(57)【要約】【課題】  画質に影響を及ぼすことなく、スペーサをフェースプレートとリアプレートとの間に介在させて、表示パネル内の耐大気圧対策を講じた画像表示装置を提供する。【解決手段】  真空容器内に、第一の基板と第二の基板とに当接して配置され、基材と該基材を被覆する第一の電極または第二の電極よりも高抵抗な膜とで構成されたスペーサとを有する画像表示装置であって、前記真空容器の、前記第一の基板と平行な平面で切った内部断面積をＡ、前記スペーサの第一の基板に近接して対面する端部の総面積をＳ１、前記スペーサの第二の基板に近接して対面する端部の総面積をＳ２、前記スペーサと前記第一の電極との実接触面積をｓ１、前記スペーサと前記第二の電極との実接触面積をｓ２とし、０．３Ｓ１≦ｓ１≦０．００３Ａまたは０．３Ｓ２≦ｓ２≦０．００３Ａであることを特徴とする。【選択図】      図１３
2006019247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の電極を有する第一の基板と、前記第一の電極よりも高電位に規定された第二の電極を有する第二の基板とを有する真空容器と、
前記真空容器内に、前記第一の基板と前記第二の基板とに当接して配置され、基材と該基材を被覆する前記第一の電極または第二の電極よりも高抵抗な膜とで構成されたスペーサとを有する画像表示装置であって、
前記真空容器の、前記第一の基板と平行な平面で切った内部断面積をＡ、前記スペーサの第一の基板に近接して対面する端部の総面積をＳ１、前記スペーサの第二の基板に近接して対面する端部の総面積をＳ２、前記スペーサと前記第一の電極との実接触面積をｓ１、前記スペーサと前記第二の電極との実接触面積をｓ２とし、０．３Ｓ１≦ｓ１≦０．００３Ａまたは０．３Ｓ２≦ｓ２≦０．００３Ａであることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記高抵抗膜のシート抵抗が１０7〜１０14Ω／□である請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記第１基板が複数の電子放出素子を有する請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記第一の電極は、前記電子放出素子に接続する配線であり、前記スペーサが、前記配線上に配置されている請求項１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、電子放出素子を用いた平面型の画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子放出素子を用いたフラットパネルディスプレイが省スペース且つ軽量であることから、ブラウン管型の表示装置に置き換わるものとして注目されている。このような電子放出素子を用いて構成された平面型の画像表示装置は、複数の電子放出素子を備えた電子源を配置したリアプレートと、該リアプレート上の電子放出素子から放出された電子の照射によって発光する発光部材を備えたフェースプレートを側壁を介して対向配置し、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。
【０００３】
上記気密容器の内部は１０-4Ｐａ程度の真空に保持されており、画像表示装置の表示面積が大きくなるに従い、気密容器内部と外部の気圧差によるリアプレート及びフェースプレートの変形或いは破壊を防止する手段が必要となる。リアプレート及びフェースプレートを厚くすることは、画像表示装置の重量を増加させるのみならず、斜め方向から見たときに画像のゆがみや視差を生ずる。そこで、通常は、特許文献１に記されるように、フェースプレートとリアプレートの間にスペーサ（構造支持体或いはリブとも呼ばれる）を、表示装置内において所定の占有率となるように配置して対応している。
【０００４】
気密容器内に配置されたスペーサは、リアプレートとフェースプレート間を飛翔する電子の軌道に大きく影響してはならない。電子軌道に影響を与える原因はスペーサが存在することによって生じる、スペーサ近傍の静的或いは帯電による動的な電場変化である。スペーサの帯電は、電子放出素子から放出した電子の一部或いはフェースプレートで反射した電子がスペーサに入射し、スペーサから二次電子が放出されることにより、或いは電子の衝突により電離したイオンが表面に付着することによるものと考えられる。
【０００５】
スペーサが正帯電するとスペーサ近傍を飛翔する電子がスペーサに引き寄せられるためスペーサ近傍で表示画像に歪みを生ずる。帯電の影響はリアプレートとフェースプレート間隔が大きくなるに従い顕著になる。
【０００６】
一般に帯電を抑制する手段として、帯電面に導電性を付与し、若干の電流を流すことで電荷を除去することが行なわれる。この概念をスペーサに応用しスペーサ表面を酸化スズで被覆する手法が特許文献２に開示されている。また、特許文献３にはＰｄＯ系ガラス材で被覆する手法が開示されている。また、特許文献４には、スペーサのリアプレートとフェースプレートとの当接面には、電極を形成することによりスペーサ表面に均一に電場を印加することにより、接続不良や電流集中によるスペーサの破壊を防ぐ手法が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２６０３５３号公報（米国特許第６５４１９００号明細書）
【特許文献２】特開昭５７−１１８３５５号公報
【特許文献３】特開平３−４９１３５号公報
【特許文献４】特開平８−１８０８２１号公報（米国特許第５７６０５３８号明細書）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の表示パネルにおいては、スペーサには、フェースプレートとリアプレートの当接面にそれぞれ電極が設けられているが、構成の簡略化、プロセス削減などのローコストの要請から、この電極をなくす検討を行っている。ところが、スペーサの電極をなくした場合、スペーサとフェースプレート、及びスペーサとリアプレートとの接触状況により、画像の質が悪化することがあった。本発明者等が検討したところ、電極を持たないスペーサは表面の電位分布が意図しない分布状態を示したり、スペーサの帯電が十分に低減されないことが新たにわかった。
【０００９】
本発明の目的は、上記問題を解決した画像表示装置を提供することにあり、具体的には、スペーサ表面の意図しない電位分布の発生と帯電とを防止し、スペーサによる画質への影響を抑制した画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、
第一の電極を有する第一の基板と、前記第一の電極よりも高電位に規定された第二の電極を有する第二の基板とを有する真空容器と、
前記真空容器内に、前記第一の基板と前記第二の基板とに当接して配置され、基材と該基材を被覆する前記第一の電極または第二の電極よりも高抵抗な膜とで構成されたスペーサとを有する画像表示装置であって、
前記真空容器の、前記第一の基板と平行な平面で切った内部断面積をＡ、前記スペーサの第一の基板に近接して対面する端部の総面積をＳ１、前記スペーサの第二の基板に近接して対面する端部の総面積をＳ２、前記スペーサと前記第一の電極との実接触面積をｓ１、前記スペーサと前記第二の電極との実接触面積をｓ２とし、０．３Ｓ１≦ｓ１≦０．００３Ａまたは０．３Ｓ２≦ｓ２≦０．００３Ａであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、十分な体積によって得られる、十分な座屈強度を有するスペーサによって内部の耐大気圧構造が良好に保持されると共に、高抵抗膜で被覆されたスペーサと第一電極及び第二電極との電気的接続が良好となり、該スペーサによる画質への影響も防止される。よって、本発明の画像表示装置においては、従来よりも高画質の画像を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の特徴である、内部断面積とスペーサの基板との総接触面積との比の限定について、図１〜図４を用いて説明する。
【００１３】
図１（ａ）は、本発明の画像表示装置における平面構成を示す模式図であり、図１（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面模式図である。図中、１はフェースプレート（第二の基板）、２はリアプレート（第一の基板）、３は側壁（枠部）、４はスペーサ、５は複数の電子放出素子を形成した電子放出領域である。
【００１４】
本発明の画像表示装置において、第一の基板であるリアプレート２の電子放出領域５には複数の電子放出素子（不図示）が形成されており、第二の基板であるフェースプレート１には内側にリアプレート２上の電子放出素子から放出された電子の照射によって発光する発光部材（通常、蛍光膜、図１中では不図示）が配置されている。側壁３はフリットガラスによってフェースプレート１及びリアプレート２に気密に接着された枠部（内寸は、ｘ方向Ｗ１、ｙ方向Ｗ２）である。スペーサ４はｙ方向に間隔Ｐ１で配置された板状（ｘ方向長さＬ、ｙ方向長さＴ）であり、フェースプレート（第二の基板）１とリアプレート（第一の基板）２の間に介在して、画像表示装置に印加される大気圧による外力を画像表示装置の内部にて支持し、２枚の基板間距離Ｄを一定に保つ。
【００１５】
本発明者等は、フェースプレート１、リアプレート２とスペーサ４の良好な電気的接触を実現するために、以下の点に着目して、本発明に至る構成を検討した。
【００１６】
板状スペーサまたは柱状スペーサなどの形状と配置などに関する必要な条件は、スペーサ４とフェースプレート１との互いに近接して対向する部分の総面積、スペーサ４とリアプレート２との互いに近接して対向する部分の総面積と、スペーサ４がフェースプレート１、及びリアプレート２と実際に接触する実接触総面積との比である。スペーサ４は前述したように、フェースプレート１及びリアプレート２にかかる大気圧Ｐ（０．１ＭＰａ）に相当する外力を支持する。その全荷重は大気圧に画像表示装置の内部断面積であるＡ（＝Ｗ１×Ｗ２）を乗じた荷重（Ｐ×Ａ）に相当する。その荷重を複数のスペーサ４が分散して支持すると考える。
【００１７】
ここで、固体間の接触について図２を用いて説明する。図中、１１，１２は目視では表面が平坦な固体であり、１３は真実接触点である。固体の表面はどんなに平らに見えても細かく見れば、凹凸を有している。この凹凸のため、二つの固体１１，１２が接している部分、（これを実接触点１３と呼ぶ、）の面積である実接触面積は近接する対向面積に比べて非常に小さく、そのため実接触点１３の圧力は極めて高くなっている。固体が歪むと復元力が働き、歪みが小さい場合においては、両者は比例する（フックの法則）。しかし歪みが大きくなると比例関係が破れ復元力の増加率はだんだんと小さくなり、ついには復元力はある一定値で頭打ちとなる。このときの単位面積あたりの復元力を塑性流動圧力Ｐｆという。実接触点ではこの塑性流動圧力に達していると考えられる。圧力が一定なのであるから、固体間の接触面にかかる垂直抗力Ｎを支えるための実接触面積が増え、それは
実接触面積＝垂直抗力Ｎ／塑性流動圧力Ｐｆ
で与えられる。即ち、固体間の接触において、垂直抗力が一定であるならば、実接触面積は、近接する対向面積によらず、固体間接触表面状態によって決まる塑性流動圧力Ｐｆに依存した一定値で与えられる。
【００１８】
以上を踏まえると、フェースプレート１とスペーサ４との互いに近接して対向する部分の総面積、及びリアプレート２とスペーサ４との互いに近接して対向する部分の総面積をＳ１及びＳ２、それぞれの実接触総面積をｓ１及びｓ２とし、さらに、接触部におけるスペーサ４とフェースプレート１及びリアプレート２の材質が概ね均一である場合、ｓ１及びｓ２は、Ｓ１及びＳ２によらず一定であり、接触部におけるスペーサ４とフェースプレート１及びリアプレート２の軟らかい方の材質によって決まる。
【００１９】
ここで、スペーサ４とフェースプレート１、及びスペーサ４とリアプレート２の接触条件は、スペーサ４の表面の電位規定の制御性である。つまり、各スペーサにおいて、実接触面積が、スペーサのリアプレートまたはフェースプレートへの対向面積に対してどの程度の比率で必要となるのかを、電気的接続の観点から考察した。そこで、本発明者等は、スペーサ４とフェースプレート１、及びスペーサ４とリアプレート２の接触状況に対するスペーサ４の電位分布のシミュレーションを行った。図３（ａ）は、シミュレーションのモデル概略図であり、図３（ｂ）は（ａ）のスペーサ４の端部拡大図である。図中、３１は素子電極、３２は行方向配線である。スペーサ４表面の電位を代表する点としては、スペーサ４とリアプレート２、及びスペーサ４とフェースプレート１との互いに近接して対向する領域の最外部の電位Ｖ１を選択した。電位Ｖ１は、スペーサ４とフェースプレート１、及びスペーサ４とリアプレート２の接触状況だけでなく、スペーサ４とリアプレート２、及びスペーサ４とフェースプレート１との互いに近接して対向する領域の抵抗Ｒ１とスペーサ４の側面の抵抗Ｒ２の比：Ｒ１／Ｒ２にも依存するため、シミュレーションでは、Ｒ１／Ｒ２＝１とＲ１／Ｒ２＝１０の２種類の場合で行った。図４は、スペーサ４表面の電位分布を代表する、スペーサ４とリアプレート２、及びスペーサ４とフェースプレート１との互いに近接して対向する領域の最外部の電位Ｖ１と、ｓ１／Ｓ１及びｓ２／Ｓ２の関係である。この図から、Ｒ１／Ｒ２＝１の場合には、スペーサ４表面の電位分布を制御するためには、電位Ｖ１の変化が小さい
ｓ１／Ｓ１≧０．３
ｓ２／Ｓ２≧０．３
の領域が望ましいと言う結果を得た。この条件は、Ｒ１／Ｒ２＞１の場合においても、必要十分である。
【００２０】
さらに、大気圧を印加した理想状態における、スペーサ４とフェースプレート１、及びスペーサ４とリアプレート２との実接触総面積を、一般的な材質（スペーサ；ソーダライムガラス、アルミナなどのセラミックス、など、フェースプレート、リアプレート当接部；銀、アルミニウム、銅など）において硬度計（ＭＴＳシステムズ社のナノインデンター）で測定したところ、
ｓ１／Ａ≦０．００３
ｓ２／Ａ≦０．００３
であり、この場合、スペーサとフェースプレートの電極構造及びリアプレートの電極構造との良好な電気的な接続を得るために必要な十分な力が加わっていることが確認できた。
【００２１】
以上から、画像表示装置においては、
０．３Ｓ１≦ｓ１≦０．００３Ａまたは０．３Ｓ２≦ｓ２≦０．００３Ａ
であることが望ましい。本発明は当該範囲内のスペーサを用いることに特徴を有する。
【００２２】
具体的には、以下の実施例で記載のように、この関係を満たすため、スペーサのリアプレートまたはフェースプレートに対する対向面の形状を工夫し、スペーサとしては座屈に耐え得る十分な体積を確保しながら、近接する対向面の総面積Ｓ１、Ｓ２を低減することで、０．３Ｓ１（０．３Ｓ２）≦ｓ１（ｓ２）を満たすと共に、ｓ１（ｓ２）≦０．００３Ａをも満たすことが可能となる。また、他の方法としては、リアプレートまたはフェースプレートのスペーサに対する対向面の形状を工夫して上記関係を満たしても良い。
【００２３】
次に本発明の画像表示装置の表示パネルについて、図５を用いて説明する。図５は、本発明の画像表示装置の一実施形態の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、１はフェースプレートであり、ガラス基板５６の内側に蛍光膜５７とメタルバック５８を設けてなる。５１は電子源基板であり、複数の電子放出素子５４と、行方向配線３２と列方向配線５２とを有する。２はリアプレート、３は側壁であり、フェースプレート１とリアプレート２と側壁３と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。気密容器を組み立てるに当たっては、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、例えばフリットガラスを接合部に塗布し、大気中或いは窒素雰囲気中で、４００〜５００℃で１０分以上焼成することにより封着を達成した。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１０-4Ｐａ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４が設けられている。
【００２４】
リアプレート２には、電子源基板５１が固定されているが、該基板５１上には電子放出素子５４がｎ×ｍ個形成されている（ｎ，ｍは２以上の正の整数であり、目的とする表示画素数に応じて適宜設定される。例えば、高品位テレビジョンの表示を目的とした表示装置においては、ｎ＝３０００，ｍ＝１０００以上の数を設定することが望ましい。）。前記ｎ×ｍ個の電子放出素子は、ｍ本の行方向配線３２とｎ本の列方向配線５２により単純マトリクス配線されている。前記、電子源基板５１、電子放出素子５４、行方向配線３２、列方向配線５２によって構成される部分をマルチ電子ビ−ム源と呼ぶ。
【００２５】
本発明の画像表示装置に用いるマルチ電子ビーム源は、電子放出素子５４を単純マトリクス配線した電子源であれば、電子放出素子５４の材料や形状或いは製法に制限はない。従って、例えば表面伝導型電子放出素子やＦＥ型、或いはＭＩＭ型などの冷陰極素子を用いることができる。
【００２６】
次に、電子放出素子５４として表面伝導型電子放出素子を基板５１上に配列して単純マトリクス配線したマルチ電子ビーム源の構造について図６を用いて説明する。図中、６０は層間絶縁層、６１は素子電極、６４は導電性薄膜、６５は電子放出部である。
【００２７】
図６は、図５の表示パネルに用いられるマルチ電子ビーム源の一例の平面模式図である。電子源基板５１上には、表面伝導型電子放出素子が配列され、これらの素子は行方向配線３２と列方向配線５２により単純マトリクス状に配線されている。行方向配線３２の下部には、層間絶縁層６０が形成されており、列方向配線５２との間の電気的な絶縁が保たれている。
【００２８】
前記のような構造のマルチ電子ビーム源は、予め基板５１上に行方向配線３２、列方向配線５２、電極間絶縁層６０、及び表面伝導型電子放出素子の素子電極３１，６１と導電性薄膜６４を形成した後、行方向配線３２及び列方向配線５２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電子放出部６５を形成して製造される。
【００２９】
本実施態様においては、気密容器のリアプレート２にマルチ電子ビ−ム源の基板５１を固定する構成としたが、マルチ電子ビーム源の基板５１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ート２としてマルチ電子ビーム源の基板５１自体を用いてもよい。
【００３０】
図７はフェースプレート１の構成部材である蛍光膜５７の一例の平面模式図であり、図中、７１は黒色導電材、７２は蛍光体である。
【００３１】
また、蛍光膜５７のリアプレート２側の面には、ＣＲＴの分野では公知のメタルバック（第二の電極）５８が設けられている。
【００３２】
また、本態様では用いなかったが、加速電圧の印加用や蛍光膜の導電性向上を目的として、ガラス基板５６と蛍光膜５７との間に、例えばＩＴＯを材料とする透明電極を設けてもよい。
【００３３】
図８は、図５の表示パネルにおいて、行方向配線３２に接続された素子電極３１を通るＹ方向の断面模式図である。図中、８１は絶縁性基体、８２は高抵抗膜である。
【００３４】
本発明で用いられるスペーサは、前記第一の電極または第二の電極よりも高抵抗な膜で基材を被覆してなり、該高抵抗膜のシート抵抗は好ましくは１０7〜１０14Ω／□である。
【００３５】
本実施形態のスペーサ４は、スペーサ４の表面での電位規定及び、帯電防止向上のために、絶縁性基体８１の表面に高抵抗膜８２が成膜されている。スペーサ４は、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を達成するのに、必要な数だけ、且つ必要な間隔をおいて配置される。ここで説明される態様においては、スペーサ４の形状は薄板状とし、行方向配線３２に平行に配置され、行方向配線３２に電気的に接続されている。
【００３６】
スペーサ４としては、基板５１上の行方向配線３２及び列方向配線５２とフェースプレート１内面のメタルバック５８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、且つスペーサ４の表面への帯電を防止する程度の導電性を有することが望ましい。これは、スペーサ４が帯電すると、スペーサ４近傍を飛翔する電子がスペーサ４に引き寄せられるためスペーサ４近傍で表示画像に歪みを生ずるからである。
【００３７】
スペーサ４の絶縁性基体８１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。尚、絶縁性基体８１はその熱膨張率が気密容器及び基板５１を成す部材と近いものが好ましい。
【００３８】
絶縁性基体８１表面に形成される高抵抗膜８２には、高電位側のフェースプレート（メタルバック５８等）１に印加される加速電圧Ｖａを高抵抗膜８２の抵抗値Ｒｓで除した電流が流れる。そこで、高抵抗膜８２の抵抗値Ｒｓは帯電防止及び消費電力からその望ましい範囲に設定される。帯電防止の観点から高抵抗膜８２のシート抵抗Ｒ／□は１０14Ω以下であることが好ましい。十分な帯電防止効果を得るためには１０13Ω以下がさらに好ましい。シート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、１０7Ω以上であることが好ましい。
【００３９】
絶縁性基体８１に形成された高抵抗膜８２の厚みは１０ｎｍ〜１μｍの範囲が望ましい。材料の表面エネルギー及び絶縁性基体８１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。一方膜厚が１μｍ以上では膜応力が大きくなって膜剥がれの危険性が高まり、且つ成膜時間が長くなるため生産性が悪い。従って、膜厚は５０〜５００ｎｍであることが望ましい。
【００４０】
シート抵抗Ｒ／□はρ／ｔであり、以上に述べたＲ／□と膜厚の好ましい範囲から、高抵抗膜８２の比抵抗ρは０．１〜１０8Ω・ｃｍ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１０2〜１０6Ω・ｃｍとするのが良い。
【００４１】
高抵抗膜８２の材料としては、金属酸化物が優れている。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、電子放出素子から放出された電子がスペーサ４に当たった場合においても帯電しにくいためと考えられる。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４の抵抗を所望の値に制御しやすい。
【００４２】
しかしながら、上記金属酸化物、或いはカーボンはその抵抗値が高抵抗膜８２として望ましい比抵抗の範囲に調整することが難しかったり、雰囲気により抵抗が変化しやすいため、これらの材料のみでは抵抗の制御性が乏しい。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。さらには後述する表示装置作製の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等が挙げられる。
【００４３】
図５において、Ｄｘ１〜Ｄｘｍ及びＤｙ１〜Ｄｙｎ及び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３２と、Ｄｙ１〜Ｄｙｎはマルチ電子ビーム源の列方向配線５２と、Ｈｖはフェースプレート１のメタルバック５８と電気的に接続されている。
【００４４】
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１０-5Ｐａ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、封止の直前或いは封止後に気密容器内の所定の位置にゲッター膜（不図示）を形成する。ゲッター膜とは、例えばＢａを主成分とするゲッター材料をヒーターもしくは高周波加熱により加熱し蒸着して形成した膜であり、該ゲッター膜の吸着作用により気密容器内は１×１０-3〜１×１０-5Ｐａの真空度に維持される。
【００４５】
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〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎを通じて各電子放出素子５４に電圧を印加すると、各電子放出素子５４から電子が放出される。それと同時にメタルバック５８に容器外端子Ｈｖを通じて数百Ｖ〜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１の内面に衝突させる。これにより、蛍光膜５７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。
【００４６】
通常、電子放出素子５４への印加電圧は１２〜１６Ｖ程度、メタルバック５８と電子放出素子５４との距離は０．１〜８ｍｍ程度、メタルバック５８と電子放出素子５４間の電圧０．１〜１０ｋＶ程度である。
【実施例】
【００４７】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳述する。
【００４８】
以下に述べる各実施例においては、マルチ電子ビーム源として、前述した、素子電極間の導電性薄膜に電子放出部を有するタイプのｎ×ｍ個（ｎ＝４８０、ｍ＝１００）の表面伝導型電子放出素子を、ｍ本の行方向配線とｎ本の列方向配線とによりマトリクス配線したマルチ電子ビーム源を用いた。
【００４９】
［実施例１］
本実施例では、図１に示した構成の画像表示装置を形成した。図８に示したスペーサ４の絶縁性基体８１として、図１１に示すように、長さ１０８ｍｍ、幅２ｍｍ、厚み０．２６ｍｍのリアプレートと同質のガラスで、端部を幅０．０３ｍｍ、高さ０．０３ｍｍ切り欠いた形状のものを用意した（図８は概略断面図であり、スペーサの形状は図１１を参照されたい）。高抵抗膜８２としては、スパッタリング装置を用いてアルゴンと窒素混合雰囲気中でＷとＧｅのターゲットを同時スパッタすることにより、ＷとＧｅの窒化膜を厚さ２００ｎｍ積層した。作製したＷとＧｅの窒化膜の比抵抗は５．０×１０5Ω・ｍであった。
【００５０】
フェースプレート１の厚さＴ１＝２．８ｍｍ、リアプレート２の厚さＴ２＝２．８ｍｍ、基板間隔Ｄ＝２ｍｍである。側壁３の内寸はＸ方向はＷ１＝１１２ｍｍ、Ｙ方向はＷ２＝７２ｍｍである。側壁３とフェースプレート１及びリアプレート２はフリットガラス（不図示）により気密に接着されている。スペーサ４は、Ｙ方向にピッチＰ１＝２４ｍｍで配置されており、本数は２本である。これらの構成部材によって画像表示装置が構成されている。
【００５１】
本実施例での表示パネル作製について、図５、図６を用いて詳述する。先ず、予め行方向配線３２、列方向配線５２、層間絶縁層６０、及び表面伝導型電子放出素子の素子電極３１，６１と導電性薄膜６４を形成した基板５１を、リアプレート２に固定した。次に、前述のスペーサ４を基板５１の行方向配線３２（線幅＝３００μｍ）上に等間隔で、行方向配線３２と平行に固定した。その後、基板５１の２ｍｍ上方に、内面に蛍光膜５７とメタルバック５８が付設されたフェースプレート１を側壁３を介し配置し、リアプレー卜２、フェースプレート１、及び、側壁３の各接合部を固定した。基板５１とリアプレート２の接合部、リアプレート２と側壁３の接合部、及びフェースプレート１と側壁３の接合部は、フリットガラス（不図示）を塗布し、大気中で４００℃〜５００℃で１０分以上焼成することで封着した。
【００５２】
尚、本実施例においては、蛍光膜５７は、図７に示すように、各色蛍光体７２が列方向（Ｙ方向）に延びるストライプ形状を採用し、黒色導電材７１は各色蛍光体（Ｒ、Ｇ、Ｂ）７２間だけでなく、Ｙ方向の各画素間をも分離するように配置された蛍光膜５７が用いられ、スペーサ４は、行方向（Ｘ方向）に平行な黒色導電材７１領域（線幅＝３００μｍ）内にメタルバック５８を介して配置された。尚、前述の封着を行う際には、各色蛍光体７２と基板５１上に配置された各電子放出素子５４とを対応させなくてはいけないため、リアプレート２、フェースプレート１は十分な位置合わせを行った。
【００５３】
以上のようにして完成した気密容器内を排気管（不図示）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３２及び列方向配線５２を介して各電子放出素子５４に給電して前述の通電フォ−ミング処理と通電活性化処理を行うことによりマルチ電子ビーム源を製造した。
【００５４】
次に、１０-4Ｐａ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（気密容器）の封止を行った。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。
【００５５】
以上のように完成した画像表示装置において、各電子放出素子５４には、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎを通じ、走査信号及び変調信号を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、メタルバック５８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５７に電子を衝突させ、各色蛍光体７２（図７のＲ、Ｇ、Ｂ）を励起・発光させることで画像を表示した。尚、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは３〜１０ｋＶ、各配線３２，５２間への印加電圧Ｖｆは１４Ｖとした。
【００５６】
本例において、
Ｓ１及びＳ２＝（０．２６−０．０３×２）×１０８×２＝４３．２ｍｍ2
Ａ＝１１２×７２＝８０６４ｍｍ2
ｓ１及びｓ２＝１３．８８３５２
０．３Ｓ１＝１２．９６≦ｓ１＝ｓ２＝１３．８８３５２≦０．００３Ａ
＝２４．１９２
となり、スペーサとして、座屈強度を得るに十分な体積を有しながら、スペーサとフェースプレート及びリアプレートとの十分な電気的接続を得た、望ましい構成の画像表示装置であった。これによって、スペーサ４に近い位置にある電子放出素子５４からの放出電子による発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよいカラー画像表示ができた。
【００５７】
［実施例２］
本発明の実施例２について、実施例１と異なる点のみ説明する。
【００５８】
図９に本実施例の画像表示装置の平面模式図を示す。図中の符号は図１と同様の部材を示す。本例と実施例１との違いは、スペーサ４の形状が柱状であることである。このような構成にすることで、スペーサ４を一様に配置することが可能になり、当接状態を安定させビーム到達位置を精度良く制御できる効果がある。
【００５９】
本実施例においては、スペーサ４として、スペーサの中央部（フェースプレートとリアプレート間の中央）における、フェースプレートに平行な平面で切った断面が０．２６ｍｍ×０．４６ｍｍの長方形であり、かつ、スペーサのフェースプレートまたはリアプレートに近接して対向する端部における、フェースプレートに平行な平面で切った断面が０．２ｍｍ×０．４ｍｍの長方形で、高さ２ｍｍのリアプレートの同質のガラスを５０４本用意し、隣接するスペーサ４の間の間隔を縦横とも４ｍｍで構成した。
【００６０】
本例では、
Ｓ１及びＳ２＝（０．２６−０．０３×２）×（０．４６−０．０３×２）×５０４
＝４０．３２ｍｍ2
Ａ＝１１２×７２＝８０６４ｍｍ2
ｓ１及びｓ２＝１３．８８３５２
０．３Ｓ１＝１２．０９６≦ｓ１＝ｓ２＝１３．８８３５２≦０．００３Ａ
＝２４．１９２
となり、スペーサとして、座屈強度を得るに十分な体積を有しながら、スペーサとフェースプレート及びリアプレートとの十分な電気的接続を得た、望ましい構成の画像表示装置であった。よって、スペーサ４に近い位置にある電子放出素子５４からの放出電子による発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよいカラー画像表示ができた。
【００６１】
［実施例３］
本発明の実施例３について、実施例２と異なる点のみ説明する。
【００６２】
図１０に本実施例の画像表示装置の平面模式図を示す。図中の符号は図１と同様の部材を示す。本例と実施例２との違いは、スペーサ４の形状が円柱であることである。このような構成にすることで、スペーサ４を一様に配置することが可能になり、当接状態を安定させビーム到達位置を精度良く制御できる効果がある。さらに、断面が円であることにより、多角柱のような回転依存性がないため、組立てが容易になるという利点を持つ。
【００６３】
本実施例においては、図１２に示す形状のスペーサ４として、スペーサの中央部（フェースプレートとリアプレート間の中央）における、フェースプレートに平行な平面で切った断面の直径が０．２９ｍｍ、かつ、スペーサのフェースプレートまたはリアプレートに近接して対向する端部における、フェースプレートに平行な平面で切った断面の直径が０．２５ｍｍであり、高さ２ｍｍのリアプレートの同質の円柱状ガラスを５０４本用意し、隣接するスペーサ４の間の間隔を縦横とも４ｍｍで構成した。
【００６４】
本例において、
Ｓ１及びＳ２＝（０．２５／２）2×π×５０４＝２４．７４ｍｍ2
Ａ＝１１２×７２＝８０６４ｍｍ2
ｓ１及びｓ２＝１３．８８３５２
０．３Ｓ１＝７．４２≦ｓ１＝ｓ２＝１３．８８３５２≦０．００３Ａ
＝２４．１９２
となり、スペーサとして、座屈強度を得るに十分な体積を有しながら、スペーサとフェースプレート及びリアプレートとの十分な電気的接続を得た、望ましい構成の画像表示装置であった。よって、スペーサ４に近い位置にある電子放出素子５４からの放出電子による発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよいカラー画像表示ができた。
【００６５】
［実施例４］
本発明の実施例４について、実施例１と異なる点のみ説明する。
【００６６】
図１３（ａ）は本例を好適に表す図であり、図１３（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面模式図である。実施例１との違いは、スペーサ４が接するリアプレート２上の行方向配線３２が、スペーサ４の当接面に凹凸を有することである。このような構成にすることで、加工の困難なスペーサを加工せずに、スペーサ４と行方向配線３２との近接する対向面積を減少させることできる。
【００６７】
本例においては、図１４に示すように、スペーサ４の絶縁性基体８１として、長さ１０８ｍｍ、幅２ｍｍ、厚み０．２６ｍｍのリアプレート２と同質のガラスのものを用意し、行方向配線３２としては、幅３００μｍで、１２０μｍ間隔で、長さ８０μｍ、深さ２〜３μｍの凹部を５４０個持つ構成とした。
【００６８】
本例において、
Ｓ１及びＳ２＝０．２６×（１０８−５４０×０．０８）×３＝５０．５ｍｍ2
Ａ＝１１２×７２＝８０６４ｍｍ2
ｓ１及びｓ２＝１３．８８３５２
０．３Ｓ１＝７．４２≦ｓ１＝ｓ２＝１３．８８３５２≦０．００３Ａ
＝２４．１９２
となり、スペーサとして、座屈強度を得るに十分な体積を有しながら、スペーサとフェースプレート及びリアプレートとの十分な電気的接続を得た、望ましい構成の画像表示装置であった。よって、スペーサ４に近い位置にある電子放出素子５４からの放出電子による発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよいカラー画像表示ができた。
【００６９】
尚、本実施例のリアプレート構造と、前述実施例１〜３のスペーサとを組み合わせても同様の効果を得ることできる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の画像表示装置の一例の構成図である。
【図２】本発明の効果を説明するための模式図である。
【図３】本発明にかかるスペーサの電位分布のシミュレーションのモデル概略図である。
【図４】図３のスペーサ表面の電位分布と、ｓ１／Ｓ１及びｓ２／Ｓ２との関係を示す図である。
【図５】本発明の画像表示装置の一例の表示パネルの斜視図である。
【図６】本発明の画像表示装置を構成するマルチ電子ビーム源の一例の平面図である。
【図７】本発明の画像表示装置に用いられる蛍光膜の一例の平面模式図である。
【図８】図５の表示パネルの断面模式図である。
【図９】本発明の第２の実施例の画像表示装置の平面模式図である。
【図１０】本発明の第３の実施例の画像表示装置の平面模式図である。
【図１１】本発明の第１の実施例で用いたスペーサを示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施例に用いられるスペーサを示す図である。
【図１３】本発明の第４の実施例におけるスペーサと行方向配列の模式図である。
【図１４】本発明の第４の実施例で用いたスペーサと行方向配列の説明図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  フェースプレート
２  リアプレート
３  側壁（枠部）
４  スペーサ
５  電子放出領域
５１  電子源基板
５２  列方向配線
５４  電子放出素子
５６  ガラス基板
５７  蛍光膜
５８  メタルバック
６０  層間絶縁層
６１  素子電極
６４  導電性薄膜
６５  電子放出部
７１  黒色導電材
７２  蛍光体
８１  絶縁性基体
８２  高抵抗膜
【図１】
2006019247.tif 000003
【図２】
2006019247.tif 000004
【図３】
2006019247.tif 000005
【図４】
2006019247.tif 000006
【図５】
2006019247.tif 000007
【図６】
2006019247.tif 000008
【図７】
2006019247.tif 000009
【図８】
2006019247.tif 000010
【図９】
2006019247.tif 000011
【図１０】
2006019247.tif 000012
【図１１】
2006019247.tif 000013
【図１２】
2006019247.tif 000014
【図１３】
2006019247.tif 000015
【図１４】
2006019247.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成17年11月29日(2005.11.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
ここで、固体間の接触について図２を用いて説明する。図中、１１，１２は目視では表面が平坦な固体であり、１３は実接触点である。固体の表面はどんなに平らに見えても細かく見れば、凹凸を有している。この凹凸のため、二つの固体１１，１２が接している部分、（これを実接触点１３と呼ぶ。）の面積である実接触面積は近接する対向面積に比べて非常に小さく、そのため実接触点１３の圧力は極めて高くなっている。固体が歪むと復元力が働き、歪みが小さい場合においては、両者は比例する（フックの法則）。しかし歪みが大きくなると比例関係が破れ復元力の増加率はだんだんと小さくなり、ついには復元力はある一定値で頭打ちとなる。このときの単位面積あたりの復元力を塑性流動圧力Ｐｆという。実接触点ではこの塑性流動圧力に達していると考えられる。圧力が一定なのであるから、固体間の接触面にかかる垂直抗力Ｎを支えるための実接触面積が増え、それは
実接触面積＝垂直抗力Ｎ／塑性流動圧力Ｐｆ
で与えられる。即ち、固体間の接触において、垂直抗力が一定であるならば、実接触面積は、近接する対向面積によらず、固体間接触表面状態によって決まる塑性流動圧力Ｐｆに依存した一定値で与えられる。