(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を放出する電子源とプレートとをスペーサを介して対向させた構造を有する画像形成装置において、
該スペーサは基材と、該基材表面を被覆する絶縁性膜からなる第一層と、該第一層を被覆する半導電性膜からなる第二層とを有し、
前記第一層の一部が、前記第二層から複数箇所で島状に露出していることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記第一層の露出部の面積と前記第二層の被覆部の面積比が３：１から１：１００の範囲にある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】
前記第一層の一つの露出部の面積の平均値が５０００平方μｍ以下である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】
前記第一層の一つの露出部の幅の平均値が７０μｍ以下である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５】
前記基材を被覆する前記第一層の絶縁性膜の抵抗値が体積抵抗で１０4Ωｍ以上である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６】
前記基材を被覆する前記第一層の絶縁性膜の材料が酸化物である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】
前記基材を被覆する前記第一層の絶縁性膜の材料がＹ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5、Ｃｒ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、ＣｅＯ2のうち少なくとも一つの材料を含む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８】
前記スペーサの両端部間で電位差を生ずるように前記第二層の半導電性膜の両端部に電圧が印加される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９】
前記電子源は、複数の電子放出素子と該電子放出素子を駆動する駆動用配線とを有し、前記スペーサの一方の端部が該駆動用配線に電気的に接続されている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１０】
前記電子源から放出された電子を加速する加速電極が前記プレートに設けられ、前記スペーサの一方の端部が前記加速電極に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１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】
本発明は画像形成装置に関わり、特に複数の電子放出素子を配置した平面型画像形成装置に好適に用いられるものである。
【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電子放出素子や、電界放出型電子放出素子（以下ＦＥ型と記す）や、金属／絶縁層／金属型電子放出素子（以下ＭＩＭ型と記す）、などが知られている。
【０００３】
表面伝導型電子放出素子は、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、エリンソン等によるＳｎＯ2 薄膜を用いたもの［M.I.Elinson,Radio Eng.Electron Phys.,10,1290,(1965)］、Ａｕ薄膜によるもの［G.D Mitter:“Thin Solid Films",9,317(1972)］や、Ｉｎ2 Ｏ3／ＳｎＯ2 薄膜によるもの［M.Hartwell And C.G.Fonstad:“IEEE Trans.ED Conf.",519(1975)］や、カーボン薄膜によるもの［荒木久  他：真空、第２６巻、第１号、２２（１９８３）］等が報告されている。
【０００４】
これらの表面伝導型電子放出素子の素子構成の典型的な例として、図２０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、１は基板で、２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２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２に通電フォー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３が形成される。
【０００５】
通電フォーミングは、前記導電性薄膜２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ートで昇圧する直流電圧を印加して通電し、導電性薄膜２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３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２の一部には、亀裂が発生する。前記通電フォーミング後に導電性薄膜２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。
【０００６】
ＦＥ型の例は、たとえば、W.P.Dyke&W.W.Dolan,“Field Emission",Advance in Electron Physics,8,89(1956)や、あるいは、C.A.Spindt,“Physical Properties of Thin-Film Field Emission cathodes with molybdenium Cones",J.Appl.Phys.,47,5248(1976)などが知られている。
【０００７】
ＦＥ型の素子構成の典型的な例として、図２１に前述のC.A.Spindtらによる素子の断面図を示す。同図において、４は基板で、５は導電材料よりなるエミッタ配線、６はエミッタコーン、７は絶縁層、８はゲート電極である。本素子は、エミッタコーン６とゲート電極８の間に適宜の電圧を印加することにより、エミッタコーン６の先端部より電界放出を起こさせるものである。
【０００８】
また、ＦＥ型の他の素子構成として、図２１のような積層構造以外に、基板上に基板平面とほぼ平行にエミッタとゲート電極を配置した例もある。
【０００９】
ＭＩＭ型の例としては、たとえば、C.A.Mead,“Operation of Tunnel-Emission Devices,J.Appl.Phys.,32,646(1961)などが知られている。ＭＩＭ型の素子構成の典型的な例を図２２に示す。同図は断面図であり、図において、９は基板で、１０は金属よりなる下電極、１１は厚さ１００オングストローム程度の薄い絶縁層、１２は厚さ８０〜３００オングストローム程度の金属よりなる上電極である。ＭＩＭ型においては、上電極１２と下電極１０の間に適宜の電圧を印加することにより、上電極１２の表面より電子放出を起こさせるものである。
【００１０】
上述した各種冷陰極素子は、熱陰極素子と比較して低温で電子放出を得ることができるため、加熱用ヒーターを必要としない。したがって、熱陰極素子よりも構造が単純であり、微細な素子を作成可能である。また、基板上に多数の素子を高い密度で配置しても、基板の熱溶融などの問題が発生しにくい。また、熱陰極素子がヒーターの加熱により動作するため応答速度が遅いのとは異なり、冷陰極素子の場合には応答速度が速いという利点もある。
【００１１】
上述した冷陰極素子の応用については、画像表示装置、画像記録装置などの画像形成装置や、荷電ビーム源等がある。
【００１２】
特に冷陰極素子を画像表示装置へ応用した例として、本出願人によるＵＳＰ
５，０６６，８３３や特開平２−２５７５５１号公報や特開平４−２８１３７号公報において開示されているように、表面伝導型放出素子と電子ビームの照射により発光する蛍光体とを組み合わせて用いた画像表示装置が研究されている。表面伝導型放出素子と、表面伝導型放出素子による電子ビームの照射により発光する蛍光体とを組み合わせて用いて発光する画像表示装置がある。
【００１３】
また、ＦＥ型を多数個ならべて画像表示装置に応用した例として、R.Meyerらにより報告された平板型表示装置が知られている［R.Meyer:“Recent Development on Microchips Display at LETI",Tech.Digest of 4th Int.Vacuum Micro Electronics Conf.,Nagahama,pp.6〜9(1991)］。
【００１４】
また、ＭＩＭ型を多数個ならべて画像表示装置に応用した例は、本出願人による特開平３−５５７３８号公報に開示されている。
【００１５】
各冷陰極型の中でも表面伝導型電子放出素子は、構造が単純で製造も容易であることから、大面積に多数の素子を形成しやすい利点がある。
【００１６】
表面伝導型電子放出素子と蛍光体とを組み合わせて用いた画像表示装置は、液晶表示装置と比較すると、自発光型であるためバックライトを必要としない点や、視野角が広い点が優れている。
【００１７】
平面型画像表示装置は上述した電子放出素子を平面基板に多数配置し、これと対向して電子により発光する蛍光体が配置される。電子放出素子は基板に二次元マトリクス状に配列され（マルチ電子源と呼ぶ）、各素子は行方向配線と列方向配線に接続される。画像表示方式の一例として、以下の単純マトリクス駆動がある。
【００１８】
マトリクス中の任意の一行から電子を放出させるためには、行方向に選択電圧を印加し、これと同期して列配線に信号電圧を印加する。
【００１９】
選択された行の電子放出素子より放出した電子は蛍光体に向かって加速され、蛍光体を励起、発光させる。行方向に順次選択電圧を印加することにより画像が表示される。
【００２０】
二次元マトリクス状に電子放出素子が形成された基板（リアプレート）と、蛍光体と加速電極が形成された基板（フェースプレート）間は真空に保たれる必要がある。リアプレートとフェースプレートには大気圧が加わるため、表示装置が大型化するに伴い、大気圧を支持する厚みの基板が必要となる。しかし、ガラス等の両基板の厚みを増加すれば、重量の増加を招くため、リアプレートとフェースプレート間に支持部材（スペーサ）を挿入することにより、軽量化できてリアプレートとフェースプレート間隔を一定に保つとともに、リアプレートとフェースプレートの破損を防ぐ構造が取られる。
【００２１】
スペーサは大気圧に耐圧、支持するために十分な機械的強度が求められ、且つ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の帯電である。スペーサ帯電は電子源から放出した電子の一部ある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、ある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。
【００２２】
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。
【００２３】
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開昭５７−１１８３５５号公報に開示されている。また、特開平３−４９１３５号公報にはＰｄＯ系ガラス材で被覆する手法が開示されている。
【００２４】
また、画像表示装置として輝度が高いことは重要な要素である。フェースプレートに形成されている蛍光体を効率よく発光させるためには、高い電圧で加速した電子を蛍光体に照射すればよく、十分な効率で発光させるためには電子を３ｋＶ以上に、望ましくは５ｋＶ以上に加速するとよい。したがって、リアプレートとフェースプレート間には数ｋＶ以上の電圧が印加されていることになり、スペーサ両端にもこれとほぼ同電位の電圧が印加される。スペーサに使われる材料は加速電圧の印加において放電しないことが求められる。
【００２５】
沿面放電耐圧の向上手段として、二次電子放出率が小さい材料で表面を被覆すると効果的である。二次電子放出率が小さい材料で被覆した例として、酸化クロム（T.S.Sudarshan and J.D.Cross:IEEE Tran.EI-11,32(1976)）、酸化銅（J.D.Cross and T.S.sudarshan:IEEE Tran.EI-9146(1974)）が知られている。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の酸化物半導体材料をマルチ電子源を有する画像表示装置のスペーサに適応した場合、以下の点で十分な性能を発揮しない場合がある。すなわち酸化物半導体材料は固有抵抗値が低いため、極めて薄くコーティングしない限り、スペーサ表面を流れる電流が大きくありすぎる。抵抗値が低いと高加速電圧を使用する画像表示装置においては、スペーサ部の発熱が問題となる。また、酸化物半導体は雰囲気ガスにより抵抗値が大きく変化するためバラツキが大きく、非常に薄い薄膜での抵抗制御が困難であり、したがって再現よくスペーサを製造することができない。
【００２７】
すなわち、スペーサあるいはその表面層の材質として好ましい物性についての予測はされていたが、マルチ電子源より放出した電子を３ｋＶ以上の電圧により加速し、これにより蛍光体を発光させる画像表示装置で代表される画像形成装置のスペーサとして適する材料がなかった。したがって高電圧により蛍光体を発光させることにより高輝度で歪みのない画像を形成する画像形成装置の実現が困難であった。
【００２８】
本発明は、スペーサとして当該画像形成装置に適したスペーサの表面層の構造と材料を新規に提供し、高輝度で歪のない画像を表示できる画像形成装置を提供することを課題とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像形成装置は、電子を放出する電子源とプレートとをスペーサを介して対向させた構造を有する画像形成装置において、該スペーサは基材と、該基材表面を被覆する絶縁性膜からなる第一層と、該第一層を被覆する半導電性膜からなる第二層とを有し、前記第一層の一部が、前記第二層から複数箇所で島状に露出していることを特徴とする画像形成装置である。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明による実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００３２】
［表示パネルの説明］
図１は本発明による実施形態の画像表示装置の応用例として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、符号１７はリアプレート、１８は側壁、１９はフェースプレートであり、符号１７〜１９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、例えばフリットガラスを各接合部に塗布し、大気中あるいは窒素雰囲気中で、摂氏４００〜５００℃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２２が設けられている。
【００３３】
また、図１において、リアプレート１７には、基板１３を搭載し、基板１３上に電子放出素子１４と、該電子放出素子１４の一方の電極に接続されたマトリクス状のＸ方向の配線１５と、該電子放出素子１４の他方の電極に接続されたＹ方向の配線１６とが備えられ、フェースプレート１９には、順次蛍光体２０とメタルバック２１とを備えており、各配線１５，１６に画像信号と走査信号を供給して、メタルバック２１に高電圧ＨVを印加した場合に電子放出素子１４からの電子を蛍光体２０に照射して蛍光を発して、図１の上方向からの視認者に画像を表示することができる。
【００３４】
［スペーサの構成と作用］
次に本発明を適用した画像表示装置の表示パネルに用いるスペーサの構成と作用について、具体的な例を示して説明する。
【００３５】
図２はスペーサ２２を中心とした図１に示したＡ−Ａ’線の表示装置断面模式図である。それぞれの番号は図１に対応している。図２において、符号１４は冷陰極電子源を構成する電子放出素子、１７はリアプレート、１８は側壁、１９はフェースプレートであり、符号１７、１８、１９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。また、１３は絶縁性基板、５７は絶縁層、１５はＸ方向配線、２６は導電性材料を混入した接着材のフリットガラス、２５は低抵抗材の導電膜、２４はスペーサ２２の絶縁性基材、２３ａは酸化物の絶縁性層である第一層、２３ｂは高抵抗性材の第二層、２１はメタルバック、２０は蛍光体である。
【００３６】
スペーサ２２は外囲器内を真空にすることにより、大気圧を受けて、外囲器が破損あるいは変形するのを避けるために設けられる。スペーサ２２の材質、形状、配置、配置本数等は外囲器の形状ならびに熱膨張係数等、外囲器の受ける大気圧、熱等を考慮して決定される。スペーサ２２の形状には平板型、十字型、Ｌ字型、円筒形、電子通過孔を設けた平板形等がある。
【００３７】
スペーサ２２を構成する絶縁性基材２４は電子放出素子１４が形成されたリアプレート１７、蛍光体２０が形成されたフェースプレート１９とほぼ同一の熱膨張特性の材料であることが必要である。あるいは、絶縁性基材２４の弾性が高く、熱変形を容易に吸収するものであってもよい。フェースプレート１９及びリアプレート１７にかかる大気圧を支持する必要から、ガラス、セラミクス等機械的強度の高く、耐熱性の高い材料が適する。フェースプレート１９、リアプレート１７の材質としてガラスを用いた場合、表示装置作製行程中の熱応力を抑えるために、スペーサ２２の絶縁性基材２４はできるだけこれらの材質と同じものか、同様の熱膨張係数の材料であることが望ましい。
【００３８】
本発明者らはスペーサ２２の帯電を防止する方法を検討した結果、帯電を防止するために２次電子放出率が小さい特性を有する第一の膜２３ａの上に第二層２３ｂとしてネットワーク構造または島状で、第一層２３ａが露出する構造の導電性を有する膜を形成することが有効であることを見出した。特に第一層２３ａとしてＣｒ2 Ｏ3 、Ｎｂ2 Ｏ5 、Ｙ2 Ｏ3 などの二次電子放出効率が小さい材料を含む組成の膜が極めて有効である。
【００３９】
ここで、スペーサ２２の第一の膜２３ａの上に第二層２３ｂとしてネットワーク構造または島状構造の概略図を示して説明する。図３は、本発明の実施例で用いた第二層がネットワーク構造と島状の混合状態の構造であるスペーサ表面の拡大図であり、図４は本発明の実施例で用いた第二層がネットワーク構造であるスペーサ表面の拡大図であり、図５は、本発明の参考例で用いた第二層が島状であるスペーサ表面の拡大図であり、図６は、本発明の実施例で用いた第二層がネットワーク構造であるスペーサ表面の拡大図である。
【００４０】
図７はスペーサの構成をあらわす模式図であり、絶縁性基材２４上に酸化物の絶縁層である第一層２３ａ及び導電性を有する第二層２３ｂが形成されている。
【００４１】
第一層２３ａは２次電子放出効率の小さい材料とし、第二層２３ｂは、その構造により２次電子放出を押えるとともに、スペーサ２２の表面に帯電した電荷を除去する。第二層２３ｂの構造は、第一層２３ａの露出部の面積と第二層２３ｂの被覆部の面積比が、３：１以上で１：１００以下であるネットワーク構造や、島状またはその混合状態であることが好ましく、さらに任意の面積部分１００μｍ×１００μｍを観察した場合、第一層２３ａの露出面と第二層２３ｂが混在している状態であることが望ましい。本発明の第二層２３ｂがネットワーク構造である場合は、一つの露出部の面積平均値が５０００平方μｍ以下であるが、より好ましくは２５００平方μｍ以下である。また、第二層２３ｂが島状または島状とネットワーク構造の混合状態である場合は、露出部の幅の平均値が７０μｍ以下であり、より好ましくは５０μｍ以下である。
【００４２】
この露出部の材料は、二次電子放出効率が小さいとはいえ絶縁体であり、一度帯電すると第一層の働きだけでは電荷の除去は困難である。そのため、帯電電荷を第二層２３ｂに逃がすことにより除電を行う。露出部から、第二層２３ｂまでの面内方向の距離があまりに遠いと、第一層２３ａに蓄積した電荷を速やかに除電することが困難になる。材料の組合せにより多少の違いがあるが、経験的に、露出部の幅の平均値が７０μｍ以上になると速やかな除電がなされず、本発明の画像形成装置のパフォーマンスが損なわれる可能性がある。
【００４３】
また、第二層２３ｂの抵抗値はスペーサ２２表面が帯電することなく電荷を速やかに除電するのに十分な電流がスペーサ２２に流れる値に設定される。したがって、スペーサ２２に適する抵抗値は帯電量により設定される。帯電量は電子源からの放出電流とスペーサ２２表面の二次電子放出率に依存するが、第一層２３ａに含まれるＣｒ2 Ｏ3 、Ｎｂ2 Ｏ5、Ｙ2 Ｏ3 などは二次電子放出率が小さい材料であるために大きな電流を流す必要がない。シート抵抗が１０12Ω以下であればほとんどの使用条件に対応できると考えられるが、１０11Ω以下であれば申し分ない。一方抵抗値の下限はスペーサ２２における消費電力で制限され、画像表示装置全体の消費電力が過度に増加せず、したがってスペーサ２２の抵抗は装置全体の発熱に大きく影響しない値に選ばれなければならない。
スペーサ２２の抵抗温度係数が正の場合には温度上昇とともに抵抗値が増加するため、スペーサ２２での発熱が抑制される。逆に抵抗温度係数が負であると、スペーサ２２の表面で消費される電力による温度上昇で抵抗値が減少し、更に発熱し温度が上昇し続け、過大な電流が流れる、いわゆる熱暴走を引き起こす。しかし、発熱量すなわち消費電力と放熱がバランスした状況においては熱暴走は発生しない。したがって抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値が小さければ熱暴走しづらい。
【００４４】
第二層２３ｂの抵抗温度係数ＴＣＲが約−１％の薄膜を用いた条件で、スペーサ２２の１ｃｍ2 あたりの消費電力がおよそ０．１Ｗを超えるようになるとスペーサ２２に流れる電流が増加し続け、熱暴走状態となることが実験で認められた。これはもちろんスペーサ２２の形状とスペーサ両端間に印加される電圧Ｖa 及び帯電防止膜の抵抗温度係数により左右されるが、以上の条件から、消費電力が１ｃｍ2 あたり０．１Ｗを越えないＲs の値は１０×Ｖa2Ω以上である。すなわち、スペーサ２２上に形成した第二層２３ｂのシート抵抗Ｒs は、１０×Ｖa[V]2〜１０11Ωの範囲に設定されることが望ましい。
【００４５】
第一層２３ａの厚みｔは１０ｎｍ以上が望ましい。一方膜厚ｔが１μｍを超えると膜応力が大きくなって膜はがれの危険性が高まり、また、成膜時間が長くなるため生産性が悪い。したがって、膜厚は１０ｎｍ〜１μｍ、更に好適には２０ｎｍ〜５００ｎｍであることが望ましい。
【００４６】
第二層２３ｂの材料としては、抵抗値が上述したスペーサ２２に好ましい範囲に調節でき、かつ安定ならば何でもよく、酸化物、窒化物などを用いることができる。中でも、遷移金属とセラミックの複合体。（サーメット）、Ｃｒ−ＳｉＯ、Ｃｒ−ＳｉＯ2 、Ｃｒ−Ａｌ2 Ｏ3 、Ｉｎ2 Ｏ3 −Ａｌ2 Ｏ3 等や遷移金属と高抵抗窒化物（窒化アルミ、窒化硼素、窒化珪素など）の複合体、Ｃｒ−Ａｌ−Ｎ、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ、Ｔａ−Ａｌ−Ｎ、Ｃｒ−Ｂ−Ｎ、Ｃｒ−Ｓｉ−Ｎ等は抵抗値の調節が容易かつ画像形成装置作製プロセス中で抵抗値が安定で好ましい材料である。
【００４７】
スペーサ２２全体の抵抗値は概ね第二層２３ｂの抵抗値で規定される。電子源からの放出電子の軌道に乱れを発生させないためには、フェースプレート１９〜リアープレート１７間の電位分布が一様である、すなわちスペーサ２２の抵抗値がすべての場所でほぼ均一であることが必要である。電位分布が乱れると、スペーサ２２近傍の蛍光体に到達すべき電子が曲げられ、隣接した蛍光体にあたるために画像に乱れを生ずる。Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａの窒化膜は安定であり、抵抗値の一様性を確保し、画像の乱れを防止するのに有効である。
【００４８】
第一層２３ａに用いる材料としては二次電子放出率の小さいものが好ましい。Ｃｒ2Ｏ3 、Ｎｂ2 Ｏ5 、Ｙ2 Ｏ3 などは二次電子放出効率が小さく、第一層２３ａに用いるのに適した材料である。筆者らの測定によればこれらの材料の二次電子放出効率は、入射角０°において最大でも１．８を越えない。
【００４９】
しかし、これらの第一層２３ａの材料は体積抵抗で１０8 Ωｃｍ以上の抵抗値を持つ絶縁体であり、電荷を逃がすことが難しいため、単独では用いることができない。しかし本発明の二層２３ｂの構成の第一層２３ａとして用いることで、その特性を最大限に生かす事ができる。
【００５０】
第一層２３ａはスパッタ法、反応性スパッタ法、電子ビーム蒸着法、イオンプレーティング法、イオンアシスト蒸着法、ＣＶＤ法、ディッピング法、スピナー法、スプレー法等の薄膜形成手段により絶縁性基材２４上に形成することができる。
【００５１】
また、第二層２３ｂの形成には、反応性スパッタ法、イオンアシスト蒸着法、ＣＶＤ法、イオンビームスパッタ法、ディッピング法、スピナー法、スプレー法などにより形成することができる。
【００５２】
次に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。
【００５３】
［表示パネル］
図１は上述した本実施例形態に用いた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。
【００５４】
リアプレート１７には基板１３が固定されているが、該基板上には冷陰極素子１４がＮ×Ｍ個形成されている。ここで、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１５とＮ本の列方向配線１６により単純マトリクス配線されている。前記、基板１３、行方向配線１５、列方向配線１６によって構成される部分をマルチ電子ビーム源と呼ぶ。
【００５５】
本発明に関わる画像表示装置に用いるマルチ電子ビーム源は、冷陰極素子を単純マトリクス配線した電子源であれば、冷陰極素子の材料や形状あるいは製法に制限はない。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。また、電子源をリアプレートに直接形成することも可能である。
【００５６】
次に、冷陰極素子として表面伝導型放出素子（後述）を基板上に配列して単純マトリクス配線したマルチ電子ビーム源の構造について述べる。
【００５７】
図８に示すのは、図１の表示パネルに用いたマルチ電子ビーム源の平面図である。基板１３上には、後述の図９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電極１５と列方向配線電極１６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１５と列方向配線電極１６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。
【００５８】
［マルチ電子源の構成と作用］
図８のＢ−Ｂ′に沿った平面図を図９（ａ）に、その断面図を図９（ｂ）に示す。
【００５９】
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電極１５、列方向配線電極１６、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１５および列方向配線電極１６を介して各素子に給電して通電フォーミング処理（後述）と通電活性化処理（後述）を行うことにより製造した。
【００６０】
本実施形態においては、気密容器のリアプレート１７にマルチ電子ビーム源の基板１３を固定する構成としたが、マルチ電子ビーム源の基板１３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１７としてマルチ電子ビーム源の基板１３自体を用いてもよい。
【００６１】
［フェースプレートの構成と作用］
また、フェースプレート１９の下面には、蛍光膜２０が形成されている。本実施形態はカラー表示装置であるため、蛍光膜２０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１０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２０ａが設けてある。黒色の導電体２０ａを設ける目的は、電子ビームの照射位置に多少のずれがあっても表示色にずれが生じないようにする事や、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などである。黒色体２０ａを導電性とする場合には、電子ビームによる蛍光膜のチャージアップを防止する事が可能である。黒色の導電体２０ａ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。
【００６２】
また、３原色の蛍光体の塗り分け方は前記図１０（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１０（ｂ）に示すようなデルタ状配列や、それ以外の配列であってもよい。
【００６３】
なお、モノクロームの表示パネルを作成する場合には、単色の蛍光体材料を蛍光膜２０ｂ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。
【００６４】
また、蛍光膜２０のリアプレート側の面には、ＣＲＴの分野では公知のメタルバック２１を設けてある。メタルバック２１を設けた目的は、蛍光膜２０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２０を保護する事や、電子ビーム加速電圧を印加するための電極として作用させる事や、蛍光膜２０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２１は、蛍光膜２０をフェースプレート基板１９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２０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２１は用いない。この場合、本実施形態では用いなかったが、加速電圧の印加用や蛍光膜の導電性向上を目的として、フェースプレート基板１９と蛍光膜２０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。
【００６５】
［スペーサの作用と機能］
図２に示すように、スペーサ２２は絶縁性基材２４の表面に絶縁性層の第一層２３ａと高抵抗膜の第二層２３ｂを成膜し、かつフェースプレート１９の内側（メタルバック２１等）及び基板１３の表面（行方向配線１５又は列方向配線１６）に面したスペーサの当接面及び接する側面部に低抵抗膜２５を成膜した部材からなるもので、上記目的を達成するのに必要な数だけ、かつ必要な間隔をおいて配置され、フェースプレート１９の内側および基板１３の表面に接合材２６により固定される。また、導電性膜２３は、絶縁性部材２４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２２上の低抵抗膜２５および接合材２６を介して、フェースプレート１９の内側（メタルバック２１等）および基板１３の表面（行方向配線１５または列方向配線１６）に電気的に接続される。ここで説明する態様におけるスペーサ２２の形状は薄板状であり、行方向配線１５に平行に配置され、行方向配線１５に電気的に接続されている。
【００６６】
スペーサ２２を構成する低抵抗膜２５は、半導電性膜２３ｂあるいは絶縁性膜２３ａを高電位側のフェースプレート１９（メタルバック２１等）および低電位側の基板１７（配線１５、１６等）と電気的に接続するために設けられたものであり、以下では、中間電極層（中間電極）という名称を用いる。中間電極層（中間層）は、半導電性膜２３ｂと絶縁性膜２３ａとを導電性膜２３として、以下に列挙する複数の機能を有する。
【００６７】
（１）導電性膜２３をフェースプレート１９及び基板１３と電気的に接続する。
【００６８】
既に記載したように、導電性膜２３はスペーサ２２表面での帯電を防止する目的で設けられたものであるが、導電性膜２３をフェースプレート１９（メタルバック２１等）及び基板１３（配線１５、１６等）と直接或いは接合材２６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２２の表面に発生した電荷を速やかに除去できなくなる可能性がある。これを避ける為に、フェースプレート１９、基板１３及び当接材２６と接触するスペーサ２２の当接面或いは側面部に低抵抗の中間電極を設けた。
【００６９】
（２）導電性膜２３の電位分布を均一化する。
【００７０】
冷陰極素子１４より放出された電子は、フェースプレート１９と基板１３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２２の近傍で電子軌道に乱れが生じないようにする為には、導電性膜２３の電位分布を全域にわたって制御する必要がある。導電性膜２３をフェースプレート１９（メタルバック２１等）及び基板１３（配線１５、１６等）と直接或いは当接材２６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、導電性膜２３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２２がフェースプレート１９及び基板１３と当接するスペーサ端部（当接面或いは側面部）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、導電性膜２３全体の電位を制御可能とした。
【００７１】
（３）放出電子の軌道を制御する。
【００７２】
冷陰極素子１４より放出された電子は、フェースプレート１９と基板１３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２２の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２２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１９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１９及び基板１３と当接する面の側面部に低抵抗の中間層を設けることにより、スペーサ２２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。
【００７３】
中間電極となる低抵抗膜２５は、高抵抗膜２３ｂ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Ｉｎ2 Ｏ3 −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。
【００７４】
接合材２６はスペーサ２２が行方向配線１５およびメタルバック２１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。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。
【００７５】
［表示パネルの製作と動作］
また、図１に示す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１５と、Ｄｙ１〜Ｄｙｎはマルチ電子ビーム源の列方向配線１６と、Ｈv はフェースプレートのメタルバック２１と電気的に接続している。
【００７６】
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、不図示の排気管と排気ポンプ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、封止の直前あるいは封止後に気密容器内の所定の位置にゲッター膜（不図示）を形成する。ゲッター膜とは、たとえば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ないしは１×１０-5Ｐa の真空度に維持される。
【００７７】
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１４に電圧を印加すると、各冷陰極素子１４から電子が放出される。それと同時にメタルバック２１に容器外端子Ｈv を通じて数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１９の内面に衝突させる。これにより、蛍光膜２０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。
【００７８】
通常、冷陰極素子である本発明の表面伝導型放出素子１４への印加電圧は１２〜１６［Ｖ］程度、メタルバック２１と冷陰極素子１４との距離ｄは１ｍｍから８ｍｍ程度、メタルバック２１と冷陰極素子１４間の電圧は３ｋＶから１５ｋＶ程度である。
【００７９】
以上、本発明の実施形態の表示パネルの基本構成と製法、及び画像表示装置の概要を説明した。
【００８０】
［マルチ電子ビーム源の構成および製造方法］
次に、前記実施形態の表示パネルに用いたマルチ電子ビー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関わる画像表示装置に用いるマルチ電子ビーム源は、冷陰極素子を単純マトリクス配線した電子源であれば、冷陰極素子の材料や形状あるいは製法に制限はない。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。
【００８１】
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。すなわち、ＦＥ型ではエミッタコーンとゲート電極の相対位置や形状が電子放出特性を大きく左右するため、極めて高精度の製造技術を必要とするが、これは大面積化や製造コストの低減を達成するには不利な要因となる。また、ＭＩＭ型では、絶縁層と上電極の膜厚を薄くてしかも均一にする必要があるが、これも、大面積化や製造コストの低減を達成するには不利な要因となる。
【００８２】
その点、表面伝導型放出素子は、比較的製造方法が単純なため、大面積化や製造コストの低減が容易である。また、発明者らは、表面伝導型放出素子の中でも、電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形成したものがとりわけ電子放出特性に優れ、しかも製造が容易に行えることを見いだしている。したがって、高輝度で大画面の画像表示装置のマルチ電子ビーム源に用いるには、最も好適であると言える。そこで、上記実施形態の表示パネルにおいては、電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形成した表面伝導型放出素子を用いた。そこで、まず好適な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ーム源の構造について述べる。
【００８３】
（表面伝導型放出素子の好適な素子構成と製法）
電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形成する表面伝導型放出素子の代表的な構成には、平面型と垂直型の２種類があげられる。
【００８４】
（平面型の表面伝導型電子放出素子）
まず最初に、平面型の表面伝導型放出素子の素子構成と製法について説明する。図９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、１３は基板、２７と２８は素子電極、２９は導電性薄膜、３０は通電フォーミング処理により形成した電子放出部、３１は通電活性化処理により形成した薄膜である。
【００８５】
基板１３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。
【００８６】
また、基板１３上に基板面と平行に対向して設けられた素子電極２７と素子電極２８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ー、エッチングなどのパターニング技術を組み合わせて用いれば容易に形成できるが、それ以外の方法（たとえば印刷技術）を用いて形成してもさしつかえない。
【００８７】
素子電極２７と２８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ームから数百マイクロメーター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ーターより数十マイクロメーターの範囲である。また、素子電極の厚さｄについては、通常は数百オングストロームから数マイクロメーターの範囲から適当な数値が選ばれる。
【００８８】
また、導電性薄膜２９の部分には、微粒子膜を用いる。ここで述べた微粒子膜とは、構成要素として多数の微粒子を含んだ膜（島状の集合体も含む）のことをさす。微粒子膜を微視的に調べれば、通常は、個々の微粒子が離間して配置された構造か、あるいは微粒子が互いに隣接した構造か、あるいは微粒子が互いに重なり合った構造が観測される。
【００８９】
微粒子膜に用いた微粒子の粒径は、数オングストロームから数千オングストロームの範囲に含まれるものであるが、なかでも好ましいのは１０オングストロームから２００オングストロームの範囲のものである。また、微粒子膜の膜厚は、以下に述べるような諸条件を考慮して適宜設定される。すなわち、素子電極２７あるいは２８と電気的に良好に接続するのに必要な条件、後述する通電フォーミングを良好に行うのに必要な条件、微粒子膜自身の電気抵抗を後述する適宜の値にするために必要な条件、などである。具体的には、数オングストロームから数千オングストロームの範囲のなかで設定するが、なかでも好ましいのは１０オングストロームから５００オングストロームの間である。
【００９０】
また、微粒子膜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、カーボン、などがあげられ、これらの中から適宜選択される。
【００９１】
以上述べたように、導電性薄膜２９を微粒子膜で形成したが、そのシート抵抗値については、１０3 から１０7 ［オーム／ｓｑ］の範囲に含まれるよう設定した。
【００９２】
なお、導電性薄膜２９と素子電極２７および２８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１１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。
【００９３】
また、電子放出部３０は、導電性薄膜２９の一部に形成された亀裂状の部分であり、電気的には周囲の導電性薄膜よりも高抵抗な性質を有している。亀裂は、導電性薄膜２９に対して、後述する通電フォーミングの処理を行うことにより形成する。亀裂内には、数オングストロームから数百オングストロームの粒径の微粒子を配置する場合がある。なお、実際の電子放出部の位置や形状を精密かつ正確に図示するのは困難なため、図１１においては模式的に示した。
【００９４】
また、薄膜３１は、炭素もしくは炭素化合物よりなる薄膜で、電子放出部３０およびその近傍を被覆している。薄膜３１は、通電フォーミング処理後に、後述する通電活性化の処理を行うことにより形成する。
【００９５】
薄膜３１は、単結晶グラファイト、多結晶グラファイト、非晶質カーボン、のいずれかか、もしくはその混合物であり、膜厚は５００［オングストローム］以下とするが、３００［オングストローム］以下とするのがさらに好ましい。
【００９６】
以上、好ましい素子の基本構成を述べたが、実施形態においては以下のような素子を用いた。
【００９７】
すなわち、基板１３には青板ガラスを用い、素子電極２７と２８にはＮｉ薄膜を用いた。素子電極の厚さｄは１０００［オングストローム］、電極間隔Ｌは２［マイクロメーター］とした。
【００９８】
微粒子膜の主要材料としてＰｄもしくはＰｄＯを用い、微粒子膜の厚さは約１００［オングストローム］、幅Ｗは１００［マイクロメーター］とした。
【００９９】
（平面型表面伝導型放出素子の製造方法）
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。
【０１００】
図１１（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９と同一である。
【０１０１】
（１）まず、図１１（ａ）に示すように、基板１３上に素子電極２７および２８を形成する。
【０１０２】
形成するにあたっては、あらかじめ基板１３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いればよい。）その後、堆積した電極材料を、フォトリソグラフィー・エッチング技術を用いてパターニングし、図１１（ａ）に示した一対の素子電極（２７と２８）を形成する。
【０１０３】
（２）次に、同図（ｂ）に示すように、導電性薄膜２９を形成する。
【０１０４】
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、加熱焼成処理して微粒子膜を成膜した後、フォトリソグラフィー・エッチングにより所定の形状にパターニングする。ここで、有機金属溶液とは、導電性薄膜２９に用いる微粒子の材料を主要元素とする有機金属化合物の溶液である。具体的には、本実施形態では主要元素としてＰｄを用いた。また、実施形態では塗布方法として、ディッピング法を用いたが、それ以外のたとえばスピンナー法やスプレー法を用いてもよい。
【０１０５】
また、微粒子膜で作られる導電性薄膜２９の成膜方法としては、本実施形態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。
【０１０６】
（３）次に、図１１（ｃ）に示すように、フォーミング用電源３２から素子電極２７と２８の間に適宜の電圧を印加し、通電フォーミング処理を行って、電子放出部３０を形成する。
【０１０７】
通電フォーミング処理とは、微粒子膜で作られた導電性薄膜２９に通電を行って、その一部を適宜に破壊、変形、もしくは変質せしめ、電子放出を行うのに好適な構造に変化させる処理のことである。微粒子膜で作られた導電性薄膜のうち電子放出を行うのに好適な構造に変化した部分（すなわち電子放出部３０）においては、薄膜に適当な亀裂が形成されている。なお、電子放出部３０が形成される前と比較すると、形成された後は素子電極２７と２８の間で計測される電気抵抗は大幅に増加する。
【０１０８】
通電方法をより詳しく説明するために、図１２に、フォーミング用電源３２から印加する適宜の電圧波形の一例を示す。微粒子膜で作られた導電性薄膜をフォーミングする場合には、パルス状の電圧が好ましく、本実施形態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、電子放出部３０の形成状況をモニターするためのモニターパルスＰｍを適宜の間隔で三角波パルスの間に挿入し、その際に流れる電流を電流計３３で計測した。
【０１０９】
本実施形態においては、たとえば１０-3Ｔｏｒｒ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、モニターパルスＰｍを挿入した。フォーミング処理に悪影響を及ぼすことがないように、モニターパルスの電圧Ｖpmは０．１［Ｖ］に設定した。そして、素子電極２７と２８の間の電気抵抗が１×１０6 Ωになった段階、すなわちモニターパルス印加時に電流計３３で計測される電流が１×１０-7Ａ以下になった段階で、フォーミング処理にかかわる通電で終了した。
【０１１０】
なお、上記の方法は、本実施形態の表面伝導型放出素子に関する好ましい方法であり、たとえば微粒子膜の材料や膜厚、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。
【０１１１】
（４）次に、図１１の（ｄ）に示すように、活性化用電源３４から素子電極２７と２８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。
【０１１２】
通電活性化処理とは、前記通電フォーミング処理により形成された電子放出部３０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１１（ｄ）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３１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。
【０１１３】
具体的には、１０-1ないし１０-4Ｐa 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を堆積させる。堆積物３１は、単結晶グラファイト、多結晶グラファイト、非晶質カーボン、のいずれかか、もしくはその混合物であり、膜厚は５００［オングストローム］以下、より好ましくは３００［オングストローム］以下である。
【０１１４】
通電方法をより詳しく説明するために、図１３の（ａ）に、活性化用電源３４から印加する適宜の電圧波形の一例を示す。本実施形態においては、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、本実施形態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。
【０１１５】
図１１の（ｄ）に示す３５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ード電極で、直流高電圧電源３６および電流計３７が接続されている。なお、基板１３を、表示パネルの中に組み込んでから活性化処理を行う場合には、表示パネルの蛍光面をアノード電極３５として用いる。活性化用電源３４から電圧を印加する間、電流計３７で放出電流Ｉe を計測して通電活性化処理の進行状況をモニターし、活性化用電源３４の動作を制御する。電流計３７で計測された放出電流Ｉe の一例を図１３（ｂ）に示すが、活性化電源３４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３４からの電圧印加を停止し、通電活性化処理を終了する。
【０１１６】
なお、上述の通電条件は、本実施形態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。
【０１１７】
以上のようにして、図９（ｂ）に示す平面型の表面伝導型放出素子を製造した。
【０１１８】
（垂直型の表面伝導型放出素子）
次に、電子放出部もしくはその周辺を微粒子膜から形成した表面伝導型放出素子のもうひとつの代表的な構成、すなわち垂直型の表面伝導型放出素子の構成について説明する。
【０１１９】
図１４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３８は基板、３９と４０は素子電極、４３は段差形成部材、４１は微粒子膜を用いた導電性薄膜、４２は通電フォーミング処理により形成した電子放出部、４４は通電活性化処理により形成した薄膜、である。
【０１２０】
垂直型が先に説明した平面型と異なる点は、片方の素子電極３９が段差形成部材４３上に設けられており、導電性薄膜４１が段差形成部材４３の側面を被覆している点にある。したがって、前記図８の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４３の段差高Ｌs として設定される。なお、基板３８、素子電極３９および４０、微粒子膜を用いた導電性薄膜４１、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４３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。
【０１２１】
次に、垂直型の表面伝導型放出素子の製法について説明する。図１５の（ａ）〜（ｅ）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１４と同一である。
【０１２２】
（１）まず、図１５（ａ）に示すように、基板３８上に素子電極４０を形成する。
【０１２３】
（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。
【０１２４】
（３）次に、同図（ｃ）に示すように、絶縁層の上に素子電極３９を形成する。
【０１２５】
（４）次に、同図１５（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４０を露出させる。
【０１２６】
（５）次に、同図（ｅ）に示すように、微粒子膜を用いた導電性薄膜４１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。
【０１２７】
（６）次に、前記平面型の場合と同じく、通電フォーミング処理を行い、電子放出部を形成する。通電フォーミング処理は、図１１（ｃ）を用いて説明した平面型の通電フォーミング処理と同様の処理を行えばよい。
【０１２８】
（７）次に、前記平面型の場合と同じく、通電活性化処理を行い、電子放出部近傍に炭素もしくは炭素化合物を堆積させる。通電活性化処理は、図１１（ｄ）を用いて説明した平面型の通電活性化処理と同様の処理を行えばよい。
【０１２９】
以上のようにして、図１４に示す垂直型の表面伝導型放出素子を製造した。
【０１３０】
（表示装置に用いた表面伝導型放出素子の特性）
以上、平面型と垂直型の表面伝導型放出素子について素子構成と製法を説明したが、次に表示装置に用いた素子の特性について述べる。
【０１３１】
図１６に、表示装置に用いた素子の、（放出電流Ｉe ）対（素子印加電圧Ｖf）特性、および（素子電流Ｉf ）対（素子印加電圧Ｖf ）特性の典型的な例を示す。なお、放出電流Ｉe は素子電流Ｉf に比べて著しく小さく、同一尺度で図示するのが困難であるうえ、これらの特性は素子の大きさや形状等の設計パラメータを変更することにより変化するものであるため、２本のグラフは各々任意単位で図示した。
【０１３２】
表示装置に用いた素子は、放出電流Ｉe に関して以下に述べる３つの特性を有している。
【０１３３】
第一に、ある電圧（これを閾値電圧Ｖthと呼ぶ）以上の大きさの電圧を素子に印加すると急激に放出電流Ｉe が増加するが、一方、閾値電圧Ｖth未満の電圧では放出電流Ｉe はほとんど検出されない。すなわち、放出電流Ｉe に関して、明確な閾値電圧Ｖthを持った非線形素子である。
【０１３４】
第二に、放出電流Ｉe は素子に印加する電圧Ｖf に依存して変化するため、電圧Ｖf で放出電流Ｉe の大きさを制御できる。
【０１３５】
第三に、素子に印加する電圧Ｖf に対して素子から放出される電流Ｉe の応答速度が速いため、電圧Ｖf を印加する時間の長さによって素子から放出される電子の電荷量を制御できる。
【０１３６】
以上のような特性を有するため、表面伝導型放出素子を表示装置に好適に用いることができた。たとえば多数の素子を表示画面の画素に対応して設けた表示装置において、第一の特性を利用すれば、表示画面を順次走査して表示を行うことが可能である。すなわち、駆動中の素子には所望の発光輝度に応じて閾値電圧Ｖth以上の電圧を適宜印加し、非選択状態の素子には閾値電圧Ｖth未満の電圧を印加する。駆動する素子を順次切り替えてゆくことにより、表示画面を順次走査して表示を行うことが可能である。
【０１３７】
また、第二の特性か、または第三の特性を利用することにより、発光輝度を制御することができるため、階調表示を行うことが可能である。
【０１３８】
上述した実施形態による電子放出素子、電子ビーム源、表示パネルによって、平板型画像形成装置を製造し、不図示の表示ドライブ回路を設けて、例えばＸ方向配線に画像信号を、Ｙ方向配線に走査信号を印加し、メタルバックに直流高電圧３ｋＶ以上を印加して駆動することにより、フェースプレート側から観察すると、高画質、高品質の画像を表出することができる。
【０１３９】
【実施例】
以下本発明の具体的な実施例について図面を用いて説明する。
【０１４０】
（実施例１）
本実施例では、まず未フォーミングの複数の表面伝導型電子源１４を基板１３に形成した。基板１３として表面を清浄化した青板ガラスを用い、これに、図９に示した表面伝導型電子放出素子を１６０個×７２０個マトリクス状に形成した。
【０１４１】
素子電極２４、２５はＰｔスパッタ膜であり、Ｘ方向配線１５、Ｙ方向配線１６はスクリーン印刷法により形成したＡｇ配線である。導電性薄膜２６はＰｄアミン錯体溶液を焼成したＰｄＯ微粒子膜である。
【０１４２】
画像形成部材であるところの蛍光膜２０は図１０（ａ）に示すように、各色蛍光体がＹ方向に伸びるストライプ形状を採用し、黒色体２０ａとしては各色蛍光体間だけでなく、Ｘ方向にも設けることでＹ方向の画素間を分離しかつスペーサ２２を設置するための部分を加えた形状を用いた。先に黒色体（導電体）２０ａを形成し、その間隙部に各色蛍光体を塗布して蛍光膜２０を作成した。ブラックストライプ（黒色体２０ａ）の材料として通常良く用いられている黒鉛を主成分とする材料を用いた。フェースプレート１９に蛍光体を塗布する方法はスラリー法を用いた。
【０１４３】
また、蛍光膜２０より内面側（電子源側）に設けられるメタルバック２１は、蛍光膜２０の作成後、蛍光膜２０の内面側表面の平滑化処理（通常フィルミングと呼ばれる）を行い、その後、Ａｌを真空蒸着することで作成した。フェースプレート１９には、更に蛍光膜２０の導電性を高めるため、蛍光膜２０より外面側（ガラス基板と蛍光膜の間）に透明電極が設けられる場合もあるが、本実施例ではメタルバックのみで十分な導電性が得られたので省略した。
【０１４４】
図７において、スペーサ２２は清浄化したソーダライムガラスからなる絶縁性基材２４（高さ３．８ｍｍ、板厚２００μｍ、長さ２０ｍｍ）上に、Ｃｒ2 Ｏ3 膜の第一層２３ａを真空成膜法により形成し成膜した。本実施例で用いたＣｒ2 Ｏ3 はスパッタリング装置を用いてアルゴンと酸素の混合雰囲気中でＣｒ2 Ｏ3 のターゲットをスパッタすることにより成膜した。
【０１４５】
成膜室にアルゴンを０．７Ｐa 、酸素を０．３Ｐa 導入し、酸化クロムのターゲットには８．３Ｗ／ｃｍ2 を印加した。４５分間成膜を行なうことにより２００ｎｍの酸化クロム膜を得た。
【０１４６】
これらの試料を第一層２３ａとして成膜後、第二層２３ｂのＣｒ−Ａｌ2 Ｏ3 サーメット膜を成膜した。本実施例で用いたＣｒ−Ａｌ2 Ｏ3 サーメット膜はスパッタリング装置を用いてアルゴン雰囲気中でＣｒとＡｌ2 Ｏ3 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。
【０１４７】
成膜室にアルゴンを０．７Ｐa 導入し、それぞれのターゲットにかける電力を変化することにより組成の調節を行ない、抵抗値の調節を行なった。膜厚は２μｍとした。
【０１４８】
このようにして作成したスペーサ表面に凹凸をつけるために、網目状のマスクをスペーサにかぶせ、アルゴン雰囲気下スパッタすることによりＣｒ−Ａｌ2 Ｏ3 サーメット膜を物理エッチングした。スパッタの条件はＡｒ分圧が１．０Ｐa、投入電力が２．０Ｗ／ｃｍ2 であり、３０分間スパッタすることにより約２００ｎｍのＣｒ−Ａｌ2 Ｏ3 サーメット膜をエッチングすることができる。本実施例では３００分の物理スパッタを行ない、図Ａに示すような表面構造のスペーサを得ることができた。
【０１４９】
このスペーサ２２に関して、５００℃、１時間の熱処理をすることによりスペーサ２２の作成を終了した。この試料の成膜条件を次に示す。
【０１５０】
0003740296.tif 000002
また、スペーサ２２は、Ｘ方向配線およびメタルバックとの電気的接続を確実にするためにその接続部にＡｌによる電極２５を設けた。この電極２５はＸ方向配線からフェースプレートに向かって１５０μｍ、メタルバックからリアプレートに向かって１００μｍの範囲でスペーサ２２の４面を完全に被覆した。
【０１５１】
その後、電子源１４の３．８ｍｍ上方にフェースプレート１９を支持枠１８を介して配置し、リアプレート１３、フェースプレート１９、支持枠１８およびスペーサ２２の接合部を固定した。スペーサはＸ方向配線１５上に等間隔に固定した。スペーサ２２はフェースプレート１９側では黒色体２０ａ（線幅３００μｍ）上に、Ａｕを被覆シリカ球を含有した導電性フリットガラス２６を用いることにより、帯電防止膜２３とフェースプレート１９との導通を確保した。なお、メタルバック２１とスペーサ２２とが当接する領域においてはメタルバック２１の一部を除去した。リアプレート１７と支持枠１８の接合部はフリットガラス（不図示）を塗布し、大気中で４２０℃で１０分以上焼成することで封着した。
【０１５２】
以上のようにして完成したあと、排気管を通じ真空ポンプにて排気し、十分低い圧力に達した後、容器外端子Ｄｘ１〜ＤｘｍとＤｙ１〜Ｄｙｎを通じ電子放出素子１４の素子電極２７、２８間に電圧を印加し、導電性薄膜２９を通電処理（フォーミング処理）することにより電子放出部３０を形成した。フォーミング処理は、図１２に示した波形の電圧を印加することにより行った。
【０１５３】
次に排気管を通してアセトンを０．１３３Ｐa の圧力となるように真空容器に導入し、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍと、Ｄｙ１〜Ｄｙｎに電圧パルスを定期的に印加することにより、炭素あるいは炭素化合物を堆積する通電活性化処理を行った。通電活性化は図１３（ａ）に示すような波形を印加することにより行った。
【０１５４】
次に容器全体を２００℃に加熱しつつ１０時間真空排気した後、１０-4Ｐa 程度の圧力で、排気管をガスバーナーで熱することで溶着し封止を行った。最後に、封止後の圧力を維持するために、ゲッター処理を行った。
【０１５５】
以上のように完成した画像形成装置において、各電子放出素子１４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２１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２０に電子を衝突させ、蛍光体２０ｂ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１〜５ｋＶ、素子電極２７、２８間への印加電圧Ｖf は１４Ｖとした。この時、スペーサの試料Ａに関しては上記駆動条件においてのスペーサ近傍のビームずれはないか、あっても非常に少なく、テレビ画像として問題のない範囲であった。
【０１５６】
また、第二層２３ｂは、Ｃｒ−Ａｌ2 Ｏ3 サーメット膜の抵抗温度係数は−０．３％／℃から−０．３３％／℃であり、上記駆動条件において熱暴走することはなかった。
【０１５７】
（参考例）
参考例においては第一層２３ａを酸化ニオブＮｂ2Ｏ5とした。スパッタによる成膜を行い、成膜条件については以下の通りである。まず、スパッタリングターゲットとしてはＮｂ2Ｏ5の焼結体を用いた。成膜室にＡｒを０．４Ｐa、Ｏ2を０．１Ｐa の分圧で導入し、ターゲットには３．８Ｗ／ｃｍ2の電力を投入した。５０分間成膜を行なうことにより１００ｎｍの膜厚のＮｂ2Ｏ5膜を得た。この膜の比抵抗を測定した所、通常の抵抗測定装置では測定不可能な領域であり、比抵抗は１０8Ωｃｍ以上であることが示された。
【０１５８】
次に第二層２３ｂとしてＰｔを用いた島状膜を形成した。スパッタガスはアルゴンで全圧は１Ｐa である。１．０Ｗ／ｃｍ2 の投入電力でＰｔターゲットをスパッタすることによりＰｔの島状膜を得た。この膜をＳＥＭ観察したのが、図１８に示す平面図と断面図である。このようにして作成したスペーサの抵抗値は１．１×１０5 Ωｃｍであった。
【０１５９】
この後の組立工程は実施例１と同様に行ない、実施例１と同様の条件で駆動した。本参考例においてはこの駆動条件においてスペーサ近傍のビームずれはないか、あっても非常に少なく、テレビ画像として問題のない範囲であった。
【０１６０】
また、全組立工程を経過し、画像を表示した後の装置を分解して本参考例に用いたスペーサの抵抗を測定した所、比抵抗が７．６×１０５Ωｃｍになっていた。
【０１６１】
（実施例２）
実施例２においては第一層２３ａの材料をＹ2Ｏ3とした。イオンビームスパッタによる成膜を行い、成膜条件については以下の通りである。まず、スパッタリングターゲットとしてはＹ2Ｏ3の焼結体を用いた。成膜室にＡｒ０．４Ｐa、Ｏ2０．１Ｐa 導入した。ターゲットに８．３Ｗ／ｃｍ2を印加した。４０分間成膜を行なうことにより２００ｎｍの酸化イットリウム膜を得た。
【０１６２】
次に第二層２３ｂとして酸化インジウムを用いた。これについては酸化インジウムの前駆体物質をディッピングによりコートし、焼成することで作成を行なった。条件及び出来上がりの試料については以下の通りである。
【０１６３】
0003740296.tif 000003
この試料をＳＥＭ観察したところ、図１９に示す平面図と断面図のような形態をしていることが確認された。
【０１６４】
その後の組立工程は実施例１と同様に行ない、実施例１と同様の条件で駆動した。本実施例においてはこの駆動条件においてスペーサ近傍のビームずれはないか、あっても非常に少なく、テレビ画像として問題のない範囲であった。
【０１６５】
【発明の効果】
以上説明した通り、二次電子放出効率の小さい材料による膜の上に、導電性を有する膜を、ネットワーク構造、島状またはそれらの混在する構造とすることで、第一層、第二層のどちらに電子が入射しても、帯電を抑える効果がある。また、第二層が導電性を有することで、除電効果も得られた。また、これを使用した画像形成装置はスペーサ近傍でのビーム電位の乱れは抑止され、ビームが蛍光体に衝突する位置と、本来発光するべき蛍光体との位置ずれのない鮮明な画像表示が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である画像表示装置の、表示パネルの一部を切り欠いて示した斜視図である。
【図２】本発明による画像表示装置のスペーサ周辺の断面図である。
【図３】本発明の実施例で用いた第二層がネットワーク構造と島状の混合状態の構造であるスペーサ表面の拡大図である。
【図４】本発明の実施例で用いた第二層がネットワーク構造であるスペーサ表面の拡大図である。
【図５】  本発明の参考例で用いた第二層が島状であるスペーサ表面の拡大図である。
【図６】  本発明の実施例で用いた第二層がネットワーク構造であるスペーサ表面の拡大図である。
【図７】本発明で用いたスペーサの断面模式図である。
【図８】本実施例で用いたマルチ電子ビーム源の基板の平面図である。
【図９】実施例で用いた平面型の表面伝導型放出素子の平面図（ａ），断面図（ｂ）である。
【図１０】表示パネルのフェースプレートの蛍光体配列を例示した平面図である。
【図１１】平面型の表面伝導型放出素子の製造工程を示す断面図である。
【図１２】通電フォーミング処理の際の印加電圧波形である。
【図１３】通電活性化処理の際の印加電圧波形（ａ）、放出電流Ｉe の変化（ｂ）である。
【図１４】実施例で用いた垂直型の表面伝導型放出素子の断面図である。
【図１５】垂直型の表面伝導型放出素子の製造工程を示す断面図である。
【図１６】実施例で用いた表面伝導型放出素子の典型的な特性を示すグラフである。
【図１７】本発明の第１の実施例で用いたスペーサ表面の拡大図と断面図である。
【図１８】  本発明の参考例で用いたスペーサ表面の拡大図と断面図である。
【図１９】  本発明の第２の実施例で用いたスペーサ表面の拡大図と断面図である。
【図２０】従来知られた表面伝導型放出素子の一例の構造図である。
【図２１】従来知られたＦＥ型素子の一例の構造図である。
【図２２】従来知られたＭＩＭ型素子の一例の構造図である。
【符号の説明】
１  基板
２  導電性薄膜
３  電子放出部
４  基板
５  エミッタ配線
６  エミッタコーン
７  絶縁層
８  ゲート電極
９  基板
１０  下電極
１１  絶縁層
１２  上電極
１３  基板
１４  冷陰極素子
１５  行方向配線
１６  列方向配線
１７  リアプレート
１８  側壁
１９  フェースプレート
２０  蛍光膜
２１  メタルバック
２２  スペーサ
２３  導電膜
２３ａ  第一層（下引き層）
２３ｂ  第二層（キャップ層）
２４  絶縁性基材
２５  中間層電極
２６  導電性フリット（当接材）
２７，２８  素子電極
２９  導電性薄膜
３０  電子放出部
３１  通電活性化処理により形成した薄膜
３２  フォーミング用電源
３３  電流計
３４  活性化用電源
３５  アノード電極
３６  直流高電圧電源
３７  電流計
３８  基板
３９  素子電極
４０  素子電極
４１  導電性薄膜
４２  電子放出部
４３  段差形成部材
４４  通電活性化により形成した薄膜
５７  基板上の絶縁層
【図１】
0003740296.tif 000004
【図２】
0003740296.tif 000005
【図３】
0003740296.tif 000006
【図４】
0003740296.tif 000007
【図５】
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【図６】
0003740296.tif 000009
【図７】
0003740296.tif 000010
【図８】
0003740296.tif 000011
【図９】
0003740296.tif 000012
【図１０】
0003740296.tif 000013
【図１１】
0003740296.tif 000014
【図１２】
0003740296.tif 000015
【図１３】
0003740296.tif 000016
【図１４】
0003740296.tif 000017
【図１５】
0003740296.tif 000018
【図１６】
0003740296.tif 000019
【図１７】
0003740296.tif 000020
【図１８】
0003740296.tif 000021
【図１９】
0003740296.tif 000022
【図２０】
0003740296.tif 000023
【図２１】
0003740296.tif 000024
【図２２】
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