JP2000195413A

JP2000195413A - スペ―サ及びその製造方法、並びに当該スペ―サを用いた電子線装置

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Publication number: JP2000195413A
Application number: JP10368413A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Yoshida; 茂樹吉田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1998-12-25
Publication date: 2000-07-14
Anticipated expiration: 2018-12-25
Also published as: JP3581586B2

Abstract

(57)【要約】【課題】スペーサ近傍での輝点の位置ずれなどのない
鮮明な画像表示を可能とする平面型の画像形成装置を提
供する。【解決手段】複数の冷陰極素子１８を有する電子源基
板１と電子を照射するターゲット７とをスペーサ１０を
介して対向させた画像形成装置において、スペーサ１０
が、絶縁性部材１１の表面に金属酸化膜を主成分とする
高抵抗膜１２を有し、且つ電子源基板１及びターゲット
７との当接面に高抵抗膜１２が還元された低抵抗膜１５
を有していることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子を電
子源とする露光装置や表示装置等の電子線装置に関し、
特にかかる電子線装置に適用されるスペーサに関するも
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，ＲａｄｉｏＥｎｇ．Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１０，１２９０，（１９６
５）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Ｓｎ
Ｏ₂ 薄膜を用いたものの他に、Ａｕ薄膜によるもの
［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：”ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉ
ｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］や、Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／
ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌａｎ
ｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：”ＩＥＥＥＴｒａｎ
ｓ．ＥＤＣｏｎｆ．”，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。

【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１６に前述のＭ．Ｈａｒｔｗｅｌ
ｌらによる素子の平面図を示す。同図において、１００
１は基板で、１００２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１００２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１００２に後述の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１００３が形成さ
れる。図中の間隔Ｌは０．５〜１ｍｍ、Ｗは０．１ｍｍ
で設定されている。尚、図示の便宜から、電子放出部１
００３は導電性薄膜１００２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１００２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１００３
を形成するのが一般的であった。すなわち、通電フォー
ミングとは、前記導電性薄膜１００２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１００２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１０
０３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１００２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
１００２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】また、ＦＥ型の例は、たとえば、Ｗ．Ｐ．
Ｄｙｋｅ＆Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，”Ｆｉｅｌｄｅｍｉ
ｓｓｉｏｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏ
ｎＰｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）や、あるい
は、Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，”Ｐｈｙｓｉｃａｌｐｒ
ｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅ
ｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈ
ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）などが知
られている。

【０００８】ＦＥ型の素子構成の典型的な例として、図
１７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、１００４は基板で、１００５
は導電材料よりなるエミッタ配線、１００６はエミッタ
コーン、１００７は絶縁層、１００８はゲート電極であ
る。本素子は、エミッタコーン１００６とゲート電極１
００８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１００６の先端部より電界放出を起こさせるも
のである。

【０００９】また、ＦＥ型の他の素子構成として、図１
７のような積層構造ではなく、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。

【００１０】また、ＭＩＭ型の例としては、たとえば、
Ｃ．Ａ．Ｍｅａｄ，”Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｕ
ｎｎｅｌ−ｅｍｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ，Ｊ．Ａ
ｐｐｌ．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１
８に示す。同図は断面図であり、図において、１００９
は基板で、１０１０は金属よりなる下電極、１０１１は
厚さ１０ｎｍ程度の薄い絶縁層、１０１２は厚さ８〜３
０ｎｍ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１０１２と下電極１０１０の間に適宜の
電圧を印加することにより、上電極１０１２の表面より
電子放出を起こさせるものである。

【００１１】上述の冷陰極素子は、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。

【００１２】このため、冷陰極素子を応用するための研
究が盛んに行われてきている。たとえば、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、たとえば本出願人によ
る特開昭６４−３１３３２号公報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。

【００１３】また、表面伝導型放出素子の応用について
は、たとえば、画像表示装置、画像記録装置などの画像
形成装置や、荷電ビーム源等が研究されている。

【００１４】特に、画像表示装置への応用としては、た
とえば本出願人によるＵＳＰ５，０６６，８８３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含わ
せて用いた画像表示装置が研究されている。表面伝導型
放出素子と蛍光体とを組み合わせて用いた画像表示装置
は、従来の他の方式の画像表示装置よりも優れた特性が
期待されている。たとえば、近年普及してきた液晶表示
装置と比較しても、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と言え
る。

【００１５】また、ＦＥ型を多数個ならべて駆動する方
法は、たとえば本出願人によるＵＳＰ４，９０４，８９
５に開示されている。また、ＦＥ型を画像表示装置に応
用した例として、たとえば、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．Ｍｅｙ
ｅｒ：”ＲｅｃｅｎｔＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｎ
ＭｉｃｒｏｔｉｐｓＤｉｓｐｌａｙａｔＬＥＴ
Ｉ”，Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇｅｓｔｏｆ４ｔｈｌｎ
ｔ．ＶａｃｕｕｍＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓＣｏｎｆ．，Ｎａｇａｈａｍａ，ｐｐ．６〜９（１
９９１）］

【００１６】また、ＭＩＭ型を多数個並べて画像表示装
置に応用した例は、たとえば本出願人による特開平３−
５５７３８号公報に開示されている。

【００１７】上記のような電子放出素子を用いた画像形
成装置のうちで、奥行きの薄い平面型表示装置は省スペ
ースか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。

【００１８】図１９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。

【００１９】図中、１１１５はリアプレート、１１１６
は側壁、１１１７はフェースプレートであり、リアプレ
ート１１１５、側壁１１１６およびフュースプレート１
１１７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。

【００２０】リアプレート１１１５には基板１１１１が
固定されているが、この基板１１１１上には冷陰極素子
１１１２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。）また、前記Ｎ×Ｍ個の冷陰極素子１１
１２は、Ｍ本の行方向配線１１１３とＮ本の列方向配線
１１１４により配線されている。これら基板１１１１、
冷陰極素子１１１２、行方向配線１１１３および列方向
配線１１１４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１１１３と列方向配線１
１１４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。

【００２１】フェースプレート１１１７の下面には、蛍
光体からなる蛍光膜１１１８が形成されており、赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（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１１１８をな
す上記各色蛍光体の間には黒色体（不図示）が設けてあ
り、さらに蛍光膜１１１８のリアプレート１１１５側の
面には、Ａｌ等からなるメタルバック１１１９が形成さ
れている。

【００２２】Ｄ_ox1 〜Ｄ_oxm およびＤ_oy1 〜Ｄ_oyn 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。Ｄ_ox1 〜Ｄ_oxm はマルチ電子ビーム源の行方向配
線１１１３と、Ｄ_oy1 〜Ｄ_oyn はマルチ電子ビーム源の
列方向配線１１１４と、Ｈｖはメタルバック１１１９と
各々電気的に接続している。

【００２３】また、上記気密容器の内部は１．３×１０
^-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１１１５およびフェースプレ
ート１１１７の変形あるいは破壊を防止する手段が必要
となる。かかる手段として、リアプレート１１１５およ
びフェースプレート１１１７を厚くすることによる方法
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。

【００２４】これに対し、図１９においては、比較的薄
いガラス板からなり大気圧を支えるための構造支持体
（スペーサあるいはリブと呼ばれる）１１２０が設けら
れている。しかしながら、電子線装置の気密容器（外囲
器）内へスペーサを配置した場合、電子線が照射される
ターゲット面上（蛍光膜１１１８、メタルバック１１１
９）での電子線の照射位置が設計値からずれてしまうと
いう問題が生じる。これは、電子線の放出によってスペ
ーサ表面が帯電し、電子線の軌道を曲げるために生じ
る。そこで、スペーサ表面に半導電性膜（あるいは高抵
抗膜）を有し、該半導電性膜が前記冷陰極素子１１１２
および電子線を照射するターゲットに対して電気的に接
続されている構造とし、スペーサ表面に微小電流を流す
ことによってこの帯電を防ぎ、電子線の軌道を設計値ど
おりにすることができる。さらには、スペーサと電子源
および前記ターゲットの各々との当接部に、低抵抗膜か
らなる当接部材を形成して電気的な接続をより確かなも
のにする構成とすることもできる（特開平８−１８０８
２１号公報）。

【００２５】このようにして、マルチビーム電子源が形
成された基板１１１１と蛍光膜１１１８が形成されたフ
ェースプレート１１１７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。

【００２６】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Ｄ_ox1 ないしＤ_oxm 、Ｄ_oy1 ないし
Ｄ_oyn を通じて各冷陰極素子１１１２に電圧を印加する
と、各冷陰極素子１１１２から電子が放出される。それ
と同時にメタルバック１１１９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１１１７の内面に衝突さ
せる。これにより、蛍光膜１１１８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。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スペー
サと電子源および前記ターゲットの各々との当接部に、
低抵抗膜からなる当接部材を形成する場合、高抵抗膜と
は別に該低抵抗膜を形成すると、成膜工程が２回になっ
たり、あるいは、高抵抗膜と低抵抗膜との界面が不安定
で、低抵抗膜の膜はがれが生じ、電気的接続が不安定に
なるといった問題があった。

【００２８】本発明の目的は、上記従来の問題点を解消
し、電子放出素子を電子源とする露光装置や表示装置等
の電子線装置に好適なスペーサを提供することにあり、
さらにはかかるスペーサを用いた電子線装置を提供する
ことにある。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成すべく
成された本発明の構成は、以下の通りである。

【００３０】すなわち本発明の第１は、複数の冷陰極素
子を有する電子源基板と前記冷陰極素子より放出される
電子を照射するターゲットとの間に配置されるスペーサ
であって、絶縁性部材の表面に金属酸化膜を主成分とす
る高抵抗膜を有し、且つ前記電子源基板及び前記ターゲ
ットに当接させる部分には、前記高抵抗膜が還元された
低抵抗膜を有していることを特徴とするものである。

【００３１】また本発明の第２は、複数の冷陰極素子を
有する電子源基板と前記冷陰極素子より放出される電子
を照射するターゲットとの間に配置されるスペーサの製
造方法であって、絶縁性部材の表面に金属酸化膜を主成
分とする高抵抗膜を形成した後、該高抵抗膜のうち前記
電子源基板及び前記ターゲットに当接させる部分を還元
することで低抵抗化させることを特徴とするものであ
る。

【００３２】また本発明の第３は、複数の冷陰極素子を
有する電子源基板と前記冷陰極素子より放出される電子
を照射するターゲットとをスペーサを介して対向させた
構造を有する電子線装置において、該スペーサが、絶縁
性部材の表面に金属酸化膜を主成分とする高抵抗膜を有
し、且つ前記電子源基板及び前記ターゲットとの当接面
に前記高抵抗膜が還元された低抵抗膜を有していること
を特徴とするものである。

【００３３】本発明の電子線装置は、以下のような形態
を有するものであってもよい。電子線装置は、入力信号に応じて前記冷陰極素子から
放出された電子を前記ターゲットに照射して画像を形成
する画像形成装置をなす。特に、前記ターゲットが蛍光
体である画像表示装置をなす。前記冷陰極素子は、電子放出部を含む導電性膜を一対
の電極間に有する冷陰極素子であり、特に好ましくは表
面伝導型放出素子である。前記電子源は、複数の行方向配線と複数の列方向配線
とでマトリクス配線された複数の冷陰極素子を有する単
純マトリクス状配置の電子源をなす。前記電子源は、並列に配置した複数の冷陰極素子の個
々を両端で接続した冷陰極素子の行を複数配し（行方向
と呼ぶ）、この配線と直交する方向（列方向と呼ぶ）に
沿って、冷陰極素子の上方に配した制御電極（グリッド
とも呼ぶ）により、冷陰極素子からの電子を制御するは
しご状配置の電子源をなす。また、本発明の思想によれば、表示用として好適な画
像形成装置に限るものでなく、感光性ドラムと発光ダイ
オード等で構成された光プリンタの発光ダイオード等の
代替の発光源として、上述の画像形成装置を用いること
もできる。またこの際、上述の複数の行方向配線と複数
の列方向配線を、適宜選択することで、ライン状発光源
だけでなく、二次元状の発光源としても応用できる。こ
の場合、画像形成部材としては、以下の実施例で用いる
蛍光体のような直接発光する物質に限るものではなく、
電子の帯電による潜像画像が形成されるような部材を用
いることもできる。また、本発明の思想によれば、例えば電子顕微鏡のよ
うに、電子源からの放出電子の被照射部材が、蛍光体等
の画像形成部材以外のものである場合についても、本発
明は適用できる。従って、本発明は被照射部材を特定し
ない一般的電子線装置としての形態もとりうる。

【００３４】

【発明の実施の形態】本発明のスペーサは、絶縁性部材
の表面に、金属酸化膜を主成分とする高抵抗膜（比抵抗
が０．１〜１０⁸ Ω・ｃｍ程度）の帯電防止膜と、その
両端に該金属酸化膜を還元することによって形成された
低抵抗膜を有している。

【００３５】図１は本発明のスペーサの製造工程の一例
を示した模式図であり、１１は帯電防止が施される絶縁
性部材、１２は絶縁性部材１１の表面に形成した金属酸
化膜からなる帯電防止膜である。１３はパターニングの
ためのマスク、１４は還元手段を示す。１５はスペーサ
ー両端に設けられた低抵抗膜であり、金属酸化膜１１を
還元することで作製されている。該低抵抗膜１５につい
ての詳細は後述する。

【００３６】金属酸化膜１２を構成する金属酸化物は、
一般に優れた帯電防止膜特性を有し、特にクロム、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、後述
の電子線装置に応用した場合に、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
にくいためである。

【００３７】金属酸化膜１２に好適な材料としては、前
記酸化物に加え、ＴｉＯ₂ 、Ｔａ₂Ｏ₅ 、ＨｆＯ₂ 、Ｚ
ｒＯ₂ なども適している。これらの酸化物はいずれも、
酸素のスパッタ率の方が金属のスパッタ率よりも大き
く、Ａｒイオンなどの照射で還元することができるた
め、その一部をイオン照射によって還元することで低抵
抗膜１５を形成し易い。さらに、これらの材料は電子線
の照射によっても還元が可能である。また、ＮｉＯやＣ
ｕＯなどは還元性ガスやそれと加熱の併用でも比較的容
易に還元することができるため、この方法によっても低
抵抗膜１５を形成することができる。

【００３８】金属酸化膜１２は、例えばスパッタ、酸素
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１１上に形成される。その他、
ＣＶＤ法、アルコキシド塗布法でも金属酸化膜１２を形
成できる。

【００３９】金属酸化膜１２の還元方法は大別すると、
１）イオン照射および電子線照射による方法と、２）還
元性ガスおよび還元性ガス＋加熱による方法とがある。

【００４０】イオン照射の場合のイオン種としては、代
表的なものとしてはＡｒ、Ｘｅなどの不活性ガスがあ
る。上記酸化膜を還元させるには、これらのイオンを１
〜１０ｋｅＶ程度のエネルギーに加速して照射すること
で達成される。しかし、一般的に加速エネルギーが大き
いと、スパッタレートが大きくなり、膜のエッチングさ
れてしまう分が大きくなってしまうことと表面粗さが増
大してしまうことから、なるべく穏やかな条件で照射す
るのが好ましい。上記加速エネルギーの場合、イオン電
流でマイクロアンペアーオーダー、金属酸化膜のスパッ
タ率によって異なるが、数分〜数十分程度で金属酸化膜
を還元できる。

【００４１】電子線照射の場合は、加速エネルギー数十
ｋＶ程度の電子線を照射することで上述の金属酸化膜を
還元できる。

【００４２】本発明のスペーサを、複数の冷陰極素子を
有する電子源基板と、冷陰極素子より放出される電子を
照射するターゲットとを備える電子線装置に適用するに
際し、かかる電子源基板とターゲットとに当接される部
分（すなわち図１に示すスペーサの上下端部）の金属酸
化膜のみをイオン照射もしくは電子線照射によって還元
する方法としては、マスク１３で挟んで端だけ露出さ
せ、イオン（あるいは電子線）１４を照射する（図１
（ｃ））、スペーサーを重ねてずらして端だけ露出さ
せ、イオン（あるいは電子線）１４を照射（図２）、
イオンビーム（あるいは電子線ビーム）により所望の位
置を走査する（不図示）などの方法がある。

【００４３】一方、還元性ガスおよび還元性ガス＋加熱
による還元の方法では、還元性ガスとしては、水素ガ
ス、一酸化炭素、アンモニアなどがある。加熱温度は、
スペーサの下地絶縁物（絶縁性部材１１）の軟化点（例
えば青板ガラスを使う場合などでは〜５００℃）以下と
する。

【００４４】還元性ガスおよび還元性ガス＋加熱によっ
てスペーサの端だけを還元する方法としては、上記イオ
ン照射等の場合の及びの方法を用いることができ
る。

【００４５】次に、本発明のスペーサを適用した電子線
装置の一例として、平面型の画像表示装置の表示パネル
について、その構成と製造法の具体例を説明する。

【００４６】図３は後述の実施例に用いた表示パネルの
断面模式図であり、スペーサ１０を中心的に示してい
る。また、図４はかか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。

【００４７】図中、２はリアプレート、３は側壁、７は
フェースプレートであり、これらにより表示パネルの内
部を真空に維持するための気密容器（外囲器）を形成し
ている。なお、フェースプレート７は、基板４の内面に
蛍光膜５及びメタルバック６が形成されて構成されてい
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接合部に塗布し、非
酸素雰囲気である窒素雰囲気中やＡｒ雰囲気中などで、
４００〜５００℃で１０分以上焼成することにより封着
することができる。

【００４８】また、上記気密容器の内部は１．３×１０
^-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、本発明のスペーサ１０が設けられてい
る。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。

【００４９】リアプレート２には、基板１が固定されて
いるが、該基板１上には冷陰極素子１８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宣設定される。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。）。尚、基板１が十分な強度を有するも
のである場合には、基板１自体をリアプレート２として
もよい。

【００５０】前記Ｎ×Ｍ個の冷陰極素子は、Ｍ本の行方
向配線９とＮ本の列方向配線１７により単純マトリクス
配線されている。前記、基板１、冷陰極素子１８、行方
向配線９、列方向配線１７によって構成される部分をマ
ルチ電子ビーム源と呼ぶ。

【００５１】本発明の画像表示装置に用いるマルチ電子
ビーム源には、冷陰極素子１８として例えば表面伝導型
放出素子やＦＥ型、あるいはＭＩＭ型などを用いること
ができ、かかる冷陰極素子の材料や形状あるいは製法に
特に制限はない。

【００５２】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。

【００５３】図５に示すのは、後述の実施例の表示パネ
ルに用いたマルチ電子ビーム源の平面図である。図５の
Ａ−Ａ’に沿った断面を、図６に示す。基板１上には、
後述の図８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９と列方向配線
電極１７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９と列方向配線電極１７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。

【００５４】なお、このような構造のマルチ電子ビーム
源は、あらかじめ基板上に行方向配線電極９、列方向配
線電極１７、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２２，２３と導電性膜２４を形成
した後、行方向配線電極９および列方向配線電極１７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するこ
とができる。

【００５５】フェースプレート７の下面には、蛍光膜５
が形成されている（図３及び図４参照）。本例はカラー
表示装置であるため、蛍光膜５の部分にはＣＲＴの分野
で用いられている赤、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、例えば図７の（ａ）に
示すようにストライプ状に塗り分けられ、蛍光体５ａの
ストライプの間には黒色の導電体５ｂが設けてある。黒
色の導電体５ｂ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
することや、外光の反射を防止して表示コントラストの
低下を防ぐこと、電子ビームによる蛍光膜のチャージア
ップを防止することなどである。黒色の導電体５ｂに
は、例えば黒鉛を主成分としたものを用いることができ
るが、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５ａの塗り分け方は
前記図７（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、例えば図７（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。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５に用いればよく、また黒色導電材料は必
すしも用いなくともよい。

【００５７】また、蛍光膜５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６を設けてあ
る。メタルバック６を設けた目的は、蛍光膜５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ことや、
負イオンの衝突から蛍光膜５を保護することや、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こ
とや、蛍光膜５を励起した電子の導電路として作用させ
ることなどである。メタルバック６は、例えば蛍光膜５
をフェースプレート基板４上に形成した後、蛍光膜５表
面を平滑化処理し、その上にＡｌを真空蒸着する方法に
より形成することができる。なお、蛍光膜５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６は不要
である。

【００５８】また、本例では用いていないが、加速電圧
の印加用や蛍光膜５の導電性向上を目的として、フェー
スプレート基板４と蛍光膜５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。

【００５９】スペーサ１０は、前述のように絶縁性部材
１１の表面に帯電防止を目的とした高抵抗膜１２を成膜
し、かつフェースプレート７の内側（メタルバック６
等）及び基板１の表面（行方向配線９または列方向配線
１７）に面したスペーサの当接面に低抵抗膜１５を成膜
してなるもので、気密容器の破損あるいは変形を防止す
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７の内側および基板１の表面に接
合材１６により固定される。

【００６０】従って、スペーサ１０の高抵抗膜１２は、
低抵抗膜１５および接合材１６を介して、フェースプレ
ート７の内側（メタルバック６等）及び基板１の表面
（行方向配線９または列方向配線１７）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１
０の形状は薄板状とし、行方向配線９に平行に配置さ
れ、行方向配線９に電気的に接続されている。

【００６１】このような画像表示装置に適用されるスペ
ーサ１０は、基板１上の行方向配線９および列方向配線
１７とフェースプレート７内面のメタルバック６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１０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。

【００６２】スペーサ１０の絶縁性部材１１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１１はその熱膨
張率が気密容器および基板１を成す部材と近いものが好
ましい。

【００６３】スペーサ１０を構成する高抵抗膜１２に
は、高電位側のフェースプレート７（メタルバック６
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１２の抵抗値で除した電流が流される。そこで、高
抵抗膜１２の抵抗値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高抵抗
膜１２の表面抵抗（シート抵抗Ｒｓ）は１０¹²Ω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１０¹¹Ω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、１０⁵ Ω以上であることが好ましい。

【００６４】絶縁性部材１１上に形成される高抵抗膜１
２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絶縁性部材１１との密着性や部
材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
剥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、高抵抗膜１２の厚みｔは１０ｎｍ
〜１μｍ、さらには５０〜５００ｎｍであることが特に
望ましい。

【００６５】比抵抗ρはシート抵抗Ｒｓと膜厚ｔの積で
あり、以上に述べたＲｓとｔの好ましい範囲から、高抵
抗膜１２の比抵抗ρは０．１Ωｃｍ〜１０⁸ Ωｃｍ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、高抵抗膜１２の比抵抗ρは１０² 〜
１０⁶ Ωｃｍとするのが良い。

【００６６】スペーサ１０は上述したようにその表面に
形成した高抵抗膜１２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１２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１０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超えるまで増加し
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％／Ｋ以上であ
る。すなわち、高抵抗膜１２の抵抗温度係数は、負の場
合は絶対値が１％を超えないことが望ましい。

【００６７】帯電防止特性を有する高抵抗膜１２の材料
としては、先述したように金属酸化物を用いることがで
きる。

【００６８】スペーサ１０を構成する低抵抗膜１５は、
高抵抗膜１２を高電位側のフェースプレート７（メタル
バック６等）及び低電位側の基板１（行方向配線９また
は列方向配線１７等）と電気的に接続するために設けら
れたものであり、以下に列挙する複数の機能を有するこ
とができる。

【００６９】既に記載したように、高抵抗膜１２はス
ペーサ１０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１２をフェースプレート７（メタ
ルバック６等）及び基板１（行方向配線９または列方向
配線１７等）と直接或いは接合材１６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。しかしながら、フェースプレート７、基板１及
び接合材１６と接触するスペーサ１０の当接面に低抵抗
膜１５を設けることにより、このような問題を回避する
ことができる。

【００７０】高抵抗膜１２の電位分布を均一化するこ
とができる。すなわち、冷陰極素子１８より放出された
電子は、フェースプレート７と基板１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１０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１２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１２をフェースプレート７（メタルバック
６等）及び基板１０１１（行方向配線９または列方向配
線１７等）と直接或いは接合材１６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１２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１
０がフェースプレート７及び基板１と当接するスペーサ
端部（当接面及び一部側面部）の全長域に低抵抗膜１５
を設け、この低抵抗膜１５に所望の電位が印加されるよ
うにすることによって、高抵抗膜１２全体の電位を制御
可能となる。

【００７１】放出電子の軌道を制御することができ
る。すなわち、冷陰極素子１８より放出された電子は、
フェースプレート７と基板１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７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７及び基板１と当接するスペーサ
端部（当接面及び一部側面部）に低抵抗膜１５を設ける
ことにより、スペーサ１０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でき
る。

【００７２】以上のような機能を有する低抵抗膜１５
は、高抵抗膜１２に比べ十分に低い抵抗値を選択すれば
よく、本発明においては、金属酸化膜を主成分とする高
抵抗膜１２の一部を還元することで低抵抗膜１５を形成
するため、低抵抗膜１５の構成元素が高抵抗膜１２の構
成元素に含まれる構成となっている。低抵抗膜１５は必
ずしも金属のみである必要はなく、金属と酸化物の共存
する状態、あるいは酸化物の状態であっても、高抵抗膜
１２に比べ十分に低い抵抗値をもっていればよい。

【００７３】接合材１６は、スペーサ１０が行方向配線
９およびメタルバック６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。

【００７４】また、Ｄ_ox1 〜Ｄ_oxm およびＤ_oy1 〜Ｄ
_oyn 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。Ｄ_ox1 〜Ｄ_oxm はマルチ電子ビーム源の
行方向配線９と、Ｄ_oy1 〜Ｄ_oyn はマルチ電子ビーム源
の列方向配線１７と、Ｈｖはフェースプレートのメタル
バック６と電気的に接続している。

【００７５】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１．３×１０^-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、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１．３×１０^-3Ｐａないし
は１．３×１０^-5Ｐａの真空度に維持される。

【００７６】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Ｄ_ox1 〜Ｄ_oxm、Ｄ_oy1 〜Ｄ_oyn を
通じて各冷陰極素子１８に電圧を印加すると、各冷陰極
素子から電子が放出される。それと同時にメタルバック
６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７の内面に衝突させる。これにより、蛍光膜５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。

【００７７】通常、冷陰極素子１８である本例の表面伝
導型放出素子への印加電圧は１２〜１６Ｖ程度、メタル
バック６と冷陰極素子１８との距離ｄは０．１ｍｍ〜８
ｍｍ程度、メタルバック６と冷陰極素子１８間の電圧
０．１〜１０ｋＶ程度である。次に、前記表示パネルに
用いる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用いるマルチ電子ビーム源
には、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、冷陰極素子１８として表面伝導
型放出素子を特に好ましく用いることができる。

【００７８】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。

【００７９】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、本発明者らは、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。

【００８０】そこで、実施例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ている。

【００８１】まず好適に用いられる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詳しく述べる。

【００８２】［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種類が挙げられる。

【００８３】［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。図８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、２１は基板、２２と２３は素子
電極、２４は導電性膜、２５は通電フォーミング処理に
より形成した電子放出部、２６は通電活性化処理により
形成した薄膜である。

【００８４】基板２１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。

【００８５】また、基板２１上に基板面と平行に対向し
て設けられた素子電極２２と２３は、導電性を有する材
料によって形成されている。例えば、Ｎｉ，Ｃｒ，Ａ
ｕ，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。素子電極を形成するには、たとえば真空
蒸着などの成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差し支えない。

【００８６】素子電極２２と２３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、電極間隙Ｌは通常は数十ｎｍ〜数百μｍ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μｍより数十μｍ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
十ｎｍ〜数μｍの範囲から適当な数値が選ばれる。

【００８７】また、導電性膜２４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
を指す。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
合った構造が観察される。

【００８８】微粒子膜に用いた微粒子の粒径は、数Å〜
数百ｎｍの範囲に含まれるものであるが、なかでも好ま
しいのは１〜２０ｎｍ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２２あるいは２３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Å〜数百ｎｍの範囲のな
かで設定するが、なかでも好ましいのは１〜５０ｎｍの
間である。

【００８９】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、例えば、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａ
ｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｐｂなどをはじめとする金属や、ＰｄＯ，Ｓｎ
Ｏ₂ ，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ，ＰｂＯ，Ｓｂ₂ Ｏ₃ などをはじめと
する酸化物や、ＨｆＢ₂ ，ＺｒＢ₂ ，ＬａＢ₆ ，ＣｅＢ
₆ ，ＹＢ₄ ，ＧｄＢ₄ などをはじめとする硼化物や、Ｔ
ｉＣ，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、カーボンなどが挙げられ、これらの中から適宣
選択される。

【００９０】以上述べたように、導電性膜２４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
〜１０⁷ ［オーム／ｓｑ］の範囲に含まれるよう設定し
た。

【００９１】なお、導電性膜２４と素子電極２２および
２３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８の例においては、下から、基板２
１、素子電極２２，２３、導電性膜２４の順序で積層し
たが、場合によっては下から基板１、導電性膜２４、素
子電極２２，２３の順序で積層しても差し支えない。

【００９２】また、電子放出部２５は、導電性膜２４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
の導電性膜２４よりも高抵抗な性質を有している。亀裂
は、導電性膜２４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Åか
ら数百Å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８においては模式的に示した。

【００９３】また、薄膜２６は、炭素もしくは炭素化合
物よりなる薄膜で、電子放出部２５およびその近傍を被
覆している。薄膜２６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。

【００９４】薄膜２６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５０ｎｍ以下とするのが好ま
しく、３０ｎｍ以下とするのがさらに好ましい。

【００９５】なお、実際の薄膜２６の位置や形状を精密
に図示するのは困難なため、図８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２６の一部
を除去した素子を図示した。

【００９６】以上、好ましい素子の基本構成を述べた
が、後述の実施例においては以下のような素子を用い
た。

【００９７】すなわち、基板２１には青板ガラスを用
い、素子電極２２と２３にはＮｉ薄膜を用いた。素子電
極の厚さｄは１００ｎｍ、電極間隔Ｌは２μｍとした。
また、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１０ｎｍ、幅Ｗは１００μｍ
とした。

【００９８】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。図９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８と同一である。

【００９９】１）まず、図９（ａ）に示すように、基板
２１上に素子電極２２および２３を形成する。素子電極
の形成にあたっては、あらかじめ基板２１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ー・エ
ッチング技術を用いてパターニングし、（ａ）に示した
一対の素子電極（２２と２３）を形成する。

【０１００】２）次に、同図（ｂ）に示すように、導電
性膜２４を形成する。導電性膜の形成にあたっては、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、導電性膜２４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、実施例では主要元素としてＰｄ
を用いた。また、実施例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。）

【０１０１】また、微粒子膜で作られる導電性膜２４の
成膜方法としては、上記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。

【０１０２】３）次に、同図（ｃ）に示すように、フォ
ーミング用電源２７から素子電極２２と２３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２５を形成する。

【０１０３】通電フォーミング処理とは、微粒子膜で作
られた導電性膜２４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
作られた導電性膜１６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２５）におい
ては、導電性膜２４に適当な亀裂が形成されている。な
お、電子放出部２５が形成される前と比較すると、形成
された後は素子電極２２と２３の間で計測される電気抵
抗は大幅に増加する。

【０１０４】通電方法をより詳しく説明するために、図
１０に、フォーミング用電源２７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薄膜１６
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、実施例で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２５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２８で計測した。

【０１０５】実施例においては、１．３×１０^-3Ｐａ程
度の真空雰囲気下において、パルス幅Ｔ１をｌｍｓｅ
ｃ．、パルス間隔Ｔ２を１０ｍｓｅｃ．とし、波高値Ｖ
ｐｆを１パルスごとに０．１Ｖ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０．１Ｖに設定した。そして、素子電極２２と２３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２８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
かわる通電を終了した。

【０１０６】なお、上記の方法は、後述の実施例の表面
伝導型放出素子に関する好ましい方法であり、たとえば
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宣変更するのが望ましい。

【０１０７】４）次に、図９の（ｄ）に示すように、活
性化用電源２９から素子電極２２と２３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。

【０１０８】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２５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薄膜２６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。

【０１０９】具体的には、１．３×１０^-2〜１．３×１
０^-3Ｐａ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。薄膜２６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５０ｎｍ以下、より好ましくは３０ｎ
ｍ以下である。

【０１１０】通電方法をより詳しく説明するために、図
１１の（ａ）に、活性化用電源２９から印加する適宜の
電圧波形の一例を示す。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１４Ｖ，パルス幅Ｔ
３は１ｍｓｅｃ．，パルス間隔Ｔ４は１０ｍｓｅｃ．と
した。なお、上述の通電条件は、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。

【０１１１】図９の（ｄ）に示す３０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３１および電流計３２が
接続されている（なお、基板２１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３０として用いる。）。

【０１１２】活性化用電源２９から電圧を印加する間、
電流計３２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２９の動作を制御
する。電流計３２で計測された放出電流Ｉｅの一例を図
１１（ｂ）に示すが、活性化電源２９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２９からの電圧印加を停止し、通電活性化処理を
終了する。

【０１１３】なお、上述の通電条件は、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。

【０１１４】以上のようにして、図９（ｅ）に示す平面
型の表面伝導型放出素子が得られる。

【０１１５】［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。

【０１１６】図１２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３３は基板、３４と
３５は素子電極、３９は段差形成部材、３６は微粒子膜
を用いた導電性膜、３７は通電フォーミング処理により
形成した電子放出部、３８は通電活性化処理により形成
した薄膜である。

【０１１７】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（３４）が段差形成部材３９
上に設けられており、導電性膜３６が段差形成部材３９
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３９の段差高Ｌｓとして設定される。な
お、基板３３、素子電極３４および３５、微粒子膜を用
いた導電性膜３６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３９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。

【０１１８】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１３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１
２と同一である。

【０１１９】１）まず、図１３（ａ）に示すように、基
板３３上に素子電極３５を形成する。

【０１２０】２）次に、同図（ｂ）に示すように、段差
形成部材３９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、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。

【０１２１】３）次に、同図（ｃ）に示すように、絶縁
層の上に素子電極３４を形成する。

【０１２２】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３５を露出させる。

【０１２３】５）次に、同図（ｅ）に示すように、微粒
子膜を用いた導電性膜３６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。

【０１２４】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３７を形成する
（図９（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。）。

【０１２５】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（図９（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。）。

【０１２６】以上のようにして、図１３（ｆ）に示す垂
直型の表面伝導型放出素子が得られる。

【０１２７】［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。

【０１２８】図１４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。

【０１２９】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。

【０１３０】第一に、ある電圧（これを闘値電圧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、闘値電圧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、明確な闘値電圧Ｖｔｈを
持った非線形素子である。

【０１３１】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Ｉ
ｅの大きさを制御できる。

【０１３２】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。

【０１３３】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闘値電圧Ｖｔ
ｈ以上の電圧を適宜印加し、非選択状態の素子には闘値
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。

【０１３４】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。

【０１３５】［駆動回路構成および駆動方法］図１５
は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づいてテレビジョン
表示を行うための駆動回路の概略構成をプロック図で示
したものである。同図中、表示パネル１０１は前述した
表示パネルに相当するもので、前述した様に製造され、
動作する。また、走査回路１０２は表示ラインを走査
し、制御回路１０３は走査回路へ入力する信号等を生成
する。シフトレジスタ１０４は１ライン毎のデータをシ
フトし、ラインメモリ１０５は、シフトレジスタ１０４
からの１ライン分のデータを変調信号発生器１０７に入
力する。同期信号分離回路１０６はＮＴＳＣ信号から同
期信号を分離する。

【０１３６】以下、図１５の装置各部の機能を詳しく説
明する。

【０１３７】まず表示パネル１０１は、端子Ｄ_ox1 ない
しＤ_oxm および端子Ｄ_oy1 ないしＤ_oyn 、および高圧端
子Ｈｖを介して外部の電気回路と接続されている。この
うち、端子Ｄ_ox1 ないしＤ_oxm には、表示パネル１０１
内に設けられているマルチ電子ビーム源、すなわちｍ行
ｎ列の行列状にマトリクス配線された冷陰極素子を１行
（ｎ素子）ずつ順次駆動していくための走査信号が印加
される。一方、端子Ｄ_oy1 ないしＤ_oyn には、前記走査
信号により選択された１行分のｎ個の各素子の出力電子
ビームを制御するための変調信号が印加される。また、
高圧端子Ｈｖには、直流電圧源Ｖａより、たとえば５
［ｋＶ］の直流電圧が供給されるが、これはマルチ電子
ビーム源より出力される電子ビームに蛍光体を励起する
のに充分なエネルギーを付与するための加速電圧であ
る。

【０１３８】次に、走査回路１０２について説明する。
同回路は、内部にｍ個のスイッチング素子（図中、Ｓ₁
ないしＳ_m で模式的に示されている）を備えるもので、
各スイッチング素子は、直流電圧源Ｖｘの出力電圧もし
くは０［Ｖ］（グランドレベル）のいすれか一方を選択
し、表示パネル１０１の端子Ｄ_ox1 ないしＤ_oxm と電気
的に接続するものである。Ｓ₁ ないしＳ_m の各スイッチ
ング素子は、制御回路１０３が出力する制御信号Ｔ_scan
に基づいて動作するものだが、実際にはたとえばＦＥＴ
のようなスイッチング素子を組合わせることにより容易
に構成することが可能である。なお、前記直流電圧源Ｖ
ｘは、図１４に例示した電子放出素子の特性に基づき走
査されていない素子に印加される駆動電圧が電子放出し
きい値電圧Ｖｔｈ電圧以下となるよう、一定電圧を出力
するよう設定されている。

【０１３９】また、制御回路１０３は、外部より入力す
る画像信号に基づいて適切な表示が行なわれるように各
部の動作を整合させる働きをもつものである。次に説明
する同期信号分離回路１０６より送られる同期信号Ｔ
_syncに基づいて、各部に対してＴ_scanおよびＴ_sft およ
びＴ_mry の各制御信号を発生する。

【０１４０】同期信号分離回路１０６は、外部から入力
されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から、同期信号成分と
輝度信号成分とを分離するための回路で、良く知られて
いるように周波数分離（フィルタ）回路を用いれば容易
に構成できるものである。同期信号分離回路１０６によ
り分離された同期信号は、良く知られるように垂直同期
信号と水平同期信号より成るが、ここでは説明の便宜
上、Ｔ_sync信号として図示した。一方、前記テレビ信号
から分離された画像の輝度信号成分を便宜上ＤＡＴＡ信
号と表すが、同信号はシフトレジスタ１０４に入力され
る。

【０１４１】シフトレジスタ１０４は、時系列的にシリ
アルに入力される前記ＤＡＴＡ信号を、画像の１ライン
毎にシリアル／パラレル変換するためのもので、前記制
御回路１０３より送られる制御信号Ｔ_sft に基づいて動
作する。すなわち、制御信号Ｔ_sft は、シフトレジスタ
１０４のシフトクロックであると言い換えることもでき
る。シリアル／パラレル変換された画像１ライン分（電
子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当する）のデータ
は、Ｉ_d1ないしＩ_dnのｎ個の信号として前記シフトレジ
スタ１０４より出力される。

【０１４２】ラインメモリ１０５は、画像１ライン分の
データを必要時間の間だけ記憶するための記憶装置であ
り、制御回路１０３より送られる制御信号Ｔ_mry にした
がって適宜Ｉ_d1ないしＩ_dnの内容を記憶する。記憶され
た内容は、Ｉ’_d1ないしＩ’_dnとして出力され、変調信
号発生器１０７に入力される。

【０１４３】変調信号発生器１０７は、前記画像データ
Ｉ’_d1ないしＩ’_dnの各々に応じて、電子放出素子の各
々を適切に駆動変調するための信号源で、その出力信号
は、端子Ｄ_oy1 ないしＤ_oyn を通じて表示パネル１０１
内の電子放出素子に印加される。

【０１４４】図１４を用いて説明したように、本発明に
適用される表面伝導型放出素子は放出電流Ｉｅに対して
以下の基本特性を有している。すなわち、電子放出には
明確な闘値電圧Ｖｔｈ（後述する実施例の表面伝導型放
出素子では８［Ｖ］）があり、闘値Ｖｔｈ以上の電圧を
印加された時のみ電子放出が生じる。また、電子放出闘
値Ｖｔｈ以上の電圧に対しては、図１４のグラフのよう
に電圧の変化に応じて放出電流Ｉｅも変化する。このこ
とから、本素子にパルス状の電圧を印加する場合、たと
えば電子放出闘値Ｖｔｈ以下の電圧を印加しても電子放
出は生じないが、電子放出闘値Ｖｔｈ以上の電圧を印加
する場合には表面伝導型放出素子から電子ビームが出力
される。その際、パルスの波高値Ｖｍを変化させること
により出力電子ビームの強度を制御することが可能であ
る。また、パルスの幅Ｐｗを変化させることにより出力
される電子ビームの電荷の総重を制御することが可能で
ある。

【０１４５】従って、入力信号に応じて、電子放出素子
を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅変調
方式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際して
は、変調信号発生器１０７として、一定長さの電圧パル
スを発生し、入力されるデータに応じて適宜パルスの波
高値を変調するような電圧変調方式の回路を用いること
ができる。また、パルス幅変調方式を実施するに際して
は、変調信号発生器１０７として、一定の波高値の電圧
パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パ
ルスの幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を用
いることができる。

【０１４６】シフトレジスタ１０４やラインメモリ１０
５は、デジタル信号式のものでもアナログ信号式のもの
でも採用できる。すなわち、画像信号のシリアル／パラ
レル変換や記憶が所定の速度で行われればよいからであ
る。

【０１４７】デジタル信号式を用いる場合には、同時信
号分離回路１０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化
する必要があるが、これには同期信号分離回路１０６の
出力部にＡ／Ｄ変換器を設ければよい。これに関連して
ラインメモリ１０５の出力信号がデジタル信号かアナロ
グ信号かにより、変調信号発生器に用いられる回路が若
干異なったものとなる。すなわち、デジタル信号を用い
た電圧変調方式の場合、変調信号発生器１０７には、例
えばＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増幅回路など
を付加する。パルス幅変調方式の場合、変調信号発生器
１０７には、例えば高速の発振器および発振器の出力す
る波数を計数する計数器（カウンタ）および計数器の出
力値と前記メモリの出力値を比較する比較器（コンパレ
ータ）を組み合せた回路を用いる。必要に応じて、比較
器の出力するパルス幅変調された変調信号を電子放出素
子の駆動電圧にまで電圧増幅するための増幅器を付加す
ることもできる。

【０１４８】アナログ信号を用いた電圧変調方式の場
合、変調信号発生器１０７には、例えばオペアンプなど
を用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてシフトレベ
ル回路などを付加することもできる。パルス幅変調方式
の場合には、例えば、電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）を
採用でき、必要に応じて電子放出素子の駆動電圧まで電
圧増幅するための増幅器を付加することもできる。

【０１４９】このような構成をとりうる本発明を適用可
能な画像表示装置においては、各電子放出素子に、容器
外端子Ｄ_ox1 〜Ｄ_oxm 、Ｄ_oy1 〜Ｄ_oyn を介して電圧を
印加することにより電子放出が生じる。高圧端子Ｈｖを
介してメタルバック６あるいは透明電極（不図示）に高
圧を印加し、電子ビームを加速する。加速された電子
は、蛍光膜５に衝突し、発光が生じて画像が形成され
る。

【０１５０】ここで述べた画像表示装置の構成は、本発
明を適用可能な画像形成装置の一例であり、本発明の思
想に基づいて種々の変形が可能である。入力信号につい
てはＮＴＳＣ方式を挙げたが、入力信号はこれに限るも
のではなく、ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭ方式などの他、これら
より多数の走査線からなるＴＶ信号（ＭＵＳＥ方式をは
じめとする高品位ＴＶ）方式をも採用できる。

【０１５１】

【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳述
する。

【０１５２】（実施例１）本実施例のスペーサの製造方
法を図１を参照して説明する。

【０１５３】絶縁性部材１１として石英ガラスを用い
（図１（ａ））、ＴｉのターゲットをＯ₂ を１．３×１
０^-1Ｐａ中で高周波電源でスパッタすることにより、絶
縁性部材１１の表面にＴｉ酸化膜１２を形成した（図１
（ｂ））。石英ガラスのサイズは４ｍｍ×４０ｍｍ×
０．２ｍｍで、その両面（４ｍｍ×４０ｍｍの面）およ
び端面（４０ｍｍ×０．２ｍｍの面）にＴｉ酸化膜１２
を形成した。得られた膜の比抵抗は３×１０⁷ Ωｃｍ
で、膜厚５００ｎｍで、スペーサ抵抗Ｒｓ＝６×１０¹⁰
Ωであった。

【０１５４】次に、サイズ３．６ｍｍ×５０ｍｍ×０．
２ｍｍのアルミナ製のマスク１３をスペーサの両端が
０．２ｍｍづつマスクから露出するようにその両面に配
し、これを真空中に入れて、Ａｒイオンを両端部の裏表
に照射した（図１（ｃ））。Ａｒ圧力５×ｌ０^-4Ｐａ、
加速エネルギー５ｋｅＶで３分間照射した。非露出部と
露出部をＸＰＳを用い、Ｔｉ２ｐ_3/2 のスペクトルで化
学状態を調べたところ（分析領域１００μｍφ）、非露
出部が主にＴｉＯ₂ であるのに対し、露出部は金属Ｔｉ
の他にＴｉＯ₂ よりも低結合エネルギーのスペクトルが
観測され（ＴｉＯ₂ よりも酸化度が低いことを示す。Ｔ
ｉＯ，Ｔｉ₂ Ｏ₃ 、Ｔｉ₂ Ｏなど）、Ａｒイオン照射に
よって還元されたことが確かめられた（図１（ｄ））。

【０１５５】なお、ここではマスクを用いてパターニン
グしたが、スペーサをずらして重ねて一番上のスペーサ
にのみマスク１３を施し、露出部にＡｒイオン照射して
もよい（図２）。

【０１５６】（実施例２）本実施例のスペーサの製造方
法を図１を参照して説明する。

【０１５７】絶縁性部材１１として石英ガラスを用い
（図１（ａ））、ＣｕのターゲットをＯ₂ を１．３×１
０^-1Ｐａで高周波電源でスパッタすることにより、絶縁
性部材１１の表面にＣｕ酸化膜１２を形成した（図１
（ｂ））。石英ガラスのサイズは４ｍｍ×４０ｍｍ×
０．２ｍｍで、その両面（４ｍｍ×４０ｍｍの面）およ
び端面（４０ｍｍ×０．２ｍｍの面）にＣｕ酸化膜を形
成した。得られた膜の比抵抗は〜１×１０³ Ωｃｍで、
膜厚５０ｎｍで、Ｒｓ＝２×１０⁷ Ωであった。

【０１５８】次に、サイズ３．６ｍｍ×５０ｍｍ×０．
２ｍｍのアルミナ製のマスク１３をスペーサの両端が
０．２ｍｍづつマスクから露出するようにその両面に配
し、これを真空中に入れて、Ａｒイオンを両端部の裏表
に照射した（図１（ｃ））。Ａｒ圧力５×ｌ０^-4Ｐａ、
加速エネルギー３ｋｅＶで３分間照射した。非露出部と
露出部をＸＰＳを用い、Ｃｕ２ｐ_3/2 のスペクトルで化
学状態を調べたところ（分析領域１００μｍφ）、非露
出部が主にＣｕＯであるのに対し、露出部は金属Ｃｕの
他にＣｕ₂ Ｏが認められ、Ａｒイオン照射によって還元
されたことが確かめられた。

【０１５９】なお、ここではマスクを用いてパターニン
グしたが、スペーサをずらして重ねて一番上のスペーサ
にのみマスク１３を施し、露出部にＡｒイオン照射して
もよいのは実施例１と同様である。

【０１６０】（実施例３）本実施例のスペーサの製造方
法を図１を参照して説明する。

【０１６１】絶縁性部材１１として石英ガラスを用い
（図１（ａ））、ＴａのターゲットをＯ₂ を１．３×１
０^-1Ｐａ中で高周波電源でスパッタすることにより、絶
縁性部材１１の表面にＴａ酸化膜を形成した（図１
（ｂ））。石英ガラスのサイズは４ｍｍ×４０ｍｍ×
０．２ｍｍで、その両面（４ｍｍ×４０ｍｍの面）およ
び端面（４０ｍｍ×０．２ｍｍの面）にＴａ酸化膜を形
成した。得られた膜の比抵抗は〜１×１０⁵ Ωｃｍで、
膜厚５０ｎｍで、Ｒｓ＝１×１０⁹ Ωであった。

【０１６２】次に、サイズ３．６ｍｍ×５０ｍｍ×０．
２ｍｍのアルミナ製のマスク１３をスペーサの両端が
０．２ｍｍづつマスクから露出するようにその両面に配
し、これを真空中に入れて、Ａｒイオンを両端部の裏表
に照射した（図１（ｃ））。Ａｒ圧力５×ｌ０^-4Ｐａ、
加速エネルギー３ｋｅＶで３分間照射した。非露出部と
露出部をＸＰＳを用い、Ｔａ４ｆ_7/2 のスペクトルで化
学状態を調べたところ（分析領域１００μｍφ）、非露
出部が主にＴａ₂ Ｏ₅ であるのに対し、露出部は金属Ｔ
ａとＴａ₂ Ｏ₅ よりも低結合エネルギーのスペクトルが
観測され（Ｔａ₂Ｏ₅ よりも酸化度が低いことを示
す）、Ａｒイオン照射によって還元されたことが確かめ
られた。

【０１６３】なお、ここではマスクを用いてパターニン
グしたが、スペーサをずらして重ねて一番上のスペーサ
にのみマスク１３を施し、露出部にＡｒイオン照射して
もよいのは実施例１と同様である（図２）。

【０１６４】（実施例４）実施例３と同様に石英ガラス
１１の表面にＴａ酸化膜１２を形成した（図１
（ｂ））。

【０１６５】次に、サイズ３．６ｍｍ×５０ｍｍ×０．
２ｍｍのアルミナ製のマスク１３をスペーサの両端が
０．２ｍｍづつマスクから露出するようにその両面に配
し（図１（ｃ）参照）、これを真空中に入れて、電子線
を両端部の裏表に照射した。真空度ｌ×１０^-5Ｐａ、加
速エネルギー３０ｋｅＶで３分間照射した。非露出部と
露出部をＸＰＳを用い、Ｔａ４ｆ_7/2 のスペクトルで化
学状態を調べたところ（分析領域１００μｍφ）、非露
出部が主にＴａ₂ Ｏ₅ であるのに対し、露出部は金属Ｔ
ａとＴａ₂ Ｏ₅ よりも低結合エネルギーのスペクトルが
観測され（Ｔａ₂Ｏ₅ よりも酸化度が低いことを示
す）、電子線照射によって還元されたことが確かめられ
た。

【０１６６】なお、ここではマスクを用いてパターニン
グしたが、スペーサをずらして重ねて一番上のスペーサ
にのみマスク１３を施し、露出部にＡｒイオン照射して
もよいのは実施例１と同様である（図２）。さらに、電
子線ビームを走査することで、マスクレスでパターニン
グしてもよい。

【０１６７】（実施例５）実施例２と同様に石英ガラス
１１の表面にＣｕ酸化膜１２を形成した（図１
（ｂ））。

【０１６８】次に、サイズ３．６ｍｍ×５０ｍｍ×０．
２ｍｍのアルミナ製のマスク１３をスペーサの両端が
０．２ｍｍづつマスクから露出するようにその両面に配
し（図１（ｃ）参照）、さらに側面（４ｍｍ×０．２ｍ
ｍの面のうち、両端０．２ｍｍを除く３．６ｍｍ×０．
２の面）に厚み０．２ｍｍのマスクを接触させ、低抵抗
膜１５を形成したい部分以外を露出しないようにした
（不図示）。これを加熱機構を持つ試料台が設置された
密閉容器に入れた。この容器をロータリーポンプで排気
した後、一酸化炭素ガスを大気圧まで導入し、試料台を
２５０℃に加熱した。約３分後にスペーサを大気中に取
り出し、非露出部と露出部をＸＰＳで調べたところ（分
析領域１００μｍφ）、非露出部が主にＣｕＯであるの
に対し、露出部は主に金属Ｃｕであることが認められ、
該処理によってほぼ完全にＣｕＯ膜が金属Ｃｕに還元さ
れたことが確かめられた。

【０１６９】（実施例６）本実施例のスペーサの製造方
法を図１を参照して説明する。

【０１７０】絶縁性部材１１として石英ガラスを用い
（図１（ａ））、ＮｉのターゲットをＯ₂ を１．３×１
０^-1Ｐａ中で高周波電源でスパッタすることにより、絶
縁性部材１１の表面にＮｉ酸化膜１２を形成した（図１
（ｂ））。石英ガラスのサイズは４ｍｍ×４０ｍｍ×
０．２ｍｍで、その両面（４ｍｍ×４０ｍｍの面）およ
び端面（４０ｍｍ×０．２ｍｍの面）にＮｉ酸化膜を形
成した。これを酸素雰囲気中で熱処理し、Ｒｓ＝〜１×
１０⁹ Ωとなるように調整した。Ｎｉ酸化膜１２の膜厚
は５０ｎｍである。

【０１７１】次に、サイズ３．６ｍｍ×５０ｍｍ×０．
２ｍｍのアルミナ製のマスク１３をスペーサの両端が
０．２ｍｍづつマスクから露出するようにその両面に配
し（図１（ｃ）参照）、さらに側面（４ｍｍ×０．２ｍ
ｍの面のうち、両端０．２ｍｍを除く３．６ｍｍ×０．
２の面）に厚み０．２ｍｍのマスクを接触させ、低抵抗
膜１５を形成したい部分以外を露出しないようにした
（不図示）。これを加熱機構を持つ試料台が設置された
密閉容器に入れた。この容器をロータリーポンプで排気
した後、Ｎ₂ ／Ｈ₂ ＝９８：２の混合ガスを大気圧まで
導入し、試料台を８０℃に加熱した。約１０分後にスペ
ーサを大気中に取り出し、非露出部と露出部をＸＰＳで
調べたところ（分析領域１００μｍφ）、非露出部が主
にＮｉＯであるのに対し、露出部は主に金属Ｎｉである
ことが認められ、該処理によってＮｉＯ膜が還元された
ことが確かめられた。

【０１７２】（実施例７）実施例６と同様に石英ガラス
１１の表面にＮｉ酸化膜１２を形成した（図１
（ｂ））。

【０１７３】次に、サイズ３．６ｍｍ×５０ｍｍ×０．
２ｍｍのアルミナ製のマスク１３をスペーサの両端が
０．２ｍｍづつマスクから露出するようにその両面に配
し（図１（ｃ））、さらに側面（４ｍｍ×０．２ｍｍの
面のうち、両端０．２ｍｍを除く３．６ｍｍ×０．２の
面）を厚み０．２ｍｍのマスクを接触させ、低抵抗膜１
５を形成したい部分以外を露出しないようにした（不図
示）。これを加熱機構を持つ試料台が設置された密閉容
器に入れた。この容器をロータリーポンプで排気した
後、アンモニアガスを大気圧まで導入し、試料台を２５
０℃に加熱した。約５分後にスペーサを大気中に取り出
し、非露出部と露出部をＸＰＳで調べたところ（分析領
域１００μｍφ）、非露出部が主にＮｉＯであるのに対
し、露出部は主に金属Ｎｉであることが認められ、該処
理によってＮｉＯ膜が還元されたことが確かめられた。

【０１７４】（実施例８）本実施例は図３及び図４に示
したような画像形成装置を作製した例であり、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（図５
及び図６参照）したマルチ電子ビーム源を用いた。

【０１７５】まず、スペーサの製造方法を説明する。長
さ２０ｍｍ、幅５ｍｍ、厚み０．２ｍｍのリアプレート
と同質のソーダライムガラス表面に窒化シリコン膜を
０．５μｍスパッタ法により形成し、これを絶縁性部材
１１とした。

【０１７６】この絶縁性部材１１の表面に、帯電防止膜
（高抵抗膜１２）として実施例３と同様にＴａ酸化膜を
形成した。このＴａ酸化膜の厚みは５０ｎｍである。

【０１７７】このスペーサ部材に対して、フェースプレ
ート及びリアプレー卜との接続部に接続部と平行に２０
０μｍの帯状にＡｒイオンを照射し、Ｔａ酸化膜を還元
して金属ＴａとＴａ２Ｏ５よりも酸化度の低い酸化物の
混合物からなる低抵抗膜１５を形成した。

【０１７８】次に、画像形成装置の製造方法を説明す
る。

【０１７９】まず、予め行方向配線電極９、列方向配線
電極１７、配線電極間絶縁層（不図示）、および表面伝
導型放出素子の素子電極と導電性膜を形成した電子源基
板１を、リアプレート２に固定した。次に、前記のよう
にして作製したスペーサ１０を基板１の行方向配線電極
９上に等間隔で、行方向配線電極９と平行に固定した。
その後、基板１の５ｍｍ上方に、内面に蛍光膜５とメタ
ルバック６が付設されたフェースプレート７を側壁３を
介し配置し、リアプレート２、フェースプレート７、側
壁３およびスペーサ１０の各接合部を固定した。なお、
基板１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、およびフェースプレート７と側壁３の接
合部は、フリットガラス（不図示）を塗布し、窒素雰囲
気中で４００℃〜５００℃で１０分以上焼成することで
封着した。

【０１８０】また、スペーサ１０は、基板１側では行方
向配線電極９（線幅０．３ｍｍ）上に、フェースプレー
ト７側ではメタルバック６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℃〜５００℃で１０分以上焼成する
ことで、接着しかつ電気的な接続も行った。これによ
り、スペーサ表面の帯電防止膜（高抵抗膜１２）は、低
抵抗膜１５を介してＸ方向配線電極９あるいはフェース
プレート７のメタルバック６と電気的に接続してある。

【０１８１】なお、本実施例においては、蛍光膜５は、
図７に示すように、各色蛍光体５ａ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５ｂは
各色蛍光体（Ｒ、Ｇ、Ｂ）５ａ間だけでなく、Ｙ方向の
各画素間をも分離するようにＸ方向に平行に配置された
蛍光膜が用いられ、スペーサ１０は、行方向（Ｘ方向）
に平行な黒色の導電体５ｂ領域（線幅０．３ｍｍ）内に
メタルバック６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５ａと基板１上に配置された
各素子１８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７およびスペーサ１０は十
分な位置合わせを行った。

【０１８２】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Ｄ_ox1 〜Ｄ_oxm 、Ｄ_oy1 〜
Ｄ_oyn を通じ、行方向配線電極９および列方向配線電極
１７を介して各素子１８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
ビーム源を製造した。

【０１８３】次に、１．３×１０^-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。

【０１８４】以上のように完成した、図３および図４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）１８には、容
器外端子Ｄ_ox1 〜Ｄ_oxm 、Ｄ_oy1 〜Ｄ_oyn 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６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５に電子を衝突させ、各
色蛍光体５ａ（図２４のＲ、Ｇ、Ｂ）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３〜１０ｋＶ、各配線９，１７間への印加電
圧Ｖｆは１４Ｖとした。

【０１８５】このとき、スペーサ１０に近い位置にある
冷陰極素子１８からの放出電子による発光スポットも含
め、二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。このこと
は、スペーサ１０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。

【０１８６】

【発明の効果】導電性スペーサの高抵抗膜の一部を還元
することで低抵抗膜を作製するために、成膜工程が１回
で済むなどの製造プロセスの簡略化、製造コストの削減
が図られる。また、高抵抗膜と低抵抗膜が連続膜となる
ため、従来あった低抵抗膜の膜剥れがないため電気的接
続も良好な状態が長期にわたって保たれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスペーサの製造方法の一例を説明する
ための図である。

【図２】本発明のスペーサの製造方法の別の例を説明す
るための図である。

【図３】本発明の電子線装置の一例である表示パネルの
部分断面図である。

【図４】本発明の電子線装置の一例である表示パネルの
一部を切り欠いて示した斜視図である。

【図５】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６】実施例で用いたマルチ電子ビーム源の基板の一
部断面図である。

【図７】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８】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）及び断面図（ｂ）である。

【図９】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１０】通電フォーミング処理の際の印加電圧波形を
示す図である。

【図１１】通電活性化処理の際の印加電圧波形（ａ）及
び放出電流Ｉｅの変化（ｂ）を示す図である。

【図１２】垂直型の表面伝導型放出素子の断面図であ
る。

【図１３】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１４】実施例で用いた表面伝導型放出素子の典型的
な特性を示す図である。

【図１５】本発明の実施例である画像表示装置の駆動回
路の概略構成を示すブロック図である。

【図１６】従来知られた表面伝導型放出素子の一例を示
す図である。

【図１７】従来知られたＦＥ型素子の一例を示す図であ
る。

【図１８】従来知られたＭＩＭ型素子の一例を示す図で
ある。

【図１９】冷陰極素子を用いた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。

【符号の説明】

１電子源基板２リアプレート３側壁４ガラス基板５蛍光膜５ａ蛍光体５ｂ黒色導電材６メタルバック７フェースプレート９行方向配線電極１０スペーサ１１絶縁性部材１２高抵抗膜（帯電防止膜）１３マスク１４イオン照射１５低抵抗膜１６接合部材１７列方向配線電極１８冷陰極素子（表面伝導型放出素子）２１基板２２，２３素子電極２４導電性膜２５電子放出部２６通電活性化処理によって堆積した薄膜２７フォーミング用電源２８電流計２９活性化用電源３０電子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３１直流高電圧電源３２電流計３３基板３４，３５素子電極３６導電性膜３７電子放出部３８通電活性化処理によって堆積した薄膜３９段差形成部材１０１表示パネル１０２走査回路１０３制御回路１０４シフトレジスタ１０５ラインメモリ１０６同期信号分離回路１０７変調信号発生器１００１基板１００２導電性膜１００３電子放出部１００４基板１００５エミッタ配線１００６エミッタコーン１００７絶縁層１００８ゲート電極１００９基板１０１０下電極１０１１絶縁層１０１２上電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の冷陰極素子を有する電子源基板と
前記冷陰極素子より放出される電子を照射するターゲッ
トとの間に配置されるスペーサであって、絶縁性部材の
表面に金属酸化膜を主成分とする高抵抗膜を有し、且つ
前記電子源基板及び前記ターゲットに当接させる部分に
は、前記高抵抗膜が還元された低抵抗膜を有しているこ
とを特徴とするスペーサ。
【請求項２】複数の冷陰極素子を有する電子源基板と
前記冷陰極素子より放出される電子を照射するターゲッ
トとの間に配置されるスペーサの製造方法であって、絶
縁性部材の表面に金属酸化膜を主成分とする高抵抗膜を
形成した後、該高抵抗膜のうち前記電子源基板及び前記
ターゲットに当接させる部分を還元することで低抵抗化
させることを特徴とするスペーサの製造方法。
【請求項３】前記高抵抗膜の還元方法が、イオン照射
によってなされることを特徴とする請求項２に記載のス
ペーサの製造方法。
【請求項４】前記高抵抗膜の還元方法が、電子線照射
によってなされることを特徴とする請求項２に記載のス
ペーサの製造方法。
【請求項５】前記高抵抗膜の還元方法が、還元性ガス
によってなされることを特徴とする請求項２に記載のス
ペーサの製造方法。
【請求項６】前記高抵抗膜の還元方法が、還元性ガス
と加熱とによってなされることを特徴とする請求項２に
記載のスペーサの製造方法。
【請求項７】複数の冷陰極素子を有する電子源基板と
前記冷陰極素子より放出される電子を照射するターゲッ
トとをスペーサを介して対向させた構造を有する電子線
装置において、該スペーサが、絶縁性部材の表面に金属
酸化膜を主成分とする高抵抗膜を有し、且つ前記電子源
基板及び前記ターゲットとの当接面に前記高抵抗膜が還
元された低抵抗膜を有していることを特徴とする電子線
装置。