JP2010073470A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子放出素子を有する画像表示装置において、帯電防止膜などを用いずに、基板上の絶縁面の電位上昇を抑えて電子放出素子の劣化を防止する。
【解決手段】基板上に露出した絶縁面の任意の点から基板上の導電部材までの最短距離Ｌ［μｍ］と、上記任意の点の表面抵抗率Ｒｓ［Ω／□］とが、Ｒｓ×Ｌ²＜４．２×１０²²［Ω×μｍ²］を満たす。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子放出素子を用いた画像表示装置に関する。

電界放出型電子放出素子を用いた画像表示装置（ＦＥＤ）は、電子を蛍光体などの発光部材に照射させて発光させる。この様な画像表示装置では、一般に、特許文献１の図３等に開示される様に、複数の電子放出素子を配置した基板であるリアプレート１に、蛍光体などの発光層３２を配置した基板であるフェースプレート３１を対向配置して構成される。そして、実用的な輝度などの所定の表示特性を得るため、発光層３２のリアプレート１側に、メタルバックと呼ばれる導電性膜３３が配置される。

図１３は、典型的なスピント型の電界放出型電子放出素子を用いたＦＥＤのリアプレートを示す模式図である。図１３（ａ）はその平面模式図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面模式図である。図中、１３１はゲートであり、１３２は電子放出部（スピント型エミッタ）であり、１３３は絶縁層であり、１３４はカソードであり、１３５は絶縁性基板であり、１３６は開口（ホール）である。

図１３で示した例は、スピント型の電界放出型電子放出素子が、マトリクス配線された形態（走査信号が印加される配線と変調信号が印加される配線が交差する形態）である。

絶縁面（絶縁層１３３や絶縁性基板１３５などの絶縁部材の表面）は、導電性膜などで覆われない限り、不図示のフェースプレートに対して露出する。そして、露出した絶縁面の表面抵抗率が高い場合、リアプレートの構成によっては、画像表示装置の駆動中に上記絶縁面の電位が上昇する。その結果、絶縁面と電子放出素子の間や絶縁面とゲートとの間などで、放電が生じ、電子放出素子を劣化させる場合がある。

特許文献１、２では、絶縁面の電位が上昇するのを抑制するための膜（帯電防止膜）を、リアプレート上に設けることが開示されている。また、非特許文献１には、絶縁面の電位上昇に影響する二次電子放出効率について開示されている。

特開平０９‐０６３５１６号公報 特開平１０‐１３４７０１号公報 ジェラルド・エフ・ディオン（Ｇｅｒａｌｄ Ｆ．Ｄｉｏｎｎｅ）著，「Ｏｒｉｇｉｎ ｏｆ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ−ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｙｉｅｌｄ−ｃｕｒｖｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ」，ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ），１９７５年８月，第４６巻，第８号，ｐ．３３４７―３３５１

ＦＥＤでは、電子放出素子と発光層の間（リアプレートとフェースプレートの間）に、高い電圧（例えば１０ｋＶ以上）が印加される。この場合、電子放出素子から放出された電子が、高い（例えば１０ｋｅＶ以上の）エネルギーを持って、フェースプレートに入射されることになる。そして、例えば、１０ｋｅＶ以上のエネルギーを持った電子が、フェースプレートに入射された場合、１０ｋｅＶ以下のエネルギーを持ったＸ線（フェースプレートを構成する元素（特には発光層やメタルバック）の特性Ｘ線）が発生する。

上記Ｘ線を主成分とする光子線がリアプレート上の絶縁面に照射されると、光電効果によって電荷が生じ、前述した絶縁面の電位が上昇することがわかった。当該現象は、理論的には、フェースプレートから絶縁面に向けて放射される全てのＸ線が遮蔽される状態であれば生じない。

ここで、「全てのＸ線が遮蔽される状態」とは、絶縁面が、遮蔽物で覆われる場合に実現される。そして、「遮蔽物で覆われる場合」とは、絶縁面上の任意の点と、フェースプレート上の任意のＸ線放出点と、を結ぶ全ての直線の線分上にＸ線を遮蔽する遮蔽物が存在する場合である。

上記遮蔽物としては、リアプレート上に配置される電極或いは配線といった、導電部材がなり得る。また、フェースプレートとリアプレートの間に配置される構造体も、上記遮蔽物になり得る。ここで言う「構造体」とは、フェースプレートとリアプレートの間に配置されるスペーサ、或いは、電子軌道を制御するための電極などである。そして、上記構造体は、上記、直線の線分に沿った上記構造体中における長さが、Ｘ線減衰長以上の長さを持つ場合に、遮蔽物になり得る。

さらに、絶縁面には、上記Ｘ線の他に、画像表示装置の駆動中において、電子放出素子から放出された電子の一部が到達し、その結果、電子放出素子近辺の絶縁面で二次電子放出が起こる場合がある。

ここで、電子放出素子から放出されて絶縁面に入射した電子の個数に対する絶縁面から出射される電子の個数の比をδとする。前述したＸ線による絶縁面の電位上昇によって電子放出素子のカソードと絶縁面との電位差が広がった場合、δが１を超える場合があることが分かった。δが１を超える場合、電子放出素子からの放出電子の絶縁面への入射は絶縁面に正の電荷を生じさせ続けるため、絶縁面の電位の一層の上昇がなされる。

以上のように、絶縁面の表面抵抗率が高い場合、画像表示装置の駆動中に、Ｘ線（を主成分とする光子線）が絶縁面へ入射することで、絶縁面の電位が上昇し続ける場合がある。その結果、絶縁面と電子放出素子の間、或いは、絶縁面と配線等の導電部材との間で放電が生じ、電子放出素子を劣化させる場合があった。

このような問題を回避するためには、特許文献１、２のように、表面抵抗率の高い絶縁面を表面抵抗率の低い膜で覆うことによって、絶縁面の電位上昇を抑えることができる。しかしながら、上記方法では、表面抵抗率の低い膜で絶縁面を覆う工程が必要なため、製造コストが大幅に上昇してしまうという課題がある。さらに表面抵抗率の低い膜で絶縁面を覆う場合、電子放出特性に影響を与えてしまうという課題もある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、良好な表示特性を有し、放電による電子放出素子の劣化を抑制し、低コストで製造できる、画像表示装置を提案するものである。

本発明は、表面が絶縁性の基板と、該基板上に形成された電子放出素子と、該電子放出素子に接続された配線とを有する第１基板と、
前記電子放出素子と対向するアノードと該電子放出素子から放出された電子の照射によって発光する発光部材とを有し、上記第１基板に対して対向配置された第２基板と、
を備えた画像表示装置であって、
前記基板の表面の露出面及び基板上に設けられた絶縁部材の露出面の任意の点から、基板上の導電部材までの最短距離Ｌ［μｍ］と、上記任意の点の表面抵抗率Ｒｓ［Ω／□］とが、下記式（１）を満たすことを特徴とする。
Ｒｓ×Ｌ²＜４．２×１０²²［Ω×μｍ²］ （１）

本発明において好ましくは、前記ＬとＲｓとが、下記式（２）を満たす。
Ｒｓ×Ｌ²＜１．８×１０²¹［Ω×μｍ²］ （２）

また、本発明において好ましくは、前記第１基板の絶縁性の表面が酸化ケイ素を主成分とし、表面抵抗率が１×１０¹⁶Ω／□以上である。

本発明によれば、絶縁面の電位上昇が電子放出に影響を及ぼさない程度に抑えられるため、良好な表示特性を有し、放電による電子放出素子の劣化を抑制でき、低コストで製造できる画像表示装置が提供できる。

図１，図２を用いて本発明の実施形態の一例を示す。図１は、基板１１上に、多数の電子放出素子をマトリクス配線して設けた電子源（第１基板、リアプレート）の一部の平面模式図である。図２は、図１のリアプレートにフェースプレート（第２基板）を対向配置した画像表示装置の断面模式図であり、図１のＡ−Ａ’断面に相当する。

図１，図２では、電子放出素子として表面伝導型電子放出素子を用いた例を示す。しかしながら、本発明では、スピント型やＢＳＤ型やＭＩＭ型などの電界放出型電子放出素子や、カーボンナノチューブ等のカーボンファイバーを用いた電界放出型電子放出素子なども用いることができる。

図１，図２において、１は第１配線（行方向配線）、２は絶縁層、１０は基体、３は絶縁コート層、４は第２配線（列方向配線）、１１は基板である。また、表面伝導型電子放出素子は、電極５，６と、間隙８で離間された一対の導電性膜７ａ，７ｂで構成され、電極５，６と導電性膜７ａ，７ｂはそれぞれ電気的に接続されている。

行方向配線１は、絶縁層２上に配置され、絶縁層２に設けられた不図示のコンタクトホール（開口）で第１電極６と接続されている。絶縁層２は、行方向配線４上の一部の上を覆っている。列方向配線４は、第２電極５の一部の上に積層され、第２電極５と接続されている。第１電極６と第２電極５の間に、配線１，４を介して、駆動電圧Ｖｆを与えることで、間隙８付近から電子が放出される。

図２では、基体１０と絶縁コート層３とで、基板１１が構成されているが、基体１０の表面が絶縁面であれば、基体１１に別途絶縁コート層３を設けなくても、基体１０単体で基板１１を構成することもできる。

また、図１，図２で示した形態では、３を絶縁コート層とし、２を絶縁層としているが、絶縁コート層３及び絶縁層２のいずれの表面も絶縁面を有していることに変わりはない。尚、「絶縁面」とは、導電部材と導電部材との間（例えば電極５と６の間や配線１と４の間）等の様に、導電部材で覆われていない露出面であり、導電部材と導電部材とを電気的に十分に絶縁する絶縁部材の表面である。

そして、本発明においては、上記絶縁面上の任意の点と、導電部材上の当該任意の点に最も近い点と、を結ぶ距離（最短距離）Ｌ［μｍ］と、上記任意の点における表面抵抗率Ｒｓ［Ω／□］とが、下記式（１）を満たす。
Ｒｓ×Ｌ²＜４．２×１０²²［Ω×μｍ²］ （１）

また、好ましくは下記式（２）を満たす。
Ｒｓ×Ｌ²＜１．８×１０²¹［Ω×μｍ²］ （２）

基板１１の表面、即ち、絶縁コート層３又は基体１０の表面が酸化ケイ素を主成分とする場合、その表面抵抗率Ｒｓは１×１０¹⁶（Ω／□）以上であることが好ましい。

上記式（１）を満たすことで、従来必要としていた帯電防止膜を用いずに、Ｘ線による絶縁面の帯電に起因した放電などによる、電子放出素子の劣化を抑制することができる。その結果、画像表示装置においては、安定な表示画像を長期に渡って得ることができる。

フェースプレートは、電子放出素子と対向するアノードと、電子放出素子から放出された電子の照射によって発光する発光部材を備えている。図２においては、基板１２がガラスなどの透明な材料からなり、電子放出素子側に蛍光体（発光部材）１４とブラックマトリクスなどの黒色部材からなる遮光層１５とを有する蛍光膜が積層されている。さらに、発光層の電子放出素子側には１０００Å乃至２０００Å厚のアルミニウム膜などの導電性膜からなるメタルバック（アノード）１３と、ゲッター１６とが積層されている。リアプレートとフェースプレートの間隔は、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下とされる。

アノード１３と電子放出素子との間に電位差Ｖａを印加することで、間隙８近傍から放出された電子は、アノード１３を透過し蛍光体１４に照射される。実用的な表示特性を得るため、電子放出素子とアノード１３の間（典型的には第１電極６とアノード１３の間）に与える電位差（Ｖａ）は、数ｋＶから数十ｋＶであり、典型的には１０ｋＶ以上である。また、実用的な表示特性を得るためには、電子放出素子から放出され蛍光体１１４に到達する電子（放出電流Ｉｅ）は、蛍光体１４に照射される時点において１．５μＡ≦Ｉｅ≦４．５μＡであることが必要である。

尚、本発明の画像表示装置では、従来公知の板状のスペーサが、行方向配線１のいくつかの上、または、行方向配線１の全ての上に、行方向配線１に沿って設けられることが好ましい。

以下に、上記リアプレートの製造方法について図３−１乃至図３−３を用いて簡単に説明する。

先ず、絶縁性の表面を備える基板１１上に第１電極５と第２電極６を形成する（図３−１（ａ））。絶縁性の表面を備える基板１１としては、本例のように、基体１０上に絶縁コート層３を設けることで構成することができる。勿論、基板の表面が後述する十分な表面抵抗率を備えていれば、絶縁コート層３を設けずに、基体１０の表面上に電極５と電極６を形成することができる。絶縁コート層３は酸化シリコンを主成分とする絶縁膜を用いることが好ましい。

基体１０としては、石英ガラス、高歪点ガラス、青板ガラスなどのガラスが好ましく使用される。絶縁コート層３は、基体１０を、洗剤、純水及び有機溶剤により十分に洗浄した後、スパッタリング法、ＣＶＤ法などの公知の成膜方法によって形成することができる。

用いる電子放出素子が表面伝導型電子放出素子の場合は、後述する「通電フォーミング処理」や「活性化処理」を良好に行うために、絶縁コート層３の表面抵抗率は、実用的には、１×１０¹⁶Ω／□以上であることが望ましい。また、絶縁コート層３の表面抵抗率は、その他の電子放出素子（特には電界放出型電子放出素子）を用いた場合においても、同様に、実用的には、１×１０¹⁶Ω／□以上であることが望ましい。

電極５、６は、真空蒸着法、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法等で成膜した後にリソグラフィ法でパターニングしてエッチングする方法等を選択することができる。電極５，６の材料としては導電性を有するものであればどのようなものでもかまわない。例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属或いは合金等が挙げられる。第１電極５と第２電極６のパターンは、図３−１（ａ）の形状に限られるものではない。

次に、電極５と接続する列方向配線４を設ける（図３−１（ｂ））。列方向配線４は、例えば導電性ペーストを印刷し、焼成することで形成することができる。この時、列方向配線４は電極５と接続するように形成する。本例では、電極５の一部の上に列方向配線４を設けることで、電極５と列方向配線４とを接続した。配線は膜厚が厚いほうが電気抵抗を低減できるため有利であるため、印刷法、特にスクリーン印刷法を用いるのが好ましく、銀、金、銅、ニッケル等の金属粒子を含むペースト（導電性ペースト）を用いることが好ましい。より高精細なパターンの配線を形成する場合には、感光性成分を加えた導電性ペーストを用い、これを印刷法によって基板上に成膜した後に、露光、現像することによって配線４を形成することができる。尚、所定のパターンを形成した後にはペースト中のビヒクル成分を除去するために、そのペースト、使用する基板の熱特性に応じた温度（４００乃至６５０℃）で焼成される。

次に、絶縁層２を設ける（図３−２（ｃ））。図３−２（ｃ）は、絶縁コート層３、電極５、電極６、列方向配線４上に、絶縁層２が形成された状態を示す図である。絶縁層２を構成する主成分としては、例えば、実用上、酸化シリコン（典型的にはＳｉＯ₂）が選ばれる。厚さは、絶縁性を確保されるために必要な厚さであればよい。絶縁層２は、スパッタリング、或いは、ＣＶＤによって形成される。２ａは絶縁層２に形成された開口部であり、電極６が配置される場所を含む領域に通じている。

図３−２（ｄ）、（ｅ）は、絶縁層２、電極６、絶縁コート層３上に、行方向配線１が形成された状態を示す図であり、図３−２（ｄ）が平面図であり、図３−２（ｅ）は、（ｄ）におけるＡ−Ａ’断面図である。

行方向配線１も電気抵抗を低減したほうが有利であるため、膜厚を厚く形成できる厚膜印刷法を用いるのが好適である。そこで列方向配線４の形成と同じようにしてスクリーン印刷法で導電ペーストを用い、配線を形成した後焼成する。

図３−２（ｅ）に示すように、行方向配線１は、絶縁層２の開口部２ａを経て、電極６上に配置される。行方向配線１は、電極６に電気的に接続される一方、列方向配線４、電極５とは、絶縁層２によって電気的に非接続となる。

図３−３は、導電性膜７ａ，７ｂが、電極５、電極６、絶縁コート層３上に形成され、間隙８が、導電性膜７ａと７ｂとの間に形成された状態を示す図である。間隙８の形成は、例えば、導電性膜で接続された電極５と電極６との間に電圧を印加することにより、電極５と電極６とを接続していた導電性膜の一部に間隙８を形成することにより行うことができる。また、従来公知の通電フォーミング処理と通電活性化処理とを行うことによって間隙８を形成することもできる。

以下、前述した式（１）を満たすことで、本発明の効果を奏する理由について説明する。

先ず、絶縁面の電位について説明する。

絶縁面上に、電子線が入射、或いは、光子線が照射されると、二次電子放出或いは光電効果が生じる。二次電子放出によって絶縁面に生じる電荷量は、絶縁面の二次電子放出係数δによって定まる。δは入射電子の個数に対する二次電子の個数の比である。δは絶縁面に到達する入射電子のエネルギーＥの関数である。図４は、δとＥの関係を示す図である。図４において、Ｅ１とＥ２はδ＝１となるＥである。

Ｅ１を、第１クロスオーバーエネルギーと呼び、Ｅ２を、第２クロスオーバーエネルギーと呼ぶ。

絶縁面への入射電子としては、電子放出素子からの放出電子、即ち、電子放出素子の負極と絶縁面の間の電位差に依存するエネルギーを持った電子が考えられる。

入射電子が負極から、絶縁面に到達するとき、Ｅは負極と絶縁面の電位差ΔＶに依存する。

負極から絶縁面への入射電子のエネルギーＥにおいて、Ｅ＝Ｅ１となるようなΔＶをＶ_E1、Ｅ＝Ｅ２となるようなΔＶをＶ_E2とする。負極の電位は固定されているので、ΔＶは絶縁面の電位Ｖによって定まる。

Ｅ１近傍を考える。Ｅ＜Ｅ１であるようなΔＶである時、δ＜１である。二次電子の個数は入射電子の個数よりも少なく、電荷量は負の方向に変化する。従って、ΔＶは小さくなり、δも小さくなる。

一方Ｅ＞Ｅ１であるようなΔＶである時、δ＞１である。二次電子の個数は入射電子の個数よりも多く、電荷量は正の方向に変化する。従って、ΔＶは大きくなり、δも大きくなる。このサイクルは、ΔＶ＝Ｖ_E2、即ち、Ｅ＝Ｅ２となるようなΔＶとなるまで続く。Ｅ＞Ｅ２においては、δ＜１となり、電荷量は負の方向に変化するため、ΔＶの増加は抑えられる。そのために、ΔＶの増加はΔＶ＝Ｖ_E2にて落ち着く。

非特許文献１によれば、絶縁面がＳｉＯ₂である場合は、ＴＡＢＬＥ１からＥ１＝４４ｅＶであり、Ｆｉｇ．４からＥｍａｘ≒２００ｅＶ、δｍａｘ≒１．６３である。上記Ｅ１の値は、入射電子の入射角度が０°の場合の値である。即ち、入射電子の、絶縁面近傍における、軌道と、絶縁面の方向（絶縁面内の方向と垂直の方向）とのなす角度が０°の場合の値である。

Ｅ１は入射角度に依存する。入射角度が大きくなるとＥ１は小さくなる。

非特許文献１では、ＥｍａｘとδｍａｘからＥ２を求めることが示されている。そしてＥ２は、上記ＳｉＯ₂のＥｍａｘとδｍａｘの値より数ｋｅＶと見積もられる。このことは非特許文献１の理論式からも推定できる。

絶縁面がＳｉＯ₂であり、電子が絶縁面に入射される場合、負極と絶縁面の電位差ΔＶがＶ_E1よりも小さければ、二次電子放出はΔＶを小さくするように働く。一方、ΔＶがＶ_E1よりも大きければ、二次電子放出はΔＶを大きくするように働き、Ｖ_E2、即ち、数ｋＶまで上昇させようとする。

上記の絶縁面の電位の変化は、負極から絶縁面に到達する電子による二次電子放出によって生じるものである。その一方で、フェースプレートから絶縁面に到達する光子による光電効果によって生じる絶縁面の電位の変化がある。

電子放出素子を用いた画像表示装置の駆動中において、電子放出素子を構成する絶縁面には、Ｘ線を主体とする光子線が照射される。該Ｘ線は、電子放出素子からの放出電子が、電子放出素子とアノード間に印加された数ｋＶ乃至数十ｋＶといった電圧Ｖａによって加速され、フェースプレートに入射することで生じる。

Ｘ線は、フェースプレートを構成する材料に特徴的なエネルギースペクトルを持ち、Ｘ線の照射により、絶縁面において光電効果が生じる。これにより、絶縁面に正電荷が生じ、絶縁面の電位が上昇する。

二次電子放出による電位上昇が、負極と絶縁面の電位差ΔＶがＶ_E1を超えない限り起こらないのに対して、光子線による電位上昇は、光電効果を生じさせるエネルギーを持った光子が照射されれば起こる。一方、電位差ΔＶがＶ_E1を超えて二次電子放出による電位上昇が起こると、負極と絶縁面の電位差ΔＶはＶ_E2まで上昇してしまい、導電部材と絶縁面の間で放電が生じる可能性が高くなる。従って、駆動中において、光子線による絶縁面の電位上昇をＶ_E1以下に抑えるようにリアプレートを構成する必要がある。

また、上記電子と光子を原因とする絶縁面の電位上昇の他に、イオンを原因とする電位上昇が可能性としてあり得る。これは、画像表示装置の駆動中において、リアプレートとフェースプレートの間に存在する、残留ガスを構成する分子或いは原子がイオン化し、絶縁面に到達することによる電位上昇である。しかしながら、上記イオンを原因とする絶縁面の電位上昇は、表面伝導型電子放出素子や電界放出型電子放出素子を用いたディスプレイで必要とされる１０^-6Ｐａ以上の真空度を有する雰囲気中においては、実質的な問題にならない。

アノードと負極（カソード）の２極で構成された単一の電子放出素子などを除けば、電子線ディスプレイでは、通常、配線間或いは電極間の絶縁のために絶縁部材を用いる必要がある。絶縁部材を用いる場合、絶縁部材の表面を覆う低抵抗部材などを用いない限りは、絶縁部材の表面が露出され、その露出面である絶縁面に、駆動時に電子或いは光子が照射される。そして、電子線或いは光子線が絶縁面に照射されることで、上述した理由により、二次電子放出或いは光電効果が生じ、正電荷が絶縁面に生じる。

正電荷が絶縁面に生じる場合、絶縁面は高い表面抵抗率を有しているので、電子放出素子の構成によっては、電子放出素子から放出される電子の軌道に影響を与える程度の電位の上昇が絶縁面において生じる場合がある。

また、高精細ディスプレイ等に用いる電子放出素子においては、実用上、電子放出素子は１０μｍ乃至５００μｍといった小さなサイズである必要がある。そのような電子放出素子をマトリクス状に配置する場合、配線間、電極間の間隔は狭くならざるをえない。そのため、複数の配線や複数の電極における互いの絶縁を確保するためには、より高い表面抵抗率を持つ絶縁面を用いる必要がある。

従って、このような電子放出素子において、絶縁面が露出している場合、電子放出素子の構成によっては、導電部材と絶縁面の間において大きな電位差が数μｍから数十μｍといった短い長さで生じる場合がある。その場合、絶縁面と導電部材の間で放電が起こり、電子放出素子が劣化する場合がある。

負極（カソード）と絶縁面の電位差ΔＶがＶ_E1を超えると、絶縁面に入射する電子による二次電子放出により、負極と絶縁面の電位差ΔＶはＶ_E2、即ち、数ｋＶの電位まで上昇し、絶縁面と導電部材の間で放電を起こす可能性が大きくなる。

光子線の照射による絶縁面の電位を見積もるために、絶縁面上の電荷が絶縁面上を絶縁面に接する導電部材へ向かって流れる場合を考える。

先ず、一つの電子放出素子の絶縁面の電位について考える。

上記絶縁面は、周囲が導電部材で囲まれる、任意の形状の絶縁面である。任意の形状の絶縁面の任意の点において、その点から導電部材までの絶縁面上の最短距離の値を考える。この時、絶縁面上の任意の各々の点に対して、上記最短距離の値が各々対応する。絶縁面上の全ての点に対する上記最短距離の値の集合を考え、その集合の内の最大の値をＬとする。

絶縁面の形状が円である場合にはＬは半径であり、絶縁面の形状が正方形である場合にはＬは一辺の長さの半分の長さであり、絶縁面の形状が長方形である場合にはＬは短い一辺の長さの半分の長さである。また、上記最短距離の値の集合におけるＬをとる絶縁面上の点は、絶縁面の形状が円である場合には円の中心であり、絶縁面の形状が正方形である場合には正方形の中心である。また、絶縁面の形状が長方形である場合には２本の短い一辺のそれぞれの中点を結ぶ線分の両端からＬを切り取った線分上の点の集合である。

例えば、図１においては、上記導電部材とは、電極５，６、行方向配線１、列方向配線４であり、上記絶縁面とは、絶縁コート層３、絶縁層２の露出した表面である。

絶縁層２は、列方向配線４とその上方に配線される行方向配線１の間において、列方向配線４と行方向配線１の間を絶縁するために配置されるものである。従って、絶縁コート層３の表面である絶縁面が略平面の形状であるのに対して、絶縁層２の表面である絶縁面は曲面を含む形状を有する。

上記Ｌは、上記絶縁コート層３の略平面の絶縁面上と、上記絶縁層２の曲面を含む絶縁面上における距離であり、必ずしも直線の線分の距離ではない。

次に、絶縁面への光子線の照射による絶縁面の電位の変化について記す。

絶縁面への光子線の照射による光電効果によって生じる、単位面積当たり及び単位時間当たりの電荷の変化量（以下、「単位面積・時間当たりの電荷量」と記す。）をｉとする。後述するように、ｉは光子線の放出点と絶縁面上の点の間の距離に依存する。また、光子線は、画像表示装置の駆動中においてフェースプレートから発生する、フェースプレートの構成材料に由来する特性Ｘ線を主成分としている。以下、「Ｘ線」という場合は「Ｘ線を主成分とする光子線」のことを意味する。

画像表示装置において、一つの電子放出素子中の絶縁面内でとりうる長さに対して、前記絶縁面と前記光子線の放出点との間の距離は充分に長い。従ってｉは、一つの電子放出素子の絶縁面上の全ての場所で実質的に同一であると考えることができる。ｉによって縁面の電位は変化する。

今、初期状態としてｉ＝０において、絶縁面の電位が絶縁面上のいたるところで０であるとする。この場合において、ｉの増加によって生じる絶縁面の電位の変化について考える。

絶縁面の表面抵抗率をＲｓとすると、Ｒｓは一つの電子放出素子の絶縁面上の全ての場所で実質的に同一である。

図５は、絶縁面上の電位について説明する図である。図５（ａ）は、絶縁面の形状が円形である場合の図であり、絶縁面３１の周囲が導電部材３２で囲まれる場合を示す図である。この形状においては、絶縁面３１の円の中心における電位が最大となり、その電位Ｖは以下の式（３）で表される。
Ｖ＝（Ｒｓ×ｉ×Ｌ²）／４ （３）

図５（ｂ）は、絶縁面の形状が、一定の幅で無限遠方まで続く形状である場合の図であり、絶縁面３１が、ある一定の幅で無限遠方まで導電部材３２で挟まれる場合を示す図である。この形態においては、上記幅の中点の集合による直線上の電位が最大となり、その電位は以下の式（４）で表される。
Ｖ＝（Ｒｓ×ｉ×Ｌ²）／２ （４）

次に、あるＬにおいてとりうる、あらゆる絶縁面の形状の集合において、その各々の形状におけるＶを考える。この時、Ｖの最大値は図５（ｂ）で示される形状において得られ、Ｖの最小値は図５（ａ）で示される形状において得られる。従って、周囲が導電部材で囲まれる任意の形状の絶縁面上の任意の点における電位の集合の内の最大の電位Ｖは、以下の式（５）で表される。
（Ｒｓ×ｉ×Ｌ²）／４≦Ｖ≦（Ｒｓ×ｉ×Ｌ²）／２ （５）

上記任意の形状の絶縁面とは、平面だけでなく曲面でもよい。後述するように、ｉは絶縁面へのＸ線の入射角度θに依存せず、ただ、Ｘ線放出点と絶縁面との距離ｒにのみ依存する。電子放出素子を用いたディスプレイの一般的な構造においては、リアプレート上における一つの電子放出素子中の絶縁面が占める領域中の長さは、前記絶縁面とＸ線放出点との距離と比較すると非常に短い。従って、一つの電子放出素子における絶縁面における全ての点において、上記ｒは一様とみなせる。

従って、一つの電子放出素子中の絶縁面においては、Ｘ線の入射角度が９０°以上、即ち、絶縁面に対し裏側から入射するような入射角度にならない限り、どんな曲面であっても、ｉは一様（定数）であると考えることができる。

尚、Ｖは必ずしも絶縁面上の点の集合内の、その点から導電部材までの最短距離がＬである点の集合内の全ての点においてとられる電位ではなく、前記Ｌである点の集合内の一部においてとられる電位である場合もある。

リアプレート上における一つの電子放出素子中の絶縁面における、上記任意の形状とは、導電部材によって複数の領域に分断されている形状も含まれる。そのような形状の絶縁面においては、分断された各々の領域において、前記各々の領域に対応するＬのより大きいＬが全体の絶縁面におけるＬとなる。

上記式（５）において、絶縁面の形状に由来する物理量はＬのみである。即ち、絶縁面の電位Ｖは、Ｌによって上式（５）の範囲内で特徴づけられる。

従って、Ｌの値を制御することによって、絶縁面の電位Ｖを、上式（５）の範囲内で制御でき、絶縁面と導電部材の間の電位差を制御できる。その結果、絶縁面と導電部材の間で起こる、電子放出素子を劣化させる放電を抑えることができる。

本発明の効果を示すために、図１に示すリアプレートを作製した。画像表示装置の駆動特性とＬの関係を見出すために、図１におけるＬ１の値を、Ｌ１＝１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、４０μｍ、５７．５μｍの５種類の形態例を用意した。また、図１におけるＬ２、Ｌ３においては、いずれの形態例も、Ｌ２＝１０μｍ、Ｌ３＝６５２．５μｍとした。また、図１における、Ｌ２は、Ｌ２≦Ｌ１を満たす。

また、行方向配線１に覆われていない、絶縁層２の露出した絶縁面において、行方向配線１と、電極５、電極６、列方向配線４によって挟まれる、絶縁面上に沿った間隔は、Ｌ１、Ｌ２よりも非常に短い。また、絶縁層２は、行方向配線１と列方向配線４を上下方向に絶縁するため膜厚を持っているが、該膜厚はＬ１、Ｌ２よりも非常に薄い。従って、Ｌ１の半分が、この形態例の絶縁面のＬに相当する。即ち、この形態例におけるＬは、Ｌ＝Ｌ１／２である。

尚、図１における、絶縁面２１の領域と、絶縁面２２の領域は、絶縁層２の表面を介して、つながっているため、上記２つの領域は、導電部材によって分断されてはいない。従って、図１における絶縁面の電位ＶはＬ１に依存する。また、Ｌ３は、Ｌ１と比較して１０倍以上長い。従って、リアプレートの絶縁面の電位Ｖは、図５（ｂ）に示す形状の絶縁面の電位として近似的に扱えると考えられる。

以上のように、絶縁面に照射される光子線によって定まる絶縁面の電位は、ｉとＲｓとＬとによって定まる。その中で、絶縁面の形状に由来する量はＬのみであり、与えられたｉ及びＲｓに対してＬを定めることで、絶縁面の電位Ｖを制御することができる。

しかしながら、絶縁面の形状によっては、画像表示装置の駆動中において、下記のような影響を考慮しなければならない場合がある。

画像表示装置の駆動中においては、電極５と電極６との間には、駆動電圧Ｖｆが印加され、アノード１３にはアノード電圧Ｖａが印加される。

上記駆動電圧Ｖｆ及びアノード電圧Ｖａは、画像表示装置内において、空間電位分布を形成する。

一つの電子放出素子内の絶縁面が、上記空間電位分布における電位の空間的な変化を無視できない形状を持つ場合には、絶縁面の電位Ｖは、必ずしもｉとＲｓとＬのみによって定まらない。この場合には、上記、絶縁面に照射される光子線によって定まる、絶縁面上の各点における電位と、駆動電圧Ｖｆとアノード電圧Ｖａの印加によって生じる空間電位との和が絶縁面上の電位分布となる。

次にｉの定量化について記す。

上記ｉは、前述したように、光子線の絶縁面への照射による光電効果によって生じる、絶縁面の電荷量の単位面積・時間当たりの変化量である。さらに、上記光子線が、電子放出素子から放出された電子がフェースプレートに入射されることによって発生する、フェースプレートからの光子線であるとする。該光子線の主成分は、フェースプレートを構成する材料に依存する、特性Ｘ線である。

前記Ｘ線の放出箇所は、複数の電子放出素子の中の、駆動されている各々の電子放出素子のほぼ直上における、フェースプレートの蛍光体などの発光部材が配置された各々の放出電子入射箇所である。

この時、ｉは、以下の式（６）を満たす。
ｉ＝Σ（Φ／（２×π））×δｘｅ×δｅｘ×Ｉｅ （６）

ここで、
Φ：Ｘ線の各放出点から絶縁面への単位面積当たりの立体角
δｘｅ：絶縁面における光子から電子への変換効率
δｅｘ：フェースプレートにおける電子から光子への変換効率
Ｉｅ：電子放出素子からの放出電流

和は、Ｘ線放出箇所の全てについてとる。（２×π）は、平面形状のフェースプレートで仕切られた片側の空間に対する全立体角であり、Ｘ線は、その全立体角に対し、実質的に均一に放射されることを示す。即ち、（Φ／（２×π））の因子は、フェースプレート上のＸ線放出点から放出される全Ｘ線量に対する、注目する電子放出素子の絶縁面における単位面積に届くＸ線量の比を示す。

フェースプレートのδｅｘは以下のように測定することで調べることができる。

フェースプレートと同一の構成を持つ試料を準備し、その試料において蛍光体が配置されている箇所に電子線を入射することで特性Ｘ線を放出させる。尚、試料表面と電子放出源との間に加速電圧Ｖａを印加することで電子線は試料表面に入射される。放出された特性Ｘ線を受光器によって受け取ることで、フェースプレートから放出される光子の数のうちの一部をカウントする。受光器の受光部の面積と、受光部とＸ線放出点の間の距離によって決まる、Ｘ線放出点からみた受光部の立体角をωとする。そして、フェースプレートから放出される光子数をＮｘ、受光部が受け取る光子数をｎｘ、フェースプレートに入射される電子数をＮｅとして、δｅｘは次式（７）で示される。
δｅｘ＝Ｎｘ／Ｎｅ＝（ｎｘ×（（２×π）／ω））／Ｎｅ （７）

特性Ｘ線のエネルギースペクトルは、フェースプレートを構成する材料に特徴づけられるピークを持つ。

発光部材として用いられる蛍光体の構成元素は、Ｚｎ、Ｓ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｙ、Ｏ、Ｅｕ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｎ、Ｇａ、Ｓｒなどを含む。例えば、蛍光体としては、３原色のＰ２２蛍光体（青：ＺｎＳ：Ａｇ、緑：ＺｎＳ：ＣｕＡｌ、赤：Ｙ₂Ｏ₂ＳｉＯ₂：Ｅｕ）から構成されていてもよい。

上記元素を組み合わせることによって構成された、様々な蛍光体材料の各々を用いたフェースプレートの箇所に対して電子を入射する。

フェースプレートから放出されたＸ線のエネルギースペクトルにおいて、アノード１３の材料であるＡｌの、特性Ｘ線からの寄与が最も大きい。

δｅｘとＶａの関係は、上記元素を組み合わせることによって構成された、様々な蛍光体材料の各々を用いた、フェースプレート上の電子が入射される箇所に対して、ほぼ同一であった。

図６は、この測定における、電子線の加速電圧Ｖａとδｅｘの関係を示す図である。図６に示されるように、δｅｘはフェースプレートに入射する電子の加速電圧Ｖａに対して、ほぼ比例していた。

図６に示されるように、
Ｖａ＝６ｋＶである場合、δｅｘ＝３．５４×１０^-4であった。
Ｖａ＝１０ｋＶである場合、δｅｘ＝５．９０×１０^-4であった。

図１に示す、絶縁コート層３及び絶縁層２といった絶縁部材は、実用的には酸化シリコン（典型的にはＳｉＯ₂）を主成分とする。

δｘｅは、上記絶縁面へのＸ線の入射角に依存する。絶縁面のδｘｅは、以下のようにすることで調べることができる。

画像表示装置の駆動中におけるフェースプレートから発生される光子線のエネルギースペクトルと、略同一のエネルギースペクトルを持つ光子線を、酸化シリコンを主成分とする絶縁部材の表面（絶縁面）に照射し、絶縁面から光電子を放出させる。該絶縁部材は、絶縁部材に電子を供給するための電子供給電極の上に成膜され、その表面近傍には、前記電子供給電極に対して正の電位を持つ光電子捕獲電極を設けておく。絶縁面から放出される光電子は光電子捕獲電極に誘導される。尚、絶縁部材の膜厚は、酸化シリコン中の電子の飛程以下にする。光電子の放出によって生じた絶縁部材中の正の電荷に対して、電子供給電極から供給される電子の個数を測定することにより、絶縁面に照射されたフォトン１個あたりの光電子の発生数、即ち、δｘｅが測定される。

絶縁面の向きと、絶縁面に入射するＸ線の光路とのなす角度が０°の場合（絶縁面に垂直にＸ線を入射した場合）、絶縁部材の表面におけるδｘｅは１×１０^-4であった。

電子放出素子の製造工程、画像表示装置の製造工程を経た場合、絶縁部材の表面抵抗率Ｒｓは、実用的な範囲として、１×１０¹⁶（Ω／□）以上であることが好ましく、１×１０¹⁹Ω／□以上３×１０²⁰Ω／□以下の値であることがより好ましい。尚、本発明における、絶縁部材を構成する材料は、酸化シリコンにのみ限定されるものではない。

また、本発明における、絶縁面の表面抵抗率Ｒｓは、１×１０¹⁹Ω／□以上３×１０²⁰Ω／□以下に、限定されるものではない。電極間、配線間、電極と配線の間のいずれかにおいて、画像表示装置が正常に駆動されるような絶縁が実現されるＲｓであればよい。

絶縁部材の表面抵抗率Ｒｓは、例えば、以下のようにして測定することができる。

即ち、画像表示装置の製造工程と同様の工程を経た絶縁部材の表面に、その表面の一部が、間隔数μｍ、長さ数十ｍｍに渡って露出するように、一対の電極を配置した試料を真空容器中に配置する。尚、一対の電極の間隔（一対の電極が対向する幅）及び全長は、１×１０¹⁹Ω／□以上３×１０²⁰Ω／□以下の表面抵抗率Ｒｓが測定できる値であればよい。そして、該試料を真空中３００℃で１２時間加熱し、絶縁部材の表面上の水分等を取り除いた後、室温に戻し、一対の電極間に電位差を０Ｖから１００Ｖまで与え、一対の電極間に流れる電流を０．１ｐＡの精度で測定できる電流計によって測定する。

上記測定は、ある電位差を与えた後、数十分程度その電位差を固定し、その後、数十分から数時間程度の間、数秒毎に電流値を読み取って、その平均値をとる。これを、数Ｖ毎に繰り返すことにより、電位差と電流値の関係を得ることができる。

上記測定における上記時間は、充分な測定精度を得るために必要であるが、その時間については、真空容器や試料や電流計などの測定系に依存する。上記測定は、外部の影響に敏感であるので、可能な限り外部の影響を遮断した環境下で行うことが望ましい。

本発明の効果を検証するため、行方向に８０個、列方向に８０個の電子放出素子を配置した図１，図２の構成の試験画像表示装置を構成し、任意の行に接続する全ての電子放出素子（８０個の電子放出素子）を同時に駆動した。

行方向に互いに隣り合った８０個の電子放出素子を同時に駆動する理由を、以下に説明する。

行方向に互いに隣り合った８０個の電子放出素子を同時駆動する駆動方法においては、各電子放出素子の絶縁面に対して、複数の電子放出素子に対応するＸ線放出点からのＸ線の照射が行われる。これにより、１個の素子を駆動する駆動方法と比較して、Ｘ線照射による光電子の発生量が増える。

ある電子放出素子の周囲の絶縁面に対するＸ線の照射による、光電子の発生による単位時間・面積当たりの電荷量ｉは、前述した式（６）で示される。

ここで示す例では、和（式（６）の右辺）は、各々の駆動される電子放出素子に対応するＸ線放出点の場所の全てについてとる。前述の８０個の電子放出素子の駆動においては、駆動される８０個の電子放出素子に対応するＸ線放出点の場所の全てについて和をとる。

δｅｘとＩｅは、注目している絶縁面の場所と、各々の駆動される電子放出素子に対応するＸ線放出点の場所の関係には依存しない量である。

また、本例においては、複数の電子放出素子においてＶａ及びＶｆが同一であれば、各々の電子放出素子においてＩｅはほとんど同一である。δｅｘは上述したように、Ｖａに略比例するとともに、各々の電子放出素子から放出される電子のフェースプレート上における入射箇所における、フェースプレートを構成する材料の組成に依存する。しかしながら、フェースプレートを構成する材料の組成が、各々の電子放出素子から放出される電子のフェースプレート上における入射箇所において、大きく異なることはない。

また、本例においては、アノード１３は画像表示装置内の全ての電子放出素子の直上で一体であるため、各々の電子放出素子とアノード１３の間の電位差であるＶａは、各々の電子放出素子について同一である。従ってこの場合、Ｉｅ、δｅｘは実質的に各々の電子放出素子に依存しない。

従って、式（６）のｉは下記式（８）のように書き直すことができる。
ｉ＝（δｅｘ×Ｉｅ／（２×π））Σ（Φ×δｘｅ） （８）

式（８）によれば、ｉはδｅｘとＩｅに比例する。また、前述したように、δｅｘはＶａに比例する。

複数の駆動方法において、ＶａとＶｆが等しい場合においては、前記複数の駆動方法において、δｅｘ及びＩｅが等しい。この場合、Σ（Φ×δｘｅ）によって、注目する電子放出素子の絶縁面における、ｉの様々な駆動方法における相対関係を見積もることができる。即ち、Σ（Φ×δｘｅ）によって、ｉの、１個の電子放出素子のみの駆動方法と８０個の電子放出素子の駆動方法の相対関係や、画像表示装置中の全電子放出素子の駆動方法との相対関係が分かる。さらには、様々な間隔で配置された複数の電子放出素子を持つ画像表示装置の駆動方法との相関関係が得られる。

今、複数の駆動方法における各々において、Ｖａ及びＶｆが各々で等しい場合を考える。

Σ（Φ×δｘｅ）において、δｘｅは概算で以下に示す式（９）に従う。
δｘｅ〜Ｒ／（４×μ×ｃｏｓθ） （９）

ここで、Ｒは電子の飛程であり、μはＸ線の減衰長であり、θは絶縁面の方向とＸ線の光路とのなす角である。

図７は上式を説明するための図である。図７（ａ）は、Ｘ線が絶縁面に対し垂直に入射した場合（即ちθ＝０）であり、図７（ｂ）は、Ｘ線が絶縁面に対し斜入射した場合を示している。式（９）中の「μ×ｃｏｓθ」は、Ｘ線の、絶縁面に対し垂直方向における減衰長に相当する。

一方、Ｘ線放出点からの各素子の絶縁面上の単位面積に対する立体角Φは以下に示す式（１０）に従う。
Φ＝（ｃｏｓθ／ｒ²） （１０）

ここで、ｒはＸ線の発生箇所と絶縁面との距離である。

Ｒとμは、絶縁面の材料に依存するので、画像表示装置の各電子放出素子における絶縁面の物性が実質的に同一である場合、電子放出素子に依存しない。従って、Σ（Φ×δｘｅ）は、Σ１／ｒ²に比例する。

注目する電子放出素子の絶縁面と、駆動される電子放出素子に対応するＸ線放出点との距離が遠くなると、寄与が１／ｒ²で小さくなる。

ここで説明する例において作製したリアプレートでは、隣合う電子放出素子間の間隔は行方向には２０５μｍである。また、フェースプレートと電子放出素子（絶縁面）の間隔は１．６ｍｍである。

図８は行方向に並べられた８０個の電子放出素子を同時に駆動した際における絶縁面上の光電子の発生による単位面積・時間当たりの電荷量ｉの、１個の電子放出素子の駆動に対する比を、８０個の各電子放出素子について示した図である。

図８に示されるように、８０個の電子放出素子のうち、中央の電子放出素子はｒの短いＸ線放出点からのＸ線照射の寄与が大きく、最もＸ線が照射されるため、ｉの比が最も大きくなる。

１個の電子放出素子のみを駆動する駆動方法の駆動時における、その電子放出素子の周囲の絶縁面における、光電子の発生による単位面積・時間当たりの電荷量をｉ_1dとする。また、行方向に８０個並べられた電子放出素子の駆動時における、８０個の各々の駆動される電子放出素子の絶縁面において、光電子の発生による単位面積・時間当たりの電荷量ｉの、最も大きな絶縁面における値をｉ_80dとする。ｉ_80dのｉ_1dに対する比、（ｉ_80d／ｉ_1d）は、
（ｉ_80d／ｉ_1d）
＝（Σ（１／ｒ²））／（１／ｒ²）
＝（１／（１６００²）＋２／（２０５²＋１６００²）＋２／（（２×２０５）²＋１６００²）＋２／（（３×２０５）²＋１６００２）＋・・・・・
＋２／（（３９×２０５）²＋１６００²）＋１／（（４０×２０５）²＋１６００²））／（１／（１６００²））
≒２１．５

５５インチサイズの画像表示装置において、各画素が３つの電子放出素子からなる、総数１９２０個の画素を行方向に配列し、そのように配列された一行を列方向に１０８０個配列する。このような構成において、電子放出素子間の間隔が行方向には２０５μｍであり、列方向には６１５μｍであり、フェースプレートと電子放出素子の間隔が１．６ｍｍである場合を考える。

上記５５インチサイズの画像表示装置において、全電子放出素子を駆動する場合を考える。全電子放出素子の各々に対応するＸ線放出点からのＸ線が、各々の電子放出素子の絶縁面に照射される場合における、全電子放出素子の絶縁面のうち、光電子の発生による単位面積・時間当たりの電荷量の最も大きな値をｉ_55inとする。

この時、ｉ_55inは、全てのＸ線放出点からのＸ線が遮蔽されなければ、行方向に５７６０個、列方向に１０８０個、マトリクス状に配列された電子放出素子のうちの中央に位置する電子放出素子の周辺の絶縁面において与えられる。この時、（ｉ_55in／ｉ_1d）の値は、行方向についてだけでなく、列方向にも配置される全ての電子放出素子についての和を、上記と同じように計算することで、次のようになる。
（ｉ_55in／ｉ_1d）
＝（Σ（１／ｒ²））／（１／ｒ²）
＝（１／（１６００²）
＋２／（２０５²＋１６００²）
＋２／（（２×２０５）²＋１６００２）
＋・・・・・
＋２／（（５７５９×２０⁵）２＋１６００²）
＋１／（（５７６０×２０⁵）２＋１６００²）

＋２（１／（６１５²＋１６００²）
＋２／（２０５²＋６１５²＋１６００²）
＋２／（（２×２０５）²＋６１５²＋１６００²）
＋・・・・・
＋２／（（５７５９×２０５）²＋６１５²＋１６００²）
＋１／（（５７６０×２０５）²＋６１５²＋１６００２））
＋２（１／（（２×６１５）²＋１６００²）
＋２／（２０５²＋（２×６１５）²＋１６００²）
＋２／（（２×２０５）²＋（２×６１５）²＋１６００²）
＋・・・・・
＋２／（（５７５９×２０５）²＋（２×６１５）²＋１６００²）
＋１／（（５７６０×２０５）²＋（２×６１５）²＋１６００²））
＋・・・・・
＋２（１／（（５３９×６１５）²＋１６００²）
＋２／（２０５²＋（５３９×６１５）²＋１６００²）
＋２／（（２×２０５）²＋（５３９×６１５）²＋１６００²）
＋・・・・・
＋２／（（５７５９×２０５）²＋（５３９×６１５）²＋１６００²）
＋１／（（５７６０×２０５）²＋（５３９×６１５）²＋１６００²））
＋１／（（５４０×６１５）²＋１６００²）
＋２／（２０５²＋（５４０×６１５）²＋１６００²）
＋２／（（２×２０５）²＋（５４０×６１５）²＋１６００²）
＋・・・・・
＋２／（（５７５９×２０５）²＋（５４０×６１５）²＋１６００²）
＋１／（（５７６０×２０５）²＋（５４０×６１５）²＋１６００²））
／（１／（１６００２））
≒７４８

即ち、（ｉ_55in／ｉ_1d）は、次の値をとる。
（ｉ_55in／ｉ_1d）≒７４８

しかしながら、実際の画像表示装置においては、画像表示装置の内部が高真空に保持される。そのため、画像表示装置の外部と内部との圧力差によって、リアプレートとフェースプレートの変形或いは破壊が生じる可能性がある。これを防止するために、リアプレートとフェースプレートの間にスペーサを設ける場合がある。そこで、上記５５インチサイズの画像表示装置において、行方向の端から端まで伸びた形状（板状）のスペーサを列方向に３０列間隔で行方向配線上に配置した場合を考える。

１０ｋｅＶのエネルギーを持つＸ線が上記スペーサに照射される場合、前記Ｘ線のスペーサ内部における減衰長は３００μｍ以下である。Ｖａ＝１０ｋＶで電子放出素子を駆動した場合、電子は、１０ｋｅＶ程度のエネルギーを持って、フェースプレートに入射される。その際、１０ｋｅＶ以下のエネルギーの領域における、フェースプレートを構成する材料組成に対応した特性Ｘ線が放出される。該特性Ｘ線は、フェースプレートにおける電子が入射される箇所における材料組成（例えば、アノード、蛍光体、ゲッター）からの特性Ｘ線が含まれる。しかしながら、前述したように、フェースプレートから放出されるＸ線のスペクトルは、アノードの構成材料であるＡｌの特性Ｘ線からの寄与が最も大きくなる。

上記スペーサの列方向の厚さが３００μｍの場合、即ち、Ｘ線減衰長よりも厚い場合においては、Ｘ線はスペーサを越えて絶縁面に到達することはできない。よって、注目する電子放出素子の絶縁面の場所と、Ｘ線放出点の場所との間にスペーサが配置されている場合、上式の和において、そのＸ線放出点については和から除外する必要がある。上記、５５インチサイズの画像表示装置にスペーサが配置されている場合、上記を考慮すると、ｉ_55inは行方向に５７６０個、列方向に３０個、マトリクス状に配列された複数の電子放出素子のうちの中央の電子放出素子の周辺の絶縁面において与えられる。そして（ｉ_55in／ｉ_1d）の値は次のようになる。

（ｉ_55in／ｉ_1d）≒３１７
これは、スペーサの存在によって光電子の発生が減じられることを示している。即ち、スペーサの配置の仕方によって、電子放出素子の絶縁面のＸ線照射による電位上昇を制御できることを示している。

しかしながら、前述の試験用画像表示装置における行方向に並べられた８０個の電子放出素子の駆動においては、板状のスペーサは行方向に延在して配置されているので、８０個の素子の間にはスペーサによるＸ線の遮蔽はない。従って、上記（ｉ_80d／ｉ_1d）の、スペーサの存在による減少はない。

実際の画像表示装置においては、リアプレート上に配置された配線などが数μｍから数十μｍ程度の高さを持っている場合もあり、それらによってＸ線放出点と絶縁面の間の光路が遮られる場合がある。この場合においては、注目する絶縁面からより遠いＸ線放出点からのＸ線の光路はより遮られやすくなる。これは、リアプレート上の構造体によって、光電子の発生が減じられることを示している。即ち、リアプレート上の構造体の配置の仕方によって、電子放出素子の絶縁面のＸ線照射による電位上昇を制御できることを示している。このことは、フェースプレート上の構造体についても同様のことが言える。さらに、フェースプレートとリアプレートの間に配置される、主に電子の軌道を制御するための、電極或いは該電極を含む第３の基板についても同様のことが言える。

マトリクス状（行列状）に配列された電子放出素子を備えた画像表示装置を駆動する場合、複数の行方向配線のうちの一つと、その行に接続されている複数の電子放出素子のうち、駆動すべき電子放出素子に接続する列方向配線とに所定の電圧を印加する。これを、順次、全ての行方向配線に対して行うことで１つの画像を表示し、これを繰り返すことにより動画像を表示させることができる。このように、行方向配線を順次選択する駆動方法をスクロール駆動と呼ぶ。スクロール駆動の１周期（即ち１フレーム）は、ある行（典型的には一番上に位置する行）から駆動を開始して、全ての行（典型的には一番下に位置する行）を駆動し終えるまでに要する時間のことをいう。

各電子放出素子では、各電子放出素子を構成する負極（カソード）と正極（ゲート）の間に、電子放出を開始するために必要な電圧（閾電圧）を超える電圧Ｖｆが印加されることによって電子放出される。

今、上記５５インチサイズの画像表示装置のスクロール駆動における、あるＶａ、Ｖｆにおけるｉの最大値を求める。そのため、ある行方向配線に電圧が印加された時に、その行方向配線に接続された全ての電子放出素子の、負極と正極の間に電圧Ｖｆが印加される場合を考える。

即ち、スクロール駆動中に、ある行方向配線に電圧が印加される時、その行方向配線に接続される全ての電子放出素子がＶｆで駆動される場合を考える。この時、各々の電子放出素子の負極と正極の間に印加される電圧波形は矩形波である場合を考える。この時、各々の電子放出素子に印加される電圧の最大値はＶｆ、最小値は列方向配線に印加される電圧となる。

周期的な矩形波において、１周期（１フレーム）に対する１つの電子放出素子から電子が放出されているＶｆが印加されている期間（選択期間）の比を、デューティー比と呼ぶ。

各電子放出素子からの電子放出量を制御する方法には、Ｖｆによって制御する方法と、Ｖｆは固定し、矩形波においてＶｆが印加されている時間によって制御する方法、即ち、デューティー比によって制御する方法と、これら２つの方法を併用する方法がある。

Ｖｆを固定する場合、画像表示装置を構成する電子放出素子の絶縁面における、光電子の発生による単位面積・時間当たりの電荷量の最大値は、各電子放出素子においてＶｆが印加されている時間を可能な限り長くする場合に得られる。

前記５５インチサイズの画像表示装置をスクロール駆動する場合において、各電子放出素子においてＶｆが印加されている時間が最も長い駆動では、スクロール駆動の１周期に対するＶｆが印加されている時間の比が１対行数、即ち、１対１０８０の比となる。即ち、この場合、デューティー比１／１０８０となる。この駆動においては、画像表示装置中のいずれかの１行における全ての電子放出素子が、どの瞬間においても常にＶｆで駆動されている。この駆動は、画像表示装置における、あるＶａ、Ｖｆにおける可能な限りの最大輝度で全画素を駆動する場合に対応する。

本例の効果を示すための、前述した試験用画像表示装置における任意の行に接続する全ての電子放出素子（８０個）を同時に駆動する駆動方法における、ｉの時間平均を上記５５インチサイズの画像表示装置における上記駆動のｉの時間平均と比較する。

この場合、Ｖａ、Ｉｅ、デューティー比を、考慮する必要がある。

ｉの時間平均は、以下に示す式（１１）で与えられる。
ｉの時間平均＝（δｅｘ×Ｉｅ×Ｄ／（２×π））Σ（Φ×δｘｅ） （１１）

上式（１１）中のＤは、デューティー比である。前述したように、δｅｘはＶａにほぼ比例する。上記５５インチサイズの画像表示装置において、アノード電圧Ｖａとして１０ｋＶを印加し、各電子放出素子のＩｅが４．５μＡであり、一行の全電子放出素子をスクロール駆動で、デューティー比１／１０８０で駆動する場合を考える。Σ（Φ×δｘｅ）における、上記駆動の１個の電子放出素子の駆動に対する比は、前述したようにおよそ３１７である。

上記試験用画像表示装置においては、Ｖａとして６ｋＶを印加する。その場合において、Ｖｆを印加した場合のＩｅは２．３μＡであった。さらに、デューティー比は１／１０とする。Σ（Φ×δｘｅ）における、上記駆動の１個の電子放出素子の駆動に対する比は、前述したようにおよそ２１．５である。

試験用画像表示装置のｉの時間平均をｉ_av、５５インチサイズの画像表示装置のｉの時間平均をｉ_av55inとすると、ｉ_avのｉ_av55inに対する比（ｉ_av／ｉ_av55in）は以下のようになる。
（ｉ_av／ｉ_av55in）
≒（６／１０）×（２．３／４．５）×（（１／１０）／（１／１０８０））×（２１．５／３１７）
≒２．２５

即ち、５５インチの装置を最大輝度で全画素駆動する際の、絶縁面の単位面積・時間当たりの電荷量の最大値よりも２倍以上の大きな電荷量を、上記試験用画像表示装置における８０個の素子の駆動においては生じせしめることができる。

実際の画像表示装置における駆動においては、全ての駆動時間において最大輝度で全画素を駆動することはなく、所望の画像を表示させるために適度に抑えられた輝度において各々の電子放出素子を駆動する。従って、実際の光電子の発生による単位面積・時間当たりの電荷量は、大抵は、上記ｉ_av55inよりも非常に小さくなると考えられ、実際の（ｉ_av／ｉ_av55in）は上記値よりも大きくなると考えられる。よって、上記ｉ_avを得る、上記試験用画像表示装置における８０個の電子放出素子の駆動は、Ｘ線の絶縁面への照射による絶縁面の電位上昇を、実際よりも非常に厳しい環境下で試験される駆動方法といえる。

画像表示装置の将来を鑑みれば、より高精細のＦＥＤが開発されることが期待される。

ＦＥＤがより高精細になる場合、リアプレート上に配置される電子放出素子の単位面積当たりの個数はより大きくなる。その場合、Σ（Φ×δｘｅ）がより大きくなる。その場合において、蛍光体材料によっては良好な表示特性を得るために必要なＩｅ、Ｖａが低く抑えられる可能性もある。しかしながら、Ｉｅ、Ｖａ、Ｄ、δｅｘを固定した場合には、Σ（Φ×δｘｅ）が大きくなる分だけｉは大きくなると予想される。そのような予想があるために、上記試験用画像表示装置の駆動におけるｉをより大きくした条件である、より絶縁面の電位が上昇しやすい厳しい条件下において、電子放出素子の劣化或いは表示特性の異常の有無を確認することが望ましい。

電極６とアノード１３の間にアノード電圧Ｖａ＝６ｋＶを印加し、電極６と電極５の間に周期Ｔ＝１０ｍｓ、電圧印加時間Ｐ＝１ｍｓの矩形波で、振幅（駆動電圧）Ｖｆ＝１６．８Ｖを印加する。この矩形波をパルスと呼ぶことにし、矩形波の１周期分が電子放出素子に入力される時、パルス１個分が入力される、と言うことにする。駆動時において、間隙８から放出される電子による電流をＩｆ、そのうちアノード１３に流れる電子による電流をＩｅとする。この時、効率ηを次式とする。
η＝Ｉｅ／Ｉｆ

表面抵抗率Ｒｓの絶縁面において電荷が生じることによる絶縁面の電位分布は、画像表示装置内の空間の電位分布とそれによって決まる電子軌道に影響を与える。また、電子軌道はηに影響を与え、絶縁面の電位における最大電位Ｖによってηは変化していく。

上記試験用画像表示装置においては、図１に示すＬ１として、Ｌ１＝１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、４０μｍ、５７．５μｍとした電子放出素子を作製した。

図９は、電子軌道計算による（η−η_V=0）／η_V=0とＶの関係を示す図である。該電子軌道計算は、前述の試験用画像表示装置の駆動と同等のモデル下において、表面抵抗率Ｒｓの絶縁面の各点において、一様にｉが与えられた場合において計算される。即ち、該場合において形成される、表面上の電流分布による電位分布と、該電位分布を境界条件とした該装置内における空間中の電位分布と、該電位分布における電子放出部から放出される電子の軌道を計算したものである。

図９においては、Ｌ１＝１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、４０μｍ、５７．５μｍの各電子放出素子における計算結果が示されている。図９において、η_V=0とは、Ｖ＝０のときのηを意味する。従って縦軸（η−η_V=0）／η_V=0はηのＶに対する変化率を示す。これを効率変化率と呼ぶことにする。

駆動中における画像表示装置内の絶縁面の電位を測定する方法として、ＩｅとＩｆを測定することによりηを求め、図９に示すηとＶの関係から絶縁面の電位Ｖを導く方法を用いることができる。

図１０は、試験画像表示装置を駆動した際のηの振る舞いの測定結果を示す図である。図１０においては、Ｌ１＝１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、４０μｍ、５７．５μｍの各電子放出素子における測定結果が示されている。

図１０において、ｎは電子放出素子の電極（正極）５と電極（負極）６の間に印加される電位差Ｖｆを持つ矩形波のパルスの入力数、即ち、パルス数である。図１０には、ｎの増加、即ち、パルス数の増加に伴って（η−η_V=0）／η_V=0が増大していく様子が示されている。

Ｉｆ及びＩｅは、パルスを入力して、電子放出素子を駆動することにより、測定される。

ｎ＝１、即ち、最初の入力パルスにおけるＩｅはおよそ２．３μＡであり、Ｉｆはおよそ０．６ｍＡであった。これは、複数の電子放出素子の全てにおいて、だいたい同じであった。

ｎ＝１０００、即ち、入力パルス数が１０００発の時には、Ｌ１＝５７．５μｍの電子放出素子においては（η−η_V=0）／η_V=0は０．３であり、Ｌ１＝１０μｍの電子放出素子においては（η−η_V=0）／η_V=0は０．０５であった。

ｎ＞１０００における（η−η_V=0）／η_V=0においては、いずれのＬ１の電子放出素子においても、ｎ＝１０００における（η−η_V=0）／η_V=0から殆ど変化はなかった。

図９に示す電子軌道計算の結果を用いた場合、図１０におけるｎ≧１０００での絶縁面の最大電位Ｖは、
Ｌ１＝５７．５μｍの電子放出素子においては、３５０Ｖであり、
Ｌ１＝４０μｍの電子放出素子においては、２３０Ｖであり、
Ｌ１＝２０μｍの電子放出素子においては、６５Ｖであり、
Ｌ１＝１５μｍの電子放出素子においては、３５Ｖであり、
Ｌ１＝１０μｍの電子放出素子においては、３０Ｖであった。

Ｌ１が増大すると絶縁面の電位が増大するものの、上記各々の電子放出素子においても、２４時間の駆動において電子放出素子を劣化する程度の放電は生じなかった。

しかしながら、前述したように、負極と絶縁面の電位差ΔＶがΔＶ＝Ｖ_E1を超える時、電子の絶縁面への入射によって生ずる二次電子放出によって、負極と絶縁面の電位差はΔＶ＝Ｖ_E2まで上昇する。しかしながら、これは、絶縁面に入射する電子として負極から放出された放出電子のみに限定して考えた場合の結論である。実際には、絶縁面に入射する電子として、絶縁面から放出された二次電子も含まれる場合がある。二次電子が絶縁面から放出された時点における二次電子のエネルギーは数ｅＶである。

絶縁面の周囲に導電部材があり、その導電部材の電位によっては絶縁面の電位上昇が形成する電場分布は、例えアノードに電圧Ｖａが印加されていても、絶縁面から放出された二次電子を絶縁面に引き戻すように二次電子に働きかける場合がある。この場合において、絶縁面のある場所から放出され、絶縁面のある場所に入射する二次電子の前記入射時のエネルギーは、絶縁面上の電位分布と、前記放出の場所と前記入射の場所の関係によっては極めて小さい場合がある。

その場合においては、絶縁面に入射する二次電子による二次電子放出係数は１未満となる。従って、絶縁面に入射する二次電子は、絶縁面に負電荷を生じさせることにより絶縁面の電位を低下させるように働く。

このような絶縁面の電位を低下させる効果は、絶縁面と電極、或いは、絶縁面と配線の間の電位差を放電が発生する電位差にまでに高めさせないように働くと考えられる。

実際には、アノード電圧Ｖａの印加時において、絶縁面の周囲に配置される導電部材に印加される電子放出素子の駆動のための電位よりも、絶縁面の電位Ｖが大きくなる場合に、絶縁面とアノードの間において電位分布の谷が生じる。これにより、絶縁面から放出された二次電子が絶縁面に戻りやすい電界分布となる。さらに、その電界分布は、絶縁面の電位Ｖが大きくなればなるほど、より二次電子が絶縁面に戻りやすい電界分布となる。

このことは、絶縁面の周囲に配置される導電部材に印加される電子放出素子の駆動のための電位と絶縁面の電位、アノードの電位との相対関係を適当に選択することによって、絶縁面から放出される二次電子の向かってゆく方向を制御できることを意味している。

上記をまとめると、負極から絶縁面に入射される電子の二次電子放出係数が１以上となる絶縁面の電位の領域おいて、その絶縁面の電位が比較的低い場合には、絶縁面から放出される二次電子は絶縁面にトラップされずにアノードに向かってゆく。即ち、負極と絶縁面の電位差ΔＶがΔＶ＞Ｖ_E1である領域である。その結果、絶縁面には正の電荷が残ることにより、絶縁面の電位を上昇させるように働く。しかしながら、上記の絶縁面の電位の上昇が進むと、絶縁面から放出される二次電子が絶縁面にトラップされるような電界分布が絶縁面近傍の空間に形成される。その結果、二次電子は絶縁面に戻って、絶縁面の正の電荷を打ち消すことにより、絶縁面の電位を低下させるように働く。

このようにして、二次電子放出による電位の上昇と低下を伴う電位変化が、Ｘ線による電位上昇で定まる電位の近傍で生じていると考えられる。

このような二次電子放出による電位の上昇と低下を伴う電位変化の存在は、電子放出素子の駆動を不安定にする要因になりうる可能性を生じせしめるおそれがあり、望ましくはない。例え上記のように、二次電子放出による電位の上昇と低下を伴う電位変化がＸ線による電位上昇で定まる電位の近傍で生じており、電位を上昇させ続けて電子放出素子が劣化する程度の大きさの放電を生じさせないとしても、である。

従って、絶縁面の電位ＶにおけるＸ線による電位上昇は、負極と絶縁面の電位差がΔＶ＝Ｖ_E1より低く抑えられることが望ましい。

前述したように、絶縁コート層３は好ましくはＳｉＯ₂を主成分とする。ＳｉＯ₂のＶ_E1におけるＥ１は、非特許文献１によると４４ｅＶである。前述した試験用画像表示装置における駆動において、負極には−８．４Ｖが印加されている。電子が上記負極の電位から放出した時点で該電子のエネルギーが０であるとすれば、該電子が絶縁面に到達した時に持つエネルギーがＥ１＝４４ｅＶであるためには、絶縁面の電位Ｖは、
４４［Ｖ］−８．４［Ｖ］＝３５．６［Ｖ］
である。

従って、ΔＶ＜Ｖ_E1であるためにはＶ＜３５．６［Ｖ］でなければならない。

前記試験用画像表示装置における駆動において、Ｌ１が１５μｍ以下の電子放出素子においては、絶縁面の電位が３５Ｖに抑えられている。従って、ΔＶ＜Ｖ_E1を満たしており、本発明の画像表示装置としては、前記試験用画像表示装置におけるＬ１がＬ１≦１５μｍであることが最も望ましい。

しかしながら、２４時間の駆動において、試験用画像表示装置におけるいずれのＬ１の電子放出素子においても、実際に電子放出素子が劣化する程度の大きな放電が生じなかった。よって、係る実験事実の観点から鑑みれば、Ｌ１＞１５μｍの電子放出素子においても実用できる可能性は充分にあると考えられる。

一方、試験用画像表示装置のＬ１＝５７．５μｍの素子では、初期のηから３０％程度もηが変動している上、図１０に示すように、ηの上昇過程においてＬ１＝４０μｍ以下の電子放出素子には見られないηの上昇の急激な加速が見られることが分かっている。

電子放出素子を画像表示装置に用いる場合、このようなηの上昇の急激な加速は輝度の急激な加速を引き起こすため、視覚的に不快感をもたらす可能性があり、例え、電子放出素子が劣化する程度の大きさの放電が生じないとしても、実用的には望ましくない。よって、試験用画像表示装置におけるＬ１＝５７．５μｍの電子放出素子は、本発明の画像表示装置としては望ましいものではない。

従って、本発明の画像表示装置としては、前記試験用画像表示装置においてＬ１≦４０μｍであることが望ましい。

上記、試験用画像表示装置を用いた駆動における、図１０に示されるｎ≧１０００のＬ１とＶの関係は、前述の、図５（ｂ）に示す絶縁面の形状におけるＬとＶの関係である次式の関係式に、ほぼ従っている。

Ｖ＝（Ｒｓ×ｉ×Ｌ²）／２
Ｌ＝Ｌ１／２

ここで、上式のｉは下式で示されるｉの時間平均である。

ｉの時間平均
＝（δｅｘ×Ｉｅ×Ｄ／（２×π））Σ（Φ×δｘｅ）
＝（δｅｘ×Ｉｅ×Ｄ／（２×π））（ｉ_80d／ｉ_1d）（Ω×δｘｅ）_1d
≒１．１×１０^-20［Ａ／μｍ²］

上記ｉの時間平均は、前述したように、実際の画像表示装置の駆動で生じるｉの時間平均と比較すると非常に大きいと考えられ、Ｘ線の絶縁面への照射による絶縁面の電位上昇がより容易な状況であると言える。

上式内のそれぞれの物理量は、試験用画像表示装置における前述した値をとる。

上式の（Φ×δｘｅ）_1dは１個の電子放出素子の駆動における、その電子放出素子の絶縁面におけるΦとδｘｅの積である。

（Φ×δｘｅ）_1dにおけるΦは、リアプレートとフェースプレートの間の距離が１．６ｍｍであることから次の値である。

Φ＝ｃｏｓ（０）／ｒ²≒３．９１×１０^-7［ｓｒ／μｍ²］

（Φ×δｘｅ）_1dにおけるδｘｅは、絶縁面の向きと、絶縁面に入射するＸ線の光路とのなす角度が０°の場合のδｘｅであり、それは前述したように次の値である。

δｘｅ＝１×１０^-4

また、Ｖａ＝６ｋＶであるので、
δｅｘ＝３．５４×１０^-4であり、
Ｄ＝１／１０であり、
Ｉｅ＝２．３μＡであり、
（ｉ_80d／ｉ_1d）≒２１．５であり、
Ｒｓは、１×１０¹⁹Ω／□乃至３×１０²⁰Ω／□である。

上記のことは、図１０におけるｎ≧１０００のＬ１とＶの関係を決定づけている、絶縁面の電位上昇はＸ線による電位上昇が主要因であること、を示している。

前述したように、負極と絶縁面の電位差ΔＶはＶ_E1より低く抑えられることが望ましい。従って、負極の電位をＶ_neとする時、
（Ｒｓ×ｉ×Ｌ²）／２−Ｖ_ne＜Ｖ_E1
となるように、ＲｓとｉとＬが定められることが望ましい。

前述したように、試験用画像表示装置における、図１のＬ１とＬ３の大小関係については、Ｌ３がＬ１の１０倍以上である。従って、試験用画像表示装置における絶縁面の形状の駆動中に形成する電位が、図５（ｂ）に示す形状の駆動中に形成する電位と近似的に同一であると考えられることから、上記試験用画像表示装置の駆動の結果を表現するために上式が用いられる。

前述したように、任意の形状の絶縁面において、Ｖは、次式に従う。

（Ｒｓ×ｉ×Ｌ²）／４≦Ｖ≦（Ｒｓ×ｉ×Ｌ²）／２

任意の形状の絶縁面において、
最もＶが低くなるのは、図５（ａ）に示すような円形の絶縁面であり、
最もＶが高くなるのは、図５（ｂ）に示すような形状の絶縁面であり、
それによって、上式のＶの下限と上限が定まる。

従って、任意の形状の絶縁面において、負極と絶縁面の電位差がΔＶ＜Ｖ_E1であるためには、
（Ｒｓ×ｉ×Ｌ²）／２−Ｖ_ne＜Ｖ_E1
が成立するような、ＲｓとｉとＬであれば最もよいが、絶縁面の形状によっては、上記ＲｓとｉとＬとに課せられる条件は緩くなる。円形の絶縁面の形状における条件が最も緩い条件であり、ＲｓとｉとＬは、
（Ｒｓ×ｉ×Ｌ²）／４−Ｖ_ne＜Ｖ_E1
まで、とりうる値が許される。

以下は最も厳しい条件である下式について考える。
（Ｒｓ×ｉ×Ｌ²）／２−Ｖ_ne＜Ｖ_E1

上式におけるｉ、即ち電子放出素子の絶縁面において単位面積・時間当たりの光電子の発生による電荷量においては、δｘｅを除くと、Ｉｅ、δｅｘやデューティー比Ｄといった、絶縁面の形状或いは材料に依存しない物理量が含まれている。それらの物理量は、画像表示装置において良好な表示特性を得るために必要とされるＶａや、フェースプレートを構成する材料や、駆動方法に依存しており、絶縁面の形状或いは材料には依存しない。従って、良好な表示特性を得るための絶縁面の形状を定める際にはｉを固定して考えることにする。

ｉとしては、前述の試験用画像表示装置における８０個の電子放出素子の駆動におけるｉとする場合を考える。このｉは、前述したように、実際の５５インチサイズの画像表示装置における、最大輝度で全画素を駆動する駆動におけるｉを上回っており、絶縁面がより電位上昇しやすい。従って、このｉを用いて絶縁面の形状を定める時、上式において、絶縁面の抵抗がＲｓである時のＬに課せられる条件は現実より厳しいものとなる。

絶縁面の部材としてＳｉＯ₂である場合を考えて、Ｅ１＝４４ｅＶであることを考慮する。また、上記値は、絶縁面への入射電子の入射角度に対して最も高い値であり、実際には様々な入射角度の入射電子が考えられる。また、負極に印加する電圧は、マイナス数Ｖからマイナス数十Ｖ程度の電圧が印加される場合がある。

上記を考慮して、上式は、概算として、次のように書き直すことが妥当である。

（Ｒｓ×ｉ×Ｌ²）／２＜１０［Ｖ］

この時、ｉの時間平均＝１．１×１０^-20［Ａ／μｍ²］とすると、
Ｒｓ×Ｌ²＜１．８×１０²¹［Ω×μｍ²］

電子放出素子の絶縁面の表面抵抗率がＲｓである場合、上式のＬによって絶縁面の形状が定められると、Ｘ線の絶縁面の照射による絶縁面の電位上昇は、絶縁面上の電荷の移動によって、Ｖ_E1より小さく抑えられる。従って、上式のような、Ｌによって電子放出素子の絶縁面の形状が定められることによって、絶縁面上に抵抗膜などを成膜すること無く、絶縁面の電位上昇を抑え、電子放出素子を劣化させる放電を抑止することができる。

しかしながら、前述したように、前述の試験用画像表示装置における８０個の電子放出素子の駆動においては、Ｌ１＝４０μｍの電子放出素子においても、電子放出素子を劣化させる程度の大きさの放電は生じず、画像表示装置として実用できる可能性がある。Ｌ１＝４０μｍにおける電子放出素子の絶縁面の電位は、前述したように、前述の試験用画像表示装置における８０個の電子放出素子の駆動において、２３０Ｖまで上昇している。従って、２３０Ｖ以下の絶縁面の電位においては、画像表示装置として実用できる可能性が実験的に示されているといえる。

この時、上式のＲｓに対してＬに課せられる制限は、次式のように緩められる。

（Ｒｓ×ｉ×Ｌ²）／２＜２３０［Ｖ］

この時、ｉの時間平均＝１．１×１０^-20［Ａ／μｍ²］とすると、
Ｒｓ×Ｌ²＜４．２×１０²²［Ω×μｍ²］

尚、ここまで、Ｌの定義は、絶縁面上の点と導電部材との最短距離の、全ての絶縁面上の点についての集合における最大値であるとした。該最大値に対応する絶縁面上の点以外の絶縁面上の点については、導電部材との最短距離がＬより小さくなる。従って、Ｌを絶縁面上の任意の点と導電部材との最短距離として定義し直した場合、絶縁面上の全ての点について上式が成り立つ。従って、簡単のため、Ｌを絶縁面上の点と導電部材とを結ぶ最短距離と定義し直した場合、絶縁面上の全ての点について上式を満たす、という条件が付加される。

〔実施例１〕
本例においては、図１１に平面模式図を示すフェースプレートと、図２に示す画像表示装置のフェースプレートとを組み合わせて画像表示装置を作製した。

図１１中、１０１はスペーサであり、図１と同じ部材には同じ符号を付した。尚、図１１では記載の便宜上、行数３、列数３のマトリクスとなっているが、実際には、電子放出素子を行数５７６０、列数１０８０のマトリクスに配置した。また、スペーサ１０１は、マトリクスの行方向の一端から一端へ伸びた形状で、１行目、３１行目、６１行目、９１行目、・・・・・、１０２１行目、１０５１行目、１０８０行目の行方向配線１上に配置した。各電子放出素子の配置の間隔は、列方向には６１５μｍ、行方向には２０５μｍである。

本例において、絶縁コート層３は、ＳｉＯ₂からなり、その表面抵抗率Ｒｓはおよそ４×１０¹⁹（Ω／□）である。フェースプレート側の基板１２は厚さ２．８ｍｍのガラスである。また、アノード１３はＡｌからなる。

蛍光体１４は、３原色のＰ２２蛍光体（青：ＺｎＳ：Ａｇ、緑：ＺｎＳ：ＣｕＡｌ、赤：Ｙ₂Ｏ₂ＳｉＯ₂：Ｅｕ）から構成され、遮光層１５は、カーボンを含有する黒色の樹脂材料からなるブラックマトリクスである。ゲッター１６はＴｉとＢａからなる。

また、フェースプレートとリアプレートの間の距離は１．６ｍｍである。

本例における画像表示装置は、図３−１乃至図３−３に沿った工程で作製した。

絶縁コート層３は、ＳｉＯ₂からなり、スパッタリングによって形成した。次いで、該絶縁コート層３上に、密着層として膜厚約５ｎｍのチタンが配置され、その上に膜厚約２０ｎｍの白金をスパッタリング法によって形成した。その後、リソグラフィ法でパターニングしてドライエッチングすることによって、電極５，６を形成した〔図３−１（ａ）〕。

次に、列方向配線４を銀ペーストを用いてスクリーン印刷法で印刷し焼成することによって、電極５上に形成した〔図３−１（ｂ）〕。絶縁層２はＳｉＯ₂からなり、スパッタリングによって形成した。該絶縁層２には、その上に配置される行方向配線１が電極６に電気的に接続されるように、開口部２ａが設けられている〔図３−２（ｃ）〕。行方向配線１は銀ペーストを用いてスクリーン印刷法で印刷し、４２０℃で焼成することによって形成した〔図３−２（ｄ）、（ｅ）〕。尚、図３−２（ｅ）は図３−２（ｄ）中のＡ−Ａ’断面図である。

導電性膜７ａ，７ｂは、Ｐｄ錯体溶液を電極５，６に接触する形状で、インクジェット方式により塗布し、空気中で塗布膜を焼成することによって形成した。この時、導電性膜は酸化パラジウムを主成分とするＰｄＯ膜となっており、こうして形成されたＰｄＯ膜の直径の、複数の電子放出素子における平均は６６．３μｍであった。

次に、以下のようにＰｄＯ膜にフォーミング処理を行った。

行方向配線１と列方向配線４に電圧を印加するための取り出し電極を残して、後述の真空外囲器の封止を行い、該電子放出素子の全てにおける雰囲気を若干の水素を含む真空雰囲気とした。この雰囲気下で行方向配線１と列方向配線４に電圧を印加することによってＰｄＯ膜を還元してＰｄ膜とした。

フォーミング処理に用いた波形は三角波で、波高を０．１Ｖステップ程度ずつ増加させた。この処理によって、Ｐｄ膜の一部に間隙８を形成し、該間隙８を介して配置する導電性膜７ａ，７ｂを形成した〔図３−３〕。

次に、上記フォーミング処理後の電子放出素子の全てを、トルニトリルを含む雰囲気に晒した状態で、行方向配線１と列方向配線４に電圧を印加することによって、間隙８近傍にカーボンを堆積させた（活性化処理）。

こうして作製されたリアプレートに対して、図１，図２に示すように、１．６ｍｍの間隔をあけて、フェースプレートを支持枠９とスペーサ１１を介して配置した。

フェースプレート側の基板１２、支持枠９、リアプレート側基板１１の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中で焼成することにより、画像表示装置内部を封着した。

画像表示装置内部は、不図示の排気管を通じて真空ポンプによって排気した後、該排気管を溶着し、画像表示装置の封止を行った。

図１１に示される、一つの電子放出素子における絶縁面の形状を定める長さである、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６は、以下の値をとる。
Ｌ４＝１０μｍ
Ｌ５＝４０μｍ
Ｌ６＝１４５μｍ

本例におけるＬは、Ｌ＝Ｌ６／２＝２０μｍである。

この時、
Ｒｓ×Ｌ²＝１．６×１０²²［Ω×μｍ²］
であるため、
Ｒｓ×Ｌ²＜４．２×１０²²［Ω×μｍ²］
を満たしている。

本例における画像表示装置を下記条件で駆動した。
Ｖａ＝１０ｋＶ
Ｖｆ＝１６．８Ｖ
Ｄ＝１／１０８０

駆動は、スクロール駆動にて行い、常時いずれかの一行中の全ての電子放出素子が駆動されている状態とした。これは、上記画像表示装置における駆動方法において、絶縁面上における単位面積・時間当たりの光電子発生量の最大値を与える駆動方法である。

リアプレートにおけるδｘｅは、δｘｅ＝１×１０^-4であり、
フェースプレートにおけるδｅｘは、δｅｘ＝５．９０×１０^-4であり、
Ｉｅ＝４．５μＡであった。

この場合におけるｉは、下記のように計算できる。尚、本例の装置の駆動時の、行方向の電子放出素子の絶縁面において、光電子の発生による単位面積・時間当たりの電荷の変化量ｉの、最も大きな絶縁面における値をｉ_ex1とする。
ｉ＝（δｅｘ×Ｉｅ×Ｄ／（２×π））Σ（Φ×δｘｅ）
＝（δｅｘ×Ｉｅ×Ｄ／（２×π））（ｉ_ex1／ｉ_1d）（Φ×δｘｅ）_1d
≒４．９×１０^-21［Ａ／μｍ²］

上式において、下記２式を用いた。
（ｉ_ex1／ｉ_1d）＝３１７
（Φ×δｘｅ）_1d＝３．９１×１０^-7［ｓｒ／μｍ²］×１×１０^-4
＝３．９１×１０^-11［ｓｒ／μｍ²］

本例においては、上記のような、絶縁面上における、光電子の発生による単位面積・時間当たりの電荷量ｉが駆動中に与えられている。上記駆動中において、絶縁面上の最大の電位Ｖは下記値まで上昇していると見積もられる。

Ｖ＝（Ｒｓ×ｉ×Ｌ²）／２≒３９（Ｖ）

上記駆動中においては、電子放出素子の劣化、及び、輝度の急激な変化といった視覚的な不快感を与える表示特性は見られなかった。

〔実施例２〕
本例では、図１２に示す電子放出素子が１個のリアプレートを作製した。図１２において（ａ）は平面模式図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面模式図である。図中、１２１は電極（負極）であり、１２２は電極（正極）であり、１２３は電子放出部であって、カーボンナノチューブの集合体からなる。１２４は電極（電極１２１と同電位）であり、１２５は絶縁性の基板であり、１２６は絶縁層である。

絶縁性の基板１２５はＳｉＯ₂を主成分とする基板であり、絶縁層１２６はＳｉＯ₂からなる。絶縁性の基板１２５及び絶縁層１２６における表面抵抗率Ｒｓは、およそ４×１０¹⁹（Ω／□）である。

以下に本例のリアプレートの製造方法を簡単に述べる。

絶縁性の基板１２５上にＴｉＮを１００ｎｍスパッタリング後、メタルマスクによってホール構造の底に位置する場所に、カーボンナノチューブの触媒金属として平均で１０ｎｍ厚のＣｏを成膜した。その後、前記ＴｉＮをフォトリソグラフィ技術によってパターニングし、ドライエッチングにより電極１１１を形成した。

その後、プラズマＣＶＤにより厚さ３μｍのＳｉＯ₂を成膜し、さらに厚さ１００ｎｍのＴｉＮをスパッタリング成膜し、フォトリソグラフィ技術によってパターニングし、ドライエッチングとウェットエッチングにより絶縁層１２６と電極１２２を形成した。

その後、熱ＣＶＤにより、前記触媒金属からカーボンナノチューブ１２３を形成した。該熱ＣＶＤは、室温にて、炉内を１×１０^-5Ｐａまで排気した後、窒素で２％まで希釈された水素ガスによって、大気圧まで炉内を満たした後、３５０℃まで昇温させ、その後、窒素で１％まで希釈されたエチレンガスを、３時間、炉内に流入させ続けた。

上記の工程により、電子放出素子が１個のリアプレートを作製し、実施例１と同様の構成のフェースプレートを対向配置させた。リアプレートとフェースプレートとの間隔は１．６ｍｍとし、リアプレートとフェースプレートとの間の雰囲気は１×１０^-6Ｐａ以下に保った。

上記のようにして構成した、カーボンナノチューブを用いたＦＥＤにおいて、電極（負極）１２１と電極（正極）１２２との間にＶｆを印加し、電極（負極）１２１とアノード（不図示）との間にＶａを印加することによって駆動した。Ｖａは１０ｋＶ、Ｖｆは１０Ｖとした。また、駆動は、１０ｍｓの周期に対する１ｍｓのパルス幅で行った。従って、デューティーＤは１／１０である。

この時、カーボンナノチューブからアノードへの電流ＩｅはＩｅ≒３０μＡであった。

また、リアプレートにおけるδｘｅは、δｘｅ＝１×１０^-4であり、
フェースプレートにおけるδｅｘは、δｅｘ＝５．９０×１０^-4であった。

また、本例では電子放出素子は一つのみであるので、
Σ（Φ×δｘｅ）＝（Φ×δｘｅ）_1d
≒３．９１×１０^-11［ｓｒ／μｍ²］
である。

この時、ｉは次式のように見積もられる。

ｉ＝（δｅｘ×Ｉｅ×Ｄ／（２×π））Σ（Φ×δｘｅ）
≒１．０×１０^-20［Ａ／μｍ²］
本例の電子放出素子において、図１２におけるＬ７及びＬ８は、
Ｌ７＝６０μｍ
Ｌ８＝３μｍ
である。

Ｌ７で定められる形状の絶縁面と、Ｌ８で定められる形状の絶縁面は、電極（負極）１２１で分離されている。この場合Ｌ７＞Ｌ８であるので、この電子放出素子の絶縁面のＬはＬ７によって定まり、下式となる。
Ｌ＝Ｌ７／２＝３０μｍ

Ｒｓは前記したように、４×１０¹⁹［Ω／□］である。従って、
Ｒｓ×Ｌ２＝３．６×１０²²［Ω×μｍ²］
であるため、
Ｒｓ×Ｌ２＜４．２×１０²²［Ω×μｍ²］
を満たしている。

また、この時の絶縁面の電位は、
Ｖ＝（Ｒｓ×ｉ×Ｌ２）／２≒１８５（Ｖ）
と見積もられる。

上記駆動中においては、電子放出素子の劣化、及び、輝度の急激な変化といった視覚的な不快感を与える表示特性は見られなかった。

本発明の画像表示装置の一例のリアプレートの構成を示す平面模式図である。 本発明の画像表示装置の一例の断面模式図である。 図１のリアプレートの製造工程を示す平面模式図である。 図１のリアプレートの製造工程を示す平面模式図である。 図１のリアプレートの製造工程を示す平面模式図である。 本発明に係る絶縁面の二次電子放出係数δと、絶縁面に到達する入射電子のエネルギーＥとの関係を示す図である。 本発明において、絶縁面の形状と電位との関係を説明するための図である。 本発明に係る試験画像表示装置における、電子線の加速電圧Ｖａと、フェースプレートにおける、電子から光子への変換効率δｅｘとの関係を示す図である。 本発明において、フェースプレートから放射されたＸ線がリアプレートの絶縁面に入射した際のＸ線の入射角と減衰長との関係を示す図である。 本発明に係る試験画像表示装置におけるｉ_80d／ｉ_1dを示す図である。 本発明に係る電子軌道計算による（η−η_V=0）／η_V=0とＶの関係を示す図である。 本発明に係る試験画像表示装置を駆動した際のηの振る舞いの測定結果を示す図である。 本発明の実施例１のリアプレートの平面模式図である。 本発明の実施例２のリアプレートの模式図である。 従来のＦＥＤからなる画像表示装置のリアプレートの模式図である。

符号の説明

１ 行方向配線
２ 絶縁層
３ 絶縁コート層
４ 列方向配線
５，６ 電極
７ａ，７ｂ 導電性膜
８ 間隙
９ 支持枠
１０ 基体
１１ 基板
１２ 透明基板
１３ メタルバック（アノード）
１４ 蛍光体
１５ 遮光層
１６ ゲッター

Claims (3)

1. 表面が絶縁性の基板と、該基板上に形成された電子放出素子と、該電子放出素子に接続された配線とを有する第１基板と、
   前記電子放出素子と対向するアノードと該電子放出素子から放出された電子の照射によって発光する発光部材とを有し、上記第１基板に対して対向配置された第２基板と、
   を備えた画像表示装置であって、
   前記基板の表面の露出面及び基板上に設けられた絶縁部材の露出面の任意の点から、基板上の導電部材までの最短距離Ｌ［μｍ］と、上記任意の点の表面抵抗率Ｒｓ［Ω／□］とが、下記式（１）を満たすことを特徴とする画像表示装置。
   Ｒｓ×Ｌ²＜４．２×１０²²［Ω×μｍ²］ （１）
2. 前記ＬとＲｓとが、下記式（２）を満たす請求項１に記載の画像表示装置。
   Ｒｓ×Ｌ²＜１．８×１０²¹［Ω×μｍ²］ （２）
3. 前記第１基板の絶縁性の表面が酸化ケイ素を主成分とし、表面抵抗率が１×１０¹⁶Ω／□以上である請求項１又は２に記載の画像表示装置。

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