了後、インクジェ
ット塗布方法により、素子電極２２、２３間に電子放出
素子（素子膜）を形成する。

【００６１】図８は、素子膜２８の形成工程を示す模式
図である。図８（ａ）に示すように、前述までの工程に
より、電子源基板２１上には、素子電極２２、２３が形
成されている。本工程は、素子電極２２、２３に跨る素
子膜２８としてパラジウム（Ｐｄ）膜を形成する工程で
ある。

【００６２】まず、水８５：イソプロピルアルコール
（ＩＰＡ）１５からなる水溶液に、パラジウム−プロリ
ン錯体０．１５重量％を溶解し、有機パラジウム含有溶
液を得た。そして、有機パラジウム含有溶液に、若干の
添加剤を加えた。

【００６３】そして、この溶液の液滴を、図８（ｂ）に
示す液滴付与手段３７である、ピエゾ素子を用いたイン
クジェット噴射装置を用い、液滴のドット径が６０μｍ
となるように、液適量等を調整して素子電極間に付与し
た。

【００６４】その後、液滴が付与された基板を空気中に
て、３５０℃で１０分間の加熱焼成処理をし、酸化パラ
ジウム（ＰｄＯ）とした。ドットの直径が約６０μｍ、
厚みが最大で１０ｎｍの膜が得られた。

【００６５】以上の工程により、素子電極２２、２３間
に素子膜２８、すなわち酸化パラジウム（ＰｄＯ）膜が
形成された。

【００６６】素子膜２８の作成後、フォーミング処理を
用いて、作成した素子膜２８に電子放出部２７を作成す
る工程を実行する。本工程では、上記導電性薄膜（素子
膜２８）を通電処理して内部に亀裂を生じさせることに
よって電子放出部２７を形成する。

【００６７】具体的には、まず、上述の基板の周囲の取
り出し電極部を残して、フード状の蓋をかぶせて基板全
体を覆い、基板と蓋との間で内部に真空空間を作る。そ
して、外部電源を用いて電極端子部からＸ配線２６とＹ
配線２４との間に電圧（これをフォーミング電圧とい
う）を印加し、素子電極２２、２３間を通電させ、導電
性薄膜１０４（素子膜２８）を局所的に破壊、変形もし
くは変質させることにより、電気的に高抵抗な状態の電
子放出部２７を形成する。このとき、若干の水素ガスを
含む真空雰囲気下で通電加熱すると、水素によって還元
が促進され酸化パラジウム（ＰｄＯ）膜がパラジウム
（Ｐｄ）膜に変化する。

【００６８】この変化時に素子膜２８の還元収縮によっ
て、素子膜２８の一部に亀裂が生じるが、この亀裂発生
位置、およびその形状は元の素子膜２８の均一性に大き
く影響される。各素子の特性のばらつきを抑えるために
は、その亀裂は中央部、かつ、なるべく直線状に形成す
ることがなによりも望ましい。なお、このフォーミング
処理により形成した亀裂付近からも、所定の電圧下では
電子放出が起こるが、現段階ではまだ発生効率が非常に
低いものである。得られた導電性薄膜１０４（素子膜２
８）の抵抗値Ｒｓは、１０²から１０⁷Ωの値となる。

【００６９】フォーミング処理に用いた電圧波形につい
て簡単に説明する。図９は、フォーミング処理における
フォーミング電圧と時間との関係を示すグラフである。
このグラフでは、横軸が時間を示し、縦軸が印加される
フォーミング電圧の大きさを示している。図９に示すよ
うに、素子に印加するフォーミング電圧は、パルス電圧
であるが、その印加方法には２通りの方法がある。図９
（ａ）には、パルス波高値が一定のパルスを印加する場
合が示されており、図９（ｂ）には、パルス波のピーク
値を増加させながら印加する場合が示されている。

【００７０】図９（ａ）では、Ｔ１およびＴ２は印加す
る電圧波形のパルス幅とパルス間隔をそれぞれ示す。本
実施形態では、Ｔ１を１μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃとし、
Ｔ２を１０μｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃとする。各パルス
（三角波）の波高値（フォーミング時のピーク電圧値）
は適宜選択される。図９（ｂ）では、Ｔ１およびＴ２
を、図９（ａ）と同じとし、三角波の波高値（フォーミ
ング時のピーク電圧）を、例えば、０．１Ｖステップ程
度ずつ増加させている。

【００７１】なお、本工程のフォーミング処理では、フ
ォーミング用パルスの間に、導電性膜１０４（素子膜２
８）を局所的に破壊、変形しない程度の電圧、例えば、
０．１Ｖ程度のパルス電圧を挿入して素子電流を測定し
て、そのときの抵抗値を求め、その抵抗値が、例えば、
フォーミング処理前の抵抗に対して１０００倍以上の抵
抗を示した時点で、フォーミング電圧の印加を終了す
る。

【００７２】以上のフォーミング工程により、導電性薄
膜１０４に電子放出部が形成された。しかし、前述のよ
うに、この状態では、まだ電子放出部における電子発生
効率は非常に低い。したがって、その電子放出部におけ
る電子放出効率を上げるためには、フォーミング工程終
了後、導電性薄膜に活性化処理と呼ばれる処理を施すこ
とが望ましい。

【００７３】活性化処理では、有機化合物が存在する適
当な真空度のもとで、前述のフォーミング処理と同様
に、まず、電子源基板２１全体にフード状の蓋をかぶせ
て電子源基板２１と蓋との間に真空空間を作る。そし
て、外部からＸ配線２６およびＹ配線２４を介してパル
ス電圧（活性化電圧）を素子電極に繰り返し印加する。
さらに、真空空間に炭素原子を含むガスを導入し、それ
に由来する炭素あるいは炭素化合物を、前述の電子放出
部の亀裂近傍にカーボン膜として堆積させる。

【００７４】本処理では、カーボン源としてトルニトリ
ルを用い、スローリークバルブを通して炭素化合物を真
空空間内に導入し、１．３×１０^-4Ｐａを維持した。導
入するトルニトリルの圧力は、真空装置の形状や真空装
置に使用している部材等によって若干影響されるが、１
×１０^-5Ｐａ以上１×１０^-5Ｐａ以下程度が好適であ
る。

【００７５】図１０は、活性化処理における活性化電圧
と時間との関係を示すグラフである。図１０（ａ）、
（ｂ）には、活性化処理で用いられる活性化電圧印加の
好ましい一例が示されている。図１０（ａ）では、Ｔ１
を電圧波形の正と負のパルス幅とし、Ｔ２をパルス間隔
とし、活性化電圧の値は、正のときの負のときで絶対値
が等しくなるように設定されている。印加する活性化電
圧の最大値は、１０Ｖ以上２０Ｖ以下の範囲で適宜選択
される。また、図１０（ｂ）では、Ｔ１は、正のパルス
電圧のパルス幅であり、Ｔ１’は、負パルス電圧のパル
ス幅であり、Ｔ２はパルス間隔である。図１０（ｂ）で
は、Ｔ１＞Ｔ１’であり、活性化電圧の最大値は、正負
の絶対値が等しくなるように設定されている。なお、こ
こでは、素子電極２２に与える電圧を正とし、素子電流
Ｉｆは、素子電極２２から素子電極２３へ流れる方向が
正であるとする。また、本処理では、通電開始後から約
６０分後に放出電流Ｉｅがほぼ飽和に達した時点で通電
を停止し、スローリークバルブを閉め、活性化電圧の印
加を終了する。以上述べた工程で、電子源素子を有する
基板を作成することができる。

【００７６】次に、上述した素子構成および製造方法に
基づいて製造された本実施形態における電子放出素子の
基本特性について図１１、図１２を参照して説明する。

【００７７】図１１は、前述した構成を有する電子放出
素子の電子放出特性を測定するための測定評価装置の構
造を示す模式図である。図１１を参照すると、この測定
評価装置は真空容器５５を備えている。排気ポンプ５６
は、真空排気するための排気ポンプである。この測定評
価装置では、真空容器５５内に、前述の工程で作製され
た素子を設置して、その素子の特性の測定が行われる。
この素子は、前述のように、ガラス基板１０１と、素子
電極１０２、１０３と、薄膜１０４と、その中の電子放
出部１０５とから構成されている。

【００７８】この測定評価装置は、電源５１と電流計５
０とをさらに備えている。電源５１は、素子電極１０
２、１０３間に接続されており、素子電極１０２．１０
３間に素子電圧Ｖｆを印加するための電源である。電源
５１の正極側が素子電極１０２に接続され、負極側が素
子電極１０３側に接続されるとともに接地されている。
電流計５０は素子電極１０２、１０３間の電子放出部１
０５を含む導電性薄膜１０４を流れる素子電流Ｉｆを測
定するための電流計である。

【００７９】さらに、真空容器５５内に設置された素子
の電子放出部１０５に対向する位置には、電極５４が設
置されている。電極５４は、電子放出部１０５より放出
される電子量、すなわち放出電流を捕捉するためのアノ
ード電極である。高圧電源である電源５２の正極側は電
極５４に接続されており、電源５２の負極側は、素子の
電子放出部１０５より放出される放出電流Ｉｅを測定す
るための電流計５３を介して接地されている。

【００８０】なお、真空装置５５には、上述したものの
他、真空計等の真空装置に必要な機器が具備されてお
り、所望の真空下で本素子の測定評価を行なえるように
なっている。また、実際には、アノード電極５４の電圧
を１ｋＶ〜１０ｋＶとし、アノード電極５４と電子放出
素子との距離Ｈを２ｍｍ〜８ｍｍの範囲とした。

【００８１】図１２は、図１１に示す測定評価装置によ
り測定された放出電流Ｉｅおよび素子電流Ｉｆと素子電
圧Ｖｆの関係の一例を示すグラフである。なお、同じ素
子電圧Ｖｆの値における放出電流Ｉｅと素子電流Ｉｆは
大きさが著しく異なっているが、図１２では素子電流Ｉ
ｆ、放出電流Ｉｅの変化特性の比較検討のために、縦軸
のスケールが、放出電流Ｉｅと素子電流Ｉｆとで変更さ
れている。図１２に示すように、素子電圧Ｖｆが増加す
れば、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅはともに増加する。
また、素子電極１０２、１０３間に印加する電圧１２Ｖ
における放出電流Ｉｅを測定した結果、放出電流Ｉｅの
平均は０．６μＡとなり、電子放出効率が平均０．１５
％となった。また、素子間の均一性も良好で、各素子間
での放出電流Ｉｅのばらつきは５％と良好な値が得られ
た。

【００８２】図１２等に示すように、本実施形態で得ら
れる電子放出素子は放出電流Ｉｅに対する３つの特徴を
有している。

【００８３】まず、第１に、本実施形態で得られる電子
放出素子は、ある電圧（しきい値電圧と呼ぶ、図１２中
のＶｔｈ）以上の素子電圧を印加すると急激に放出電流
Ｉｅが増加し、しきい値電圧Ｖｔｈ以下では放出電流Ｉ
ｅがほとんど検出されない。すなわち、本実施形態で得
られる電子放出素子は、放出電流Ｉｅに対する明確なし
きい値電圧Ｖｔｈを有する非線形素子としての特性を示
している。

【００８４】第２に、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに依
存するため、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御するこ
とができる。

【００８５】第３に、アノード電極５４に捕捉される放
出電荷は、素子電圧Ｖｆを印加する時間に依存する。す
なわち、アノード電極５４に捕捉される電荷量は、素子
電圧Ｖｆを印加する時間により制御することができる。

【００８６】次に、画像表示装置におけるフェースプレ
ート部の構造および製造方法について説明する。

【００８７】図１３は、フェースプレートの正面図であ
る。蛍光膜８４（図２）は、モノクロームの場合には、
蛍光体のみから構成されるが、カラーの蛍光膜の場合に
は、蛍光体の配列によりブラックストライプあるいはブ
ラックマトリクスなどと呼ばれる黒色導電体９１と蛍光
体９２とから構成される。ブラックストライプ、ブラッ
クマトリクスが設けられるのは、カラー表示の場合必要
となる三原色蛍光体の、各蛍光体９２間の塗り分け部を
黒くすることによって混色等を目立たなくするためであ
り、蛍光膜８４における外光反射によるコントラストの
低下を抑制するためである。

【００８８】また、蛍光膜８４の内面側には、メタルバ
ック８５が通常設けられる。メタルバック８５が設けら
れるのは、蛍光体８４の発光のうち、内面側への光をフ
ェースプレート８６側へ鏡面反射することによって輝
度を向上させるためであり、電子ビーム加速電圧を印加
するためのアノード電極として作用させるためである。
メタルバック８５は、蛍光膜８４の作製後、蛍光膜の内
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、アルミニウム（Ａｌ）を真空蒸着等で
堆積することによって作製することができる。

【００８９】前述の封着（外囲器９０の形成）を行う
際、カラーの場合は各色蛍光体９２と電子放出素子とを
対応させなくてはならないため、上下基板（リアプレー
トとフェースプレート）の突き当て法などによって、上
下基板の位置合わせを正確に行う必要がある。

【００９０】封着時の外囲器９０の真空度は、１０^-7ト
ール［Ｔｏｒｒ］程度の真空度が要求される。その他、
外囲器９０の封止後の真空度を維持するために、ゲッタ
ー処理が行なわれる場合もある。ゲッター処理とは、外
囲器９０の封止を行なう直前あるいは封止後に、抵抗加
熱あるいは高周波加熱等の加熱により、外囲器９０内の
所定の位置（不図示）に配置されたゲッターを加熱し、
蒸着膜を形成する処理である。ゲッターは、通常、バリ
ウム（Ｂａ）等が主成分であり、その蒸着膜の吸着作用
により、例えば、１Ｘ１０^-5 乃至１Ｘ１０^-7［Ｔｏｒ
ｒ］の真空度を維持するものである。

【００９１】前述した本実施形態による表面伝導型電子
放出素子の基本的特性によれば、電子放出部からの放出
電子は、しきい値電圧以上では対向する素子電極間に印
加するパルス状電圧の波高値と幅によって制御され、そ
の中間値によっても電流量が制御され、もって中間調表
示が可能になる。

【００９２】多数の電子放出素子がマトリクス状に配置
されている本実施形態の画像表示装置では、各ラインの
走査線信号によってライン（Ｘ配線のうちのいずれか）
を選択し、各情報信号ライン（Ｙ配線のうちのいずれ
か）を通じて個々の素子に上記パルス状電圧を適宜印加
すれば、その素子に適宜電圧を印加することが可能とな
り、各素子をオンすることができる。また、中間調を有
する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、パルス幅変調方式がある。

【００９３】図１４は、本実施形態の画像表示装置にお
ける電子放出素子の駆動装置の構成を示すブロック図で
ある。この駆動装置は、単純マトリクス配置の電子源を
用いて構成した表示パネルを利用した、ＮＴＳＣ方式の
テレビ信号（画像信号）を表示可能なテレビジョン表示
用の画像表示装置に用いられる駆動装置である。

【００９４】図１４を参照すると、この駆動装置は、画
像表示パネル（電子源基板およびフェースプレート）１
１０１と、走査回路１１０２と、制御回路１１０３と、
シフトレジスタ１１０４と、ラインメモリ１１０５と、
同期信号分離回路１１０６と、情報信号発生器１１０７
と、高電圧Ｖａを供給する直流電圧源とから構成され
る。

【００９５】電子放出素子を備える画像表示パネル１１
０１の電子源基板には、Ｘ配線に、走査線信号を印加す
るＸドライバ１１０２が接続されており、Ｙ配線には、
情報信号が印加されるＹドライバの情報信号発生器１１
０７が接続されている。

【００９６】電子放出素子変調する方式として電圧変調
方式を実施するには、情報信号発生器１１０７として、
一定の長さの電圧パルスを発生するが、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回路
が用いられる。一方、電子放出素子変調する方式として
パルス幅変調方式を実施するには、情報信号発生器１１
０７として、一定の波高値の電圧パルスを発生するが、
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
るような回路が用いられる。

【００９７】制御回路１１０３は、同期信号分離回路１
１０６より送信される同期信号Ｔsyncに基づいて、各部
に対してＴscan、Ｔsft、Ｔmry の各制御信号を発生す
る。

【００９８】同期信号分離回路１１０６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
の信号と輝度信号成分の信号とを分離するための回路で
ある。この輝度信号成分の信号は、同期信号に同期して
シフトレジスタ１１０４に入力される。

【００９９】シフトレジスタ１１０４は、時系列的にシ
リアルに入力される前記輝度信号を、画像の１ライン毎
にシリアル／パラレル変換して、制御回路１１０３より
送信されるシフトクロック信号Ｔsftに同期して動作す
る。シリアル／パラレル変換された画像１ライン分のデ
ータ（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当）は、
ｎ個の並列信号としてシフトレジスタ１１０４から出力
される。

【０１００】ラインメモリ１１０５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ための記憶装置で
あり、ラインメモリ１１０５に記憶されたそれらのデー
タは、Tmryが入力されると、情報信号発生器１１０７に
入力される。

【０１０１】情報信号発生器１１０７は、各々の輝度信
号に応じて、電子放出素子の各々を適切に駆動する為の
信号源であり、その出力信号はＹ配線を通じて表示パネ
ル１０１に送信され、Ｘ配線によって選択中の走査ライ
ンとの交点にある各々の電子放出素子に印加される。し
たがって、走査信号によってＸ配線を順次走査すれば、
パネル全面の各電子放出素子を駆動することが可能とな
る。

【０１０２】本実施形態の画像表示装置では、上述の駆
動装置によって表示パネル内のＸＹ配線のいずれかを導
通させ、電圧を印加することによって電子放出素子から
電子を放出させる。さらに、本実施形態の画像表示装置
では、アノード電極であるメタルバック８５に高圧端子
Ｈ_v（図２）を介して高圧を印加し、発生した電子ビー
ムを加速し、蛍光膜８４に衝突させることによって、画
像が表示される。

【０１０３】ここで述べた画像表示装置の構成は、本発
明の電子線装置の一実施形態であり、本発明の技術思想
に基づいて種々の変形が可能である。また、図１４の駆
動回路では、入力信号としてＮＴＳＣ方式を適用した
が、入力信号の方式はこれに限定されるものではなく、
ＰＡＬ方式、ハイビジョン（ＨＤＴＶ）方式等の別の方
式の信号を適用することもできる。

【０１０４】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態について説明する。以下の実施形態では、第１
の実施形態における画像表示装置に適用されたスペーサ
の変形例について述べるものとする。

【０１０５】図１５は、本実施形態のスペーサの断面図
である。図１５を参照すると、本実施形態のスペーサ
は、第１の実施形態と同様に、スペーサ基板１と、スペ
ーサ表面に被覆された高抵抗膜２と、スペーサに形成さ
れたスペーサ電極（図１５では不図示）と、スペーサ基
板上に形成された凹凸部４とから構成される。

【０１０６】本実施形態のスペーサでは、凹凸部４の形
状は略台形である。その台形の斜面の斜度は８０°以下
の４５°である。つまり、スペーサの表面平坦部に対す
る凹凸部４の最大傾斜角度θは４５°となる。また、凹
凸部４のピッチを５０μmとし、凹凸部における全ての
平坦部の長さをほぼ同じとした。

【０１０７】スペーサ基板１は、第１の実施形態と同様
に、予め溝加工を施してある大きなガラス母材を加熱
し、そのガラス母材を軟化した状態で延伸することによ
って相似形に縮小させて形成される。

【０１０８】また、本実施形態のスペーサにおける高抵
抗膜２は、スパッタ装置を用いて生成される。そのスパ
ッタ装置では、タングステン（Ｗ）とゲルマニウム（Ｇ
ｅ）をターゲットとし、流量比でアルゴン（Ａｒ）と窒
素（Ｎ₂）が７：３の混合ガスを１．０（Ｐａ）のスパ
ッタ圧力でスパッタリングを行った。なお、基板とター
ゲット間の距離を約１００ｍｍとし、タングステン
（Ｗ）の投入出力を０．５５Ｗ／ｃｍ²とし、ゲルマニ
ウム（Ｇｅ）ターゲットへの投入電力を２Ｗ／ｃｍ²と
し、２００ｎｍの高抵抗膜２とした。

【０１０９】本実施形態の凹凸形状を有するスペーサ１
を、第１の実施形態と同様の画像表示装置に適用したと
ころ、長時間の駆動によるスペーサ近傍のビームずれの
変化が抑制された。

【０１１０】（第３の実施形態）次に、本発明の第３の
実施形態について説明する。図１６は、本実施形態のス
ペーサの一部の上面図であり、図１７は、図１６のスペ
ーサを線分Ａ−Ａ’で切断した場合の断面図である。図
１６、図１７に示すように、本実施形態のスペーサの表
面上には、凸部７１と、平坦部、すなわち凹部７２とが
形成されている。また、図１３に示すように、本実施形
態のスペーサは、凹凸が２次元マトリクス状に形成され
ていることを特徴とする。

【０１１１】本実施形態のスペーサでは、最大傾斜角度
θを８０°以下の６０°とし、スペーサ基板を、金型成
型法を用いて作製した。また、凹凸の高さを１０μmと
し、凹凸ピッチを１００μmとした。

【０１１２】本実施形態の凹凸形状を有するスペーサ１
を、第１の実施形態と同様の画像表示装置に適用したと
ころ、長時間の駆動によるスペーサ近傍のビームずれの
変化が抑制された。

【０１１３】（第４の実施形態）次に、本発明の第４の
実施形態について説明する。図１８は、本実施形態のス
ペーサの表面の一部を示す上面図である。図１８に示す
ように、本実施形態のスペーサの表面上には、凹部７４
と、平坦部である凸部７３とが形成されている。本実施
形態のスペーサは、凹部７４が表面上に、２次元マトリ
クス状に配列されていることを特徴とする。本実施形態
のスペーサでは、第３の実施形態と異なり、スペーサ基
板上に穴を作製することによって凹部７４を形成した。

【０１１４】図１９は、図１８に示すスペーサを線分Ａ
−Ａ’で切断した場合の'断面図である。本実施形態に
おいては、スペーサの表面に対する凹部７４の最大傾斜
角度θを８０°以下の５５°とした。また、スペーサ基
板を、金型成型法を用いて作製し、凹７４部と凸部７３
の高低差を８μmとし、凹部７４のピッチを１２０μmと
した。

【０１１５】本実施形態の凹凸形状を有するスペーサ１
を、第１の実施形態と同様に高抵抗膜を形成し、画像表
示装置に適用したところ、長時間の駆動によるスペーサ
近傍のビームずれの変化が抑制された。

【０１１６】以上述べたように、第１〜第４の実施形態
では、本実施形態のスペーサが適用された電子線装置の
応用である画像表示装置の実施形態について述べた。こ
の画像表示装置は、電極が電子源より放出された電子を
加速する加速電極を用い、入力信号に応じて冷陰極素子
から放出された電子をターゲットに照射して画像を表示
する画像表示装置であり、特に、ターゲットが蛍光体で
ある画像表示装置であった。また、その冷陰極素子は、
電子放出部を含む導電性膜を一対の電極間に有する素子
であり、特に、好ましくは表面伝導型放出素子である。
さらに電子源は、複数の行方向配線と複数の列方向配線
とでマトリクス配線された複数の冷陰極素子を有する単
純マトリクス状配置の電子源であった。電子源は、並列
に配置した複数の冷陰極素子の個々を両端で接続した冷
陰極素子の行を複数配し（行方向）、この配線と直交す
る方向（列方向）に沿って、冷陰極素子の上方に配した
制御電極（グリッドとも呼ぶ）により、冷陰極素子から
の電子を制御するはしご状配置の電子源であった。

【０１１７】しかしながら、本発明の思想によれば、本
実施形態のスペーサを適用した電子線装置は、表示用と
して好適な画像表示装置への応用に制限されるものでは
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発光源として用いる
こともできる。

【０１１８】また、その際には、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す
ることができる。この場合、画像形成部材（フェースプ
レート）としては、上述の実施形態で述べた蛍光体のよ
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。

【０１１９】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
いても本発明を適用することができる。従って、本発明
の電子線装置は被照射部材を特定してはいない。

【０１２０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の電子線装置
およびスペーサでは、凹凸を形成するスペーサの斜面の
最大傾斜角度θを８０°以下とすることによって、スペ
ーサの抵抗の増大を防ぐことができるようになるため、
長時間の駆動に伴う電子の軌道の変化を抑制することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスペーサの構造を示す断面図である。

【図２】図１のスペーサの断面図である。

【図３】凹凸を形成する斜面の最大傾斜角度θを４６°
とした場合と、８４°とした場合の、駆動時間に対する
ビームの位置ずれを示す図である。

【図４】高抵抗膜をスパッタ法で形成する場合の基板の
角度と、高抵抗膜の比抵抗との関係を示すグラフであ
る。

【図５】本発明の第１の実施形態の画像表示装置の構造
を示す断面図である。

【図６】本発明の第１の実施形態の画像表示装置の構造
を示す斜視図である。

【図７】マトリクス状に電子放出素子を有するリアプレ
ート（ガラス基板）の上面図である。

【図８】素子膜２８の形成工程を示す模式図である。

【図９】フォーミング処理におけるフォーミング電圧と
時間との関係を示すグラフである。

【図１０】活性化処理における活性化電圧と時間との関
係を示すグラフである。

【図１１】電子放出素子の電子放出特性を測定するため
の測定評価装置の構造を示す模式図である。

【図１２】図１１に示す測定評価装置により測定された
放出電流Ｉｅおよび素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関係
の一例を示すグラフである。

【図１３】フェースプレートの正面図である。

【図１４】本発明の第１の実施形態の画像表示装置にお
ける電子放出素子の駆動装置の構成を示すブロック図で
ある。

【図１５】本発明の第２の実施形態のスペーサの断面図
である。

【図１６】本発明の第３の実施形態のスペーサの一部の
上面図である。

【図１７】図１６のスペーサを線分Ａ−Ａ’で切断した
場合の断面図である。

【図１８】本発明の第４の実施形態のスペーサの一部の
上面図である。

【図１９】図１８のスペーサを線分Ａ−Ａ’で切断した
場合の断面図である。

【図２０】Ｍ．ハートウェルの素子構成を示す模式図で
ある。

【図２１】従来の画像表示装置の構造を示す断面図であ
る。

【図２２】スペーサ基板の断面図である。

【図２３】従来の画像表示装置の構造を示す断面図であ
る。

【図２４】電子軌道９０９ａの初期ビーム位置からの変
化の様子を示すグラフである。

【符号の説明】

１、５０１、９０１スペーサ基板２、５０４、９０４高抵抗膜３、５０５ａ、５０５ｂ、９０５ａ、９０５ｂスペ
ーサ電極４凹凸部２１電子源基板２２、２３素子電極２４、８９Ｙ配線２６、８８Ｘ配線２７、１０５、５０７ａ、５０７ｂ、９０７ａ、９０７
ｂ電子放出部２８素子膜３７液滴付与手段５０、５３電流計５１、５２電源５４電極５５真空容器５６排気ポンプ７１凸部７２凹部７３凸部７４凹部８１ガラス基板８２、５０２、９０２フェースプレート８３ガラス基板８４蛍光膜８５メタルバック８６支持枠８７電子放出素子９０外囲器９１黒色導電体９２蛍光体１００スペーサ１０１基板１０２、１０３素子電極１０４導電性薄膜５０３、９０３リアプレート９０６、５０６配線電極５０８ａ、５０８ｂ、９０８ａ、９０８ａ’、９０８ｂ
電子軌道５０９、９０９等電位線１１０１表示パネル１１０２走査回路１１０３制御回路１１０４シフトレジスタ１１０５ラインメモリ１１０６同期信号分離回路１１０７情報信号発生器１１０８直流電圧源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5C032 AA01 CC10 5C036 EE04 EE09 EF01 EF06 EF09 EG02 EH01 EH04 EH21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子を放出する電子源が設けられた第１
の基板と、前記電子源が設けられた表面に対向して設けられた第２
の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間隔を一定に保つ
ために設けられたスペーサとを有する電子線装置におい
て、前記スペーサの表面のうち、前記第１の基板と前記第２
の基板との間の空間に露出する表面に、凹部および凸部
の両方またはいずれか一方で形成される起伏部が設けら
れ、前記スペーサの表面の平坦部に対する前記起伏部を形成
する斜面の最大傾斜角度が８０°以下であることを特徴
とする電子線装置。
【請求項２】前記最大傾斜角度が１０°以上である請
求項１記載の電子線装置。
【請求項３】前記起伏部が、前記スペーサの表面上に
周期的に形成されている請求項１または２記載の電子線
装置。
【請求項４】前記起伏部が、前記スペーサの表面上に
ストライプ状に形成されている請求項１から３のいずれ
か１項記載の電子線装置。
【請求項５】前記起伏部の断面が、略台形状である請
求項１から４のいずれか１項記載の電子線装置。
【請求項６】前記起伏部が凸部で構成され、前記凸部が前記スペーサの表面上に２次元マトリクス状
に形成されている請求項１または２記載の電子線装置。
【請求項７】前記起伏部が凹部で構成され、前記凹部が前記スペーサの表面上に２次元マトリクス状
に形成されている請求項１または２項記載の電子線装
置。
【請求項８】前記スペーサの表面上に、比抵抗が１０
²［Ω・ｃｍ］以上１０¹⁰［Ω・ｃｍ］以下である帯電
防止膜が成膜されている請求項１から７のいずれか１項
記載の電子線装置。
【請求項９】前記帯電防止膜の抵抗温度係数が、−１
[％／℃]より大きい請求項８記載の電子線装置。
【請求項１０】前記帯電防止膜は、タングステンとゲ
ルマニウムと窒素とを含有する請求項８または９記載の
電子線装置。
【請求項１１】前記スペーサには、前記帯電防止膜と
前記第１の基板とを接続するための電極が配設されてい
る請求項８から１０のいずれか１項記載の電子線装置。
【請求項１２】前記スペーサには、前記帯電防止膜と
前記第２の基板とを接続するための電極が配設されてい
る請求項８から１１のいずれか１項記載の電子線装置。
【請求項１３】前記電子源は、冷陰極型の電子放出素
子である請求項１から１２のいずれか１項記載の電子線
装置。
【請求項１４】前記冷陰極型の電子放出素子は、前記
第１の基板上に設けられた一対の素子電極と、該素子電
極間に跨り電子放出部を有する導電性薄膜とで構成され
る表面伝導型電子放出素子である請求項１３記載の電子
線装置。
【請求項１５】前記導電性薄膜は導電性微粒子で構成
されている請求項１４記載の電子線装置。
【請求項１６】前記第１の基板上に複数の前記電子放
出素子が２次元配列状に配置されている請求項１３から
１５のいずれか１項記載の電子線装置。
【請求項１７】前記各電子放出素子の一対の素子電極
は、一方が、前記２次元配列の行方向に延びる複数の第１の
配線のいずれか１つに接続され、他方が、前記２次元配
列の列方向に延びる第２の配線のいずれか１つにそれぞ
れ接続されている請求項１６記載の電子線装置。
【請求項１８】前記第２の基板には、前記第１の基板
に形成された電子源に対向する位置に蛍光膜が形成され
ている請求項１７記載の電子線装置。