(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子源を有するリアプレートと、画像形成部材を有するフェースプレートと、前記フェースプレートとリアプレート間に配され、前記フェースプレートまたは前記リアプレートのどちらか一方のプレートに接合部材により固定され、前記他方のプレートに形成された断面形状が凸状の曲率を有する設置台に当接することで前記リアプレートと前記フェースプレートとの間隔を制御するスペーサとを有し、前記スペーサの、前記他方のプレートと対向する面は平面であり、該平面が前記設置台に当接し、且つ該平面の外周部である角部は前記設置台と離れていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記設置台の頂部と前記スペーサの間の位置ずれをｘ、前記スペーサの厚みをｔとすると、ｘ≦ｔ／２を満たすことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記スペーサの厚みをｔ、設置台の曲率半径をＲ、スペーサの傾きθとすると、θ≦ｓｉｎ−１（ｔ／２Ｒ）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記スペーサの厚みをｔ、設置台の曲率半径をＲ、スペーサの傾きをθ、リアプレートの平面のスペーサの傾いた方向をｘ軸としたとき、設置台でのスペーサの位置ずれをｘ、とし、スペーサと設置台の接点がスペーサ厚み中央よりもＸ軸方向に大きいとき、Ｒｓｉｎ｜θ｜≦ｘ＋ｔ／２を満たすことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記スペーサの厚みをｔ、設置台の曲率半径をＲ、スペーサの傾きをθ、リアプレートの平面のスペーサの傾いた方向をｘ軸としたとき、設置台でのスペーサの位置ずれをｘ、とし、スペーサと設置台の接点がスペーサ厚み中央と設置台の頂点の間にあるとき
Ｒｓｉｎ｜θ｜≦ｘ―ｔ／２
であることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記角部が曲率を持つことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記角部の曲率半径Ｒが、
Ｒ≧１０μｍ
であることを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子源を用いた画像形成装置の画像形成装置に関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電子放出素子として熱陰極素子と冷陰極素子の２種類が知られている。このうち冷陰極素子では、たと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】
表面伝導型放出素子としては、たとえば、Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｈｙｓ．，１０，１２９０，（１９６５）や、後述する他の例が知られている。
【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放出が生ず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、前記エリンソン等による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−ボン薄膜によるもの〔荒木久  他：真空、第２６巻、第１号、２２（１９８３）〕等が報告されている。
【０００５】
これらの表面伝導型放出素子の素子構成の典型的な例として、図１に前述のＭ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ  らによる素子の平面図を示す。同図において、３００１は基板で、３００４はスパッタ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。該導電性薄膜３００４に後述の通電フォ−ミングと呼ばれる通電処理を施すことにより、電子放出部３００５が形成される。図中の間隔Ｌは、０．５〜１〔ｍｍ〕，Ｗは、０．１〔ｍｍ〕で設定されている。尚、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いるわけではない。
【０００６】
Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌらによる素子をはじめとして上述の表面伝導型放出素子においては、電子放出を行う前に導電性薄膜３００４に通電フォ−ミングと呼ばれる通電処理を施すことにより電子放出部３００５を形成するのが一般的であった。すなわち、通電フォ−ミングとは、前記導電性薄膜３００４の両端に一定の直流電圧、もしくは、例えば１Ｖ／分程度の非常にゆっくりとしたレ−トで昇圧する直流電圧を印加して通電し、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せしめ、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。尚、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−ミング後に導電性薄膜３００４に適宜の電圧を印加した場合には、前記亀裂付近において電子放出が行われる。
【０００７】
表面伝導型放出素子は、冷陰極素子のなか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がある。そこで、たとえば特開昭６４−３１３３２において開示されるように、多数の素子を配列して駆動するための方法が研究されている。
【０００８】
図２は平面型の画像表示装置をなす表示パネル部の一例を示す斜視図であり、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いる。図中、３１１５はリアプレート、３１１６は側壁、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により、表示パネルの内部を真空に維持するための外囲器（気密容器）を形成している。リアプレート３１１５には基板３１１１が固定されているが、この基板３１１１上には冷陰極素子３１１２が、ＮＸＭ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ＮＸＭ個の冷陰極素子３１１２は、図２に示すとおり、Ｍ本の行方向配線３１１３とＮ本の列方向配線３１１４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マルチ電子ビーム源と呼ぶ。また、行方向配線３１１３と列方向配線３１１４の少なくとも交差する部分には、両配線間に絶縁層(不図示)が形成されており、電気的な絶縁が保たれている。
【０００９】
フェースプレート３１１７の下面には、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（不図示）が塗り分けられている。また、蛍光膜３１１８をなす上記各色蛍光体の間には黒色部材（不図示）が設けてあり、さらに蛍光膜３１１８のリアプレート３１１５側の面には、Ａｌ等からなるメタルバック３１１９が形成されている。
【００１０】
Ｄｘ１〜ＤｘｍおよびＤｙ１〜ＤｙｎおよびＨｖは、当該表示パネルと不図示の電気回路とを電気的に接続するために設けた気密構造の電気接続用端子である。Ｄｘ１〜Ｄｘｍはマルチ電子ビーム源の行方向配線３１１３と、Ｄｙ１〜Ｄｙｎはマルチ電子ビーム源の列方向配線３１１４と、Ｈｖはメタルバック３１１９と各々電気的に接続している。
【００１１】
また、上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ており、画像表示装置の表示面積が大きくなるにしたがい、気密容器内部と外部の気圧差によるリアプレート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。そこで、比較的薄いガラス板や、棒からなり大気圧を支えるための構造支持体（スペーサ）３１２０が設けられる。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３１１７間は通常サブミリないし数ミリに保たれ、前述したように気密容器内部は高真空に保持されている。
【００１２】
以上説明した表示パネルを用いた画像表示装置は、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。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した画像形成装置の表示パネルにおいては以下のような問題点があった。
【００１４】
上記した画像形成装置を構成する気密容器の組立工程は、例えば、以下のようにして行われる。
【００１５】
まず、上記フェースプレートに上記スペーサをフリットなどの接合部材を用いて固定する。続いて、フェースプレートおよびリアプレートの双方に接合するための接合材が配された支持枠をフェースプレート上に配置する。続いて、リアプレートを、フェースプレートに固定されたスペーサおよび支持枠上にリアプレートを配置し、必要に応じてリアプレートとフェースプレートとを加圧しながら加熱することで、封着し、容器を組み立てる。この封着を真空雰囲気で行えば、気密容器が形成される。封着を非真空下で行った場合は、さらに、排気管を介して容器内部を排気し、排気管を溶融させ気密容器を形成する。
【００１６】
尚、スペーサを接合部材により固定するプレートはフェースプレート側でなく、リアプレート側でも良い。リアプレート側に固定する場合には、基本的には、上記したプロセスにおけるフェースプレートをリアプレートに入れ替えるだけである。
【００１７】
このようなプロセスにより、内部が減圧状態に保持された気密容器内に配された前記スペーサの一方の端は、接合部材によってリアプレートまたはフェースプレートに強固に固定され、リアプレートまたはフェースプレートと一体になっている。しかしながら、他方の端は、接合部材により固定されていないため、スペーサの端部が直接フェースプレートもしはりアプレートの構成部材（黒色部材（ブラックマトリクス）あるいは配線）と接触した状態となる。
【００１８】
一方、封着時にフェースプレートとリアプレートとの位置合わせにずれがあった場合や、スペーサを接合部材でリアプレートまたはフェースプレートに固定する際に、フェースプレートもしくはリアプレートの構成部材（黒色部材（ブラックマトリクス）あるいは配線）との位置合わせにずれがあった場合や、あるいは、スペーサが傾いた状態で接合部材によりフェースプレートまたはリアプレートに固定される場合があった。
【００１９】
このため、上記のような位置ずれや傾きがあると、上記封着時、あるいは排気時に、接合部材により固定されていない側のスペーサの角が、フェースプレートもしくはリアプレートの構成部材（黒色部材（ブラックマトリクス）あるいは配線）と接触するなどして本来加わるはずのない荷重がスペーサの角部に加わる場合が有った。図２２に、スペーサがリアプレートに対し傾いて固定された際に、接合部材により固定されていない側のスペーサの端部の角が、フェースプレート側の構成部材である黒色部材に接触した状態を模式的に示す。このような場合、スペーサの角に過剰な力がかかりスペーサの破壊や破損が生じることがあった。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、上記問題点を鑑みて検討した結果、電子源を有するリアプレートと、画像形成部材を有するフェースプレートと、前記フェースプレートとリアプレート間に配され、前記フェースプレートまたは前記リアプレートのどちらか一方のプレートに接合部材により固定され、前記他方のプレートに形成された断面形状が凸状の曲率を有する設置台に当接することで前記リアプレートと前記フェースプレートとの間隔を制御するスペーサとを有し、前記スペーサの、前記他方のプレートと対向する面は平面であり、該平面が前記設置台に当接し、且つ該平面の外周部である角部は前記設置台と離れていることを特徴とする画像形成装置を用いることにより、スペーサの角に過剰な力がかからず、スペーサの破壊や破損を防止した画像形成装置を提供する。
【００２２】
また、さらに、前記設置台の頂部と前記スペーサの間の位置ずれを ｘ 、前記スペーサの厚みを ｔ とすると、 ｘ ≦ t / 2   を満たすことが好ましい。
【００２３】
また、前記スペーサの厚みを ｔ 、設置台の曲率半径を R、スペーサの傾き θ とすると、
θ≦ sin-1 (t / 2 R) を満たすことが好ましい。
【００２４】
また、前記スペーサの厚みを ｔ 、設置台の曲率半径を R、スペーサの傾きをθ、リアプレートの平面のスペーサの傾いた方向をx軸としたとき、設置台でのスペーサの位置ずれを ｘ、とし、スペーサと設置台の接点がスペーサ厚み中央よりもＸ軸方向に大きいとき、  R sin|θ| ≦ x ＋ t / 2 を満たすことが好ましい。
【００２５】
そして、前記スペーサの厚みを ｔ 、設置台の曲率半径を R、スペーサの傾きを θ、リアプレートの平面のスペーサの傾いた方向をx軸としたとき、設置台でのスペーサの位置ずれを ｘ、とし、スペーサと設置台の接点がスペーサ厚み中央と設置台の頂点の間にあるとき
R sin|θ| ≦ x ― t / 2
であることが好ましい。
【００２７】
また、前記スペーサが前記フェースプレートまたは、前記スペーサが前記リアプレートと接する平面と、その平面に接する他平面の角に曲率を持つことが好ましく、
さらに、前記角の曲率半径Ｒが、
Ｒ ≧ 10μｍ
であることことが好ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好ましい実施形態についてのべる。
【００２９】
本発明を適用した画像表示装置の表示パネルの構成と製造法について、具体的な例を示して説明する。図１２は、本発明が好ましく用いられる表示パネルの斜視図であり、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いる。図中、１０１５はリアプレ−ト、１０１６は側壁、１０１７はフェ−スプレ−トであり、１０１５〜１０１７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。
【００３０】
気密容器を組み立てるにあたっては、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封着する必要があるが、たとえば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分以上焼成することにより封着を達成した。
【００３１】
気密容器内部を真空に排気する方法については後述する。また、上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、スペーサ１０２０が設けられている。
【００３２】
尚、ここでは、平板上のスペーサを用いた例を示したが、本発明においては、スペーサの形状はこれに限られるものではなく、例えば円柱状のものなども好ましく用いる事ができる。
【００３３】
スペーサは、その形状として、フェースプレートおよびリアプレートに当接もしくは接合される面（大気圧を支持する面）が、フェースプレートおよびリアプレートの平面に対し略平行になる面を持つとともに、フェースプレートとリアプレート間の間隔方向と略平行になる面（真空に露出する面）をもつ。これらの面が交差する部分（上記当接面の外周部）を本発明ではスペーサの角と呼ぶ。
【００３４】
次に、本発明の画像形成装置に用いることができる電子放出素子基板（電子源基板）について説明する。
【００３５】
本発明の画像形成装置に用いられる電子源基板は複数の冷陰極素子を基板上に配列することにより形成される。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配線で接続するはしご型配置（以下、はしご型配置電子源基板と称する）や、冷陰極素子の一対の素子電極のそれぞれＸ方向配線、Ｙ方向配線を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。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。
【００３６】
リアプレ−ト１０１５には、基板１０１１が固定されているが、該基板上には冷陰極素子１０１２がＮｘＭ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ＮｘＭ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。前記、１０１１〜１０１４によって構成される部分をマルチ電子ビ−ム源と呼ぶ。
【００３７】
本発明の画像表示装置に用いるマルチ電子ビ−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。
【００３８】
したがって、たと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。
【００３９】
次に、冷陰極素子として表面伝導型放出素子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−ム源の構造について述べる。
【００４０】
図１４に示すのは、図１２の表示パネルに用いたマルチ電子ビ−ム源の平面図である。基板１０１１上には、後述の図５で示すものと同様な表面伝導型放出素子が配列され、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（不図示）が形成されており、電気的な絶縁が保たれている。
【００４１】
図１４のＢ−Ｂ’に沿った断面を、図１５に示す。
【００４２】
なお、このような構造のマルチ電子源は、あらかじめ基板上に行方向配線１０１３、列方向配線１０１４、電極間絶縁層（不図示）、および表面伝導型放出素子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−ミング処理（後述）と通電活性化処理（後述）を行うことにより製造した。
【００４３】
ここでは、気密容器のリアプレ−ト１０１５にマルチ電子ビ−ム源の基板１０１１を固定する構成としたが、マルチ電子ビ−ム源の基板１０１１が十分な強度を有するものである場合には、気密容器のリアプレ−トとしてマルチ電子ビ−ム源の基板１０１１自体を用いてもよい。
【００４４】
また、フェ−スプレ−ト１０１７の下面には、蛍光膜１０１８が形成されている。本実施例はカラ−表示装置であるため、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、たとえば図４の（Ａ）に示すように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の導電体１０１０が設けてある。黒色の導電体１０１０を設ける目的は、電子ビ−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事や、外光の反射を防止して表示コントラストの低下を防ぐ事、電子ビ−ムによる蛍光膜のチャ−ジアップを防止する事などである。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。
【００４５】
また、３原色の蛍光体の塗り分け方は前記図４（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、たとえば図４（Ｂ）に示すようなデルタ状配列や、それ以外の配列（例えば図４（ｃ））であってもよい。
【００４６】
なお、モノクロ−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。
【００４７】
また、蛍光膜１０１８のリアプレ−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事や、負イオンの衝突から蛍光膜１０１８を保護する事や、電子ビ−ム加速電圧を印加するための電極として作用させる事や、蛍光膜１０１８を励起した電子の導電路として作用させる事などである。メタルバック１０１９は、蛍光膜１０１８をフェ−スプレ−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た。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。
【００４８】
また、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−スプレ−ト基板１０１７と蛍光膜１０１８との間に、たとえばＩＴＯを材料とする透明電極を設けてもよい。
【００４９】
また、Ｄｘ１〜ＤｘｍおよびＤｙ１〜ＤｙｎおよびＨｖは、当該表示パネルと不図示の電気回路とを電気的に接続するために設けた気密構造の電気接続用端子である。Ｄｘ１〜Ｄｘｍはマルチ電子ビ−ム源の行方向配線１０１３と、Ｄｙ１〜Ｄｙｎはマルチ電子ビ−ム源の列方向配線１０１４と、Ｈｖはフェ−スプレ−トのメタルバック１０１９と電気的に接続している。
【００５０】
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、不図示の排気管と真空ポンプとを接続し、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−膜（不図示）を形成する。ゲッタ−膜とは、たとえばＢａを主成分とするゲッタ−材料をヒ−タ−もしくは高周波加熱により加熱し蒸着して形成した膜であり、該ゲッタ−膜の吸着作用により気密容器内は１ｘ１０マイナス５乗ないしは１ｘ１０マイナス７乗〔Ｔｏｒｒ〕の真空度に維持される。
【００５１】
以上説明した表示パネルを用いた画像表示装置は、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。
【００５２】
通常、冷陰極素子として表面伝導型放出素子を用いた場合、素子への印加電圧は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間の電圧０．１〔ｋＶ〕から１０〔ｋＶ〕程度である。
【００５３】
次に、前記実施例の表示パネルに用いたマルチ電子ビ−ム源の製造方法について説明する。本発明の画像表示装置に用いるマルチ電子ビ−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。したがって、たと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。
【００５４】
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もとでは、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。表面伝導型放出素子は製造が容易に行えるので、高輝度で大画面の画像表示装置のマルチ電子ビ−ム源に用いるには、最も好適であると言える。
【００５５】
そこで、まず、表面伝導型放出素子について基本的な構成と製法および特性を説明し、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−ム源の構造について述べる。
【００５６】
（表面伝導型放出素子の好適な素子構成と製法）
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。
【００５７】
（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。
【００５８】
図５に示すのは、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）である。図中、１１０１は基板、１１０２と１１０３は素子電極、１１０４は導電性膜、１１０５は間隙、１１１３は炭素膜である。
【００５９】
基板１１０１としては、たとえば、石英ガラスや青板ガラスをはじめとする各種ガラス基板や、アルミナをはじ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たとえばＳｉＯ2 を材料とする絶縁層を積層した基板、などを用いることができる。
【００６０】
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と１１０３は、導電性を有する材料によって形成されている。たとえば、Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ａｇ等をはじめとする金属、あるいはこれらの金属の合金、あるいはＩｎ2 Ｏ3 −ＳｎＯ2 をはじ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。電極を形成するには、たとえば真空蒸着などの製膜技術とフォトリソグラフィ−、エッチングなどのパタ−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さしつかえない。
【００６１】
素子電極１１０２と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。一般的には、電極間隔Ｌは通常は数百オングストロ−ムから数百マイクロメ−タ−の範囲から適当な数値を選んで設計されるが、なか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−タ−より数十マイクロメ−タ−の範囲である。
【００６２】
また、素子電極の厚さｄについては、通常は数百オングストロ−ムから数マイクロメ−タ−の範囲から適当な数値が選ばれる。
【００６３】
また、導電性膜１１０４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。すなわち、素子電極１１０２あるいは１１０３と電気的に良好に接続するのに必要な条件、後述する通電フォ−ミングを良好に行うのに必要な条件、電気抵抗を後述する適宜の値にするために必要な条件、などである。具体的には、数オングストロ−ムから数千オングストロ−ムの範囲のなかで設定するが、なかでも好ましいのは１０オングストロ−ムから５００オングストロ−ムの間である。
【００６４】
また、導電性膜１１０４を形成するのに用いられうる材料としては、たとえば、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ，などをはじめとする金属や、ＰｄＯ，ＳｎＯ2 ，Ｉｎ2 Ｏ3 ，ＰｂＯ，Ｓｂ2 Ｏ3 ，などをはじめとする酸化物や、ＨｆＢ2 ，ＺｒＢ2 ，ＬａＢ6 ，ＣｅＢ6 ，ＹＢ4 ，ＧｄＢ4 ，などをはじめとする硼化物や、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ，などをはじめとする炭化物や、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ，などをはじめとする窒化物や、Ｓｉ，Ｇｅ，などをはじめとする半導体や、カ−ボン、などがあげられ、これらの中から適宜選択される。
【００６５】
以上述べたように、導電性薄膜１１０４のシ−ト抵抗値については、１０の３乗から１０の７乗〔オ−ム／ｓｑ〕の範囲に含まれるよう設定した。
【００６６】
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あうような構造をとっている。その重なり方は、図５の例においては、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さしつかえない。
【００６７】
また、間隙１１０５は、導電性薄膜１１０４に対して、後述する通電フォ−ミングの処理を行うことにより形成する。なお、実際の間隙１１０５の位置や形状を精密かつ正確に図示するのは困難なため、図５においては模式的に示した。
【００６８】
また、炭素膜１１１３は、炭素もしくは炭素化合物よりなる薄膜で、間隙１１０５およびその近傍を被覆している。薄膜１１１３は、通電フォ−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。なお、実際の薄膜１１１３の位置や形状を精密に図示するのは困難なため、図５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た。
【００６９】
以上、好ましい素子の基本構成を述べたが、実施例においては以下のような素子を用いた。
【００７０】
すなわち、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−ム〕、電極間隔Ｌは２〔マイクロメ−タ−〕とした。
【００７１】
導電性膜の主要材料としてＰｄもしくはＰｄＯを用い、その厚さは約１００〔オングストロ−ム〕、幅Ｗは１００〔マイクロメ−タ〕とした。
【００７２】
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。
【００７３】
図６の（ａ）〜（ｄ）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、各部材の表記は前記図５と同一である。
【００７４】
１）まず、図６（ａ）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。
【００７５】
形成するにあたっては、あらかじめ基板１１０１を洗剤、純水、有機溶剤を用いて十分に洗浄後、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−・エッチング技術を用いてパタ−ニングし、（ａ）に示した一対の素子電極（１１０２と１１０３）を形成する。
【００７６】
２）次に、同図（ｂ）に示すように、導電性膜１１０４を形成する。
【００７７】
形成するにあたっては、まず前記（ａ）の基板に有機金属溶液を塗布して乾燥し、加熱焼成処理して成膜した後、フォトリソグラフィ−・エッチングにより所定の形状にパタ−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材料を主要元素とする有機金属化合物の溶液である。実施例では主要元素としてＰｄを用いた。
【００７８】
また、導電性薄膜の成膜方法としては、本実施例で用いた有機金属溶液の塗布による方法以外の、たと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を用いる場合もある。
【００７９】
３）次に、同図（ｃ）に示すように、フォ−ミング用電源１１１０から素子電極１１０２と１１０３の間に適宜の電圧を印加し、通電フォ−ミング処理を行って、間隙１１０５を形成する。
【００８０】
なお、間隙１１０５が形成される前と比較すると、形成された後は素子電極１１０２と１１０３の間で計測される電気抵抗は大幅に増加する。
【００８１】
通電方法をより詳しく説明するために、図７に、フォ−ミング用電源１１１０から印加する適宜の電圧波形の一例を示す。導電性薄膜をフォ−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同図に示したようにパルス幅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、間隙１１０５の形成状況をモニタ−するためのモニタ−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。
【００８２】
実施例においては、たとえば１０のマイナス５乗〔ｔｏｒｒ〕程度の真空雰囲気下において、たとえばパルス幅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パルス印加するたびに１回の割りで、モニタ−パルスＰｍを挿入した。フォ−ミング処理に悪影響を及ぼすことがないように、モニタ−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１ｘ１０の６乗〔オ−ム〕になった段階、すなわちモニタ−パルス印加時に電流計１１１１で計測される電流が１ｘ１０のマイナス７乗〔Ａ〕以下になった段階で、フォ−ミング処理にかかわる通電を終了した。
【００８３】
なお、上記の方法は、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、たとえば導電性膜の材料や膜厚、あるいは素子電極間隔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。
【００８４】
４）次に、図６の（ｄ）に示すように、活性化用電源１１１２から素子電極１１０２と１１０３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。
【００８５】
通電活性化処理とは、前記通電フォ−ミング処理により形成された間隙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せしめる処理のことである。（図においては、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。）なお、通電活性化処理を行うことにより、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には１００倍以上に増加させることができる。
【００８６】
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〕の範囲内の真空雰囲気中で、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からなる炭素膜１１１３を形成する。
【００８７】
通電方法をより詳しく説明するために、図８の（ａ）に、活性化用電源１１１２から印加する適宜の電圧波形の一例を示す。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。
【００８８】
図６の（ｄ）に示す１１１４は該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−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−ド電極１１１４として用いる。）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−し、活性化用電源１１１２の動作を制御する。電流計１１１６で計測された放出電流Ｉｅの一例を図８（ｂ）に示すが、活性化電源１１１２からパルス電圧を印加しはじめると、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。
【００８９】
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。
【００９０】
以上のようにして、図６（ｅ）に示す平面型の表面伝導型放出素子を実施例では製造した。
【００９１】
（垂直型の表面伝導型放出素子）
次に、垂直型の表面伝導型放出素子の構成について説明する。
【００９２】
図９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、図中の１２０１は基板、１２０２と１２０３は素子電極、１２０６は段差形成部材、１２０４は導電性薄膜、１２０５は間隙、１２１３は炭素膜、である。垂直型が先に説明した平面型と異なる点は、素子電極のうちの片方（１２０２）が段差形成部材１２０６上に設けられており、導電性膜１２０４が段差形成部材１２０６の側面を被覆している点にある。したがって、前記平面型における素子電極間隔Ｌは、垂直型においては段差形成部材１２０６の段差高Ｌｓとして設定される。なお、基板１２０１、素子電極１２０２および１２０３、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を同様に用いることが可能である。また、段差形成部材１２０６には、たとえばＳｉＯ2 のような電気的に絶縁性の材料を用いる。
【００９３】
次に、垂直型の表面伝導型放出素子の製法の一例について説明する。図１０の（ａ）〜（ｆ）は、製造工程を説明するための断面図で、各部材の表記は前記図９と同一である。
【００９４】
１）まず、図１０（ａ）に示すように、基板１２０１上に素子電極１２０３を形成する。
【００９５】
２）次に、同図（ｂ）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。絶縁層は、たとえばＳｉＯ2 をスパッタ法で積層すればよいが、たとえば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。
【００９６】
３）次に、同図（ｃ）に示すように、絶縁層の上に素子電極１２０２を形成する。
【００９７】
４）次に、同図（ｄ）に示すように、絶縁層の一部を、たと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。
【００９８】
５）次に、同図（ｅ）に示すように、導電性薄膜１２０４を形成する。形成するには、前記平面型の場合と同じく、たとえば塗布法などの成膜技術を用いればよい。
【００９９】
６）次に、前記平面型の場合と同じく、通電フォ−ミング処理を行い、間隙を形成する。（図６（ｃ）を用いて説明した平面型の通電フォ−ミング処理と同様の処理を行えばよい。）
【０１００】
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、間隙近傍に炭素もしくは炭素化合物ｋらなる炭素膜を形成する。（平面型の通電活性化処理と同様の処理を行えばよい。）
【０１０１】
以上のようにして、図１０（ｆ）に示す垂直型の表面伝導型放出素子を製造することができる。
【０１０２】
（多数素子を単純マトリクス配線したマルチ電子ビ−ム源の構造）
次に、実施例で作成した、表面伝導型放出素子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−ム源の構造について述べる。
【０１０３】
図１４に示すのは、前記図１２の表示パネルに用いたマルチ電子ビ−ム源の平面図である。基板上には、前記図５で示したものと同様な表面伝導型放出素子が配列され、これらの素子は行方向配線電極１０１３と列方向配線電極１０１４により単純マトリクス状に配線されている。行方向配線電極１０１３と列方向配線電極１０１４の交差する部分には、電極間に絶縁層（不図示）が形成されており、電気的な絶縁が保たれている。
【０１０４】
図１４のＢ−Ｂ’に沿った断面を、図１５に示す。
【０１０５】
なお、実施例では、このような構造のマルチ電子源は、あらかじ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（不図示）、および表面伝導型放出素子の素子電極と導電性薄膜を形成した後、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−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。
【０１０６】
図１３は図１２のＡ−Ａ’の断面模式図であり、各部の番号は図１２に対応している。以下では、所謂導電性スペーサを用いた例を説明する。
【０１０７】
導電性スペーサは、表面に高抵抗膜が配され、メタルバックなどの加速電極と、電子放出素子を駆動するための配線などとで電気的に接続される。
【０１０８】
図１３では、スペーサ基材１の表面に高抵抗膜１１が配され、かつフェースプレート１０１７の内側（メタルバック１０１９等）及び基板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３及び接する側面部５に低抵抗膜２１が配された場合の導電性スペーサを示している。
【０１０９】
スペーサは、前述したように、フェースプレート側あるいは、リアプレート側に接合材１０４１により固定されるが、図１３では、リアプレート側の配線１０１３上に導電性フリットで固定された例を示している。
【０１１０】
一方、スペーサをフェースプレート側に接合部材で固定する場合には、蛍光膜１０１８の一部を構成する黒色部材に実質的に固定される。
【０１１１】
また、高抵抗膜は、絶縁性部材１の表面のうち、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等）及び基板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。ここで説明される態様においては、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。
【０１１２】
この様な、所謂導電性スペーサ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、かつスペーサ１０２０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。
【０１１３】
尚、本発明は、上記導電性スペーサだけではなく、所謂絶縁性スペーサを用いた画像形成装置にも好ましく適用される。絶縁性スペーサとは、フェースプレートとリアプレート間に微少電流を流す、前記高抵抗膜が配されていないスペーサである。スペーサは、その表面の２次電子放出効率の最大値が２以下であることが好ましく、さらには、２次電子放出効率の最大値が１に近いことがより好ましい。
【０１１４】
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等の不純物含有量を減少したガラス、ソーダライムガラス、アルミナ等のセラミックス部材等が挙げられる。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。
【０１１５】
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等）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。帯電抑制の観点から表面抵抗Ｒ／□は１０の１４乗Ω以下であることが好ましい。十分な帯電抑制効果を得るためには１０の１１乗Ω以下がさらに好ましい。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７乗Ω以上であることが好ましい。
【０１１６】
絶縁材料上に形成された高抵抗膜１１の厚み ｔ は、１０ｎｍ〜１μｍの範囲が望ましい。材料の表面エネルギーおよび基板との密着性や基板温度によっても異なるが、一般的に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。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。
【０１１７】
表面抵抗R／□はρ／ｔであり、以上に述べたR□とｔの好ましい範囲から、帯電防止膜の比抵抗ρは０．１〔Ωｃｍ〕乃至１０の８乗〔Ωｃｍ〕が好ましい。さらに表面抵抗と膜厚のより好ましい範囲を実現するためには、ρは１０の２乗乃至１０の６乗Ωｃｍとするのが良い。
【０１１８】
スペーサは上述したようにその上に形成した高抵抗膜を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。高抵抗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、さらに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つづける。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。すなわち、高抵抗膜の抵抗温度係数は−１％未満であることが望ましい。高抵抗膜１１は、最大の二次電子放出効率が２より低い膜であることが好ましく、さらには、２次電子放出効率の最大値が１に近いことが好ましい。このような膜を構成する材料としては、例えば金属酸化物を用いることが出来る。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。冷陰極素子１０１２など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にくためと考えられる。炭素膜も二次電子放出効率が小さいので、絶縁性スペーサおよび導電性スペーサ表面に形成する材料としては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。
【０１１９】
高抵抗膜１１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。さらには後述する表示装置の作製工程において抵抗値の変化が少なく安定な材料である。かつ、その抵抗温度係数が−１％未満であり、実用的に使いやすい材料である。遷移金属元素としてはＴｉ，Ｃｒ，Ｔａ等があげられる。
【０１２０】
合金窒化膜は例えば、スパッタ、窒素ガス雰囲気中での反応性スパッタ、電子ビーム蒸着、イオンプレーティング、イオンアシスト蒸着法等の薄膜形成手段により絶縁性部材上に形成される。金属酸化膜も同様の薄膜形成法で作製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。カーボン膜は例えば、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法で作製され、特に非晶質カーボンを作製する場合には、成膜中の雰囲気に水素が含まれるようにするか、成膜ガスに炭化水素ガスを使用する。
【０１２１】
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等）及び低電位側の基板１０１１（配線１０１３、１０１４等）と電気的に接続する為に設けられたものであり、以下では、中間電極層（中間層）という名称も用いる。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ことが出来る。
【０１２２】
１． 高抵抗膜１１をフェースプレート１０１７及び基板１０１１と電気的に接続する。高抵抗膜１１をフェースプレート１０１７（メタルバック１０１９等）及び基板１０１１（配線１０１３、１０１４等）と直接或いは当接材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。これを避ける為に、フェースプレート１０１７、基板１０１１及び当接材１０４１と接触するスペーサ１０２０の当接面３或いは側面部５に低抵抗の中間層を設けることが好ましい。
【０１２３】
２．高抵抗膜１１の電位分布を均一化する。冷陰極素子１０１２より放出された電子は、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電子軌道を成す。スペーサ１０２０の近傍で電子軌道に乱れが生じないようにする為には、高抵抗膜１１の電位分布を全域にわたって制御する必要がある。高抵抗膜１１をフェースプレート１０１７（メタルバック１０１９等）及び基板１０１１（配線１０１３、１０１４等）と直接或いは当接材１０４１を介して接続した場合、接続部界面の接触抵抗の為に、接続状態のむらが発生し、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。これを避ける為に、スペーサ１０２０がフェースプレート１０１７及び基板１０１１と当接するスペーサ端部（当接面３或いは側面部５）の全長域に低抵抗の中間層を設け、この中間層部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した。
【０１２４】
３．放出電子の軌道を制御する。冷陰極素子１０１２より放出された電子は、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、素子位置の変更等）が生じる場合がある。このような場合、歪みやむらの無い画像を形成する為には、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。フェースプレート１０１７及び基板１０１１と当接する面の側面部５に低抵抗の中間層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出来る。
【０１２５】
低抵抗膜２１は、高抵抗膜１１に比べ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等の金属、あるいは合金、及びPd，Ag，Au，RuO2，Pd−Ag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、あるいはIn2O3−SnO2等の透明導体及びポリシリコン等の半導体材料等より適宜選択される。
【０１２６】
フェースプレート側、もしくはリアプレート側のどちらかに配される接合材１０４１は、スペーサ１０２０が行方向配線１０１３およびメタルバック１０１９と電気的に接続するように、導電性をもたせる必要がある。
【０１２７】
すなわち、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。
【０１２８】
以上、説明したように、本発明において、スペーサは、リアプレート側の配線あるいは、フェースプレート側の黒色部材（ブラックストライプまたはブラックマトリクス）に接合部材によって固定される。
【０１２９】
本発明におけるスペーサの角とは、スペーサの、フェースプレートもしくはリアプレートと接触または接合する面（端部）の最外部周辺の領域を指す。また、前記スペーサの端部のうち、接合部材によりフェースプレート側もしくはリアプレート側に固定されていない側のスペーサ端部と接触する、黒色部材あるいは配線を、ここではスペーサ設置台と呼ぶ事にする。
【０１３０】
そこで、本発明の第一は、スペーサがフェースプレート側に接合部材により固定される場合には、少なくとも、リアプレート上の配線が、また、スペーサがリアプレート側に固定される場合には、少なくともフェースプレート側の黒色部材の断面形状が、曲率を有する形状であり、かつ基板に対し、凸状（例えば、円弧状、半円状、扇状など）である。この様な形状にすることで、配線または黒色部材の頂点、稜線、平面でスペーサの端面と接する構成をとる。このような構成により、スペーサの角部への過剰な荷重が抑えられ、スペーサの破壊および破損が防止される。
【０１３１】
また、上記本発明第一に記載したような構成をとっても、黒色部材あるいは配線と、スペーサとがフェースプレートあるいはリアプレートの平面方向にずれた場合、その位置ずれ量によっては、スペーサの角部が黒色部材もしくは配線と接触し、その結果、スペーサの角部に過剰な過重が加わりスペーサを破損する可能性がある。
【０１３２】
そこで、本発明の第二は、上記第一の構成に加え、スペーサと、配線あるいは黒色部材との位置ずれの許容範囲を規定するものである。
【０１３３】
本発明の第二は、前記設置台の頂部（スペーサと設置台との接続部）と前記スペーサの中心軸間の位置ずれ量を ｘ 、前記スペーサの厚みを ｔ とすると、
ｘ < t / 2    式（１）
を満たすことにより、スペーサの破損や破壊を防止することができる。図１６(A)にこの条件を示す。
【０１３４】
尚、位置ずれ量Ｘは、設置台の頂点を通るフェースプレートまたはリアプレートの法線からスペーサの中心線までの距離を指す。
【０１３５】
また、上記本発明第一に記載したような構成をとっても、スペーサの傾きによっては、スペーサの角部が設置台と接触し、その結果、スペーサの角部に荷重が加わりスペーサを破損する可能性がある。
【０１３６】
そのため、本発明の第三は、以下のようなスペーサの傾き範囲を規定するものである。
【０１３７】
すなわち、本発明の第三は、スペーサの厚みをｔ、設置台の曲率半径を  Ｒ、設置台が配置されるフェースプレートまたはリアプレートの法線に対するスペーサの傾きθ〔ｒａｄ〕とすると、
Ｒ  ｓｉｎθ＜ｔ／２        式（２）
を満たすことにより、スペーサの角部が設置台に接触することを抑制でき、その結果、スペーサの破損を防止することができる。図１６（Ｂ）に、この条件を示す。尚θ〔ｒａｄ〕は、非常に小さいため、Ｒθ≒Ｒｓｉｎθと近似した。尚、曲率半径Ｒは例えば、設置台が形成されたプレートごと切断し、その断面形状を光学的な顕微鏡など、公知の断面形状を測定する手段によって測定することによって導き出す。また、スペーサの傾きは、設置台が形成されているプレートの表面に対する法線からの傾きを示す。さらに、スペーサの厚みは、スペーサが平板状の場合は、フェースプレートもしくはリアプレートと接触または接合する面の最も短い辺の長さである。一方、スペーサが円柱状の場合は、フェースプレートもしくはリアプレートと接触または接合する面の直径に相当する。
【０１３８】
また、上記本発明第一に記載したような構成をとっても、前記した設置台に対して、スペーサの傾きおよび位置ずれが同時にある場合には、その角度とずれ量の積算で、スペーサの角部に荷重がかかって破損する可能性がある。
【０１３９】
そこで、本発明の第四は、前記スペーサの厚みをｔ、設置台の曲率半径をＲ、スペーサの傾きをθ、リアプレートの平面のスペーサの傾いた方向をｘ軸としたとき、スペーサの中心軸と設置台の外周との接点から、設置台の頂点までの長さをスペーサの位置ずれ量ｘとし、スペーサと設置台の接点がスペーサ厚み中央よりもＸ軸方向にずれたとき、
Ｒ  ｓｉｎ｜θ｜＜ｘ＋ｔ／２          式（３）
を満たすことにより、スペーサの角部が設置台に接触することを抑制でき、その結果、スペーサの破損を防止することができる。図１７に、この条件を示す。尚、図中、この場合も、θは非常に小さいので、また、スペーサと設置台の接点がスペーサ厚み中央と設置台の頂点との間にあるとき
Ｒ  ｓｉｎ｜θ｜＞ｘ―ｔ／２          式（４）
を満たすことにより、スペーサの角部が設置台に接触することを抑制でき、その結果、スペーサの破損を防止することができる。図１８に、この条件の様子を示す。
【０１４０】
本発明はまた、スペーサ自体の角部の曲率半径を大きくすることで、一層のスペーサ角部への荷重の集中を減らすことができる。
【０１４１】
すなわち、本発明の第五は、スペーサの角部の曲率半径Ｒが、少なくとも、１０μｍ以上とするものである。尚、Ｒの値は、スペーサの強度、配線、ブラックストライプなどの幅、曲率によって適宜設定される。図１９（Ａ）に、この条件の様子を示す。
【０１４２】
本発明はまた、前記本発明第１，２，３に加え、スペーサの幅よりも、広い幅を有する設置台とすることで、一層のスペーサ角部への荷重の集中を減らすことができる。
【０１４３】
尚、本発明の参考例は、前記スペーサに接触する接触部に前記スペーサより広い幅の平面を有する設置台において、スペーサが垂直に設置されているとき、スペーサの厚みをｔ、前記スペーサの位置ずれをｘ、設置台の平面部の幅をｗとすると、スペーサの中央が設置台からはずれる場合
ｘ＜ｗ／２＋ｔ／２        式（５）
の条件によって、スペーサの角と設置台との干渉を抑えることができる。図１９（Ｂ）に、この条件の様子を示す。
【０１４４】
以上述べたような、本発明第一から第五の条件を満たすことにより、大気圧によるスペーサの破損を抑えることができる。
【０１４５】
【実施例１】
本実施例では、前述した図１２、図１３に示した画像形成装置を作製した。
【０１４６】
以下に本実施例の画像形成装置の作成工程を示す。
【０１４７】
（電子源基板作成工程）
まず、あらかじめ基板１０１１上に行方向配線１０１３、列方向配線１０１４、電極間絶縁層および表面伝導型電子放出素子１０１２の素子電極と導電性薄膜を形成した。
【０１４８】
（スペーサ作成工程）
次に、ソーダライムガラスからなる絶縁性部材からなる平板状のスペーサ基材１（40mm×2mm×0.2mm）を作製した。
【０１４９】
スペーサ基材表面のうち、気密容器の真空雰囲気に露出する４面（40 mm ×2 mm 、2 mm ×0.2 mmの各面）に後述の高抵抗膜１１を成膜し、フェースプレート、リアプレートに当接する面３（40 mm ×0.2 mmの２面）および、40 mm ×2 mmの面のフェースプレート、リアプレートに接する辺から ０.1mmの高さまでの領域５（40 mm ×0.1 mm ）に低抵抗膜２１を形成した。高抵抗膜１１としては、Ｃｒ および Ａｌ のターゲットを高周波電源で同時スパッタすることにより形成した Ｃｒ− Ａｌ 合金窒化膜（200 nm厚、約1e9〔Ω/□〕）を用いた。低抵抗膜は、スペーサに成膜された高抵抗膜とフェースプレート、高抵抗膜とリアプレートの電気的接続を確保する目的のほかに、スペーサ周辺の電場を制御し電子放出素子からの電子線の軌道制御を行う目的がある。
【０１５０】
（フェースプレートとスペーサ組み立て）
フェースプレートとスペーサ組み立てについて説明する。フェースプレートのスペーサが配置される個所である黒色部材（ブラックマトリクス上）にフリットを塗布した。
【０１５１】
その後、スペーサが配置される位置にスペーサよりわずかに大きな溝を有する治具を、フェースプレートと位置合わせする。そしてスペーサを治具の溝に挿入し、熱工程を通すことによって前述のフリットによって、スペーサを固定する（図２０（A））。
【０１５２】
ここで使った治具の溝は、スペーサの幅、スペーサの表面の膜の厚みなどを考慮し、、幅250μｍとしてある。
【０１５３】
（フェースプレートとリアプレートの封着）
次に、スペーサの固定されたフェースプレートをリアプレートに固定（封着）する。
【０１５４】
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の接合部に、フリットガラスを塗布した。そしてリアプレート１０１５を、フェースプレート１０１７に側壁１０１６を介して配置し、大気圧中で４００℃乃至５００℃で１０分以上焼成することで封着した。
【０１５５】
ここで、上記封着時でのリアプレートとスペーサの関係は、以下のようなものであった。
【０１５６】
本実施例で用いた、スペーサの厚みが0.2 mm、高さが2mm、治具の溝の幅が0.25 mm、リアプレートの配線が幅0.3 mm、配線の曲率が Ｒ＝0.5 mmであった。
【０１５７】
ゆえに、スペーサの最大ずれ幅は0.025 mm、最大傾きは0.025 rad、である。このとき、最大のずれのとき、傾きは０であるので、前述の式  ｘ < t /2  を満たしている。
【０１５８】
また、最大傾きのときも、スペーサと設置台の接点がスペーサ厚み中央よりもＸ軸方向に大きい条件で、 R sin|θ| ＜ x ＋ t / 2   を満たしている。よって、理論上も、スペーサの角が配線に当たることはない。
【０１５９】
（電子源形成工程、封止工程）
以上のようにして完成した容器内を排気管を通じ真空ポンプにて排気し、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及び列方向配線電極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うことによりマルチ電子源ビーム源を製造した。
【０１６０】
次に、10-6〔Torr〕程度の真空度で、不図示の排気管をガスバーナーで熱することで溶着し外囲器（容器）の封止を行った。
【０１６１】
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。
【０１６２】
（画像形成）
以上のように完成した、図１２に示されるような表示パネルを画像形成装置において、各表面伝導型電子放出素子１０１２には、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍと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によりそれぞれ印加することにより電子を放出させ、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。
【０１６３】
このとき、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、二次元上に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性の良いカラー画像表示ができた。
【０１６４】
以上述べたように、配線上でのスペーサの位置ずれと、傾きの最大値を設定しその範囲内で組み立てを行い、大気圧によるスペーサの破損を抑えることができた。
【０１６５】
（参考例）
本参考例では、スペーサより幅のある平面を持った配線でのスペーサの配置例を述べる。
【０１６６】
スペーサおよび、気密容器の組み立ての条件は実施例１と同じである。
【０１６７】
すなわち本参考例では、スペーサの厚みが０．２ｍｍ、高さが２ｍｍ、治具の溝の幅が０．５ｍｍ、リアプレートの配線が幅０．３ｍｍ、配線の平面の幅がＷ＝０．２ｍｍであった。
【０１６８】
この条件では、前述した式   x ＜ w / 2 + t /2  を満たす。
【０１６９】
ゆえに理論上も、スペーサの角が配線に当たることなく、大気圧によるスペーサの破損を抑えることができた。
【０１７０】
以上述べたように。本発明に基づいた条件を適用することにより、スペーサは、われなどの破損を生じることがないため、構造上の強度の低下を防止可能となり、真空度の維持が確保できた。
【０１７１】
そして、高輝度高画質である画像表示可能となった。
【０１７２】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によればスペーサが破損、破壊などを起こさず、強度が十分とれた真空容器および画像形成装置が実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の表面伝導型電子放出素子の模式図。
【図２】従来の画像形成装置の部分切り欠き斜視模式図。
【図３】画像形成装置の部分切り欠き斜視模式図。
【図４】蛍光膜の模式図。
【図５】本発明で用いられる表面伝導型電子放出素子の模式図。
【図６】表面伝導型電子放出素子の作成工程を表す模式図。
【図７】フォーミング工程に用いられるパルス波形の一例を示す模式図。
【図８】活性化工程に用いられるパルス波形の一例を示す模式図。
【図９】垂直型の表面伝導型電子放出素子の断面模式図。
【図１０】垂直型の表面伝導型電子放出素子の作成工程を示す模式図。
【図１１】表面伝導型電子放出素子の電子放出特性を示す図。
【図１２】実施例で作成した画像形成装置の部分切り欠き斜視模式図。
【図１３】本実施例で作成した画像形成装置の断面模式図。
【図１４】表面伝導型電子放出素子をマトリクス状に配列形成した模式図。
【図１５】表面伝導型電子放出素子の断面図。
【図１６】本発明の一形態を示す模式図。
【図１７】本発明の他の形態を示す模式図。
【図１８】本発明の他の形態を示す模式図。
【図１９】本発明の他の形態を示す模式図。
【図２０】実施例で作成した画像形成装置の作成工程を示す模式図。
【図２１】本発明の一形態を示す模式図。
【図２２】課題を説明する模式図。
【符号の説明】
３００１  基板
３００４  導電性膜
３００５  電子放出部
３１２０、１０２０  スペーサ
１０１７、３１１７  フェースプレート
１０１８，３１１８  蛍光膜
１０１９，３１１９  メタルバック
１０１６、３１１６  支持枠
１０１５，３１１５  リアプレート
１０１１，３１１１  電子源基板
【図１】
0003667139.tif 000002
【図２】
0003667139.tif 000003
【図３】
0003667139.tif 000004
【図４】
0003667139.tif 000005
【図５】
0003667139.tif 000006
【図６】
0003667139.tif 000007
【図７】
0003667139.tif 000008
【図８】
0003667139.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003667139.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
0003667139.tif 000015
【図１５】
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【図１６】
0003667139.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
0003667139.tif 000019
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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