【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線装置およびその応用である表示装置等の画像形成装置に関する。また電子線装置で用いられるスペーサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、多数の電子放出素子を平面基板上に配置した電子源を用いた応用研究が盛んに行われており、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等の開発が進められている。なかでもより一層の大判化が求められている画像表示装置において、奥行きの薄い平面型画像表示装置は省スペース、かつ軽量である事などから、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。
【０００３】
電子放出素子としては、従来から熱陰極素子と冷陰極素子の２種類が知られている。
【０００４】
このうち冷陰極素子は、熱陰極素子と比較して低温で電子放出を得る事ができるため、加熱用のヒーターを必要としないなど、熱陰極素子よりも単純な構造をとることができ、微細な素子を作製する事も可能である。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。また冷陰極素子は熱陰極素子に比べて、応答速度が速いという利点も持っている。このため特に冷陰極素子を応用するための研究が盛んに行われている。
【０００５】
このような冷陰極素子としては、たとえば表面伝導型電子放出素子や、電界電子放出素子（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。
【０００６】
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事により電子放出が生ずる現象を利用するものであり、ＳｎＯ２薄膜を用いたもの［Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ．ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１０，１２９０，（１９６５）］や、Ａｕ薄膜によるもの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：”Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］や、Ｉｎ２Ｏ３／ＳｎＯ２薄膜によるもの［Ｍ．ＨａｒｔｗｅｌｌａｎｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：”ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ＥＤ Ｃｏｎｆ．”，５１９（１９７５）］や、カ−ボン薄膜によるもの ［荒木久 他：真空、第２６巻、第１号、２２（１９８３）］等が報告されている。
【０００７】
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１１に前述のＭ．Ｈａｒｔｗｅｌｌらによる素子の平面図を示す。同図において、３００１は基板で、３００４はスパッタで形成された金属酸化物よりなる導電性薄膜である。導電性薄膜３００４は図示のようにＨ字形の平面形状に形成されている。該導電性薄膜３００４に通電フォ−ミングと呼ばれる通電処理を施すことにより、電子放出部３００５が形成される。図中の間隔Ｌは、０．５〜１［ｍｍ］，Ｗは、０．１［ｍｍ］で設定されている。尚、図示の便宜から、電子放出部３００５は導電性薄膜３００４の中央に矩形の形状で示したが、これは模式的なものであり、実際の電子放出部の位置や形状を忠実に表現しているわけではない。
【０００８】
この表面伝導型放出素子は、ＦＥ型やＭＩＭ型などのその他の素子と比較して、その構造が単純で製造も容易である事から、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。
【０００９】
特に画像表示装置への応用としては、例えば本出願人によるＵＳＰ ５，０６６，８３３や特開平２−２５７５５１や特開平４−２８１３７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蛍光体とを組み合わせて用いた画像表示装置は、従来のほかの方式の画像表示装置と比較して、自発光型でありバックライトを必要としない点や、視野角が広い点などで優れている。
【００１０】
図１２は複数の表面伝導型放出素子３１１２を、Ｍ本の行方向配線３１２０とＮ本の列方向配線３１２１とで、単純マトリクス状に配線したマルチ電子ビーム源３１１１を用いた画像表示装置の構造を示したものである。マルチ電子ビーム源３１１１を備えたリアプレート３１１５と、蛍光体層３１１８およびメタルバック３１１９を備えたフェースプレート３１１７、および外容器枠３１１６とにより、パネル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。上記気密容器の内部は１０のマイナス４乗Ｐａ程度の真空に保持されており、画像表示装置の表示面積が大きくなるにしたがい、気密容器内部と外部の気圧差によるリアプレート３１１５およびフェースプレート３１１７の変形あるいは破壊を防止する手段が必要となる。図１２においては、気密容器内外の気圧差による破壊を防止し、リアプレート３１１５とフェースプレート３１１７の間隔を一定に保つことを目的として、比較的薄いガラス板からなるスペーサ３１２０が設けられている。
【００１１】
このようにして、マルチビーム電子源が形成された基板３１１１と蛍光膜３１１８が形成されたフェースプレート３１１７間は通常サブミリないし数ミリに保たれ、前述したように気密容器内部は高真空に保持されている。行方向配線３１２０と列方向配線３１２１との間には絶縁層（不図示）が形成されており、電気的絶縁が保たれている。行方向配線３１２０と列方向配線３１２１はそれぞれＤｘ１〜ＤｘｍおよびＤｙ１〜Ｄｙｎを通じて外部の電気回路（不図示）と接続されている。メタルバック３１１９には、高圧端子Ｈｖを通じて数１００［Ｖ］ないし数［ｋＶ］以上の高電圧が印加されており、電子ビーム源３１１９から放出した電子を加速して蛍光体層３１１８に照射し、各色の蛍光体を励起させ発光させることによって画像を形成する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上説明した、例えば画像形成装置に用いた表示パネルにおいては以下のような問題があった。
【００１３】
第１に、スペーサ３１２０の近傍の電子放出素子３１１２から放出された電子の一部や、フェースプレート３１１７で背面散乱された電子の一部がスペーサ３１２０の表面に衝突することにより帯電が生じる可能性がある。
【００１４】
この帯電によりスペーサ近傍の電界が歪み、その結果スペーサ近傍の電子放出素子から放出された電子ビームの軌道が影響を受けて、フェースプレート上の正規の位置とは異なる場所に衝突し、スペーサ周辺の画像が歪んで表示される場合がある。
【００１５】
第２に、フェースプレート上に形成された加速電極には、電子源から放出された電子を加速するために、数１００Ｖ以上の高電圧が印加されており、スペーサ表面での沿面放電の発生が懸念されるが、スペーサ表面の帯電が放電の発生を誘発する可能性もある。
【００１６】
この問題点を解決するために、スペーサ３１２０に微小電流を流して、帯電を除去する提案がなされている（米国特許第５，７６０，５３８号）。そこでは、絶縁性のスペーサ表面に帯電防止膜としての高抵抗薄膜を形成することにより、スペーサ表面に微小電流が流れるようにしている。ここで用いられている帯電防止膜は酸化スズ、あるいは酸化スズと酸化インジウム混晶薄膜や、金属膜である。
【００１７】
また、スペーサ表面に凹凸構造を形成することにより、表面の帯電量を抑制する提案もなされている（特開２０００−３１１６３２号）。これは、表面を凹凸構造にすることによって、平滑な表面と比較して実効的な２次電子放出係数を小さくすることにより、スペーサ帯電の主要因と考えられている２次電子放出効率を低減させ、生じる帯電を抑制するものである。
【００１８】
しかしながら、上述したような工夫を行った場合であっても、画像の種類によっては、スペーサ近傍の画像の歪みを完全に取り除くことができないことがあった。特にスペーサに沿って駆動領域と、非駆動領域とが並んでいるような場合に、駆動領域の端部で画像の乱れが生じる場合があった。
【００１９】
本発明者は詳細な検討の結果、上記のような画像の乱れは、隣接する素子からの入射電子の影響で、スペーサの長手方向に沿って帯電の分布が不均一になっていることが原因であることを見出した。
【００２０】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、帯電の不均一な分布を抑制し、より好ましい電子線装置を実現することを目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
この目的達成のため、本発明では、複数の電子放出素子からなる電子源が形成されたリアプレートと、前記リアプレートと対向し、前記電子源から放出された電子を加速するための加速電極を備えたフェースプレートと、前記リアプレートと前記フェースプレートとの間に配置された間隔支持部材（以下スペーサと記す）とを有する電子線装置において、前記スペーサは略板状の主支持部材と、前記主支持部材の表面のうち、前記リアプレート側の一部領域を除く領域に形成された突起部とからなり、前記突起部は、前記スペーサの長手方向に沿って配置されている電子放出素子のピッチと等しいピッチで、周期的に形成されていることを特徴とする。
【００２２】
ここで、前記突起の形成されている領域は、前記スペーサの主支持部材表面において、少なくとも前記スペーサ主支持部材と、前記リアプレートとの当接部からの距離が２０μｍ以内の領域を除いた領域である。
【００２３】
また、突起はスペーサに沿った電子放出素子のピッチと等しいピッチで形成されており、かつ素子に対して半ピッチずれて配置されている。
【００２４】
また前記突起の最大高さｈは、スペーサの主支持部材の表面から最近接電子放出素子までの距離をｄとした時に、
【００２５】
【数２】
【００２６】
で表される範囲にあり、１００μｍ以上、かつ１７０μｍ以下であることを特徴とする。
【００２７】
突起に挟まれた間の領域が、凹曲面形状をなしているものも本発明に含まれる。
【００２８】
また前記スペーサは、その主支持部材の表裏両面において同一の構造となるように、突起が形成されている。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下で、本発明の実施の形態を、図面を用いて具体的に説明する。
【００３０】
本発明を適用した表示パネルの作製にあたっては、特開２０００−３１１６３３号で開示されたものと同様の構成、および製造法を用いている。
【００３１】
図１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欠いて示している。
【００３２】
図中、１０１５はリアプレート、１０１６は側壁、１０１７はフェ−スプレ−トであり、１０１５〜１０１７により表示パネルの内部を真空に維持するための気密容器を形成している。
【００３３】
１０２０は本発明に基づいて作製されたスペーサであり、リアプレート１０１５とフェースプレート１０１７の間隔を所定の間隔に保つとともに、真空排気された気密容器内外の気圧差による気密容器の破損を防止する目的で、必要な数が配置されている。１０２１はスペーサを所望の位置に固定するために使用するブロックである。
【００３４】
リアプレ−ト１０１５には、基板１０１１が固定されているが、該基板上には冷陰極素子１０１２が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。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１０１３とＮ本の列方向配線１０１４により単純マトリクス配線されている。前記、１０１１〜１０１４によって構成される部分をマルチ電子ビ−ム源と呼ぶ。
【００３５】
本発明の画像表示装置に用いるマルチ電子ビ−ム源は、冷陰極素子を単純マトリクス配線した電子源であれば、冷陰極素子の材料や形状あるいは製法に制限はない。 したがって、たとえば表面伝導型放出素子やＦＥ型、あるいはＭＩＭ型などの冷陰極素子を用いることができる。
【００３６】
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り、蛍光膜１０１８の部分にはＣＲＴの分野で用いられる、赤、青、緑の３原色の蛍光体が塗り分けられている。
【００３７】
また蛍光膜１０１８のリアプレ−ト側の面には、ＣＲＴの分野では公知のメタルバック１０１９を設けてある。このメタルバック１０１９は、蛍光体１０１８の発する光の利用効率の向上や、イオン等の衝撃からの蛍光体１０１８の保護のため、さらには電子放出素子から放出された電子を加速するための加速電圧を印加するための電極として用いられる。
【００３８】
なおマルチ電子ビーム源やフェースプレート、およびそれらを含む表示パネルの構成や製造法に関する詳細は、上記の特開２０００−３１１６３３号に記載されている通りである。
【００３９】
以下では、本発明の特徴部分であるスペーサについて、詳細に説明する。
図２は本発明に基づくスペーサの一実施態様を示す図である。同図（ａ）はスペーサの斜視図であり、同図（ｂ）は（ａ）におけるＡの位置（突起の形成されている位置）における断面図を示している。また図３はリアプレート１０１５上のスペーサ１０２０の配置を示す平面図であり、図１においてフェースプレート１０１５の上方から見た場合の様子を示している。
【００４０】
図２（ａ）に示すように、本実施形態におけるスペーサの主支持部材１０は略板状の形状をなしている。さらにこの主支持部材１０のリアプレート側当接面の一部領域を除いた領域には、本発明に基づいて周期的に略板状の突起部１１が形成されている。
【００４１】
リアプレート側当接面に近い表面に突起部を形成しないのは、電子源から放出された直後の、運動エネルギーが小さい領域における電界の乱れを最小限にするためであり、発明者による詳細な実験と数値シミュレーションの結果、リアプレート側当接部から少なくとも２０μｍ以内の領域には突起を形成しないほうがよいことが明らかとなった。
【００４２】
図２において、図中上側がフェースプレートと当接する側であり、下側がリアプレートと当接する側である。それぞれの当接面には、フェースプレート１０１７および基板１０１１（行方向配線１０１３または列方向配線１０１４）と電気的な接続を行うための低抵抗膜１９が形成されている。以下で説明される実施態様においては、スペーサの主支持部材は略板状であり、行方向配線１０１３に平行に配置され、行方向配線１０１３と電気的に接続されている。
【００４３】
フェースプレート１０１７および基板１０１１（行方向配線１０１３）と電気的に接続するのは、後述する高抵抗膜１８から帯電電荷を速やかに除去すること、高抵抗膜の電位を均一化すること、さらには基板１０１１との当接面における電界集中およびそれにともなう放電の発生を防止することが目的である。
【００４４】
上述したスペーサの表面には、主支持部材および突起部ともに帯電防止を目的とした高抵抗膜１８が形成されている。帯電防止特性を有する高抵抗膜１９の材料としては、例えば金属酸化物を用いることが出来る。金属酸化物の中でも、クロム、ニッケル、銅の酸化物が好ましい材料である。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、冷陰極素子１０１２から放出された電子がスペーサ１０２０に当たった場合においても、発生する帯電量が小さいためである。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。
【００４５】
帯電防止特性を有する高抵抗膜１９の他の材料として、アルミと遷移金属合金の窒化物は遷移金属の組成を調整することにより、良伝導体から絶縁体まで広い範囲に抵抗値を制御できるので好適な材料である。遷移金属元素としてはＴｉ，Ｃｒ，Ｔａ等があげられる。
【００４６】
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絶縁性部材上に形成される。金属酸化膜も同様の薄膜形成法で作製することができるが、この場合窒素ガスに代えて酸素ガスを使用する。その他、ＣＶＤ法、アルコキシド塗布法でも金属酸化膜を形成できる。カーボン膜は蒸着法、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。
【００４７】
低抵抗膜１９は、高抵抗膜１８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，Ａｇ−ＰｂＯ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、ＳｎＯ２等の半導体性材料よりなる微粒子をＳｂ等のドーパントでドーピングした導電性微粒子を無機または有機バインダーに分散させた導電性微粒子分散膜、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。
【００４８】
ここで、本発明の特徴である、周期的に形成された突起部の作用について、詳細に説明する。スペーサ表面の帯電は、スペーサ近傍の電子放出素子から放出された電子の一部や、フェースプレートで背面散乱された電子の一部がスペーサの表面に衝突することによって生じると考えられる。スペーサ表面に電子が衝突すると、２次電子放出が生じる。発生する２次電子の数と一次（入射）電子数の比を、（広義の）２次電子放出係数δと呼び、このδは１次電子の入射エネルギーＥと入射角度θに依存して変化する。図６は一般的な絶縁材料の１次電子の入射エネルギーＥに対する２次電子放出係数δの関係を、入射角度θ＝０、３０、６０度のときについて示す模式図である。δ＞１の場合１次電子の衝突個所には正の帯電が生じ、逆にδ＜１のときには負の帯電が生じる。ここで、同じ入射エネルギーであっても、入射角度が大きくなるほど、δが大きくなる、すなわち生じる正帯電量が大きくなる。
【００４９】
今、ある電子放出素子（スペーサ最近接ライン上の一つの素子）に着目し、この素子を駆動した場合にスペーサ表面に生じる帯電を考える。フェースプレートで等方的に散乱された電子は、スペーサ表面のある範囲にわたって衝突し、帯電を生じる。図７（ａ）は一つの電子放出素子を駆動した場合の、スペーサ表面に衝突する電子の分布を示す図である。スペーサに衝突する電子は、駆動している素子の最近接部が最も多く、そこを中心に幅Ｗ（この値は電子線装置の寸法や構造、印加電圧等により異なる）の範囲に分布する。次に、今考えた素子と隣接する複数の素子を（例えば、スペーサ最近接ラインの素子を全て同時に）駆動した場合、スペーサ表面に衝突する電子の分布は図６（ｂ）に示すように、全ての素子からの反射電子の衝突分布の重ねあわせであらわされる。
【００５０】
ここで、最初に着目した一つの素子から放出された電子の軌道に影響を与えうる、スペーサ表面の帯電量を考えると、当該素子のみを駆動した場合に比較して、隣接する素子を同時に駆動したほうが、より多くの帯電電荷が生じることになる。さらに、２次電子放出係数δの角度依存性を考慮すると、遠くの素子からの反射電子ほど、より大きな衝突角度を有しているため、同一の衝突エネルギーであっても、より多くの帯電電荷を生じることになり、当該素子のみを駆動した場合との帯電量の差は、さらに大きくなる。
【００５１】
図８は発明者が数値シミュレーションによって求めた、駆動する素子の数に対する、スペーサ表面の帯電量の関係を示したものである。図の横軸は駆動する素子の数を示しており、０は着目する素子のみを駆動した場合、１は着目する素子に加えて、両側の第１隣接素子を併せて（合計３素子を）駆動した場合、以下Ｎは両側の第Ｎ隣接素子まで（合計２Ｎ＋１素子を）同時に駆動した場合であることを示している。縦軸は着目する素子からの放出電子に影響を与えるスペーサ表面の単位表面積において、単位駆動時間あたりに生じる帯電電荷量を示しており、Ｎ＝０の場合、すなわち一つの素子のみを駆動した時に生じる帯電電荷量を１として示している。発明者による検討の結果、一つの素子のみを駆動した場合に比較して、隣接素子を同時に駆動した場合、隣接素子からの放出電子に起因する反射電子の衝突により、帯電電荷量は最大で数倍程度増加することがわかった。
【００５２】
このことは、駆動する素子数やその位置関係により、スペーサ表面の帯電は不均一に分布するようになることを示している。この現象は、例えば駆動領域と非駆動領域の境界で最も顕著になる。すなわち、図７（ｂ）に示すように、駆動領域と非駆動領域の境界付近では、スペーサ表面の帯電量が徐々に変化し、その差は最大で数倍になる。このような不均一な帯電分布のもとでは、場所により近傍の電界の歪み量が異なるため、電子ビームの受ける影響も異なったものとなり、フェースプレートへの衝突位置にばらつきが生じ、結果としてスペーサ近傍の画像が乱れて表示される可能性がある。
【００５３】
この問題を回避するためには、例えばスペーサ表面に形成する帯電防止膜の抵抗を十分に下げることで、帯電電荷の除去能力を高めることが考えられる。しかしながら帯電防止膜の低抵抗化を行うことにより、無効な電流が増して、消費電力の増加が問題となる。特に電子線装置の大型化に伴い、必要なスペーサの数が増加すると、消費電力の増加が益々顕著となる。
【００５４】
またスペーサの表面に電位規定用の電極を設けることにより、電子ビームの軌道を制御して、画像の乱れを低減させる提案もなされている（特開平１０−３３４８３４号など）。しかしながら、スペーサの長手方向に上述したような帯電の不均一性が存在する場合、単一の制御電極で全ての電子ビームの軌道を補正することは困難である。
【００５５】
さらにスペーサ表面に格子状の凹凸を形成することにより、２次電子放出効率を低減させる方法が提案されている。この場合、スペーサ表面に衝突する電子の平均的な衝突角度を小さくすることにより、実効的な２次電子放出効率を低下させるとともに、隣接素子からの反射電子の衝突の影響も緩和することができる。しかしながら、隣接素子からの入射電子の影響を完全に排除することは困難であり、また微細な凹凸加工を行う必要があることから製造コストの点でも課題を残している。
【００５６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、隣接素子からの入射電子の影響を排除して、スペーサ表面の帯電の不均一性を緩和するとともに、隣接素子からの高入射角による電子の衝突を防止することにより、スペーサ表面の帯電電荷の発生を抑制することのできるスペーサを提供するものである。
【００５７】
すなわち、本発明の特徴部分である、スペーサの主支持部材の表面に形成された突起部により、隣接素子からの反射電子をブロックし、隣接素子からの反射電子の衝突に伴う帯電の発生を防止することができる。このことにより、駆動する素子数や素子の位置関係によらず、スペーサ表面の帯電分布の不均一性を低減させ、帯電の不均一性に伴う画像の乱れを解決することが可能となる。また高入射角で衝突する電子が減少することで発生する帯電量自体も減少するため、帯電防止膜の抵抗を従来よりも高抵抗化することが可能となり、消費電力を減少させる効果もある。
【００５８】
形成される突起部は素子のピッチと同ピッチで周期的に形成されており、かつ図３に示すようにその位相が半ピッチずれて配置される、すなわちスペーサの長手方向で考えて、隣接する素子の中央に突起が存在するようにスペーサが配置された時に、最も大きな効果を発揮する。
【００５９】
突起部は、隣接素子からの反射電子をブロックするために必要なだけの高さｈを有している必要がある。そのためには、図８に示すように、スペーサの主支持部材の表面から最近接電子放出素子までの距離をｄとした時に、ｈは１／２ｄ以上の高さが必要である。
【００６０】
また、逆に突起部の高さが大きすぎる場合、突起部と素子との距離が近づきすぎることにより、電子ビームの軌道が乱されてしまう懸念がある。そのため、突起部の高さは最大で２／３ｄ以下とする必要がある。
【００６１】
突起部の形状は特に板状に限定されるものではなく、例えば図４に示すように、突起に挟まれた領域が凹曲面形状をなしているものでもよい。このように凹曲面形状とすることで、表面に衝突する電子の平均的な衝突角度は、板状の突起部の場合と比べてさらに小さくなるため、同量の電子が衝突した場合に生じる帯電量を減少させることができる。
【００６２】
上記の構成によるスペーサは、フェースプレート１０１７と基板１０１１（行方向配線１０１３）との間に印加される高電圧に耐えるだけの絶縁性を有する必要がある。そのため絶縁材料である石英ガラスやソーダライムガラス、ナトリウムなどの不純物含有量を減少したガラス、あるいはアルミナやジルコニアなどのセラミックを加工して用いることができる。加工にあたっては切削法やモールド法など適当な加工法で行うことが可能である。また主支持部材と突起部を別々に加工しておいて、その後適当な方法で接合することで、本発明の特徴を実現することができる。
【００６３】
以下で、実施例をあげて、本発明をさらに詳細に説明する。
【００６４】
なお以下に述べる各実施例においては、マルチビーム電子源として、前述した、電極間の導電性微粒子膜を有するタイプのＮ×Ｍ個（Ｎ＝３０７２、Ｍ＝１０２４）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。
【００６５】
（実施例１）
本実施例においては、アルミナを切削加工することにより、図２に示すような形状のスペーサを作製した。スペーサの長手方向の長さは５５０ｍｍ、高さｈｓｐは２．０ｍｍであり、主支持部材の厚さｔは約２００μｍである。なお、寸法はこの値に限定されるものではなく、電子線装置のサイズに応じて、任意の寸法を取ることができる。
【００６６】
主支持部材の表面に周期的に形成されている突起部のピッチｐｔは２０５μｍであり、これは本実施例において用いたマルチビーム電子源基板に配置された電子放出素子の、行方向ピッチ（スペーサの長手に沿った方向のピッチ）に等しい。
【００６７】
またリアプレート側当接部からの距離が２０μｍの領域には、突起部は形成されていない。
【００６８】
また突起の高さｈは１６０μｍである。（本実施例において、スペーサの主支持部材の表面から最近接の電子放出素子までの距離は約２００μｍである）。
【００６９】
さらに、スペーサの主支持部材の長手方向の両端５ｍｍの範囲には、突起を形成していない領域を設けた。これは、マルチビーム電子源基板にスペーサを固定する際に用いるブロック１０２１の溝に挿入するためである。なおスペーサを所定の位置に規定する方法はブロックによるものに限られるわけではなく、例えば導電性のフリットガラス等により接着することも可能である。この場合、長手方向端部まで突起が形成されていてもよい。
【００７０】
こうして加工したスペーサに対し、その表面に帯電防止特性を有する高抵抗膜１８を成膜し、さらにフェースプレートおよびリアプレート側の当接面に低抵抗膜を成膜した。高抵抗膜１８はＣｒおよびＡｌのターゲットを高周波電源でスパッタすることにより形成した、厚さ２００ｎｍ、シート抵抗値が約１０１０［Ω／□］のＣｒ−Ａｌ合金窒化膜とした。
【００７１】
低抵抗膜１９は、Ｔｉ（下引き層２００Å）、Ｐｔ（８００Å）からなるもので、主支持部材の当接面に成膜した（図２（ｂ）参照）。
【００７２】
スペーサを所望の位置に固定するためのブロックは、スペーサと同様にアルミナで作製した。ブロックは４ｍｍ×５ｍｍ×厚さ１ｍｍの直方体状をしており、その側面にはスペーサの主支持部材の長手方向端部を挿入できるよう、幅２１０μｍの溝が形成されている。
【００７３】
スペーサ１０２０およびブロック１０２１は、パネル内に設置する際に、スペーサ１０２０がフェースプレート１０１７や基板１０１１に対して、斜めに設置することの無いよう、十分な位置および角度合わせを行い、セラミック系の接着剤により互いに固定した。
【００７４】
次に、スペーサ１０２０をリアプレート１０１５（基板１０１１が固定されている）上にて位置決めを行う。位置決めにあたっては、本発明の効果が十分に発揮されるよう、周期的に形成された突起部が、隣接する素子の中央にあたる列方向配線上に配置されるよう、厳密な位置調整を行った。位置の調整後はセラミック系の接着剤を用い、リアプレート１０１５とブロック１０２１を固定した。なお、スペーサはリアプレートだけでなく、フェースプレート側に固定して用いることも可能である。その場合、フェースプレート内面に形成されているブラックマトリクスを、位置合わせ用の基準として用いることができる。
【００７５】
この後、別途作製しておいたフェースプレート１０１７および側壁１０１６とともに、外囲器を形成し、真空排気および電子源の形成をおこなう。この後封止を行うことにより、スペーサは外囲器の外から加わる大気圧により、パネル内の所定の位置に完全に固定される。
【００７６】
以上のように完成した、図１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、各色蛍光を励起・発光させることで画像を表示した。なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは３［ｋＶ］〜１２［ｋＶ］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１４［Ｖ］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一時間以上可能な場合に、耐電圧は良好と判断した。
【００７７】
このとき、スペーサ１０２０近傍では耐電圧は良好であった。
【００７８】
さらに、スペーサ１０２０の最近接にある電子放出素子からの放出電子による発光スポットの位置を、詳細に観測した結果、駆動する素子の数や位置関係にかかわらず、常に正規の位置で発光スポットが観測された。本発明による隣接素子からの電子入射による帯電の抑制効果によるものであり、本発明の有効性を確認することができた。
【００７９】
（実施例２）
本実施例では、図１０（ａ）に示すように、別々に形成した主支持部材と突起部を接合することにより、図１０（ｂ）に示すようなスペーサを作製し、表示パネル内に用いた。主支持部材（長さ５５０ｍｍ、高さ２ｍｍ、厚さ２００μｍ）および突起部（１５０μｍ×１．８ｍｍ×厚さ５０μｍ）は、石英ガラスを研磨加工することにより作製した。
【００８０】
両者の接合は、フリットガラスを接合面に塗布し、大気中５００℃で焼成することにより行った。
【００８１】
接合後、高抵抗膜および低抵抗膜の形成を行った。
【００８２】
なお、本実施例においては、スペーサ以外の構成はいずれも実施例１と同様である。
【００８３】
作製した表示パネルを用いて、実施例１と同様の評価を実施したところ、実施例１と同様、スペーサ近傍での耐圧性は良好であり、また最近接の発光スポットの位置も、駆動する素子数やその位置関係とは無関係に、正規の場所に観測され、本発明の有効性を確認することができた。
【００８４】
（実施例３）
本実施例においてはアルミナを切削加工することにより、図４に示すようなスペーサを作製し、表示パネル内に用いた。
【００８５】
本実施例におけるスペーサは、図４に示す通り、主支持部材表面に周期的に形成された突起と突起の間の領域が、凹曲面形状となるように加工されている。スペーサは長手方向に５５０ｍｍ、高さは２ｍｍであり、長手方向端部のおよそ５ｍｍずつの領域には、ブロックの溝部に挿入するため、突起が形成されていない、突起部の高さは１５０μｍであり、リアプレート側当接部より１００μｍの領域内には突起は形成されていない。
【００８６】
さらに本実施例においては、スペーサの表面に形成する高抵抗膜１８として、実施例１と同様にシート抵抗値が約１０１０［Ω／□］であるものに加え、シート抵抗値が約１０１１［Ω／□］のＣｒ−Ａｌ合金窒化膜としたものも作製して、併せて評価を行った。
【００８７】
図５は本実施例で作成した表示パネルの、フェースプレート側から見た平面図である。実施例１と同様に、突起部が、列方向配線上に固定されるように、厳密に位置調整をしてある。
【００８８】
作製したパネルを用いて、実施例１と同様の評価を実施したところ、実施例１と同様、スペーサ近傍での耐圧性は良好であり、また最近接の発光スポットの位置も、駆動する素子数やその位置関係とは無関係に、正規の場所に観測された。またシート抵抗値を約１０１１［Ω／□］としたスペーサについても、実施例１と比較して、スペーサ表面の高抵抗膜１８のシート抵抗値が一桁高いにもかかわらず、同様の良好な特性を示すことを確認した。これは突起間を凹曲面形状とすることによって、衝突電子の入射角度が平均的に小さくなり、平均的な２次電子放出係数が減少したことから、発生する帯電量が低減されたことによる。本実施例においても、本発明の有効性を確認することができた。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば以下に記載するような効果を奏する。
【００９０】
すなわち、略板状のスペーサの長手方向に沿って素子ピッチで形成された突起によって、隣接素子からの反射電子をブロックすることにより、スペーサの長手方向の帯電の不均一な分布を解消し、駆動する素子数やその位置関係に伴う電子到達位置のばらつきを防止することができる。
【００９１】
またスペーサ表面に衝突する電子の、平均的な入射角度を小さくすることで、同一の駆動条件下での帯電量を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づいて作製したスペーサを画像表示装置に採用した、一部破断した斜視図である
【図２】（ａ）は本発明の実施の形態におけるスペーサの一例を示した斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡの位置でのスペーサの断面図である
【図３】基板上での図２に示したスペーサの配置を説明した平面図である
【図４】本発明の実施の形態におけるスペーサの一例を示した斜視図である
【図５】基板上での図４に示したスペーサの配置を説明した平面図である
【図６】一般的な絶縁材料における、電子の衝突エネルギーと衝突角度に対する、２次電子放出係数の関係を示した図である
【図７】（ａ）は、一つの素子を駆動した場合の、スペーサ表面の入射電子量の分布を示す模式図であり、（ｂ）は複数の素子を駆動した場合の、スペーサ表面の入射電子量の分布を示す模式図である
【図８】駆動する素子数と、スペーサの単位表面積あたりに生じる帯電量の関係を示した図である
【図９】本発明の実施の形態における、スペーサ表面の突起構造と素子との位置関係を説明した模式図である
【図１０】本発明の実施例２において用いたスペーサの作製方法を示した模式図である
【図１１】表面伝導型電子放出素子の一例を示す図である
【図１２】表面伝導型電子放出素子を用いた画像形成装置の構成の一例を示す、一部破断した斜視図である
【符号の説明】
１０：スペーサ主支持部材
１１：スペーサ突起部
１８：高抵抗膜
１９：低抵抗膜
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：蛍光膜
１０１９：メタルバック
１０２０：スペーサ
１０２１：スペーサ固定用ブロック[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron beam device and an image forming apparatus such as a display device as an application thereof. The present invention also relates to a spacer used in an electron beam device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, application research using an electron source in which a large number of electron-emitting devices are arranged on a flat substrate has been actively performed, and for example, image forming apparatuses such as image display apparatuses and image recording apparatuses have been developed. . Above all, in the image display device which is required to be further enlarged, the flat-type image display device having a small depth is attracting attention as a replacement for a cathode ray tube display device because of its space saving and light weight. .
[0003]
Conventionally, two types of electron-emitting devices, a hot cathode device and a cold cathode device, are known.
[0004]
Of these, the cold cathode device can obtain electrons at a lower temperature than the hot cathode device, so it can take a simpler structure than the hot cathode device, such as not requiring a heater for heating. It is also possible to manufacture a simple element. Further, even when a large number of elements are arranged on a substrate at a high density, problems such as thermal melting of the substrate hardly occur. The cold cathode device also has an advantage that the response speed is faster than the hot cathode device. For this reason, research especially for applying the cold cathode device has been actively conducted.
[0005]
Examples of such a cold cathode device include a surface conduction electron-emitting device, a field electron emission device (hereinafter, referred to as an FE type), and a metal / insulating layer / metal-type electron emission device (hereinafter, referred to as an MIM type). Are known.
[0006]
The surface conduction electron-emitting device utilizes a phenomenon in which electron emission occurs when a current flows in a small-area thin film formed on a substrate in parallel with the film surface, and uses a SnO2 thin film [M. I. Elinson, Radio Eng. ElectronPhys. , 10, 1290, (1965)] and those based on Au thin films [G. Dittmer: "Thin Solid Films", 9, 317 (1972)], and those using In2O3 / SnO2 thin films [M. Hartwellland C .; G. FIG. Fonstad: "IEEE Trans. ED Conf.", 519 (1975)], and those using carbon thin films [Hisashi Araki et al .: Vacuum, Vol. 26, No. 1, 22 (1983)] and the like have been reported. .
[0007]
As a typical example of the element configuration of these surface conduction electron-emitting devices, FIG. 1 shows a plan view of a device by Hartwell et al. In the figure, reference numeral 3001 denotes a substrate; and 3004, a conductive thin film made of metal oxide formed by sputtering. The conductive thin film 3004 is formed in an H-shaped planar shape as shown. An electron emission portion 3005 is formed by applying an energization process called energization forming to the conductive thin film 3004. The interval L in the figure is set at 0.5 to 1 [mm], and W is set at 0.1 [mm]. In addition, for convenience of illustration, the electron emitting portion 3005 is shown in a rectangular shape at the center of the conductive thin film 3004, but this is a schematic one, and the position and shape of the actual electron emitting portion are faithfully represented. It is not.
[0008]
The surface conduction type emission element has an advantage that a large number of elements can be formed over a large area since the surface conduction type emission element has a simple structure and is easy to manufacture as compared with other elements such as FE type and MIM type. Therefore, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-31332 by the present applicant, a method for arranging and driving a large number of elements has been studied.
[0009]
Particularly, as an application to an image display device, for example, as disclosed in US Pat. No. 5,066,833, JP-A-2-257551, and JP-A-4-28137 by the present applicant, a surface conduction type emission device and an electron beam are disclosed. An image display device using a phosphor that emits light by irradiation in combination has been studied. An image display device using a combination of a surface conduction electron-emitting device and a phosphor is self-luminous, does not require a backlight, and has a smaller viewing angle than other conventional image display devices. Excellent in a wide range.
[0010]
FIG. 12 shows a structure of an image display apparatus using a multi-electron beam source 3111 in which a plurality of surface conduction electron-emitting devices 3112 are wired in a simple matrix with M row-directional wirings 3120 and N column-directional wirings 3121. It is shown. A rear plate 3115 provided with a multi-electron beam source 3111, a face plate 3117 provided with a phosphor layer 3118 and a metal back 3119, and an outer container frame 3116 form an envelope (airtight) for maintaining the inside of the panel at a vacuum. Container). The inside of the hermetic container is kept at a vacuum of about 10 −4 Pa, and as the display area of the image display device increases, the rear plate 3115 and the face plate 3117 due to the pressure difference between the inside and the outside of the hermetic container are increased. Means for preventing deformation or destruction are required. In FIG. 12, a spacer 3120 made of a relatively thin glass plate is provided for the purpose of preventing destruction due to a pressure difference between the inside and outside of the airtight container and keeping the distance between the rear plate 3115 and the face plate 3117 constant.
[0011]
In this way, the distance between the substrate 3111 on which the multi-beam electron source is formed and the face plate 3117 on which the fluorescent film 3118 is formed is usually kept at a sub-millimeter to several millimeters, and the inside of the hermetic container is kept at a high vacuum as described above. ing. An insulating layer (not shown) is formed between the row wiring 3120 and the column wiring 3121 to keep electrical insulation. The row wiring 3120 and the column wiring 3121 are connected to an external electric circuit (not shown) through Dx1 to Dxm and Dy1 to Dyn, respectively. A high voltage of several hundred [V] to several [kV] or more is applied to the metal back 3119 through the high voltage terminal Hv, and electrons emitted from the electron beam source 3119 are accelerated and irradiated on the phosphor layer 3118. An image is formed by exciting each color phosphor to emit light.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described display panel used in, for example, an image forming apparatus has the following problems.
[0013]
First, there is a possibility that a part of the electrons emitted from the electron-emitting device 3112 near the spacer 3120 or a part of the electrons back-scattered by the face plate 3117 collides with the surface of the spacer 3120 to cause charging. There is.
[0014]
Due to this charging, the electric field near the spacer is distorted. As a result, the trajectory of the electron beam emitted from the electron-emitting device near the spacer is affected. The image may be distorted and displayed.
[0015]
Second, a high voltage of several hundred volts or more is applied to the accelerating electrode formed on the face plate in order to accelerate electrons emitted from the electron source. Although there is concern, the charging of the spacer surface may induce the generation of discharge.
[0016]
To solve this problem, a proposal has been made to remove a charge by applying a minute current to the spacer 3120 (US Pat. No. 5,760,538). Here, a high-resistance thin film as an antistatic film is formed on the surface of the insulating spacer so that a minute current flows on the surface of the spacer. The antistatic film used here is tin oxide, a mixed crystal thin film of tin oxide and indium oxide, or a metal film.
[0017]
Also, a proposal has been made to suppress the amount of charge on the surface by forming an uneven structure on the surface of the spacer (JP-A-2000-311632). This is because the effective secondary electron emission coefficient is made smaller by making the surface uneven, and the secondary electron emission efficiency, which is considered to be the main factor of spacer charging, is reduced. And suppresses the resulting charge.
[0018]
However, even in the case where the above-described contrivance is performed, it may not be possible to completely remove the distortion of the image near the spacer depending on the type of the image. In particular, when the driving region and the non-driving region are arranged along the spacer, the image may be disturbed at the end of the driving region.
[0019]
As a result of a detailed study, the inventor has found that the above-described image disturbance is caused by uneven distribution of the charge along the longitudinal direction of the spacer due to the influence of incident electrons from adjacent elements. Was found.
[0020]
The present invention has been made in view of such conventional problems, and has as its object to suppress non-uniform distribution of charging and to realize a more preferable electron beam apparatus.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, in the present invention, a rear plate on which an electron source including a plurality of electron-emitting devices is formed, and an accelerating electrode opposed to the rear plate for accelerating the electrons emitted from the electron source are provided. An electron beam apparatus comprising: a face plate provided; and a spacing support member (hereinafter, referred to as a spacer) disposed between the rear plate and the face plate. On the surface of the main support member, a protrusion is formed in a region excluding a part of the region on the rear plate side, and the protrusion is provided for an electron-emitting device arranged along a longitudinal direction of the spacer. It is characterized by being formed periodically at a pitch equal to the pitch.
[0022]
Here, the area where the protrusions are formed is an area on the surface of the main support member of the spacer excluding at least an area within 20 μm from a contact portion between the spacer main support member and the rear plate. It is.
[0023]
Further, the protrusions are formed at a pitch equal to the pitch of the electron-emitting devices along the spacer, and are arranged so as to be shifted by a half pitch with respect to the devices.
[0024]
Also, the maximum height h of the projection is d when the distance from the surface of the main support member of the spacer to the nearest electron-emitting device is d.
[0025]
(Equation 2)
[0026]
And is not less than 100 μm and not more than 170 μm.
[0027]
The present invention also includes a case where the region between the projections has a concave curved surface shape.
[0028]
Further, the spacer is formed with a protrusion so that the main support member has the same structure on both front and back surfaces.
[0029]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
[0030]
In manufacturing a display panel to which the present invention is applied, the same configuration and manufacturing method as those disclosed in JP-A-2000-31633 are used.
[0031]
FIG. 1 is a perspective view of a display panel used in the embodiment, in which a part of the panel is cut away to show the internal structure.
[0032]
In the figure, 1015 is a rear plate, 1016 is a side wall, 1017 is a face plate, and 1015 to 1017 form an airtight container for maintaining the inside of the display panel at a vacuum.
[0033]
Reference numeral 1020 denotes a spacer manufactured in accordance with the present invention. The spacer 1020 keeps the space between the rear plate 1015 and the face plate 1017 at a predetermined distance, and prevents the airtight container from being damaged due to a pressure difference between the inside and the outside of the airtight container. The required number is arranged. A block 1021 is used to fix the spacer at a desired position.
[0034]
A substrate 1011 is fixed to the rear plate 1015, and N × M cold cathode elements 1012 are formed on the substrate. (N and M are positive integers of 2 or more and are appropriately set according to the target number of display pixels. For example, in a display device for displaying high-definition television, N = 3000, M = 1000 or more is desirably set.) The N × M cold cathode elements are arranged in a simple matrix by M row-directional wirings 1013 and N column-directional wirings 1014. The portion constituted by 1011 to 1014 is called a multi-electron beam source.
[0035]
The material, shape, and manufacturing method of the cold cathode device are not limited as long as the multi-electron beam source used in the image display device of the present invention is an electron source in which cold cathode devices are arranged in a simple matrix. Therefore, for example, a cold cathode device such as a surface conduction type emission device, an FE type, or an MIM type can be used.
[0036]
A fluorescent film 1018 is formed on the lower surface of the face plate 1017. This embodiment is a color display device, and phosphors of three primary colors of red, blue, and green, which are used in the field of CRT, are separately applied to a portion of the fluorescent film 1018.
[0037]
A metal back 1019 known in the field of CRTs is provided on a surface of the fluorescent film 1018 on the rear plate side. The metal back 1019 is used to improve the efficiency of use of light emitted from the phosphor 1018, to protect the phosphor 1018 from the impact of ions or the like, and to accelerate the electrons emitted from the electron-emitting device. Is used as an electrode for applying a voltage.
[0038]
The details of the configuration and the manufacturing method of the multi-electron beam source and the face plate and the display panel including them are as described in the above-mentioned JP-A-2000-31633.
[0039]
Hereinafter, the spacer which is a feature of the present invention will be described in detail.
FIG. 2 is a view showing one embodiment of the spacer according to the present invention. FIG. 3A is a perspective view of the spacer, and FIG. 3B is a cross-sectional view at a position A (a position where a protrusion is formed) in FIG. FIG. 3 is a plan view showing the arrangement of the spacers 1020 on the rear plate 1015, and shows a state when viewed from above the face plate 1015 in FIG.
[0040]
As shown in FIG. 2A, the main support member 10 of the spacer in the present embodiment has a substantially plate shape. Further, in a region excluding a part of the rear plate-side contact surface of the main support member 10, a substantially plate-shaped protrusion 11 is periodically formed based on the present invention.
[0041]
The reason why no protrusion is formed on the surface close to the rear plate side contact surface is to minimize disturbance of the electric field in a region where the kinetic energy is small immediately after emission from the electron source. As a result of experiments and numerical simulations, it has been clarified that it is better not to form protrusions in a region at least within 20 μm from the rear plate side contact portion.
[0042]
In FIG. 2, the upper side in the figure is the side that contacts the face plate, and the lower side is the side that contacts the rear plate. On each contact surface, a low-resistance film 19 for electrically connecting the face plate 1017 and the substrate 1011 (the row wiring 1013 or the column wiring 1014) is formed. In the embodiment described below, the main support member of the spacer has a substantially plate shape, is disposed in parallel with the row wiring 1013, and is electrically connected to the row wiring 1013.
[0043]
The electrical connection with the face plate 1017 and the substrate 1011 (row direction wiring 1013) is to quickly remove the charged charges from the high-resistance film 18 described later, to make the potential of the high-resistance film uniform, and An object is to prevent electric field concentration on a contact surface with the substrate 1011 and occurrence of discharge accompanying the electric field concentration.
[0044]
On the surface of the above-described spacer, a high-resistance film 18 is formed on both the main support member and the projections for the purpose of preventing electrification. As a material of the high resistance film 19 having antistatic properties, for example, a metal oxide can be used. Among metal oxides, oxides of chromium, nickel, and copper are preferred materials. The reason for this is that these oxides have a relatively low secondary electron emission efficiency, and the amount of charge generated is small even when electrons emitted from the cold cathode element 1012 hit the spacer 1020. In addition to metal oxides, carbon is a preferable material having a low secondary electron emission efficiency. In particular, since amorphous carbon has high resistance, it is easy to control the spacer resistance to a desired value.
[0045]
As another material of the high resistance film 19 having the antistatic property, the nitride of aluminum and transition metal alloy can control the resistance value in a wide range from a good conductor to an insulator by adjusting the composition of the transition metal. It is a suitable material. Examples of the transition metal element include Ti, Cr, and Ta.
[0046]
The alloy nitride film is formed on the insulating member by thin film forming means such as sputtering, reactive sputtering in a nitrogen gas atmosphere, electron beam evaporation, ion plating, and ion assisted evaporation. The metal oxide film can be formed by the same thin film forming method, but in this case, oxygen gas is used instead of nitrogen gas. In addition, a metal oxide film can be formed by a CVD method or an alkoxide coating method. The carbon film is formed by a vapor deposition method, a sputtering method, a CVD method, or a plasma CVD method. In particular, when forming amorphous carbon, make sure that the atmosphere during the film formation contains hydrogen or the film formation gas is used. Use hydrocarbon gas.
[0047]
As the low resistance film 19, a material having a sufficiently lower resistance value than the high resistance film 18 may be selected, and a metal such as Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt, Ti, Al, Cu, Pd, or the like, or An alloy and a printed conductor composed of a metal such as Pd, Ag, Au, RuO2, Ag-PbO or a metal oxide and glass, or fine particles made of a semiconductor material such as SnO2 are doped with a dopant such as Sb. It is appropriately selected from a conductive fine particle dispersion film in which conductive fine particles are dispersed in an inorganic or organic binder, a transparent conductor such as In2O3-SnO2, and a semiconductor material such as polysilicon.
[0048]
Here, the operation of the periodically formed protrusions, which is a feature of the present invention, will be described in detail. It is considered that the charging of the spacer surface is caused by a part of the electrons emitted from the electron-emitting device near the spacer or a part of the electrons backscattered by the face plate colliding with the surface of the spacer. When electrons collide with the spacer surface, secondary electron emission occurs. The ratio between the number of generated secondary electrons and the number of primary (incident) electrons is called a (broadly defined) secondary electron emission coefficient δ, which changes depending on the incident energy E of primary electrons and the incident angle θ. I do. FIG. 6 is a schematic diagram showing the relationship of the secondary electron emission coefficient δ to the incident energy E of primary electrons of a general insulating material when the incident angles θ = 0, 30, and 60 degrees. When δ> 1, a positive charge is generated at the primary electron collision location, and conversely, when δ <1, a negative charge is generated. Here, even with the same incident energy, as the incident angle increases, δ increases, that is, the generated positive charge increases.
[0049]
Now, paying attention to a certain electron-emitting device (one device on the nearest line of the spacer), consider the charging generated on the spacer surface when this device is driven. Electrons scattered isotropically on the face plate impinge over a certain area of the spacer surface, causing charging. FIG. 7A is a diagram showing a distribution of electrons colliding with the spacer surface when one electron-emitting device is driven. The electrons that collide with the spacer are most often located at the closest part of the element being driven, and are distributed around the center in a range of a width W (this value varies depending on the size and structure of the electron beam device, applied voltage, and the like). Next, when a plurality of elements adjacent to the element just considered are driven (for example, all the elements in the nearest line of the spacer are simultaneously driven), the distribution of electrons colliding with the spacer surface is as shown in FIG. This is represented by the superposition of the collision distribution of the reflected electrons from all the elements.
[0050]
Here, considering the amount of charge on the spacer surface, which can affect the trajectory of electrons emitted from one element focused on first, adjacent elements are driven simultaneously compared to the case where only the element is driven As a result, more charge is generated. Furthermore, considering the angle dependence of the secondary electron emission coefficient δ, the more the reflected electrons from a distant element have a larger collision angle, so that even with the same collision energy, more charge , And the difference in the charge amount between when only the element is driven is further increased.
[0051]
FIG. 8 shows the relationship between the number of elements to be driven and the amount of charge on the spacer surface, obtained by a numerical simulation by the inventor. The horizontal axis of the figure indicates the number of elements to be driven. 0 indicates that only the element of interest is driven, 1 indicates the element of interest and the first adjacent elements on both sides combined (total of three elements). In the case of driving, hereinafter, N indicates a case of driving simultaneously to the Nth adjacent element on both sides (2N + 1 elements in total). The vertical axis indicates the amount of charge generated per unit driving time in the unit surface area of the spacer surface that affects the electrons emitted from the element of interest. When N = 0, that is, when only one element is driven, The amount of generated charge is shown as 1. As a result of the study by the inventor, when the adjacent elements are driven at the same time as compared to the case where only one element is driven, the amount of the charged electric charge is a maximum due to the collision of the reflected electrons caused by the electrons emitted from the adjacent element. It was found to increase about twice.
[0052]
This indicates that the charge on the surface of the spacer is unevenly distributed depending on the number of elements to be driven and their positional relationship. This phenomenon is most prominent at the boundary between the drive area and the non-drive area, for example. That is, as shown in FIG. 7B, near the boundary between the driving region and the non-driving region, the charge amount on the spacer surface gradually changes, and the difference becomes several times at the maximum. Under such non-uniform charge distribution, the amount of distortion of the nearby electric field varies depending on the location, so that the effect of the electron beam also varies, and the collision position on the face plate varies, resulting in a spacer. Nearby images may be distorted and displayed.
[0053]
In order to avoid this problem, for example, it is conceivable to improve the ability to remove the charged charges by sufficiently lowering the resistance of the antistatic film formed on the spacer surface. However, when the resistance of the antistatic film is reduced, an ineffective current increases, which causes a problem of an increase in power consumption. In particular, when the number of necessary spacers increases with the increase in the size of the electron beam device, the power consumption increases more and more remarkably.
[0054]
It has also been proposed to provide an electrode for regulating the potential on the surface of the spacer to control the trajectory of the electron beam to reduce image disturbance (Japanese Patent Laid-Open No. 10-334834). However, when the above-described non-uniformity of charging exists in the longitudinal direction of the spacer, it is difficult to correct the trajectories of all the electron beams with a single control electrode.
[0055]
Further, there has been proposed a method of reducing secondary electron emission efficiency by forming lattice-like irregularities on the spacer surface. In this case, by reducing the average collision angle of the electrons colliding with the spacer surface, the effective secondary electron emission efficiency can be reduced and the influence of the collision of the reflected electrons from the adjacent element can be reduced. . However, it is difficult to completely eliminate the influence of the incident electrons from the adjacent elements, and there is still a problem in terms of manufacturing cost because it is necessary to perform fine unevenness processing.
[0056]
The present invention has been made in view of the above points, and eliminates the influence of the incident electrons from the adjacent element to reduce the non-uniformity of the charge on the surface of the spacer and to reduce the electron by the high incident angle from the adjacent element. It is an object of the present invention to provide a spacer capable of suppressing generation of charged charges on the surface of the spacer by preventing collision of the spacer.
[0057]
That is, the protruding portion formed on the surface of the main support member of the spacer, which is a feature of the present invention, blocks the reflected electrons from the adjacent element and prevents the generation of the charge due to the collision of the reflected electron from the adjacent element. can do. This makes it possible to reduce the non-uniformity of the charge distribution on the spacer surface regardless of the number of elements to be driven and the positional relationship of the elements, and to solve the disorder of the image due to the non-uniformity of the charge. In addition, since the amount of charge itself generated by reducing the number of electrons colliding at a high incident angle is also reduced, the resistance of the antistatic film can be made higher than before, and there is also an effect of reducing power consumption.
[0058]
The formed protrusions are periodically formed at the same pitch as the element pitch, and their phases are shifted by a half pitch as shown in FIG. 3, that is, adjacent to each other in consideration of the longitudinal direction of the spacer. The greatest effect is exhibited when the spacer is arranged so that the projection is present at the center of the element.
[0059]
The protrusions need to have a height h that is necessary to block reflected electrons from adjacent elements. For this purpose, as shown in FIG. 8, when the distance from the surface of the main support member of the spacer to the nearest electron-emitting device is d, h must be ｄd or more.
[0060]
On the other hand, when the height of the projection is too large, there is a concern that the trajectory of the electron beam is disturbed due to the distance between the projection and the element becoming too short. Therefore, it is necessary that the height of the protrusion is not more than 2 / 3d at the maximum.
[0061]
The shape of the projection is not particularly limited to a plate shape. For example, as shown in FIG. 4, a region sandwiched between the projections may have a concave curved surface shape. Since the average collision angle of the electrons colliding with the surface becomes smaller than that of the plate-like projection by adopting the concave curved shape in this manner, the charge generated when the same amount of electrons collide is obtained. The amount can be reduced.
[0062]
The spacer having the above configuration needs to have an insulating property enough to withstand a high voltage applied between the face plate 1017 and the substrate 1011 (the row wiring 1013). Therefore, quartz glass, soda lime glass, glass having a reduced impurity content such as sodium, or ceramic such as alumina or zirconia can be processed and used as an insulating material. Processing can be performed by an appropriate processing method such as a cutting method or a molding method. Further, the features of the present invention can be realized by separately processing the main support member and the protruding portion and then joining them by an appropriate method.
[0063]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
[0064]
In each of the embodiments described below, N × M (N = 3072, M = 1024) surface conduction electron-emitting devices of the above-described type having a conductive fine particle film between electrodes are used as a multi-beam electron source. Was used in a multi-electron beam source in which M rows of wirings and N columns of wiring were arranged in a matrix.
[0065]
(Example 1)
In this example, a spacer having a shape as shown in FIG. 2 was produced by cutting alumina. The length of the spacer in the longitudinal direction is 550 mm and the height h sp Is 2.0 mm, and the thickness t of the main support member is about 200 μm. The size is not limited to this value, and may be any size according to the size of the electron beam device.
[0066]
The pitch p of the protrusions periodically formed on the surface of the main support member t Is 205 μm, which is equal to the row direction pitch (pitch in the direction along the length of the spacer) of the electron-emitting devices arranged on the multi-beam electron source substrate used in this embodiment.
[0067]
Further, no projection is formed in a region where the distance from the rear plate side contact portion is 20 μm.
[0068]
The height h of the projection is 160 μm. (In this embodiment, the distance from the surface of the main support member of the spacer to the nearest electron-emitting device is about 200 μm).
[0069]
Further, a region where no projection was formed was provided in a range of 5 mm at both ends in the longitudinal direction of the main support member of the spacer. This is because the spacer is inserted into the groove of the block 1021 used for fixing the spacer to the multi-beam electron source substrate. The method of defining the spacer at a predetermined position is not limited to the method using a block, and it is also possible to adhere the spacer using, for example, conductive frit glass. In this case, the protrusion may be formed up to the longitudinal end.
[0070]
On the spacer thus processed, a high resistance film 18 having antistatic properties was formed on the surface thereof, and a low resistance film was formed on the contact surfaces on the face plate and rear plate side. The high resistance film 18 is formed by sputtering a Cr and Al target with a high frequency power supply, and has a thickness of 200 nm and a sheet resistance of about 10 10 [Ω / □] Cr-Al alloy nitride film.
[0071]
The low resistance film 19 was made of Ti (undercoat layer 200 °) and Pt (800 °), and was formed on the contact surface of the main support member (see FIG. 2B).
[0072]
A block for fixing the spacer at a desired position was made of alumina similarly to the spacer. The block has a rectangular parallelepiped shape of 4 mm × 5 mm × 1 mm thick, and has a 210 μm wide groove formed on a side surface thereof so that a longitudinal end of the main support member of the spacer can be inserted.
[0073]
When the spacer 1020 and the block 1021 are installed in the panel, they are sufficiently positioned and aligned so that the spacer 1020 is not installed obliquely with respect to the face plate 1017 or the substrate 1011. They were fixed to each other by the agent.
[0074]
Next, the spacer 1020 is positioned on the rear plate 1015 (to which the substrate 1011 is fixed). In positioning, strict position adjustment was performed so that the periodically formed protrusions were arranged on the column direction wiring at the center of the adjacent element so that the effects of the present invention were sufficiently exhibited. After the adjustment of the position, the rear plate 1015 and the block 1021 were fixed using a ceramic adhesive. The spacer can be fixed to the face plate as well as the rear plate. In that case, a black matrix formed on the inner surface of the face plate can be used as a reference for positioning.
[0075]
Thereafter, an envelope is formed together with the separately manufactured face plate 1017 and side wall 1016, and vacuum evacuation and formation of an electron source are performed. By performing sealing thereafter, the spacer is completely fixed at a predetermined position in the panel by the atmospheric pressure applied from outside the envelope.
[0076]
In the image display device using the display panel as shown in FIG. 1 completed as described above, each cold cathode element (surface conduction type emission element) 1012 is connected to the external terminals Dx1 to Dxm and Dy1 to Dyn. , A scanning signal and a modulation signal are applied from signal generation means (not shown) to emit electrons, and a high voltage is applied to a metal back 1019 through a high voltage terminal Hv to accelerate the emitted electron beam, thereby causing the fluorescent film 1018 to emit light. An image was displayed by causing electrons to collide with each other to excite and emit fluorescence of each color. The voltage Va applied to the high voltage terminal Hv is applied within a range of 3 [kV] to 12 [kV] up to a limit voltage at which a discharge is gradually generated, and the applied voltage Vf between the wirings 1013 and 1014 is 14 [V]. ]. When a voltage of 8 kV or more was applied to the high voltage terminal Hv and continuous driving was possible for one hour or more, the withstand voltage was judged to be good.
[0077]
At this time, the withstand voltage was good in the vicinity of the spacer 1020.
[0078]
Furthermore, as a result of closely observing the position of the light emitting spot due to the electrons emitted from the electron emitting element closest to the spacer 1020, the light emitting spot is always observed at the regular position regardless of the number or positional relationship of the driven elements. Was done. This is due to the effect of suppressing charging due to the incidence of electrons from adjacent elements according to the present invention, and the effectiveness of the present invention could be confirmed.
[0079]
(Example 2)
In this embodiment, as shown in FIG. 10 (a), a spacer as shown in FIG. 10 (b) is manufactured by joining a separately formed main support member and a projection, and is used in a display panel. Was. The main support member (length 550 mm, height 2 mm, thickness 200 μm) and projections (150 μm × 1.8 mm × thickness 50 μm) were produced by polishing quartz glass.
[0080]
The two were joined by applying frit glass to the joint surface and firing at 500 ° C. in air.
[0081]
After the bonding, a high resistance film and a low resistance film were formed.
[0082]
In the present embodiment, the configuration other than the spacers is the same as that of the first embodiment.
[0083]
The same evaluation as in Example 1 was performed using the manufactured display panel. As in Example 1, the pressure resistance in the vicinity of the spacer was good, and the position of the nearest light-emitting spot was also determined. Irrespective of the number and their positional relationship, they were observed at regular locations, confirming the effectiveness of the present invention.
[0084]
(Example 3)
In this example, a spacer as shown in FIG. 4 was produced by cutting alumina, and used in a display panel.
[0085]
As shown in FIG. 4, the spacer in this embodiment is processed so that a region between the protrusions periodically formed on the surface of the main support member has a concave curved surface shape. The spacer has a length of 550 mm in the longitudinal direction and a height of 2 mm. In the region of about 5 mm at the end in the longitudinal direction, no projection is formed for insertion into the groove of the block. The height of the projection is 150 μm. There is no projection formed in a region 100 μm from the rear plate side contact portion.
[0086]
Further, in this embodiment, the high resistance film 18 formed on the surface of the spacer has a sheet resistance of about 10 10 [Ω / □] and a sheet resistance of about 10 11 A Cr—Al alloy nitride film of [Ω / □] was also prepared and evaluated.
[0087]
FIG. 5 is a plan view of the display panel created in the present embodiment as viewed from the face plate side. As in the first embodiment, the position is strictly adjusted so that the protrusions are fixed on the column-directional wiring.
[0088]
When the same evaluation as in Example 1 was performed using the manufactured panel, the pressure resistance in the vicinity of the spacer was good, and the position of the closest light-emitting spot was determined by the number of elements to be driven, as in Example 1. And regardless of their location, they were observed at regular locations. The sheet resistance is about 10 11 It was also confirmed that the spacer having the resistance of [Ω / □] exhibited the same good characteristics as Example 1 even though the sheet resistance value of the high resistance film 18 on the spacer surface was higher by one digit. . This is due to the fact that the projections are formed into a concave curved surface, so that the incident angle of the collision electrons is reduced on average, and the average secondary electron emission coefficient is reduced, so that the generated charge is reduced. Also in this example, the effectiveness of the present invention could be confirmed.
[0089]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
[0090]
In other words, the projections formed at the element pitch along the longitudinal direction of the substantially plate-shaped spacer block reflected electrons from adjacent elements, thereby eliminating the uneven distribution of electrification in the longitudinal direction of the spacer and driving. It is possible to prevent variations in the electron arrival position due to the number of elements to be performed and their positional relationship.
[0091]
In addition, by reducing the average incident angle of the electrons colliding with the spacer surface, the charge amount under the same driving condition can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially broken perspective view in which a spacer manufactured according to the present invention is employed in an image display device.
FIG. 2A is a perspective view showing an example of a spacer according to the embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the spacer at a position A in FIG.
FIG. 3 is a plan view illustrating an arrangement of spacers shown in FIG. 2 on a substrate.
FIG. 4 is a perspective view showing an example of a spacer according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a plan view illustrating an arrangement of spacers shown in FIG. 4 on a substrate.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a collision energy and a collision angle of electrons and a secondary electron emission coefficient in a general insulating material.
FIG. 7A is a schematic diagram showing the distribution of the amount of incident electrons on a spacer surface when one element is driven, and FIG. 7B is a schematic diagram showing the incidence on the spacer surface when a plurality of elements are driven. It is a schematic diagram which shows distribution of the amount of electrons.
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the number of elements to be driven and the amount of charge generated per unit surface area of a spacer.
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a positional relationship between a projection structure on a spacer surface and an element according to the embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic view illustrating a method for manufacturing a spacer used in Example 2 of the present invention.
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a surface conduction electron-emitting device.
FIG. 12 is a partially broken perspective view showing an example of the configuration of an image forming apparatus using a surface conduction electron-emitting device.
[Explanation of symbols]
10: spacer main support member
11: Spacer projection
18: High resistance film
19: Low resistance film
1011: substrate
1012: Cold cathode device
1013: Row direction wiring
1014: column direction wiring
1015: Rear plate
1016: Side wall
1017: Face plate
1018: fluorescent film
1019: Metal back
1020: Spacer
1021: Spacer fixing block
