(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子放出素子を有する電子源と、電子源より放出された電子を制御する電極と、該電子源より放出される電子が照射されるターゲットと、該電子源と該電極との間に配置されたスペーサとを有する電子線装置において用いられるスペーサの製造方法において、
前記製造方法は、前記スペーサを形成する基板を複数個形成する基板形成ステップを含み、
前記基板形成ステップは、
前記電子線装置の製造における前記スペーサの組立工程よりも後工程のどの工程温度よりも溶融温度が高い部材を、内面の少なくとも一部に、互いに隣接しながら延び、底面に凹凸形状を備えた複数の溝を有する型に鋳込むステップと、
前記溝に鋳込まれた部材をプレスして、前記複数の溝の各々から前記複数個の基板の各々を形成するステップと、
を有し、
前記溝の互いに隣接しながら延びる方向と直交する方向における幅が、前記電子源から前記電極に向かう方向における前記スペーサの寸法と一致していることを特徴とする、スペーサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，電子線を用いた表示装置等の画像形成装置にかかわり，特に，スペーサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子放出素子を利用した画像形成装置として、冷陰極電子放出素子を多数形成した電子源基板と、透明電極および蛍光体を具備した陽極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。このような画像形成装置において、電界放出型電子放出素子を用いたものは、例えば、I.Brodie, "Advanced technology : flat cold-cathode CRTs" , Information Display, 1/89, 17(1989) に開示されたものがある。また、表面伝導型電子放出素子を用いたものは、例えば、USP5066883等に開示されている。平面型の電子線表示パネルは、現在広く用いられている陰極線管(cathode ray tube : CRT)表示装置に比べ、軽量化、大画面化を図ることができ、また、液晶を利用した平面型表示パネルやプラズマ・ディスプレイ、エレクトロルミネッセント・ディスプレイ等の他の平面型表示パネルに比べて、より高輝度、高品質な画像を提供することができる。図７に電子放出素子を利用した画像形成装置の一例として、従来の平面型電子線表示パネルの一部を切り欠いた斜視図を示す。ここで、図７に示される電子線表示パネルの構成について詳述すると、図中、１０１５はリアプレート、１０１７はフェースプレート、１０１６は側壁であり、これらにより真空外囲器を構成している。また、１０１１は電子源基板、１０１２は電子放出素子であり、 本例では、１つの電子放出素子に対して１つの蛍光体が対応している。また、１０１３（走査電極）および１０１４（信号電極）は配線電極であり、それぞれ、電子放出素子１０１２に接続されている。さらに、１０１９はメタルバック、１０１８は蛍光体である、また、１０２０はスペーサで、電子源基板１０１１とフェースプレート１０１７を所定間隔に保持するとともに、大気圧に対する支持部材として真空外囲器内部に配置されている。尚、フェースプレート１０１７、側壁１０１６、リアプレート１０１５、スペーサ１０２０の各接合部は低融点ガラスフリットにより封着されている。
【０００３】
この電子線表示パネルにおいて画像を形成するには、マトリクス状に配置された走査電極１０１３と信号電極１０１４に所定の電圧を順次印加することで、マトリクスの交点に位置する所定の電子放出素子１０１２を選択的に駆動し、放出された電子を蛍光体１０１８に照射して所定の位置に輝点を得る。なお、メタルバック１０１９は、放出電子を加速してより高い輝度の輝点を得るために、電子放出素子１０１２に対して正電位となるように高電圧が印加される。ここで、印加される電圧は、蛍光体１０１８の性能にもよるが、数百Ｖから数十ｋＶ程度の電圧である。従って、電子源基板１０１１とフェースプレート１０１７間の距離ｄは、この印加電圧によって真空の絶縁破壊（即ち放電）が生じないようにするため、数百μｍから数ｍｍ程度に設定されるのが一般的である。
【０００４】
この電子線表示パネルの表示面積が大きくなるに従い、真空外囲器内部の真空と外部の大気圧差によるプレート基板の変形を抑えるためには、リアプレート１０１５およびフェースプレート１０１７を厚くする必要がでてきた。プレート基板を厚くすることは表示パネルの重量を増加させるだけでなく、斜め方向から見た時に歪みを生じ、視野角の縮小ともなる。そこで、スペーサ１０２０を配置することにより、両プレート１０１５、１０１７の強度負担を軽減でき、軽量化、低コスト化、大画面化が可能となるので、平面型電子線表示パネルの利点を十分に発揮することができるようになる。
【０００５】
このスペーサ１０２０に使用される材質としては、(1)十分な耐大気圧強度（圧縮強度）を有すること、(2)製造工程及び高真空形成工程における加熱工程に耐え得る耐熱性を有し、(3)表示パネルの基板、側壁等との熱膨張係数の整合が取れていること、(4)高電圧印加に耐え得る絶縁耐圧を有する高抵抗体であること、(5)高真空を維持するために、ガス放出レートが小さいこと、(6)寸法を精度良く加工でき、量産性に優れること、等が要求され、一般的にはガラス材料が用いられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の画像表示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。
【０００７】
まず、スペーサの近傍から放出された電子の一部がスペーサに当たることにより、あるいは放出電子の作用でイオン化したイオンがスペーサに付着することにより、さらにフェースプレートに到達した電子が一部反射、散乱され、スペーサに当たることによりスペーサが帯電する可能性がある。
【０００８】
スペーサが帯電することにより、スペーサ周辺の電界が乱れ、放出電子の軌道が狂ってしまう。その結果、電子は正しい位置に到達せず、スペーサ近傍の画像を歪ませてしまう。
【０００９】
表示パネルを大面積化するに当たり表示パネル内部に用いられるスペーサは数は多くなる。スペーサの帯電を防ぐことは、次世代の大面積の表示パネル作製の大きな課題である。
【００１０】
また、電子放出素子から放出された電子を加速するために、電子線源とフェースプレートの間には数百V以上の高電圧（即ち、１kV／mm以上）が印可されるために、スペーサが帯電している状態では、スペーサ表面での沿面放電が懸念される。
【００１１】
このために、スペーサ表面に細かい凹凸を設けることで、スペーサに入射する電子の内で高角度成分（スペーサの法線に対して）を実効的に削減し、スペーサ表面からの2次電子放出を抑え、かつ高抵抗膜（帯電防止膜）をスペーサ表面に製膜することで、スペーサの帯電を防ぐ工夫をしている。
【００１２】
スペーサ上で発生する沿面放電は、近傍の電子放出素子等の表示パネル中の重要な構成要素を破壊する恐れがある。破壊された電子放出素子は、点欠陥となる可能性もあり、パネルの寿命を短くする。
【００１３】
本発明は上述の問題点を踏まえてなされたものであり、帯電を抑制するために、表面に細かい凹凸を有したスペーサ基板の量産向きの製造方法を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電子放出素子を有する電子源と、電子源より放出された電子を制御する電極と、電子源より放出される電子が照射されるターゲットと、電子源と電極との間に配置されたスペーサとを有する電子線装置において用いられるスペーサの製造方法である。本発明の製造方法は、スペーサを形成する基板を複数個形成する基板形成ステップを含んでいる。基板形成ステップは、電子線装置の製造におけるスペーサの組立工程よりも後工程のどの工程温度よりも溶融温度が高い部材を、内面の少なくとも一部に、互いに隣接しながら延び、底面に凹凸形状を備えた複数の溝を有する型に鋳込むステップと、溝に鋳込まれた部材をプレスして、複数の溝の各々から複数個の基板の各々を形成するステップとを有し、溝の互いに隣接しながら延びる方向と直交する方向における幅が、電子源から電極に向かう方向におけるスペーサの寸法と一致していることを特徴としている。
【００１８】
上記スペーサは内面の少なくとも一面が凹凸形状になっている型に約１２００℃で軟化したガラスを鋳込むことによって得られる。
【００１９】
上記型としては、一般的に金型が好ましい。図１には金型としてＳＵＳを用いた例を示す。図１の（ａ）、（ｂ）を合わせて使用し、（ａ）の溝底面、及び（ｂ）には適切な凹凸形状が例えばサンドペーパー処理等により形成されている。また鋳込みは、金型（ａ）に行い、（ｂ）にてプレスする。 鋳込みが終了したら、 徐冷し、固化した後に（ａ）、（ｂ）を徐々に引き離すことによってスペーサ基板を取り出し、最後に適当な長さに切断する。
本発明の表面に凹凸形状を有するスペーサ基板の製造方法により、画像表示装置用のスペーサを製品ばらつきなく、低コストに製造することができる。また、上記スペーサ基板を用いることにより、スペーサの帯電を防止して画像歪みのない画像表示装置を製造することができる。
【００２０】
また、金型は再度使用できるため、製品ばらつきの少ないスペーサを得ることができ、かつ、従来の加工に比べて、欠けの発生が抑えられる。
【００２１】
図２（ｂ）、（ｃ）は本発明の凹凸基板スペーサの断面模式図であり、（ｂ）は同図（ａ）中の縦方向B-B'を含む断面であり、同様に（ｃ）は，横方向C-C'を含む断面の模式図である。１は，少なくとも表面に凹凸を形成したスペーサ基板、１１はスペーサ基板１の表面に形成した帯電防止を目的とした高抵抗膜である。高抵抗膜１１は前記のスペーサ基板の表面凹凸にならい凹凸を形成している。２１は電極とのスペーサとの間のオーミックなコンタクトを得る為に電子線装置の必要に応じて設けられた低抵抗膜である。
【００２２】
また本発明は上記高抵抗膜付き凹凸基板をスペーサに用いた平面型の表示装置（電子線装置）であり図７にその構造概略を示すように（詳細は後述）電子線装置複数の冷陰極素子１０１２を形成した基板１０１１と発光材料である蛍光膜１０１８を形成した透明なフェースプレート１０１７とをスペーサ１０２０を介して対向させた構造を有する表示装置であり電子線装置スペーサ１０２０がその表面に凹凸形状を有しており、その凹凸の平均的振幅値より大きくない膜厚で形成された帯電防止を目的とする高抵抗膜で被覆されていることを特徴とする表示装置である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（凹凸の機能：二次電子放出帯電の入射角度依存性について）
本発明によって製造したスペーサ表面に形成した凹凸形状により下記のような効果を得ることができる。
【００２４】
第一の効果としては、帯電量に大きく寄与する高入射角度モードの入射電子の入射角度を減少させる効果である。この形状の工夫による効果によって、二次電子放出係数の入射角度増倍成分の減少効果は、平滑表面に対して１／３以下のレベルに抑制させる事が可能となる。この効果は、特に、８０度以上の高入射角となる最近接の電子放出素子からの直接入射電子に対して特に有効である。
【００２５】
また、第二の効果として、凹凸形状の一形態として、深い凹凸を形成した場合には、微細なファラデーカップの集積体のように、二次電子を閉じ込める効果が得られる。
【００２６】
さらには、第三の効果として、多重放出二次電子の抑制効果が挙げられる。放出された二次電子は、加速電界によりエネルギーを受け加速しながら陽極方向に軌道をとるが、放出直後のエネルギーが比較的小さいので、局所的な帯電領域に引っ張られスペーサ上に再突入し正電荷を生成してしまう。このとき、平滑基板に対して粗面化処理を施す事により、飛程距離を分断する事が可能となり、正電荷の蓄積を抑制する効果を提供することができる。
【００２７】
第四の効果として、陽極輻射電子に対する入射角度抑制効果があげられる。
【００２８】
スペーサへの入射電子の飛来経路はさまざまに分布しており、特にフェースプレートからの反射電子の再入射（以降ＦＰ反射電子と記述）においては、その放出方向は、ほぼ同心円状の分布が存在しているため、反射電子は周囲の多方向に分布している。本発明者等の素子毎のスペーサ帯電のスペーサ、放出素子間距離および陽極印加電圧依存検討の結果、陽極基板からの輻射電子は再近接のみならず第３、第４近接の電子素子からの放出電子であることがわかった。上記の飛程距離は、表示装置毎に変調を受けその影響度は一様ではないが、一般に高輝度を得ようとする目的から、蛍光体からの発光の利用効率を上げるために設けられたアルミ電極などの部材の設置や加速電圧の高圧化でその影響は増倍し、帯電の原因の一つとなっている。この現象は、ＦＰ反射電子はスペーサからの距離に依存し、近い素子ほど再入射量が多いことを意味するだけではなく、発光点からのＦＰ反射のうちスペーサと近距離位置からのものであるほど、遠方への入射点への再入射時の入射角が増倍されていることを意味する。このような理由から、斜めモードの反射電子に対する二次電子放出抑制効果として、多方向に形成した凹凸形状が有効に機能する。
【００２９】
以上が、本発明における粗面化すなわち凹凸表面の帯電抑制に関する主たる機能である。
【００３０】
さらに別の効果としては、凹凸形状の作成機能を、帯電防止膜と分離したため、面内の場所による表面形状の制御などが簡便に行う事が出来るなどの効果が生まれる。
【００３１】
（凹凸の周期性）
本発明の電子放出装置においてスペーサの凹凸形状の配置は、前述の二次電子放出抑制効果を得るためには、必ずしも周期的な配置をとる必要はなく、ランダムな周期の配置であっても良い。どのような、配置構造をとるかは、たとえば作成工程の利便性等から決定して良い。特に周期的である場合は、二次電子や反射電子のエネルギー分布、入射角分布を考慮して、その繰返し周期として、複数の周期構造から構成される凹凸を形成している事が好ましい。
【００３２】
（凹凸のピッチ、振幅）
二次電子の放出係数の入射角度依存緩和効果の観点からは、凹凸の間隔や振幅は大きく影響しなく任意に選択されて良いが、多重放出二次電子が陽極陰極ギャップ間の電界からエネルギーを得て、正帯電領域の加速エネルギーを得る前にトラップする効果を考慮すると、加速電圧によるが１００μｍ程度の間隔もしくはピッチを持っている事が好ましい。さらに好ましくは、１０μｍ以下の間隔である事が好ましい。また、同様の理由から、凹凸形状の振幅値は、二次電子の入射角度依存抑制の観点からは、任意の値を選択できるが、多重放出二次電子の抑制効果を得る点では、表面粗さが０．０５μｍ以上の大きい値である事が好ましいが、表面に形成する膜の連続性と、凸部における先鋭な形状による電界集中効果を抑制するためには、上限として１００μｍ以下の平均粗さである事が好ましい。
【００３３】
（高抵抗膜）
スペーサ基板の材料として、ガラス等の絶縁材料を用いた場合は、帯電防止機能を高めるために、表面に帯電防止機能を有する高抵抗膜を設けることが好ましい。この高抵抗膜は、下層の凹凸形状をならい表面に凹凸を作成できればよく、基本的に種々の膜を使用することができる。
【００３４】
凹凸形状のレベリング性の高い高抵抗膜を形成するためには、基本的には、下層あるいは基板凹凸の所望の振幅値より、著しく大きな膜厚で形成しないことが重要であり、好ましくは下層の振幅値以下の膜厚となるように形成する。ただし極端に薄膜化すると、シート抵抗が増大し、また凹凸の曲率が大きい（曲がりのきつい）領域で、膜の連続が失われやすいため、基板の導電性を利用できない場合には、少なくとも１００Å以上、好ましくは５００Å以上の膜厚にすることが好ましい。
【００３５】
高抵抗膜の作成手法としては、既存の帯電防止膜作成プロセスが適用できる。たとえば、スパッタ法、真空蒸着法、印刷法、エアゾール法、ディッピング法等を適用する事が出来る。作成プロセスのローコスト化という観点からはディッピング法などの液相プロセスが好ましい。このとき、レベリング性を低くするために、膜厚と塗工液の粘度を小さい値に制御することが重要である。
【００３６】
さらには、高抵抗膜の二次電子放出係数は低い方が好ましく、平滑膜の二次電子放出係数として、３．５以下である事がより好ましい。さらには、膜の化学的安定性という観点から、表面層が膜内部に比較して高酸化状態にある事が好ましい。
【００３７】
本発明表示装置において、上記スペーサ１０２０の一方の辺は冷陰極素子を形成した基板１０１１上の配線に電気的に接続されている。また、その対向する辺は冷陰極素子より放出した電子を高いエネルギで発光材料（蛍光膜１０１８）に衝突させるための加速電極（メタルバック１０１９）に電気的接続される。すなわち、スペーサの表面に形成された帯電防止膜にはほぼ加速電圧を帯電防止膜の抵抗値で除した電流が流される。
【００３８】
そこで、スペーサの抵抗値Ｒｓは帯電防止および消費電力からその望ましい範囲に設定される。帯電防止の観点からシート抵抗Ｒ／□は１０13［Ω／□］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１０11［Ω／□］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、１０5［Ω／□］以上であることが好ましい。
【００３９】
高抵抗膜の厚み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。従って、膜厚は５０〜５００ｎｍであることが望ましい。シート抵抗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、高抵抗膜の比抵抗ρは０．１〜１０8Ωｃｍが好ましい。さらにシート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１０2〜１０6Ωｃｍとするのが良い。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％より大きいことが望ましい。
【００４０】
高抵抗膜特性を有する材料として、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、スペーサ抵抗を所望の値に制御しやすい。しかしながら、上記金属酸化物、あるいはカーボンはその抵抗値が高抵抗膜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％より大きいこと、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。
【００４１】
スペーサ表面に設けられる高抵抗膜はアルミ遷移金属合金窒化膜（以下合金窒化膜と略す）表面にトップコート層の酸化金属膜あるいはカーボン膜を積層したものであってもよい。高抵抗膜全体の抵抗値は概ね合金窒化膜の抵抗値で規定され、トップコート層は帯電防止を抑える効果がある。トップコート層は前述したように抵抗値が雰囲気に左右されるため、トップコート層の抵抗値が高抵抗膜の抵抗値の１／２を越えるようにトップコート層の厚みを決定すべきである。トップコート層の比抵抗が高い場合、その表面に蓄積した電荷を速やかに逃がすことが難しくなるため、トップコート層の厚みが制限され、２０ｎｍを越えない値が好ましい。
【００４２】
合金窒化膜はスパッタ、窒素ガス雰囲気中での反応性スパッタ、電子ビーム蒸着、イオンプレーティング、イオンアシスト蒸着法等の薄膜形成手段によりスペーサ基板上に形成される。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。合金窒化膜とトップコート層は別の装置により作製しても良いが、連続的に積層することにより、トップコート層の密着性が強くなる。本発明帯電防止防止膜を平面型の表示装置のスペーサ帯電防止に対して説明したが、これに限らず他の用途における高抵抗膜として使用できることができる。
【００４３】
また、前記高抵抗膜を設けたスペーサが上下基板との接触部に低抵抗膜を有することを特徴とすることにより、横方向の帯電電荷の分布を抑制する事が可能となる。また、低抵抗膜の抵抗値は、上下基板との電気的接合が良好にする目的から、その面積抵抗として前記高抵抗膜の抵抗値の１／１０以下であり、かつ１０7［Ω／□］以下である事が望ましい。さらには、前記電子放出素子は、冷陰極素子であり、さらには、電極間に電子放出部を含む導電性膜を有する電子放出素子であり、さらに、表面伝導型電子放出素子であることを特徴とすることが素子の構造が簡単でかつ高輝度がえられることからより好ましい。
【００４４】
また、前記ターゲットに、入力信号に応じて前記電子放出素子から放出された電子を照射して画像を形成する画像形成装置として、本提案を適用した電子線装置を応用することが出来る。前記ターゲットとしては、画像記録という観点からさまざまな材料により、潜像を形成できるが、蛍光体から成ることにより安価に動画像を記録表示できる。
【００４５】
（画像表示装置概要）
次に、本発明の方法により製造したスペーサ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。
【００４６】
図７は、実施例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。
【００４７】
図中、１０１５はリアプレート、１０１６は側壁、１０１７はフェースプレートであり、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。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。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。
【００４８】
リアプレート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ーム源と呼ぶ。
【００４９】
本発明の画像表示装置に用いるマルチ電子ビーム源は、冷陰極素子を単純マトリクス配線した電子源であれば、冷陰極素子の材料や形状あるいは製法に制限はない。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。
【００５０】
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。
【００５１】
図９に示すのは、図７の表示パネルに用いたマルチ電子ビーム源の平面図である。基板１０１１上には、表面伝導型放出素子１０１２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。
【００５２】
図９のＢ−Ｂ’に沿った断面を、図１０に示す。
【００５３】
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。
【００５４】
本例においては、気密容器のリアプレート１０１５にマルチ電子ビーム源の基板１０１１を固定する構成としたが、マルチ電子ビーム源の基板１０１１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としてマルチ電子ビーム源の基板１０１１自体を用いてもよい。
【００５５】
また、フェースプレート１０１７の下面には、蛍光膜１０１８が形成されている。本実施例はカラー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６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、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。
【００５６】
また、３原色の蛍光体の塗り分け方は前記図６（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６（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６（Ｃ））であってもよい。
【００５７】
なお、モノクロームの表示パネルを作成する場合には、単色の蛍光体材料を蛍光膜１０１８に用いればよく、また黒色導電材料は必ずしも用いなくともよい。
また、蛍光膜１０１８のリアプレート側の面には、ＣＲＴの分野では公知のメタルバック１０１９を設けてある。メタルバック１０１９を設けた目的は、蛍光膜１０１８が発する光の一部を鏡面反射して光利用率を向上させる事や、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をフェースプレート基板１０１７上に形成した後、蛍光膜表面を平滑化処理し、その上にＡｌを真空蒸着する方法により形成した。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。
また、本実施例では用いなかったが、加速電圧の印加用や蛍光膜の導電性向上を目的として、フェースプレート基板１０１７と蛍光膜１０１８との間に、たとえばＩＴＯを材料とする透明電極を設けてもよい。
【００５８】
図８は図７のＡ−Ａ’の断面模式図であり、各部の番号は図７に対応している。スペーサ１０２０はスペーサ基板１の表面に低抵抗部材による電子源基板に平行な電極１６を成膜し、さらにその上に帯電防止を目的とした高抵抗膜１１を成膜し、かつフェースプレート１０１７の内側（メタルバック１０１９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、フェースプレートの内側および基板１０１１の表面に接合材１０４１により固定される。また、高抵抗膜は、スペーサ基板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。
【００５９】
スペーサ１０２０としては、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。
【００６０】
スペーサ１０２０のスペーサ基板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、スペーサ基板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。
【００６１】
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ため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。
【００６２】
▲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。
【００６３】
既に記載したように、高抵抗膜１１はスペーサ１０２０表面での帯電を防止する目的で設けられたものであるが、高抵抗膜１１をフェースプレート１０１７（メタルバック１０１９等）及び基板１０１１（配線１０１３、１０１４等）と直接あるいは当接材１０４１を介して接続した場合、接続部界面に大きな接触抵抗が発生し、スペーサ表面に発生した電荷を速やかに除去できなくなる可能性がある。これを避けるために、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あるいは当接面と共に当接面に近い側面部５に低抵抗の中間層を設けた。
【００６４】
▲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ためには、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）と直接あるいは当接材１０４１を介して接続した場合、接続部界面の接触抵抗のために、接続状態のむらが発生し、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。これを避けるために、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あるいは側面部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。
【００６５】
▲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ためには、放出された電子の軌道を制御してフェースプレート１０１７上の所望の位置に電子を照射する必要がある。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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。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。
【００６８】
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。
【００６９】
Ｄｘ１〜Ｄｘｍはマルチ電子ビーム源の行方向配線１０１３と、Ｄｙ１〜Ｄｙｎはマルチ電子ビーム源の列方向配線１０１４と、Ｈｖはフェースプレートのメタルバック１０１９と電気的に接続している。
【００７０】
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１０-7［Ｔｏｒｒ］程度の真空度まで排気する。その後、排気管を封止するが、気密容器内の真空度を維持するために、封止の直前あるいは封止後に気密容器内の所定の位置にゲッター膜（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１０-5ないしは１０-7［Ｔｏｒｒ］の真空度に維持される。
【００７１】
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。
【００７２】
通常、冷陰極素子である本発明の表面伝導型放出素子への１０１２への印加電圧は１２〜１６［Ｖ］程度、メタルバック１０１９と冷陰極素子１０１２との距離ｄは０．１［ｍｍ］から８［ｍｍ］程度、メタルバック１０１９と冷陰極素子１０１２間の電圧０．１［ｋＶ］から１０［ｋＶ］程度である。
【００７３】
以上、本発明の実施例の表示パネルの基本構成と製法、および画像表示装置の概要を説明した。
【００７４】
【実施例】
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、前述した電極間の導電性微粒子膜に電子放出部を有するタイプのn×ｍ個（n＝３０７２、 ｍ ＝１０２４）の表面伝導型放出素子を、ｍ本の行方向配線とn本の列方向配線とによりマトリクス配線した電子ビーム源を用いた。
【００７５】
（実施例１）
スペーサ基板表面に凹凸を付けるために、図１に示した金型（ａ）の溝および（ｂ）は＃４０００のサンドペーパー処理により粗面化されている。この金型（ａ）に約１２００℃で軟化したソーダライムガラスを鋳込み金型（ｂ）でふたをしプレスする。ガラスが固化したら金型（ａ）、（ｂ）をゆっくりと引き剥がし、表面に凹凸のついたスペーサ基板を得る。これを適当な長さに切断し、最終的には外形寸法が厚さ０．２ｍｍ、高さ３ｍｍ、長さ４０ｍｍのスペーサ基板を得た。は１０００Åであった。この時の模式的な断面形状を図３に示す。
【００７６】
この後、基板表面に、高抵抗膜（帯電防止膜）として、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事により、Ｃｒ−Ａｌ合金窒化膜を膜厚２００ｎｍ形成した。スパッタガスはＡｒ：Ｎ2が１：２の混合ガスで全圧力は１mTorrである。上記条件で同時成膜した膜のシート抵抗はＲ□＝２×１０10Ω／□であった。
【００７７】
Cr-Ti合金窒化膜に限らず本発明では種々の高抵抗膜（帯電防止膜）を使用する事ができる。
更に、上下電極の接合部となる領域に下記の方法により低抵抗膜を形成した。接続部と抵抗に、２００μｍの帯状に１０ｎｍ厚のＴｉ膜と２００ｎｍ厚のＰｔ膜をどちらもスパッタ法により気相形成した。この際、Ｔｉ膜は、Ｐｔ膜の膜密着性を補強する下地層として必要であった。こうして低抵抗膜付きスペーサを得た。この時の低抵抗膜の膜厚は２１０ｎｍであり、そのシート抵抗は１０Ω／□であった。
【００７８】
尚、凹凸を設けない、従来のスペーサの断面形状は図４のようであった。
【００７９】
得られたスペーサの高抵抗膜部分の断面形状は図３のようであった。ここで１の斜線領域はスペーサ基板、１１は高抵抗膜である。前記凹凸形成部の膜の被覆性、連続性共に良好であった。
【００８０】
本実施例では、前述した図７に示すスペーサ１０２０を配置した表示パネルを作成した。以下、図７および図８を用いて記述する。まず、予め基板上に行方向配線電極１０１３、列方向配線電極１０１４、電極間絶縁層（不図示）、及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基板１０１１をリアプレート１０１５に固定した。次に、前記スペーサをスペーサ１０２０として基板１０１１の５ｍｍ上方に、内面に蛍光膜１０１８とメタルバック１０１９が付設されたフェースプレート１０１７を側壁１０１６を介し配置し、リアプレート１０１５、フェースプレート１０１７、側壁１０１６およびスペーサ１０２０の各接合部を固定した。基板１０１１とリアプレート１０１５の接合部、リアプレート１０１５と側壁１０１６の接合部、およびフェースプレート１０１７と側壁１０１６の接合部は、フリットガラス（不図示）を塗布し、大気中で４００℃乃至５００℃で１０分以上焼成する事で封着した。また、スペーサ１０２０は、基板１０１１側では行方向配線１０１３上に、フェースプレート１０１７側ではメタルバック１０１９面上に、導電性のフィラーあるいは金属等の導電材を混合した導電性フリットガラス（不図示）を介して配置し、上記気密容器の封着と同時に、大気中で４００℃乃至５００℃で１０分以上焼成する事で、接着し、かつ電気的な接続もおこなった。
【００８１】
なお、本実施例においては、蛍光膜１０１８は、図５に示すように、各色蛍光体３１ａが列方向（Ｙ方向）に延びるストライプ形状を採用し、黒色の導電体３１ｂは各色蛍光体（Ｒ、Ｇ、Ｂ）３１ａ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が用いられ、スペーサ１０２０は、行方向（Ｘ方向）に平行な黒色の導電体３１ｂ領域に内にメタルバック１０１９を介して配置された。なお、前述の封着を行う際には、各色蛍光体２１ａと基板１０１１上に配置された各素子とを対応させなくてはいけないため、リアプレート１０１５、フェースプレート１０１７及びスペーサ１０２０は十分な位置合わせを行った。
【００８２】
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１０１３及び列方向配線１０１４を介して各素子に給電して通電フォーミング処理と通電活性化処理を行う事によりマルチ電子ビーム源を製造した。次に１０-6Ｔｏｒｒ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。
【００８３】
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。
【００８４】
以上のように完成した、図７および図８に示されるような表示パネルを用いた画像表示装置において、各冷陰極素子（表面伝導型放出素子）１０１２には、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎを通じ、走査信号及び変調信号を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３１ａを励起・発光させる事で画像を表示した。なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは３〜１２ｋＶの範囲で徐々に放電が発生する限界電圧まで印加し、各配線１０１３、１０１４間への印加電圧Ｖｆは１４Ｖとした。高圧端子Ｈｖへの８ｋＶ以上電圧を印加して連続駆動が１時間以上可能な場合に、耐電圧は良好と判断した。
この時、スペーサ近傍では耐電圧は良好と判断した。さらに、スペーサに近い位置にある冷陰極素子１０１２からの放出電子による発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性の良いカラー画像表示ができた。このことは、スペーサを設置しても電子軌道に影響を及ぼすような電界の乱れは発生しなかったことを示している。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、性能にバラツキの無いスペーサを低コストで作製することがでる。また、スペーサ基板作製とその表面への凹凸加工を同時に行うことが出来、凹凸を有したスペーサ基板を量産することが可能となった。更にスペーサ表面の凹凸形状及び高抵抗膜の種類は上述の条件の範囲内で任意に選択できるため、汎用性に優れていてる。よって表示パネル中で電荷の蓄積をを防止するスペーサを提供することができる。
【００８６】
本発明により、スペーサの帯電が原因で生じるスペーサ表面での沿面放電を防ぐことができ、さらに、放出された電子の軌道が変化しないことより、画像の歪みをもたらす発光点の変位を抑制することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に用いた金型の概略図である。
【図２】本発明の実施例のスペーサ基板の概略図である。
【図３】本発明のスペーサである実施例の断面形状を示した説明図である。
【図４】従来のスペーサの断面形状を示した説明図である。
【図５】蛍光体の他の構成例を説明するための図である。
【図６】表示パネルのフェ−スプレ−トの蛍光体配列を例示した平面図である。
【図７】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８】本発明の実施例である表示パネルのＡ−Ａ'断面図である。
【図９】実施例で用いたマルチ電子ビ−ム源の基板の平面図である。
【図１０】実施例で用いたマルチ電子ビ−ム源の基板の一部断面図である。
【符号の説明】
１：スペーサ基板
３：電子源基板に面したスペーサの当接面
５：電子源基板に接するスペーサの側面
１１：高抵抗膜
２１：低抵抗膜、
３１ａ：蛍光体
３１ｂ：黒色導電体、
４０：層間絶縁層
１０１１：基板
１０１２：冷陰極素子
１０１３：行方向配線
１０１４：列方向配線
１０１５：リアプレート
１０１６：側壁
１０１７：フェースプレート
１０１８：蛍光体
１０１９：メタルバック、
１０２０：スペーサ
１１０２、１１０３：素子電極
１１０４：導電性薄膜、
１１０５：電子放出部
１１１３：薄膜
１０１０：黒色導電材
１０４１：接合材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003789050.tif 000008
【図８】
0003789050.tif 000009
【図９】
0003789050.tif 000010
【図１０】
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