JP4481411B2 - Electron beam equipment - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所要雰囲気で密閉された外囲器の内部に配置される外囲器のための支持スペーサを有する電子線装置、特に、前記外囲器の内部に設けた電子源と、これに対向した被電子線照射部材との間にスペーサを起立して配置した、例えば、画像形成装置として用いられる電子線装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、この種の電子線装置には、電子源の電子放出部（電子放出素子）として、熱陰極素子および冷陰極素子の２種類が用いられている。特に、この内の冷陰極素子では、例えば、表面伝導型放出素子や、電界放出型素子（以下、ＦＥ型と記す）や、金属／絶縁層／金属型放出素子（以下、ＭＩＭ型と記す）などが知られている。
【０００３】
なお、表面伝導型放出素子として、例えば、M.I. Elinson, Radio Eng. Electron Phys., 10,1290 (1965)や、後述する他の事例が知られている。
【０００４】
表面伝導型放出素子は、基板上に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことにより、電子を放出する現象を利用するものである。この表面伝導型放出素子としては、前記エリンソンなどによるＳｎＯ2薄膜を用いたものの他に、Ａｕ薄膜によるもの[G. Dittmer:"Thin Solid Films", 9,317(1972)]や、Ｉｎ2Ｏ3／ＳｎＯ2 薄膜によるもの[M. Hartwell and C.G. Fonstad: "IEEE Trans. ED Conf.", 519(1975)]や、カーボン薄膜によるもの［荒木久、他：真空、第26巻、第1号22（1983）］などが報告されている。
【０００５】
これらの表面伝導型放出素子には、その素子構成の典型的な例として、図２７に示すように、電子源基板上の構造（前述のM. Hartwell.らによる素子構造）が知られている。即ち、図２７において、符号３００１は電子源基板であり、符号３００４はスパッタ法（成膜法の１つ）で形成された金属酸化物よりなる導電性薄膜である。導電性薄膜３００４は、図示のように、Ｈ字形の平面形状に形成されている。そして、導電性薄膜３００４に、後述の通電フォーミング（一種の通電処理）を施すことにより、電子放出部３００５が形成される。
【０００６】
なお、図中、間隔：Ｌは、０．５〜１［ｍｍ］、また、幅：Ｗは、０．１［ｍｍ］に設定されている。なお、図示の便宜から、電子放出部３００５は導電性薄膜３００４の中央に矩形の形状で示したが、これは模式的なものであり、実際の電子放出部の位置や形状を忠実に表現してはいない。
【０００７】
M. Hartwellらによる素子を始めとして、上述の表面伝導型放出素子においては、電子放出を行うのに先立って、導電性薄膜３００４に通電フォーミングを施し、電子放出部３００５を形成するのが一般的であった。
【０００８】
即ち、通電フォーミングとは、前記導電性薄膜３００４の両端に一定の直流電圧を印加し、あるいは、例えば、１Ｖ／分程度のレートで、緩やかに昇圧する直流電圧を印加することにより、通電し、導電性薄膜３００４を、局所的に破壊もしくは変形もしくは変質させ、電気的に高抵抗な状態の電子放出部３００５を形成することである。
【０００９】
これにより、局所的に破壊もしくは変形もしくは変質した導電性薄膜３００４の一部には、亀裂が発生する。前記通電フォーミング後に、導電性薄膜３００４に適宜の電圧を印加すると、前記亀裂付近において、電子放出が行われる。
【００１０】
また、ＦＥ型の事例では、例えば、W.P. Dyke & W.W. Dolan, "Field emission", Advance in Electron Physics, 8,89(1956)、あるいは、C.A. Spindt, "Physical properties of thin-film field emission cathodes with molybdenium cones", J. Appl. Phys., 45,5248(1976)などが知られている。
【００１１】
ＦＥ型の素子構成の典型的な事例として、図２８には、模式的断面の形で、前述のC.A. Spindt らによる素子が示されている。ここで、符号３０１０は電子源基板で、３０１１は導電材料よりなるエミッタ配線、３０１２はエミッタコーン、３０１３は絶縁層、３０１４はゲート電極である。
【００１２】
このＦＥ型素子は、エミッタコーン３０１２とゲート電極３０１４の間に適宜の電圧を印加して、エミッタコーン３０１２の先端部より電界放出を起こさせるものである。また、ＦＥ型の他の素子構成として、上述のような積層構造ではなく、電子源基板上に、その基板平面とほぼ平行に、エミッタとゲート電極を配置した事例もある。
【００１３】
また、ＭＩＭ型の事例としては、例えば、C.A. Mead, "Operation of tunnel-emission Devices, J. Appl. Phys., 32,646(1961)などが知られている。ＭＩＭ型の素子構成の典型的な事例を図２９の模式的断面で示す。ここで、符号３０２０は電子源基板、３０２１は金属よりなる下電極、３０２２は厚さ１００オングストローム程度の薄い絶縁層、３０２３は厚さ８０〜３００オングストローム程度の金属よりなる上電極である。
【００１４】
ＭＩＭ型素子においては、上電極３０２３と下電極３０２１の間に適宜の電圧を印加することにより、上電極３０２３の表面より電子放出を起こさせるものである。
【００１５】
上述の冷陰極素子は、熱陰極素子と比較して、低温で電子放出を得ることができるため、加熱用ヒーターを必要としない。従って、熱陰極素子よりも構造が単純であり、微細な素子を作成することが可能である。また、基板上に多数の素子を高い密度で配置しても、基板の熱溶融などの問題が発生し難い。また、熱陰極素子はヒーターの加熱により動作するため、応答速度が遅いが、これとは異なり、冷陰極素子の場合には、応答速度が速いという利点もある。このため、冷陰極素子を応用する研究が盛んに行われてきている。
【００１６】
例えば、表面伝導型放出素子が、冷陰極素子の中でも、特に構造が単純で製造も容易であることから、大面積にわたり、多数の素子を形成できる利点を有する。そこで、本出願人による特開昭６４−３１３３２号公報に開示されるように、多数の電子放出素子を基板上に配列して、これを駆動するための方法が研究されている。
【００１７】
また、表面伝導型放出素子を用いた電子装置については、例えば、画像表示装置、画像記録装置などの、所謂、画像形成装置や、荷電ビーム源などへの応用が研究されている。特に、画像表示装置への応用としては、本出願人による米国特許第５，０６６，８８３号明細書や特開平２−２５７５５１号や特開平４−２８１３７号の各公報において開示されているように、表面伝導型放出素子と、ここからの電子ビームの照射により発光する蛍光体とを組み合わせて用いたものが知られている。
【００１８】
ここでの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、従来における他の方式の画像表示装置よりも、より優れた特性が期待されている。例えば、近年普及してきた液晶表示装置と比較しても、自発光型であるためにバックライトを必要としない点や、視野角が広い点などで、優れている。
【００１９】
また、電子源基板上にＦＥ型素子を多数個並べて、これらを駆動する方法は、例えば、本出願人による米国特許第４，９０４，８９５号明細書に開示されている。また、ＦＥ型素子を画像表示装置に応用した事例として、例えば、R. Meyerらにより報告された平板型表示装置が知られている[R. Meyer: "Recent Development on Micro-tips Display at LETI", Tech. Digest of 4th Int. Vacuum Microelectronics Conf., Nagahama, pp.6~9(1991)]。
【００２０】
また、ＭＩＭ型素子を多数個並べて画像表示装置に応用した例は、例えば、本出願人による特開平３−５５７３８号公報に開示されている。
【００２１】
上記のような電子放出素子を用いた画像形成装置の内で、奥行きの薄い平面型表示装置は、省スペースかつ軽量であることから、ブラウン管型の表示装置に置き換わるものとして、注目されている。
【００２２】
図３０は、平面型の画像表示装置をなす従来の表示パネル部の一例を示す斜視図であり、特に、内部構造を示すために、パネルの一部を切り欠いて示している。
【００２３】
図中、符号３１１５はリアプレート、３１１６は側壁（支持枠）、３１１７はフェースプレートであり、リアプレート３１１５、側壁３１１６およびフュースプレート３１１７によって、表示パネルの内部を真空（所要の雰囲気）に維持するための外囲器（気密容器）を構成している。
【００２４】
リアプレート３１１５には電子源基板３１１１が固定されているが、この基板３１１１上には、電子放出部としての冷陰極素子３１１２が、Ｎ×Ｍ個形成されている（Ｎ、Ｍは２以上の正の整数であり、目的とする表示画素数に応じて適宜設定される）。また、前記Ｎ×Ｍ個の冷陰極素子３１１２は、図３０に示す通り、Ｍ本の行方向配線３１１３とこれと交差する方向に延びるＮ本の列方向配線３１１４とにより、配線されている。これら基板３１１１、冷陰極素子３１１２、行方向配線３１１３および列方向配線３１１４によって構成される部分を、通常、マルチ電子ビーム源と呼ぶ。なお、当然のことながら、行方向配線３１１３と列方向配線３１１４との少なくとも交差する部分には、両配線間に絶縁層(図示せず)が形成されており、電気的な絶縁が保たれている。
【００２５】
フェースプレート３１１７の下面には、被電子線照射部材として、蛍光体からなる蛍光膜３１１８が形成されており、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、育（Ｂ）の３原色の蛍光体（図示せず）が塗り分けられている。また、蛍光膜３１１８をなす各色蛍光体の間には黒色体（図示せず）が設けてあり、更に、蛍光膜３１１８のリアプレート３１１５側の面には、Ａｌなどのメタルバック３１１９が形成されている。
【００２６】
符号Ｄｘ１〜ＤｘｍおよびＤｙ１〜ＤｙｎおよびＨｖは、当該表示パネルと電気回路（図示せず）とを電気的に接続するために設けた、外囲器内部に対する気密構造の電気接続用端子である。その内、端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍはマルチ電子ビーム源の行方向配線３１１３と、端子Ｄｙ１〜Ｄｙｎはマルチ電子ビーム源の列方向配線３１１４と、端子Ｈｖはメタルバック３１１９と、それぞれ、電気的に接続している。
【００２７】
また、外囲器の内部は、１０のマイナス６乗Ｔｏｒｒ程度の真空に保持されており、画像表示装置の表示面積が大きくなるに従い、外囲器内部と外部との気圧差によって、リアプレート３１１５およびフェースプレート３１１７の変形あるいは破壊を防止する手段が必要となる。特に、薄型で大面積の画像表示部を構成するためには、変形の防止は重要な課題である。
【００２８】
このため、リアプレート３１１５およびフェースプレート３１１６を厚くすることが考えられるが、この方法では、画像表示装置の重量を増加させるのみならず、斜め方向から見たときに、画像に、ゆがみや視差を生ずる。
【００２９】
そこで、図３０に示す事例では、比較的薄いガラス板からなるスペーサ（あるいはリブなどの、大気圧を支えるための構造支持体）３１２０が設けられている。このようにして、マルチビーム電子源が形成された基板３１１１と蛍光膜３１１８が形成されたフェースプレート３１１６との間は、通常、サブミリないし数ミリに保たれ、前述したように、外囲器（気密容器）内部が高真空に保持されている。
【００３０】
以上に説明した表示パネルを用いた画像表示装置は、容器外の端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ、Ｄｙ１ないしＤｙｎを通じて、各冷陰極素子３１１２に電圧を印加すると、各冷陰極素子３１１２から電子が放出される。それと同時に、メタルバック３１１９に容器外端子Ｈｖを通じて数百［Ｖ］ないし数［ｋＶ］の高圧を印加して、上記放出された電子を加速し、フェースプレート３１１７の内面に衝突させる。これにより、蛍光膜３１１８をなす各色の蛍光体が励起されて発光し、画像が表示されるのである。
【００３１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上説明した、例えば、画像表示装置に用いた表示パネルにおいては、以下のような問題点があった。
【００３２】
第１に、スペーサ３１２０の近傍から放出された電子、あるいは、蛍光膜３１１８またはメタルバック３１１９で弾性散乱された背面反射電子の一部が、スペーサ３１２０に当たることにより、または、放出電子の作用でイオン化したイオンがスペーサに付着することにより、スペーサ帯電を引き起こす可能性がある。
【００３３】
このスペーサの帯電により冷陰極素子３１１２から放出された電子は、その軌道を曲げられ、蛍光体上の正規な位置とは異なる場所に到達し、その結果、スペーサ近傍での画像が歪んで表示される。
【００３４】
第２に、冷陰極素子３１１２からの放出電子を加速するために、マルチビーム電子源とフェースプレート３１１７との間には、数百Ｖ以上の高電圧（即ち１ｋＶ／ｍｍ以上の高電界）が印加されるので、スペーサ３１２０表面での沿面放電が懸念される。特に、上記のように、スペーサが帯電している場合は、放電が誘発される可能性がある。
【００３５】
この問題点を解決するために、スペーサに微小電流が流れるようにして、帯電を除去する提案がなされている（特開昭５７−１１８３５５号、特開昭６１−２４０３１号を参照）。そこでは、絶縁性のスペーサの表面に高抵抗薄膜を形成することにより、スペーサ表面に微小電流が流れるようにしている。
【００３６】
ここで用いられている帯電防止膜は、酸化スズ、あるいは、酸化スズと酸化インジウムとの混晶薄膜や金属膜である。更に、電子ビーム軌道のずれを補正する目的で、リアプレート側のスペーサ端部とリアプレート側のスペーサ端部とに、導電体のスペーサ電極が設置される（特開平１０−３３４８３４号を参照）。
【００３７】
上記提案に使用されたスペーサ電極は、帯電防止膜とは別プロセスで作成する必要があり、また、寸法精度も厳しく、歩留まりの改善が望まれていた。また、スペーサ電極の膜剥がれなどの発生によって、電場に撹乱を与え、放電を誘発することも、配慮する必要がある。
【００３８】
本発明は、上記事情に基づいてなされたもので、スペーサの構造を工夫することで、より好ましい電子線装置を実現することを目的としている。
【００３９】
【課題を解決するための手段】
この目的達成のため、本発明では、所要雰囲気で密閉された外囲器内において電子を放出する電子源と、該電子源に対向して前記外囲器内に設けた電子線被照射部材と、前記電子源と前記電子線被照射部材との間に配置されたスペーサとを有する電子線装置において、該スペーサは、前記電子源と電子線被照射部材との間で起立する露出表面の凹凸に関して、前記露出表面の中央領域における前記凹凸に沿った単位実表面積を前記中央領域での直平面の単位面積で割った値よりも、前記露出表面の電子源側領域における前記凹凸に沿った単位実表面積を前記電子源側領域での直平面の単位面積で割った値が小さくなるように、前記露出表面に対して前記凹凸を形成していることを特徴とする。
【００４０】
また、本発明では、所要雰囲気で密閉された外囲器内において電子を放出する電子源と、該電子源に対向して前記外囲器内に設けた電子線被照射部材と、前記電子源と前記電子線被照射部材との間に配置されたスペーサとを有する電子線装置において、該スペーサは、前記電子源と電子線被照射部材との間で起立する露出表面の凹凸に関して、前記露出表面の中央領域における前記凹凸に沿った単位実表面積を前記中央領域での直平面の単位面積で割った値よりも、前記露出表面の電子線被照射部材側領域における前記凹凸に沿った単位実表面積を前記電子線被照射部材側領域での直平面の単位面積で割った値が小さくなるように、前記露出表面に対して前記凹凸を形成していることを特徴とする。
【００４１】
更に、本発明では、所要雰囲気で密閉された外囲器内において電子を放出する電子源と、該電子源に対向して前記外囲器内に設けた電子線被照射部材と、前記電子源と前記電子線被照射部材との間に配置されたスペーサとを有する電子線装置において、該スペーサは、前記電子源と電子線被照射部材との間で起立する露出表面の凹凸に関して、前記露出表面の中央領域における前記凹凸に沿った単位実表面積を前記中央領域での直平面の単位面積で割った値よりも、前記露出表面の電子源側領域および電子線被照射部材側領域のそれぞれにおける前記凹凸に沿った単位実表面積を前記電子源側領域および電子線被照射部材側領域のそれぞれでの直平面の単位面積で割った値が小さくなるように、前記露出表面に対して前記凹凸を形成していることを特徴とする。
【００４２】
このような構成により、先述で期待された好ましい電子装置が得られる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図１ないし図２６を参照して、具体的に説明する。なお、図１は、電子線装置の一部を断面で示したもので、該電子線装置は、その第１の実施の形態として、画像形成装置の表示プレートの構造に適用したものであり、電子放出部を備えたリアプレート１０１５と、電子線被照射部材として蛍光体（蛍光膜）を備えたフロントプレート１０１７との間に平板状のスペーサ１０２０を設け、所要雰囲気（実施の形態としては、真空引きにより減圧された雰囲気）を密閉した気密容器（外囲器）を構成している。
【００４４】
また、図２は前記表示プレートの構造（外囲器）を、一部、破断して示した斜視図、図３は電子放出部のマトリックス配置を示す平面図、図４は、図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。更に、図６は図２のＡ−Ａ線に沿った断面図、図７は前記電子放出部としての冷陰極素子を示す平面図および縦断側面図である。また、図８ないし図１２は前記冷陰極素子を成膜法で形成する工程を順に示したものである。更に、図２３はスペーサの構成を詳細に示す斜視図である。
【００４５】
また、図２４は、第２の実施の形態として、スペーサ形状を円柱状とした場合の電子線装置（同じく、画像形成装置の表示プレートの構造に適用している）の要部を示す斜視図であり、図２５はその外囲器の一部を破断した斜視図である。
【００４６】
（第１の実施の形態）
この実施の形態では、電子線装置は、基本的構成として、所要雰囲気で密閉された外囲器内において電子を放出する電子源（ここでは、電子源基板１０１１上に、マトリックス配置で、電子放出部として、陰電極素子１０１２を備えている）と、該電子源に対向して前記外囲器内に設けた電子線被照射部材（ここでは、蛍光膜１０１８）と、前記電子源と前記電子線被照射部材との間に配置されたスペーサ（板状片、リブなどの構成部材）１０２０とを有する電子線装置である。なお、外囲器の周囲には、その内部空間を密閉状態で構成する側壁（支持枠）１０１６がある。
【００４７】
そして、スペーサ１０２０は、前記電子源と電子線被照射部材との間で起立する露出表面（例えば、図２３において、起立幅：ｈの領域）の凹凸に関して、前記露出表面の中央領域における前記凹凸に沿った単位実表面積を前記中央領域での直平面（凹凸を無視した幾何学的な寸法での平面）の単位面積で割った値よりも、前記露出表面の電子源側領域（例えば、図２３において、起立高さ：ｈ１）における前記凹凸に沿った単位実表面積を前記電子源側領域での直平面の単位面積で割った値が小さくなるように、前記露出表面に対して前記凹凸を形成している。また、この実施の形態での凹凸は、図示のように、スペーサの起立面に関して、水平方向に延びる凹溝条あるいは凸条である。
【００４８】
なお、前記凹凸に沿った単位実表面積は、例えば、非接触式レーザー表面形状測定顕微鏡（キーエンス社製ＶＦ−７５００）にて形状測定を行い、更に、その奥行き方向に進めたところでも形状測定を行い、その積分値を持って表面積とする。ただし、レーザー表面形状測定装置は、その垂直面での測定時に、ノイズ成分が増加するため、スムージング処理により、ノイズ成分を除去して、表面積とすることが望ましい。
【００４９】
ここでの、スムージング処理としては、任意の周波数以上の成分をカットする（カットオフ周波数）オーパスフィルター法を用いるとよい。カットオフ周波数は、測定対象の形状により定める必要があるが、垂直面がレーザー表面形状測定顕微鏡上に投影される長さλ未満に対応する成分の周波数（１／λ）をカットオフ周波数とする。
【００５０】
そして、中央領域では、その単位実表面積は、上述の測定結果から得られ、直平面の単位面積で割った値は１以上となる。一方、電子源側領域では、この実施の形態において、フラット面であるから、測定結果での単位実表面積を直平面の単位面積で割った値はほぼ１になる。これにより、本発明の特徴が実現される。
【００５１】
なお、測定対象となる電子源側領域を、その一部に凹凸のある領域を含むように設定して（例えば、起立高さ：ｈ１を前述の中央領域の一部を含むように拡大して測定対象とする）、この領域の単位実表面積を直平面の単位面積で割った値も、中央領域に関する値より小さいことは、電子源側領域にフラット面を備えていることから明らかである。
【００５２】
同様な結果は、例えば、中央領域の凹凸の分布密度、深さなどを大きくし、電子源側領域では、その凹凸の分布密度、深さなどを小さくすることでも得られる（本発明の特徴が実現できる）。
【００５３】
また、この実施の形態では、上述の場合と同様に、前記電子源と電子線被照射部材との間で起立する露出表面（例えば、図２３において、起立幅：ｈの領域）の凹凸に関して、前記露出表面の中央領域における前記凹凸に沿った単位実表面積を前記中央領域での直平面（凹凸を無視した幾何学的な寸法での平面）の単位面積で割った値よりも、前記露出表面の電子線被照射部材側領域（例えば、図２３において、起立高さ：ｈ３）における前記凹凸に沿った単位実表面積を前記電子線被照射部材側領域での直平面の単位面積で割った値が小さくなるように、前記露出表面に対して前記凹凸を形成している。
【００５４】
そして、その測定の仕方、計算の求め方などは、中央領域と電子源側領域との比較の場合と同様である。
【００５５】
なお、上述の実施の形態において、冷陰極素子１０１２から放出された電子を加速するために、スペーサ１０２０（ここでは、絶縁性基材で構成される）には、その上下の縁、即ち、電子源基板１０１１との接合面、および、電子線被照射部（蛍光膜１０１８あるいはそのバックメタル１０１９）との接合面に、それぞれ、電極２１を有しており、また、起立した表面に帯電防止膜１１が成膜されている（図６および図２３を参照）。なお、図中、符号１０４１は接合材、符号４０は絶縁層である。
【００５６】
更に詳述すると、スペーサ１０２０の帯電防止膜１１を成膜する方法には、スパッタ法、反応性スパッタ法、電子ビーム蒸着法、イオンプレーティング法、イオンアシスト蒸着法、スプレーコート法、ディッピング法のいずれか、あるいは、それらの組み合わせが採用される。
【００５７】
また、この実施の形態において、スペーサ１０２０における電子源側領域の帯電防止膜のシート抵抗、および、電子線被照射部側領域の帯電防止膜のシート抵抗が、スペーサにおける中央領域の帯電防止膜のシート抵抗より小さくなるように構成する。このため、要すれば、帯電防止膜１１は、スペーサ１０２０の電子源側領域の平均膜厚、および、電子線被照射部側領域の平均膜厚が、中央領域の平均膜厚よりも厚くなるように構成することが有効である。
【００５８】
また、この実施の形態に係わる電子線装置は、以下のような構成であると良い。即ち、この電子線装置では、電極２１が電子放出部（冷陰極素子１０１２）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１０１２から放出された電子を、ターゲットとしての蛍光膜１０１８に照射して、所要の画像を形成する（この電子線装置の構成を用いることにより、画像形成装置の表示プレートが構成される）。
【００５９】
冷陰極素子１０１２は、電子放出部を含む導電性膜を一対の電極間に備えるもので、特に、好ましくは、図４および図７に示すように、表面伝導型放出素子である。
【００６０】
また、電子源としては、電子源基板１０１１上に、複数の行方向配線１０１３と複数の列方向配線１０１４とがマトリクス配線されていて、各冷陰極素子１０１２は、これらに単純マトリクス状配置で接続されている。なお、この実施の形態では、列方向配線１０１４に沿って、冷陰極素子の上方に制御電極（グリッド）により、冷陰極素子からの放出電子を制御するように、梯子状配置の電子源が用いられる。
【００６１】
なお、本発明の電子線装置に係わる構成は、その利用対象を、表示用として好適な画像形成装置に限るものでなく、例えば、被電子線照射部材としての感光性ドラムと、これに対応する電子源（発光源）としての発光ダイオードとの組み合わせ構成（光プリンタ）においてなど、他の装置にも適用できることは勿論である。
【００６２】
また、この際、上述のマトリックス配置の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、ライン状発光源としてだけでなく、２次元的な発光源としても応用できる。この場合、画像形成部材としては、後述する実施例で用いる、蛍光体のような直接発光する物質に限るものではなく、電子の帯電による潜像画像が形成されるような、被電子線照射部材を用いることもできる。
【００６３】
また、本発明の電子線装置の構成は、例えば、電子顕微鏡のように、電子源からの放出電子を受ける被電子線照射部材が、蛍光体などの画像形成部材以外のものである場合についても適用できる。換言すれば、本発明の電子線装置の構成は、被電子線照射部材を特定しない、一般的電子線装置としての形態にも、拡大して、利用できるものであって、その技術的範囲も、上述の実施の形態に限定されない。
【００６４】
このような構成により、本発明では、外囲器にスペーサを装備する際の課題を解決する。即ち、スペーサ形状で、更に、その露出表面での帯電防止膜で、スペーサ電極を兼ねるため、等電位線の乱れを除き、また、成膜後の歩留まりも向上させることができる。
【００６５】
特に、スペーサ形状と帯電防止膜によって、スペーサ電極の機能を発現させることで、従来の金属製のスペーサ電極とは異なり、寸法精度を緩和することができ、また、スペーサの起立面（露出表面）での上下の縁部にのみ、導通確保用のスペーサ電極を設けることで、膜剥がれの影響を減少することもできる。
【００６６】
（第２の実施の形態）
この実施の形態では、スペーサの形状が円柱状あるいは円筒状であり、その起立面（電子源と電子線被照射部材との間に起立する露出面）には、その中央領域に、斜めで、相互に交差する凹溝条あるいは凸条が形成されている。その他の構成は、第１の実施の形態と同様なので、その説明は省略する。
【００６７】
【実施例】
（スペーサの特徴）
以下に、本発明の特徴部分であるスペーサについて、具体例を挙げて説明する。図１において示すような、本発明の電子線装置に用いられるスペーサは、その絶縁性基材１が石英ガラス、Ｎａなどの不純物含有量を減少したガラス、ソーダライムガラス、アルミナなどのセラミックス部材からなる。
【００６８】
また、スペーサでの露出表面の中央領域の外表面には、凹凸（これは、凹溝条あるいは凸条の形に限らず凹凸のあるポーラス構造でもよい）を設け、前記中央領域での凹凸に沿った単位実表面積を、その領域の直平面（凹凸を無視した幾何学的な寸法の面）の単位面積で割った値よりも、電子源側領域あるいは／および電子線被照射部側領域での凹凸（この実施例では、実質的に凹凸がない部分を含む）に沿った単位実表面を、その領域の直平面の単位面積で割った値が、それぞれ、小さくなっている。
【００６９】
なお、スペーサ表面の単位実面積の測定には、先述のように、例えば、BET法や接触式、非接触式粗さ測定法が用いられる。
【００７０】
なお、ここでのスペーサの起立面（前記露出面の起立高さ：ｈ）における電子源側領域とは、電子源基板１０１５側からスペーサの起立高さの１／３まで、電子線被照射部材側領域とは、電子線被照射部材１０１７側からスペーサの起立高さの１／３までとする。また、スペーサの中央領域とは、前記電子源側領域と電子線被照射部材側領域とに挟まれた領域（即ち、スペーサの起立高さの１／３）を指すものとする。
【００７１】
スペーサ中央領域での、凹凸に沿った単位実表面積を、そこでの直平面の単位面積で割った値は、電子源側領域や電子線被照射部材側領域の、それぞれの凹凸に沿った単位実表面積を、そこでの直平面の単位面積で割った値に対して、１．４倍から１０倍が好適であり、特に、１．４倍から４倍が、加工コストの面から勘案して、好ましい。
【００７２】
凹凸加工には、機械的切削法、研磨などの物理的な方法、あるいは、フォトリソグラフィー、エッチング法などの化学的な方法が採用される（ここでは、作成手法は問わない）。
【００７３】
この実施例では、スペーサ１０２０と電子源基板１０１５、電子線被照射部１０１７との接合面には、導通確保のために、端面スペーサ電極１０２１を設ける。なお、ビーム軌道への撹乱、膜剥がれによる放電誘発などの理由により、端面スペーサ電極１０２１は、スペーサ側面（起立面）に対して、できるだけ回り込まないことが好ましい。また、その作成方法としては、マスクを用いたスパッタ法や電子ビーム蒸着法などが利用できる（作成方法は問わない）。
【００７４】
また、絶縁性基材１の表面には、帯電防止を目的とした高抵抗膜１１を成膜している。高抵抗膜１１はスパッタ法、反応性スパッタ法、電子ビーム蒸着法、イオンプレーティング法、イオンアシスト蒸着法、スプレーコート法、ディッピング法のいずれか、或いはそれらの組み合わせで、成膜できる。
【００７５】
高抵抗膜１１を成膜した後のスペーサは、表面積の違いに応じて、高抵抗膜の膜厚差が生じ、抵抗の差が発生する。即ち、スペーサの中央領域の、実表面積が大きな部位はシート抵抗が大きく、電子源側領域あるいは／および電子線被照射部材側領域の実外表面積が（前記中央領域に比して）小さな部位はシート抵抗が小さい。
【００７６】
なお、ここでは、シート抵抗を、スペーサの露出表面の凹凸（ポーラス構造も含む）に沿った単位表面積を、凹凸を無視した幾何学的平面への投影（展開）面積で定義する。また、抵抗の差異は、単位実外表面積と、表面の薄膜形成の手法に応じて変化するため、スペーサの帯電量、フェースプレートへの印可電圧、フェースプレートとリアプレート間のギャップなどのファクターに応じて、適時、設定する。
【００７７】
また、場合によっては、スペーサの中央領域での、また、電子源側領域あるいは電子線被照射側領域での各平均膜厚を、実外表面積だけで制御するのではなく、メッシュの開口率を変えたマスクを併用することにより、微調整することも有効である。
【００７８】
なお、スペーサ帯電量によっては、スペーサの中央領域に比較して、単位面積当たりの実外表面積が小さな、その部位が、電子源側領域あるいは電子線被照射部側領域のどちらか一方でも、本発明の意図する、前述の効果が得られる。また、マスクなどを用いて、高抵抗膜の膜厚差を能動的に制御することも可能である。
【００７９】
スペーサの上側縁を、フェースプレート１０１７の高電圧（図示せず）と、下側縁を、配線電極（図示せず）と接続すると、前述のように、高抵抗膜にシート抵抗分布を持たせることにより、等電位線が図１の（ｂ）に示すように、平等電界からのずれ、スペーサの中央領域での帯電による電子ビーム軌道のずれ（スペーサ側に吸引される）を補正するように働くことになる。
【００８０】
因みに、図３１に示す従来のスペーサ電極構成について、本発明との差異を説明すると、ここでのスペーサは、絶縁性基材１の表面（フラットな表面）に高抵抗膜１１を塗布したもので、高電圧が印可されるフェースプレート１０１７にある蛍光膜１０１８と、リアプレート１０１５にある電子源基板１０１１との間で、それぞれ、低抵抗膜２１にて、電気的接続をとっている。
【００８１】
ここでは、スペーサの表面帯電の影響による電子ビーム軌道の偏向を、スペーサ電極である低抵抗膜２１によって補正するが、図３１に示すように、低抵抗膜２１が高抵抗膜１１側のスペーサ側面にもあるために、ここで膜剥がれなどを生じると、好ましくない放電を誘発する。また、スペーサ電極に金属導体を用いることにより、多少の寸法の差異が電界に大きく影響するため、非常に厳しい寸法精度が要求されるのである。この点は、上述の本発明において、解決されている。
【００８２】
（画像表示装置への適用）
次に、本発明の電子線装置を適用した画像表示装置における表示パネルの構成、および、その製造法について、具体的に説明する。
【００８３】
既に、本発明の実施の形態で概略説明しているが、ここでは、図２に示すように、リアプレート１０１５、側壁（支持枠）１０１６、フェースプレート１０１７により、表示パネルの内部を所定雰囲気（真空あるいは所要厚に減圧）に密閉した気密容器（外囲器）が構成されており、その気密容器を組み立てるに際しては、各部材の接合部に十分な強度と気密性を保持させるための封着が成される。例えば、先ず、フリットガラスを接合部に塗布し、大気中あるいは窒素雰囲気中で、摂氏４００〜５００度で、１０分以上焼成するのである。そして、このように封着した気密容器内部を真空に排気する。この排気方法については後述する。
【００８４】
また、前記気密容器の内部は、１０のマイナス６乗［Ｔｏｒｒ］程度の真空に保持されるので、大気圧や不意の衝撃などによる気密容器の破壊を防止する目的で、耐大気圧構造体として、容器内部には、スペーサ１０２０が設けられている。
【００８５】
次に、この画像形成装置に用いることができる電子放出素子を有する基板（電子源基板）について説明する。ここでの電子源は、複数の冷陰極素子を前記基板上に配列することにより構成される。
【００８６】
冷陰極素子の配列の方式には、冷陰極素子を並列に配置し、個々の素子の両端を所要配線で接続する、所謂、はしご型配置（以下、はしご型配置電子源基板と称する）や、冷陰極素子を構成する一対の素子電極を、それぞれ、Ｘ方向配線、Ｙ方向配線に接続した単純マトリクス配置（以下、マトリクス型配置電子源基板と称する）が挙げられる。
【００８７】
なお、はしご型配置電子源基板を有する画像形成装置には、電子放出素子からの電子の飛翔を制御する電極である制御電極（グリッド電極）を必要とする。
【００８８】
リアプレート１０１５には、基板１０１１が固定されており、その基板上には冷陰極素子１０１２がＮ×Ｍ個形成されている（Ｎ、Ｍは２以上の正の整数であり、目的とする表示画素数に応じて適宜設定される。例えば、高品位テレビジョンの表示を目的とした表示装置においては、Ｎ＝３０００、Ｍ＝１０００以上の数を設定することが望ましい）。
【００８９】
前記Ｎ×Ｍ個の冷陰極素子は、Ｍ本の行方向配線１０１３とＮ本の列方向配線１０１４により、単純マトリクス配線されている。以下に、構成部材１０１１〜１０１４によって構成される電子源を、マルチ電子ビーム源と呼称する。
【００９０】
なお、この画像表示装置に用いるマルチ電子ビーム源は、冷陰極素子を単純マトリクス配線、もしくは、はしご型配置した電子源であれば、冷陰極素子の材料や形状あるいは製法に制限はない。即ち、例えば、表面伝導型放出素子やＦＥ型、あるいは、ＭＩＭ型などの冷陰極素子を用いることができる。
【００９１】
次に、冷陰極素子として、表面伝導型放出素子（後述）を基板上に配列して、単純マトリクス配線したマルチ電子ビーム源の構造について述べる。
【００９２】
図３に示すのは、図２の表示パネルに用いたマルチ電子ビーム源の平面図である。基板１０１１上には、後述の図７で示すものと同様な表面伝導型放出素子が配列されており、これらの素子は、行方向配線１０１３と列方向配線１０１４により、単純マトリクス状に配線されている。行方向配線１０１３と列方向配線１０１４の交差する部分には、電極間に絶縁層（図示せず）が形成されており、電気的な絶縁が保たれている。なお、図３のＢ−Ｂ’に沿った断面が、図４に示されている。
【００９３】
このような構造のマルチ電子源は、予め、基板１０１１上に行方向配線１０１３、列方向配線１０１４、電極間絶縁層（図示せず）、および、表面伝導型放出素子１０１２としての、素子電極と導電性薄膜を形成した後、行方向配線１０１３および列方向配線１０１４を介して、各素子に給電して、通電フォーミング処理（後述）と通電活性化処理（後述）を行うことにで、製造される。
【００９４】
なお、本実施例においては、気密容器のリアプレート１０１５にマルチ電子ビーム源の基板１０１１を固定する構成としたが、マルチ電子ビーム源の基板１０１１自体が十分な強度を有するものであれば、それ自体を気密容器のリアプレートとして用いてもよい。
【００９５】
また、フェースプレート１０１７の下面には、蛍光膜１０１８が形成されているが、本実施例では、カラー表示装置を採用するので、蛍光膜１０１８の部分には、ＣＲＴの分野で用いられる赤、緑、青の３原色の蛍光体が塗り分けられている。各色の蛍光体は、例えば、図５の（ａ）に示すように、ストライプ状に塗り分けられ、そして、蛍光体のストライプの間に黒色の導電体１０１０を設けてある。
【００９６】
なお、黒色の導電体１０１０を設ける目的は、電子ビームの照射位置に多少のずれがあっても、表示色にずれが生じないようにすること、外光の反射を防止して表示コントラストの低下を防ぐこと、電子ビームによる蛍光膜のチャージアップを防止することなどの意図がある。黒色の導電体１０１０には、黒鉛を主成分として用いたが、上記の目的に適するものであれば、これ以外の材料を用いても良い。
【００９７】
また、３原色の蛍光体の塗り分け方は、図５の（ａ）に示したストライプ状の配列に限られるものではなく、例えば、図５の（ｂ）に示すようなデルタ状配列や、それ以外の配列であってもよい。なお、モノクロームの表示パネルを作成する場合には、単色の蛍光体材料を蛍光膜１０１８に用いればよく、また、黒色導電材料は必ずしも用いなくともよい。
【００９８】
また、蛍光膜１０１８のリアプレート側の面には、ＣＲＴの分野では公知のメタルバック１０１９を設けてある。メタルバック１０１９を設けた目的は、蛍光膜１０１８が発する光の一部を鏡面反射して、光利用率を向上させること、負イオンの衝突から蛍光膜１０１８を保護すること、電子ビーム加速電圧を印加するための電極として作用させること、更には、蛍光膜１０１８を励起した電子の導電路として作用させることなどにある。
【００９９】
メタルバック１０１９は、蛍光膜１０１８をフェースプレート基板１０１７上に形成した後、蛍光膜表面を平滑化処理し、その上にＡｌを、真空蒸着する方法により、形成して得られる。なお、蛍光膜１０１８に低電圧用の蛍光体材料を用いた場合には、メタルバック１０１９は用いない。
【０１００】
また、本実施例では用いなかったが、加速電圧の印加用や蛍光膜の導電性向上を目的として、フェースプレート基板１０１７と蛍光膜１０１８との間に、例えば、ＩＴＯを材料とする透明電極を設けてもよい。
図６は図３のＡ−Ａ’線に沿った断面模式図であり、各部の番号は図３に示すものと対応している。スペーサ１０２０は、絶縁牲部材１の表面に、帯電防止を目的とした高抵抗膜１１を成膜し、かつ、フェースプレート１０１７の内側（メタルバック１０１９など）および基板１０１１の表面（行方向配線１０１３または列方向配線１０１４）に面したスペーサの当接面（上下側縁）３に、スペーサ端面電極である低抵抗膜２１を成膜した構成部材からなる。
【０１０１】
スペーサ１０２０は、本発明で期待される目的を達成するのに必要な数だけ、かつ、必要な間隔をおいて配置されるのであって、フェースプレート１０１７の内側および基板１０１１の表面に接合材１０４１により固定される。
【０１０２】
また、高抵抗膜１１は、絶縁性部材１の表面の内、少なくとも気密容器内の真空中に露出している面に成膜されており、スペーサ１０２０上の低抵抗膜２１および接合材１０４１を介して、フェースプレート１０１７の内側（メタルバック１０１９など）および基板１０１１の表面（行方向配線１０１３または列方向配線１０１４）に電気的に接続される。
【０１０３】
ここで説明される態様において、スペーサ１０２０の形状は、薄板状とし、行方向配線１０１３に平行に配置され、行方向配線１０１３に電気的に接続されている。スペーサ１０２０は、基板１０１１上の行方向配線１０１３および列方向配線１０１４とフェースプレート１０１７内面のメタルバック１０１９との間に印加される高電圧に耐えるだけの絶縁性を有し、かつ、そ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。
【０１０４】
そこで、スペーサ１０２０の絶縁性部材１としては、例えば、石英ガラス、Ｎａなどの不純物含有量を減少したガラス、ソーダライムガラス、アルミナなどのセラミックス部材が挙げられる。なお、絶縁性部材１は、その熱膨張率が気密容器および基板１０１１を成す部材と近いものが好ましい。その表面形状は、既述した通りである。
【０１０５】
スペーサ１０２０を構成する高抵抗膜１１には、高電位側のフェースプレート１０１７（メタルバック１０１９など）に印加される加速電圧Ｖａを、帯電防止膜である高抵抗膜１１の抵抗値Ｒｓで除した電流が流される。そこで、スペーサの抵抗値Ｒｓは、帯電防止および消費電力から、その望ましい範囲に設定される。帯電防止の観点から、表面抵抗Ｒ／□は１０の１２乗Ω以下であることが好ましい。また、十分な帯電防止効果を得るためには、１０の１１乗Ω以下が更に好ましい。なお、表面抵抗の下限は、スペーサ形状とスペーサ間に印加される電圧により左右されるが、１０の５乗Ω以上であることが好ましい。
【０１０６】
絶縁材料上に形成された帯電防止膜の厚み：ｔは、１０ｎｍ〜１μｍの範囲が望ましい。これは、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、１０ｎｍ以下の薄膜は島状に形成され、抵抗が不安定で再現性に乏しいこと、一方、膜厚ｔが１μｍ以上では膜応力が大きくなって、膜はがれの危険性が高まり、かつ、成膜時間が長くなるため生産性が悪いことを考慮している。
【０１０７】
実際には、その膜厚は５０〜５００ｎｍであることが望ましい。ここでの表面抵抗R／□はρ／ｔであり、以上に述べたR□とｔとの好ましい範囲から、帯電防止膜の比抵抗ρは、０．１［Ωｃｍ］ないし１０の８乗［Ωｃｍ］が好ましい。更に、表面抵抗と膜厚とのより好ましい範囲を実現するためには、ρは１０の２乗〜１０の６乗Ωｃｍとするのが良いであろう。
【０１０８】
表面抵抗の分布については、スペーサの露出面の実表面積に依存して変化するのであって、これは、先述した通りである。スペーサは、上述したように、その上に形成した帯電防止膜に電流が流れることにより、あるいは、ディスプレイ全体が動作中に発熱することにより、その温度が上昇する。そこで、帯電防止膜の抵抗温度係数が大きな負の値であると、温度が上昇した時に、抵抗値が減少し、スペーサに流れる電流が増加し、更なる温度上昇をもたらす。そして、電流は電源の限界を越えるまで増加し続ける。このような電流の暴走が発生する抵抗温度係数の値は、経験的に負の値で、絶対値が１％／℃以上である。このことから、帯電防止膜の抵抗温度係数は−１％／℃より大であることが望ましい。
【０１０９】
帯電防止特性を有する高抵抗膜１１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、ニッケル、銅の酸化物が好ましい材料である。その理由は、これらの酸化物は二次電子放出効率が比較的小さく、冷陰極素子１０１２から放出された電子がスペーサ１０２０に当たった場合においても、帯電し難いためと考えられる。
【０１１０】
帯電防止膜には、金属酸化物以外にも、炭素が、その二次電子放出効率が小さいので、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、スペーサ抵抗を所望の値に制御し易い。
【０１１１】
帯電防止特性を有する高抵抗膜１１の他の材料として、アルミと遷移金属合金との窒化物は、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の広い範囲において抵抗値を制御できるので、好適な材料である。更に、後述する表示装置の作成工程において、抵抗値の変化が少なく、安定な材料でもある。また、その抵抗温度係数が１％より大であり、実用的に使い易い材料である。なお、遷移金属元素としては、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｔａなどがあげられる。
【０１１２】
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などの薄膜形成手段により、絶縁性部材上に形成される。金属酸化膜も同様の薄膜形成法で、作成することができるが、この場合、窒素ガスに代えて、酸素ガスを使用する。その他、ＣＶＤ法、アルコキシド塗布法でも金属酸化膜を形成できる。また、カーボン膜は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法で作成することができ、特に、非晶質カーボンを作成する場合には、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。
【０１１３】
スペーサ１０２０を構成する低抵抗膜２１は、高抵抗膜１１を高電位側のフェースプレート１０１７（メタルバック１０１９など）および低電位側の基板１０１１（配線１０１３、１０１４等）に電気的に接続するために設けられたものであり、以下の記述では、中間電極層（中間層）ともいう。中間電極層（中間層）は、以下に列挙する複数の機能を有する。
【０１１４】
１）フェースプレートおよび基板への高抵抗膜の電気的接続：
既に記載したように、高抵抗膜１１は、スペーサ１０２０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、高抵抗膜１１をフェースプレート１０１７（メタルバック１０１９など）および基板１０１１（配線１０１３、１０１４など）に直接にあるいは当接材１０４１を介して接続した場合、接続部界面に大きな接触抵抗が発生し、スペーサ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。そこで、これを避けるために、ここでは、フェースプレート１０１７、基板１０１１および当接材１０４１と接触するスペーサ１０２０の当接面３に、低抵抗の中間層を設けている。
【０１１５】
２）高抵抗膜１１の電位分布の均一化：
冷陰極素子１０１２からの放出電子は、フェースプレート１０１７と基板１０１１の間に形成された電位分布に従って、ある電子軌道を成す。スペーサ１０２０の近傍では、電子軌道に乱れが生じないようにするため、高抵抗膜１１の電位分布を、全域に亘って制御する必要がある。高抵抗膜１１をフェースプレート１０１７（メタルバック１０１９など）および基板１０１１（配線１０１３、１０１４など）と直接に、あるいは、当接材１０４１を介して接続した場合、接続部界面の接触抵抗のために、接続状態にむらが発生し、高抵抗膜１１の電位分布が、所望の値からずれてしまう可能性がある。これを避けるため、スペーサ１０２０がフェースプレート１０１７および基板１０１１に当接するスペーサの上縁部（当接面３）の全長域に低抵抗の中間層を設け、この中間層に所望の電位を印加することによって、高抵抗膜１1全体の電位を制御可能とするのである。
【０１１６】
高抵抗膜１１の抵抗分布による機能としては、第１に、放出電子の軌道を制御することが挙げられる。冷陰極素子１０１２より放出された電子は、上述のように、フェースプレート１０１７と基板１０１１の間に形成された電位分布に従って、電子軌道を成す。スペーサ近傍の冷陰極素子から放出された電子に関しては、スペーサを設置することに伴う制約（配線、素子位置の変更など）が生じる場合がある。
【０１１７】
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１０１７上の所望の位置に電子を照射する必要がある。そこで、フェースプレート１０１７および基板１０１１に当接する面での高抵抗膜１１に、若干の低抵抗部を設けることにより、スペーサ１０２０近傍の電位分布に所望の特性を持たせ、放出された電子の軌道を制御することが可能である。
【０１１８】
このため、この実施例では、低抵抗膜２１を設けるが、これは、高抵抗膜１１に比べて、十分に低い抵抗値を有する材料を選択すればよく、Ni，Cr，Au，Mo，W，Pt，Ti，Al，Cu，Pdなどの金属、あるいは、その合金、および、Pd，Ag，Au，RuO2，Pd−Agなどの金属や金属酸化物とガラスなどから構成される印刷導体、あるいはIn2O3−SnO2などの透明導体およびポリシリコンなどの半導体材料より適宜選択される。
【０１１９】
接合材１０４１は、スペーサ１０２０が行方向配線１０１３およびメタルバック１０１９に電気的に接続するように、導電性をもたせる必要がある。即ち、これには、導電性接着材や金属粒子や導電性フィラーを添加したフリットガラスが好適である。
【０１２０】
また、符号Ｄｘ１〜ＤｘｍおよびＤｙ１〜ＤｙｎおよびＨｖは、当該表示パネルと電気回路（図示せず）とを電気的に接続するために設けた、外囲器内部との気密構造の電気接続用端子である。端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍはマルチ電子ビーム源の行方向配線１０１３と、端子Ｄｙ１〜Ｄｙｎはマルチ電子ビーム源の列方向配線１０１４と、また、端子Ｈｖはフェースプレートのメタルバック１０１９と電気的に接続している。
【０１２１】
また、気密容器内部を真空に排気するには、気密容器を組み立てた後、排気管と真空ポンプとを接続し（何れも図示せず）、気密容器内を１０のマイナス７乗［Ｔｏｒｒ］程度の真空度まで排気する。その後、排気管を封止するが、気密容器内の真空度を維持するために、封止の直前あるいは封止後に、気密容器内の所定の位置にゲッター膜（図示せず）を形成する。ゲッター膜とは、例えば、Ｂａを主成分とするゲッター材料を、ヒーターもしくは高周波加熱により加熱し、蒸着して、膜状に形成しものであり、前記ゲッター膜の吸着作用により、気密容器内は１×１０マイナス５乗ないしは１×１０マイナス７乗［Ｔｏｒｒ］の真空度に維持される。
【０１２２】
以上、説明した表示パネルを用いた画像表示装置では、容器外端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ、Ｄｙ１ないしＤｙｎを通じて、各冷陰極素子１０１２に電圧を印加すると、各冷陰極素子１０１２から電子が放出される。それと同時に、メタルバック１０１９に容器外端子Ｈｖを通じて、数百［Ｖ］ないし数［ｋＶ］の高圧を印加して、上記放出された電子を加速し、フェースプレート１０１７の内面に衝突させる。これにより、蛍光膜１０１８をなす、各色の蛍光体が励起されて発光し、画像が表示される。
【０１２３】
通常、冷陰極素子である本発明の表面伝導型放出素子１０１２への印加電圧は１２〜１６［Ｖ］程度、メタルバック１０１９と冷陰極素子１０１２との距離ｄは０．１［ｍｍ］から８［ｍｍ］程度、メタルバック１０１９と冷陰極素子１０１２との間の電圧は、０．１［ｋＶ］から１０［ｋＶ］程度である。
【０１２４】
以上、本発明の実施例として、表示パネルの基本構成と製法、および、画像表示装置の概要を説明した。次に、ここで採用されるマルチ電子ビーム源およびその製造法について説明する。
【０１２５】
（マルチ電子ビーム源、その製造法）
本発明の画像表示装置に用いるマルチ電子ビーム源は、冷陰極素子を単純マトリクス配線した電子源であれば、冷陰極素子の材料や形状あるいは製法に制限はない。従って、例えば、表面伝導型放出素子やＦＥ型、あるいは、ＭＩＭ型などの冷陰極素子を用いることができる。
【０１２６】
ただし、表示画面が大きくて、しかも、安価な表示装置が求められる状況の元では、これらの冷陰極素子の中でも、表面伝導型放出素子が、特に好ましい。即ち、ＦＥ型では、エミッタコーンとゲート電極の相対位置や形状が電子放出特性を大きく左右するために、極めて高精度の製造技術を必要とするが、これは大面積化や製造コストの低減を達成するには、不利な要因となる。また、ＭＩＭ型では、絶縁層と上電極の膜厚を薄くて、しかも、均一にする必要があるが、これも大面積化や製造コストの低減を達成するには、不利な要因となる。
【０１２７】
その点、表面伝導型放出素子は、比較的製造方法が単純なため、大面積化や製造コストの低減が容易である。また、発明者らは、表面伝導型放出素子の中でも、電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形成したものが、とりわけ、電子放出特性に優れており、しかも、製造が容易に行えることを見出している。
【０１２８】
従って、高輝度で大画面の画像表示装置のマルチ電子ビーム源に用いるには、この表面伝導型放出素子が最も好適である。そこで、上記実施例の表示パネルにおいては、電子放出部もしくはその周辺部に、微粒子膜から形成した表面伝導型放出素子を用いた。
【０１２９】
ここでの、好適な表面伝導型放出素子について、その基本的な構成と製法および特性を説明する。そして、その後で、多数の素子を単純マトリクス配線したマルチ電子ビーム源の構造について述べることにする。
【０１３０】
電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形成する表面伝導型放出素子の代表的な構成には、平面型と垂直型の２種類があげられる。
（１）平面型の表面伝導型放出素子：
まず、最初に、平面型の表面伝導型放出素子の素子構成と製法について説明する。図７には、平面型の表面伝導型放出素子の構成を説明するための平面図（ａ）および断面図（ｂ）が示されている。図中、符号１１０１は基板、１１０２と１１０３は素子電極、１１０４は導電性薄膜、１１０５は通電フォーミング処理により形成した電子放出部、１１１３は通電活性化処理により形成した薄膜である。
【０１３１】
ここで、基板１１０１は、例えば、石英ガラスや青板ガラスを始めとする各種ガラス基板や、アルミナを始めとする各種セラミクス基板、あるいは、上述の各種基板上に、例えば、ＳｉＯ2を材料とする絶縁層を積層した基板などを用いる。
【０１３２】
また、基板１１０１上に、基板面と平行に対向して設けられた素子電極１１０２および１１０３は、導電性を有する材料によって形成されている。例えば、Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ａｇなどを始めとする金属、あるいは、これらの金属の合金、あるいは、Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2を始めとする金属酸化物、ポリシリコンなどの半導体などの中から適宜材料を選択して用いればよい。
【０１３３】
その電極は、例えば、真空蒸着などの製膜技術とフォトリソグラフィー、エッチングなどのパターニング技術を組み合わせて用いれば、容易に形成できるが、それ以外の方法（たとえば印刷技術）を用いて形成しても差し支えない。
【０１３４】
素子電極１１０２および１１０３の形状は、当該電子放出素子の応用目的に合わせて適宜設計される。一般的に、電極間隔Ｌは、通常、数百オングストロームから数百マイクロメーターの範囲で、適当な数値を選んで、設計されるが、中でも、表示装置に応用するために好ましいのは、数マイクロメーターより数十マイクロメーターの範囲である。また、素子電極の厚さｄについては、通常、数百オングストロームから数マイクロメーターの範囲で、適当な数値が選ばれる。
【０１３５】
また、導電性薄膜１１０４の部分には、微粒子膜を用いる。ここで述べた微粒子膜とは、構成要素として、多数の微粒子を含んだ膜（島状の集合体も含む）のことを指す。微粒子膜を微視的に調べれば、通常、個々の微粒子が離間して配置された構造か、あるいは、微粒子が互いに隣接した構造か、あるいは、微粒子が互いに重なり合った構造かが認められる。
【０１３６】
微粒子膜に用いた微粒子の粒径は、数オングストロームから数千オングストロームの範囲に含まれるものであるが、中でも、好ましいのは、１０オングストロームから２００オングストロームの範囲のものである。また、微粒子膜の膜厚は、以下に述べるような諸条件を考慮して適宜設定される。
【０１３７】
即ち、素子電極１１０２あるいは１１０３に、電気的に良好に接続するため必要な条件、後述する通電フォーミングを良好に行うのに必要な条件、微粒子膜自身の電気抵抗を後述する適宜の値にするための必要な条件などである。具体的には、数オングストロームから数千オングストロームの範囲の中で設定するが、中でも、好ましいのは１０オングストロームから５００オングストロームの間である。
【０１３８】
また、微粒子膜を形成するのに用いられる材料としては、例えば、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂなどを始めとする金属や、ＰｄＯ，ＳｎＯ2，Ｉｎ2Ｏ3，ＰｂＯ，Ｓｂ2Ｏ3などを始めとする酸化物や、ＨｆＢ2，ＺｒＢ2，ＬａＢ6，ＣｅＢ6，ＹＢ4，ＧｄＢ4などを始めとする硼化物や、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣなどを始めとする炭化物や、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮなどを始めとする窒化物や、Ｓｉ，Ｇｅなどを始めとする半導体や、カーボンがあげられ、これらの中から、適宜選択される。
【０１３９】
以上述べたように、導電性薄膜１１０４を微粒子膜で形成したが、そのシート抵抗値については、１０の３乗から１０の７乗［オーム／ｓｑ］の範囲に含まれるように設定した。
【０１４０】
なお、導電性薄膜１１０４と、素子電極１１０２および１１０３とは、電気的に良好に接続されるのが望ましいため、互いの一部が重なり合うような構造をとっている。その重なり方は、図７の事例において、下から、基板、素子電極、導電性薄膜の順序で積層したが、場合によっては、下から基板、導電性薄膜、素子電極の順序で積層しても差し支えない。
【０１４１】
また、電子放出部１１０５は、導電性薄膜１１０４の一部に形成された亀裂状の部分であり、電気的には周囲の導電性薄膜よりも高抵抗な性質を有している。亀裂は、導電性薄膜１１０４に対して、後述する通電フォーミングの処理を行うことにより形成する。亀裂内には、数オングストロームから数百オングストロームの粒径の微粒子を配置する場合がある。なお、実際の電子放出部の位置や形状を精密かつ正確に図示するのは、実質的に困難なので、図７においては、模式的に示した。
【０１４２】
また、薄膜１１１３は、炭素もしくは炭素化合物よりなる薄膜で、電子放出部１１０５およびその近傍を被覆している。薄膜１１１３は、通電フォーミング処理後に、後述する通電活性化の処理を行うことにより形成する。薄膜１１１３は、単結晶グラファイト、多結晶グラファイト、非晶質カーボン、のいずれかか、もしくは、その混合物であり、膜厚は５００［オングストローム］以下とするが、更に、３００［オングストローム］以下とするのが好ましい。
【０１４３】
なお、実際の薄膜１１１３の位置や形状を精密に図示するのは、実質的に困難なので、図７においては、模式的に示した。また、平面図（ａ）においては、薄膜１１１３の一部を除去した素子を図示している。
【０１４４】
以上、好ましい素子の基本構成を述べたが、この実施例においては以下のような素子を用いた。即ち、基板１１０１には青板ガラスを用い、素子電極１１０２と１１０３にはＮｉ薄膜を用いた。素子電極の厚さ：ｄは１０００［オングストローム］、電極間隔：Ｌは２［マイクロメーター］とした。
【０１４５】
微粒子膜の主要材料として、ＰｄもしくはＰｄＯを用い、微粒子膜の厚さは約１００［オングストローム］、幅：Ｗは１００［マイクロメータ］とした。
次に、好適な平面型の表面伝導型放出素子の製造方法について説明する。図８〜図１２は、表面伝導型放出素子の製造工程を説明するための断面図であって、各部材の表記は図７と同一である。
【０１４６】
工程１）まず、図８に示すように、基板１１０１上に素子電極１１０２および１１０３を形成する。その形成に際して、予め、基板１１０１を洗剤、純水、有機溶剤を用いて、十分に洗浄する。その後、素子電極の材料を堆積させる（堆積する方法としては、たとえば、蒸着法やスパッタ法などの真空成膜技術を用ればよい）。その後、堆積した電極材料を、フォトリソグラフィー・エッチング技術を用いて、パターニングし、図８に示した一対の素子電極（１１０２と１１０３）を形成する。
【０１４７】
工程２）次に、図９に示すように、導電性薄膜１１０４を形成する。薄膜の形成に際しては、まず、図８における基板に、有機金属溶液を塗布して乾燥し、加熱焼成処理して、微粒子膜を成膜する。その後、フォトリソグラフィー・エッチングにより、所定の形状にパターニングする。ここで、有機金属溶液とは、導電性薄膜に用いる微粒子の材料を、主要元素とする有機金属化合物の溶液である。
【０１４８】
なお、本実施例で主要元素として具体的に用いたのはＰｄである。また、本実施例では、塗布方法として、ディッピング法を用いたが、それ以外の、例えば、スピンナー法やスプレー法を用いてもよい。
【０１４９】
また、微粒子膜で作られる導電性薄膜の成膜方法として、本実施例で用いた有機金属溶液の塗布による方法以外には、例えば、真空蒸着法やスパッタ法、あるいは化学的気相堆積法などがある。
【０１５０】
工程３）次に、図１０に示すように、フォーミング用電源１１１０から、素子電極１１０２および１１０３の間に、適宜の電圧を印加し、通電フォーミング処理を行って、電子放出部１１０５を形成する。ここで、通電フォーミング処理とは、微粒子膜で作られた導電性薄膜１１０４に通電を行って、その一部を適宜に破壊、変形、もしくは、変質させ、電子放出を行うのに好適な構造に変化させる処理のことである。
【０１５１】
微粒子膜で作られた導電性薄膜の内、電子放出を行うのに好適な構造に変化した部分（即ち、電子放出部１１０５）においては、薄膜に適当な亀裂が形成されている。なお、電子放出部１１０５が形成される前と比較すると、それが形成された後は、素子電極１１０２と１１０３との間で計測される電気抵抗が大幅に増加する。
【０１５２】
前述の通電方法を、より詳しく説明するために、図１３に、フォーミング用電源１１１０から電圧を印加する際の、適宜の電圧波形の一例を示す。微粒子膜で作られた導電性薄膜をフォーミングする場合には、パルス状の電圧が好ましく、本実施例の場合には、パルス幅Ｔ１の三角波パルスをパルス間隔Ｔ２で、連続的に印加した。その際には、三角波パルスの波高値Ｖｐｆを、順次、昇圧した。また、電子放出部１１０５の形成状況をモニターするためのモニターパルスＰｍを、適宜の間隔で、三角波パルスの間に挿入し、その際に流れる電流を電流計１１１１で計測した。
【０１５３】
本実施例においては、例えば、１０のマイナス５乗［ｔｏｒｒ］程度の真空雰囲気下において、例えば、パルス幅Ｔ１を１［ミリ秒］、パルス間隔Ｔ２を１０［ミリ秒］とし、波高値Ｖｐｆを１パルスごとに０．１［Ｖ］ずつ昇圧した。そして、三角波を５パルス印加する都度、１回の割りで、モニターパルスＰｍを挿入した。
【０１５４】
なお、フォーミング処理に悪影響を及ぼすことがないように、モニターパルスの電圧Ｖｐｍは０．１［Ｖ］に設定した。そして、素子電極１１０２と１１０３の間の電気抵抗が１×１０の６乗［オーム］になった段階、即ち、モニターパルス印加時に電流計１１１１で計測される電流が１×１０のマイナス７乗［Ａ］以下になった段階で、フォーミング処理に係わる通電を終了した。
【０１５５】
なお、上記の通電処理方法は、本実施例の表面伝導型放出素子に関する好ましい方法であり、例えば、微粒子膜の材料や膜厚、あるいは、素子電極の間隔Ｌなど表面伝導型放出素子の設計を変更した場合には、それに応じて、通電の条件を適宜変更するのが望ましい。
【０１５６】
工程４）次に、図１１に示すように、活性化用電源１１１２から素子電極１１０２と１１０３との間に適宜の電圧を印加し、通電活性化処理を行って、電子放出特性の改善を行う。ここで、通電活性化処理とは、前記通電フォーミング処理により形成された電子放出部１１０５に、適宜の条件で通電を行って、その近傍に炭素もしくは炭素化合物を堆積させる処理のことである。なお、ここでは、炭素もしくは炭素化合物よりなる堆積物を、部材１１１３として、模式的に示した。
【０１５７】
このように、通電活性化処理を行うことにより、それを行う前と比較して、同じ印加電圧における放出電流を、典型的な場合には、１００倍以上に増加させることができる。具体的には、１０のマイナス４乗ないし１０のマイナス５乗［ｔｏｒｒ］での範囲内での真空雰囲気中で、電圧パルスを定期的に印加することにより、真空雰囲気中に存在する有機化合物を起源とする炭素もしくは炭素化合物を堆積させる。堆積物１１１３は、単結晶グラファイト、多結晶グラファイト、非晶質カーボンのいずれかか、もしくは、その混合物であり、膜厚は５００［オングストローム］以下であり、より好ましくは、３００［オングストローム］以下である。
【０１５８】
上述の通電方法を、より詳しく説明するために、図１４の（ａ）に、活性化用電源１１１２から電圧を印加する際の、適宜の電圧波形の一例を示す。なお、本実施例においては、一定電圧の矩形波を定期的に印加して、通電活性化処理を行ったが、具体的には、矩形波の電圧Ｖａｃは１４［Ｖ］、パルス幅Ｔ３は１［ミリ秒］、パルス間隔Ｔ４は１０［ミリ秒］とした。なお、上述の通電条件は、本実施例の表面伝導型放出素子に関する好ましい条件であり、表面伝導型放出素子の設計を変更した場合には、それに応じて条件を適宜変更するのが望ましい。
【０１５９】
図１１に示す符号１１１４は、表面伝導型放出素子から放出される放出電流Ｉｅを捕捉するためのアノード電極で、直流高電圧電源１１１５および電流計１１１６が接続されている。なお、基板１１０１を、表示パネルの中に組み込んでから活性化処理を行う場合には、表示パネルの蛍光面をアノード電極１１１４として用いる。また、活性化用電源１１１２から電圧を印加する間、電流計１１１６で放出電流Ｉｅを計測して、通電活性化処理の進行状況をモニターし、活性化用電源１１１２の動作を制御する。
【０１６０】
電流計１１１６で計測された放出電流Ｉｅの一例を、図１４の（ｂ）に示す。活性化電源１１１２からパルス電圧を印加し始めると、時間の経過とともに、放出電流Ｉｅは増加するが、やがて、飽和して、ほとんど増加しなくなる。このように、放出電流Ｉｅがほぼ飽和した時点で、活性化用電源１１１２からの電圧印加を停止し、通電活性化処理を終了する。
【０１６１】
なお、上述の通電条件は、本実施例の表面伝導型放出素子に関する好ましい条件であり、表面伝導型放出素子の設計を変更した場合には、それに応じて条件を適宜変更するのが望ましい。
【０１６２】
以上のようにして、図１２に示す平面型の表面伝導型放出素子を製造した。
（２）垂直型の表面伝導型放出素子：
次に、電子放出部またはその周辺を微粒子膜から形成した表面伝導型放出素子のもう一つの代表的な構成、即ち、垂直型の表面伝導型放出素子の構成について説明する。
【０１６３】
図１５は、垂直型の基本構成を説明するための模式的な断面図であり、図中、１２０１は基板、１２０２および１２０３は素子電極、１２０６は段差形成部材、１２０４は微粒子膜を用いた導電性薄膜、１２０５は通電フォーミング処理により形成した電子放出部、１２１３は通電活性化処理により形成した薄膜である。
【０１６４】
垂直型の素子が先に説明した平面型の素子と異なる点は、素子電極の内、片方（１２０２）が段差形成部材１２０６上に設けられており、導電性薄膜１２０４が段差形成部材１２０６の側面を被覆している点にある。従って、図７に示す平面型での素子電極間隔Ｌに対して、垂直型においては、段差形成部材１２０６の段差高Ｌｓが実質的に相当する。
【０１６５】
なお、基板１２０１、素子電極１２０２、１２０３、微粒子膜を用いた導電性薄膜１２０４については、前記平面型の説明中に列挙した材料と同様のものを用いることが可能である。また、段差形成部材１２０６には、例えば、ＳｉＯ2 のような電気的に絶縁性のある材料を用いる。
【０１６６】
次に、垂直型の表面伝導型放出素子の製造法について説明する。図１６ないし図２１は、製造工程を順次、説明するための断面図であって、各部材の表記は図１５と同一である。
【０１６７】
工程１）まず、図１６に示すように、基板１２０１上に素子電極１２０３を形成する。
【０１６８】
工程２）次に、図１７に示すように、段差形成部材を形成するための絶縁層を積層する。この絶縁層は、例えば、ＳｉＯ2 をスパッタ法で積層すればよいが、真空蒸着法や印刷法などの他の成膜方法を用いてもよい。
【０１６９】
工程３）次に、図１８に示すように、絶縁層の上に素子電極１２０２を形成する。
【０１７０】
工程４）次に、図１９に示すように、絶縁層の一部を、例えば、エッチング法を用いて除去し、素子電極１２０３を露出させる。
【０１７１】
工程５）次に、図２０に示すように、微粒子膜を用いた導電性薄膜１２０４を形成する。これを形成するには、前記平面型の場合と同じく、例えば、塗布法などの成膜技術を用いればよい。
【０１７２】
工程６）次に、前記平面型の場合と同じく、通電フォーミング処理を行い、電子放出部を形成する（即ち、図１０を用いて説明した平面型の通電フォーミング処理と同様の処理を行えばよい）。
【０１７３】
工程７）次に、前記平面型の場合と同じく、通電活性化処理を行い、電子放出部近傍に炭素または炭素化合物を堆積させる（図１１を用いて説明した平面型の通電活性化処理と同様の処理を行えばよい）。以上のようにして、図２１に示すような、垂直型の表面伝導型放出素子を製造した。
（３）表示装置に用いた表面伝導型放出素子の特性：
以上、平面型と垂直型の表面伝導型放出素子について素子構成と製法を説明したが、次に、表示装置に用いた素子の特性について述べる。
【０１７４】
図２２には、表示装置に用いた素子の（放出電流Ｉｅ）対（素子印加電圧Ｖｆ）特性、および、（素子電流Ｉｆ）対（素子印加電圧Ｖｆ）特性の典型的な例が示されている。なお、放出電流Ｉｅは素子電流Ｉｆに比べて著しく小さく、同一尺度で表示するのが困難である上、これらの特性が素子の大きさや形状などの設計パラメータを変更することにより変化するものであるから、２本のグラフは、各々任意単位で表示されている点に留意する必要がある。
【０１７５】
表示装置に用いた素子は、放出電流Ｉｅに関して、以下に述べる３つの特性を有している。即ち、第１に、或る電圧（これを閾値電圧Ｖｔｈと呼ぶ）以上の大きさの電圧を素子に印加すると、急激に放出電流Ｉｅが増加するが、一方、閾値電圧Ｖｔｈ未満の電圧では、放出電流Ｉｅは殆ど検出されない。換言すれば、この素子は、放出電流Ｉｅに関して、明確な閾値電圧Ｖｔｈを持った非線形素子である。
【０１７６】
第２に、放出電流Ｉｅは、素子に印加する電圧Ｖｆに依存して変化するため、電圧Ｖｆで放出電流Ｉｅの大きさを制御できる。
【０１７７】
第３に、素子に印加する電圧Ｖｆに対して、素子から放出される電流Ｉｅの応答速度が速いため、電圧Ｖｆを印加する時間の長さによって、素子から放出される電子の電荷量を制御できる。
【０１７８】
以上のような特性を有するので、表面伝導型放出素子を表示装置に好適に用いることができた。例えば、多数の素子を表示画面の画素に対応して設けた表示装置において、第１の特性を利用すれば、表示画面を順次、走査して表示を行うことが可能である。即ち、駆動中の素子には、所望の発光輝度に応じて閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧を適宜印加し、非選択状態の素子には、閾値電圧Ｖｔｈ未満の電圧を印加する。そして、駆動する素子を順次、切り替えて行くことにより、表示画面を順次走査して、表示を行うことが可能である。
【０１７９】
また、第２の特性か、または、第３の特性を利用することにより、発光輝度を制御することができるため、階調表示を行うことが可能である。
（４）マルチ電子ビーム源の構造：
次に、上述の表面伝導型放出素子を基板上に多数配列して、単純マトリクス配線したマルチ電子ビーム源の構造について述べる。
【０１８０】
図３に示すのは、図２の表示パネルに用いたマルチ電子ビーム源の平面図である。基板上には、図２で示したものと同様な表面伝導型放出素子が配列されており、これらの素子は、行方向配線電極１００３と列方向配線電極１００４により、単純マトリクス状に配線されている。
【０１８１】
なお、行方向配線電極１００３と列方向配線電極１００４の交差する部分には、電極間に絶縁層（図示せず）が形成されており、電気的な絶縁が保たれている。また、図３のＢ−Ｂ’に沿った断面が図４に示されている。
【０１８２】
このような構造のマルチ電子源は、予め、基板上に行方向配線電極１０１３、列方向配線電極１０１４、電極間絶縁層（図示せず）、および表面伝導型放出素子の素子電極と導電性薄膜を、それぞれ、形成した後、行方向配線電極１０１３および列方向配線電極１０１４を介して、各素子に給電して、通電フォーミング処理と通電活性化処理を行うことにより製造した。
【０１８３】
以上説明したように、本発明の実施例では、マルチ電子ビーム源として、前述した、電極間の導電性微粒子膜に電子放出部を有するタイプのN×M個（N＝３０７２、M＝１０２４）の表面伝導型放出素子を、M本の行方向配線とN本の列方向配線とによりマトリクス配線（図１２０参照）したものが用いられているが、その具体的構成について、以下に記述する。
【０１８４】
（実施例１）
本実施例で用いるスペーサを以下のように作成した。図２３に示す青板ガラス製の板状基板１を切削加工にて、矩形凹凸を設けた。ここで、板状基板１の外形寸法は、長手方向の長さ：40mm、高さ方向の起立幅：３mm、板厚：0.2mmとした。矩形凹凸は、フェースプレート１０１７側およびリアプレート１０１５側の各辺縁部を、それぞれ、h1=３００μm、h3=２００μｍを除いて加工した。凹凸のピッチと深さは100μmと25μmであり、単位面積当たりの実表面積はスペーサ１０２０中央領域を基準にすると、フェースプレート１０１７側（電子線被照射部材側領域）およびリアプレート１０１５側（電子源側領域）が共に、凡そ、２／３倍である。
【０１８５】
また、帯電防止膜として、高周波電源を用いることで、板状基板１にTiおよびAlのターゲットを同時スパッタすることにより、Ti-Al合金窒化膜を形成し、スペーサを作成した。この際、スペーサにおける中央領域の高抵抗膜１１の表面抵抗値は、約２×１０の9乗[Ω／□]、フェースプレート側、リアプレート側の各スペーサ辺縁部での表面抵抗は、ほぼ１×１０の9乗[Ω／□]であり、ほぼ単位面積当たりの外表面積比に等しいものとなっている。
【０１８６】
そして、帯電防止膜の膜厚を測定した結果、フェースプレート側、リアプレート側でのスペーサの辺縁部で、平均２００nm、中央領域では数十nm〜200nmであった。さらに、ここでは、真空蒸着により、低抵抗膜２１をスペーサ１０２０の上下辺縁部に、Al薄膜を作成した。なお、この低抵抗膜２１は、スペーサ１０２０にマスクをし、回り込みを利用して、前記辺縁部にのみに作成した。上下辺縁部の低抵抗膜２１は、フェースプレート側１０１７とリアプレート側１０１５との長手方向の電気的接続を確保するためのものである。
【０１８７】
スペーサにおけるフェースプレート１０１７側およびリアプレート１０１５側の各辺縁部の平坦部の長さh1、h3は、フェースプレート１０１７に印可する高電圧と、フェースプレート１０１７およびリアプレート１０１５のギャップ長ｈとにより決められるが、およそ、h1、h3=０．０１ｈ〜ｈ／３、好ましくは、h1、h3=０．０５ｈ〜０．１ｈである。
【０１８８】
スペーサは、Ｘ方向配線上およびフェースプレート上のメタルバックと導電性フリットガラスを用いて接続されている。導電性フリットガラスには、溶融フリットガラスに、表面に金コーティングした導電性微粒子を混合したものが使用され、それは、スペーサ表面の帯電防止膜とＸ方向配線、あるいは、フェースプレートに対して、電気的に接続される。
【０１８９】
本実施例では、前述した図２に示すような、スペーサ１０２０を配置した表示パネルを作製した。以下、図２および図６を用いて、詳述する。まず、予め、基板上に行方向配線電極１０１３、列方向配線電極１０１４、電極間絶縁層（図示せず）、および、表面伝導型放出素子の素子電極と導電性薄膜を、それぞれ、基板１０１１に形成し、この基板を、リアプレート１０１５に固定した。
【０１９０】
次に、ソーダライムガラスからなる絶縁性部材１の表面の内、気密容器内に露出する４面に、後述の高抵抗膜１１を成膜し、当接面に低抵抗膜（図示せず）を成膜したスペーサ１０２０（高さ：３[mm]、板厚：200[マイクロメートル]、長さ：40mm）を基板１０１１の行方向配線１０１３上に等間隔で、行方向配線１０１３と平行に固定した。
【０１９１】
その後、基板１０１１の３mm上方に、フェースプレート１０１７（内面に蛍光膜１０１８とメタルバック１０１９が付設されている）を、側壁１０１６を介して、配置し、リアプレ一卜１０１５、フェースプレート１０１７、側壁１０１６およびスペーサ１０２０の各接合部を固定した。基板１０１１とリアプレート１０１５の接合部、リアプレート１０１５と側壁１０１６の接合部、および、フェースプレート１０１７と側壁１０１６の接合部は、それらにフリットガラス（図示せず）を塗布し、大気中で、400℃〜500℃の温度で１０分以上焼成することにより、封着された。
また、スペーサ１０２０は、基板１０１１側では、行方向配線１０１３（線幅：300[マイクロメートル]）上に、フェースプレート１０１７側では、メタルバック１０１９面上に、導電性のフィラーあるいは金属などの導電材を混合した導電性フリットガラス（図示せず）を介して、配置され、上記気密容器の封着と同時に、大気中で400℃〜500℃の温度で１０分以上焼成することにより、接着され、かつ、電気的な接続も行った。
【０１９２】
なお、本実施例においては、蛍光膜１０１８には、図２６に示すように、各色蛍光体２１ａが列方向（Ｙ方向）に延びるストライプ形状を採用し、黒色の導電体２１ｂを、各色蛍光体（R、G、B）２１ａ間だけでなく、Ｙ方向の各画素間をも分離するように配置している。また、スペーサ１０２０は、行方向（Ｘ方向）に平行な黒色の導電体２１b領域（線幅：300[マイクロメートル]）内にメタルバック１０１９を介して、配置された。なお、前述の封着を行う際には、各色蛍光体21aと基板１０１１上に配置された各素子とを対応させなくてはいけないので、リアプレート１０１５、フェースプレート１０１７およびスペーサ１０２０に対しては、十分な位置合わせを行った。
【０１９３】
以上のようにして完成した気密容器内を、排気管（図示せず）を通じて、真空ポンプにより排気し、十分な真空度に達した後、容器外端子Dx1〜DxmおよびDy1〜Dynを通じ、行方向配線電極１０１３および列方向配線電極１０１４を介して、各素子に給電して、前述の通電フォーミング処理と通電活性化処理を行った。このことにより、マルチ電子ビーム源が製造された。
【０１９４】
次に、１０のマイナス6乗[Torr]程度の真空度で、排気管（図示せず）をガスバーナーで熱することにより、溶着し、外囲器（気密容器）の封止を行った。そして、最後に、封止後の真空度を維持するために、ゲッター処理を行った。
【０１９５】
以上のように完成した、図２および図６に示されるような、表示パネルを用いた画像表示装置において、各冷陰極素子（表面伝導型放出素子）１０１２には、容器外端子Dx1〜Dxm、Dy1〜Dynを通じ、走査信号及び変調信号が、信号発生手段（図示せず）より、それぞれ、印加される。これにより、電子を放出させる。
【０１９６】
また、メタルバック１０１９には、高圧端子Ｈｖを通じて高圧を印加することにより、放出電子ビームを加速し、蛍光膜１０１８に電子を衝突させ、各色蛍光体２１a（図２６のR、G、B）を励起・発光させることで、画像を表示した。なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは３［ｋＶ］ないし１０［ｋＶ］、各配線１０１３、１０１４間への印加電圧Ｖｆは１４［Ｖ］とした。
【０１９７】
この時、スペーサ１０２０に近い位置にある冷陰極素子１０１２からの放出電子による発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよいカラー画像表示ができた。これは、スペーサ１０２０を設置しても、電子軌道に影響を及ぼすような、電界の乱れが発生しなかったことを示している。
【０１９８】
なお、比較例として、実施の形態で示した、従来型スペーサを用いて、画像表示装置を作成し、カラー画像表示を行った。その従来例と比較検討を行った結果、本発明の画像形成装置では、勝るとも劣らないカラー画像が得られていることが確認された。
【０１９９】
更に、図２３に示すスペーサの帯電防止膜において、スパッタ法ではなく、反応性スパッタ法、電子ビーム蒸着法、イオンプレーティング法、イオンアシスト蒸着法の各々の方法によって、Ti-Al合金窒化膜を形成し、画像表示装置を作成したが、帯電防止膜の作製方法にも関係なく、特性の良いカラー画像が得られた。
【０２００】
（実施例２）
本実施例で用いるスペーサを以下のように作成した。図２４に示す円柱形状のファイバーガラス１の表面を研磨することにより、斜めで互いに交差する凹凸（凹溝条あるいは凸条）を設けた。円柱ガラス１の外形寸法は、直径：φ0.2mm、高さ方向の起立高さ：３mmである。前記凹凸はフェースプレート１０１７側（電子線被照射部材側領域）とリアプレート１０１５側（電子源側領域）の端部領域を、それぞれ、h1=1００μm、h3=１００μｍを除いて、加工した。単位面積当たりの実外表面積は、スペーサ１０２０の中央領域を基準にすると、フェースプレート１０１７側とリアプレート１０１５側の端部領域共に、およそ１／６倍である。
【０２０１】
そして、帯電防止膜の膜厚を測定した結果、フェースプレート側、リアプレート側でのスペーサの端部領域で、平均２００nm、前記中央領域部で、数十nm〜200nmであった。また、この実施例では、実施例１と同様の方法で、スペーサの端部領域に低抵抗膜（図示せず）を作成した。
【０２０２】
また、帯電防止膜として、高周波電源を用いて、ファイバーガラス１にTiおよびAlのターゲットを同時スパッタすることにより、Ti-Al合金窒化膜を形成し、スペーサを作成した。この時、スペーサ中央領域の高抵抗膜１１の表面抵抗値は、約１×１０の１０乗[Ω／□]、フェースプレート側、リアプレート側での、スペーサの端部領域での表面抵抗は、ほぼ１×１０の9乗[Ω／□]であった。なお、スペーサにおけるフェースプレート１０１７側とリアプレート１０１５側での、端部領域の平坦部の長さ：h1、h3は、フェースプレート１０１７に印可する高電圧と、フェースプレート１０１７とリアプレート１０１５のギャップ長ｈとにより決められものであり、およそh1、h3=０．０１ｈ〜ｈ／３、好ましくはh1、h3=０．０５ｈ〜０．１ｈである。
【０２０３】
スペーサはＸ方向配線上およびフェースプレート上のメタルバックと導電性フリットガラスを用いて接続されている。導電性フリットガラスは、溶融フリットガラスに、表面を金コーティングした導電性微粒子を混合したものが使用され、スペーサ表面の帯電防止膜とＸ方向配線あるいはフェースプレートとに、電気的に接続してある。
【０２０４】
本実施例では、図２５に示すような、スペーサ１０２０を配置した表示パネルを作製した。以下、図２４および図２５を用いて詳述する。まず、予め、基板上に行方向配線電極１０１３、列方向配線電極１０１４、電極間絶縁層（図示せず）、および、表面伝導型放出素子の素子電極と導電性薄膜を、それぞれ、基板１０１１に形成し、この基板１０１１を、リアプレート１０１５に固定した。
【０２０５】
次に、ソーダライムガラスからなる絶縁性部材１の表面の内、気密容器内に露出する４面に、後述の高抵抗膜１１を成膜し、当接面に導電膜１１を成膜したスペーサ１０２０（高さ：３[mm]、直径φ200[マイクロメートル]）を、基板１０１１の行方向配線１０１３上に、等間隔で行方向配線１０１３と平行に、固定した。
【０２０６】
その後、基板１０１１の３mm上方に、フェースプレート１０１７（内面に蛍光膜１０１８とメタルバック１０１９を設けている）を、側壁１０１６を介して、配置し、リアプレ一卜１０１５、フェースプレート１０１７、側壁１０１６およびスペーサ１０２０の各接合部を固定した。
【０２０７】
なお、基板１０１１とリアプレート１０１５の接合部、リアプレート１０１５と側壁１０１６の接合部、および、フェースプレート１０１７と１０側壁１０１６の接合部は、フリットガラス（図示せず）を塗布し、大気中で400℃〜500℃の温度で１０分以上焼成することにより封着した。
【０２０８】
また、スペーサ１０２０は、基板１０１１側では行方向配線１０１３（線幅：300[マイクロメートル]）上に、フェースプレート１０１７側ではメタルバック１０１９面上に、導電性のフィラーあるいは金属などの導電材を混合した導電性フリットガラス（図示せず）を介して配置し、上記気密容器の封着と同時に、大気中で400℃〜500℃の温度で１０分以上焼成することにより、接着しかつ電気的な接続も行った。
【０２０９】
なお、本実施例において、蛍光膜１０１８には、図２６に示すように、各色蛍光体２１aが列方向（Ｙ方向）に延びるストライプ形状を採用し、黒色の導電体２１bを各色蛍光体（R、G、B）21a間だけでなく、Ｙ方向の各画素間をも分離するように配置したものが用いられる。また、スペーサ１０２０は、行方向（Ｘ方向）に平行な黒色の導電体２１b領域（線幅300[マイクロメートル]）内に、メタルバック１０１９を介して、配置された。
【０２１０】
なお、前述の封着を行う際には、各色蛍光体21aと基板１０１１上に配置された各素子とを対応させなくてはいけないため、リアプレート１０１５、フェースプレート１０１７およびスペーサ１０２０に対しては、十分な位置合わせを行った。
【０２１１】
以上のようにして完成した気密容器内を、排気管（図示せず）を通じて、真空ポンプにより排気し、十分な真空度に達した後、容器外端子Dx1〜DxmとDy1〜Dynを通じ、行方向配線電極１０１３および列方向配線電極１０１４を介して、各素子に給電して、前述の通電フォーミング処理と通電活性化処理を行った。これにより、マルチ電子ビーム源を製造した。
【０２１２】
次に、１０のマイナス6乗[Torr]程度の真空度で、排気管（図示せず）をガスバーナーで熱することで溶着し、外囲器（気密容器）の封止を行った。そして、最後に、封止後の真空度を維持するために、ゲッター処理を行った。
【０２１３】
以上のように完成した、図２４および図２５に示されるような、表示パネルを用いた画像表示装置において、各冷陰極素子（表面伝導型放出素子）１０１２には、容器外端子Dx1〜Dxm、Dy1〜Dynを通じ、走査信号及び変調信号を、信号発生手段（図示せず）よりそれぞれ印加することにより、電子を放出させた。また、メタルバック１０１９には、高圧端子Ｈｖを通じて高圧を印加することにより、放出電子ビームを加速し、蛍光膜１０１８に電子を衝突させ、各色蛍光体２１a（図２４のR、G、B）を励起・発光させることで、画像を表示した。なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは３［ｋＶ］ないし１０［ｋＶ］、各配線１０１３、１０１４間への印加電圧Ｖｆは１４［Ｖ］とした。
【０２１４】
この時、スペーサ１０２０に近い位置にある冷陰極素子１０１２からの放出電子による発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよいカラー画像表示ができた。このことは、スペーサ１０２０を設置しても、電子軌道に影響を及ぼすような電界の乱れが発生しなかったことを示している。
【０２１５】
なお、本発明に対する比較例として、前述の実施の形態で示した従来型スペーサを用いて、画像表示装置を作成し、カラー画像表示を行った。従来例と比較検討を行った結果、本発明の画像形成装置は、勝るとも劣らないカラー画像が得られていることが確認された。
【０２１６】
さらに、図２４に示すスペーサの帯電防止膜１１において、スパッタ法ではなく、反応性スパッタ法、電子ビーム蒸着法、イオンプレーティング法、イオンアシスト蒸着法などの、すべてによってTi-Al合金窒化膜を形成し、画像表示装置を作成したが、帯電防止膜の作製方法に関わることなく、特性の良いカラー画像が得られた。
【０２１７】
【発明の効果】
本発明は、以上詳述したようになり、所要雰囲気で密閉された外囲器内において電子を放出する電子源と、該電子源に対向して前記外囲器内に設けた電子線被照射部材と、前記電子源と前記電子線被照射部材との間に配置されたスペーサとを有する電子線装置において、該スペーサは、前記電子源と電子線被照射部材との間で起立する露出表面の凹凸に関して、前記露出表面の中央領域における前記凹凸に沿った単位実表面積を前記中央領域での直平面の単位面積で割った値よりも、前記露出表面の電子源側領域あるいは／および電子線被照射部材側領域における前記凹凸に沿った単位実表面積を前記電子源側領域あるいは／および電子線被照射部材側領域での直平面の単位面積で割った値が小さくなるように、前記露出表面に対して前記凹凸を形成している。
【０２１８】
従って、スペーサ近傍での電子線の乱れを防止し、性能の良い電子線装置を構成することができる。更に、スペーサ形状と帯電防止膜とで、スペーサ電極を兼ねるので、製作上、歩留まり良く、また、従来の金属製とは異なり、寸法精度も緩和でき、また、スペーサの端面について、スペーサ電極を設ければ、膜剥がれなどの影響も低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるスペーサ、および、その周縁の等電位線を模式的に示す概略断面図である。
【図２】本発明に係わるスペーサを画像表示装置に採用した、一部破断した斜視図である。
【図３】同じく、基板上の電子放出部の配列を示す平面図である。
【図４】本発明で採用したマルチ電子ビーム源の基板の一部断面図である。
【図５】前記画像表示装置における表示パネルのフェースプレートの蛍光体配列を例示した平面図である。
【図６】図２における前記表示パネルのＡ−Ａ’に沿った断面図である。
【図７】本発明で採用した平面型の表面伝導型放出素子の平面図および断面図である。
【図８】前記平面型の表面伝導型放出素子の製造工程（１）を示す断面図である。
【図９】前記平面型の表面伝導型放出素子の製造工程（２）を示す断面図である。
【図１０】前記平面型の表面伝導型放出素子の製造工程（３）を示す断面図である。
【図１１】前記平面型の表面伝導型放出素子の製造工程（４）を示す断面図である。
【図１２】前記平面型の表面伝導型放出素子の製造工程（５）を示す断面図である。
【図１３】電子放出部での通電フォーミング処理の際の印加電圧波形である。
【図１４】通電活性化処理の際の印加電圧波形（ａ）および放出電流Ｉｅの変化（ｂ）を示すグラフである。
【図１５】本発明で採用した垂直型の表面伝導型放出素子の断面図である。
【図１６】前記垂直型の表面伝導型放出素子の製造工程（１）を示す断面図である。
【図１７】前記垂直型の表面伝導型放出素子の製造工程（２）を示す断面図である。
【図１８】前記垂直型の表面伝導型放出素子の製造工程（３）を示す断面図である。
【図１９】前記垂直型の表面伝導型放出素子の製造工程（４）を示す断面図である。
【図２０】前記垂直型の表面伝導型放出素子の製造工程（５）を示す断面図である。
【図２１】前記垂直型の表面伝導型放出素子の製造工程（６）を示す断面図である。
【図２２】本発明に係わる表面伝導型放出素子の典型的な特性を示すグラフである。
【図２３】本発明の実施例を示すスペーサの概略斜視図である。
【図２４】本発明の他の実施例を示すスペーサの概略斜視図である。
【図２５】図２４の構成を採用した画像表示装置での、表示パネルを示す、一部破断した斜視図である。
【図２６】本発明に係わる表示パネルでの蛍光体の他の構成例を示す図である。
【図２７】従来例の表面伝導型放出素子（電子源）を示す平面図である。
【図２８】従来例のＦＥ型素子を示す模式的断面図である。
【図２９】従来例のＭＩＭ型素子を示す模式的断面図である。
【図３０】従来例の画像表示装置の表示パネルを示す、一部破断した斜視図である。
【図３１】従来例のスペーサを示す断面図である。
【符号の説明】
１ 絶縁性基材
１１ 高抵抗膜
２１ 低抵抗膜
１００３ 行方向配線電極
１００４ 列方向配線電極
１０１１ 電子源基板
１０１２ 冷陰極素子（電子放電部）
１０１３ 行方向配線（電極）
１０１４ 列方向配線（電極）
１０１５ リアプレート
１０１６ 側壁（支持枠）
１０１７ フェースプレート
１０１８ 電子線被照射部材（蛍光膜）
１０１９ バックメタル
１０２０ スペーサ
１１０１ 基板
１１０２、１１０３ 素子電極
１１０４ 導電性薄膜
１１０５ 電子放出部
１１１０ フォーミング用電源
１１１１ 電流計
１１１２ 活性化用電源
１１１３ 薄膜
１２０１ 基板
１２０２、１２０３ 素子電極
１２０４ 導電性薄膜
１２０５ 電子放出部
１２０６ 段差形成部材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron beam apparatus having a support spacer for an envelope disposed inside an envelope sealed in a required atmosphere, in particular, an electron source provided inside the envelope, The present invention relates to an electron beam apparatus, for example, used as an image forming apparatus, in which a spacer is arranged upright with an opposed electron beam irradiation member.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in this type of electron beam apparatus, two types of hot cathode elements and cold cathode elements are used as the electron emission portions (electron emission elements) of the electron source. In particular, in the cold cathode device, for example, a surface conduction type emission device, a field emission type device (hereinafter referred to as FE type), a metal / insulating layer / metal type emission device (hereinafter referred to as MIM type), for example. Etc. are known.
[0003]
As surface conduction electron-emitting devices, for example, MI Elinson, Radio Eng. Electron Phys., 10, 1290 (1965) and other examples described later are known.
[0004]
The surface conduction electron-emitting device utilizes a phenomenon in which electrons are emitted by flowing a current through a small-area thin film formed on a substrate in parallel with the film surface. As the surface conduction electron-emitting devices, in addition to those using the SnO2 thin film by Erinson et al., Those using an Au thin film [G. Dittmer: "Thin Solid Films", 9,317 (1972)], In 2 O Three / SnO 2 Thin film [M. Hartwell and CG Fonstad: "IEEE Trans. ED Conf.", 519 (1975)] and carbon thin film [Hisa Araki, et al .: Vacuum, Vol. 26, No. 22 (1983) ] Has been reported.
[0005]
For these surface conduction electron-emitting devices, as a typical example of the device structure, as shown in FIG. 27, the structure on the electron source substrate (the device structure by the aforementioned M. Hartwell. Et al.) Is known. . That is, in FIG. 27,
[0006]
In the drawing, the interval L is set to 0.5 to 1 [mm], and the width W is set to 0.1 [mm]. For convenience of illustration, the
[0007]
In the above-described surface conduction electron-emitting devices such as the device by M. Hartwell et al., It is common to form an electron-emitting
[0008]
That is, energization forming means energization by applying a constant DC voltage to both ends of the conductive
[0009]
As a result, a crack occurs in a part of the conductive
[0010]
In the case of the FE type, for example, WP Dyke & WW Dolan, "Field emission", Advance in Electron Physics, 8,89 (1956), or CA Spindt, "Physical properties of thin-film field emission cathodes with molybdenium cones ", J. Appl. Phys., 45, 5248 (1976).
[0011]
As a typical example of the FE type element configuration, FIG. 28 shows an element by the above-mentioned CA Spindt et al. In the form of a schematic cross section. Here,
[0012]
In this FE type element, an appropriate voltage is applied between the
[0013]
Further, as an example of the MIM type, for example, CA Mead, “Operation of tunnel-emission Devices, J. Appl. Phys., 32,646 (1961)” is known. 29 is a schematic cross-sectional view of Fig. 29. Here,
[0014]
In the MIM type element, an appropriate voltage is applied between the
[0015]
Since the above-described cold cathode device can obtain electron emission at a lower temperature than a hot cathode device, a heater for heating is not required. Therefore, the structure is simpler than that of the hot cathode device, and it is possible to produce a fine device. Further, even if a large number of elements are arranged on the substrate at a high density, problems such as thermal melting of the substrate hardly occur. In addition, since the hot cathode element operates by heating the heater, the response speed is slow. However, in the case of the cold cathode element, there is an advantage that the response speed is fast. For this reason, research that applies cold cathode devices has been actively conducted.
[0016]
For example, a surface conduction electron-emitting device has an advantage that a large number of devices can be formed over a large area because it is particularly simple in structure and easy to manufacture among cold cathode devices. Therefore, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-31332 by the present applicant, a method for arranging a large number of electron-emitting devices on a substrate and driving them has been studied.
[0017]
As for electronic devices using surface conduction electron-emitting devices, application to so-called image forming devices such as image display devices and image recording devices, charged beam sources, and the like has been studied. In particular, as an application to an image display device, as disclosed in US Pat. No. 5,066,883 and Japanese Patent Laid-Open Nos. 2-257551 and 4-28137 by the present applicant. A device using a combination of a surface conduction electron-emitting device and a phosphor that emits light when irradiated with an electron beam is known.
[0018]
The image display device using the combination of the surface conduction electron-emitting device and the phosphor here is expected to have more superior characteristics than other conventional image display devices. For example, it is superior to a liquid crystal display device that has been widespread in recent years in that it does not require a backlight because it is self-luminous and has a wide viewing angle.
[0019]
A method of driving a number of FE-type elements arranged on an electron source substrate is disclosed, for example, in US Pat. No. 4,904,895 by the present applicant. As an example of applying the FE type element to an image display device, for example, a flat panel display device reported by R. Meyer et al. Is known [R. Meyer: “Recent Development on Micro-tips Display at LETI”. , Tech. Digest of 4th Int. Vacuum Microelectronics Conf., Nagahama, pp. 6-9 (1991)].
[0020]
An example in which a large number of MIM elements are arranged and applied to an image display device is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-55738 by the present applicant.
[0021]
Among the image forming apparatuses using the electron-emitting devices as described above, a flat display device with a small depth is attracting attention as a replacement for a CRT type display device because it is space-saving and lightweight.
[0022]
FIG. 30 is a perspective view showing an example of a conventional display panel unit constituting a flat type image display device, and in particular, a part of the panel is cut away to show the internal structure.
[0023]
In the figure,
[0024]
An
[0025]
On the lower surface of the
[0026]
Reference signs Dx1 to Dxm, Dy1 to Dyn, and Hv are electrical connection terminals having an airtight structure with respect to the inside of the envelope provided to electrically connect the display panel and an electric circuit (not shown). Among them, the terminals Dx1 to Dxm are electrically connected to the
[0027]
Further, the inside of the envelope is maintained at a vacuum of about 10 to the sixth power of Torr, and as the display area of the image display device increases, the
[0028]
For this reason, it is conceivable to increase the thickness of the
[0029]
Therefore, in the example shown in FIG. 30, a spacer (or a structural support for supporting atmospheric pressure, such as a rib) 3120 made of a relatively thin glass plate is provided. In this way, the space between the
[0030]
In the image display apparatus using the display panel described above, when a voltage is applied to each
[0031]
[Problems to be solved by the invention]
However, for example, the display panel used in the image display apparatus described above has the following problems.
[0032]
First, electrons emitted from the vicinity of the
[0033]
The electrons emitted from the
[0034]
Second, in order to accelerate the emitted electrons from the
[0035]
In order to solve this problem, proposals have been made to remove the charge by allowing a minute current to flow through the spacer (see Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 57-118355 and 61-24031). There, a high resistance thin film is formed on the surface of the insulating spacer so that a minute current flows on the surface of the spacer.
[0036]
The antistatic film used here is tin oxide, or a mixed crystal thin film or metal film of tin oxide and indium oxide. Further, for the purpose of correcting the deviation of the electron beam trajectory, a spacer electrode of a conductor is provided at the spacer end portion on the rear plate side and the spacer end portion on the rear plate side (refer to JP-A-10-334834). .
[0037]
The spacer electrode used in the above proposal needs to be prepared by a process different from that of the antistatic film, and the dimensional accuracy is strict, and improvement in yield has been desired. In addition, it is necessary to consider that the electric field is disturbed and the discharge is induced by the occurrence of spacer electrode film peeling.
[0038]
The present invention has been made based on the above circumstances, and an object thereof is to realize a more preferable electron beam apparatus by devising the structure of the spacer.
[0039]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, in the present invention, an electron source that emits electrons in an envelope sealed in a required atmosphere, and an electron beam irradiated member provided in the envelope facing the electron source, In the electron beam apparatus having a spacer disposed between the electron source and the electron beam irradiated member, the spacer is an uneven surface of the exposed surface standing between the electron source and the electron beam irradiated member. With respect to the unit along the unevenness in the electron source side region of the exposed surface, than the value obtained by dividing the unit actual surface area along the unevenness in the central region of the exposed surface by the unit area of the flat surface in the central region The unevenness is formed on the exposed surface so that a value obtained by dividing an actual surface area by a unit area of a plane in the electron source side region is small.
[0040]
Further, in the present invention, an electron source that emits electrons in an envelope sealed in a required atmosphere, an electron beam irradiated member provided in the envelope facing the electron source, and the electron source And a spacer disposed between the electron beam irradiated member and the spacer, wherein the spacer relates to the unevenness of the exposed surface standing between the electron source and the electron beam irradiated member. The unit actual surface area along the unevenness in the electron beam irradiated member side region of the exposed surface is larger than the value obtained by dividing the unit actual surface area along the unevenness in the central region of the surface by the unit area of the flat surface in the central region. The unevenness is formed on the exposed surface so that a value obtained by dividing a surface area by a unit area of a plane in the electron beam irradiated member side region is small.
[0041]
Furthermore, in the present invention, an electron source that emits electrons in an envelope sealed in a required atmosphere, an electron beam irradiated member provided in the envelope so as to face the electron source, and the electron source And a spacer disposed between the electron beam irradiated member and the spacer, wherein the spacer relates to the unevenness of the exposed surface standing between the electron source and the electron beam irradiated member. More than the value obtained by dividing the unit actual surface area along the irregularities in the central region of the surface by the unit area of the plane in the central region, in each of the electron source side region and the electron beam irradiated member side region of the exposed surface The unevenness is made to the exposed surface so that a value obtained by dividing a unit actual surface area along the unevenness by a unit area of a right plane in each of the electron source side region and the electron beam irradiated member side region is small. Forming And wherein the door.
[0042]
With such a configuration, the preferred electronic device expected in the above description can be obtained.
[0043]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view of a part of an electron beam apparatus, and the electron beam apparatus is applied to the structure of a display plate of an image forming apparatus as a first embodiment thereof. A plate-
[0044]
2 is a partially broken perspective view showing the structure (envelope) of the display plate, FIG. 3 is a plan view showing a matrix arrangement of electron emission portions, and FIG. It is sectional drawing along the -B line. 6 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 2, and FIG. 7 is a plan view and a longitudinal side view showing a cold cathode device as the electron emission portion. 8 to 12 sequentially show the steps of forming the cold cathode element by a film forming method. Further, FIG. 23 is a perspective view showing the structure of the spacer in detail.
[0045]
FIG. 24 is a perspective view showing a main part of an electron beam apparatus (also applied to the structure of the display plate of the image forming apparatus) when the spacer shape is a columnar shape as the second embodiment. FIG. 25 is a perspective view in which a part of the envelope is broken.
[0046]
(First embodiment)
In this embodiment, an electron beam apparatus basically has an electron source that emits electrons in an envelope sealed in a required atmosphere (here, an electron emission in a matrix arrangement on an electron source substrate 1011). A negative electrode element 1012), an electron beam irradiated member (here, a fluorescent film 1018) provided in the envelope so as to face the electron source, the electron source and the electron This is an electron beam apparatus having a spacer (a constituent member such as a plate-shaped piece or a rib) 1020 arranged between the irradiated member. In addition, there is a side wall (support frame) 1016 that configures the inner space in a sealed state around the envelope.
[0047]
Then, the
[0048]
In addition, the unit real surface area along the said unevenness | corrugation measures a shape with the non-contact-type laser surface shape measuring microscope (Keyence Co., Ltd. VF-7500), and also advances the shape measurement in the depth direction, for example. And take the integrated value as the surface area. However, since the noise component increases in the laser surface shape measuring apparatus when measured on the vertical plane, it is desirable to remove the noise component by smoothing processing to obtain a surface area.
[0049]
Here, as the smoothing process, it is preferable to use an opus filter method that cuts a component having an arbitrary frequency or higher (cut-off frequency). The cut-off frequency needs to be determined depending on the shape of the object to be measured, but the frequency (1 / λ) of the component corresponding to less than the length λ projected on the laser surface shape measuring microscope is defined as the cut-off frequency. .
[0050]
In the central region, the unit actual surface area is obtained from the above measurement result, and the value divided by the unit area of the right plane is 1 or more. On the other hand, since the electron source side region is a flat surface in this embodiment, the value obtained by dividing the unit actual surface area in the measurement result by the unit area of the right plane is approximately 1. Thereby, the features of the present invention are realized.
[0051]
In addition, the electron source side region to be measured is set so as to include a region with unevenness in a part thereof (for example, the standing height: h1 is enlarged so as to include a part of the central region described above) The value obtained by dividing the unit actual surface area of this region by the unit area of the plane plane is also smaller than the value related to the central region, which is apparent from the fact that the electron source side region has a flat surface.
[0052]
Similar results can be obtained, for example, by increasing the distribution density and depth of the unevenness in the central region, and decreasing the distribution density and depth of the unevenness in the electron source side region (characteristics of the present invention). realizable).
[0053]
Further, in this embodiment, as in the above-described case, regarding the unevenness of the exposed surface (for example, the region of standing width: h in FIG. 23) that stands between the electron source and the electron beam irradiated member, The exposed surface is greater than the value obtained by dividing the unit actual surface area along the irregularities in the central area of the exposed surface by the unit area of a plane (a plane with geometric dimensions ignoring irregularities) in the central area. A value obtained by dividing a unit actual surface area along the unevenness in the electron beam irradiated member side region (for example, standing height: h3 in FIG. 23) by a unit area of a plane in the electron beam irradiated member side region The concavities and convexities are formed on the exposed surface so as to be small.
[0054]
The measurement method, calculation method, and the like are the same as in the comparison between the center region and the electron source side region.
[0055]
In the above-described embodiment, in order to accelerate the electrons emitted from the
[0056]
More specifically, the method for forming the
[0057]
In this embodiment, the sheet resistance of the antistatic film in the electron source side region in the
[0058]
In addition, the electron beam apparatus according to this embodiment may have the following configuration. That is, in this electron beam apparatus, the
[0059]
The
[0060]
As an electron source, a plurality of row-
[0061]
Note that the configuration related to the electron beam apparatus of the present invention is not limited to an image forming apparatus suitable for display, and corresponds to, for example, a photosensitive drum as an electron beam irradiation member. Needless to say, the present invention can be applied to other devices such as a combination configuration (optical printer) with a light emitting diode as an electron source (light emitting source).
[0062]
At this time, by appropriately selecting the m row-directional wirings and the n column-directional wirings in the matrix arrangement described above, the present invention can be applied not only as a line-shaped light source but also as a two-dimensional light source. . In this case, the image forming member is not limited to a material that directly emits light, such as a phosphor, used in the examples described later, and an electron beam irradiation member that forms a latent image by charging electrons. Can also be used.
[0063]
The configuration of the electron beam apparatus of the present invention is also applicable to a case where an electron beam irradiation member that receives electrons emitted from an electron source is other than an image forming member such as a phosphor as in an electron microscope. Applicable. In other words, the configuration of the electron beam apparatus of the present invention can be expanded and used in a form of a general electron beam apparatus that does not specify an electron beam irradiation member, and the technical scope thereof is also included. The invention is not limited to the above-described embodiment.
[0064]
With such a configuration, the present invention solves the problem when the envelope is equipped with a spacer. That is, the spacer shape and the antistatic film on the exposed surface also serve as the spacer electrode, so that disturbance of equipotential lines can be eliminated and the yield after film formation can be improved.
[0065]
In particular, the function of the spacer electrode is expressed by the spacer shape and the antistatic film, so that the dimensional accuracy can be relaxed unlike the conventional metal spacer electrode, and the rising surface (exposed surface) of the spacer By providing spacer electrodes for ensuring conduction only at the upper and lower edges of the film, the influence of film peeling can be reduced.
[0066]
(Second Embodiment)
In this embodiment, the shape of the spacer is a columnar shape or a cylindrical shape, and the rising surface (exposed surface rising between the electron source and the electron beam irradiated member) is inclined in the central region, Concave grooves or ridges intersecting each other are formed. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, the description thereof is omitted.
[0067]
【Example】
(Features of spacer)
Hereinafter, the spacer which is a characteristic part of the present invention will be described with specific examples. As shown in FIG. 1, the spacer used in the electron beam apparatus of the present invention is made of an insulating
[0068]
Further, the outer surface of the central region of the exposed surface of the spacer is provided with unevenness (this is not limited to the shape of the groove or protrusion, but may be a porous structure with unevenness). In the electron source side area and / or the electron beam irradiated part side area, the unit actual surface area along the area divided by the unit area of the plane of the area (surface of geometric dimensions ignoring irregularities) The values obtained by dividing the unit actual surface along the unevenness (including a portion having substantially no unevenness in this embodiment) by the unit area of the plane of the region are small.
[0069]
Note that, as described above, for example, the BET method, the contact type, or the non-contact type roughness measurement method is used for measuring the unit real area of the spacer surface.
[0070]
Here, the electron source side region in the standing surface of the spacer (the exposed surface standing height: h) is the electron beam irradiated member from the
[0071]
The value obtained by dividing the unit actual surface area along the unevenness in the central region of the spacer by the unit area of the perpendicular plane there is the unit actual surface along the unevenness in the electron source side region and the electron beam irradiated member side region. 1.4 times to 10 times is preferable with respect to the value obtained by dividing the surface area by the unit area of the right plane, and in particular, 1.4 times to 4 times is considered from the viewpoint of processing cost, preferable.
[0072]
For the unevenness processing, a mechanical method such as a mechanical cutting method or polishing, or a chemical method such as photolithography or an etching method is employed (the production method is not limited here).
[0073]
In this embodiment, an end face spacer electrode 1021 is provided on the joint surface between the
[0074]
A
[0075]
In the spacer after the
[0076]
Here, the sheet resistance is defined by the projected (development) area on the geometric plane in which the unit surface area along the unevenness (including the porous structure) of the exposed surface of the spacer is ignored. In addition, the difference in resistance varies depending on the unit actual outer surface area and the method of forming the thin film on the surface, so it depends on factors such as the charge amount of the spacer, the applied voltage to the face plate, and the gap between the face plate and the rear plate. Set accordingly.
[0077]
In some cases, the average film thickness in the central region of the spacer or in the electron source side region or the electron beam irradiated side region is not controlled only by the actual surface area, but the mesh aperture ratio is controlled. Fine adjustment is also effective by using a changed mask together.
[0078]
Depending on the amount of charge of the spacer, the actual outer surface area per unit area is small compared to the central area of the spacer, and this part is either the electron source side area or the electron beam irradiated part side area. The above-mentioned effects intended by the invention can be obtained. It is also possible to actively control the film thickness difference of the high resistance film using a mask or the like.
[0079]
When the upper edge of the spacer is connected to a high voltage (not shown) of the
[0080]
Incidentally, the difference between the conventional spacer electrode configuration shown in FIG. 31 and the present invention will be described. The spacer here is obtained by applying the
[0081]
Here, the deflection of the electron beam trajectory due to the influence of the surface charging of the spacer is corrected by the
[0082]
(Application to image display device)
Next, the configuration of the display panel in the image display apparatus to which the electron beam apparatus of the present invention is applied and the manufacturing method thereof will be specifically described.
[0083]
Although already schematically described in the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, a predetermined atmosphere (inside the display panel) is formed by a
[0084]
Further, since the inside of the hermetic container is maintained in a vacuum of about 10 to the sixth power [Torr], an atmospheric pressure resistant structure is used for the purpose of preventing the hermetic container from being destroyed by atmospheric pressure or unexpected impact. A
[0085]
Next, a substrate (electron source substrate) having electron-emitting devices that can be used in this image forming apparatus will be described. The electron source here is constituted by arranging a plurality of cold cathode elements on the substrate.
[0086]
The cold cathode element arrangement method includes a so-called ladder-type arrangement (hereinafter referred to as a ladder-type arrangement electron source substrate) in which cold cathode elements are arranged in parallel and both ends of each element are connected by required wiring, A simple matrix arrangement (hereinafter referred to as a matrix-type arrangement electron source substrate) in which a pair of element electrodes constituting a cold cathode element is connected to an X-direction wiring and a Y-direction wiring, respectively, can be mentioned.
[0087]
An image forming apparatus having a ladder-type arrangement electron source substrate requires a control electrode (grid electrode) that is an electrode for controlling the flight of electrons from the electron-emitting device.
[0088]
A
[0089]
The N × M cold cathode elements are simply matrix-wired by M row-
[0090]
The multi-electron beam source used in the image display device is not limited in the material, shape, or manufacturing method of the cold cathode element as long as the cold cathode element is an electron source having a simple matrix wiring or a ladder arrangement. That is, for example, a surface conduction electron-emitting device, an FE type, or a cold cathode device such as an MIM type can be used.
[0091]
Next, the structure of a multi-electron beam source in which surface conduction electron-emitting devices (described later) are arranged as a cold cathode device on a substrate and wired in a simple matrix will be described.
[0092]
FIG. 3 is a plan view of the multi-electron beam source used in the display panel of FIG. Surface conductive emission elements similar to those shown in FIG. 7 to be described later are arranged on the
[0093]
The multi-electron source having such a structure includes element electrodes as a row-
[0094]
In this embodiment, the multi-electron
[0095]
Further, a
[0096]
Note that the purpose of providing the
[0097]
In addition, the method of separately applying the phosphors of the three primary colors is not limited to the stripe arrangement shown in FIG. 5A, for example, a delta arrangement as shown in FIG. Other arrangements may be used. Note that when a monochrome display panel is formed, a monochromatic phosphor material may be used for the
[0098]
Further, a metal back 1019 known in the field of CRT is provided on the surface of the
[0099]
The metal back 1019 is obtained by forming the
[0100]
Although not used in this embodiment, a transparent electrode made of, for example, ITO is used between the
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 3, and the numbers of the respective parts correspond to those shown in FIG. The
[0101]
The
[0102]
Further, the
[0103]
In the embodiment described here, the
[0104]
Thus, examples of the insulating
[0105]
In the
[0106]
The thickness t of the antistatic film formed on the insulating material is preferably in the range of 10 nm to 1 μm. This differs depending on the surface energy of the material, adhesion to the substrate, and substrate temperature, but generally a thin film of 10 nm or less is formed in an island shape, the resistance is unstable, and reproducibility is poor. It is considered that when the thickness t is 1 μm or more, the film stress increases, the risk of film peeling increases, and the film formation time becomes longer, resulting in poor productivity.
[0107]
Actually, the film thickness is desirably 50 to 500 nm. Here, the surface resistance R / □ is ρ / t. From the above-described preferable range of R □ and t, the specific resistance ρ of the antistatic film is 0.1 [Ωcm] to 10 8 [ Ωcm] is preferable. Furthermore, in order to realize a more preferable range of the surface resistance and the film thickness, ρ should be 10 2 to 10 6 Ωcm.
[0108]
The distribution of the surface resistance varies depending on the actual surface area of the exposed surface of the spacer, which is as described above. As described above, the temperature of the spacer rises when a current flows through the antistatic film formed thereon or when the entire display generates heat during operation. Therefore, if the resistance temperature coefficient of the antistatic film is a large negative value, when the temperature rises, the resistance value decreases, the current flowing through the spacer increases, and the temperature rises further. The current continues to increase until the power supply limit is exceeded. The value of the resistance temperature coefficient at which such a current runaway occurs is empirically a negative value, and the absolute value is 1% / ° C. or more. Therefore, it is desirable that the resistance temperature coefficient of the antistatic film is larger than −1% / ° C.
[0109]
As a material of the
[0110]
In addition to metal oxides, carbon is a preferred material for the antistatic film because of its low secondary electron emission efficiency. In particular, since amorphous carbon has a high resistance, it is easy to control the spacer resistance to a desired value.
[0111]
As another material of the
[0112]
The alloy nitride film is formed on the insulating member by thin film forming means such as sputtering, reactive sputtering in a nitrogen gas atmosphere, electron beam evaporation, ion plating, or ion assist evaporation. The metal oxide film can also be formed by the same thin film forming method. In this case, oxygen gas is used instead of nitrogen gas. In addition, a metal oxide film can be formed by a CVD method or an alkoxide coating method. The carbon film can be formed by vapor deposition, sputtering, CVD, or plasma CVD. In particular, when forming amorphous carbon, hydrogen is included in the atmosphere during film formation. Alternatively, a hydrocarbon gas is used as a film forming gas.
[0113]
The
[0114]
1) Electrical connection of high resistance film to face plate and substrate:
As already described, the high-
[0115]
2) Uniform potential distribution of the high resistance film 11:
The emitted electrons from the
[0116]
As a function of the resistance distribution of the
[0117]
In such a case, in order to form an image without distortion or unevenness, it is necessary to irradiate the desired position on the
[0118]
For this reason, in this embodiment, the
[0119]
The
[0120]
Reference numerals Dx1 to Dxm, Dy1 to Dyn, and Hv denote electrical connection terminals having an airtight structure with the inside of the envelope provided to electrically connect the display panel and an electric circuit (not shown). It is. The terminals Dx1 to Dxm are electrically connected to the
[0121]
In order to evacuate the inside of the hermetic container, after assembling the hermetic container, an exhaust pipe and a vacuum pump are connected (both not shown), and the inside of the hermetic container is about 10 to the seventh power [Torr]. Exhaust to a vacuum level of. Thereafter, the exhaust pipe is sealed. In order to maintain the degree of vacuum in the hermetic container, a getter film (not shown) is formed at a predetermined position in the hermetic container immediately before or after sealing. A getter film is, for example, a getter material mainly composed of Ba, which is heated and vapor-deposited by a heater or high-frequency heating to form a film, and the inside of an airtight container is formed by the adsorption action of the getter film. The degree of vacuum is maintained at 1 × 10 minus 5 or 1 × 10 minus 7 [Torr].
[0122]
As described above, in the image display device using the display panel described above, when a voltage is applied to each
[0123]
Usually, the applied voltage to the surface conduction electron-emitting
[0124]
As above, the basic configuration and manufacturing method of the display panel and the outline of the image display device have been described as examples of the present invention. Next, the multi-electron beam source employed here and the manufacturing method thereof will be described.
[0125]
(Multi electron beam source, its manufacturing method)
The multi-electron beam source used in the image display apparatus of the present invention is not limited in the material, shape or manufacturing method of the cold cathode element as long as it is an electron source in which cold cathode elements are wired in a simple matrix. Therefore, for example, a cold cathode device such as a surface conduction electron-emitting device, FE type, or MIM type can be used.
[0126]
However, in the situation where a display screen is large and an inexpensive display device is required, among these cold cathode elements, a surface conduction type emitting element is particularly preferable. That is, in the FE type, since the relative position and shape of the emitter cone and the gate electrode greatly affect the electron emission characteristics, an extremely high precision manufacturing technique is required, but this reduces the area and the manufacturing cost. To achieve is a disadvantageous factor. In the MIM type, it is necessary to make the insulating layer and the upper electrode thin and uniform, but this is also a disadvantageous factor in achieving an increase in area and a reduction in manufacturing cost.
[0127]
In that respect, since the surface conduction electron-emitting device is relatively simple to manufacture, it is easy to increase the area and reduce the manufacturing cost. In addition, among the surface conduction electron-emitting devices, the inventors have shown that an electron emission portion or its peripheral portion formed from a fine particle film has excellent electron emission characteristics and can be easily manufactured. Heading.
[0128]
Therefore, this surface conduction electron-emitting device is most suitable for use in a multi-electron beam source of a high-luminance and large-screen image display device. Therefore, in the display panel of the above embodiment, a surface conduction electron-emitting device formed of a fine particle film is used in the electron emission portion or its peripheral portion.
[0129]
Here, the basic structure, manufacturing method and characteristics of the preferred surface conduction electron-emitting device will be described. After that, the structure of a multi-electron beam source in which a large number of elements are wired in a simple matrix will be described.
[0130]
There are two types of typical structures of the surface conduction electron-emitting device in which the electron emission portion or the peripheral portion thereof is formed of a fine particle film, a planar type and a vertical type.
(1) Planar surface conduction electron-emitting device:
First, the device configuration and manufacturing method of a planar surface conduction electron-emitting device will be described. FIG. 7 shows a plan view (a) and a cross-sectional view (b) for explaining the configuration of a planar surface conduction electron-emitting device. In the figure,
[0131]
Here, the
[0132]
The
[0133]
The electrode can be easily formed by using, for example, a film forming technique such as vacuum deposition and a patterning technique such as photolithography and etching, but may be formed by using other methods (for example, a printing technique). There is no problem.
[0134]
The shapes of the
[0135]
A fine particle film is used for the conductive
[0136]
The particle diameter of the fine particles used for the fine particle film is in the range of several angstroms to several thousand angstroms, and among them, the one in the range of 10 angstroms to 200 angstroms is preferable. The film thickness of the fine particle film is appropriately set in consideration of various conditions as described below.
[0137]
That is, a condition necessary for electrically connecting to the
[0138]
Examples of materials used to form the fine particle film include Pd, Pt, Ru, Ag, Au, Ti, In, Cu, Cr, Fe, Zn, Sn, Ta, W, and Pb. Metal, PdO, SnO 2 , In 2 O Three , PbO, Sb 2 O Three Oxides such as HfB 2 , ZrB 2 , LaB 6 , CeB 6 , YB Four , GdB Four Borides such as TiC, ZrC, HfC, TaC, SiC, WC, and other carbides, TiN, ZrN, HfN, and other nitrides, Si, Ge, etc. Examples thereof include semiconductors and carbon, which are appropriately selected from these.
[0139]
As described above, the conductive
[0140]
Note that it is desirable that the conductive
[0141]
In addition, the
[0142]
The
[0143]
In addition, since it is substantially difficult to accurately illustrate the actual position and shape of the
[0144]
The basic configuration of the preferred element has been described above. In this example, the following element was used. That is, blue plate glass was used for the
[0145]
Pd or PdO was used as the main material of the fine particle film, the thickness of the fine particle film was about 100 [angstrom], and the width: W was 100 [micrometer].
Next, a preferred method for manufacturing a planar surface conduction electron-emitting device will be described. 8 to 12 are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the surface conduction electron-emitting device, and the notations of the respective members are the same as those in FIG.
[0146]
Step 1) First, as shown in FIG. 8,
[0147]
Step 2) Next, as shown in FIG. 9, a conductive
[0148]
In this example, Pd is specifically used as the main element. In this embodiment, the dipping method is used as the coating method, but other methods such as a spinner method and a spray method may be used.
[0149]
Further, as a method for forming a conductive thin film made of a fine particle film, in addition to the method of applying an organometallic solution used in this embodiment, for example, a vacuum evaporation method, a sputtering method, a chemical vapor deposition method, etc. There is.
[0150]
Step 3) Next, as shown in FIG. 10, an appropriate voltage is applied from the forming
[0151]
In the portion of the conductive thin film made of the fine particle film that has been changed to a structure suitable for electron emission (that is, the electron emission portion 1105), an appropriate crack is formed in the thin film. Note that the electrical resistance measured between the
[0152]
In order to describe the above-described energization method in more detail, FIG. 13 shows an example of an appropriate voltage waveform when a voltage is applied from the forming
[0153]
In the present embodiment, for example, in a vacuum atmosphere of about 10 to the fifth power [torr], for example, the pulse width T1 is set to 1 [millisecond], the pulse interval T2 is set to 10 [millisecond], and the peak value Vpf is set to The voltage was increased by 0.1 [V] for each pulse. Then, every
[0154]
The monitor pulse voltage Vpm was set to 0.1 [V] so as not to adversely affect the forming process. Then, when the electrical resistance between the
[0155]
The energization method described above is a preferable method for the surface conduction electron-emitting device of the present embodiment. If changed, it is desirable to change the energization conditions accordingly.
[0156]
Step 4) Next, as shown in FIG. 11, an appropriate voltage is applied from the
[0157]
In this way, by performing the energization activation process, the emission current at the same applied voltage can be increased by a factor of 100 or more in a typical case as compared to before the current activation process. Specifically, by applying a voltage pulse periodically in a vacuum atmosphere within a range of 10 minus 4 to 10 minus 5 [torr], an organic compound present in the vacuum atmosphere is removed. Deposit the originating carbon or carbon compound. The
[0158]
In order to describe the above-described energization method in more detail, FIG. 14A shows an example of an appropriate voltage waveform when a voltage is applied from the
[0159]
[0160]
An example of the emission current Ie measured by the
[0161]
The energization conditions described above are preferable conditions for the surface conduction electron-emitting device according to the present embodiment. When the design of the surface conduction electron-emitting device is changed, it is desirable to change the conditions accordingly.
[0162]
As described above, the planar surface conduction electron-emitting device shown in FIG. 12 was manufactured.
(2) Vertical surface conduction electron-emitting device:
Next, another representative configuration of the surface conduction electron-emitting device in which the electron emission portion or its periphery is formed of a fine particle film, that is, the configuration of a vertical surface conduction electron-emitting device will be described.
[0163]
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view for explaining a vertical basic structure, in which 1201 is a substrate, 1202 and 1203 are element electrodes, 1206 is a step forming member, and 1204 is a conductive film using a fine particle film. 1205 is an electron emission portion formed by energization forming treatment, and 1213 is a thin film formed by energization activation treatment.
[0164]
The vertical element differs from the planar element described above in that one of the element electrodes (1202) is provided on the
[0165]
Note that as the
[0166]
Next, a method for manufacturing a vertical surface conduction electron-emitting device will be described. 16 to 21 are cross-sectional views for sequentially explaining the manufacturing process, and the notations of the respective members are the same as those in FIG.
[0167]
Step 1) First, as shown in FIG. 16, an
[0168]
Step 2) Next, as shown in FIG. 17, an insulating layer for forming a step forming member is laminated. This insulating layer is made of, for example, SiO. 2 May be laminated by sputtering, but other film forming methods such as vacuum deposition and printing may be used.
[0169]
Step 3) Next, as shown in FIG. 18, an
[0170]
Step 4) Next, as shown in FIG. 19, a part of the insulating layer is removed by using, for example, an etching method to expose the
[0171]
Step 5) Next, as shown in FIG. 20, a conductive
[0172]
Step 6) Next, as in the case of the planar type, an energization forming process is performed to form an electron emission portion (that is, a process similar to the planar energization forming process described with reference to FIG. 10 may be performed). ).
[0173]
Step 7) Next, as in the case of the planar type, the energization activation process is performed to deposit carbon or a carbon compound in the vicinity of the electron emission portion (similar to the planar type energization activation process described with reference to FIG. 11). Can be performed). As described above, a vertical surface conduction electron-emitting device as shown in FIG. 21 was manufactured.
(3) Characteristics of surface conduction electron-emitting devices used in display devices:
The element structure and manufacturing method of the planar type and vertical type surface conduction electron-emitting devices have been described above. Next, the characteristics of the elements used in the display device will be described.
[0174]
FIG. 22 shows typical examples of (emission current Ie) vs. (element applied voltage Vf) characteristics and (element current If) vs. (element applied voltage Vf) characteristics of the elements used in the display device. Yes. Note that the emission current Ie is significantly smaller than the device current If and is difficult to display on the same scale, and these characteristics change by changing design parameters such as the size and shape of the device. Therefore, it should be noted that the two graphs are displayed in arbitrary units.
[0175]
The element used in the display device has the following three characteristics with respect to the emission current Ie. That is, first, when a voltage greater than a certain voltage (referred to as the threshold voltage Vth) is applied to the element, the emission current Ie increases rapidly. On the other hand, at a voltage lower than the threshold voltage Vth, The emission current Ie is hardly detected. In other words, this element is a non-linear element having a clear threshold voltage Vth with respect to the emission current Ie.
[0176]
Second, since the emission current Ie changes depending on the voltage Vf applied to the element, the magnitude of the emission current Ie can be controlled by the voltage Vf.
[0177]
Third, since the response speed of the current Ie emitted from the device is fast with respect to the voltage Vf applied to the device, the amount of electrons emitted from the device is controlled by the length of time for which the voltage Vf is applied. it can.
[0178]
Due to the above characteristics, the surface conduction electron-emitting device can be suitably used for a display device. For example, in a display device in which a large number of elements are provided corresponding to the pixels of the display screen, if the first characteristic is used, the display screen can be sequentially scanned and displayed. That is, a voltage equal to or higher than the threshold voltage Vth is appropriately applied to the driven element according to the desired light emission luminance, and a voltage lower than the threshold voltage Vth is applied to the non-selected state element. Then, by sequentially switching the elements to be driven, it is possible to perform scanning by sequentially scanning the display screen.
[0179]
Further, by using the second characteristic or the third characteristic, the light emission luminance can be controlled, so that gradation display can be performed.
(4) Multi-electron beam source structure:
Next, the structure of a multi-electron beam source in which a number of the above-described surface conduction electron-emitting devices are arranged on a substrate and simple matrix wiring is described.
[0180]
FIG. 3 is a plan view of the multi-electron beam source used in the display panel of FIG. The surface conduction electron-emitting devices similar to those shown in FIG. 2 are arranged on the substrate, and these devices are wired in a simple matrix by row-direction wiring electrodes 1003 and column-direction wiring electrodes 1004. Yes.
[0181]
Note that an insulating layer (not shown) is formed between the electrodes in the intersecting portion between the row direction wiring electrode 1003 and the column direction wiring electrode 1004 so that electrical insulation is maintained. Further, a cross section along the line BB ′ of FIG. 3 is shown in FIG.
[0182]
The multi-electron source having such a structure includes a row-
[0183]
As described above, in the embodiment of the present invention, as the multi-electron beam source, N × M types (N = 3072, M = 1024) of the type having the electron emission portion in the conductive fine particle film between the electrodes described above. The surface conduction electron-emitting device is a matrix wiring (see FIG. 120) using M row-directional wirings and N column-directional wirings. A specific configuration thereof will be described below.
[0184]
Example 1
The spacer used in this example was prepared as follows. The flat board |
[0185]
In addition, a Ti-Al alloy nitride film was formed by simultaneously sputtering a Ti and Al target on the plate-
[0186]
As a result of measuring the film thickness of the antistatic film, it was 200 nm on average at the edge of the spacer on the face plate side and rear plate side, and several tens of nm to 200 nm in the central region. Further, here, an Al thin film was formed on the upper and lower edges of the
[0187]
The lengths h1 and h3 of the flat portions of the edge portions of the spacer on the
[0188]
The spacer is connected to the metal back on the X-direction wiring and the face plate using conductive frit glass. The conductive frit glass is a mixture of fused frit glass and conductive fine particles coated with gold on the surface, which is electrically connected to the antistatic film on the spacer surface and the X-directional wiring or the face plate. Connected.
[0189]
In this example, a display panel provided with
[0190]
Next, a
[0191]
Thereafter, a face plate 1017 (with a
The
[0192]
In this embodiment, as shown in FIG. 26, the
[0193]
The airtight container completed as described above is exhausted by a vacuum pump through an exhaust pipe (not shown), and after reaching a sufficient degree of vacuum, through the container external terminals Dx1 to Dxm and Dy1 to Dyn in the row direction Power was supplied to each element through the
[0194]
Next, the exhaust pipe (not shown) was heated with a gas burner at a degree of vacuum of about 10 to the sixth power [Torr], and the envelope (airtight container) was sealed. Finally, a getter process was performed to maintain the degree of vacuum after sealing.
[0195]
In the image display apparatus using the display panel as shown in FIG. 2 and FIG. 6 completed as described above, each cold cathode element (surface conduction type emitting element) 1012 has external terminals Dx1 to Dxm, Through Dy1 to Dyn, a scanning signal and a modulation signal are respectively applied from a signal generating means (not shown). As a result, electrons are emitted.
[0196]
Further, a high voltage is applied to the metal back 1019 through a high voltage terminal Hv, thereby accelerating the emitted electron beam and causing electrons to collide with the
[0197]
At this time, two-dimensionally arranged light spot arrays are formed in a two-dimensional manner including light emission spots due to emitted electrons from the
[0198]
As a comparative example, an image display device was prepared using the conventional spacer shown in the embodiment, and a color image was displayed. As a result of comparison with the conventional example, it was confirmed that the image forming apparatus of the present invention was able to obtain a color image that was not inferior.
[0199]
Further, in the antistatic film of the spacer shown in FIG. 23, the Ti—Al alloy nitride film is formed not by sputtering but by reactive sputtering, electron beam evaporation, ion plating, and ion assisted evaporation. An image display device was formed, and a color image with good characteristics was obtained regardless of the method for producing the antistatic film.
[0200]
(Example 2)
The spacer used in this example was prepared as follows. By polishing the surface of the
[0201]
As a result of measuring the film thickness of the antistatic film, it was 200 nm on the average in the end region of the spacer on the face plate side and the rear plate side, and several tens to 200 nm in the central region. In this example, a low resistance film (not shown) was formed in the end region of the spacer by the same method as in Example 1.
[0202]
Further, a Ti-Al alloy nitride film was formed by simultaneously sputtering a Ti and Al target on the
[0203]
The spacer is connected to the metal back on the X-direction wiring and the face plate using conductive frit glass. The conductive frit glass is a mixture of fused frit glass and conductive fine particles coated with gold on the surface, and is electrically connected to the antistatic film on the spacer surface and the X-direction wiring or face plate. .
[0204]
In this example, a display panel provided with
[0205]
Next, among the surfaces of the insulating
[0206]
Thereafter, a face plate 1017 (having a
[0207]
Note that frit glass (not shown) is applied to the joint between the
[0208]
The
[0209]
In this embodiment, as shown in FIG. 26, the
[0210]
Note that when performing the above-described sealing, each
[0211]
The airtight container completed as described above is exhausted by a vacuum pump through an exhaust pipe (not shown), and after reaching a sufficient degree of vacuum, through the container external terminals Dx1 to Dxm and Dy1 to Dyn in the row direction Power was supplied to each element through the
[0212]
Next, the exhaust pipe (not shown) was welded by heating with a gas burner at a degree of vacuum of about 10 to the sixth power [Torr], and the envelope (airtight container) was sealed. Finally, a getter process was performed to maintain the degree of vacuum after sealing.
[0213]
In the image display device using the display panel as shown in FIGS. 24 and 25 completed as described above, each cold cathode element (surface conduction type emitting element) 1012 has external terminals Dx1 to Dxm, Electrons were emitted by applying a scanning signal and a modulation signal from Dy1 to Dyn from a signal generating means (not shown). Further, by applying a high voltage to the metal back 1019 through the high voltage terminal Hv, the emitted electron beam is accelerated, the electrons collide with the
[0214]
At this time, two-dimensionally arranged light spot arrays are formed in a two-dimensional manner including light emission spots due to emitted electrons from the
[0215]
As a comparative example for the present invention, an image display device was produced using the conventional spacer shown in the above-described embodiment, and color image display was performed. As a result of comparison with the conventional example, it was confirmed that the image forming apparatus of the present invention was able to obtain a color image that was not inferior to that of the image forming apparatus.
[0216]
Further, in the
[0217]
【The invention's effect】
The present invention has been described in detail above, and an electron source that emits electrons in an envelope sealed in a required atmosphere, and an electron beam irradiation provided in the envelope facing the electron source. In the electron beam apparatus having a member and a spacer disposed between the electron source and the electron beam irradiated member, the spacer is an exposed surface standing between the electron source and the electron beam irradiated member With respect to the unevenness of the exposed surface, a value obtained by dividing a unit actual surface area along the unevenness in the central region of the exposed surface by a unit area of a plane in the central region is higher than the electron source side region of the exposed surface and / or the electron beam The exposed surface so that the value obtained by dividing the unit actual surface area along the irregularities in the irradiated member side region by the unit area of the plane surface in the electron source side region and / or the electron beam irradiated member side region is small. Against said concave To form a.
[0218]
Therefore, disturbance of the electron beam in the vicinity of the spacer can be prevented, and a high-performance electron beam apparatus can be configured. Furthermore, since the spacer shape and the antistatic film also serve as the spacer electrode, the production yield is good, and unlike conventional metal products, the dimensional accuracy can be relaxed, and the spacer electrode is provided on the end face of the spacer. If so, the influence of film peeling and the like can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing spacers and equipotential lines at the periphery thereof in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partially broken perspective view in which a spacer according to the present invention is employed in an image display device.
FIG. 3 is a plan view similarly showing an arrangement of electron emission portions on a substrate.
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a substrate of a multi electron beam source employed in the present invention.
FIG. 5 is a plan view illustrating phosphor arrangement of a face plate of a display panel in the image display device.
6 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of the display panel in FIG. 2. FIG.
FIG. 7 is a plan view and a cross-sectional view of a planar surface conduction electron-emitting device employed in the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a manufacturing process (1) of the planar surface conduction electron-emitting device.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a manufacturing step (2) of the planar surface conduction electron-emitting device.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a manufacturing process (3) of the planar surface conduction electron-emitting device.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a manufacturing step (4) of the planar surface conduction electron-emitting device.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a manufacturing process (5) of the planar surface conduction electron-emitting device.
FIG. 13 is an applied voltage waveform at the time of energization forming processing in the electron emission portion.
FIG. 14 is a graph showing an applied voltage waveform (a) and a change (b) in emission current Ie during energization activation processing.
FIG. 15 is a cross-sectional view of a vertical surface conduction electron-emitting device employed in the present invention.
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a manufacturing step (1) of the vertical surface conduction electron-emitting device.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a manufacturing step (2) of the vertical surface conduction electron-emitting device.
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a manufacturing process (3) of the vertical surface conduction electron-emitting device.
FIG. 19 is a cross-sectional view showing a manufacturing step (4) of the vertical surface conduction electron-emitting device.
FIG. 20 is a cross-sectional view showing a manufacturing process (5) of the vertical surface conduction electron-emitting device.
FIG. 21 is a cross-sectional view showing a manufacturing step (6) of the vertical surface conduction electron-emitting device.
FIG. 22 is a graph showing typical characteristics of a surface conduction electron-emitting device according to the present invention.
FIG. 23 is a schematic perspective view of a spacer showing an embodiment of the present invention.
FIG. 24 is a schematic perspective view of a spacer showing another embodiment of the present invention.
25 is a partially broken perspective view showing a display panel in the image display device adopting the configuration of FIG. 24. FIG.
FIG. 26 is a diagram showing another configuration example of the phosphor in the display panel according to the present invention.
FIG. 27 is a plan view showing a conventional surface conduction electron-emitting device (electron source).
FIG. 28 is a schematic cross-sectional view showing a conventional FE element.
FIG. 29 is a schematic cross-sectional view showing a conventional MIM type element.
FIG. 30 is a partially broken perspective view showing a display panel of a conventional image display device.
FIG. 31 is a cross-sectional view showing a conventional spacer.
[Explanation of symbols]
1 Insulating substrate
11 High resistance film
21 Low resistance film
1003 Row-direction wiring electrodes
1004 Column direction wiring electrode
1011 Electron source substrate
1012 Cold cathode device (electron discharge part)
1013 Row-direction wiring (electrode)
1014 Column direction wiring (electrode)
1015 Rear plate
1016 Side wall (support frame)
1017 Face plate
1018 Electron beam irradiated member (phosphor film)
1019 Back metal
1020 Spacer
1101 substrate
1102, 1103 Device electrode
1104 Conductive thin film
1105 Electron emission unit
1110 Power supply for forming
1111 Ammeter
1112 Power supply for activation
1113 Thin film
1201 substrate
1202, 1203 Device electrode
1204 conductive thin film
1205 electron emission part
1206 Step forming member
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