(57)【要約】【課題】スペーサ１０３の表面に生じる正負の帯電分布を制御することで、実効的な帯電量をゼロとし、スペーサ１０３自身の導電性や、材料の特性によることなく、帯電が電子軌道に与える影響を大幅に低減することができるスペーサ１０３を用いた画像表示装置を提供する。【解決手段】主表面に凹凸構造１０６が形成されたスペーサ１０３とし、凹凸構造１０６における凹部と凸部の周期を、電子源を有する第一の基板１０１側の領域よりも第一の基板１０１と対向して配置されている第二の基板１０２側の領域において長くしたスペーサ１０３を用いた画像表示装置とする。【選択図】図１７
2010182697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電子放出素子からなる電子源を有する第一の基板と、
前記電子源から放出された電子を加速する加速電極を有し、前記第一の基板と対向して配置されている第二の基板と、
前記第一の基板と前記第二の基板との間に配置され、前記第一の基板と前記第二の基板との間隔を規定するスペーサとを有する画像表示装置において、
前記スペーサは、その主表面に、前記第一の基板と前記第二の基板の対向方向に交互に形成された複数の凹部と凸部とからなる凹凸構造を有し、前記第一の基板と前記第二の基板の対向方向における前記凹部の長さをＡ、前記凸部の長さをＢ、前記凹部の二次電子放出係数をδA、前記凸部の二次電子放出係数をδB、前記凹部に入射した電子が前記凹部にトラップされる確率をα、前記凹部と前記凸部の高低差である凹凸深さをｄ、前記画像表示装置の動作中の前記第一の基板と前記第二の基板との間の電界強度をＥとしたときに、下記関係式を満たすことを特徴とする画像表示装置。
【数１】
2010182697.tif 000019
【数２】
2010182697.tif 000020
【数３】
2010182697.tif 000021
【請求項２】
前記凹部の長さＡと凸部の長さＢの比である凹凸比Ａ／Ｂが下記関係式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【数４】
2010182697.tif 000022
【請求項３】
前記凹凸深さｄが以下の式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【数５】
2010182697.tif 000023
【請求項４】
複数の電子放出素子からなる電子源を有する第一の基板と、
前記電子源から放出された電子を加速する加速電極を有し、前記第一の基板と対向して配置されている第二の基板と、
前記第一の基板と前記第二の基板との間に配置され、前記第一の基板と前記第二の基板との間隔を規定するスペーサとを有する画像表示装置において、
前記スペーサは、その主表面に、前記第一の基板と前記第二の基板の対向方向に交互に形成された複数の凹部と凸部とからなる凹凸構造を有し、前記第一の基板と前記第二の基板の対向方向における前記凹部の長さをＡ、前記凸部の長さをＢとしたときに、前記凹部の長さＡと前記凸部の長さＢの比である凹凸比Ａ／Ｂが、前記第一の基板側から前記第二の基板側に向かって徐々に大きくなる領域を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項５】
前記凹凸比Ａ／Ｂが、前記第一の基板側から前記第二の基板側に向けて徐々に大きくなり、極大値となった後に、再び小さくなることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記スペーサの主表面と、該主表面から最も近い位置にある前記電子放出素子との距離をｒとしたとき、前記凹部と前記凸部の高低差である凹凸深さｄが３μｍ以上２０μｍ以下、前記凹部の長さＡ及び凸部の長さＢがｒ／１０以下であり、前記凹凸比Ａ／Ｂが１以上３０以下であることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記スペーサの主表面と、該主表面から最も近い位置にある前記電子放出素子との距離をｒとしたとき、前記凹部の長さＡと前記凸部の長さＢとの和Ａ＋Ｂがｒ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項８】
複数の電子放出素子からなる電子源を有する第一の基板と、
前記電子源から放出された電子を加速する加速電極を有し、前記第一の基板と対向して配置されている第二の基板と、
前記第一の基板と前記第二の基板との間に配置され、前記第一の基板と前記第二の基板との間隔を規定するスペーサとを有する画像表示装置において、
前記スペーサは、その主表面に、前記第一の基板と前記第二の基板の対向方向に交互に形成され、前記第一の基板と前記第二の基板側の対向方向に外向きに傾斜した平面または曲面の側面を有する複数の凹部と凸部とからなる凹凸構造を有し、前記側面が平面である場合の傾斜角度または前記側面が曲面である場合の最大傾斜角度が、前記凹凸構造の前記第一の基板側の領域において前記第二の基板側の領域よりも大きいことを特徴とする画像表示装置。
【請求項９】
前記側面の傾斜角度または最大傾斜角度が、前記第一の基板側から前記第二の基板側へ向かって徐々に小さくなることを特徴とする請求項８に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記凹部と凸部が周期的に形成されており、該周期が、前記凹凸構造の前記第一の基板側の領域よりも前記第二の基板側の領域において長いことを特徴とする請求項８または９に記載の画像表示装置。
【請求項１１】
前記側面の傾斜角度または最大傾斜角度は２０°以上９０°以下であることを特徴とする請求項８乃至１０項のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１２】
複数の電子放出素子からなる電子源を有する第一の基板と、
前記電子源から放出された電子を加速する加速電極を有し、前記第一の基板と対向して配置されている第二の基板と、
前記第一の基板と前記第二の基板との間に配置され、前記第一の基板と前記第二の基板との間隔を規定するスペーサとを有する画像表示装置において、
前記スペーサは、その主表面に、前記第一の基板と前記第二の基板の対向方向に交互に周期的に形成された複数の凹部と凸部とからなる凹凸構造を有し、
前記凹部と凸部の周期が、前記凹凸構造の前記第一の基板側の領域よりも前記第二の基板側の領域において長いことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１３】
前記凹部と凸部の周期が、前記第一の基板側から前記第二の基板側へ向かって徐々に大きくなることを特徴とする請求項１２に記載の画像表示装置。
【請求項１４】
前記凹部と凸部の周期は、前記スペーサの主表面から該主表面に最も近い位置にある前記電子放出素子までの距離の１／３以下であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の画像表示装置。
【請求項１５】
前記凹凸形状の周期は、前記スペーサ基材の主表面から該主表面に最も近い位置にある前記電子放出素子までの距離の１／１０以下であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の画像表示装置。
【請求項１６】
複数の電子放出素子からなる電子源を有する第一の基板と、
前記電子源から放出された電子を加速する加速電極を有し、前記第一の基板と対向して配置されている第二の基板と、
前記第一の基板と前記第二の基板との間に配置され、前記第一の基板と前記第二の基板との間隔を規定するスペーサとを有する画像表示装置において、
前記スペーサは、その主表面に、前記第一の基板と前記第二の基板の対向方向に交互に形成された複数の凹部と凸部とからなる凹凸構造を有し、
前記凹部と前記凸部の高低差である凹凸深さが、前記凹凸構造の前記第一の基板側の領域において前記第二の基板側の領域よりも深いことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１７】
前記凹凸深さが、前記第一の基板側から前記第二の基板側へ向かって徐々に浅くなることを特徴とする請求項１６に記載の画像表示装置。
【請求項１８】
前記凹凸深さは４μｍ以上であることを特徴とする請求項１６または１７に記載の画像表示装置。
【請求項１９】
前記凹凸深さは２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電子放出素子からなる電子源を有する第一の基板と、電子を加速するための加速電極を有し、前記第一の基板と対向配置された第二の基板と、前記第一の基板と前記第二の基板との間に配置されたスペーサとを有する画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子放出素子の利用形態としては、画像表示装置が挙げられる。例えば、冷陰極電子放出素子を多数形成した第一の基板と、電子放出素子から放出された電子を加速するアノード電極および発光部材としての蛍光体を具備した第二の基板とを平行に対向させ、真空に排気した平面型の電子線表示パネルが知られている。なお、一般には、第一の基板はリアプレートと称され、アノード電極および発光部材としての蛍光体を具備した第二の基板はフェースプレートと称される。また、真空排気した電子線表示パネル内には、耐大気圧構造として、スペーサが配置される。
【０００３】
特許文献１には、スペーサにおける二次電子放出特性の角度依存増倍係数を規定し、電子の入射角度や分布に応じて、凹凸の構造を変える旨の記載がある。その一例として、ランダムな凹凸を有するスペーサに関する記載がある。
【０００４】
特許文献２には、スペーサ表面にストライプ状の凹凸を形成し、スペーサの表面領域毎に溝の深さまたは溝のピッチを変更することが記載されている。また、スペーサ基板形成時に加熱延伸法を用いることも示されている。
【０００５】
特許文献３には、スペーサ表面に形成された凹凸形状における帯電状態について、表面が電子源側に向いている面が負に、表面が被電子線照射部材側に向いている面あるいは電子源と被電子線照射部材とを結ぶ法線に沿った面が正に帯電することが述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３１１６３２号公報（ＵＳＰ６８０９４６９）
【特許文献２】特開２００３−２２３８５８号公報（ＵＳＰ６９６３１５９）
【特許文献３】特開２００３−２２３８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来のスペーサ構造を用いた画像表示装置においては、電子放出素子から放出された電子ビームの第二の基板上での到達位置が、駆動信号に応じて（輝度信号の大きさに応じて）変化する場合があるという新たな課題を我々は発見した。この課題をかかえる表示装置においては、駆動信号の変化に伴って、輝点の位置が変化し、その結果、表示画像の品位を下げることとなる。本発明は、この新たな課題を解決し得る新規な画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明の第一は、複数の電子放出素子からなる電子源を有する第一の基板と、
前記電子源から放出された電子を加速する加速電極を有し、前記第一の基板と対向して配置されている第二の基板と、
前記第一の基板と前記第二の基板との間に配置され、前記第一の基板と前記第二の基板との間隔を規定するスペーサとを有する画像表示装置において、
前記スペーサは、その主表面に、前記第一の基板と前記第二の基板の対向方向に交互に形成された複数の凹部と凸部とからなる凹凸構造を有し、前記第一の基板と前記第二の基板の対向方向における前記凹部の長さをＡ、前記凸部の長さをＢ、前記凹部の二次電子放出係数をδA、前記凸部の二次電子放出係数をδB、前記凹部に入射した電子が前記凹部にトラップされる確率をα、前記凹部と前記筒部の高低差である凹凸深さをｄ、前記画像表示装置の動作中の前記第一の基板と前記第二の基板との間の電界強度をＥとしたときに、下記関係式を満たすことを特徴とする画像表示装置を提供するものである。
【０００９】
【数１】
2010182697.tif 000003
【００１０】
【数２】
2010182697.tif 000004
【００１１】
【数３】
2010182697.tif 000005
【００１２】
また、本発明の第二は、複数の電子放出素子からなる電子源を有する第一の基板と、
前記電子源から放出された電子を加速する加速電極を有し、前記第一の基板と対向して配置されている第二の基板と、
前記第一の基板と前記第二の基板との間に配置され、前記第一の基板と前記第二の基板との間隔を規定するスペーサとを有する画像表示装置において、
前記スペーサは、その主表面に、前記第一の基板と前記第二の基板の対向方向に交互に形成された複数の凹部と凸部とからなる凹凸構造を有し、前記第一の基板と前記第二の基板の対向方向における前記凹部の長さをＡ、前記凸部の長さをＢとしたときに、前記凹部の長さＡと前記凸部の長さＢの比である凹凸比Ａ／Ｂが、前記第一の基板側から前記第二の基板側に向かって徐々に大きくなる領域を有することを特徴とする画像表示装置を提供するものである。
【００１３】
また、本発明の第三は、複数の電子放出素子からなる電子源を有する第一の基板と、
前記電子源から放出された電子を加速する加速電極を有し、前記第一の基板と対向して配置されている第二の基板と、
前記第一の基板と前記第二の基板との間に配置され、前記第一の基板と前記第二の基板との間隔を規定するスペーサとを有する画像表示装置において、
前記スペーサは、その主表面に、前記第一の基板と前記第二の基板の対向方向に交互に形成され、前記第一の基板と前記第二の基板側の対向方向に外向きに傾斜した平面または曲面の側面を有する複数の凹部と凸部とからなる凹凸構造を有し、前記側面が平面である場合の傾斜角度または前記側面が曲面である場合の最大傾斜角度が、前記凹凸構造の前記第一の基板側の領域において前記第二の基板側の領域よりも大きいことを特徴とする画像表示装置を提供するものである。
【００１４】
また、本発明の第四は、複数の電子放出素子からなる電子源を有する第一の基板と、
前記電子源から放出された電子を加速する加速電極を有し、前記第一の基板と対向して配置されている第二の基板と、
前記第一の基板と前記第二の基板との間に配置され、前記第一の基板と前記第二の基板との間隔を規定するスペーサとを有する画像表示装置において、
前記スペーサは、その主表面に、前記第一の基板と前記第二の基板の対向方向に交互に周期的に形成された複数の凹部と凸部とからなる凹凸構造を有し、
前記凹部と凸部の周期が、前記凹凸構造の前記第一の基板側の領域よりも前記第二の基板側の領域において長いことを特徴とする画像表示装置を提供するものである。
【００１５】
また、本発明の第五は、複数の電子放出素子からなる電子源を有する第一の基板と、
前記電子源から放出された電子を加速する加速電極を有し、前記第一の基板と対向して配置されている第二の基板と、
前記第一の基板と前記第二の基板との間に配置され、前記第一の基板と前記第二の基板との間隔を規定するスペーサとを有する画像表示装置において、
前記スペーサは、その主表面に、前記第一の基板と前記第二の基板の対向方向に交互に形成された複数の凹部と凸部とからなる凹凸構造を有し、
前記凹部と前記凸部の高低差である凹凸深さが、前記凹凸構造の前記第一の基板側の領域において前記第二の基板側の領域よりも深いことを特徴とする画像表示装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１６】
上記第一の発明によれば、スペーサ表面に照射する電子の入射エネルギーおよび入射角度を考慮し、スペーサ表面の領域ごとの二次電子放出係数に応じて、凹凸比（凹部と凸部の長さの比）を規定範囲内に制御する。この結果、凹凸一周期内で生じる正帯電量と負帯電量がほぼ同量となり、近傍の電子軌道に与える影響を小さくすることができる。したがって、駆動信号の変化に応じてスペーサ表面への入射電子量が変動しても、スペーサ表面の帯電量は凹凸一周期内でほぼ０となるため、駆動信号の変化によらず、電子ビーム軌道が安定する。
【００１７】
このことは、以下のような要因によるものと我々は考えている。スペーサの二次電子放出係数は、第一の基板から第二の基板に向けて動作電圧に応じた分布を有している。また、その分布状態は、スペーサに入射する電子のスペーサへの入射角度によっても異なる値を示す。その一例を図１２に示す。このため、従来技術のようなスペーサ表面に一様な凹凸を設けたり、またランダムな凹凸を設ける構造では、スペーサの表面に帯電量の分布が生じることとなる。このような二次電子放出係数の分布に基づくスペーサ表面の帯電量の分布の影響は、駆動信号の変化が小さい場合はあまり目立たない。しかし駆動信号の変化が大きくなるに従い、二次電子放出係数の分布に基づく、スペーサの領域ごとの帯電量の違いが顕著に現れ、その結果電子ビームの軌道の変化が大きくなり輝点の位置ずれが目視で確認される程度に生じることなる。このようにスペーサの二次電子放出係数は、スペーサの部分（領域）ごとに異なる値を示すため、部分（領域）ごとにスペーサの特性を制御する必要がある。特に、スペーサの第一の基板に近接する部分（領域）は、電子源から放出された電子の軌道に与える影響が大きく、帯電状態を精密に制御する必要がある。このような理由から、スペーサの二次電子放出係数は、スペーサの各領域毎に制御する必要があり、中でも第一の基板近傍の領域を重点的に制御する必要がある。そこで我々は、従前の技術のようなスペーサ表面に一様な凹凸を設けたり、またランダムな凹凸を設けるのではなく、二次電子放出係数の分布を考慮して凹凸に積極的な分布を持たせるという発想に至った。
【００１８】
また、第二の発明によれば、スペーサ表面の帯電を効果的に抑制するとともに、電子源からの電子ビームの軌道への影響を効果的に抑制することができる。つまり、本発明ではスペーサへの入射電子のエネルギー依存を考慮しているので、スペーサ全体に渡って二次電子放出係数を抑えることができる。換言すると、スペーサの二次電子放出係数の分布を小さく抑えることができる。よって、駆動信号の変化に基づく入射電子量の変化が生じても、スペーサ表面の帯電量の変化を抑えることができる。この結果、駆動信号の変化によって電子ビームの軌道が変化することを抑制しえる。詳述すると、一般的な材料におけるスペーサの二次電子放出係数は、第一の基板から第二の基板にかけて変化しており、第一の基板側から第二の基板側に向けて徐々に大きくなる。そして第二基板のアノードに印加する電圧の大きさによっては、二次電子放出係数がやがて減少に転じる。ここで電子源から放出された直後の電子は、運動エネルギーが小さく、わずかな電界変化の影響を受けやすいのに対して、アノード近傍に到達した電子は、大きな運動エネルギーをもつため、電界変化の影響を受けにくい。したがって、第一の基板近傍の帯電量を実効的にゼロとすることで、電子軌道への影響の大きい第一の基板近傍の電界歪みを低減し、好適な作用を得ることができる。また、二次電子放出係数の変化に応じて、凹部の長さＡと凸部の長さＢの比を除除に大きくすることで、スペーサ全体の帯電を効果的に抑え、電子ビーム軌道の変化を抑制する。
【００１９】
また、第三の発明によれば、スペーサ表面への入射電子の入射角度分布を考慮し、凹凸の側面の傾斜角度または最大傾斜角度を制御することで、スペーサ表面の全体に渡って二次電子放出係数を抑えることができる。換言すると、スペーサの二次電子放出係数の分布を小さく抑えることができる。よって、駆動信号の変化に基づく入射電子量の変化が生じても、スペーサ表面の帯電量の変化を抑えることができる。この結果、駆動信号の変化によって電子ビームの軌道が変化することを抑制しえる。詳述すると、スペーサ表面に入射する電子の衝突角度が、第一の基板側ほど大きく（浅い角度で入射する）、第二の基板側ほど小さいことから、凹凸の側面をその分布にあわせた傾斜面とすることで、平均的な衝突角度をより小さくすることができる。よって、スペーサ表面の帯電抑制をより効果的にする。
【００２０】
また、第四の発明によれば、スペーサ表面の帯電の影響を、より効果的に低減することができる。スペーサは表面に凹凸を形成することにより、凹凸形状内に部分ごとに正負両符号の帯電が生じる。正負帯電間の距離が小さければ、お互いの影響がキャンセルし合い、電界への影響を抑制することができる。第一の基板側ほど近傍を飛翔する電子のエネルギーが小さい（加速されていない）ため、この領域で帯電の影響をキャンセルする効果を高めるために、より短い周期で凹凸を形成するほうが好ましい。また、第一の基板側に短周期の凹凸を配置することで、第一の基板近傍の電子軌道への影響を減少させると同時に、第二の基板側を長周期とすることで、スペーサ近傍の電子軌道が第二の基板寄りでスペーサに向かう電子軌道となる。これによって、電子ビームの挙動を所望に制御することが可能となる。
【００２１】
また、第五の発明によれば、スペーサ表面の帯電を効果的に抑制するとともに、電子源からの電子ビームの軌道への影響を効果的に抑制することができる。つまり、本発明ではスペーサへの入射電子のエネルギー依存を考慮しているので、スペーサ全体に渡って二次電子放出係数を抑えることができる。換言すると、スペーサの二次電子放出係数の分布を小さく抑えることができる。よって、駆動信号の変化に基づく入射電子量の変化が生じても、スペーサ表面の帯電量の変化を抑えることができる。この結果、駆動信号の変化によって電子ビームの軌道が変化することを抑制しえる。詳述すると、二次電子放出係数が１を超えた領域となりやすい、第一の基板近傍の凹凸構造における凹部の深さを深くすることで、二次電子の閉じ込め効果を向上させ、この領域の二次電子放出係数を１に近づける。一方、二次電子放出係数が１より小さくなりやすい第二の基板近傍の凹凸構造における凹部の深さを浅くすることで、この領域の二次電子放出係数を１に近づける。より詳述すると、凹凸形状内には部分ごとに正負両符号の帯電が生じる。正負の帯電量が等しいとき、帯電の電子軌道に対する影響はキャンセルされる。第一の基板側と第二の基板側を比較した場合、第一の基板側の方が電子衝突時の二次電子放出係数が大きく、正帯電が発生しやすい。凹凸形状の深さを深くすると電子の閉じ込め効果が向上し、負帯電がより成長するため、正帯電をキャンセルする効果が高まり、電子軌道への影響を抑制することができる。よって、帯電を抑制するとともに、帯電の影響を効果的にキャンセルすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第一の実施形態を説明する電子線装置の断面図である。
【図２】本発明の第二の実施形態を説明する電子線装置の断面図である。
【図３】本発明の第一の実施例における、スペーサ表面の凹凸比の分布を説明する図である。
【図４】本発明の第一の実施例における、スペーサ表面の他の凹凸比の分布を説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態としてとることができる凹凸形状の例を説明する模式図である。
【図６】本発明の実施の形態である電子線装置の構造を示す一部を切り欠いた斜視図である。
【図７】凹凸構造を説明する説明図である。
【図８】凹凸内部の帯電の状態を示す説明図である。
【図９】スペーサ表面の帯電のバランスが崩れた場合の、スペーサ近傍の電界の様子を説明する図である。
【図１０】本発明の実施の形態としてとることができる凹凸形状の例を説明する模式図である。
【図１１】加熱延伸時に不要な反りの生じない母材形状に関する説明図である。
【図１２】一般的な絶縁材量の二次電子放出係数の入射エネルギーおよび入射角度に対する依存性を説明する模式図である。
【図１３】一般的な材量のスペーサ基材における、第一の基板から第二の基板にかけての凹凸比の好ましい分布の範囲を説明する図である。
【図１４】スペーサ基板の作製に用いる加熱延伸装置の模式図である。
【図１５】スペーサの表面に、複数の凹部が不連続に形成されている場合の形状例を示す図である。
【図１６】本発明の第四の実施形態を示す画像表示装置の断面図である。
【図１７】本発明の第五の実施形態を示す画像表示装置の断面図である。
【図１８】本発明の第六の実施形態を示す画像表示装置の断面図である。
【図１９】本発明の第二の実施形態の別の例を示す断面図である。
【図２０】凹凸側面の最大傾斜角の定義を説明する図である。
【図２１】スペーサへ衝突する電子軌道の様子を示す模式図である。
【図２２】第二の基板に形成された蛍光膜の配列の一例を説明する模式図である。
【図２３】本発明の実施例５における凹凸の最大傾斜角度を示す図である。
【図２４】異なる凹凸構造を説明する説明図である。
【図２５】スペーサ表面に複数の凹部が不連続に形成されている場合の面積比を説明する説明図である。
【図２６】帯電の間隔と画質劣化の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明は画像表示装置に関するものであり、特に複数の電子放出素子を平面基板上に配置した電子源を用いた、平面形の画像表示装置に対して好適に用いることができる。
【００２４】
以下で、本発明の画像表示装置およびそこに用いたスペーサの構成ついて図面を用いて説明する。
【００２５】
（第一の実施の形態）
図１は本発明に基づいて作製した画像表示装置の一実施形態の断面を示す模式図である。
【００２６】
図１において、第一の基板（リアプレートともいう）１０１には複数の電子放出素子１１２が配置されており、複数の行方向配線１１３と複数の列方向配線（不図示）によって、マトリクス状に配線されている。
【００２７】
電子放出素子１１２は、電界放出型や表面伝導形等の冷陰極電子放出素子であればよく、特に表面伝導形電子放出素子は構造が単純であり、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することが容易に行える点で好ましい。
【００２８】
第二の基板（フェースプレートともいう）１０２には、蛍光体層１１８およびメタルバック１１９および黒色体１１８ｂが形成されている。メタルバック１１９は、不図示の電源から高電圧を印加されることによって電子源１１１から放出された電子を第二の基板１０２側へ向けて加速するための加速電極として作用する。加速された電子は蛍光体層１１８に衝突し、蛍光体層１１８を発光させることで所望の画像が形成される。
【００２９】
第一の基板１０１と第二の基板１０２との間の空間は、気密容器１３０（全体としては不図示）を形成しており、その内部は真空に保持されている。そのため大気圧による気密容器１３０の破壊を防止し、第一の基板１０１と第二の基板１０２の間隔を一定に保つために、必要な数のスペーサ１０３が設けられている。スペーサ１０３は電子線装置に加わる大気圧を支持するための十分な機械的強度、および電子線装置の製造工程で加えられる熱に対する耐熱性が必要である。加えて、スペーサ１０３には、第一の基板１０１と第二の基板１０２との間に印加される高電圧に耐えるだけの絶縁性が必要である。したがって、スペーサ１０３の材質としては、ガラスあるいはセラミックス等の耐熱性と絶縁性を有する材料を好適に用いることができる。また、スペーサ１０３は、一般に平板状や柱状等の様々な形態をとることができる。
【００３０】
スペーサ１０３の主表面１０４には凹凸構造１０６が形成されている。ここで、スペーサ１０３の主表面１０４とは、第一の基板１０１と第二の基板１０２との間で露出するスペーサ１０３の表面であって、電子放出素子１１２の配置側に露出している面をいう。凹凸構造１０６は、第一の基板１０１及び第二の基板１０２に平行な凹部６０２と凸部６０３（図７参照）が、第一の基板１０１と第二の基板１０２の対向方向に交互に形成された構成となっている。この凹凸構造１０６は、スペーサ１０３全体にわたって一様である必要はなく、場所によって異なる構造をとっても良い。
【００３１】
凹凸構造１０６は、図７に示すように、凹部６０２と凸部６０３で構成されている。ここで、凹部６０２とは、基準表面６０１よりも凹んだ部分であり、凸部６０３とは、逆に基準表面６０１よりも高い部分のことである。基準表面６０１は、凹部６０２の底部から凹凸深さの９０％の位置で表される面のことである。また、凹凸構造１０６の凹凸深さ６０４は、凸部６０３と凹部６０２の高低差で表される。
【００３２】
ここで、本発明における凹部６０２の長さと凸部６０３の長さは、それぞれ上記基準表面６０１との交点間の間隔（長さ）であって、第一の基板１０１と第二の基板１０２に対して垂直な方向における長さをいう。前記第一の基板１０１と前記第二の基板１０２の対向方向における凹部６０２の長さをＡ、凸部６０３の長さをＢとしたときに、前記凹部６０２の長さＡと前記凸部６０３の長さＢの比である凹凸比Ａ／Ｂが次の関係式を満たすように凹凸構造１０６が形成されていることが好ましい。
【００３３】
【数４】
2010182697.tif 000006
【００３４】
ただし、αは凹部６０２に入射した電子が凹部６０２内にトラップされる（閉じ込められる）確率であり、０〜１の範囲の値をとる。画像表示装置の動作中に第一の基板１０１および第二の基板１０２間に印加される電界強度Ｅ（Ｖ／ｍ）、凹部６０２の長さＡによって次のようにして求めることができる。
【００３５】
【数５】
2010182697.tif 000007
【００３６】
なお、放出される二次電子の平均初期エネルギーは５ｅＶとしている。
【００３７】
ここで、αは、凹部６０２に安定に負帯電を形成するために０．７以上の値をとることが好ましい。このとき、凹凸構造１０６の凹凸深さｄは、下記式を満たしていることが必要である（換言すれば、凹部で負帯電を発生させるための必要条件である）。またδAおよびδBはそれぞれ、凹部６０２および凸部６０３における二次電子放出係数である。
【００３８】
【数６】
2010182697.tif 000008
【００３９】
また、δAは、
【００４０】
【数７】
2010182697.tif 000009
である。
【００４１】
二次電子放出係数は、入射する電子のエネルギーおよび衝突時の角度によって変化するため、第一の基板から第二の基板にかけて様々な値をとりうる。凹凸構造も、二次電子放出係数の変化に応じて、第一の基板から第二の基板に向かって、各位置で異なる凹凸比Ａ／Ｂをとることが好ましい。
【００４２】
ここで本発明の特徴部分である、上記の構成のスペーサの作用について説明する。
【００４３】
画像表示装置を駆動すると、第二の基板表面で背面散乱された電子がスペーサ表面に衝突する。衝突した電子はスペーサ表面で二次電子を発生させることによって、衝突箇所に帯電電荷を生成する。表面に凹凸が形成されている場合、凹凸の形状に応じて図８に示すような帯電状態が形成される。すなわち、第二の基板を向いた面、あるいは第一の基板と第二の基板の対向方向に沿った面（凸部の頂面）が正に帯電するのに対して、第一の基板を向いた面は負に帯電する。これは、第一の基板を向いた面に電子が衝突することで生じた二次電子が、再衝突を繰り返す過程で吸収されるためである。言い換えると凹凸構造の凹部に電子が閉じ込められることにより、凹部内に負帯電が形成される。
【００４４】
ひとつの凹凸構造内で生じる正帯電電荷量と負帯電電荷量がつりあえば、それぞれの帯電電荷による影響はキャンセルし合い、スペーサ近傍の電界に与える影響を抑制し、スペーサの近傍を飛翔する電子の軌道に与える影響を抑制することができる。凹凸構造の一周期内で、生じる正帯電電荷量と負帯電電荷量がつりあうためには、凸部に生じる正帯電量と凹部に生じる負帯電量とが同量生成されることが必要となる。
【００４５】
一般に、凸部に生じる正帯電量ｑ凸は、
【００４６】
【数８】
2010182697.tif 000010
として計算することができる。また、凹部に生じる負帯電量ｑ凹は、
【００４７】
【数９】
2010182697.tif 000011
として計算することができる。ここでｑ凹は負の値となることが必要であるため、δAは、下記式を満たすことが必要となる。
【００４８】
【数１０】
2010182697.tif 000012
【００４９】
αは凹部内に入射した電子が、その凹部内に閉じ込められる確率であり、δAおよびδBはそれぞれ凹部および凸部に入射した電子による二次電子放出係数である。またＮAおよびＮBは凹部および凸部に入射する電子数である。
【００５０】
１つの凹凸構造内で正負の帯電量がつりあう為には、ｑ凸とｑ凹との合計がゼロになればよい。すなわち、
【００５１】
【数１１】
2010182697.tif 000013
となればよい。これを変形すると、
【００５２】
【数１２】
2010182697.tif 000014
という関係が得られる。
【００５３】
ＮA／ＮBは凹部と凸部に入射する電子数の比であり、これは第一の基板と第二の基板の対向方向における凹部の長さＡと凸部の長さＢの比である凹凸比Ａ／Ｂに等しい。すなわち、下記式が満たされれば、その凹凸構造内で同量の正電荷と負電荷が生じ、近傍の電界に対する帯電の影響はキャンセルすることができる。実際には完全に正負帯電がつりあう必要はなく、必要な作用が得られる範囲で凹凸比Ａ／Ｂを決定すればよい。
【００５４】
【数１３】
2010182697.tif 000015
【００５５】
凹凸比Ａ／Ｂが上記式の値からずれた場合、すなわち１つの凹凸構造内に負電荷が正電荷に比べて多く存在する場合や、逆に正電荷が負電荷に比べて多く存在するような場合には、スペーサ近傍の電場が歪み、近傍を飛翔する電子の軌道に影響を与えることがある。負電荷が多く存在する場合には、図９（ａ）に示すように、スペーサ近傍にスペーサから電子軌道を遠ざけるような電界が形成される。逆に、正電荷が多い場合には、図９（ｂ）に示すように、スペーサ近傍にスペーサに向けて電子軌道を近づけるような電界が形成される。負電荷と正電荷のバランスが崩れるほど近傍の電界の乱れは大きくなり、ある程度以上に電界の乱れが大きくなると、近傍のビーム軌道のずれが、画像の乱れとして認識できる程度にまでひどくなる。
【００５６】
官能評価等による発明者らの検討から、一般的な距離で画像を見た場合、正規の位置から２％以上ビーム位置がずれると、人間の目に画像の乱れとして認識されることが分かった。つまり、人間の目に画像の乱れとして認識される閾値があり、これが２％のずれ量であることが明らかになった。発明者らは、負帯電量と正帯電量のずれに対するスペーサ近傍の電子軌道の位置ずれ量に対して詳細な検討を行った。その結果、図１０に示すように負帯電量と正帯電量のずれが５０％を超えない範囲において、電子ビームの位置ずれが２％以内となり、所望の効果を得られることを見出した。
【００５７】
さらに、正電荷が負電荷に比べて５０％以上大きくなった場合、スペーサに向かう電界強度が強くなり、スペーサ表面で二次電子が衝突を繰り返しながら増大する、いわゆる二次電子なだれが発生する危険性が高くなる。二次電子なだれは二次電子放出係数に依存して指数関数的に増加するので、スペーサ表面の帯電も急激に進展し、第一の基板近傍の電界強度が増加して、放電が発生する可能性が急激に増加する。このことからも負帯電量と正帯電量のずれが５０％を超えないことが必要となる。
【００５８】
以上のことから、凹部の間隔Ａと凸部の間隔Ｂの比である凹凸比Ａ／Ｂは下記式を満たしていることが必要となる。
【００５９】
【数１４】
2010182697.tif 000016
【００６０】
また、近傍のビーム軌道までの距離が小さい場合や、二次電子放出係数や誘電率等によって生じる帯電量が大きい場合等は、下記式で示されるより好ましい範囲に凹凸比Ａ／Ｂを制御することでその影響を小さくすることができる。
【００６１】
【数１５】
2010182697.tif 000017
【００６２】
また、一般的な画像表示装置の駆動時の印加電界強度を１ｍｍあたり３ｋＶ程度とすると、凹部のサイズ（開口サイズ）が５μｍ程度の場合、凹部の深さは３μｍ以上あれば十分好適な効果を得ることができる。このような条件下における好ましいスペーサの凹凸構造としては、凹凸構造の深さが、３μｍ以上２０μｍ以下、凹部の長さＡ及び凸部の長さＢがｒ／１０以下、であり、凹凸比Ａ／Ｂが１以上３０以下である。この場合、スペーサ表面の帯電を効果的に抑制できる。尚上記ｒとは、スペーサの主表面から最も近い位置にある電子放出素子までの距離である。
【００６３】
また、前記凹部と前記凸部の高低差である凹凸深さｄは、下記式を満たしていれば、凹凸内にトラップされる（閉じ込められる）確率αが、凹凸構造の断面形状や表面の材料に依らず、最大値で安定化するため、より好適な作用を得ることができる。
【００６４】
【数１６】
2010182697.tif 000018
【００６５】
二次電子放出係数δは一般に入射エネルギーおよび入射角度に応じて変化する。二次電子放出係数の入射エネルギー依存特性は、図１２に示すように一般にピークを有した山型の特性を示す。多くの材料の場合、二次電子放出係数δのピーク値は１を超え、δ＝１を満足する入射エネルギーを２つ有している。この二つのクロスポイントエネルギー間の入射エネルギーにおいては二次電子放出係数が正となり、衝突箇所に正電荷が発生する。二つのクロスポイントエネルギーのうち小さい方を第一クロスポイントエネルギーＥ１、大きい方を第二クロスポイントＥ２と称する。
【００６６】
二次電子放出係数の測定には、汎用の走査型電子顕微鏡ＳＥＭの装置に電子電流電流計を備えたものを使用する。一次電子電流はファラデーカップを用いる。二次電子電流量は検出器としてコレクター（ＭＣＰ等を使うことができる）を備えたものを用いて確定する。また、試料部を通過する試料電流と一次電子電流と二次電子電流の連続則の関係を用いて試料電流と一次電子電流から求めてもよい。
【００６７】
二次電子放出係数は、一般に入射エネルギーによって変化するため、複数の入射エネルギー条件下で測定を行う。さらに二次電子放出係数は、一般に入射エネルギーのほかに入射角度によっても変化するため、同一の入射エネルギー条件下で、入射角度を０度および０度以外の角度にして測定を行う。このようにして得られた入射エネルギー依存性および入射角度依存性に対して、特開２０００−３１１６３２に記載されている一般式（０）および（１）を用い、最小二乗法によるフィッティングを行う。これにより、各種の材料に対する二次電子放出係数δのエネルギーおよび角度に対する依存性を決定することができる。本発明においては、二次電子放出係数を、入射エネルギーが５００ｅＶから３０００ｅＶの範囲で、入射角度が０度、２０度、４０度、６０度および８０度のときの二次電子放出係数をそれぞれ測定して、上記フィッティングを行っている。凹部および凸部の二次電子放出係数δAおよびδBを測定するためには、測定時のビームスポットを凹部の長さＡおよび凸部の長さＢ以下とし、凹部および凸部に照射すればよい。あるいは、後述するように計算によって凹部および凸部の二次電子放出係数を求めてもよい。測定時の真空度は１０-7Ｔｏｒｒ（１．３×１０-5Ｐａ）以下とし、室温（２０℃）で測定する。
【００６８】
こうして得られた二次電子放出係数を用いて、画像表示装置の駆動条件下におけるスペーサ表面の二次電子放出係数δの分布を求めることができる。例えば、スペーサに衝突する電子の軌道をモンテカルロシミュレーションすることにより、スペーサ表面における二次電子放出係数の分布を数値的に計算することができる。このとき凹凸構造を有するスペーサ表面のモデルを用いて計算することにより、凹部および凸部における二次電子放出係数を求めることができる。こうして得られた二次電子放出係数の分布から、実効的に帯電をゼロとするための凹凸比Ａ／Ｂの分布も求めることができる。
【００６９】
発明者らの数値シミュレーションにより、一般的にスペーサ表面における帯電を実効的にゼロとするための凹凸比Ａ／Ｂの分布は、図１３に示すように第一の基板側から第二の基板側へ向けて大きくなる。そして、極大値となった後、再び小さくなるような分布となることがわかった。これは図１２に示すように、二次電子放出係数の分布が、ピークを有する山形の分布となることに対応している。したがって、スペーサ表面の凹凸構造における凹凸比Ａ／Ｂは、第一の基板側から第二の基板側に向かって徐々に大きくなり、極大値となった後に、再び小さくなるように配置されていることが望ましい。
【００７０】
ここで、スペーサ表面の凹凸形状は必ずしも上述のような分布をとらなくても、スペーサ表面の一部に本発明に従った凹凸構造が形成されていることによって、本発明の効果を発揮することができる。すなわち上述したように、凹部と凸部の長さの比である凹凸比Ａ／Ｂが上述の関係を満たしている場所においては、帯電の影響が実効的にキャンセルされる。一般に、電子線を用いた画像表示装置においては、電子源から放出された直後の電子は、運動エネルギーが小さく、わずかな電界変化の影響を受けやすいのに対して、アノード近傍に到達した電子は、大きな運動エネルギーをもつため、電界変化の影響を受けにくい。したがって、第一の基板近傍の帯電量を実効的にゼロとすることで、電子軌道への影響の大きい第一の基板近傍の電界歪みを低減することで、好適な作用を得ることができる。このためには、第一の基板側の一部領域において、凹凸比Ａ／Ｂが本発明の関係に従い、第二の基板側に向けて徐々に大きくなるような凹凸構造が形成されていればよい（具体例は、後述の図１９参照）。
【００７１】
また、前述したように凹凸比Ａ／Ｂの値は、負帯電量と正帯電量のずれが５０％を超えない範囲において、所望の効果を得られる。これは図１３において、斜線でハッチングした領域内で凹凸比Ａ／Ｂを形成すれば所望の効果が得られるということを示している。
【００７２】
本発明における凹凸構造の断面形状は図５に示すように（ａ））略台形状、（ｂ）三角形状、（ｃ）お椀形状、（ｄ）矩形状等様々な形状を取ることができる。１種類だけでなく、複数の種類の断面形状を有する凹凸を混在して用いてもよい。特に、二次電子放出係数が大きい材料の場合、電子の入射角度分布を考慮して凹凸構造の断面形状を決定することで、より好適な作用を得ることができる。  尚、上記のように、スペーサの表面に様様な凹凸形状を有する場合の、凹部長さＡ、凸部長さＢについて、図２４を用いて説明する。様々な凹凸構造を有する場合などは、各凹部について基準面を算出することで、凹部長さＡを個別に算出し、それをもとに各凸部の長さを個別に算出する。図２４はその一例である。
【００７３】
図２４に示すように、凹凸１と凹凸２では凹部の深さが異なる。しかし、この場合も、図７に基づき上述したように、各凹部でその凹部の底部から深さ９０％の位置において、第一の基板の法線と平行な線を伸ばし、この線が凹部内壁と交差する交点間の距離（長さ）で凹部の長さＡを規定する。これを各凹部でおこなうことで各凹部の長さＡを算出する。また、各凹部において、第二の基板（フェースプレート）に面する凹部の面と基準面との交点をその凹部の開始点とする。そして、隣り合う凹部（凹１と凹２）の開始点間の距離（長さ）から、第一の基板（リアプレート）に近い側の凹部（凹１）の長さＡを減算した値が、隣り合う凹部に挟まれた凸部（凸１）の長さＢである。そして、第一の基板側に位置する凹部と、該凹部に近接し該凹部よりも第二の基板側に位置する凸部とで１つの凹凸構造を形成し、隣り合う凹部間の距離（隣り合う凹部の開始点間の距離）が凹凸構造の１周期となる。
【００７４】
また、凹凸構造は、例えば板状スペーサの長手方向に平行な凹部が、連続的に形成されているだけでなく、例えば図１５（ａ）〜（ｃ）に示すように、スペーサの表面に複数の凹部が、不連続に形成されているような形状であってもよい。図１５は板状スペーサの主表面を表面からみた模式図であり、１４０１は凹部を１４０２は凸部（凹部でない部分）を示す。図１５において、凹部１４０１はいずれも矩形状の開口部を有しているが、開口形状は矩形状に限られるわけではなく、例えば円状や不規則な形状であってもよい。要は凹凸構造が形成されている位置において、凹部と凸部（凹部でない部分）の面積比が上述の関係を満たしていればよい。
【００７５】
尚、不連続に形成された凹部および凸部の面積は次のように定義する。
【００７６】
図２５に示すようにまずスペーサの主表面に一辺の長さがａである正方形の領域を考える。この正方領域に含まれる凹部の深さ（含まれる凹部がひとつの場合は該凹部の最大深さを、複数の凹部が含まれる場合は各凹部の最大深さの平均値、であらわされる）に対して、凹部の底部から凹部深さの９０％の深さの位置で表される平面を基準面として、この基準面よりも深い部分を凹部、基準面よりも浅い部分を凸部として定義する。凹部および凸部の面積はこのようにして定義された凹部および凸部の面積であり、凸部の面積と凸部の面積を合わせるとａ2となる。ここで正方領域のサイズについては次のようにして決める。
【００７７】
近傍の電子軌道に対する、スペーサ表面における帯電の影響を小さくするためには、スペーサ表面における正負帯電の間隔を小さくすることが好ましい。発明者らはこの正負帯電の間隔の最適な範囲を次のようにして決定した。まず、数値シミュレーションによりさまざまな間隔で正負帯電が生じた場合の電子ビームの変位量を求め、模擬的な画像データを作成した。次にＣＣＩＲ勧告５００−５（ＩＴＵＲ勧告５００−１１）で推奨されている主観評価法に基づいて同画像を評価した。その結果、図２６のような関係が得られた。ここで図２６の横軸は、スペーサ主表面から該主表面に最も近い電子放出素子までの距離をｒとしたときに、正負帯電の間隔がｒの何分の１であるかをあらわしており、例えば１０であれば正負帯電の間隔がｒ／１０であることを示す。また縦軸は前記主観評価で、画質が気になる（５段階評価のうち評点２以下）であった人の割合を示す。評価の結果正負帯電の間隔は少なくともｒ／３以下であり、より好ましくはｒ／１０以下であることが好ましいことがわかる。したがって、上記の正方領域のサイズは、一辺の長さａが、ｒ／３以下、より好ましくはｒ／１０以下とすることが必要である。
【００７８】
また、上述したとおり、スペーサ表面に形成された凹凸構造においては、その内部で正負両符号の電荷が生成され、両者の影響が打ち消しあい、近傍の電界に与える影響を低減することができる。しかしながらスペーサのごく近傍では、すなわち正負帯電の間隔と比較して、スペーサに近接した領域においては、正負の帯電の影響がキャンセルされずに、電子軌道に影響をおよぼす程度の電界の変化が生じる範囲が存在する。その範囲はおよそ正負帯電の間隔程度であって、正負帯電の間隔が広いほど（凹凸の周期が長いほど）、広い範囲に帯電の影響がおよぶ。したがって、スペーサの主表面と、該主表面から最も近い位置にある電子放出素子との距離をｒとしたとき、前記凹部の長さＡと前記凸部の長さＢの和Ａ＋Ｂ、すなわち正負帯電の間隔が、ｒ以下であることが望ましい。
【００７９】
続いて、上述した本発明のスペーサの製造方法について説明する。
【００８０】
スペーサ表面への凹凸形状の加工方法としては、上述の凹凸形状を形成可能な手法の中から自由に選択することができる。機械的切削法、研磨等の物理的な方法や、フォトリソグラフィー、エッチング法等の化学的な方法の他、加熱等の手段により形状変化可能な材料を用いて型成型する方法等各種の製法が適用可能である。中でも、加熱により形状変形可能な材料のガラス等の母材に、切削あるいは金型等により凹凸形状を形成し、軟化点付近もしくはそれ以上の加熱下で延伸することにより、スペーサを形成する加熱延伸法が量産性に優れている点で特に好適である。
【００８１】
凹凸形状を有する母材を加熱延伸法で加工する場合、母材の形状によっては、延伸後の部材に不要な反り等が発生する場合がある。これは母材の各部分において平均的な表面積や体積が異なるために場所ごとに熱容量の差が生じ、結果として加熱速度や冷却速度に差がついてしまうためである。本実施の形態においては、図１１に示すように、母材の主断面中の（ａ）長手方向（高さ方向）あるいは（ｂ）短手方向（厚さ方向）の中心軸で分けられる２領域において、その体積または表面積のいずれか、または両方が概ね等しい。このような母材形状とすることによって、加熱延伸工程においてその主断面中の一方向に沿った温度分布が、母材、あるいはスペーサ、あるいはその中間状態において概ね対称な分布となり、不要な反りの発生を抑制することができる。
【００８２】
続いて、本発明のスペーサを用いた電子線装置である、画像表示装置の製造方法について簡単に説明する。本発明を適用した画像表示装置の作製にあたっては、特開２０００−３１１６３３号で開示されたものと同様の構成、および製造法を用いた。
【００８３】
図６は本発明に基づいて作製したスペーサを用いた画像表示装置の一実施態様における斜視図であり、内部構造を示すためにパネルの一部を切り欠いて示してある。
【００８４】
図中、１０１は第一の基板、１０５は側壁、１０２は第二の基板であり、これらにより表示パネルの内部を真空に維持するための気密容器を形成している。
【００８５】
１０３は本発明に基づいて作製されたスペーサであり、第一の基板１０１と第二の基板１０２との間隔を規定するとともに、真空排気された気密容器内外の気圧差による気密容器の破損を防止する目的で、必要な数がパネル内部に配置されている。１０７はスペーサを所望の位置に固定するために使用するブロックである。
【００８６】
第一の基板１０１には冷陰極素子１１２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。たとえば、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。）前記Ｎ×Ｍ個の冷陰極素子は、Ｍ本の行方向配線１１３とＮ本の列方向配線１１４により単純マトリクス配線されている。
【００８７】
本発明の画像表示装置に用いる電子源は、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。したがって、たとえば表面伝導型放出素子やＦＥ型等の冷陰極素子を用いることができる。なかでも表面伝導形電子放出素子は構造が単純であり、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することが容易に行える点で好ましい。
【００８８】
第二の基板１０２の下面には蛍光膜１１８が形成されている。本実施例はカラー表示装置であり、蛍光膜１１８の部分にはＣＲＴの分野で用いられる、赤、青、緑の３原色の蛍光体が塗り分けられている。各色の蛍光体は、ストライプ状に塗り分けられ、蛍光体のストライプの間には、黒色体が設けてある（図２２参照。図中のＲＧＢが蛍光体。）。
【００８９】
また、蛍光膜１１８の第一の基板側の面には、ＣＲＴの分野では公知のメタルバック１１９を設けてある。このメタルバック１１９は、蛍光体１１８の発する光の利用効率の向上や、イオン等の衝撃からの蛍光体１１８の保護のため、さらには電子放出素子から放出された電子を加速するための加速電圧を印加するための電極として用いられる。
【００９０】
なお、電子源や第二の基板、およびそれらを含む表示パネルの構成や製造法に関する詳細は、上記の特開２０００−３１１６３３号に記載されている通りであるため、ここでは説明を省略する。
【００９１】
（第二の実施の形態）
次に本発明の第二の実施形態について説明する。
【００９２】
図２は第二の実施形態における画像表示装置の断面図である。図中の符号は図１と共通である。本第二の実施の形態においては、第一の基板１０１と第二の基板１０２との間隔を規定するスペーサ１０３の表面に高抵抗膜１０５が形成されている点が第一の実施の形態と異なっている。その他の部分については第一の実施の形態と同様であるのでここでの説明は省略し、本実施の形態の特徴であるスペーサに関してその構成と作用を説明する。
【００９３】
スペーサ１０３の表面に形成した高抵抗膜１０５は、スペーサ沿面の電位を規定するとともに、帯電電荷を除去するために形成される。高抵抗膜は上記の作用を実現するために必要な程度のシート抵抗値を有する必要がある。通常、高抵抗膜１０５のシート抵抗値としては、１０14Ω／□以下であることが望ましく、さらに十分な効果を得るためには１０12Ω／□以下であることが望ましい。一方、抵抗が低すぎる場合、スペーサにおける消費電力が増加するという問題が生じる。したがって、シート抵抗は１０7Ω／□以上が望ましい。つまり、１０7Ω／□以上１０14Ω／□以下が望ましく、さらに望ましくは１０7Ω／□以上１０12Ω／□以下である。
【００９４】
こうした高抵抗膜１０５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、電子放出素子１１２から放出された電子がスペーサ１０３に当たった場合においても、発生する帯電量が小さいためである。金属酸化物以外にも炭素は二次電子放出効率が小さく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やすい。
【００９５】
さらに、高抵抗膜１０５の他の材料として、アルミと遷移金属合金の窒化物は遷移金属の組成を調整することにより、良伝導体から絶縁体まで広い範囲に抵抗値を制御できるので好適な材料である。遷移金属元素としてはＴｉ，Ｃｒ，Ｔａ等があげられる。
【００９６】
また、ゲルマニウムと遷移金属との窒化化合物も、同様に組成の調整によって良好な帯電緩和特性を有しており、高抵抗膜１０５の材料として好適に用いることができる。遷移金属元素としては、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ等があげられる。これらの遷移金属は単独で、あるいは２種類以上の遷移金属をあわせて用いることが可能である。
【００９７】
これらの高抵抗膜は、その種類に応じてスパッタ、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、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ等の薄膜形成手段によりスペーサ１０３の表面に形成することができる。
【００９８】
また、スペーサ１０３は、第一の基板１０１上の行方向配線１１３、および第二の基板１０２上の加速電極であるメタルバック１１９と当接している。前記当接部において高抵抗膜１０５は行方向配線１１３およびメタルバック１１９と電気的に接続されている。なお、本例ではスペーサ１０３は行方向配線１１３と当接しているが、別途当接用の電極を第一の基板に設け、そこへ当接するようにしてもよい。
【００９９】
また、第一の基板および第二の基板との当接面に、電気的接続を確実にとるための低抵抗膜を形成しても良い。低抵抗膜は、高抵抗膜に比べ十分に低い抵抗値を有する材料を選択すればよい。Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属、あるいは合金、およびＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ2、Ａｇ・ＰｄＯ等の金属や金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体を用いることができる。あるいはＳｎＯ2等の半導体性材料よりなる微粒子をＳｂ等のドーパントでドーピングした導電性微粒子を無機または有機バインダーに分散させた導電性微粒子分散膜や、Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2等の透明導体およびポリシリコン等の半導体材料等より適宜選択される。
【０１００】
なお、図１９にスペーサの形状として凹凸比Ａ／Ｂが第二の基板に向かって徐々に大きくなる場合を示す。
【０１０１】
（第三の実施の形態）
次に本発明の第三の実施形態について説明する。
【０１０２】
本第三の実施形態は、基本的には図１に示される第一の実施形態と同様であるが、スペーサ１０３がわずかな導電性を有する基材からなる点で第一の実施形態と異なっている。その他の部分については第一の実施の形態と同様であるのでここでの説明は省略し、本実施形態の特徴であるスペーサに関して、その構成と作用を説明する。
【０１０３】
スペーサ基材への導電性の付与は、スペーサ表面の電位を規定するとともに、生じた帯電電荷を効果的に除去するために行われる。基材に導電性を与えることにより、例えば表面に高抵抗膜を形成して同様の効果を得る場合と比較して、成膜のための真空プロセス等が必要なくなるため、スペーサおよび画像表示装置の製造コストを低下することができる。
【０１０４】
しかしながら、スペーサ基材の抵抗が低くなると、スペーサ部の消費電力が増加するのに加え、電流が流れることによる発熱等により、スペーサの特性が損なわれることがある。
【０１０５】
こうした点を鑑み、上記の好ましい作用を得るため、スペーサの基材としては、体積抵抗率が１０5Ωｃｍ以上であることが望ましい。さらに好ましくは体積抵抗率が１０8Ωｃｍ以上であることが望ましい。
【０１０６】
導電性の基材としては、ガラス等の絶縁性の基材中に金属酸化物等導電性の粒子を混合させた材料を好適に用いることができる。
【０１０７】
次に、上述した導電性基材の作製方法について説明する。
【０１０８】
まず、絶縁性の基材と導体粒子の粉末をそれぞれ用意する。粉末作製手段は特に限定されないが、粉砕機やレーザー式および誘導加熱式微粒子製造機等の物理的方法、あるいはエアロゾル噴霧法や熱分解法等の化学的方法を適宜用いることができる。得られた微粉砕粉末は所望の粒径になるように、ふるい、乾式分級機あるいは湿式分級機等により分級を行なう。
【０１０９】
次に、種々の組成濃度比にあわせて検量を行なった上記絶縁性の基材と導体粒子の粉末を混合する。例えば、ガラスと金粒子の粉末を混合する。混合手段は特に限定されないが、ボールミル等で行なえばよい。導電性粒子の変質を防止するため、混合は窒素ガスやＡｒガス等の非酸化性雰囲気中で行なうことが好ましい。混合後、必要な粒径に応じて、ふるい、乾式分級機あるいは湿式分級機等により分級する。
【０１１０】
次に、この混合粉末を、窒素ガスやＡｒガス等の不活性ガス雰囲気中または真空中で仮焼成する。また、水素等の還元雰囲気中で仮焼成してもよい。好ましくは８００〜１５００℃で加熱し、仮焼成し固形物を得る。
【０１１１】
次に、こうしてできた固形物を粉砕する。粉砕手段は特に限定されないが、ボールミル等で行なえばよい。粉砕は、窒素ガスやＡｒガス等の非酸化性雰囲気中で行なう。粉砕後、必要な粒径に応じて、ふるい、乾式分級機あるいは湿式分級機等により分級する。
【０１１２】
最後に、粉砕により得られた混合粉末を窒素ガスやＡｒガス等の不活性ガス雰囲気中または真空中で加圧焼成することにより、焼結体を得る。水素等の還元ガス雰囲気中で加圧焼成してもかまわない。加圧焼成には、ホットプレス法を用いることが好ましい。所定の板厚や形状になるように成形し、好ましくは１〜２ＭＰａの圧力下において８００〜１５００℃で加熱するという本焼成の工程を経て導電性部材とする。
【０１１３】
このようにして得られた導電性部材を所定の形状に適宜、切削加工を行い、表面に凹凸を有する本発明における画像表示装置のスペーサとする。
【０１１４】
得られたスペーサに対しては、第二の実施の形態と同様に、第一の基板および第二の基板との当接面に、電気的接続を確実にとるための低抵抗膜を形成しても良い。低抵抗膜は、基材に比べ十分に低い抵抗値を有する材料を選択すればよい。Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属、あるいは合金、およびＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ2、Ａｇ−ＰｄＯ等の金属や金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体を用いることができる。あるいはＳｎＯ2等の半導体性材料よりなる微粒子をＳｂ等のドーパントでドーピングした導電性微粒子を無機または有機バインダーに分散させた導電性微粒子分散膜を用いることができる。あるいはＩｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2等の透明導体およびポリシリコン等の半導体材料等より適宜選択される。
【０１１５】
（第四の実施形態）
図１６は本発明の第四の実施形態に係る画像表示装置の断面を示す模式図である。スペーサ１０３は、第一の基板１０１と第二の基板１０２との間に配置され、第一の基板と第二の基板との間隔を規定している。スペーサ１０３は、第一の基板１０１と第二の基板１０２との間で露出する主表面１０４に、第一の基板１０１と第二の基板１０２の対向方向に交互に形成された複数の凹部と凸部からなる凹凸構造１０６を有している。この凹部と凸部は、第一の基板１０１と第二の基板１０２の対向方向に外向きに傾斜した平面または曲面の側面を有している。ここで凹凸は第一の基板１０１および第二の基板１０２と略平行な方向に形成された凹溝もしくは凸溝、もしくはその組み合わせによるものである。本実施形態においては、前記側面が平面である場合の傾斜角度または前記側面が曲面である場合の最大傾斜角度が、前記凹凸構造１０６の第一の基板１０１側の領域において前記第二の基板１０２側の領域よりも大きくなっている。なお、スペーサ１０３は、スペーサ１０３の沿面の電位を規定するとともに、帯電電荷を除去するために、絶縁性の基材の表面に高抵抗膜１０５を形成したものとなっている。
【０１１６】
ここで最大傾斜角度とは、図２０に示すように、第一の基板と第二の基板とを結ぶ鉛直方向からの凹凸部のなす最大角度のことである。換言すると、最大傾斜角度とは、スペーサ基板の接線と第一の基板または第二の基板の法線とのなす角の最大値のことである。また、スペーサ基板の接線は、スペーサの第一の基板向きの面における接線をいう。また、スペーサの凹凸構造１０６のうち、第一の基板側の領域とは、スペーサの高さの半分の位置よりも第一の基板側の領域を意味する。つまり、スペーサの凹凸構造の、第一の基板側の領域と第二の基板側の領域との境界は、スペーサの高さの１／２の部分である。尚、スペーサの高さの１／２の部分は、領域の境界であって、必ずしもスペーサの高さの１／２の位置に最大傾斜角の変化する部分が位置する必要はない。付言すると、最大傾斜角が徐々に変化する構成においては、スペーサの高さの１／２の位置を境に、第一の基板側の領域と第二に基板側の領域とでそれぞれ最大傾斜角の平均を算出し、互いの領域の平均値の大小関係が上記を満たせばよい。次に、本発明の特徴部分である、上記の構成のスペーサの作用について説明する。
【０１１７】
電子線装置を駆動すると、第二の基板表面で背面散乱された電子がスペーサ表面に衝突する。衝突した電子はスペーサ表面で二次電子を発生させることによって、衝突箇所に帯電が生じる。表面に凹凸が形成されている場合、凹凸の形状に応じて図８に示すような帯電状態が形成される。即ち第二の基板を向いた面、或いは第一の基板と第二の基板とを結ぶ法線に沿った面（凹部の底面、凸部の頂面）が正に帯電するのに対して、第一の基板を向いた面は負に帯電する。これは、第一の基板を向いた面に電子が衝突することで生じた二次電子が、再衝突を繰り返す過程で吸収されるためであり、言い換えると凹凸の凹部に電子が閉じ込められることによる。
【０１１８】
ここで一つの凹凸形状内で生じる正帯電量と負帯電量が釣り合えば、その影響はキャンセルし合い、スペーサ近傍の電界およびそこを飛翔する電子の軌道に与える影響を抑制することができる。
【０１１９】
本発明者等はスペーサ表面の帯電進行に関する詳細な数値シミュレーションおよび実験的な手法による検討を行い、スペーサ表面の帯電電荷の分布に関して次のことを見出した。
【０１２０】
即ち、スペーサの表面に一定の条件を満たした凹凸が形成されている場合、負帯電はスペーサ表面に入射する電子の分布とほぼ同様の分布を持って生じる。これに対して正帯電はスペーサ表面のポテンシャルや各位置での入射角度によって定まる二次電子放出係数の変化とほぼ同様の分布を持って生じる。これは、第二の基板からの反射電子の衝突が原因で正帯電が生じた後、発生した二次電子が第一の基板向きの面に衝突して凹凸に閉じ込められることにより、第一の基板向きの面に負帯電が生じるからである。
【０１２１】
そこで第二の基板向きの面に生じる正帯電の量を制御して凹凸内部で正負帯電量を適正なバランスに保つことによって、帯電状態であっても近傍の電界に影響のないスペーサを実現することが可能となる。
【０１２２】
一回の衝突当たりの帯電量は二次電子放出係数で決定される。二次電子放出係数は、図１２に示すように入射する電子のエネルギーと入射角度によって変化し、特に入射角度が大きくなるほど二次電子放出係数は大きくなる。即ち発生する正帯電が増加する。そこで、入射する電子に対して、その入射角度が小さくなるように表面を形成することで、発生する正帯電量を制御することが可能となる。
【０１２３】
スペーサ表面へ入射する電子は略放物線の軌道を描いて飛翔し、スペーサに衝突する。その軌道は大きく分けて図２１に示す２種類に分類される。一つめは図２１に符号（ａ）で示すようにスペーサへの衝突前に、放物線の変曲点を通過する軌道であり、こうした軌道で衝突する電子は、スペーサに対して第二の基板向きの速度成分を持って衝突する。一方、図２１に符号（ｂ）で示すように、スペーサの衝突前に放物線の変曲点を通過せずに衝突する電子も存在し、そうした電子はスペーサに対して第一の基板向きの速度成分を持って衝突する。このうち第二の基板向きの面に衝突する電子は、図２１に符号（ｂ）で示すような軌道を持って衝突する電子である。そのような電子がスペーサに対して入射する角度は、スペーサと近傍の電子放出素子までの距離にもよるが、その大部分が第一の基板または第二の基板と平行な方向に対しておよそ２０°以上９０°以下の範囲である。また、第一の基板側ほど入射角度が大きく、第二の基板側ほど入射角度が小さくなるように分布している。したがってスペーサ表面の凹凸部の最大傾斜角度は前記の範囲で設定されればよく、第一の基板側ほど大きな傾斜角度を持った凹凸となるようにスペーサが配置されることによって、上記の作用を実現することができる。また、第一の基板側から第二の基板側へ向けて最大傾斜角が徐々に変化するようにしてもよい。この時スペーサ表面に入射する電子の入射角度分布を考慮して、最大傾斜角度を変化させることでより好適な作用を得る事ができて好ましい。
【０１２４】
凹凸構造における凹部と凸部の断面形状は図５に示すように（ａ）略台形状、（ｂ）三角形状、（ｃ）椀形状、（ｄ）矩形状等様々な形状を取ることができ、１種類だけでなく、複数の種類の断面形状を有する凹凸を混在して用いてもよい。尚、台形状や三角形状のように、１つの凹部または凸部で傾斜面の角度が一定の場合（側面が平面の場合）、最大傾斜角度と傾斜角度は同じであり、最大傾斜角度は傾斜角度を意味する。
【０１２５】
（第五の実施形態）
次に本発明の第五の実施形態について説明する。
【０１２６】
図１７は第五の実施形態に係る画像表示装置の断面模式図である。図中の符号は図１６と共通である。本第五の実施形態においては、スペーサ１０３の構成が第四の実施形態と異なっており、その他の部分については第四の実施形態と同様であるのでここでの説明は省略し、本実施形態の特徴であるスペーサ１０３の構成と作用を説明する。
【０１２７】
本実施形態におけるスペーサ１０３は、その主表面１０４に、第一の基板１０１と第二の基板１０２の対向方向に交互に周期的に形成された複数の凹部と凸部とからなる凹凸構造１０６を有している。前記凹部と凸部の周期が、前記凹凸構造１０６の前記第一の基板１０１側の領域よりも前記第二の基板側１０２の領域において長くなっている。尚、周期が徐徐に変化する形態においては、上述の第四の実施形態と同様に、スペーサの高さの１／２の位置を境に、第一の基板側の領域と第二に基板側の領域とでそれぞれ周期の平均を算出し、互いの領域の平均値の大小関係が上記を満たせばよい。
【０１２８】
既に述べたように、凹凸が形成されたスペーサの表面は、画像表示装置の駆動に伴い帯電し、特に凹凸の内部において正負の帯電電荷が生成される。このため、正負帯電量の釣り合いによって、お互いの影響がキャンセルしあい、近傍の電界およびそこを飛翔する電子軌道に与える影響を低減できる。
【０１２９】
しかしながら、スペーサのごく近傍では、正負の帯電の影響がキャンセルされずに、電子軌道に影響をおよぼす程度の電界の変化が生じる範囲が存在する。その範囲はおよそ正負帯電の間隔、即ち凹凸の周期の３倍以内であり、より確実には１０倍以内であって、正負帯電の間隔が広いほど（凹凸の周期が長いほど）、広い範囲に帯電の影響がおよぶ。
【０１３０】
ここで第一の基板近傍の電子は、電子放出素子から放出された直後であり、十分な運動エネルギーを得ていないため、わずかな電界の変化にも敏感に影響されやすい。これに対して、第二の基板側の電子は運動エネルギーが高いため、電界の乱れによる影響を受けにくくなる。したがって第一の基板側ほど正負帯電の間隔が小さい、言い換えると凹凸の周期がより短い方がよい。凹部と凸部の周期は、スペーサの主表面から該主表面に最も近い位置にある電子放出素子までの距離の１／３以下、より好ましくは１／１０以下であれば、第一の基板近傍の電子軌道に対しても、帯電の影響を十分に抑制することが可能となる。
【０１３１】
（第六の実施形態）
本発明の第六の実施形態では、図１８に示すように、スペーサ１０３の主表面１０４に、第一の基板１０１と第二の基板１０２の対向方向に交互に形成された複数の凹部と凸部とからなる凹凸構造１０６を有している。また、前記凹部と前記凸部の高低差である凹凸深さが、前記凹凸構造１０６の前記第一の基板１０１側の領域において前記第二の基板１０２側の領域よりも深くなっている。この凹凸深さは、前記第一の基板１０１側から第二の基板１０２側へ向かって徐々に浅くなることが好ましい。尚、徐々に凹凸深さが変わる場合においては、上述の第四の実施形態と同様に、スペーサの高さの１／２の位置を境に、第一の基板側の領域と第二に基板側の領域とでそれぞれ凹凸深さの平均を算出し、互いの領域の平均値の大小関係が上記を満たせばよい。
【０１３２】
既に述べた通り、スペーサ表面に凹凸が形成されている場合、入射した電子が凹凸内部に閉じ込められることによって、凹凸内部に正負の帯電が生じ、両者の影響が打ち消しあうことで、近傍の電界に与える影響を低減させられる。この電子の閉じ込め効果は凹凸深さに依存しており、凹凸深さが深いほど大きな電子閉じ込め効果を得る事ができる。
【０１３３】
第一の基板近傍は、電子放出素子から放出された直後の、低い運動エネルギーを持った電子が飛翔しているため、凹凸内部での正負帯電のバランスが電子軌道に与える影響が大きい。スペーサ表面の帯電を決定する二次電子放出係数は、図１２に示すように電子衝突時のエネルギーに依存しており、低エネルギー側にそのピークを持つ。したがって第一の基板側ほど正帯電が生じやすい。第一の基板側に正帯電が生じると、スペーサ近傍の電子はスペーサに向けてその軌道が偏向され、よりスペーサの近傍を飛翔する事になり、スペーサ表面の帯電等の影響をより受けやすくなる。
【０１３４】
したがって、第一の基板近傍での負帯電をより確実に生成するために、第一の基板近傍の凹凸深さを深くすることで、第一の基板近傍での電子軌道への影響を抑制することが可能となる。衝突した電子を閉じ込めるためには、凹凸深さが４μｍ以上の深さであることが好ましい。一方、一定以上の深さにおいては、帯電の量が飽和する。これは入射する電子の数以上には負帯電が発生しないためである。したがって、凹凸深さは２０μｍ以内が好ましい。また、前述の第五の実施形態と同様、凹部と凸部の周期は、スペーサからその最近接の電子放出素子までの距離の１／３、より好ましくは１／１０であれば、第一の基板近傍の電子軌道に対しても、帯電の影響を十分に抑制することが可能となる。
【実施例】
【０１３５】
以下、具体的な実施例をあげて本発明を詳しく説明する。
【０１３６】
実施例１
本実施例は、図１に示される構成の画像表示装置の例である。
【０１３７】
本実施例で用いるスペーサを次のように作製した。
【０１３８】
基材としてはガラス（旭硝子製ＰＤ２００）を幅４９．２３ｍｍ×長さ３００ｍｍ×厚さ６．１５ｍｍの板状に加工し、そのうち４９．２３ｍｍ×３００ｍｍの面に切削により略矩形状の断面形状を有する凹部（溝）を加工した。凹部の長さＡは、以下のようにして決定した。まず、凹凸構造を有さない平坦な表面をもち、ＰＤ２００からなるスペーサを用意し、これに表示装置の実駆動時の電圧で加速した電子を照射し、基準となる二次電子放出係数の分布を得る。
【０１３９】
このようにして得た、平滑な表面を有するスペーサ表面での二次電子放出係数δの分布を図３（ａ）に示す。ここで、凹凸スペーサの凸部の二次電子放出係数δBは、図３（ａ）の二次電子放出係数δとほぼ同じ値になる。そこで、この二次電子放出係数δの分布から凸部（長さＢの部分）の帯電量が〔数８〕より計算で求まる。この値に基づき、凸部の帯電量と同等の帯電量を凹部（長さＡの部分）で生じるために必要な凹部の長さＡを算出し、計算した凹凸比Ａ／Ｂの分布が図３（ｂ）である（凸部の値は予め決めた一定値とし、これに対して各位置での凹部の大きさを算出した）。尚、図３（ｃ）の下段の「ＦＰ＜−ｙ［ｍｍ］−＞ＲＰ」は、向かって左側がフェースプレート（第二の基板）、右側がリアプレート（第一の基板）で、両者間の間隔がｙｍｍであることを示す。この表記の意味は、図１０および図１３でも同様である。
【０１４０】
図３（ｂ）において、３００１は凹凸構造における実効的な帯電量がゼロとなる凹凸比Ａ／Ｂであり、３００２は負帯電が正帯電に対して５０％多くなる凹凸比Ａ／Ｂを示す。また、３００３は正帯電が負帯電に対して５０％多くなる凹凸比Ａ／Ｂを示している。
【０１４１】
ここから図３（ｃ）に示すような凹凸比Ａ／Ｂの分布を決定した。その際、凹部と凹部の間の切削していない部分（凸部）の長さＢを０．１５ｍｍとし、上述した関係に基づいて凹部の長さＡを決定した。凹凸深さは総て０．３ｍｍとした。スペーサの一方の端部１から６．７ｍｍないし１１．５ｍｍの幅４．８ｍｍの領域には、Ａ／Ｂ＝１３となる凹部の長さＡ＝１．９５ｍｍで凹凸構造を加工した。また、もう一方の端部（端部２とする）から幅８．１ｍｍの領域はＡ／Ｂ＝１となる凹部の長さＡ＝０．１５ｍｍで凹凸構造を加工した。これ以外の途中の領域は図３（ｃ）に示すプロファイルにしたがって徐々に凹凸比Ａ／Ｂが変化するように加工した。
【０１４２】
この母材を、図１４に示すような装置を用いて、以下の条件で加熱延伸することによりスペーサ基板を作製した。
【０１４３】
図１４において、２０４はメカチャック、２０５は引き取りローラであり、２０３はヒータである。
【０１４４】
母材２０１を固定したメカチャックを２．５ｍｍ／ｍｉｎの速度で降下させることにより、母材２０１をヒーター２０３の中へ送り込み、ヒーター２０３で７９０℃に加熱した。この加熱を行いながら、ヒータ２０３の下方に配置された引き取りローラー２０５で２７００ｍｍ／ｍｉｎの速度で引き取ることで延伸し、母材と略相似形の断面形状を有するスペーサ基板を得た。このとき、スペーサ基板に不要な反り等が見られることはなかった。
【０１４５】
得られたスペーサ基板は幅１．６ｍｍ、厚さ０．２ｍｍであり、長さは８００ｍｍとなるようにカッター２０６を用いて切断した。得られたスペーサの１．６×８００ｍｍの主表面には、端部１から０．２２ｍｍ以上０．３８ｍｍまでの幅０．１６ｍｍの領域に凹部の長さ＝５５μｍ、凹凸比Ａ／Ｂ＝１３の略矩形状の断面を有する凹凸構造が形成されていた。また、端部２から０．２７ｍｍの領域には凹部の長さ＝５μｍ、凹凸比Ａ／Ｂ＝１の略矩形状の断面を有する凹凸構造が形成されていた。さらにそれ以外の領域にも徐々に凹部の長さが変化しながら矩形状の凹部がそれぞれ形成されていた（図３（ｃ）参照）。凹凸深さは、総ての凹凸構造で１０μｍであった。このようにして得たスペーサの凹凸構造の凹部における電子のトラップされる（閉じ込められる）確率αは図４（ａ）に示すようにスペーサの全域に渡って０．８以上となる。なお、図４（ｂ）、（ｃ）はそれぞれδA、δBの実測値である。
【０１４６】
次いで、得られたスペーサを洗浄した後、別途用意しておいた第一の基板１０１上に固定した。スペーサ１０３は、端部１が第一の基板１０１側で行方向配線１１３上に当接するように配置し、長手方向の端部において位置固定用のブロック（図１には不図示）により固定した。行方向配線の間隔は６００μｍである。
【０１４７】
スペーサ１０３を固定するためのブロックは、スペーサ１０３と同様にガラス（ＰＤ２００）を切削加工することで作製した。ブロックは４ｍｍ×５ｍｍ×厚さ１ｍｍの直方体状をしており、その側面にはスペーサ１０３の長手方向端部を挿入できるよう、幅２１０μｍの溝を形成した。スペーサ１０３およびブロックは、パネル内に設置する際に、スペーサ１０３が第二の基板１０２や第一の基板１０１に対して、斜めに傾くことの無いよう調整を行った上で、セラミック系の接着剤により互いに固定した。
【０１４８】
この後、別途作製しておいた第二の基板１０２および側壁１１５とともに、外囲器を形成し、真空排気および電子源の形成をおこなった。この後封止を行うことにより、スペーサ１０３は外囲器の外から加わる大気圧により、パネル内の所定の位置に完全に固定された。
【０１４９】
以上の図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）１１２には、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎから、走査信号および変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ印加した。これにより、電子を放出させた。メタルバック１１９には、高圧端子Ｈｖを通じて高圧を印加することにより、放出された電子ビームを加速し、蛍光膜１１８に電子を衝突させ、各色蛍光を励起・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１３ｋＶとし、各配線１１３，１１４間への印加電圧Ｖｆは１８Ｖとした。また素子を駆動するパルス幅は０．５〜２０μｓｅｃ、駆動周波数は６０Ｈｚとした。なお、第一の基板と第二の基板との間の間隔はスペーサの幅と同じ１．６ｍｍである。
【０１５０】
画像表示装置を駆動した状態で、スペーサ１０３に最も近接する電子放出素子（以下、最近接素子という）１１２からの放出電子による発光スポットの位置を、各駆動パルス幅ごとに詳細に観測した結果、駆動パルス幅による発光スポットの位置の変化は４μｍであった。これは行方向配線の間隔に対して０．１６％であり、ビームスポットの位置ずれは認識することができず、非常に良好な画像を表示することができた。
【０１５１】
比較例１−１
比較例１−１として、すべての凹凸構造において凹凸比Ａ／Ｂが１であるスペーサを実施例１と同様の方法で作製した。このとき凹部の長さは１５μｍとした。
【０１５２】
作製されたスペーサを用いて実施例１と同様の方法で画像表示装置を作製し、実施例１と同様に駆動パルス幅ごとの、スペーサ最近接の電子放出素子からの放出電子による発光スポットの位置を詳細に観察した。その結果、駆動パルス幅が長くなるにしたがって、発光スポットの位置が、スペーサに近づく方向におよそ３０μｍ変位する様子が観測された。これは行方向配線間隔の５％に相当する。スペーサに近づく方向に変位していることから、スペーサ表面の帯電が正帯電側に寄っていることが分かる。さらに駆動を続けたところ、スペーサ沿面で放電が発生した。したがって、比較例１−１のスペーサは画像表示装置のスペーサとして好適に用いることはできないことが確認された。
【０１５３】
比較例１−２
比較例１−２として、総ての凹凸構造において凹凸比Ａ／Ｂが１３となるようなスペーサを実施例１と同様の方法で作製した。本比較例１−２においてすべての凹凸構造の凹部の長さは６５μｍである。
【０１５４】
作製されたスペーサを用いて実施例１と同様の方法で画像表示装置を作製し、実施例１と同様に駆動パルス幅ごとの、スペーサ最近接の電子放出素子からの放出電子による発光スポットの位置を詳細に観察した。その結果、駆動パルス幅が長くなるのにしたがって、発光スポットの位置が、スペーサから離れる方向におよそ２０μｍ変位する様子が観測された。スペーサから離れる方向にスポットが変位していることから、スペーサ表面の帯電が負帯電側によっていることが分かる。本比較例におけるスポットの変位量は、行方向配線間隔の３％に相当する量であり、発光スポットのずれ量が認識されるため、画像表示装置としては好適に用いることができないことが確認された。
【０１５５】
比較例１−３
比較例１−３として、総て凹凸構造において実施例１と同様の凹凸比Ａ／Ｂの分布を持ちながら、凹凸構造の総ての凹凸深さが４μｍであるスペーサを実施例１と同様の方法で作製した。
【０１５６】
作製されたスペーサを用いて実施例１と同様の方法で画像表示装置を作製し、実施例１と同様に駆動パルス幅ごとの、スペーサ最近接の電子放出素子からの放出電子による発光スポットの位置を詳細に観察した。その結果、駆動パルス幅が長くなるのにしたがって、発光スポットの位置が、スペーサに近づく方向におよそ２５μｍ変位する様子が観測された。スペーサに近づく方向にスポットが変位していることから、スペーサ表面の帯電が正帯電側によっていることが分かる。これは凹部に閉じ込められる電子の割合が減少したことと対応する。本比較例におけるスポットの変位量は、行方向配線間隔の４％に相当する量であり、発光スポットのすれ量が認識されるため、画像表示装置としては好適に用いることができないことが確認された。
【０１５７】
実施例２
本実施例においては、絶縁性の基材の表面に高抵抗膜（詳細は後述する）を形成したスペーサを作製し、それを用いて画像表示装置を作製した。
【０１５８】
本実施例に用いたスペーサは次のように作製した。
【０１５９】
まず、基材としてはガラス（旭硝子製ＰＤ２００）を幅４９．２３ｍｍ×長さ３００ｍｍ×厚さ６．１５ｍｍの板状に加工し、そのうち４９．２３ｍｍ×３００ｍｍの面に切削により略台形状の断面形状を有する凹部（溝）を加工した。凹部の長さＡは、別途測定しておいた高抵抗膜の二次電子放出係数を用いて計算したスペーサ表面での二次電子放出係数の分布に基づいて次のように決定した。
【０１６０】
測定した二次電子放出係数を用いて求めたスペーサ表面での二次電子放出係数δの分布を図１０（ａ）に示す。この二次電子放出係数δの分布から計算した凹凸比Ａ／Ｂの分布が図１０（ｂ）である。図１０（ｂ）において、３００１は凹凸構造における実効的な帯電量がゼロとなる凹凸比Ａ／Ｂであり、３００２は負帯電が正帯電に対して５０％多くなる凹凸比Ａ／Ｂを示す。また、３００３は正帯電が負帯電に対して５０％多くなる凹凸比Ａ／Ｂを示している。
【０１６１】
ここから図１０（ｃ）に示すような凹凸比Ａ／Ｂの分布を決定した。その際凹部と凹部の間の切削していない部分（凸部）の長さＢを０．１５ｍｍとし、上述した関係に基づいて凹部の長さＡを決定した。凹凸深さは総て０．３ｍｍとした。スペーサの一方の端部１から１４．４ｍｍないし２１．６ｍｍの幅７．２ｍｍの領域は、凹凸比Ａ／Ｂ＝１１となる凹部の長さＡ＝１．６５ｍｍで加工した。また、もう一方の端部（端部２とする）から幅６．７ｍｍの領域は、凹凸比Ａ／Ｂ＝１となる凹部の長さＡ＝０．１５ｍｍで加工した。これ以外の途中の領域は図１０（ｃ）に示すプロファイルにしたがって徐々に凹凸比Ａ／Ｂが変化するように加工した。
【０１６２】
この母材を、図１４に示すような装置を用いて、以下の条件で加熱延伸することによりスペーサ基板を作製した。
【０１６３】
図１４において、２０４はメカチャック、２０５は引き取りローラであり、２０３はヒータである。
【０１６４】
母材２０１を固定したメカチャックを２．５ｍｍ／ｍｉｎの速度で降下させることにより、母材２０１をヒーター２０３の中へ送り込み、ヒーター２０３で７９０℃に加熱した。この加熱を行いながら、ヒータ２０３の下方に配置された引き取りローラー２０５で２７００ｍｍ／ｍｉｎの速度で引き取ることで延伸し、母材と略相似形の断面形状を有するスペーサ基板を得た。このときスペーサ基板に不要な反り等が見られることはなかった。
【０１６５】
得られたスペーサ基板は、幅１．６ｍｍ、厚さ０．２ｍｍであり、長さは８００ｍｍとなるようにカッター２０６を用いて切断した。
【０１６６】
得られたスペーサの１．６×８００ｍｍの主表面には、端部１から０．４８ｍｍ以上０．７２ｍｍまでの幅０．２４ｍｍの領域には、凹部の長さ＝５５μｍ、凹凸比Ａ／Ｂ＝１１の略台形状の断面を有する凹凸構造が形成されていた。また、端部２から０．２２ｍｍの領域には、凹部の長さＡ＝５μｍ、凹凸比Ａ／Ｂ＝１の略台形状の断面を有する凹凸構造が形成されていた。さらにそれ以外の領域にも徐々に凹部の長さＡが変化しながら台形状の凹部がそれぞれ形成されていた。凹凸深さは、総て１５μｍであった。形状については図１１を参照する。
【０１６７】
次に、この様にして製作したスペーサ基板を洗浄し、清浄化したスペーサ基板の上に、高抵抗膜としてＷとＧｅの窒化膜を真空成膜法により形成した。
【０１６８】
本実施例で用いたＷとＧｅの窒化膜は、スパッタリング装置を用いてアルゴンと窒素の混合雰囲気中で、ＷとＧｅのターゲットを同時にスパッタすることにより成膜した。成膜時にはスパッタリングの条件を変更することで、高抵抗膜の抵抗値を制御した。なお、高抵抗膜の抵抗値は、ＷとＧｅのターゲットへの投入電力およびスパッタ時間の調整により、Ｗの添加量を調整することで行った。得られた高抵抗膜は厚さがおよそ２００ｎｍであり、シート抵抗値は３×１０11Ω／□であった。
【０１６９】
次いで、得られたスペーサを別途用意しておいた第一の基板１０１上に固定した。ここで高抵抗膜１０５を形成したスペーサ１０３は、端部１側が第一の基板１０１側に位置するように配置された上で、第一の基板１０１側で行方向配線１１３上に配置し、長手方向の端部において位置固定用のブロック（図１には不図示）により固定した。
【０１７０】
スペーサ１０３を固定するためのブロックは、スペーサ１０３と同様にガラス（ＰＤ２００）を切削加工する事で作製した。ブロックは４ｍｍ×５ｍｍ×厚さ１ｍｍの直方体状をしており、その側面にはスペーサ１０３の長手方向端部を挿入できるよう、幅２１０μｍの溝を形成した。スペーサ１０３およびブロックは、パネル内に設置する際に、スペーサ１０３が第二の基板１０２や第一の基板１０１に対して、斜めに傾くことの無いよう調整を行った上で、セラミック系の接着剤により互いに固定した。
【０１７１】
この後、別途作製しておいた第二の基板１０２および側壁１１５とともに、外囲器を形成し、真空排気および電子源の形成を行った。この後封止を行うことにより、スペーサ１０３は外囲器の外から加わる大気圧により、パネル内の所定の位置に完全に固定された。
【０１７２】
以上の図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）１１２には、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎを通じ、走査信号および変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ印加した。これにより、電子を放出させた。メタルバック１１９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された電子ビームを加速し、蛍光膜１１８に電子を衝突させ、各色蛍光を励起・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１３ｋＶとし、各配線１１３，１１４間への印加電圧Ｖｆは１８Ｖとした。また素子を駆動するパルス幅は０．５〜２０μｓｅｃ、駆動周波数は６０Ｈｚとした。
【０１７３】
画像表示装置を駆動した状態で、スペーサ１０３の最近接にある電子放出素子１１２からの放出電子による発光スポットの位置を、駆動パルス幅ごとに詳細に観測した結果、駆動パルス幅による発光スポットの位置の変化は２μｍであった。これは行方向配線の間隔に対して０．１％以下であり、ビームスポットの位置ずれは認識することができず、非常に良好な画像を表示することができることができた。
【０１７４】
比較例２−１
比較例２−１として、総ての凹凸構造において凹凸比Ａ／Ｂが１であるスペーサを実施例２と同様の方法で作製した。このとき凹部の長さは総て１５μｍとした。
【０１７５】
作製されたスペーサを用いて実施例２と同様の方法で画像表示装置を作製し、実施例１と同様に駆動パルス幅ごとの、スペーサ最近接の電子放出素子からの放出電子による発光スポットの位置を詳細に観察した。その結果、駆動パルス幅が長くなるのにしたがって、発光スポットの位置が、スペーサに近づく方向におよそ２０μｍ変位する様子が観測された。これは行方向配線間隔の３％に相当する。スペーサに近づく方向に変位していることから、スペーサ表面の帯電が正帯電側に寄っていることがわかる。さらに駆動を続けたところ、スペーサ沿面で放電が発生した。したがって、比較例２−１のスペーサは画像表示装置のスペーサとして好適に用いることはできないことが確認された。
【０１７６】
比較例２−２
比較例２−２として、総ての凹凸構造において凹凸比Ａ／Ｂが１１となるようなスペーサを実施例２と同様の方法で作製した。本比較例２−２において総ての凹部の長さは５５μｍである。
【０１７７】
作製されたスペーサを用いて実施例２と同様の方法で画像表示装置を作製し、実施例２と同様に駆動パルス幅ごとの、スペーサ最近接の電子放出素子からの放出電子による発光スポットの位置を詳細に観察した。その結果、駆動パルス幅が長くなるのにしたがって、発光スポットの位置が、スペーサから離れる方向におよそ２０μｍ変位する様子が観測された。スペーサから離れる方向にスポットが変位していることから、スペーサ表面の帯電が負帯電側によっていることが分かる。本比較例におけるスポットの変位量は、行方向配線間隔の３％に相当する量であり、発光スポットのずれ量が認識されるため、画像表示装置としては好適に用いることができないことが確認された。
【０１７８】
比較例２−３
比較例２−３として、総て凹凸構造において実施例２と同様の凹凸比Ａ／Ｂの分布を持ちながら、総ての凹凸深さが６μｍであるスペーサを実施例１と同様の方法で作製した。
【０１７９】
作製されたスペーサを用いて実施例１と同様の方法で画像表示装置を作製し、実施例１と同様に駆動パルス幅ごとの、スペーサ最近接の電子放出素子からの放出電子による発光スポットの位置を詳細に観察した。その結果、駆動パルス幅が長くなるのにしたがって、発光スポットの位置が、スペーサに近づく方向におよそ１５μｍ変位する様子が観測された。スペーサに近づく方向にスポットが変位していることから、スペーサ表面の帯電が正帯電側によっていることが分かる。これは凹部に閉じ込められる電子の割合が減少したことと対応する。本比較例におけるスポットの変位量は、行方向配線間隔の２．５％に相当する量であり、発光スポットのずれ量が認識されるため、画像表示装置としては好適に用いることができないことが確認された。
【０１８０】
実施例３
本実施例においては、導電性の基材の表面に切削加工により凹凸構造を形成したスペーサを作製し、それを用いて画像表示装置を作製した。
【０１８１】
本実施例に用いたスペーサを次のように作製した。
【０１８２】
導体粒子の粉末として０．５ｎｍ〜５０μｍの範囲にある所定の粒径を有する金粒子、および絶縁性の基材として、金粒子の粒径に応じて５０μｍ以下の所定の粒径を有するガラス粉末を用意した。金粒子の基材全体に占める体積率が５０ｖｏｌ％以下になるように混合調整して、８００〜１５００℃で焼成することで導電性部材を作製した。
【０１８３】
この導電性部材を真空中に設置して所定の電界（０．０１〜１０００Ｖ／ｍｍ）を印加して体積抵抗を測定した。抵抗測定時に２００℃加熱−冷却を行うことで抵抗温度特性もあわせて測定した。
【０１８４】
ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）およびＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて導電性部材中に分散された金粒子の平均粒径を求めた。その結果、金の粒径が０．５ｎｍ〜５０μｍの範囲であり、金粒子の基材全体に占める体積率が５０ｖｏｌ％以下であって、体積抵抗率ρ＝１×１０5Ωｃｍ以上である導電性部材を得た。
【０１８５】
この導電性部材を幅１．６ｍｍ、厚さ０．２ｍｍであり、長さは１００ｍｍの薄板状に切断加工した。
【０１８６】
次いで、１．６ｍｍ×１００ｍｍの面に切削により略矩形状の断面形状を有する凹部（溝）を加工した。凹部の長さＡは、別途測定しておいた導電性基材の二次電子放出係数を用いて計算したスペーサ表面での二次電子放出係数の分布に基づいて決定した。この際凹部と凹部の間の切削していない部分（凸部）の長さＢを１０μｍとし、上述した関係に基づいて凹部の長さＡを決定した。凹凸深さは総て１０μｍとした。凹部の長さＡについては、スペーサの一方の端部（端部１とする）から０．４ｍｍないし０．８ｍｍの幅０．４ｍｍの領域には、凹凸比Ａ／Ｂ＝５程度となる凹部の長さＡ＝５５μｍで加工した。また、もう一方の端部（端部２とする）から幅０．１ｍｍの領域は、凹凸比Ａ／Ｂ＝１となる凹部の長さＡ＝１０μｍで加工した。これ以外の途中の領域は徐々に凹凸比Ａ／Ｂが変化するように加工した。
【０１８７】
次いで、別途作製した第一の基板に対し、スペーサをその凹凸深さが深い側で第一の基板上の行方向配線と当接するように配置して固定した。その際、導電性のガラスフリットを用いて、行方向配線と電気的に接続した。
【０１８８】
さらに別途作製しておいた第二の基板１０２および側壁１１５とともに外囲器を形成し、真空排気および電子源の形成を行った。この後封止を行うことにより、スペーサは外囲器の外から加わる大気圧により、パネル内の所定の位置に完全に固定され、画像表示装置を作製した。
【０１８９】
以上のように完成し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）１１２には、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎを通じ、走査信号および変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ印加することにより電子を放出させた。メタルバック１１９には、高圧端子Ｈｖを通じて高圧を印加することにより、放出された電子ビームを加速し、蛍光膜１１８に電子を衝突させ、各色蛍光を励起・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１３ｋＶとし、各配線１１３，１１４間への印加電圧Ｖｆは１８Ｖとした。また、素子を駆動するパルス幅は０．５〜２０μｓｅｃ、駆動周波数は６０Ｈｚとした。
【０１９０】
画像表示装置を駆動した状態で、スペーサ１０３の最近接にある電子放出素子１１２からの放出電子による発光スポットの位置を、駆動パルス幅ごとに詳細に観測した結果、駆動パルス幅による発光スポットの位置の変化は２μｍであった。これは行方向配線の間隔に対して０．１％以下であり、ビームスポットの位置ずれは認識することができず、非常に良好な画像を表示することができた。
【０１９１】
比較例３−１
比較例３−１として、総ての凹凸構造において凹凸比Ａ／Ｂが１であるスペーサを実施例３と同様の方法で作製した。このとき凹部の長さＡは総て１０μｍとした。
【０１９２】
作製されたスペーサを用いて実施例３と同様の方法で画像表示装置を作製し、実施例３と同様に駆動パルス幅ごとの、スペーサ最近接の電子放出素子からの放出電子による発光スポットの位置を詳細に観察した。その結果、駆動パルス幅が長くなるのにしたがって、発光スポットの位置が、スペーサに近づく方向におよそ２０μｍ変位する様子が観測された。これは行方向配線間隔の３％に相当する。スペーサに近づく方向に変位していることから、スペーサ表面の帯電が正帯電側に寄っていることが分かる。比較例３−１のスペーサは画像表示装置のスペーサとして好適に用いることはできないことが確認できた。
【０１９３】
比較例３−２
比較例３−２として、総ての凹凸構造において凹凸比Ａ／Ｂが８となるようなスペーサを実施例３と同様の方法で作製した。本比較例３−２において凹部の長さＡは総て５５μｍとした。
【０１９４】
作製されたスペーサを用いて実施例２と同様の方法で画像表示装置を作製し、実施例２と同様に駆動パルス幅ごとの、スペーサ最近接の電子放出素子からの放出電子による発光スポットの位置を詳細に観察した。その結果、駆動パルス幅が長くなるのにしたがって、発光スポットの位置が、スペーサから離れる方向におよそ１８μｍ変位する様子が観測された。スペーサから離れる方向にスポットが変位していることから、スペーサ表面の帯電が負帯電側によっていることが分かる。本比較例におけるスポットの変位量は、行方向配線間隔の３％に相当する量であり、発光スポットのすれ量が認識されるため、画像表示装置としては好適に用いることができないことが確認された。
【０１９５】
比較例３−３
比較例３−３として、総ての凹凸構造において実施例３と同様の凹凸比Ａ／Ｂの分布を持ちながら、総ての凹凸深さが４μｍであるスペーサを実施例３と同様の方法で作製した。
【０１９６】
作製されたスペーサを用いて実施例３と同様の方法で画像表示装置を作製し、実施例３と同様に駆動パルス幅ごとの、スペーサ最近接の電子放出素子からの放出電子による発光スポットの位置を詳細に観察した。その結果、駆動パルス幅が長くなるのにしたがって、発光スポットの位置が、スペーサに近づく方向におよそ２５μｍ変位する様子が観測された。スペーサに近づく方向にスポットが変位していることから、スペーサ表面の帯電が正帯電側によっていることが分かる。これは凹部に閉じ込められる電子の割合が減少したことと対応する。本比較例におけるスポットの変位量は、行方向配線間隔の４％に相当する量であり、発光スポットのずれが画像の乱れとして認識されるため、画像表示装置としては好適に用いることができないことが確認された。
【０１９７】
実施例４
本実施例は、図１６に示される構成の電子線装置の例である。
【０１９８】
本実施例で用いるスペーサを次のように作製した。母材としてはガラス（旭硝子製ＰＤ２００）を幅（図６におけるＺ方向に該当）４９．２３ｍｍ×長さ（図６におけるＸ方向に該当）３００ｍｍ×厚さ（図６におけるＹ方向に該当）６．１５ｍｍの板状に加工した。そのうち４９．２３ｍｍ×３００ｍｍの面に切削により深さ０．３ｍｍ、周期０．９ｍｍの略台形状の断面形状を有する凹部（溝）を５２本加工した。略台形状の凹凸の傾斜した側面の角度は、一方の端部側の幅１５ｍｍの領域においては３０°であり、残りの領域においては７０°とした。この母材を、図１４に示すような装置を用いて、以下の条件で加熱延伸することによりスペーサ基材を作製した。
【０１９９】
図１４において、２０４はメカチャック、２０５は引き取りローラであり、２０３はヒータである。母材２０１を固定したメカチャックを２．５ｍｍ／ｍｉｎの速度で降下させることにより、母材２０１をヒーター２０３の中へ送り込む。次いで、ヒーター２０３で７９０℃に加熱しながら、ヒータ２０３の下方に配置された引き取りローラー２０５で２７００ｍｍ／ｍｉｎの速度で引き取ることで加熱しつつ延伸し、母材と略相似形の断面形状を有するスペーサ基材を得た。この時スペーサ基材に不要な反り等が見られることはなかった。得られたスペーサ基材は幅１．６ｍｍ、厚さ０．２ｍｍであり、長さは８００ｍｍとなるようにカッター２０６を用いて切断した。得られたスペーサの１．６×８００ｍｍの主表面には、凹凸深さ１０μｍ、周期３０μｍの略台形状の凹凸が形成されており、凹凸側面の最大傾斜角度は、一方の端部側の４８０μｍの領域においては２５°、残りの領域においては６５°であった。尚、スペーサの形状は、母材の形状と略相似形ではあるが、加熱延伸工程によって、凹凸構造は略台形形状ではあるものの、若干の湾曲が見られた。
【０２００】
この様にして製作したスペーサ基材は洗浄し、清浄化したスペーサ基材の上に、高抵抗膜としてＷとＧｅの窒化膜を真空成膜法により形成した。
【０２０１】
本実施例で用いたＷとＧｅの窒化膜は、スパッタリング装置を用いてアルゴンと窒素の混合雰囲気中で、ＷとＧｅのターゲットを同時にスパッタすることにより成膜した。成膜時にはスパッタリングの条件を変更することで、高抵抗膜の抵抗値を制御した。なお、高抵抗膜の抵抗値は、ＷとＧｅのターゲットへの投入電力およびスパッタ時間の調整により、Ｗの添加量を調整することで行った。得られた高抵抗膜は厚さがおよそ２００ｎｍであり、シート抵抗値は３×１０11Ω／□であった。
【０２０２】
次いで得られたスペーサを別途用意しておいた第一の基板１０１上に固定した。図１６および図６に示されるように、高抵抗膜１０５を形成したスペーサ１０３は、凹凸側面の最大傾斜角度が大きな領域が第一の基板１０１側に位置するように配置された上で、第一の基板１０１側で行方向配線１１３上に配置した。長手方向の端部において位置固定用のブロック（図１６には不図示）により固定した。スペーサ１０３を固定するためのブロックは、スペーサ１０３と同様にガラス（ＰＤ２００）を切削加工する事で作製した。ブロックは４ｍｍ×５ｍｍ×厚さ１ｍｍの直方体状をしており、その側面にはスペーサ１０３の長手方向端部を挿入できるよう、幅２１０μｍの溝を形成した。スペーサ１０３およびブロックは、パネル内に設置する際に、スペーサ１０３が第二の基板１０２や第一の基板１０１に対して、斜めに傾くことの無いよう調整を行った上で、セラミック系の接着剤により互いに固定した。
【０２０３】
この後、別途作製しておいた第二の基板１０２および側壁１１５とともに、外囲器を形成し、真空排気および電子源の形成を行った。この後封止を行うことにより、スペーサは外囲器の外から加わる大気圧により、パネル内の所定の位置に完全に固定された。
【０２０４】
以上のように完成した、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、各電子放出素子１１２には、容器外端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを通じ、走査信号および変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ印加する。これにより電子を放出させる。一方、メタルバック１１９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された電子ビームを加速し、蛍光膜１１８に電子を衝突させ、各色蛍光を励起・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５ｋＶ乃至１３ｋＶの範囲とし、各配線１１３、１１４間への印加電圧Ｖｆは１８Ｖとした。また、素子を駆動するパルス幅は０．５μｓｅｃ以上２０μｓｅｃ以下、駆動周波数は６０Ｈｚとした。
【０２０５】
画像表示装置を駆動した状態で、スペーサ１０３の最近接にある電子放出素子１１２からの放出電子による発光スポットの位置を、駆動パルス幅ごとに詳細に観測した結果、駆動パルス幅による発光スポットの位置の変化は１０μｍ以内であった。
【０２０６】
一方、比較例として全ての凹凸形状において最大傾斜角度が等しいスペーサを同様の方法で作製して、実施例と同様に駆動パルス幅ごとの、スペーサ最近接の電子放出素子からの放出電子による発光スポットの位置を詳細に観察した。その結果、駆動パルス幅が長くなるのにしたがって、発光スポットの位置がおよそ２８μｍ変位する様子が観測されたことから、駆動中の帯電の影響を抑制するという、本発明の有効性、および優位性を確認することができた。
【０２０７】
実施例５
本実施例においては、第一の基板側から第二の基板側へ向けて、徐々に側面の最大傾斜角度が変化する凹凸構造を有するスペーサを配置した画像表示装置を作製した。作製したスペーサ基材の主表面には凹凸側面の最大傾斜角度が３０°乃至８０°の範囲で、最大傾斜角度が徐々に変化するような凹凸構造を形成した。個々の凹凸側面の最大傾斜角度は、スペーサ表面の各位置で、そこに入射する電子の入射角度がほぼ０°（ほぼ垂直に入射）となるように決定されたものであり、概ね図２３のような分布となっている。なお、図中横軸の溝番号はスペーサの短手方向（幅に該当）の一方の端部から数えた溝の番号であり、１から５２（本実施例では溝の数は５２本である）までプロットしてある。凹凸の断面形状は略台形状である。凹凸の深さは１０μｍであり、周期は３０μｍであった。スペーサは実施例４と同様にガラス（ＰＤ２００）の母材に、切削加工により凹凸を形成した後に、加熱延伸工程を行うことにより作製した。得られたスペーサ基材のサイズは１．６ｍｍ×８００ｍｍ×０．２ｍｍであった。なお、本実施例においても、延伸後の基材に不要の反り等が発生することなく、安定したスペーサ基材の形成が行えた。また、実施例４同様、スペーサの凹凸構造は略台形形状ではあるものの、若干の湾曲が見られた。
【０２０８】
得られたスペーサ基材は洗浄後、高抵抗膜の成膜を行った後に、最大傾斜角度が８０°である側が第一の基板側となるように配置して、第一の基板上へ固定した。なお、本実施例において、スペーサ以外の構成は実施例１と同様である。
【０２０９】
作製した画像表示装置を用いて、実施例４と同様の評価を実施したところ、実施例４と同様であり、また最近接の発光スポットの位置の駆動パルス幅による変位は５μｍ以内であり、実施例４の場合と比較して、さらに帯電による影響の抑制効果が向上した。
【０２１０】
実施例６
本実施例においては、図１７に示すように凹凸の周期が第一の基板側と比較して第二の基板側で長くなっているスペーサを用いた画像表示装置を作製した。
【０２１１】
実施例４と同様に加熱延伸法を用いて作製したスペーサ基材のサイズは１．６ｍｍ×８００ｍｍ×０．２ｍｍであった。本実施例においても、延伸後の基材に不要の反り等が発生することなく、安定したスペーサ基材の形成が行えた。
【０２１２】
スペーサ基材の主表面に形成された凹凸の断面形状は椀形状であり、深さは１０μｍ、最大傾斜角度は６０°であり、周期は主表面の短手方向（第一の基板と第二の基板の対向方向（幅））の５０％の領域で３０μｍ、残りの５０％の領域で５０μｍとした。
【０２１３】
得られたスペーサは洗浄後、高抵抗膜の成膜を行った後に、凹凸周期が３０μｍである側が第一の基板と当接する側となるように配置して、位置合わせをした上で別途用意しておいた第一の基板上へ固定した。本実施例において用いた第一の基板には、電子放出素子が４５０μｍのピッチで形成されており、スペーサの最近接の電子放出素子までの距離は１２５μｍとなる。
【０２１４】
さらに別途作製しておいた第二の基板１０２および側壁１１５とともに、外囲器を形成し、真空排気および電子源の形成を行った。この後封止を行うことにより、スペーサは外囲器の外から加わる大気圧により、パネル内の所定の位置に完全に固定され、画像表示装置を作製した。
【０２１５】
作製した画像表示装置を用いて、実施例４と同様の評価を実施したところ、最近接の発光スポットの位置の駆動パルス幅による変位は４μｍであった。
【０２１６】
一方、比較例として５０μｍ周期で全ての凹凸形状を形成したスペーサを同様の方法で作製して、実施例と同様に駆動パルス幅ごとの、スペーサ最近接の電子放出素子からの放出電子による発光スポットの位置を詳細に観察した。その結果、駆動パルス幅が長くなるのにしたがって、発光スポットの位置がおよそ１５μｍ変位する様子が観測されたことから、駆動中の帯電の影響を抑制するという、本発明の有効性、および優位性を確認することができた。
【０２１７】
実施例７
本実施例においては、凹凸の周期が第一の基板側から第二の基板側へ向けて、徐々に長くなっているスペーサを用いた画像表示装置を作製した。
【０２１８】
実施例６と同様に加熱延伸法を用いて、表面に断面が椀形状の凹凸を有するスペーサ基材を作製した。得られたスペーサ基材のサイズは１．６ｍｍ×８００ｍｍ×０．２ｍｍであった。形成された凹凸の深さは１０μｍ、最大傾斜角度は６０°から６５°であり、その周期は２０μｍから５０μｍまで一周期ごとに０．７μｍずつ長くなるようにした。凹凸は総計４４本形成した。なお、本実施例においても、延伸後のスペーサ基材に不要の反り等が発生することなく、安定したスペーサ基材の形成が行えた。
【０２１９】
洗浄後、高抵抗膜を成膜されたスペーサは、凹凸の周期が短い側が第一の基板と当接する側となるように配置して、位置合わせをした上で別途用意しておいた第一の基板上へ固定した。本実施例においても第一の基板には、電子放出素子が４５０μｍのピッチで形成されており、スペーサの最近接の電子放出素子までの距離は１２５μｍとなる。
【０２２０】
ここで別途作製しておいた第二の基板１０２および側壁１１５とともに、外囲器を形成し、真空排気および電子源の形成を行った。この後封止を行うことにより、スペーサは外囲器の外から加わる大気圧により、パネル内の所定の位置に完全に固定され、画像表示装置が得られた。
【０２２１】
作製した画像表示装置を用いて、実施例６と同様の評価を実施したところ、最近接の発光スポットの位置の駆動パルス幅による変位は３μｍであり、実施４と比較してもさらに帯電抑制効果が向上している事を確認した。なお、上述の実施例４または５と本実施例または実施例６を組み合わせた構成も可能であり、本実施例と同様の効果を得られる。
【０２２２】
実施例８
本実施例においては、図１８に示すように凹凸の深さが第二の基板側と比較して、第一の基板側の方が深くなっているスペーサを用いた画像表示装置を作製した。
【０２２３】
本実施例に用いたスペーサは、アルミナに切削加工を行うことによって表面に凹凸を形成した。スペーサ基材のサイズは１．８ｍｍ×１００ｍｍ×厚さ０．２ｍｍであり、表面には切削により５０μｍ周期で矩形状の凹凸を形成した。凹凸深さは一方の端部から１／３の領域は１２μｍとし、残りの領域では５μｍとした。
【０２２４】
加工したスペーサに対して、実施例１と同様の高抵抗膜を成膜した。この際、矩形状の凹凸部において抵抗分布が生じないように、スペーサ基材の長手方向の軸を中心に基材を回転させながら高抵抗膜を成膜した。得られた高抵抗膜のシート抵抗値は１×１０12Ω／□であった。
【０２２５】
次いで、別途作製した第一の基板に対し、スペーサ基材の凹凸深さが深い側で第一の基板と当接するように配置して固定した。
【０２２６】
さらに別途作製しておいた第二の基板１０２および側壁１１５とともに、外囲器を形成し、真空排気および電子源の形成を行った。この後封止を行うことにより、スペーサは外囲器の外から加わる大気圧により、パネル内の所定の位置に完全に固定され、画像表示装置が得られた。
【０２２７】
作製した画像表示装置を用いて、実施例４と同様の評価を実施したところ、最近接の発光スポットの位置の駆動パルス幅による変位は４μｍであった。
【０２２８】
一方、比較例として全ての凹凸において深さを５μｍとして形成したスペーサを同様の方法で作製して、実施例と同様に駆動パルス幅ごとの、スペーサ最近接の電子放出素子からの放出電子による発光スポットの位置を詳細に観察した。その結果、駆動パルス幅が長くなるのにしたがって、発光スポットの位置がおよそ２０μｍ変位する様子が観測されたことから、駆動中の帯電の影響を抑制するという、本発明の有効性、および優位性を確認することができた。なお、本実施例において、溝の深さが第二の基板から第一の基板に向けて除除に深くなる構成を採用しても良く、この場合も本実施例と同様の効果を得ることができる。
【０２２９】
実施例９
本実施例において用いたスペーサを図１９に示す。
【０２３０】
本実施例においては、アルミナ基材に切削加工を行い、第一の基板と第二の基板の対向方向において、凸部の頂面の面積が徐々に変化するように凹凸形状を形成した。作製したスペーサ基材は１．８ｍｍ×１００ｍｍ×厚さ０．２ｍｍであり、凹凸深さは８μｍ、凹凸の周期は５０μｍであった。凹凸の断面は湾曲した略台形状であり、側面の最大傾斜角度は６０°、凸部の頂面の幅は２０μｍから５μｍとし、凹部（溝）の間隔は２０μｍで一定とした。
【０２３１】
加工したスペーサには実施例４と同様に高抵抗膜を成膜した後に、第一の基板上に固定した。この時、頂面の幅（第一の基板と第二の基板の対向方向における頂面の間隔）が広い側（長い側）が第一の基板側となるように配置した。
【０２３２】
さらに別途作製しておいた第二の基板１０２および側壁１１５とともに、外囲器を形成し、真空排気および電子源の形成を行った。この後封止を行うことにより、スペーサは外囲器の外から加わる大気圧により、パネル内の所定の位置に完全に固定され、画像表示装置を作製した。
【０２３３】
作製した画像表示装置を用いて、実施例４と同様の評価を実施したところ、最近接の発光スポットの位置の駆動パルス幅による変位は４μｍであった。
【０２３４】
一方、比較例として全ての凹凸において頂面の幅（第一の基板と第二の基板の対向方向における頂面の長さ）を２０μｍで一定として形成したスペーサを同様の方法で作製した。これを用いて、実施例と同様に駆動パルス幅ごとの、スペーサ最近接の電子放出素子からの放出電子による発光スポットの位置を詳細に観察した。その結果、駆動パルス幅が長くなるのにしたがって、発光スポットの位置がおよそ１８μｍ変位する様子が観測されたことから、駆動中の帯電の影響を抑制するという、本発明の有効性、および優位性を確認することができた。
【符号の説明】
【０２３５】
１０１：第一の基板（リアプレート）、１０２：第二の基板（フェースプレート）、１０３：スペーサ、１０４：主表面、１０５：高抵抗膜、１０６：凹凸構造、１０７：スペーサ固定用ブロック、１１２：電子放出素子、１１３：行方向配線、１１４：列方向配線、１１５：側壁、１１８：蛍光体、１１９：メタルバック
【図１】
2010182697.tif 000024
【図２】
2010182697.tif 000025
【図３】
2010182697.tif 000026
【図４】
2010182697.tif 000027
【図５】
2010182697.tif 000028
【図６】
2010182697.tif 000029
【図７】
2010182697.tif 000030
【図８】
2010182697.tif 000031
【図９】
2010182697.tif 000032
【図１０】
2010182697.tif 000033
【図１１】
2010182697.tif 000034
【図１２】
2010182697.tif 000035
【図１３】
2010182697.tif 000036
【図１４】
2010182697.tif 000037
【図１５】
2010182697.tif 000038
【図１６】
2010182697.tif 000039
【図１７】
2010182697.tif 000040
【図１８】
2010182697.tif 000041
【図１９】
2010182697.tif 000042
【図２０】
2010182697.tif 000043
【図２１】
2010182697.tif 000044
【図２２】
2010182697.tif 000045
【図２３】
2010182697.tif 000046
【図２４】
2010182697.tif 000047
【図２５】
2010182697.tif 000048
【図２６】
2010182697.tif 000049
【手続補正書】
【提出日】平成22年5月10日(2010.5.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電子放出素子からなる電子源を有する第一の基板と、
前記電子源から放出された電子を加速する加速電極を有し、前記第一の基板と対向して配置されている第二の基板と、
前記第一の基板と前記第二の基板との間に配置され、前記第一の基板と前記第二の基板との間隔を規定するスペーサとを有する画像表示装置において、
前記スペーサは、その主表面に、前記第一の基板と前記第二の基板の対向方向に交互に周期的に形成された複数の凹部と凸部とからなる凹凸構造を有し、
前記凹部と凸部の周期が、前記凹凸構造の前記第一の基板側の領域よりも前記第二の基板側の領域において長いことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記凹部と凸部の周期が、前記第一の基板側から前記第二の基板側へ向かって徐々に大きくなることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記凹部と凸部の周期は、前記スペーサの主表面から該主表面に最も近い位置にある前記電子放出素子までの距離の１／３以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記凹凸形状の周期は、前記スペーサ基材の主表面から該主表面に最も近い位置にある前記電子放出素子までの距離の１／１０以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電子放出素子からなる電子源を有する第一の基板と、電子を加速するための加速電極を有し、前記第一の基板と対向配置された第二の基板と、前記第一の基板と前記第二の基板との間に配置されたスペーサとを有する画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子放出素子の利用形態としては、画像表示装置が挙げられる。例えば、冷陰極電子放出素子を多数形成した第一の基板と、電子放出素子から放出された電子を加速するアノード電極および発光部材としての蛍光体を具備した第二の基板とを平行に対向させ、真空に排気した平面型の電子線表示パネルが知られている。なお、一般には、第一の基板はリアプレートと称され、アノード電極および発光部材としての蛍光体を具備した第二の基板はフェースプレートと称される。また、真空排気した電子線表示パネル内には、耐大気圧構造として、スペーサが配置される。
【０００３】
特許文献１には、スペーサにおける二次電子放出特性の角度依存増倍係数を規定し、電子の入射角度や分布に応じて、凹凸の構造を変える旨の記載がある。その一例として、ランダムな凹凸を有するスペーサに関する記載がある。
【０００４】
特許文献２には、スペーサ表面にストライプ状の凹凸を形成し、スペーサの表面領域毎に溝の深さまたは溝のピッチを変更することが記載されている。また、スペーサ基板形成時に加熱延伸法を用いることも示されている。
【０００５】
特許文献３には、スペーサ表面に形成された凹凸形状における帯電状態について、表面が電子源側に向いている面が負に、表面が被電子線照射部材側に向いている面あるいは電子源と被電子線照射部材とを結ぶ法線に沿った面が正に帯電することが述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３１１６３２号公報（ＵＳＰ６８０９４６９）
【特許文献２】特開２００３−２２３８５８号公報（ＵＳＰ６９６３１５９）
【特許文献３】特開２００３−２２３８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来のスペーサ構造を用いた画像表示装置においては、電子放出素子から放出された電子ビームの第二の基板上での到達位置が、駆動信号に応じて（輝度信号の大きさに応じて）変化する場合があるという新たな課題を我々は発見した。この課題をかかえる表示装置においては、駆動信号の変化に伴って、輝点の位置が変化し、その結果、表示画像の品位を下げることとなる。本発明は、この新たな課題を解決し得る新規な画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
すなわち、本発明は、複数の電子放出素子からなる電子源を有する第一の基板と、
前記電子源から放出された電子を加速する加速電極を有し、前記第一の基板と対向して配置されている第二の基板と、
前記第一の基板と前記第二の基板との間に配置され、前記第一の基板と前記第二の基板との間隔を規定するスペーサとを有する画像表示装置において、
前記スペーサは、その主表面に、前記第一の基板と前記第二の基板の対向方向に交互に周期的に形成された複数の凹部と凸部とからなる凹凸構造を有し、
前記凹部と凸部の周期が、前記凹凸構造の前記第一の基板側の領域よりも前記第二の基板側の領域において長いことを特徴とする画像表示装置を提供するものである。
【００１５】
【発明の効果】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
本発明によれば、スペーサ表面の帯電の影響を、より効果的に低減することができる。スペーサは表面に凹凸を形成することにより、凹凸形状内に部分ごとに正負両符号の帯電が生じる。正負帯電間の距離が小さければ、お互いの影響がキャンセルし合い、電界への影響を抑制することができる。第一の基板側ほど近傍を飛翔する電子のエネルギーが小さい（加速されていない）ため、この領域で帯電の影響をキャンセルする効果を高めるために、より短い周期で凹凸を形成するほうが好ましい。また、第一の基板側に短周期の凹凸を配置することで、第一の基板近傍の電子軌道への影響を減少させると同時に、第二の基板側を長周期とすることで、スペーサ近傍の電子軌道が第二の基板寄りでスペーサに向かう電子軌道となる。これによって、電子ビームの挙動を所望に制御することが可能となる。
【００２１】
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第一の参考形態を説明する電子線装置の断面図である。
【図２】第二の参考形態を説明する電子線装置の断面図である。
【図３】第一の参考形態における、スペーサ表面の凹凸比の分布を説明する図である。
【図４】第一の参考形態における、スペーサ表面の他の凹凸比の分布を説明する図である。
【図５】本発明および参考形態における凹凸形状の例を説明する模式図である。
【図６】本発明および参考形態の電子線装置の構造を示す一部を切り欠いた斜視図である。
【図７】凹凸構造を説明する説明図である。
【図８】凹凸内部の帯電の状態を示す説明図である。
【図９】スペーサ表面の帯電のバランスが崩れた場合の、スペーサ近傍の電界の様子を説明する図である。
【図１０】凹凸形状の例を説明する模式図である。
【図１１】加熱延伸時に不要な反りの生じない母材形状に関する説明図である。
【図１２】一般的な絶縁材量の二次電子放出係数の入射エネルギーおよび入射角度に対する依存性を説明する模式図である。
【図１３】一般的な材量のスペーサ基材における、第一の基板から第二の基板にかけての凹凸比の好ましい分布の範囲を説明する図である。
【図１４】スペーサ基板の作製に用いる加熱延伸装置の模式図である。
【図１５】スペーサの表面に、複数の凹部が不連続に形成されている場合の形状例を示す図である。
【図１６】第四の参考形態を示す画像表示装置の断面図である。
【図１７】本発明の実施形態を示す画像表示装置の断面図である。
【図１８】第五の参考形態を示す画像表示装置の断面図である。
【図１９】第二の参考形態の別の例を示す断面図である。
【図２０】凹凸側面の最大傾斜角の定義を説明する図である。
【図２１】スペーサへ衝突する電子軌道の様子を示す模式図である。
【図２２】第二の基板に形成された蛍光膜の配列の一例を説明する模式図である。
【図２３】参考例５における凹凸の最大傾斜角度を示す図である。
【図２４】異なる凹凸構造を説明する説明図である。
【図２５】スペーサ表面に複数の凹部が不連続に形成されている場合の面積比を説明する説明図である。
【図２６】帯電の間隔と画質劣化の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明は画像表示装置に関するものであり、特に複数の電子放出素子を平面基板上に配置した電子源を用いた、平面形の画像表示装置に対して好適に用いることができる。
【００２４】
以下で、画像表示装置およびそこに用いたスペーサの構成ついて図面を用いて説明する。
【００２５】
（第一の参考形態）
図１は画像表示装置の第一の参考形態の断面を示す模式図である。
【００２６】
図１において、第一の基板（リアプレートともいう）１０１には複数の電子放出素子１１２が配置されており、複数の行方向配線１１３と複数の列方向配線（不図示）によって、マトリクス状に配線されている。
【００２７】
電子放出素子１１２は、電界放出型や表面伝導形等の冷陰極電子放出素子であればよく、特に表面伝導形電子放出素子は構造が単純であり、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することが容易に行える点で好ましい。
【００２８】
第二の基板（フェースプレートともいう）１０２には、蛍光体層１１８およびメタルバック１１９および黒色体１１８ｂが形成されている。メタルバック１１９は、不図示の電源から高電圧を印加されることによって電子源１１１から放出された電子を第二の基板１０２側へ向けて加速するための加速電極として作用する。加速された電子は蛍光体層１１８に衝突し、蛍光体層１１８を発光させることで所望の画像が形成される。
【００２９】
第一の基板１０１と第二の基板１０２との間の空間は、気密容器１３０（全体としては不図示）を形成しており、その内部は真空に保持されている。そのため大気圧による気密容器１３０の破壊を防止し、第一の基板１０１と第二の基板１０２の間隔を一定に保つために、必要な数のスペーサ１０３が設けられている。スペーサ１０３は電子線装置に加わる大気圧を支持するための十分な機械的強度、および電子線装置の製造工程で加えられる熱に対する耐熱性が必要である。加えて、スペーサ１０３には、第一の基板１０１と第二の基板１０２との間に印加される高電圧に耐えるだけの絶縁性が必要である。したがって、スペーサ１０３の材質としては、ガラスあるいはセラミックス等の耐熱性と絶縁性を有する材料を好適に用いることができる。また、スペーサ１０３は、一般に平板状や柱状等の様々な形態をとることができる。
【００３０】
スペーサ１０３の主表面１０４には凹凸構造１０６が形成されている。ここで、スペーサ１０３の主表面１０４とは、第一の基板１０１と第二の基板１０２との間で露出するスペーサ１０３の表面であって、電子放出素子１１２の配置側に露出している面をいう。凹凸構造１０６は、第一の基板１０１及び第二の基板１０２に平行な凹部６０２と凸部６０３（図７参照）が、第一の基板１０１と第二の基板１０２の対向方向に交互に形成された構成となっている。この凹凸構造１０６は、スペーサ１０３全体にわたって一様である必要はなく、場所によって異なる構造をとっても良い。
【００３１】
凹凸構造１０６は、図７に示すように、凹部６０２と凸部６０３で構成されている。ここで、凹部６０２とは、基準表面６０１よりも凹んだ部分であり、凸部６０３とは、逆に基準表面６０１よりも高い部分のことである。基準表面６０１は、凹部６０２の底部から凹凸深さの９０％の位置で表される面のことである。また、凹凸構造１０６の凹凸深さ６０４は、凸部６０３と凹部６０２の高低差で表される。
【００３２】
ここで、凹部６０２の長さと凸部６０３の長さは、それぞれ上記基準表面６０１との交点間の間隔（長さ）であって、第一の基板１０１と第二の基板１０２に対して垂直な方向における長さをいう。前記第一の基板１０１と前記第二の基板１０２の対向方向における凹部６０２の長さをＡ、凸部６０３の長さをＢとしたときに、前記凹部６０２の長さＡと前記凸部６０３の長さＢの比である凹凸比Ａ／Ｂが次の関係式を満たすように凹凸構造１０６が形成されていることが好ましい。
【００３３】
【数１】
2010182697.tif 000050
【００３４】
ただし、αは凹部６０２に入射した電子が凹部６０２内にトラップされる（閉じ込められる）確率であり、０〜１の範囲の値をとる。画像表示装置の動作中に第一の基板１０１および第二の基板１０２間に印加される電界強度Ｅ（Ｖ／ｍ）、凹部６０２の長さＡによって次のようにして求めることができる。
【００３５】
【数２】
2010182697.tif 000051
【００３６】
なお、放出される二次電子の平均初期エネルギーは５ｅＶとしている。
【００３７】
ここで、αは、凹部６０２に安定に負帯電を形成するために０．７以上の値をとることが好ましい。このとき、凹凸構造１０６の凹凸深さｄは、下記式を満たしていることが必要である（換言すれば、凹部で負帯電を発生させるための必要条件である）。またδAおよびδBはそれぞれ、凹部６０２および凸部６０３における二次電子放出係数である。
【００３８】
【数３】
2010182697.tif 000052
【００３９】
また、δAは、
【００４０】
【数４】
2010182697.tif 000053
である。
【００４１】
二次電子放出係数は、入射する電子のエネルギーおよび衝突時の角度によって変化するため、第一の基板から第二の基板にかけて様々な値をとりうる。凹凸構造も、二次電子放出係数の変化に応じて、第一の基板から第二の基板に向かって、各位置で異なる凹凸比Ａ／Ｂをとることが好ましい。
【００４２】
ここで、上記の構成のスペーサの作用について説明する。
【００４３】
画像表示装置を駆動すると、第二の基板表面で背面散乱された電子がスペーサ表面に衝突する。衝突した電子はスペーサ表面で二次電子を発生させることによって、衝突箇所に帯電電荷を生成する。表面に凹凸が形成されている場合、凹凸の形状に応じて図８に示すような帯電状態が形成される。すなわち、第二の基板を向いた面、あるいは第一の基板と第二の基板の対向方向に沿った面（凸部の頂面）が正に帯電するのに対して、第一の基板を向いた面は負に帯電する。これは、第一の基板を向いた面に電子が衝突することで生じた二次電子が、再衝突を繰り返す過程で吸収されるためである。言い換えると凹凸構造の凹部に電子が閉じ込められることにより、凹部内に負帯電が形成される。
【００４４】
ひとつの凹凸構造内で生じる正帯電電荷量と負帯電電荷量がつりあえば、それぞれの帯電電荷による影響はキャンセルし合い、スペーサ近傍の電界に与える影響を抑制し、スペーサの近傍を飛翔する電子の軌道に与える影響を抑制することができる。凹凸構造の一周期内で、生じる正帯電電荷量と負帯電電荷量がつりあうためには、凸部に生じる正帯電量と凹部に生じる負帯電量とが同量生成されることが必要となる。
【００４５】
一般に、凸部に生じる正帯電量ｑ凸は、
【００４６】
【数５】
2010182697.tif 000054
として計算することができる。また、凹部に生じる負帯電量ｑ凹は、
【００４７】
【数６】
2010182697.tif 000055
として計算することができる。ここでｑ凹は負の値となることが必要であるため、δAは、下記式を満たすことが必要となる。
【００４８】
【数７】
2010182697.tif 000056
【００４９】
αは凹部内に入射した電子が、その凹部内に閉じ込められる確率であり、δAおよびδBはそれぞれ凹部および凸部に入射した電子による二次電子放出係数である。またＮAおよびＮBは凹部および凸部に入射する電子数である。
【００５０】
１つの凹凸構造内で正負の帯電量がつりあう為には、ｑ凸とｑ凹との合計がゼロになればよい。すなわち、
【００５１】
【数８】
2010182697.tif 000057
となればよい。これを変形すると、
【００５２】
【数９】
2010182697.tif 000058
という関係が得られる。
【００５３】
ＮA／ＮBは凹部と凸部に入射する電子数の比であり、これは第一の基板と第二の基板の対向方向における凹部の長さＡと凸部の長さＢの比である凹凸比Ａ／Ｂに等しい。すなわち、下記式が満たされれば、その凹凸構造内で同量の正電荷と負電荷が生じ、近傍の電界に対する帯電の影響はキャンセルすることができる。実際には完全に正負帯電がつりあう必要はなく、必要な作用が得られる範囲で凹凸比Ａ／Ｂを決定すればよい。
【００５４】
【数１０】
2010182697.tif 000059
【００５５】
凹凸比Ａ／Ｂが上記式の値からずれた場合、すなわち１つの凹凸構造内に負電荷が正電荷に比べて多く存在する場合や、逆に正電荷が負電荷に比べて多く存在するような場合には、スペーサ近傍の電場が歪み、近傍を飛翔する電子の軌道に影響を与えることがある。負電荷が多く存在する場合には、図９（ａ）に示すように、スペーサ近傍にスペーサから電子軌道を遠ざけるような電界が形成される。逆に、正電荷が多い場合には、図９（ｂ）に示すように、スペーサ近傍にスペーサに向けて電子軌道を近づけるような電界が形成される。負電荷と正電荷のバランスが崩れるほど近傍の電界の乱れは大きくなり、ある程度以上に電界の乱れが大きくなると、近傍のビーム軌道のずれが、画像の乱れとして認識できる程度にまでひどくなる。
【００５６】
官能評価等による発明者らの検討から、一般的な距離で画像を見た場合、正規の位置から２％以上ビーム位置がずれると、人間の目に画像の乱れとして認識されることが分かった。つまり、人間の目に画像の乱れとして認識される閾値があり、これが２％のずれ量であることが明らかになった。発明者らは、負帯電量と正帯電量のずれに対するスペーサ近傍の電子軌道の位置ずれ量に対して詳細な検討を行った。その結果、図１０に示すように負帯電量と正帯電量のずれが５０％を超えない範囲において、電子ビームの位置ずれが２％以内となり、所望の効果を得られることを見出した。
【００５７】
さらに、正電荷が負電荷に比べて５０％以上大きくなった場合、スペーサに向かう電界強度が強くなり、スペーサ表面で二次電子が衝突を繰り返しながら増大する、いわゆる二次電子なだれが発生する危険性が高くなる。二次電子なだれは二次電子放出係数に依存して指数関数的に増加するので、スペーサ表面の帯電も急激に進展し、第一の基板近傍の電界強度が増加して、放電が発生する可能性が急激に増加する。このことからも負帯電量と正帯電量のずれが５０％を超えないことが必要となる。
【００５８】
以上のことから、凹部の間隔Ａと凸部の間隔Ｂの比である凹凸比Ａ／Ｂは下記式を満たしていることが必要となる。
【００５９】
【数１１】
2010182697.tif 000060
【００６０】
また、近傍のビーム軌道までの距離が小さい場合や、二次電子放出係数や誘電率等によって生じる帯電量が大きい場合等は、下記式で示されるより好ましい範囲に凹凸比Ａ／Ｂを制御することでその影響を小さくすることができる。
【００６１】
【数１２】
2010182697.tif 000061
【００６２】
また、一般的な画像表示装置の駆動時の印加電界強度を１ｍｍあたり３ｋＶ程度とすると、凹部のサイズ（開口サイズ）が５μｍ程度の場合、凹部の深さは３μｍ以上あれば十分好適な効果を得ることができる。このような条件下における好ましいスペーサの凹凸構造としては、凹凸構造の深さが、３μｍ以上２０μｍ以下、凹部の長さＡ及び凸部の長さＢがｒ／１０以下、であり、凹凸比Ａ／Ｂが１以上３０以下である。この場合、スペーサ表面の帯電を効果的に抑制できる。尚上記ｒとは、スペーサの主表面から最も近い位置にある電子放出素子までの距離である。
【００６３】
また、前記凹部と前記凸部の高低差である凹凸深さｄは、下記式を満たしていれば、凹凸内にトラップされる（閉じ込められる）確率αが、凹凸構造の断面形状や表面の材料に依らず、最大値で安定化するため、より好適な作用を得ることができる。
【００６４】
【数１３】
2010182697.tif 000062
【００６５】
二次電子放出係数δは一般に入射エネルギーおよび入射角度に応じて変化する。二次電子放出係数の入射エネルギー依存特性は、図１２に示すように一般にピークを有した山型の特性を示す。多くの材料の場合、二次電子放出係数δのピーク値は１を超え、δ＝１を満足する入射エネルギーを２つ有している。この二つのクロスポイントエネルギー間の入射エネルギーにおいては二次電子放出係数が正となり、衝突箇所に正電荷が発生する。二つのクロスポイントエネルギーのうち小さい方を第一クロスポイントエネルギーＥ１、大きい方を第二クロスポイントＥ２と称する。
【００６６】
二次電子放出係数の測定には、汎用の走査型電子顕微鏡ＳＥＭの装置に電子電流電流計を備えたものを使用する。一次電子電流はファラデーカップを用いる。二次電子電流量は検出器としてコレクター（ＭＣＰ等を使うことができる）を備えたものを用いて確定する。また、試料部を通過する試料電流と一次電子電流と二次電子電流の連続則の関係を用いて試料電流と一次電子電流から求めてもよい。
【００６７】
二次電子放出係数は、一般に入射エネルギーによって変化するため、複数の入射エネルギー条件下で測定を行う。さらに二次電子放出係数は、一般に入射エネルギーのほかに入射角度によっても変化するため、同一の入射エネルギー条件下で、入射角度を０度および０度以外の角度にして測定を行う。このようにして得られた入射エネルギー依存性および入射角度依存性に対して、特開２０００−３１１６３２に記載されている一般式（０）および（１）を用い、最小二乗法によるフィッティングを行う。これにより、各種の材料に対する二次電子放出係数δのエネルギーおよび角度に対する依存性を決定することができる。本参考形態においては、二次電子放出係数を、入射エネルギーが５００ｅＶから３０００ｅＶの範囲で、入射角度が０度、２０度、４０度、６０度および８０度のときの二次電子放出係数をそれぞれ測定して、上記フィッティングを行っている。凹部および凸部の二次電子放出係数δAおよびδBを測定するためには、測定時のビームスポットを凹部の長さＡおよび凸部の長さＢ以下とし、凹部および凸部に照射すればよい。あるいは、後述するように計算によって凹部および凸部の二次電子放出係数を求めてもよい。測定時の真空度は１０-7Ｔｏｒｒ（１．３×１０-5Ｐａ）以下とし、室温（２０℃）で測定する。
【００６８】
こうして得られた二次電子放出係数を用いて、画像表示装置の駆動条件下におけるスペーサ表面の二次電子放出係数δの分布を求めることができる。例えば、スペーサに衝突する電子の軌道をモンテカルロシミュレーションすることにより、スペーサ表面における二次電子放出係数の分布を数値的に計算することができる。このとき凹凸構造を有するスペーサ表面のモデルを用いて計算することにより、凹部および凸部における二次電子放出係数を求めることができる。こうして得られた二次電子放出係数の分布から、実効的に帯電をゼロとするための凹凸比Ａ／Ｂの分布も求めることができる。
【００６９】
発明者らの数値シミュレーションにより、一般的にスペーサ表面における帯電を実効的にゼロとするための凹凸比Ａ／Ｂの分布は、図１３に示すように第一の基板側から第二の基板側へ向けて大きくなる。そして、極大値となった後、再び小さくなるような分布となることがわかった。これは図１２に示すように、二次電子放出係数の分布が、ピークを有する山形の分布となることに対応している。したがって、スペーサ表面の凹凸構造における凹凸比Ａ／Ｂは、第一の基板側から第二の基板側に向かって徐々に大きくなり、極大値となった後に、再び小さくなるように配置されていることが望ましい。
【００７０】
ここで、スペーサ表面の凹凸形状は必ずしも上述のような分布をとらなくても、スペーサ表面の一部に本参考形態に従った凹凸構造が形成されていることによって、本参考形態の効果を発揮することができる。すなわち上述したように、凹部と凸部の長さの比である凹凸比Ａ／Ｂが上述の関係を満たしている場所においては、帯電の影響が実効的にキャンセルされる。一般に、電子線を用いた画像表示装置においては、電子源から放出された直後の電子は、運動エネルギーが小さく、わずかな電界変化の影響を受けやすいのに対して、アノード近傍に到達した電子は、大きな運動エネルギーをもつため、電界変化の影響を受けにくい。したがって、第一の基板近傍の帯電量を実効的にゼロとすることで、電子軌道への影響の大きい第一の基板近傍の電界歪みを低減することで、好適な作用を得ることができる。このためには、第一の基板側の一部領域において、凹凸比Ａ／Ｂが本参考形態の関係に従い、第二の基板側に向けて徐々に大きくなるような凹凸構造が形成されていればよい（具体例は、後述の図１９参照）。
【００７１】
また、前述したように凹凸比Ａ／Ｂの値は、負帯電量と正帯電量のずれが５０％を超えない範囲において、所望の効果を得られる。これは図１３において、斜線でハッチングした領域内で凹凸比Ａ／Ｂを形成すれば所望の効果が得られるということを示している。
【００７２】
（本発明および参考形態における凹凸構造）
本発明における凹凸構造の断面形状は図５に示すように（ａ）略台形状、（ｂ）三角形状、（ｃ）お椀形状、（ｄ）矩形状等様々な形状を取ることができる。１種類だけでなく、複数の種類の断面形状を有する凹凸を混在して用いてもよい。特に、二次電子放出係数が大きい材料の場合、電子の入射角度分布を考慮して凹凸構造の断面形状を決定することで、より好適な作用を得ることができる。尚、上記のように、スペーサの表面に様様な凹凸形状を有する場合の、凹部長さＡ、凸部長さＢについて、図２４を用いて説明する。様々な凹凸構造を有する場合などは、各凹部について基準面を算出することで、凹部長さＡを個別に算出し、それをもとに各凸部の長さを個別に算出する。図２４はその一例である。
【００７３】
図２４に示すように、凹凸１と凹凸２では凹部の深さが異なる。しかし、この場合も、図７に基づき上述したように、各凹部でその凹部の底部から深さ９０％の位置において、第一の基板の法線と平行な線を伸ばし、この線が凹部内壁と交差する交点間の距離（長さ）で凹部の長さＡを規定する。これを各凹部でおこなうことで各凹部の長さＡを算出する。また、各凹部において、第二の基板（フェースプレート）に面する凹部の面と基準面との交点をその凹部の開始点とする。そして、隣り合う凹部（凹１と凹２）の開始点間の距離（長さ）から、第一の基板（リアプレート）に近い側の凹部（凹１）の長さＡを減算した値が、隣り合う凹部に挟まれた凸部（凸１）の長さＢである。そして、第一の基板側に位置する凹部と、該凹部に近接し該凹部よりも第二の基板側に位置する凸部とで１つの凹凸構造を形成し、隣り合う凹部間の距離（隣り合う凹部の開始点間の距離）が凹凸構造の１周期となる。
【００７４】
また、凹凸構造は、例えば板状スペーサの長手方向に平行な凹部が、連続的に形成されているだけでなく、例えば図１５（ａ）〜（ｃ）に示すように、スペーサの表面に複数の凹部が、不連続に形成されているような形状であってもよい。図１５は板状スペーサの主表面を表面からみた模式図であり、１４０１は凹部を１４０２は凸部（凹部でない部分）を示す。図１５において、凹部１４０１はいずれも矩形状の開口部を有しているが、開口形状は矩形状に限られるわけではなく、例えば円状や不規則な形状であってもよい。要は凹凸構造が形成されている位置において、凹部と凸部（凹部でない部分）の面積比が上述の関係を満たしていればよい。
【００７５】
尚、不連続に形成された凹部および凸部の面積は次のように定義する。
【００７６】
図２５に示すようにまずスペーサの主表面に一辺の長さがａである正方形の領域を考える。この正方領域に含まれる凹部の深さ（含まれる凹部がひとつの場合は該凹部の最大深さを、複数の凹部が含まれる場合は各凹部の最大深さの平均値、であらわされる）に対して、凹部の底部から凹部深さの９０％の深さの位置で表される平面を基準面として、この基準面よりも深い部分を凹部、基準面よりも浅い部分を凸部として定義する。凹部および凸部の面積はこのようにして定義された凹部および凸部の面積であり、凸部の面積と凸部の面積を合わせるとａ2となる。ここで正方領域のサイズについては次のようにして決める。
【００７７】
近傍の電子軌道に対する、スペーサ表面における帯電の影響を小さくするためには、スペーサ表面における正負帯電の間隔を小さくすることが好ましい。発明者らはこの正負帯電の間隔の最適な範囲を次のようにして決定した。まず、数値シミュレーションによりさまざまな間隔で正負帯電が生じた場合の電子ビームの変位量を求め、模擬的な画像データを作成した。次にＣＣＩＲ勧告５００−５（ＩＴＵＲ勧告５００−１１）で推奨されている主観評価法に基づいて同画像を評価した。その結果、図２６のような関係が得られた。ここで図２６の横軸は、スペーサ主表面から該主表面に最も近い電子放出素子までの距離をｒとしたときに、正負帯電の間隔がｒの何分の１であるかをあらわしており、例えば１０であれば正負帯電の間隔がｒ／１０であることを示す。また縦軸は前記主観評価で、画質が気になる（５段階評価のうち評点２以下）であった人の割合を示す。評価の結果正負帯電の間隔は少なくともｒ／３以下であり、より好ましくはｒ／１０以下であることが好ましいことがわかる。したがって、上記の正方領域のサイズは、一辺の長さａが、ｒ／３以下、より好ましくはｒ／１０以下とすることが必要である。
【００７８】
また、上述したとおり、スペーサ表面に形成された凹凸構造においては、その内部で正負両符号の電荷が生成され、両者の影響が打ち消しあい、近傍の電界に与える影響を低減することができる。しかしながらスペーサのごく近傍では、すなわち正負帯電の間隔と比較して、スペーサに近接した領域においては、正負の帯電の影響がキャンセルされずに、電子軌道に影響をおよぼす程度の電界の変化が生じる範囲が存在する。その範囲はおよそ正負帯電の間隔程度であって、正負帯電の間隔が広いほど（凹凸の周期が長いほど）、広い範囲に帯電の影響がおよぶ。したがって、スペーサの主表面と、該主表面から最も近い位置にある電子放出素子との距離をｒとしたとき、前記凹部の長さＡと前記凸部の長さＢの和Ａ＋Ｂ、すなわち正負帯電の間隔が、ｒ以下であることが望ましい。
【００７９】
（本発明および参考形態で用いるスペーサの製造方法）
続いて、スペーサの製造方法について説明する。
【００８０】
スペーサ表面への凹凸形状の加工方法としては、上述の凹凸形状を形成可能な手法の中から自由に選択することができる。機械的切削法、研磨等の物理的な方法や、フォトリソグラフィー、エッチング法等の化学的な方法の他、加熱等の手段により形状変化可能な材料を用いて型成型する方法等各種の製法が適用可能である。中でも、加熱により形状変形可能な材料のガラス等の母材に、切削あるいは金型等により凹凸形状を形成し、軟化点付近もしくはそれ以上の加熱下で延伸することにより、スペーサを形成する加熱延伸法が量産性に優れている点で特に好適である。
【００８１】
凹凸形状を有する母材を加熱延伸法で加工する場合、母材の形状によっては、延伸後の部材に不要な反り等が発生する場合がある。これは母材の各部分において平均的な表面積や体積が異なるために場所ごとに熱容量の差が生じ、結果として加熱速度や冷却速度に差がついてしまうためである。図１１に示すように、母材の主断面中の（ａ）長手方向（高さ方向）あるいは（ｂ）短手方向（厚さ方向）の中心軸で分けられる２領域において、その体積または表面積のいずれか、または両方が概ね等しい。このような母材形状とすることによって、加熱延伸工程においてその主断面中の一方向に沿った温度分布が、母材、あるいはスペーサ、あるいはその中間状態において概ね対称な分布となり、不要な反りの発生を抑制することができる。
【００８２】
（本発明および参考形態の画像表示装置の製造方法）
続いて、スペーサを用いた電子線装置である、本発明および参考形態の画像表示装置の製造方法について簡単に説明する。本発明および参考形態を適用した画像表示装置の作製にあたっては、特開２０００−３１１６３３号で開示されたものと同様の構成、および製造法を用いた。
【００８３】
図６は本発明または参考形態に基づいて作製したスペーサを用いた画像表示装置の一実施態様における斜視図であり、内部構造を示すためにパネルの一部を切り欠いて示してある。
【００８４】
図中、１０１は第一の基板、１０５は側壁、１０２は第二の基板であり、これらにより表示パネルの内部を真空に維持するための気密容器を形成している。
【００８５】
１０３は本発明または参考形態に基づいて作製されたスペーサであり、第一の基板１０１と第二の基板１０２との間隔を規定するとともに、真空排気された気密容器内外の気圧差による気密容器の破損を防止する目的で、必要な数がパネル内部に配置されている。１０７はスペーサを所望の位置に固定するために使用するブロックである。
【００８６】
第一の基板１０１には冷陰極素子１１２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。たとえば、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。）前記Ｎ×Ｍ個の冷陰極素子は、Ｍ本の行方向配線１１３とＮ本の列方向配線１１４により単純マトリクス配線されている。
【００８７】
本発明または参考形態の画像表示装置に用いる電子源は、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。したがって、たとえば表面伝導型放出素子やＦＥ型等の冷陰極素子を用いることができる。なかでも表面伝導形電子放出素子は構造が単純であり、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することが容易に行える点で好ましい。
【００８８】
第二の基板１０２の下面には蛍光膜１１８が形成されている。本例はカラー表示装置であり、蛍光膜１１８の部分にはＣＲＴの分野で用いられる、赤、青、緑の３原色の蛍光体が塗り分けられている。各色の蛍光体は、ストライプ状に塗り分けられ、蛍光体のストライプの間には、黒色体が設けてある（図２２参照。図中のＲＧＢが蛍光体。）。
【００８９】
また、蛍光膜１１８の第一の基板側の面には、ＣＲＴの分野では公知のメタルバック１１９を設けてある。このメタルバック１１９は、蛍光体１１８の発する光の利用効率の向上や、イオン等の衝撃からの蛍光体１１８の保護のため、さらには電子放出素子から放出された電子を加速するための加速電圧を印加するための電極として用いられる。
【００９０】
なお、電子源や第二の基板、およびそれらを含む表示パネルの構成や製造法に関する詳細は、上記の特開２０００−３１１６３３号に記載されている通りであるため、ここでは説明を省略する。
【００９１】
（第二の参考形態）
次に第二の参考形態について説明する。
【００９２】
図２は第二の参考形態における画像表示装置の断面図である。図中の符号は図１と共通である。本第二の参考形態においては、第一の基板１０１と第二の基板１０２との間隔を規定するスペーサ１０３の表面に高抵抗膜１０５が形成されている点が第一の参考形態と異なっている。その他の部分については第一の参考形態と同様であるのでここでの説明は省略し、本参考形態の特徴であるスペーサに関してその構成と作用を説明する。
【００９３】
スペーサ１０３の表面に形成した高抵抗膜１０５は、スペーサ沿面の電位を規定するとともに、帯電電荷を除去するために形成される。高抵抗膜は上記の作用を実現するために必要な程度のシート抵抗値を有する必要がある。通常、高抵抗膜１０５のシート抵抗値としては、１０14Ω／□以下であることが望ましく、さらに十分な効果を得るためには１０12Ω／□以下であることが望ましい。一方、抵抗が低すぎる場合、スペーサにおける消費電力が増加するという問題が生じる。したがって、シート抵抗は１０7Ω／□以上が望ましい。つまり、１０7Ω／□以上１０14Ω／□以下が望ましく、さらに望ましくは１０7Ω／□以上１０12Ω／□以下である。
【００９４】
こうした高抵抗膜１０５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、電子放出素子１１２から放出された電子がスペーサ１０３に当たった場合においても、発生する帯電量が小さいためである。金属酸化物以外にも炭素は二次電子放出効率が小さく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やすい。
【００９５】
さらに、高抵抗膜１０５の他の材料として、アルミと遷移金属合金の窒化物は遷移金属の組成を調整することにより、良伝導体から絶縁体まで広い範囲に抵抗値を制御できるので好適な材料である。遷移金属元素としてはＴｉ，Ｃｒ，Ｔａ等があげられる。
【００９６】
また、ゲルマニウムと遷移金属との窒化化合物も、同様に組成の調整によって良好な帯電緩和特性を有しており、高抵抗膜１０５の材料として好適に用いることができる。遷移金属元素としては、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ等があげられる。これらの遷移金属は単独で、あるいは２種類以上の遷移金属をあわせて用いることが可能である。
【００９７】
これらの高抵抗膜は、その種類に応じてスパッタ、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、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ等の薄膜形成手段によりスペーサ１０３の表面に形成することができる。
【００９８】
また、スペーサ１０３は、第一の基板１０１上の行方向配線１１３、および第二の基板１０２上の加速電極であるメタルバック１１９と当接している。前記当接部において高抵抗膜１０５は行方向配線１１３およびメタルバック１１９と電気的に接続されている。なお、本例ではスペーサ１０３は行方向配線１１３と当接しているが、別途当接用の電極を第一の基板に設け、そこへ当接するようにしてもよい。
【００９９】
また、第一の基板および第二の基板との当接面に、電気的接続を確実にとるための低抵抗膜を形成しても良い。低抵抗膜は、高抵抗膜に比べ十分に低い抵抗値を有する材料を選択すればよい。Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属、あるいは合金、およびＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ2、Ａｇ・ＰｄＯ等の金属や金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体を用いることができる。あるいはＳｎＯ2等の半導体性材料よりなる微粒子をＳｂ等のドーパントでドーピングした導電性微粒子を無機または有機バインダーに分散させた導電性微粒子分散膜や、Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2等の透明導体およびポリシリコン等の半導体材料等より適宜選択される。
【０１００】
なお、図１９にスペーサの形状として凹凸比Ａ／Ｂが第二の基板に向かって徐々に大きくなる場合を示す。
【０１０１】
（第三の参考形態）
次に第三の参考形態について説明する。
【０１０２】
本第三の参考形態は、基本的には図１に示される第一の参考形態と同様であるが、スペーサ１０３がわずかな導電性を有する基材からなる点で第一の参考形態と異なっている。その他の部分については第一の参考形態と同様であるのでここでの説明は省略し、本参考形態の特徴であるスペーサに関して、その構成と作用を説明する。
【０１０３】
スペーサ基材への導電性の付与は、スペーサ表面の電位を規定するとともに、生じた帯電電荷を効果的に除去するために行われる。基材に導電性を与えることにより、例えば表面に高抵抗膜を形成して同様の効果を得る場合と比較して、成膜のための真空プロセス等が必要なくなるため、スペーサおよび画像表示装置の製造コストを低下することができる。
【０１０４】
しかしながら、スペーサ基材の抵抗が低くなると、スペーサ部の消費電力が増加するのに加え、電流が流れることによる発熱等により、スペーサの特性が損なわれることがある。
【０１０５】
こうした点を鑑み、上記の好ましい作用を得るため、スペーサの基材としては、体積抵抗率が１０5Ωｃｍ以上であることが望ましい。さらに好ましくは体積抵抗率が１０8Ωｃｍ以上であることが望ましい。
【０１０６】
導電性の基材としては、ガラス等の絶縁性の基材中に金属酸化物等導電性の粒子を混合させた材料を好適に用いることができる。
【０１０７】
次に、上述した導電性基材の作製方法について説明する。
【０１０８】
まず、絶縁性の基材と導体粒子の粉末をそれぞれ用意する。粉末作製手段は特に限定されないが、粉砕機やレーザー式および誘導加熱式微粒子製造機等の物理的方法、あるいはエアロゾル噴霧法や熱分解法等の化学的方法を適宜用いることができる。得られた微粉砕粉末は所望の粒径になるように、ふるい、乾式分級機あるいは湿式分級機等により分級を行なう。
【０１０９】
次に、種々の組成濃度比にあわせて検量を行なった上記絶縁性の基材と導体粒子の粉末を混合する。例えば、ガラスと金粒子の粉末を混合する。混合手段は特に限定されないが、ボールミル等で行なえばよい。導電性粒子の変質を防止するため、混合は窒素ガスやＡｒガス等の非酸化性雰囲気中で行なうことが好ましい。混合後、必要な粒径に応じて、ふるい、乾式分級機あるいは湿式分級機等により分級する。
【０１１０】
次に、この混合粉末を、窒素ガスやＡｒガス等の不活性ガス雰囲気中または真空中で仮焼成する。また、水素等の還元雰囲気中で仮焼成してもよい。好ましくは８００〜１５００℃で加熱し、仮焼成し固形物を得る。
【０１１１】
次に、こうしてできた固形物を粉砕する。粉砕手段は特に限定されないが、ボールミル等で行なえばよい。粉砕は、窒素ガスやＡｒガス等の非酸化性雰囲気中で行なう。粉砕後、必要な粒径に応じて、ふるい、乾式分級機あるいは湿式分級機等により分級する。
【０１１２】
最後に、粉砕により得られた混合粉末を窒素ガスやＡｒガス等の不活性ガス雰囲気中または真空中で加圧焼成することにより、焼結体を得る。水素等の還元ガス雰囲気中で加圧焼成してもかまわない。加圧焼成には、ホットプレス法を用いることが好ましい。所定の板厚や形状になるように成形し、好ましくは１〜２ＭＰａの圧力下において８００〜１５００℃で加熱するという本焼成の工程を経て導電性部材とする。
【０１１３】
このようにして得られた導電性部材を所定の形状に適宜、切削加工を行い、表面に凹凸を有する画像表示装置のスペーサとする。
【０１１４】
得られたスペーサに対しては、第二の参考形態と同様に、第一の基板および第二の基板との当接面に、電気的接続を確実にとるための低抵抗膜を形成しても良い。低抵抗膜は、基材に比べ十分に低い抵抗値を有する材料を選択すればよい。Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属、あるいは合金、およびＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ2、Ａｇ−ＰｄＯ等の金属や金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体を用いることができる。あるいはＳｎＯ2等の半導体性材料よりなる微粒子をＳｂ等のドーパントでドーピングした導電性微粒子を無機または有機バインダーに分散させた導電性微粒子分散膜を用いることができる。あるいはＩｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2等の透明導体およびポリシリコン等の半導体材料等より適宜選択される。
【０１１５】
（第四の参考形態）
図１６は第四の参考形態に係る画像表示装置の断面を示す模式図である。スペーサ１０３は、第一の基板１０１と第二の基板１０２との間に配置され、第一の基板と第二の基板との間隔を規定している。スペーサ１０３は、第一の基板１０１と第二の基板１０２との間で露出する主表面１０４に、第一の基板１０１と第二の基板１０２の対向方向に交互に形成された複数の凹部と凸部からなる凹凸構造１０６を有している。この凹部と凸部は、第一の基板１０１と第二の基板１０２の対向方向に外向きに傾斜した平面または曲面の側面を有している。ここで凹凸は第一の基板１０１および第二の基板１０２と略平行な方向に形成された凹溝もしくは凸溝、もしくはその組み合わせによるものである。本参考形態においては、前記側面が平面である場合の傾斜角度または前記側面が曲面である場合の最大傾斜角度が、前記凹凸構造１０６の第一の基板１０１側の領域において前記第二の基板１０２側の領域よりも大きくなっている。なお、スペーサ１０３は、スペーサ１０３の沿面の電位を規定するとともに、帯電電荷を除去するために、絶縁性の基材の表面に高抵抗膜１０５を形成したものとなっている。
【０１１６】
ここで最大傾斜角度とは、図２０に示すように、第一の基板と第二の基板とを結ぶ鉛直方向からの凹凸部のなす最大角度のことである。換言すると、最大傾斜角度とは、スペーサ基板の接線と第一の基板または第二の基板の法線とのなす角の最大値のことである。また、スペーサ基板の接線は、スペーサの第一の基板向きの面における接線をいう。また、スペーサの凹凸構造１０６のうち、第一の基板側の領域とは、スペーサの高さの半分の位置よりも第一の基板側の領域を意味する。つまり、スペーサの凹凸構造の、第一の基板側の領域と第二の基板側の領域との境界は、スペーサの高さの１／２の部分である。尚、スペーサの高さの１／２の部分は、領域の境界であって、必ずしもスペーサの高さの１／２の位置に最大傾斜角の変化する部分が位置する必要はない。付言すると、最大傾斜角が徐々に変化する構成においては、スペーサの高さの１／２の位置を境に、第一の基板側の領域と第二に基板側の領域とでそれぞれ最大傾斜角の平均を算出し、互いの領域の平均値の大小関係が上記を満たせばよい。次に、上記の構成のスペーサの作用について説明する。
【０１１７】
電子線装置を駆動すると、第二の基板表面で背面散乱された電子がスペーサ表面に衝突する。衝突した電子はスペーサ表面で二次電子を発生させることによって、衝突箇所に帯電が生じる。表面に凹凸が形成されている場合、凹凸の形状に応じて図８に示すような帯電状態が形成される。即ち第二の基板を向いた面、或いは第一の基板と第二の基板とを結ぶ法線に沿った面（凹部の底面、凸部の頂面）が正に帯電するのに対して、第一の基板を向いた面は負に帯電する。これは、第一の基板を向いた面に電子が衝突することで生じた二次電子が、再衝突を繰り返す過程で吸収されるためであり、言い換えると凹凸の凹部に電子が閉じ込められることによる。
【０１１８】
ここで一つの凹凸形状内で生じる正帯電量と負帯電量が釣り合えば、その影響はキャンセルし合い、スペーサ近傍の電界およびそこを飛翔する電子の軌道に与える影響を抑制することができる。
【０１１９】
本発明者等はスペーサ表面の帯電進行に関する詳細な数値シミュレーションおよび実験的な手法による検討を行い、スペーサ表面の帯電電荷の分布に関して次のことを見出した。
【０１２０】
即ち、スペーサの表面に一定の条件を満たした凹凸が形成されている場合、負帯電はスペーサ表面に入射する電子の分布とほぼ同様の分布を持って生じる。これに対して正帯電はスペーサ表面のポテンシャルや各位置での入射角度によって定まる二次電子放出係数の変化とほぼ同様の分布を持って生じる。これは、第二の基板からの反射電子の衝突が原因で正帯電が生じた後、発生した二次電子が第一の基板向きの面に衝突して凹凸に閉じ込められることにより、第一の基板向きの面に負帯電が生じるからである。
【０１２１】
そこで第二の基板向きの面に生じる正帯電の量を制御して凹凸内部で正負帯電量を適正なバランスに保つことによって、帯電状態であっても近傍の電界に影響のないスペーサを実現することが可能となる。
【０１２２】
一回の衝突当たりの帯電量は二次電子放出係数で決定される。二次電子放出係数は、図１２に示すように入射する電子のエネルギーと入射角度によって変化し、特に入射角度が大きくなるほど二次電子放出係数は大きくなる。即ち発生する正帯電が増加する。そこで、入射する電子に対して、その入射角度が小さくなるように表面を形成することで、発生する正帯電量を制御することが可能となる。
【０１２３】
スペーサ表面へ入射する電子は略放物線の軌道を描いて飛翔し、スペーサに衝突する。その軌道は大きく分けて図２１に示す２種類に分類される。一つめは図２１に符号（ａ）で示すようにスペーサへの衝突前に、放物線の変曲点を通過する軌道であり、こうした軌道で衝突する電子は、スペーサに対して第二の基板向きの速度成分を持って衝突する。一方、図２１に符号（ｂ）で示すように、スペーサの衝突前に放物線の変曲点を通過せずに衝突する電子も存在し、そうした電子はスペーサに対して第一の基板向きの速度成分を持って衝突する。このうち第二の基板向きの面に衝突する電子は、図２１に符号（ｂ）で示すような軌道を持って衝突する電子である。そのような電子がスペーサに対して入射する角度は、スペーサと近傍の電子放出素子までの距離にもよるが、その大部分が第一の基板または第二の基板と平行な方向に対しておよそ２０°以上９０°以下の範囲である。また、第一の基板側ほど入射角度が大きく、第二の基板側ほど入射角度が小さくなるように分布している。したがってスペーサ表面の凹凸部の最大傾斜角度は前記の範囲で設定されればよく、第一の基板側ほど大きな傾斜角度を持った凹凸となるようにスペーサが配置されることによって、上記の作用を実現することができる。また、第一の基板側から第二の基板側へ向けて最大傾斜角が徐々に変化するようにしてもよい。この時スペーサ表面に入射する電子の入射角度分布を考慮して、最大傾斜角度を変化させることでより好適な作用を得る事ができて好ましい。
【０１２４】
凹凸構造における凹部と凸部の断面形状は図５に示すように（ａ）略台形状、（ｂ）三角形状、（ｃ）椀形状、（ｄ）矩形状等様々な形状を取ることができ、１種類だけでなく、複数の種類の断面形状を有する凹凸を混在して用いてもよい。尚、台形状や三角形状のように、１つの凹部または凸部で傾斜面の角度が一定の場合（側面が平面の場合）、最大傾斜角度と傾斜角度は同じであり、最大傾斜角度は傾斜角度を意味する。
【０１２５】
（本発明の実施形態）
次に本発明の実施形態について説明する。
【０１２６】
図１７は本発明の実施形態に係る画像表示装置の断面模式図である。図中の符号は図１６と共通である。本発明の実施形態においては、スペーサ１０３の構成が第四の参考形態と異なっており、その他の部分については第四の参考形態と同様であるのでここでの説明は省略し、本実施形態の特徴であるスペーサ１０３の構成と作用を説明する。
【０１２７】
本実施形態におけるスペーサ１０３は、その主表面１０４に、第一の基板１０１と第二の基板１０２の対向方向に交互に周期的に形成された複数の凹部と凸部とからなる凹凸構造１０６を有している。前記凹部と凸部の周期が、前記凹凸構造１０６の前記第一の基板１０１側の領域よりも前記第二の基板側１０２の領域において長くなっている。尚、周期が徐徐に変化する形態においては、上述の第四の参考形態と同様に、スペーサの高さの１／２の位置を境に、第一の基板側の領域と第二に基板側の領域とでそれぞれ周期の平均を算出し、互いの領域の平均値の大小関係が上記を満たせばよい。
【０１２８】
既に述べたように、凹凸が形成されたスペーサの表面は、画像表示装置の駆動に伴い帯電し、特に凹凸の内部において正負の帯電電荷が生成される。このため、正負帯電量の釣り合いによって、お互いの影響がキャンセルしあい、近傍の電界およびそこを飛翔する電子軌道に与える影響を低減できる。
【０１２９】
しかしながら、スペーサのごく近傍では、正負の帯電の影響がキャンセルされずに、電子軌道に影響をおよぼす程度の電界の変化が生じる範囲が存在する。その範囲はおよそ正負帯電の間隔、即ち凹凸の周期の３倍以内であり、より確実には１０倍以内であって、正負帯電の間隔が広いほど（凹凸の周期が長いほど）、広い範囲に帯電の影響がおよぶ。
【０１３０】
ここで第一の基板近傍の電子は、電子放出素子から放出された直後であり、十分な運動エネルギーを得ていないため、わずかな電界の変化にも敏感に影響されやすい。これに対して、第二の基板側の電子は運動エネルギーが高いため、電界の乱れによる影響を受けにくくなる。したがって第一の基板側ほど正負帯電の間隔が小さい、言い換えると凹凸の周期がより短い方がよい。凹部と凸部の周期は、スペーサの主表面から該主表面に最も近い位置にある電子放出素子までの距離の１／３以下、より好ましくは１／１０以下であれば、第一の基板近傍の電子軌道に対しても、帯電の影響を十分に抑制することが可能となる。
【０１３１】
（第五の参考形態）
第五の参考形態では、図１８に示すように、スペーサ１０３の主表面１０４に、第一の基板１０１と第二の基板１０２の対向方向に交互に形成された複数の凹部と凸部とからなる凹凸構造１０６を有している。また、前記凹部と前記凸部の高低差である凹凸深さが、前記凹凸構造１０６の前記第一の基板１０１側の領域において前記第二の基板１０２側の領域よりも深くなっている。この凹凸深さは、前記第一の基板１０１側から第二の基板１０２側へ向かって徐々に浅くなることが好ましい。尚、徐々に凹凸深さが変わる場合においては、上述の第四の参考形態と同様に、スペーサの高さの１／２の位置を境に、第一の基板側の領域と第二に基板側の領域とでそれぞれ凹凸深さの平均を算出し、互いの領域の平均値の大小関係が上記を満たせばよい。
【０１３２】
既に述べた通り、スペーサ表面に凹凸が形成されている場合、入射した電子が凹凸内部に閉じ込められることによって、凹凸内部に正負の帯電が生じ、両者の影響が打ち消しあうことで、近傍の電界に与える影響を低減させられる。この電子の閉じ込め効果は凹凸深さに依存しており、凹凸深さが深いほど大きな電子閉じ込め効果を得る事ができる。
【０１３３】
第一の基板近傍は、電子放出素子から放出された直後の、低い運動エネルギーを持った電子が飛翔しているため、凹凸内部での正負帯電のバランスが電子軌道に与える影響が大きい。スペーサ表面の帯電を決定する二次電子放出係数は、図１２に示すように電子衝突時のエネルギーに依存しており、低エネルギー側にそのピークを持つ。したがって第一の基板側ほど正帯電が生じやすい。第一の基板側に正帯電が生じると、スペーサ近傍の電子はスペーサに向けてその軌道が偏向され、よりスペーサの近傍を飛翔する事になり、スペーサ表面の帯電等の影響をより受けやすくなる。
【０１３４】
したがって、第一の基板近傍での負帯電をより確実に生成するために、第一の基板近傍の凹凸深さを深くすることで、第一の基板近傍での電子軌道への影響を抑制することが可能となる。衝突した電子を閉じ込めるためには、凹凸深さが４μｍ以上の深さであることが好ましい。一方、一定以上の深さにおいては、帯電の量が飽和する。これは入射する電子の数以上には負帯電が発生しないためである。したがって、凹凸深さは２０μｍ以内が好ましい。また、前述の本発明の実施形態と同様、凹部と凸部の周期は、スペーサからその最近接の電子放出素子までの距離の１／３、より好ましくは１／１０であれば、第一の基板近傍の電子軌道に対しても、帯電の影響を十分に抑制することが可能となる。
【実施例】
【０１３５】
以下、参考例、参考比較例および比較例と共に具体的な実施例をあげて本発明を詳しく説明する。
【０１３６】
参考例１
本参考例は、図１に示される構成の画像表示装置の例である。
【０１３７】
本参考例で用いるスペーサを次のように作製した。
【０１３８】
基材としてはガラス（旭硝子製ＰＤ２００）を幅４９．２３ｍｍ×長さ３００ｍｍ×厚さ６．１５ｍｍの板状に加工し、そのうち４９．２３ｍｍ×３００ｍｍの面に切削により略矩形状の断面形状を有する凹部（溝）を加工した。凹部の長さＡは、以下のようにして決定した。まず、凹凸構造を有さない平坦な表面をもち、ＰＤ２００からなるスペーサを用意し、これに表示装置の実駆動時の電圧で加速した電子を照射し、基準となる二次電子放出係数の分布を得る。
【０１３９】
このようにして得た、平滑な表面を有するスペーサ表面での二次電子放出係数δの分布を図３（ａ）に示す。ここで、凹凸スペーサの凸部の二次電子放出係数δBは、図３（ａ）の二次電子放出係数δとほぼ同じ値になる。そこで、この二次電子放出係数δの分布から凸部（長さＢの部分）の帯電量が〔数８〕より計算で求まる。この値に基づき、凸部の帯電量と同等の帯電量を凹部（長さＡの部分）で生じるために必要な凹部の長さＡを算出し、計算した凹凸比Ａ／Ｂの分布が図３（ｂ）である（凸部の値は予め決めた一定値とし、これに対して各位置での凹部の大きさを算出した）。尚、図３（ｃ）の下段の「ＦＰ＜−ｙ［ｍｍ］−＞ＲＰ」は、向かって左側がフェースプレート（第二の基板）、右側がリアプレート（第一の基板）で、両者間の間隔がｙｍｍであることを示す。この表記の意味は、図１０および図１３でも同様である。
【０１４０】
図３（ｂ）において、３００１は凹凸構造における実効的な帯電量がゼロとなる凹凸比Ａ／Ｂであり、３００２は負帯電が正帯電に対して５０％多くなる凹凸比Ａ／Ｂを示す。また、３００３は正帯電が負帯電に対して５０％多くなる凹凸比Ａ／Ｂを示している。
【０１４１】
ここから図３（ｃ）に示すような凹凸比Ａ／Ｂの分布を決定した。その際、凹部と凹部の間の切削していない部分（凸部）の長さＢを０．１５ｍｍとし、上述した関係に基づいて凹部の長さＡを決定した。凹凸深さは総て０．３ｍｍとした。スペーサの一方の端部１から６．７ｍｍないし１１．５ｍｍの幅４．８ｍｍの領域には、Ａ／Ｂ＝１３となる凹部の長さＡ＝１．９５ｍｍで凹凸構造を加工した。また、もう一方の端部（端部２とする）から幅８．１ｍｍの領域はＡ／Ｂ＝１となる凹部の長さＡ＝０．１５ｍｍで凹凸構造を加工した。これ以外の途中の領域は図３（ｃ）に示すプロファイルにしたがって徐々に凹凸比Ａ／Ｂが変化するように加工した。
【０１４２】
この母材を、図１４に示すような装置を用いて、以下の条件で加熱延伸することによりスペーサ基板を作製した。
【０１４３】
図１４において、２０４はメカチャック、２０５は引き取りローラであり、２０３はヒータである。
【０１４４】
母材２０１を固定したメカチャックを２．５ｍｍ／ｍｉｎの速度で降下させることにより、母材２０１をヒーター２０３の中へ送り込み、ヒーター２０３で７９０℃に加熱した。この加熱を行いながら、ヒータ２０３の下方に配置された引き取りローラー２０５で２７００ｍｍ／ｍｉｎの速度で引き取ることで延伸し、母材と略相似形の断面形状を有するスペーサ基板を得た。このとき、スペーサ基板に不要な反り等が見られることはなかった。
【０１４５】
得られたスペーサ基板は幅１．６ｍｍ、厚さ０．２ｍｍであり、長さは８００ｍｍとなるようにカッター２０６を用いて切断した。得られたスペーサの１．６×８００ｍｍの主表面には、端部１から０．２２ｍｍ以上０．３８ｍｍまでの幅０．１６ｍｍの領域に凹部の長さ＝５５μｍ、凹凸比Ａ／Ｂ＝１３の略矩形状の断面を有する凹凸構造が形成されていた。また、端部２から０．２７ｍｍの領域には凹部の長さ＝５μｍ、凹凸比Ａ／Ｂ＝１の略矩形状の断面を有する凹凸構造が形成されていた。さらにそれ以外の領域にも徐々に凹部の長さが変化しながら矩形状の凹部がそれぞれ形成されていた（図３（ｃ）参照）。凹凸深さは、総ての凹凸構造で１０μｍであった。このようにして得たスペーサの凹凸構造の凹部における電子のトラップされる（閉じ込められる）確率αは図４（ａ）に示すようにスペーサの全域に渡って０．８以上となる。なお、図４（ｂ）、（ｃ）はそれぞれδA、δBの実測値である。
【０１４６】
次いで、得られたスペーサを洗浄した後、別途用意しておいた第一の基板１０１上に固定した。スペーサ１０３は、端部１が第一の基板１０１側で行方向配線１１３上に当接するように配置し、長手方向の端部において位置固定用のブロック（図１には不図示）により固定した。行方向配線の間隔は６００μｍである。
【０１４７】
スペーサ１０３を固定するためのブロックは、スペーサ１０３と同様にガラス（ＰＤ２００）を切削加工することで作製した。ブロックは４ｍｍ×５ｍｍ×厚さ１ｍｍの直方体状をしており、その側面にはスペーサ１０３の長手方向端部を挿入できるよう、幅２１０μｍの溝を形成した。スペーサ１０３およびブロックは、パネル内に設置する際に、スペーサ１０３が第二の基板１０２や第一の基板１０１に対して、斜めに傾くことの無いよう調整を行った上で、セラミック系の接着剤により互いに固定した。
【０１４８】
この後、別途作製しておいた第二の基板１０２および側壁１１５とともに、外囲器を形成し、真空排気および電子源の形成をおこなった。この後封止を行うことにより、スペーサ１０３は外囲器の外から加わる大気圧により、パネル内の所定の位置に完全に固定された。
【０１４９】
以上の図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）１１２には、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎから、走査信号および変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ印加した。これにより、電子を放出させた。メタルバック１１９には、高圧端子Ｈｖを通じて高圧を印加することにより、放出された電子ビームを加速し、蛍光膜１１８に電子を衝突させ、各色蛍光を励起・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１３ｋＶとし、各配線１１３，１１４間への印加電圧Ｖｆは１８Ｖとした。また素子を駆動するパルス幅は０．５〜２０μｓｅｃ、駆動周波数は６０Ｈｚとした。なお、第一の基板と第二の基板との間の間隔はスペーサの幅と同じ１．６ｍｍである。
【０１５０】
画像表示装置を駆動した状態で、スペーサ１０３に最も近接する電子放出素子（以下、最近接素子という）１１２からの放出電子による発光スポットの位置を、各駆動パルス幅ごとに詳細に観測した結果、駆動パルス幅による発光スポットの位置の変化は４μｍであった。これは行方向配線の間隔に対して０．１６％であり、ビームスポットの位置ずれは認識することができず、非常に良好な画像を表示することができた。
【０１５１】
参考比較例１−１
参考比較例１−１として、すべての凹凸構造において凹凸比Ａ／Ｂが１であるスペーサを参考例１と同様の方法で作製した。このとき凹部の長さは１５μｍとした。
【０１５２】
作製されたスペーサを用いて参考例１と同様の方法で画像表示装置を作製し、参考例１と同様に駆動パルス幅ごとの、スペーサ最近接の電子放出素子からの放出電子による発光スポットの位置を詳細に観察した。その結果、駆動パルス幅が長くなるにしたがって、発光スポットの位置が、スペーサに近づく方向におよそ３０μｍ変位する様子が観測された。これは行方向配線間隔の５％に相当する。スペーサに近づく方向に変位していることから、スペーサ表面の帯電が正帯電側に寄っていることが分かる。さらに駆動を続けたところ、スペーサ沿面で放電が発生した。したがって、参考比較例１−１のスペーサは画像表示装置のスペーサとして好適に用いることはできないことが確認された。
【０１５３】
参考比較例１−２
参考比較例１−２として、総ての凹凸構造において凹凸比Ａ／Ｂが１３となるようなスペーサを参考例１と同様の方法で作製した。本参考比較例１−２においてすべての凹凸構造の凹部の長さは６５μｍである。
【０１５４】
作製されたスペーサを用いて参考例１と同様の方法で画像表示装置を作製し、参考例１と同様に駆動パルス幅ごとの、スペーサ最近接の電子放出素子からの放出電子による発光スポットの位置を詳細に観察した。その結果、駆動パルス幅が長くなるのにしたがって、発光スポットの位置が、スペーサから離れる方向におよそ２０μｍ変位する様子が観測された。スペーサから離れる方向にスポットが変位していることから、スペーサ表面の帯電が負帯電側によっていることが分かる。本参考比較例におけるスポットの変位量は、行方向配線間隔の３％に相当する量であり、発光スポットのずれ量が認識されるため、画像表示装置としては好適に用いることができないことが確認された。
【０１５５】
参考比較例１−３
参考比較例１−３として、総て凹凸構造において参考例１と同様の凹凸比Ａ／Ｂの分布を持ちながら、凹凸構造の総ての凹凸深さが４μｍであるスペーサを参考例１と同様の方法で作製した。
【０１５６】
作製されたスペーサを用いて参考例１と同様の方法で画像表示装置を作製し、参考例１と同様に駆動パルス幅ごとの、スペーサ最近接の電子放出素子からの放出電子による発光スポットの位置を詳細に観察した。その結果、駆動パルス幅が長くなるのにしたがって、発光スポットの位置が、スペーサに近づく方向におよそ２５μｍ変位する様子が観測された。スペーサに近づく方向にスポットが変位していることから、スペーサ表面の帯電が正帯電側によっていることが分かる。これは凹部に閉じ込められる電子の割合が減少したことと対応する。本参考比較例におけるスポットの変位量は、行方向配線間隔の４％に相当する量であり、発光スポットのすれ量が認識されるため、画像表示装置としては好適に用いることができないことが確認された。
【０１５７】
参考例２
本参考例においては、絶縁性の基材の表面に高抵抗膜（詳細は後述する）を形成したスペーサを作製し、それを用いて画像表示装置を作製した。
【０１５８】
本参考例に用いたスペーサは次のように作製した。
【０１５９】
まず、基材としてはガラス（旭硝子製ＰＤ２００）を幅４９．２３ｍｍ×長さ３００ｍｍ×厚さ６．１５ｍｍの板状に加工し、そのうち４９．２３ｍｍ×３００ｍｍの面に切削により略台形状の断面形状を有する凹部（溝）を加工した。凹部の長さＡは、別途測定しておいた高抵抗膜の二次電子放出係数を用いて計算したスペーサ表面での二次電子放出係数の分布に基づいて次のように決定した。
【０１６０】
測定した二次電子放出係数を用いて求めたスペーサ表面での二次電子放出係数δの分布を図１０（ａ）に示す。この二次電子放出係数δの分布から計算した凹凸比Ａ／Ｂの分布が図１０（ｂ）である。図１０（ｂ）において、３００１は凹凸構造における実効的な帯電量がゼロとなる凹凸比Ａ／Ｂであり、３００２は負帯電が正帯電に対して５０％多くなる凹凸比Ａ／Ｂを示す。また、３００３は正帯電が負帯電に対して５０％多くなる凹凸比Ａ／Ｂを示している。
【０１６１】
ここから図１０（ｃ）に示すような凹凸比Ａ／Ｂの分布を決定した。その際凹部と凹部の間の切削していない部分（凸部）の長さＢを０．１５ｍｍとし、上述した関係に基づいて凹部の長さＡを決定した。凹凸深さは総て０．３ｍｍとした。スペーサの一方の端部１から１４．４ｍｍないし２１．６ｍｍの幅７．２ｍｍの領域は、凹凸比Ａ／Ｂ＝１１となる凹部の長さＡ＝１．６５ｍｍで加工した。また、もう一方の端部（端部２とする）から幅６．７ｍｍの領域は、凹凸比Ａ／Ｂ＝１となる凹部の長さＡ＝０．１５ｍｍで加工した。これ以外の途中の領域は図１０（ｃ）に示すプロファイルにしたがって徐々に凹凸比Ａ／Ｂが変化するように加工した。
【０１６２】
この母材を、図１４に示すような装置を用いて、以下の条件で加熱延伸することによりスペーサ基板を作製した。
【０１６３】
図１４において、２０４はメカチャック、２０５は引き取りローラであり、２０３はヒータである。
【０１６４】
母材２０１を固定したメカチャックを２．５ｍｍ／ｍｉｎの速度で降下させることにより、母材２０１をヒーター２０３の中へ送り込み、ヒーター２０３で７９０℃に加熱した。この加熱を行いながら、ヒータ２０３の下方に配置された引き取りローラー２０５で２７００ｍｍ／ｍｉｎの速度で引き取ることで延伸し、母材と略相似形の断面形状を有するスペーサ基板を得た。このときスペーサ基板に不要な反り等が見られることはなかった。
【０１６５】
得られたスペーサ基板は、幅１．６ｍｍ、厚さ０．２ｍｍであり、長さは８００ｍｍとなるようにカッター２０６を用いて切断した。
【０１６６】
得られたスペーサの１．６×８００ｍｍの主表面には、端部１から０．４８ｍｍ以上０．７２ｍｍまでの幅０．２４ｍｍの領域には、凹部の長さ＝５５μｍ、凹凸比Ａ／Ｂ＝１１の略台形状の断面を有する凹凸構造が形成されていた。また、端部２から０．２２ｍｍの領域には、凹部の長さＡ＝５μｍ、凹凸比Ａ／Ｂ＝１の略台形状の断面を有する凹凸構造が形成されていた。さらにそれ以外の領域にも徐々に凹部の長さＡが変化しながら台形状の凹部がそれぞれ形成されていた。凹凸深さは、総て１５μｍであった。形状については図１１を参照する。
【０１６７】
次に、この様にして製作したスペーサ基板を洗浄し、清浄化したスペーサ基板の上に、高抵抗膜としてＷとＧｅの窒化膜を真空成膜法により形成した。
【０１６８】
本参考例で用いたＷとＧｅの窒化膜は、スパッタリング装置を用いてアルゴンと窒素の混合雰囲気中で、ＷとＧｅのターゲットを同時にスパッタすることにより成膜した。成膜時にはスパッタリングの条件を変更することで、高抵抗膜の抵抗値を制御した。なお、高抵抗膜の抵抗値は、ＷとＧｅのターゲットへの投入電力およびスパッタ時間の調整により、Ｗの添加量を調整することで行った。得られた高抵抗膜は厚さがおよそ２００ｎｍであり、シート抵抗値は３×１０11Ω／□であった。
【０１６９】
次いで、得られたスペーサを別途用意しておいた第一の基板１０１上に固定した。ここで高抵抗膜１０５を形成したスペーサ１０３は、端部１側が第一の基板１０１側に位置するように配置された上で、第一の基板１０１側で行方向配線１１３上に配置し、長手方向の端部において位置固定用のブロック（図１には不図示）により固定した。
【０１７０】
スペーサ１０３を固定するためのブロックは、スペーサ１０３と同様にガラス（ＰＤ２００）を切削加工する事で作製した。ブロックは４ｍｍ×５ｍｍ×厚さ１ｍｍの直方体状をしており、その側面にはスペーサ１０３の長手方向端部を挿入できるよう、幅２１０μｍの溝を形成した。スペーサ１０３およびブロックは、パネル内に設置する際に、スペーサ１０３が第二の基板１０２や第一の基板１０１に対して、斜めに傾くことの無いよう調整を行った上で、セラミック系の接着剤により互いに固定した。
【０１７１】
この後、別途作製しておいた第二の基板１０２および側壁１１５とともに、外囲器を形成し、真空排気および電子源の形成を行った。この後封止を行うことにより、スペーサ１０３は外囲器の外から加わる大気圧により、パネル内の所定の位置に完全に固定された。
【０１７２】
以上の図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）１１２には、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎを通じ、走査信号および変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ印加した。これにより、電子を放出させた。メタルバック１１９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された電子ビームを加速し、蛍光膜１１８に電子を衝突させ、各色蛍光を励起・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１３ｋＶとし、各配線１１３，１１４間への印加電圧Ｖｆは１８Ｖとした。また素子を駆動するパルス幅は０．５〜２０μｓｅｃ、駆動周波数は６０Ｈｚとした。
【０１７３】
画像表示装置を駆動した状態で、スペーサ１０３の最近接にある電子放出素子１１２からの放出電子による発光スポットの位置を、駆動パルス幅ごとに詳細に観測した結果、駆動パルス幅による発光スポットの位置の変化は２μｍであった。これは行方向配線の間隔に対して０．１％以下であり、ビームスポットの位置ずれは認識することができず、非常に良好な画像を表示することができることができた。
【０１７４】
参考比較例２−１
参考比較例２−１として、総ての凹凸構造において凹凸比Ａ／Ｂが１であるスペーサを参考例２と同様の方法で作製した。このとき凹部の長さは総て１５μｍとした。
【０１７５】
作製されたスペーサを用いて参考例２と同様の方法で画像表示装置を作製し、参考例１と同様に駆動パルス幅ごとの、スペーサ最近接の電子放出素子からの放出電子による発光スポットの位置を詳細に観察した。その結果、駆動パルス幅が長くなるのにしたがって、発光スポットの位置が、スペーサに近づく方向におよそ２０μｍ変位する様子が観測された。これは行方向配線間隔の３％に相当する。スペーサに近づく方向に変位していることから、スペーサ表面の帯電が正帯電側に寄っていることがわかる。さらに駆動を続けたところ、スペーサ沿面で放電が発生した。したがって、参考比較例２−１のスペーサは画像表示装置のスペーサとして好適に用いることはできないことが確認された。
【０１７６】
参考比較例２−２
参考比較例２−２として、総ての凹凸構造において凹凸比Ａ／Ｂが１１となるようなスペーサを参考例２と同様の方法で作製した。本参考比較例２−２において総ての凹部の長さは５５μｍである。
【０１７７】
作製されたスペーサを用いて参考例２と同様の方法で画像表示装置を作製し、参考例２と同様に駆動パルス幅ごとの、スペーサ最近接の電子放出素子からの放出電子による発光スポットの位置を詳細に観察した。その結果、駆動パルス幅が長くなるのにしたがって、発光スポットの位置が、スペーサから離れる方向におよそ２０μｍ変位する様子が観測された。スペーサから離れる方向にスポットが変位していることから、スペーサ表面の帯電が負帯電側によっていることが分かる。本参考比較例におけるスポットの変位量は、行方向配線間隔の３％に相当する量であり、発光スポットのずれ量が認識されるため、画像表示装置としては好適に用いることができないことが確認された。
【０１７８】
参考比較例２−３
参考比較例２−３として、総て凹凸構造において参考例２と同様の凹凸比Ａ／Ｂの分布を持ちながら、総ての凹凸深さが６μｍであるスペーサを参考例１と同様の方法で作製した。
【０１７９】
作製されたスペーサを用いて参考例１と同様の方法で画像表示装置を作製し、参考例１と同様に駆動パルス幅ごとの、スペーサ最近接の電子放出素子からの放出電子による発光スポットの位置を詳細に観察した。その結果、駆動パルス幅が長くなるのにしたがって、発光スポットの位置が、スペーサに近づく方向におよそ１５μｍ変位する様子が観測された。スペーサに近づく方向にスポットが変位していることから、スペーサ表面の帯電が正帯電側によっていることが分かる。これは凹部に閉じ込められる電子の割合が減少したことと対応する。本参考比較例におけるスポットの変位量は、行方向配線間隔の２．５％に相当する量であり、発光スポットのずれ量が認識されるため、画像表示装置としては好適に用いることができないことが確認された。
【０１８０】
参考例３
本参考例においては、導電性の基材の表面に切削加工により凹凸構造を形成したスペーサを作製し、それを用いて画像表示装置を作製した。
【０１８１】
本参考例に用いたスペーサを次のように作製した。
【０１８２】
導体粒子の粉末として０．５ｎｍ〜５０μｍの範囲にある所定の粒径を有する金粒子、および絶縁性の基材として、金粒子の粒径に応じて５０μｍ以下の所定の粒径を有するガラス粉末を用意した。金粒子の基材全体に占める体積率が５０ｖｏｌ％以下になるように混合調整して、８００〜１５００℃で焼成することで導電性部材を作製した。
【０１８３】
この導電性部材を真空中に設置して所定の電界（０．０１〜１０００Ｖ／ｍｍ）を印加して体積抵抗を測定した。抵抗測定時に２００℃加熱−冷却を行うことで抵抗温度特性もあわせて測定した。
【０１８４】
ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）およびＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて導電性部材中に分散された金粒子の平均粒径を求めた。その結果、金の粒径が０．５ｎｍ〜５０μｍの範囲であり、金粒子の基材全体に占める体積率が５０ｖｏｌ％以下であって、体積抵抗率ρ＝１×１０5Ωｃｍ以上である導電性部材を得た。
【０１８５】
この導電性部材を幅１．６ｍｍ、厚さ０．２ｍｍであり、長さは１００ｍｍの薄板状に切断加工した。
【０１８６】
次いで、１．６ｍｍ×１００ｍｍの面に切削により略矩形状の断面形状を有する凹部（溝）を加工した。凹部の長さＡは、別途測定しておいた導電性基材の二次電子放出係数を用いて計算したスペーサ表面での二次電子放出係数の分布に基づいて決定した。この際凹部と凹部の間の切削していない部分（凸部）の長さＢを１０μｍとし、上述した関係に基づいて凹部の長さＡを決定した。凹凸深さは総て１０μｍとした。凹部の長さＡについては、スペーサの一方の端部（端部１とする）から０．４ｍｍないし０．８ｍｍの幅０．４ｍｍの領域には、凹凸比Ａ／Ｂ＝５程度となる凹部の長さＡ＝５５μｍで加工した。また、もう一方の端部（端部２とする）から幅０．１ｍｍの領域は、凹凸比Ａ／Ｂ＝１となる凹部の長さＡ＝１０μｍで加工した。これ以外の途中の領域は徐々に凹凸比Ａ／Ｂが変化するように加工した。
【０１８７】
次いで、別途作製した第一の基板に対し、スペーサをその凹凸深さが深い側で第一の基板上の行方向配線と当接するように配置して固定した。その際、導電性のガラスフリットを用いて、行方向配線と電気的に接続した。
【０１８８】
さらに別途作製しておいた第二の基板１０２および側壁１１５とともに外囲器を形成し、真空排気および電子源の形成を行った。この後封止を行うことにより、スペーサは外囲器の外から加わる大気圧により、パネル内の所定の位置に完全に固定され、画像表示装置を作製した。
【０１８９】
以上のように完成し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）１１２には、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎを通じ、走査信号および変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ印加することにより電子を放出させた。メタルバック１１９には、高圧端子Ｈｖを通じて高圧を印加することにより、放出された電子ビームを加速し、蛍光膜１１８に電子を衝突させ、各色蛍光を励起・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１３ｋＶとし、各配線１１３，１１４間への印加電圧Ｖｆは１８Ｖとした。また、素子を駆動するパルス幅は０．５〜２０μｓｅｃ、駆動周波数は６０Ｈｚとした。
【０１９０】
画像表示装置を駆動した状態で、スペーサ１０３の最近接にある電子放出素子１１２からの放出電子による発光スポットの位置を、駆動パルス幅ごとに詳細に観測した結果、駆動パルス幅による発光スポットの位置の変化は２μｍであった。これは行方向配線の間隔に対して０．１％以下であり、ビームスポットの位置ずれは認識することができず、非常に良好な画像を表示することができた。
【０１９１】
参考比較例３−１
参考比較例３−１として、総ての凹凸構造において凹凸比Ａ／Ｂが１であるスペーサを参考例３と同様の方法で作製した。このとき凹部の長さＡは総て１０μｍとした。
【０１９２】
作製されたスペーサを用いて参考例３と同様の方法で画像表示装置を作製し、参考例３と同様に駆動パルス幅ごとの、スペーサ最近接の電子放出素子からの放出電子による発光スポットの位置を詳細に観察した。その結果、駆動パルス幅が長くなるのにしたがって、発光スポットの位置が、スペーサに近づく方向におよそ２０μｍ変位する様子が観測された。これは行方向配線間隔の３％に相当する。スペーサに近づく方向に変位していることから、スペーサ表面の帯電が正帯電側に寄っていることが分かる。参考比較例３−１のスペーサは画像表示装置のスペーサとして好適に用いることはできないことが確認できた。
【０１９３】
参考比較例３−２
参考比較例３−２として、総ての凹凸構造において凹凸比Ａ／Ｂが８となるようなスペーサを参考例３と同様の方法で作製した。本参考比較例３−２において凹部の長さＡは総て５５μｍとした。
【０１９４】
作製されたスペーサを用いて参考例２と同様の方法で画像表示装置を作製し、参考例２と同様に駆動パルス幅ごとの、スペーサ最近接の電子放出素子からの放出電子による発光スポットの位置を詳細に観察した。その結果、駆動パルス幅が長くなるのにしたがって、発光スポットの位置が、スペーサから離れる方向におよそ１８μｍ変位する様子が観測された。スペーサから離れる方向にスポットが変位していることから、スペーサ表面の帯電が負帯電側によっていることが分かる。本参考比較例におけるスポットの変位量は、行方向配線間隔の３％に相当する量であり、発光スポットのすれ量が認識されるため、画像表示装置としては好適に用いることができないことが確認された。
【０１９５】
参考比較例３−３
参考比較例３−３として、総ての凹凸構造において参考例３と同様の凹凸比Ａ／Ｂの分布を持ちながら、総ての凹凸深さが４μｍであるスペーサを参考例３と同様の方法で作製した。
【０１９６】
作製されたスペーサを用いて参考例３と同様の方法で画像表示装置を作製し、参考例３と同様に駆動パルス幅ごとの、スペーサ最近接の電子放出素子からの放出電子による発光スポットの位置を詳細に観察した。その結果、駆動パルス幅が長くなるのにしたがって、発光スポットの位置が、スペーサに近づく方向におよそ２５μｍ変位する様子が観測された。スペーサに近づく方向にスポットが変位していることから、スペーサ表面の帯電が正帯電側によっていることが分かる。これは凹部に閉じ込められる電子の割合が減少したことと対応する。本参考比較例におけるスポットの変位量は、行方向配線間隔の４％に相当する量であり、発光スポットのずれが画像の乱れとして認識されるため、画像表示装置としては好適に用いることができないことが確認された。
【０１９７】
参考例４
本参考例は、図１６に示される構成の電子線装置の例である。
【０１９８】
本参考例で用いるスペーサを次のように作製した。母材としてはガラス（旭硝子製ＰＤ２００）を幅（図６におけるＺ方向に該当）４９．２３ｍｍ×長さ（図６におけるＸ方向に該当）３００ｍｍ×厚さ（図６におけるＹ方向に該当）６．１５ｍｍの板状に加工した。そのうち４９．２３ｍｍ×３００ｍｍの面に切削により深さ０．３ｍｍ、周期０．９ｍｍの略台形状の断面形状を有する凹部（溝）を５２本加工した。略台形状の凹凸の傾斜した側面の角度は、一方の端部側の幅１５ｍｍの領域においては３０°であり、残りの領域においては７０°とした。この母材を、図１４に示すような装置を用いて、以下の条件で加熱延伸することによりスペーサ基材を作製した。
【０１９９】
図１４において、２０４はメカチャック、２０５は引き取りローラであり、２０３はヒータである。母材２０１を固定したメカチャックを２．５ｍｍ／ｍｉｎの速度で降下させることにより、母材２０１をヒーター２０３の中へ送り込む。次いで、ヒーター２０３で７９０℃に加熱しながら、ヒータ２０３の下方に配置された引き取りローラー２０５で２７００ｍｍ／ｍｉｎの速度で引き取ることで加熱しつつ延伸し、母材と略相似形の断面形状を有するスペーサ基材を得た。この時スペーサ基材に不要な反り等が見られることはなかった。得られたスペーサ基材は幅１．６ｍｍ、厚さ０．２ｍｍであり、長さは８００ｍｍとなるようにカッター２０６を用いて切断した。得られたスペーサの１．６×８００ｍｍの主表面には、凹凸深さ１０μｍ、周期３０μｍの略台形状の凹凸が形成されており、凹凸側面の最大傾斜角度は、一方の端部側の４８０μｍの領域においては２５°、残りの領域においては６５°であった。尚、スペーサの形状は、母材の形状と略相似形ではあるが、加熱延伸工程によって、凹凸構造は略台形形状ではあるものの、若干の湾曲が見られた。
【０２００】
この様にして製作したスペーサ基材は洗浄し、清浄化したスペーサ基材の上に、高抵抗膜としてＷとＧｅの窒化膜を真空成膜法により形成した。
【０２０１】
本参考例で用いたＷとＧｅの窒化膜は、スパッタリング装置を用いてアルゴンと窒素の混合雰囲気中で、ＷとＧｅのターゲットを同時にスパッタすることにより成膜した。成膜時にはスパッタリングの条件を変更することで、高抵抗膜の抵抗値を制御した。なお、高抵抗膜の抵抗値は、ＷとＧｅのターゲットへの投入電力およびスパッタ時間の調整により、Ｗの添加量を調整することで行った。得られた高抵抗膜は厚さがおよそ２００ｎｍであり、シート抵抗値は３×１０11Ω／□であった。
【０２０２】
次いで得られたスペーサを別途用意しておいた第一の基板１０１上に固定した。図１６および図６に示されるように、高抵抗膜１０５を形成したスペーサ１０３は、凹凸側面の最大傾斜角度が大きな領域が第一の基板１０１側に位置するように配置された上で、第一の基板１０１側で行方向配線１１３上に配置した。長手方向の端部において位置固定用のブロック（図１６には不図示）により固定した。スペーサ１０３を固定するためのブロックは、スペーサ１０３と同様にガラス（ＰＤ２００）を切削加工する事で作製した。ブロックは４ｍｍ×５ｍｍ×厚さ１ｍｍの直方体状をしており、その側面にはスペーサ１０３の長手方向端部を挿入できるよう、幅２１０μｍの溝を形成した。スペーサ１０３およびブロックは、パネル内に設置する際に、スペーサ１０３が第二の基板１０２や第一の基板１０１に対して、斜めに傾くことの無いよう調整を行った上で、セラミック系の接着剤により互いに固定した。
【０２０３】
この後、別途作製しておいた第二の基板１０２および側壁１１５とともに、外囲器を形成し、真空排気および電子源の形成を行った。この後封止を行うことにより、スペーサは外囲器の外から加わる大気圧により、パネル内の所定の位置に完全に固定された。
【０２０４】
以上のように完成した、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、各電子放出素子１１２には、容器外端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを通じ、走査信号および変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ印加する。これにより電子を放出させる。一方、メタルバック１１９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された電子ビームを加速し、蛍光膜１１８に電子を衝突させ、各色蛍光を励起・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５ｋＶ乃至１３ｋＶの範囲とし、各配線１１３、１１４間への印加電圧Ｖｆは１８Ｖとした。また、素子を駆動するパルス幅は０．５μｓｅｃ以上２０μｓｅｃ以下、駆動周波数は６０Ｈｚとした。
【０２０５】
画像表示装置を駆動した状態で、スペーサ１０３の最近接にある電子放出素子１１２からの放出電子による発光スポットの位置を、駆動パルス幅ごとに詳細に観測した結果、駆動パルス幅による発光スポットの位置の変化は１０μｍ以内であった。
【０２０６】
一方、参考比較例４−１として全ての凹凸形状において最大傾斜角度が等しいスペーサを同様の方法で作製して、参考例４と同様に駆動パルス幅ごとの、スペーサ最近接の電子放出素子からの放出電子による発光スポットの位置を詳細に観察した。その結果、駆動パルス幅が長くなるのにしたがって、発光スポットの位置がおよそ２８μｍ変位する様子が観測されたことから、駆動中の帯電の影響を抑制するという、本参考例４の有効性、および優位性を確認することができた。
【０２０７】
参考例５
本参考例においては、第一の基板側から第二の基板側へ向けて、徐々に側面の最大傾斜角度が変化する凹凸構造を有するスペーサを配置した画像表示装置を作製した。作製したスペーサ基材の主表面には凹凸側面の最大傾斜角度が３０°乃至８０°の範囲で、最大傾斜角度が徐々に変化するような凹凸構造を形成した。個々の凹凸側面の最大傾斜角度は、スペーサ表面の各位置で、そこに入射する電子の入射角度がほぼ０°（ほぼ垂直に入射）となるように決定されたものであり、概ね図２３のような分布となっている。なお、図中横軸の溝番号はスペーサの短手方向（幅に該当）の一方の端部から数えた溝の番号であり、１から５２（本参考例では溝の数は５２本である）までプロットしてある。凹凸の断面形状は略台形状である。凹凸の深さは１０μｍであり、周期は３０μｍであった。スペーサは参考例４と同様にガラス（ＰＤ２００）の母材に、切削加工により凹凸を形成した後に、加熱延伸工程を行うことにより作製した。得られたスペーサ基材のサイズは１．６ｍｍ×８００ｍｍ×０．２ｍｍであった。なお、本参考例においても、延伸後の基材に不要の反り等が発生することなく、安定したスペーサ基材の形成が行えた。また、参考例４同様、スペーサの凹凸構造は略台形形状ではあるものの、若干の湾曲が見られた。
【０２０８】
得られたスペーサ基材は洗浄後、高抵抗膜の成膜を行った後に、最大傾斜角度が８０°である側が第一の基板側となるように配置して、第一の基板上へ固定した。なお、本参考例において、スペーサ以外の構成は参考例１と同様である。
【０２０９】
作製した画像表示装置を用いて、参考例４と同様の評価を実施したところ、参考例４と同様であり、また最近接の発光スポットの位置の駆動パルス幅による変位は５μｍ以内であり、参考例４の場合と比較して、さらに帯電による影響の抑制効果が向上した。
【０２１０】
実施例１
本実施例においては、図１７に示すように凹凸の周期が第一の基板側と比較して第二の基板側で長くなっているスペーサを用いた画像表示装置を作製した。
【０２１１】
参考例４と同様に加熱延伸法を用いて作製したスペーサ基材のサイズは１．６ｍｍ×８００ｍｍ×０．２ｍｍであった。本実施例においても、延伸後の基材に不要の反り等が発生することなく、安定したスペーサ基材の形成が行えた。
【０２１２】
スペーサ基材の主表面に形成された凹凸の断面形状は椀形状であり、深さは１０μｍ、最大傾斜角度は６０°であり、周期は主表面の短手方向（第一の基板と第二の基板の対向方向（幅））の５０％の領域で３０μｍ、残りの５０％の領域で５０μｍとした。
【０２１３】
得られたスペーサは洗浄後、高抵抗膜の成膜を行った後に、凹凸周期が３０μｍである側が第一の基板と当接する側となるように配置して、位置合わせをした上で別途用意しておいた第一の基板上へ固定した。本実施例において用いた第一の基板には、電子放出素子が４５０μｍのピッチで形成されており、スペーサの最近接の電子放出素子までの距離は１２５μｍとなる。
【０２１４】
さらに別途作製しておいた第二の基板１０２および側壁１１５とともに、外囲器を形成し、真空排気および電子源の形成を行った。この後封止を行うことにより、スペーサは外囲器の外から加わる大気圧により、パネル内の所定の位置に完全に固定され、画像表示装置を作製した。
【０２１５】
作製した画像表示装置を用いて、参考例４と同様の評価を実施したところ、最近接の発光スポットの位置の駆動パルス幅による変位は４μｍであった。
【０２１６】
一方、比較例として５０μｍ周期で全ての凹凸形状を形成したスペーサを同様の方法で作製して、実施例１と同様に駆動パルス幅ごとの、スペーサ最近接の電子放出素子からの放出電子による発光スポットの位置を詳細に観察した。その結果、駆動パルス幅が長くなるのにしたがって、発光スポットの位置がおよそ１５μｍ変位する様子が観測されたことから、駆動中の帯電の影響を抑制するという、本実施例１の有効性、および優位性を確認することができた。
【０２１７】
実施例２
本実施例においては、凹凸の周期が第一の基板側から第二の基板側へ向けて、徐々に長くなっているスペーサを用いた画像表示装置を作製した。
【０２１８】
実施例１と同様に加熱延伸法を用いて、表面に断面が椀形状の凹凸を有するスペーサ基材を作製した。得られたスペーサ基材のサイズは１．６ｍｍ×８００ｍｍ×０．２ｍｍであった。形成された凹凸の深さは１０μｍ、最大傾斜角度は６０°から６５°であり、その周期は２０μｍから５０μｍまで一周期ごとに０．７μｍずつ長くなるようにした。凹凸は総計４４本形成した。なお、本実施例においても、延伸後のスペーサ基材に不要の反り等が発生することなく、安定したスペーサ基材の形成が行えた。
【０２１９】
洗浄後、高抵抗膜を成膜されたスペーサは、凹凸の周期が短い側が第一の基板と当接する側となるように配置して、位置合わせをした上で別途用意しておいた第一の基板上へ固定した。本実施例においても第一の基板には、電子放出素子が４５０μｍのピッチで形成されており、スペーサの最近接の電子放出素子までの距離は１２５μｍとなる。
【０２２０】
ここで別途作製しておいた第二の基板１０２および側壁１１５とともに、外囲器を形成し、真空排気および電子源の形成を行った。この後封止を行うことにより、スペーサは外囲器の外から加わる大気圧により、パネル内の所定の位置に完全に固定され、画像表示装置が得られた。
【０２２１】
作製した画像表示装置を用いて、実施例１と同様の評価を実施したところ、最近接の発光スポットの位置の駆動パルス幅による変位は３μｍであり、参考例４と比較してもさらに帯電抑制効果が向上している事を確認した。なお、上述の参考例４または５と本実施例２または実施例１を組み合わせた構成も可能であり、本実施例２と同様の効果を得られる。
【０２２２】
参考例６
本参考例においては、図１８に示すように凹凸の深さが第二の基板側と比較して、第一の基板側の方が深くなっているスペーサを用いた画像表示装置を作製した。
【０２２３】
本参考例に用いたスペーサは、アルミナに切削加工を行うことによって表面に凹凸を形成した。スペーサ基材のサイズは１．８ｍｍ×１００ｍｍ×厚さ０．２ｍｍであり、表面には切削により５０μｍ周期で矩形状の凹凸を形成した。凹凸深さは一方の端部から１／３の領域は１２μｍとし、残りの領域では５μｍとした。
【０２２４】
加工したスペーサに対して、参考例１と同様の高抵抗膜を成膜した。この際、矩形状の凹凸部において抵抗分布が生じないように、スペーサ基材の長手方向の軸を中心に基材を回転させながら高抵抗膜を成膜した。得られた高抵抗膜のシート抵抗値は１×１０12Ω／□であった。
【０２２５】
次いで、別途作製した第一の基板に対し、スペーサ基材の凹凸深さが深い側で第一の基板と当接するように配置して固定した。
【０２２６】
さらに別途作製しておいた第二の基板１０２および側壁１１５とともに、外囲器を形成し、真空排気および電子源の形成を行った。この後封止を行うことにより、スペーサは外囲器の外から加わる大気圧により、パネル内の所定の位置に完全に固定され、画像表示装置が得られた。
【０２２７】
作製した画像表示装置を用いて、参考例４と同様の評価を実施したところ、最近接の発光スポットの位置の駆動パルス幅による変位は４μｍであった。
【０２２８】
一方、参考比較例６−１として全ての凹凸において深さを５μｍとして形成したスペーサを同様の方法で作製して、参考例６と同様に駆動パルス幅ごとの、スペーサ最近接の電子放出素子からの放出電子による発光スポットの位置を詳細に観察した。その結果、駆動パルス幅が長くなるのにしたがって、発光スポットの位置がおよそ２０μｍ変位する様子が観測されたことから、駆動中の帯電の影響を抑制するという、本参考例６の有効性、および優位性を確認することができた。なお、本参考例６において、溝の深さが第二の基板から第一の基板に向けて除除に深くなる構成を採用しても良く、この場合も本参考例６と同様の効果を得ることができる。
【０２２９】
参考例７
本参考例において用いたスペーサを図１９に示す。
【０２３０】
本参考例においては、アルミナ基材に切削加工を行い、第一の基板と第二の基板の対向方向において、凸部の頂面の面積が徐々に変化するように凹凸形状を形成した。作製したスペーサ基材は１．８ｍｍ×１００ｍｍ×厚さ０．２ｍｍであり、凹凸深さは８μｍ、凹凸の周期は５０μｍであった。凹凸の断面は湾曲した略台形状であり、側面の最大傾斜角度は６０°、凸部の頂面の幅は２０μｍから５μｍとし、凹部（溝）の間隔は２０μｍで一定とした。
【０２３１】
加工したスペーサには参考例４と同様に高抵抗膜を成膜した後に、第一の基板上に固定した。この時、頂面の幅（第一の基板と第二の基板の対向方向における頂面の間隔）が広い側（長い側）が第一の基板側となるように配置した。
【０２３２】
さらに別途作製しておいた第二の基板１０２および側壁１１５とともに、外囲器を形成し、真空排気および電子源の形成を行った。この後封止を行うことにより、スペーサは外囲器の外から加わる大気圧により、パネル内の所定の位置に完全に固定され、画像表示装置を作製した。
【０２３３】
作製した画像表示装置を用いて、参考例４と同様の評価を実施したところ、最近接の発光スポットの位置の駆動パルス幅による変位は４μｍであった。
【０２３４】
一方、参考比較例７−１として全ての凹凸において頂面の幅（第一の基板と第二の基板の対向方向における頂面の長さ）を２０μｍで一定として形成したスペーサを同様の方法で作製した。これを用いて、参考例７と同様に駆動パルス幅ごとの、スペーサ最近接の電子放出素子からの放出電子による発光スポットの位置を詳細に観察した。その結果、駆動パルス幅が長くなるのにしたがって、発光スポットの位置がおよそ１８μｍ変位する様子が観測されたことから、駆動中の帯電の影響を抑制するという、本参考例７の有効性、および優位性を確認することができた。
【符号の説明】
【０２３５】
１０１：第一の基板（リアプレート）、１０２：第二の基板（フェースプレート）、１０３：スペーサ、１０４：主表面、１０５：高抵抗膜、１０６：凹凸構造、１０７：スペーサ固定用ブロック、１１２：電子放出素子、１１３：行方向配線、１１４：列方向配線、１１５：側壁、１１８：蛍光体、１１９：メタルバック