JP3862572B2

JP3862572B2 - 電子線装置

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Publication number: JP3862572B2
Application number: JP2002021868A
Authority: JP
Inventors: 正弘伏見
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Filing date: 2002-01-30
Publication date: 2006-12-27
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Description

【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（ＳＣＥ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２０００−２５１６６５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０７−３２６３１１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１８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１８（ａ）はその表面伝導型電子放出素子の上面図であり、図１８（ｂ）はその側面図である。図１８（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０．５μｍのシリコン酸化膜（図１８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、石英基板でも作製可能である。
【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（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）等の金属や、銀−パラジウム（Ｐｄ−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１０２、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１０２、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５００Å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１０４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１０４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（Ｐｄ）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１８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１８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１９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９０１と、前述の蛍光体（図１９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９０３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９０７ａ、９０７ｂを駆動するための駆動回路（図１９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、９０７ｂ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９０８ａ、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９０２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９０３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９０８ａ、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、９０８ｂ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９０１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９０１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１９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９０５ａ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２０００−３１１６３２号公報には、図２０に示すように、スペーサ基板９０１の表面に凹凸形状を設け、その表面上に高抵抗材料を被覆することによって、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】
【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、上述した技術によって、スペーサの近傍を飛翔する電子がスペーサに引き寄せられるのを抑制することが可能となっており、画像の歪みを補正することが可能となってきている。
【００２５】
しかし、近年では、画像表示装置に対する高精度化の要求はますます高くなっており、さらに高精度なビーム位置制御を実現することができる電子線装置の実現が望まれていた。
【００２６】
本発明は、より高精度なビーム位置制御を実現することができる電子線装置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、本発明の電子線装置は、電子を放出する電子源を有する第１の基板と、第１の基板の電子源を有する面に対向して、第１の基板と平行に設けられた第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間に位置して両基板の間隔を一定に保ち、表面に帯電防止膜を有するスペーサとを有している。そして、スペーサは、第１の基板と第２の基板との間の空間に露出する表面に、第１の基板および第２の基板に平行な方向にストライプ状に延びる複数の凹部及び凸部からなる凹凸部を有し、凹凸部は、ピッチが互いに異なる複数の領域に分割され、かつ、凹部が両基板から離れて位置し、スペーサの第１の基板に最も近い凹部から、スペーサの１／２の高さの位置までの凹凸部の平均ピッチは、第２の基板に最も近い凹部から、スペーサの１／２の高さの位置までの凹凸部の平均ピッチよりも大きいことを特徴としている。また、本発明の他の実施態様によれば、スペーサは、第１の基板と第２の基板との間の空間に露出する表面に、第１の基板および第２の基板に平行な方向にストライプ状に延びる複数の凹部及び凸部からなる凹凸部を有し、凹凸部は、凹部の溝深さが互いに異なる複数の領域に分割され、かつ、凹部が両基板から離れて位置し、スペーサの１／２の高さの位置から第１の基板側に形成されている凹凸部の溝深さの平均値は、１／２の高さの位置から第２の基板側に形成されている凹凸部の溝深さの平均値よりも小さいことを特徴としている。
【００２８】
本発明の電子線装置では、第１の基板と第２の基板と略平行方向にストライプ状に延びる凹凸部を有することによって、第１の基板と第２の基板との間の空間の等電位線が第１の基板と第２の基板とに略平行となるため、その空間内における均一な電位規定が容易となり、電子軌道の乱れを防ぐことができるようになる。
【００３０】
一般に、凹凸基板に膜を成膜した場合と、平板に膜を成膜した場合とでは、凹凸基板の抵抗値の方が大きくなる。これは、凹凸基板においては、単位長さあたりの距離が大きくなるためである。また、本出願人らは、鋭意検討の結果、ある特定の材料、製法を用いることによって凹凸形状に対して、抵抗値変化の値を増大させることを見出した。
【００３１】
このような材料の一例としては、タングステン（Ｗ）とゲルマニウム（Ｇｅ）の窒素化合物を挙げることができる。
【００３２】
膜のシート抵抗の制御をスパッタ成膜により行った例として、図１に、溝深さを変更した場合のシート抵抗の変化の様子を示すグラフを示し、図２に溝ピッチを変更した場合のシート抵抗の変化の様子を示すグラフを示す。図１に示すように、溝深さが深くなればなるほど、シート抵抗は増大し、図２に示すように、ピッチが長くなればなるほど、シート抵抗が低下しているのがわかる。ここで、高抵抗膜は、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１．０Ｐａのスパッタ圧力でスパッタリングすることによって成膜され、基板とターゲット間の距離は約１００ｍｍとし、Ｗターゲットへの投入出力は０．６Ｗ／ｃｍ²とし、Ｇｅターゲットへの投入電力は２Ｗ／ｃｍ²として膜厚２００ｎｍを成膜した。
【００３３】
本発明では、本特性を利用することにより、スペーサの表面領域毎に溝の深さまたは溝のピッチを変更することによって、第２の基板（フェースプレート）と第１の基板（リアプレート）との間の方向において、所望の抵抗分布を有するスペーサを形成する。このようなスペーサを用いてスペーサの表面上の抵抗分布を調整することによって、ビーム位置を所望の位置に補正することが可能となる。
【００３４】
また、本発明では、一部に凹凸領域を形成しない部分を設けても、所望の電位分布の形成が可能となる。さらに、電位分布形成の仕方はスペーサやパネルの構造、駆動条件等に関係し、一概には決定することはできない。しかし、本出願人らは、以下の条件で、スペーサに対して電子軌道を反発させ、スペーサ帯電によるビーム吸引の補正が可能であることを見出した。
【００３５】
▲１▼スペーサの高さの１／２の高さの位置より、フェースプレート側に形成される凹凸の平均ピッチが、その位置よりリアプレート側に形成される凹凸の平均ピッチよりも小さいこと。
【００３６】
▲２▼スペーサの高さの１／２の高さの位置より、フェースプレート側に形成される凹凸の平均溝深さが、その位置よりリアプレート側に形成される凹凸の平均溝深さよりも大きいこと。
【００３７】
▲３▼スペーサの高さの１／２の高さの位置より、フェースプレート側に形成される凹凸の溝の数が、１／２の高さの位置よりリアプレート側に形成される凹凸の溝の数よりも多いこと。
【００３８】
尚、ここで大事なことは、スペーサのフェースプレート側の凹凸が、リアプレート側の凹凸に対して、ピッチが小さいか、溝が深いか、または溝の数が多いことのいずれかを満たすことであり、領域の分割位置（境界）が必ずしも１／２の高さに存在する必要はなく、結果として、１／２の高さの位置を境にして比較した際に、上記関係がみたされていればよい。
【００３９】
また、本発明の電子線装置に用いられる、凹凸形状を有するスペーサは、加熱等の手段により形状変化可能な材料を用いて、型成型する方法や、切削により形状を形成する方法など各種の製法が適用可能である。その中でも、加熱により形状変形可能な材料のガラス等の母材に、切削、あるいは金型等により凹凸形状を形成し、軟化点付近もしくはそれ以上の加熱下で延伸することにより、スペーサの形状を形成する方法が量産性に優れている点で好適である。また、本発明の電子線装置に用いられるスペーサは、量産性を考慮して表面の一部には凹凸を設けていなくてもよい。
【００４０】
本発明は、フェースプレートとリアプレート間のほぼスペーサ表面全域に渡って凹凸を形成することにより、凹凸による帯電電荷を抑えるとともに、電極機能によりビームの補正が容易に可能となり、高品質な画像の提供を可能とする。
【００４１】
【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を応用した画像形成装置の１つ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。
【００４２】
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態について説明する。図３は、本実施形態の電子線装置におけるスペーサの構造を示す断面図である。図３に示すように、本実施形態のスペーサは、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、スペーサ電極３と、スペーサ基板上に形成された凹凸部４とを備えている。さらに、スペーサの表面は、互いに凹凸のピッチと溝深さが異なる領域ａと領域ｂに分割されている。
【００４３】
図４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４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４０２と、第１の基板であるリアプレート４０３とを備えている。フェースプレート４０２とリアプレート４０３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。
【００４４】
さらに、大気圧に抗してフェースプレート４０２と、リアプレート４０３との間の間隔を保持するための薄板状のスペーサがフェースプレート４０２とリアプレート基板４０３との間に固定されている。スペーサは、図４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４０２とリアプレート４０３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。スペーサの基板である絶縁牲部材４０１の表面には、スペーサの帯電防止を目的とした高抵抗膜４０４ａ、４０４ｂが成膜されている。高抵抗膜ａは領域ａの抵抗膜であり、高抵抗膜４０４ｂは、領域ｂの抵抗膜である。また、スペーサには、フェースプレート４０２と当接するスペーサ電極４０５ｂと、リアプレート４０３と当接するスペーサ電極４０５ａとが成膜されている。
【００４５】
また、高抵抗膜４０４ａ、４０４ｂは、絶縁性部材４０１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４０５ａ、４０５ｂを介して、フェースプレート４０２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４０３の表面の配線電極４０６に電気的に接続されている。したがって、スペーサは、リアプレート４０３上の配線電極４０６とフェースプレート４０２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の絶縁性部材４０１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、絶縁性部材４０１としては、その熱膨張率が気密容器およびリアプレート４０３の部材と近いものが望ましい。
高抵抗膜４０４ａ、４０４ｂには、高電位側のフェースプレート４０２に印加される加速電圧Ｖａを帯電防止膜である高抵抗膜４０４ａ、４０４ｂの抵抗値Ｒｓで除した電流が流れる。高抵抗膜４０４ａ、４０４ｂ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４０４ａ、４０４ｂの表面抵抗Ｒ／□は１０¹⁴Ω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４０４ａ、４０４ｂの表面抵抗は１０¹³Ω以下であることがさらに好ましい。高抵抗膜４０４ａ、４０４ｂの表面抵抗の下限は、スペーサの形状とスペーサに印加される電圧により左右されるが、１０⁷Ω以上であることが好ましい。
【００４６】
絶縁性部材４０１上に形成された高抵抗膜（帯電防止膜）４０４ａ、４０４ｂの厚みｔは、１０ｎｍ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、絶縁性部材４０１が変形してしまう可能性が高くなる。
【００４７】
高抵抗膜（帯電防止膜）４０４ａ、４０４ｂの比抵抗をρとすると、高抵抗膜４０４ａ、４０４ｂ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１０⁴［Ω・ｃｍ］以上１０¹⁰［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１０⁵以上１０⁹Ωｃｍ以下とするのが望ましい。
【００４８】
一方、高抵抗膜（帯電防止膜）４０４ａ、４０４ｂ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の温度は上昇する。高抵抗膜（帯電防止膜）４０４ａ、４０４ｂ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、さらにスペーサの温度が上昇する。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（ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ）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の温度Ｔおよび抵抗値Ｒの増加分であるとする。
【００４９】
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）４０４ａ、４０４ｂ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４０４ａ、４０４ｂ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、これらの酸化物が、二次電子放出効率が比較的小さく、電子放出部４０７ａ、４０７ｂから放出された電子がスペーサ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４０４ａ、４０４ｂ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４０４ａ、４０４ｂの材料として用いると、スペーサ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４０４ａ、４０４ｂ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４０４ａ、４０５ｂ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。
【００５０】
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４０１上に高抵抗膜４０４ａ、４０４ｂ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４０４ａ、４０４ｂ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４０４ａ、４０４ｂとして形成することができる。
【００５１】
カーボン膜は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ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４０４ａ、４０４ｂ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。
スペーサを構成するスペーサ電極４０５ａ、４０５ｂは、高抵抗膜４０４ａ、４０４ｂを高電位側のフェースプレート４０２と低電位側のリアプレート４０３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４０５ａ、４０５ｂは、以下に述べる複数の機能を有している。
【００５２】
上述したように、高抵抗膜４０４ａ、４０４ｂは、スペーサ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４０５ａ、４０５ｂを設けずに、高抵抗膜４０４ａ、４０４ｂをフェースプレート４０２とリアプレート４０３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４０２、リアプレート４０３と接触するスペーサの当接面にスペーサ電極４０５ａ、４０５ｂが設けられる。
また、電子放出部４０７ａ、４０７ｂから放出された電子は、フェースプレート４０２とリアプレート４０３の間に形成された電位分布に従って電子軌道４０７ａ、４０７ｂを形成する。スペーサの近傍で、それらの電子軌道４０８ａ、４０８ｂ、４０８ｃに乱れが生じないようにする為には、高抵抗膜４０４ａ、４０４ｂ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４０４をフェースプレート４０２とリアプレート４０２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４０４ａ、４０４ｂ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、スペーサがフェースプレート４０２及び基板４０３と当接するスペーサの端部の全長域にスペーサ電極４０５ａ、４０５ｂを設けることによって、接続状態のむらの発生を抑制し、高抵抗膜４０４ａ、４０４ｂの電位分布を均一化している。
【００５３】
また、電子放出部４０７ａ、４０７ｂより放出された電子は、フェースプレート４０２とリアプレート４０３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。スペーサの近傍の電子放出部４０７ａから放出された電子に関しては、スペーサに伴う制約（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４０２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４０２とリアプレート４０３と当接する面にスペーサ電極４０５ａ、４０５ｂをそれぞれ設けることにより、スペーサ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。
【００５４】
本実施形態の画像表示装置では、スペーサの凹凸部は、フェースプレート４０２とリアプレート４０３と略平行にストライプ状に（図４の前後方向に）延びている。そして、スペーサの表面上は、その凹凸部の平均ピッチおよび平均深さが互いに異なる複数の領域に分割されている。これにより、フェースプレート４０２とリアプレート４０３との間の空間の等電位線４０９がフェースプレートとリアプレートとに間の空間内における均一な電位規定が容易となり、電子軌道の乱れを防ぐことができるようになる。なお、高抵抗膜４０４ａ、４０４ｂ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。なお、本実施形態では、フェースプレート４０２側の領域ａの凹凸のピッチを２０μｍとし、リアプレート４０３側の領域ｂのピッチを１００μｍとした。また、領域ａと領域ｂの幅は同じとした。本実施形態の画像表示装置では、凹凸部の平均ピッチおよび平均深さの両方が異なっているが、いずれか一方が異なっているだけでもよい。
【００５５】
また、本実施形態の画像表示装置では、断面方向（図４の左右の方向）の電子放出部４０７ａ、４０７ｂ間の距離を６１５μｍとし、スペーサの高さを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、ビーム位置がスペーサ側に引き寄せられることなく、良好な画像を形成することができた。
【００５６】
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。
【００５７】
図５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５を参照すると、電子源基板８０は、電子放出素子８７が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８５等が形成されている。
【００５８】
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５では、外囲器９０を形成する支持枠８６、フェースプレート８２が適当に切断されて、外囲器９０の内部が見えるようになっている。
【００５９】
電子放出素子８７は、表面伝導型電子放出素子（図１８参照）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８８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。
【００６０】
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（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。
【００６１】
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。
【００６２】
絶縁性部材４０１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絶縁性部材４０１に図３に示すようなストライプ状の溝を作製した。そして、絶縁性部材４０１の上に、ナトリウムブロック層として１００ｎｍのＳｉＯ²膜を塗付焼成した。
【００６３】
図６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６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。
【００６４】
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。
【００６５】
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２６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。
【００６６】
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（ＰｂＯ）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１５０μmとする。
【００６７】
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り、パネル化した後は、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６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。
【００６８】
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２、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。
【００６９】
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。
【００７０】
図７は、素子膜２８の形成工程を示す模式図である。図７（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。
【００７１】
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。
【００７２】
そして、この溶液の液滴を、図７（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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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２８）の抵抗値Ｒｓは、１０²から１０⁷Ωの値となる。
【００７８】
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8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８（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８（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。
【００７９】
図８（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８（ｂ）では、Ｔ１およびＴ２を、図８（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。
【００８０】
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２８）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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
図９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９（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９（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９（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９（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。
【００８５】
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１０、図１１を参照して説明する。
【００８６】
図１０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１０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
この測定評価装置は、電源５１と電流計５０とをさらに備えている。電源５１は、素子電極１０２、１０３間に接続されており、素子電極１０２．１０３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１０５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。
【００８７】
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。
【００８８】
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１ｍｍ〜８ｍｍの範囲とした。
【００８９】
図１１は、図１０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１１では素子電流Ｉｆ、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１１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。
【００９０】
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。
【００９１】
図１１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。
【００９２】
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１１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Ｉｅ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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
次に、画像形成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。
【００９６】
図１２は、フェースプレートの正面図である。蛍光膜８４（図５）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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
封着時の外囲器９０の真空度は、１０^-5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［Ｔｏｒｒ］の真空度を維持するものである。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
図１３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。
【０１０３】
図１３を参照すると、この駆動装置は、画像表示パネル（フェースプレート）１１０１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。
【０１０４】
電子放出素子を備える画像表示パネル１１０１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１１０７が接続されている。
【０１０５】
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１１０７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。
【０１０６】
制御回路１１０３は、同期信号分離回路１１０６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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
本実施形態の画像形成装置では、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、本実施形態の画像形成装置では、アノード電極であるメタルバック８５に高圧端子Ｈ_v（図５）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。
【０１１２】
ここで述べた画像形成装置の構成は、本発明の画像形成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１３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。
【０１１３】
（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形成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。
【０１１４】
図１４は、本実施形態のスペーサの断面図である。図１４を参照すると、本実施形態のスペーサ基板は、スペーサ基板（絶縁性部材）１と、スペーサ基板上に形成された凹凸部４とを備えている。
【０１１５】
本実施形態のスペーサも、第１の実施形態と同様に、領域ａと領域ｂとに分割されているが、領域ａの幅と領域ｂの幅との比を１：３とした点が第１の実施形態と異なっている。凹凸のピッチを、領域ａでは２０μｍとし、領域ｂでは８０μｍとし、領域ａと領域ｂとも、凹部と凸部の高さの差を１１μｍとした。なお、スペーサの高さを１．６ｍｍとした。
【０１１６】
すなわち、本実施形態のスペーサでは、スペーサの高さの１／２の高さの位置より、フェースプレート側に形成されている凹凸の平均ピッチが、その高さより下方のリアプレート側に形成されている凹凸の平均ピッチよりも小さい。さらに、本実施形態のスペーサでは、領域ａにおける平均ピッチが領域ｂにおける平均ピッチより小さいため、結果的に、スペーサの高さの１／２の高さの位置よりフェースプレート側に形成されている凹凸の溝の数が、その高さよりリアプレート側に形成されている凹凸の溝の数よりも多い。
【０１１７】
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。また、本実施形態のスペーサにおいても、第１の実施形態と同様に、スペーサ基板１上に高抵抗膜が成膜されるが、その高抵抗膜は、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（Ｇｅ）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の高抵抗膜とした。
【０１１８】
本実施形態スペーサを、第１の実施形態と同様の画像形成装置に適用したところ、スペーサの凹凸形状によって調整されたスペーサの表面のシート抵抗分布によるビーム反発／吸引効果によって、スペーサ近傍での電子吸引が発生しない良好な画像が得られた。
【０１１９】
（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１５は、本実施形態のスペーサを示す断面図である。本実施形態のスペーサでは、スペーサの凹凸部４の溝深さを領域ａと領域ｂとで変更することによってビーム位置の補正を行っている。本実施形態のスペーサでは、図１、図２からわかるように、凹凸部４のピッチを変更する方法に比べ、シート抵抗値を大きく変えることが可能となる。
【０１２０】
図１５に示すように、本実施形態のスペーサは、スペーサ基板１と、スペーサ基板１上に形成された凹凸部４とを備えている。領域ａは、凹凸部４の溝深い領域であり、その深さは１６μｍである。また、領域ｂは凹凸溝の浅い領域であり、その深さは８μｍである。すなわち、本実施形態のスペーサでは、スペーサの高さの１／２の高さの位置よりフェースプレート側に形成されている凹凸の平均溝深さが、その位置よりリアプレート側に形成されている凹凸の平均溝深さよりも大きい。
【０１２１】
本実施形態では、領域ａと領域ｂの長さの比を５：７とし、スペーサの高さを１．６ｍｍとした。なお、スペーサ基板１は、母材に金型成型法を用いて凹凸を形成し、加熱下で延伸することにより作製された。
【０１２２】
本実施形態のスペーサに、第１の実施形態と同様の高抵抗膜を形成し、画像形成装置に適用したところ、他の実施形態のスペーサと同様にスペーサ近傍でのビーム位置ずれのほとんどない良好な画像が得られた。
【０１２３】
（参考例）次に、本発明の参考例について説明する。図１６は、参考例のスペーサの構造を示す断面図である。参考例では、凹凸の領域の分割数を調整することによってビーム補正を実現している。
【０１２４】
図１６に示すように、参考例のスペーサは、スペーサ基板１と、スペーサ基板上に形成された凹凸部４とを備えている。領域ａ及び領域ｃは、凹凸の形成領域であり、それらの凹凸深さは１６μｍである。また、領域ｂ及び領域ｄは、凹凸部４が形成されていない凹凸非形成領域である。
【０１２５】
参考例のスペーサでは、領域ａと領域ｃの長さの比を同一（１８０μｍ）とし、ピッチ８０μｍの凹凸部４を１８０μmの長さの領域（領域ａ、領域ｃ）に形成し、領域ｄの長さを１６０μｍとした。また、スペーサの高さを１．６ｍｍとした。参考例のように、領域ｄの値を大きく形成することにより、電子放出部付近のスペーサ近傍の空間に対して電子軌道が反発するような電界を形成することが可能となる。
【０１２６】
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。なお、参考例においては、母材の溝加工の領域が少なくてすむため、スペーサの量産性を高めることができる。
【０１２７】
参考例のスペーサを、第１の実施形態と同様の画像形成装置に適用したところ、スペーサの凹凸形状によって調整されたスペーサの表面のシート抵抗分布によるビーム反発／吸引効果によって、スペーサ近傍での電子吸引が発生しない良好な画像が得られた。
【０１２８】
（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１７は、本実施形態のスペーサの構造を示す断面図である。本実施形態のスペーサは、参考例のスペーサの凹凸の非形成領域に凹凸を形成した形状とすることによって帯電をより低減化している。
【０１２９】
図１７に示すように、本実施形態のスペーサは、スペーサ基板１と、スペーサ基板１上に形成された凹凸部４とを備えている。領域ａから領域ｃは、凹凸の形成領域であり、領域ａ及び領域ｃの深さをともに１６μｍとし、領域ｂの深さを１０μｍとした。また、本実施形態のスペーサでは、参考例と同様に、領域ｄを凹凸非形成領域としている。
【０１３０】
本実施形態のスペーサに、第１の実施形態と同様の高抵抗膜を形成し、画像形成装置に適用したところ、他の実施形態のスペーサと同様にスペーサ近傍でのビーム位置ずれのほとんどない良好な画像が得られた。
【０１３１】
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形成装置の実施形態について述べた。この画像形成装置では、電極が電子源より放出された電子を加速する加速電極であり、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形成する画像形成装置であり、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。
【０１３２】
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形成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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
【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、リアプレートとフェースプレートに略平行方向にストライプ状に延びる凹凸部を有することによって、リアプレートとフェースプレートとの間の空間の等電位線がリアプレートとフェースプレートと略平行となるため、その空間内における均一な電位規定が容易となり、電子軌道の乱れを防ぐことができるようになる。
【０１３６】
また、本発明の電子線装置およびスペーサでは、スペーサの表面領域毎に溝の深さまたは溝のピッチを変更することによって、フェースプレートとリアプレートとの間の方向において、表面上に所望の抵抗分布を有するスペーサを形成することが可能となる。このようなスペーサを用いてスペーサの表面上の抵抗分布を調整することによって、ビーム位置を所望の位置に補正することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】溝深さを変更した場合のシート抵抗の変化の様子を示すグラフである。
【図２】溝ピッチを変更した場合のシート抵抗の変化の様子を示すグラフである。
【図３】本発明の第１の実施形態の電子線装置におけるスペーサの構造を示す断面図である。
【図４】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斜視図である。
【図６】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】素子膜２８の形成工程を示す模式図である。
【図８】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９】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】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】図１０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１２】フェースプレートの正面図である。
【図１３】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１４】本発明の第２の実施形態のスペーサの断面図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態のスペーサの断面図である。
【図１６】本発明の参考例のスペーサの断面図である。
【図１７】本発明の第４の実施形態のスペーサの断面図である。
【図１８】Ｍ．ハートウェルの素子構成を示す模式図である。
【図１９】従来の画像表示装置の構造を示す断面図である。
【図２０】スペーサ基板の断面図である。

Claims

電子を放出する電子源を有する第１の基板と、
前記第１の基板の前記電子源を有する面に対向して、該第１の基板と平行に設けられた第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に位置して両基板の間隔を一定に保ち、表面に帯電防止膜を有するスペーサと、
を有する電子線装置において、
前記スペーサは、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、前記第１の基板および前記第２の基板に平行な方向にストライプ状に延びる複数の凹部及び凸部からなる凹凸部を有し、該凹凸部は、ピッチが互いに異なる複数の領域に分割され、かつ、凹部が両基板から離れて位置し、
前記スペーサの前記第１の基板に最も近い凹部から、該スペーサの１／２の高さの位置までの凹凸部の平均ピッチは、前記第２の基板に最も近い凹部から、該スペーサの１／２の高さの位置までの凹凸部の平均ピッチよりも大きいことを特徴とする電子線装置。
電子を放出する電子源を有する第１の基板と、
前記第１の基板の電子源を有する面に対向して、該第１の基板と平行に設けられた第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に位置して両基板の間隔を一定に保ち、表面に帯電防止膜を有するスペーサと、
を有する電子線装置において、
前記スペーサは、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、前記第１の基板および前記第２の基板に平行な方向にストライプ状に延びる複数の凹部及び凸部からなる凹凸部を有し、該凹凸部は、該凹部の溝深さが互いに異なる複数の領域に分割され、かつ、凹部が両基板から離れて位置し、
前記スペーサの１／２の高さの位置から前記第１の基板側に形成されている前記凹凸部の溝深さの平均値は、該１／２の高さの位置から前記第２の基板側に形成されている前記凹凸部の溝深さの平均値よりも小さいことを特徴とする電子線装置。
前記表面は、前記凹凸部が設けられていない領域を含んでいる、請求項１または２に記載の電子線装置。
前記帯電防止膜は、比抵抗が１０⁴［Ω・ｃｍ］以上、１０¹⁰［Ω・ｃｍ］以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の電子線装置。
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している、請求項４に記載の電子線装置。
前記スペーサは、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を有している、請求項４または５に記載の電子線装置。
前記スペーサは、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を有している、請求項４から６のいずれか１項に記載の電子線装置。
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７のいずれか１項に記載の電子線装置。
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を有する表面伝導型電子放出素子である、請求項８に記載の電子線装置。