JP3592236B2 - 電子線装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

技術分野
本願にかかわる発明は、電子線装置及び画像形成装置に関するものである。特には、スペーサを有するものに関する。また特には、帯電防止膜を有するものに関する。
【０００１】
背景技術
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、例えば表面伝導型電子放出素子や、電界放出素子（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。
【０００２】
表面伝導型電子放出素子としては、例えば、M.I.Elinson,Radio Eng.Electron Phys.,10,1290,(1965)や、後述する他の例が知られている。
【０００３】
表面伝導型電子放出素子は、基板上に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことにより電子放出が生ずる現象を利用するものである。この表面伝導型電子放出素子としては、前記エリンソン等によるＳｎＯ₂薄膜を用いたものの他に、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.Hartwell and C.G.Fonstad:“IEEE Trans.ED Conf.”,519(1975)]や、カーボン薄膜によるもの［荒木久 他：真空、第２６巻、第１号、２２（１９８３）］等が報告されている。
【０００４】
これらの表面伝導型電子放出素子の素子構成の典型的な例として、図２７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３００５が形成される。図中の間隔Ｌは、０．５〜１［ｍｍ］、Ｗは、０．１［ｍｍ］に設定されている。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。
【０００５】
Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌらによる素子をはじめとして上述の表面伝導型電子放出素子においては、電子放出を行う前に導電性薄膜３００４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３００５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３００４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３００４を局所的に破壊、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３００５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３００４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３００４に適宜の電圧を印加した場合には、前記亀裂付近において電子放出が行われる。
【０００６】
また、ＦＥ型の例は、例えば、W.P.Dyke & W.W.Dolan,“Field Emission”,Advance in Electron Physics,8,89(1956)や、あるいは、C.A.Spindt,“Physical Properties of Thin-Film Field Emission Cathodes with Molybdenium cones”,J.Appl.Phys.,47,5248(1976)などが知られている。
【０００７】
ＦＥ型の素子構成の典型的な例として、図２８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、３０１０は基板で、３０１１は導電材料よりなるエミッタ配線、３０１２はエミッタコーン、３０１３は絶縁層、３０１４はゲート電極である。本素子は、エミッタコーン３０１２とゲート電極３０１４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３０１２の先端部より電界放出を起こさせるものである。
【０００８】
また、ＦＥ型の他の素子構成として、図２８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。
【０００９】
また、ＭＩＭ型の例としては、例えば、C.A.Mead,“Operation of Tunnel-Emission Devices,J.Appl.Phys.,32,646(1961)などが知られている。ＭＩＭ型の素子構成の典型的な例を図２９に示す。同図は断面図であり、図において、３０２０は基板で、３０２１は金属よりなる下電極、３０２２は厚さ１００［Å］程度の薄い絶縁層、３０２３は厚さ８０〜３００［Å］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３０２３と下電極３０２１の間に適宜の電圧を印加することにより、上電極３０２３の表面より電子放出を起こさせるものである。
【００１０】
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、微細な素子が作成可能である。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に応答速度が遅いのとは異なり、冷陰極素子の場合には応答速度が速いという利点もある。
【００１１】
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。
【００１２】
例えば、表面伝導型電子放出素子は、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、例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、表面伝導型電子放出素子の応用については、例えば、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。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米国特許第５，０６６，８８３号や特開平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、表面伝導型電子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。表面伝導型電子放出素子と蛍光体とを組み合わせて用いた画像表示装置は、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。例えば、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。
【００１４】
また、ＦＥ型を多数個ならべて駆動する方法は、例えば本出願人による米国特許第４，９０４，８９５号に開示されている。また、ＦＥ型を画像表示装置に応用した例として、例えば、Ｒ．Ｍｅｙｅｒらにより報告された平板型画像表示装置が知られている[R.Meyer:“Recent Development on Micro-Tips Display at LETI”,Tech.Digest of 4th Int. Vacuum Microelectronics Conf.,Nagahama,pp.6〜9(1991)]。
【００１５】
また、ＭＩＭ型を多数個並べて画像表示装置に応用した例は、例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。
【００１６】
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画像表示装置は省スペースかつ軽量であることから、ブラウン管型の画像表示装置に置き換わるものとして注目されている。
【００１７】
図３０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。
【００１８】
図中、３１１５はリアプレート、３１１６は側壁、３１１７はフェースプレートであり、リアプレート３１１５、側壁３１１６およびフェースプレート３１１７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。リアプレート３１１５には基板３１１１が固定されているが、この基板３１１１上には冷陰極素子３１１２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３１１２は、図３０に示すとおり、Ｍ本の行方向配線３１１３とＮ本の列方向配線３１１４により配線されている。これら基板３１１１、冷陰極素子３１１２、行方向配線３１１３および列方向配線３１１４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３１１３と列方向配線３１１４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。
【００１９】
フェースプレート３１１７の下面には、蛍光体からなる蛍光膜３１１８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３１１８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３１１８のリアプレート３１１５側の面には、Ａｌ等からなるメタルバック３１１９が形成されている。
【００２０】
Ｄｘ１〜ＤｘｍおよびＤｙ１〜ＤｙｎおよびＨｖは、当該表示パネルと不図示の電気回路とを電気的に接続するために設けた気密構造の電気接続用端子である。Ｄｘ１〜Ｄｘｍはマルチ電子ビーム源の行方向配線３１１３と、Ｄｙ１〜Ｄｙｎはマルチ電子ビーム源の列方向配線３１１４と、Ｈｖはメタルバック３１１９と各々電気的に接続している。
【００２１】
また、上記気密容器の内部は１０^-6Ｔｏｒｒ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。リアプレート３１１５およびフェースプレート３１１７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。これに対し、図３０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）３１２０が設けられている。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間は通常サブミリ乃至数ミリに保たれ、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。
【００２２】
以上説明した表示パネルを用いた画像表示装置に、容器外端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを通じて各冷陰極素子３１１２に電圧を印加すると、各冷陰極素子３１１２から電子が放出される。それと同時にメタルバック３１１９に容器外端子Ｈｖを通じて数百［Ｖ］乃至数［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３１１７の内面に衝突させる。これにより、蛍光膜３１１８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。
【００２３】
発明の開示
本願発明は、好適な電子線装置を実現することを目的とする。
【００２４】
即ち、本願にかかわる電子線装置の発明のひとつは以下のように構成される。
【００２５】
電子線装置であって、
気密容器と、該気密容器内に設けられる電子源と、スペーサとを有しており、
該スペーサは、金属元素を含む微粒子とバインダーを含む層を有しており、
前記微粒子は、平均粒子径が前記層の厚みより小さくかつ１０００Å以下であり、
前記層は、表面で測ったシート抵抗値は１０の７乗Ω／□以上であり、かつ前記粒子の凝集によって形成される２次粒子によって、表面に凹凸を有することを特徴とする電子線装置。
【００２６】
ここでスペーサは気密容器の形状を維持するものであるとよい。たとえば枠のように気密容器の一部を兼ねるものであってもよい。また、気密容器内の気密空間に設けられるスペーサを有する構成において、本願発明は特に好適に適用できる。
【００２７】
特には、気密容器が平板状の互いに対向する部材を有しており、該互いに対向する部材間の間隔を維持するスペーサの高さが、該互いに対抗する部材間に形成される気密空間の前記スペーサの高さ方向と直交する方向の主要長（気密空間が方形である場合はその対角長）の５０分の１以下である場合、特には１００分の１以下である場合に本願発明は特に有効である。
【００２８】
微粒子の平均粒径を１０００Å以下とすることにより、微粒子の偏在、もしくは凝集した微粒子による２次粒子の偏在を抑制することが可能となる。また、微粒子を含む層の電気特性が安定になる。特にバインダーを用いる場合はバインダー内での微粒子の分散の程度の制御が容易になる。なお、微粒子が金属元素を含むことにより導電性（抵抗値）を安定にすることができる。金属元素は他の元素と化合物を形成していてもよく、好適には金属の酸化物や金属の窒化物を構成しているとよい。なお、平均粒径は、更には２００Å以下、より好適には１００Å以下であるとよい。
【００２９】
なお、前記スペーサの前記領域の表面で測ったシート抵抗値は１０の１４乗Ω／□以下であることが望ましい。
【００３０】
なお、上記発明において、前記微粒子を含む層は前記スペーサを構成する基体上に設けられているとよい。ただしスペーサの表面に微粒子を含む層が露出している必要はなく、微粒子を含む層の上に更に他の層を有していてもよい。この場合シート抵抗値は微粒子を含む層と他の層の寄与を含むものとなる。スペーサの基体を用いることにより、製造が容易になり、また導電性（抵抗値）の制御が容易になる。スペーサの基体としては、絶縁性のものを用いるのが好適である。なお、上記発明の条件を満たす領域はスペーサ全面に存在する必要はない。
【００３１】
また上記各発明において、前記微粒子を含む層が、微粒子と微粒子間にあってバインダーなど他の固体が充填されている隙間とによって構成されている場合や、微粒子と微粒子間にあって固体が充填されていない隙間とによって構成されている場合、など上記各発明の微粒子を含む層の構成はさまざまな形態をとりうるが、該層における微粒子の体積比率は３０％以上あるとよい。
【００３２】
また、上記各発明において、前記微粒子を含む層が、前記微粒子とバインダーとを含むと好適である。バインダーとしては無機化合物を含むものが好適である。
【００３３】
また、上記各発明において、前記微粒子の平均粒径は前記微粒子を含む層の層厚の０．１倍以下であると好適である。より好適には、０．０５倍以下、更には０．０２倍以下にするとよい。
【００３４】
また上記各発明において、前記微粒子が金属の酸化物もしくは金属の窒化物を含むと好適であり、また、前記微粒子がＩＩＩＢ族もしくはＶＢ族の元素を含むと好適であり、また、前記微粒子がＳｂもしくはＰを含むと好適である。
【００３５】
また、上記各発明においては、以下の実施例でも示すように、前記微粒子を含む層が表面に凹凸を有すると更に好適である。この微粒子を含む層の上に他の層を有する場合は、該他の層の表面に凹凸が形成されていると好適である。なお、上記各発明で延べた微粒子を含む層が存在する領域におけるスペーサ表面の表面粗さは１００Åより大きいと好適である。
【００３６】
また本願は電子線装置の発明として以下の発明を含む。
【００３７】
電子線装置であって、
気密容器と、該気密容器内に設けられる電子源と、該気密容器内に設けられる帯電防止膜とを有しており、
該帯電防止膜は、金属元素を含む微粒子とバインダーを含む層を有しており、
前記微粒子は、平均粒子径が前記層の厚みより小さくかつ１０００Å以下であり、
前記層は、表面で測ったシート抵抗値は１０の７乗Ω／□以上であり、かつ前記粒子の凝集によって形成される２次粒子によって、表面に凹凸を有することを特徴とする電子線装置。
【００３８】
また本願は、上記した各発明の電子線装置と、該電子線装置が有する電子源からの電子の照射により画像を形成する画像形成部材とを有することを特徴とする画像形成装置の発明を含んでいる。画像形成部材としては、たとえば蛍光体を用いることができる。
【００３９】
発明を実施するための最良の形態
以下では本願発明の実施の形態を説明する。以下の実施の形態では、電子線装置のスペーサに微粒子を含む層を設けた場合の例を挙げて説明する。
【００４０】
まずより具体的な問題点の説明を行う。たとえば図３０に記載の構成を例にとると以下のような問題が考えられる。
【００４１】
第１に、スペーサ３１２０の近傍から放出された電子の一部がスペーサ３１２０に当たることにより、あるいは放出電子の作用でイオン化したイオンがスペーサに付着することにより、スペーサ帯電をひきおこす可能性がある。このスペーサの帯電により冷陰極素子３１１２から放出された電子はその軌道を曲げられ、蛍光体上の正規な位置とは異なる場所に到達し、スペーサ近傍の画像が歪んで表示される。
【００４２】
第２に、冷陰極素子３１１２からの放出電子を加速するためにマルチビーム電子源とフェースプレート３１１７との間には数百Ｖ以上の高電圧（即ち１ｋＶ／ｍｍ以上の高電界）が印加されるため、マルチ電子源とフェースプレート３１１７間のスペーサ３１２０表面に沿った沿面放電が懸念される。特に、上記のようにスペーサが帯電している場合は、放電が誘発される可能性がある。
【００４３】
スペーサに微小電流が流れるようにして帯電を除去する提案ＵＳＰ５，７６０，５３８がなされている。そこでは絶縁性のスペーサの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。
【００４４】
また、高抵抗膜により帯電を除去する方法だけでは画像のゆがみの低減が不十分であることがあった。この問題は、高抵抗膜付きスペーサと上下基板すなわちフェースプレート（以下、「ＦＰ」という。）およびリアプレート（以下、「ＲＰ」という。）との間の電気的接合が不十分であり、接合部付近に電荷が集中することが要因として考えられる。この点を解決する提案として特開平８−１８０８２１号公報や特開平１０−１４４２０３号公報のように、スペーサのＦＰ側の端面およびＲＰ側の端面を１００〜１０００ミクロン程度の範囲で金属または高抵抗膜より抵抗率の低い材料で被覆することにより、上下基板との電気的コンタクトを確保するとともにフェースプレートからの反射電子（輻射電子）の入射による帯電を抑制する手法がある。
【００４５】
これらの高抵抗膜の付与手段や放出電子の軌道制御と後述する電気的コンタクトを目的とした低抵抗膜部分形成によっても、フェースプレートの素材や膜厚、形状、陽極加速電圧、等の電子線装置の他の設計パラメータによっては、スペーサ上の帯電の抑制が不十分であり、発光点の変位やスペーサ付近での部分的な微少放電の発生などの問題があった。
【００４６】
これらの帯電の原因の詳細は明らかにはなっていないが、以下のような背景が要因となっていると考えられる。
【００４７】
後述するスペーサの容量や抵抗を実効的に増大させる要因が存在すること、もしくは、スペーサに近接する冷陰極素子３１１２の非選択期間に最近接以外の冷陰極素子３１１２からの反射電子や陰極との接合付近の電界集中領域からの異常な電界放出に曝されていること等がスペーサの帯電の要因となっていると推測される。また、後述するスペーサ表面の二次電子放出係数が設計上制御されていないこともスペーサの帯電の要因となっていると考えられる。
【００４８】
そこで、本発明者は、次に述べるようにいくつかの要因に分けて検討を行った。
【００４９】
［背景１］ スペーサ表面の高抵抗膜の緩和時定数による制限
スペーサ表面の任意の領域における帯電現象の進行は、一般に誘電体の帯電モデルを適用することで、注入電流に対する帯電電位の時間変化として考慮することができる。
【００５０】
図４は、実効的注入電流ｉｃがスペーサ表面の任意の位置ｚに電流源から供給され、注入領域から上下電極を見た容量抵抗成分によって、緩和するモデルを説明した図である。この図中、Ｖａは、電圧源から陽極に印加される電圧を意味し、ｉｃは、高さｚｈ（ｈはスペーサの高さに相当、０＜ｚ＜１）の位置に供給される実効的注入電流であり、二次電子電流と一次電子電流の差に一致する。Ｃ１、Ｒ１は注入領域と陽極との間の緩和時定数を規定する静電容量値、抵抗値を意味し、Ｃ２、Ｒ２は注入領域と陰極との間の緩和時定数を規定する静電容量値、抵抗値を意味する。このとき、抵抗と容量が高さ方向において一様に分布しているとき、スペーサの抵抗Ｒと容量Ｃを用いて、Ｃ１、Ｃ２、Ｒ１、Ｒ２は、それぞれ、Ｃ／（１−ｚ）、Ｒ（１−ｚ）、Ｃ／ｚ、Ｒｚと記述される。
【００５１】
任意の位置の注入電流に対して、互いに重ねあわせの原理が成立するから、図４のように、陽極陰極間に電圧源により高圧Ｖａ印加し、着目領域位置ｚに真空側から入射する電子電流を出入りの差分をとった値である実効的注入電流Ｉｃとして扱い、これを電流源として供給する等価回路で定式化して帯電過程を考えて一般性を失わずにスペーサ上の任意の高さの領域の電位を規定できる。
【００５２】
以下に、スペーサの構成として好適な構成を考案するために、具体的に本発明の電子線放出装置において好適な絶縁性もしくは高抵抗膜付きスペーサ上の帯電電位の緩和過程の定式化を行う。簡単のために、電気定数のスペーサ表面上の分布が均一であることを仮定する。先ず、スペーサ表面への実効的な注入電荷速度を電流源が供給する電流量として扱い入射電子のエネルギー分布入射角度分布を考慮して定式化すると、
電子放出素子からの放出電子電流量 Ｉｅ
高さｚｈ（０＜ｚ＜１）における入射電子量割合 βij
高さｚｈ（０＜ｚ＜１）における二次電子放出係数 δij
添字i,jはそれぞれ、入射エネルギーと入射角度に対応する
位置ｚにおける一次電子電流量Ｉｐ
Ｉｐ＝ΣΣＩｐij＝ΣΣβij×Ｉｅ
位置ｚにおける二次電子電流量Ｉｓ
Ｉｓ＝ΣΣδij×Ｉｐij＝ΣΣδij×βij×Ｉｅ
位置ｚにおける電荷注入速度Ｉｃ
Ｉｃ＝ΣΣ（δij−１）×Ｉｐij＝ΣΣ（δij−１）×βij×Ｉｅ
と表される。
【００５３】
最終的に注入電荷速度Ｉｃは、
Ｉｃ＝Ｐ × Ｉｔ 一般式（２）
と記述できる。
【００５４】
ただし、ＰはＰ＝ΣΣ（δij−１）×βijで記述され、Ｉｅには独立の係数であるが、帯電の進行により、実際には変化することが予想される。
【００５５】
次に、注入領域からみたスペーサ膜の容量と抵抗の配置は、簡単のためにスペーサの高さ方向（陽極陰極間の高圧印加方向に一致）に抵抗と容量の分布が存在しないと仮定して考える。このとき、陽極・陰極からみたスペーサの面方向の抵抗と容量をＲ，Ｃ、スペーサの高さをｈ、注入領域の高さをｚｈ、（０≦ｚ≦１、陽極側ｚ＝１）とすると、注入領域上下に存在する電気定数は位置ｚに対応して規定される。さらに、陽極・陰極間は電圧源により電圧が印加されているので実効的インピーダンスＺが０として捉えられる。従って、注入された帯電電荷は、注入領域の上下に位置する抵抗と容量のそれぞれの並列抵抗、並列容量を通じて緩和されると理解される。位置ｚにある注入領域とＧＮＤとの間の抵抗は、ｚ（１−ｚ）Ｒ、容量は、Ｃ／ｚ＋Ｃ／（１−ｚ）であり、緩和パスの応答時定数τは、元のスペーサ抵抗容量積に一致しＣＲとなる。
【００５６】
このときの任意の場所の電位は、前述の等価回路図４における全閉路に電流に関する微分方程式をたてて得られた解から、時間の関数として記述される。
【００５７】
電子放出素子の連続的な駆動条件下で、電子放出開始時刻をｔ＝０とすると、最終的に、注入領域の帯電電位の進行過程を表すΔＶ（ｔ）は
ΔＶ（ｔ）＝z(1-z)*R*ic*(1-exp(-t/τ)) 一般式（３）
となり、抵抗値Ｒと実効的注入電流Ｉｃの積に依存していることがわかる。
【００５８】
帯電の時間的進行を、図５に示す様に、横軸に時間、縦軸に電子放出素子からのエミッション電流量とスペーサ上の帯電電位電子放出時間をとり、休止時間（すなわち選択期間、非選択期間）としてｔ１秒、ｔ２秒毎に繰り返す駆動をしたときについて考えると、一般式（３）より注入領域の最初の周期（ｔ１＋ｔ２秒）の終了時の帯電電位ΔＶは
ΔＶ（ｔ）＝z(1-z)*R*ic*(1-exp(-t１/τ))＊exp（-t2/τ) 一般式（４）
となり、ｔ２＞＞τまたはｔ１＜＜τの条件以外では、近傍の素子の駆動毎に帯電が蓄積していくことが予想される。以上がスペーサの帯電の緩和過程の記述である。
【００５９】
一方、表示素子としては、選択期間ｔ１中の放出電子量に依存してビーム位置が変化すること（Ｄｕｔｙ依存）が問題となるが、このような発光位置のＤｕｔｙ依存は、放出電子量（Ｉｅとパルス幅の積）に対する一般式（３）の示すΔＶの変化として捉えることができるから、一般式（３）の両辺を、放出電子量（Ｉｅとパルス幅の積）で微分する。
ｄΔV(t)/ｄ（Ie×ｔ１）
＝z(1-z)*R*[P*(1-exp(-t１/τ))/ｔ１＋P＊exp(-t１/τ)/τ]
＝z(1-z)*/C*P/ｔ１*[τ＋（ｔ１―τ）＊exp(-t１/τ)] 一般式（５）
となるが、駆動条件や材料定数により簡単化され、絶縁性材料である場合や選択時間が非常に短い場合はＣＲ＝τ＜＜ｔ１が成立し、
ｄΔV(t)/ｄ（Ie×ｔ１）＝ z(1-z)*P/C 一般式（６）
となる。
【００６０】
低抵抗材料である場合や選択時間が非常に長い場合はＣＲ＝τ＞＞ｔ１が成立し、
ｄΔV(t)/ｄ（Ie×ｔ１）＝ z(1-z)*P*R/t1 一般式（７）
となる。
【００６１】
上記の定式化をもとに、発光位置のＤｕｔｙ依存すなわち、選択期間における階調依存を規定するパラメータを説明する。
【００６２】
陽極陰極間の加速電圧を維持する条件から、スペーサは表面方向にある程度の絶縁性もしくは高抵抗性を有していることが好ましい。そのため、通常は任意の位置における帯電電位のＤｕｔｙ依存を考慮する場合、一般式（５）または（６）を適用することが好ましい。したがって、Ｄｕｔｙ依存を抑制するためには、スペーサ材料の誘電率を大きくするか断面積を大きくすることが要求されるが、誘電率の材料上の制御可能範囲は比抵抗に比較して極端に狭く、膜厚に関しても、プロセス上の理由から効果的な大きさを確保することはできない。したがって、パラメータＰを抑制することが必要となる。
【００６３】
さらには、休止期間における帯電緩和の効果を高めるという観点から見ると、前述の一般式（４）で説明したように抵抗と静電容量から規定される時定数より短い繰り返し周期でスペーサに電荷が注入されれば電荷が蓄積されてしまう。仮にスペーサ表面の高抵抗膜の緩和時定数が、電子放出素子のライン非選択期間ｔ２秒（≒選択期間×走査ライン数）より小さい材料を適用していても、累積帯電が形成されていることがある。
【００６４】
本願発明者は、さらに以下の検討も行った。
【００６５】
［背景２］ 一般に二次電子放出係数は入射電子の入射角依存性が大であり、 高入射角化により指数関数的に二次電子放出係数δが倍増すること
一般に、図２のように一次電子が平滑な表面に入射した場合の二次電子放出係数は、その入射角をθ［度］（−９０＜θ＜９０）、入射エネルギーをＥｐ［ｋｅＶ］、入射電子の膜中の侵入距離をｄ［Å］、二次電子の吸収係数をα［１／Å］、膜中の二次電子生成に必要な一次電子の平均エネルギーξ［ｅＶ］、表面から真空への二次電子の脱出確率をＢとすると、一次電子の膜中でのエネルギー損失過程を記述するパラメータＡ、ｎによって、以下のような一般式（０）により定量的に記述される。
【００６６】
【数１】

【００６７】
上記一般式(０)の示す二次電子放出係数の入射エネルギー依存特性は、一般に図１０のように低エネルギー側にピークを有した山型の特性を示し、多くの場合、二次電子放出係数δのピーク値が１を超え、δ＝１を満足する入射エネルギーを２つ有している。この２つのクロスポイントエネルギー間の入射エネルギーにおいては二次電子放出係数が正となり正電荷の発生を意味している。二つのクロスポイントエネルギーのうち小さい方を第１クロスポイントエネルギーＥ１、大きい方を第二クロスポイントエネルギーＥ２と称する。
このとき、一般式（０）において、垂直入射すなわちθ＝０度で規格化した二次電子放出係数の入射角依存度が、斜め入射による二次電子放出増倍効果を評価する指標となりうる。
これを、以下に一般式（１）として示す。
【００６８】
【数２】

【００６９】
ただしここにおいても、パラメータｍ１、ｍ２は、m1＝0.68273、ｍ2=0.86212の値を有する定数である。ただし、ここでｍ₀は二次電子の吸収係数αと一次電子の侵入距離ｄの積であるαｄに一致し、入射エネルギーの関数であり、正の実数をとりうる。ｍ₀をその性質より二次電子放出係数の入射角度増倍係数と称することにする。
【００７０】
上記一般式（１）において、任意の入射エネルギー条件において入射角｜θ｜に対する単調増加傾向を示し、９０度入射条件近傍で急激に増加する。この二次電子放出係数の高入射角増倍効果を図３に示す。これは、斜め入射により、二次電子の膜中の生成部位が膜表面に近い浅いところに分布が移動するため、再結合により消失されずに真空中に放出される割合が増加するためである。このことは、見かけ上、二次電子の吸収係数αがαｃｏｓθに減少したこととして理解できる。実際のスペーサ材料として平滑面に形成された平滑な膜においては、例えば、多くの帯電防止膜が正の二次電子放出係数を有するエネルギーすなわち第１クロスポイントエネルギーより大でありかつ第二クロスポイントエネルギーより小なエネルギーである入射エネルギーが１ｋｅＶの条件で二次電子放出係数の入射角度増倍係数ｍ₀が１０より大きな値を有し、入射角の増大による正の帯電が拡大し、スペーサ材料の正帯電の大きな原因となっている。
【００７１】
［背景３］ スペーサに対する入射角分布が大きく、さらに高入射角な入射電子が支配的となっていること
スペーサ表面への電子の入射経路はさまざまに存在しているが、大きく３経路に代表される。第一の経路は、電子放出素子からの放出電子の直接入射であり、入射角度は、スペーサ近傍の電場の歪みの程度や他の装置の設計値によるが８０度〜８６度程度と高入射角度かつ高入射エネルギーの入射モードをとる。また、スペーサと近傍放出電子素子との距離が近いため、非常に入射電子量が多くなることが特徴である。第二の経路はフェースプレートから周囲に反射した反射電子の間接入射であり、入射角度は、０から高入射角まで分布し、入射エネルギーも分布をもつが、第一経路の入射エネルギーよりは小さい。第三の経路は、第一第二の入射電子もしくは、スペーサと陰極の接点付近の電界集中点から電界放出された電子のスペーサ表面への再入射である。第三の経路は、スペーサ表面の形状や帯電電位の分布があるが、局所的により多く正帯電している領域に電子が再入射しやすいために生じると考えられる。この第三の経路も入射角は分布をもち、通常、加速電圧として沿面方向に数〜数１０ｋＶ／ｃｍ程度の高電界が印加されているため、垂直入射から変調され高入射角となる。したがって、いずれの経路を経た入射電子も入射角度分布をもち、高入射角の入射電子により固体内部に形成した正電荷により実効的な電荷注入が行われる。上記、入射モードのうち、問題点となる正帯電に支配的となるのは、通常は第１経路の直接入射電子であるが、駆動状態や電子放出素子の設計に依存していて、必ずしも、フェースプレートからの輻射電子や次項で述べる多重散乱電子の再入射が問題とならないわけではない。
【００７２】
［背景４］ 表面の多重電子放出
一旦スペーサ表面から放出された二次電子は、大きくても５０ｅＶ程度と比較的小さな初期エネルギーを有している。空間中で陽極陰極間の電界からエネルギーを受けるが、陽極に到達する電子のほかにスペーサが正に帯電している状況が多く発生するため、スペーサ上の正帯電領域に再突入する電子が多く存在する。これらは、比較的低入射エネルギーでかつ高入射角で入射と放出を交互に繰り返しながらスペーサ上に累積的に正帯電を蓄積させていくため、問題である。したがって、上記の多重電子放出を抑制することが望ましい。
【００７３】
以下の実施例では、微粒子を含む層を用いて好適なスペーサを実現した例を示す。特にその平均粒径を好適なものとし、導電性の微粒子を用い、また金属元素を含む微粒子を用いて微粒子を含む層を構成したのみでなく、上述の背景を考慮して具体化した実施の形態を例示する。
【００７４】
＜微粒子分散型粗面化層による二次電子放出係数の入射角度依存性の抑制効果＞
二次電子放出係数の入射角度増倍係数ｍ₀を小さくし、かつ垂直入射の二次電子放出係数δ₀をも低減するためにはどうすればよいかを検討した結果、以下のような要件を満たすとさらに好適であることが分かった。すなわち、入射角依存性を緩和するためには、大きく分けて二つの手法をとることが考えられる。
【００７５】
入射角自体の一様性を緩和する手法、もしくは、材料側の特性として、表面効果すなわち一次電子と二次電子の侵入長の比ｄ／λを少なくする方法が考えられる。
【００７６】
（１）一次電子の入射角を分散
表面と見なす界面の法線の方向に分布を持たせることにより、入射角度が外部から規定される角度に限定されずに、局所的に定義された入射角はマクロに定義された角度にたいして分布をもつことになり、入射角依存性が緩和する。入射角の依存性は９０度入射近傍で急激に増大する特性を示すため、入射角を分散させ緩和する効果は大きい。
【００７７】
（２）一次電子と二次電子の侵入長の比の低減
固体中の侵入長(penetration depth)は電子密度ρＺeff／Ａeff（ここで、ρは固体の密度、Ｚeffは実質的な原子番号（もしくは等価的な原子番号）、Ａeffは実質的な原子量［ｇ／ｍｌ］（もしくは等価的な原子量）であり、複数の元素からなる物質の場合は、各元素ごとにそれぞれの成分比を原子番号もしくは原子量に乗じて足した等価的な値を用いる。）の逆数に比例するので電子密度を大きくとれば二次電子放出係数の入射角度増倍係数ｍ₀を小さくすることが可能となる。Ｚeff／Ａeffは水素以外の元素は、２〜２．５の範囲をとり、ρの変化に比較し小さいので、侵入長は、固体の密度ρにより規定されている。すなわち、同じ入射エネルギーの一次電子では密度ρの大な膜中ほど侵入長は小さくなる。そこで、二次電子放出係数の入射角度倍増係数ｍ₀を抑制することは、ｍ₀＝ｄ／λ（但しλは二次電子の脱出深さであり、λ＝１／α）であるから、一次電子と二次電子の媒質中における侵入距離の比を抑制することとして理解できる。
【００７８】
しかしながら、均一の一材料系では上記λとｄの関係を独立に制御することが非常に困難であり、本願発明者等による検討の結果、多くの場合、二次電子放出係数の入射角度増倍係数ｍ₀が第２クロスポイントエネルギーE2以下の一次電子に対して１０以上の値となることが分かった。
【００７９】
本発明者等の詳細なる検討の結果、上記（１）（２）の作用を機能させるための構成としては、下記に示す構造があることがわかった。
【００８０】
それは、表面の位置を膜厚方向に分布を持つ構成をとることにより、脱出深さλを分散させて深さ方向に増大させる。固体中の多くの領域で電子のエネルギーの差からλ／ｄであるため、表面位置の分散に伴うｄの増加率はλの増加率に比べて微少であり、結果としてｄ／λは小さな値となり、二次電子放出係数の入射角度増倍係数ｍ₀は低減する。上述の表面の膜厚方向の位置の分散を持たせる手法は、局所的に表面が内部にもぐみこみ入り組んだような凹凸構造をとることにより実現される。
本発明者等の詳細なる検討の結果、このような入り組んだ構造としての具体例は、必ずしも、スペーサの最表面の形状が凹凸を有している構成に限定されずに、最表面が平滑でも電子の侵入深さの領域に質的にな差を有した界面が内部で入り組んだ構造においても、二次電子放出係数の入射角度倍増係数が小さい構成が実現可能であることが分かった。
【００８１】
これら手法によりλの増大が計られ、好適な設計を施すことにより第２クロスポイントエネルギーE2以下の一次電子に対して二次電子放出係数の入射角度増倍係数ｍ₀が従来例に比較して3分の1以下程度となり、第2クロスポイントエネルギー以下の一次電子に対してｍ₀が３程度までに減少させることが可能となること分かった。
【００８２】
＜微粒子分散型粗面化層による二次電子放出係数の抑制効果＞
さらに、前記の微粒子分散型粗面化層により、表面が入り組んだ構造によるスペーサは、二次電子放出量の絶対値も低減させる効果を有することが分かったが、この作用機構は、次のように理解される。
【００８３】
微粒子を含む層や高抵抗膜部で走行する、二次電子と一次電子はともに媒質内部の原子と相互作用しながら衝突、散乱を繰り返し、エネルギーを失っていく。このとき電子が通過する媒質の電子密度に、侵入長とエネルギー減少率は強く依存しており電子密度の大きな媒質中では散乱確率が高いので侵入長は小さくなる。さらに、一定の侵入距離あたりのエネルギー減少率が大きく、単位深さあたりの二次電子生成量は増大する。電子密度が大きな構造すなわち比重が大きな材料は比重が小さな材料に比較して、電子の侵入長が小さく、媒質中での二次電子生成量が大きくなる。
【００８４】
電子の侵入長と生成量の差を考慮して、これらの電子密度の異なる媒質の界面において、生成した二次電子の挙動を考えると、微視的に見て電子密度大の領域から電子密度小の領域に二次電子が放出している現象が発生していると考えられる。
【００８５】
ここで、上記の界面が凹凸を形成し表面積を増大させる方向に形成されている場合、電子の侵入長の大きな低電子密度側の領域を走行しながら、再度、高電子密度領域との界面に到達してエネルギーを失う。誘電分極として膜中に電荷は或る一定時間残留するが、結局、正孔と再結合し最終的には膜内部で消失する。結局これらの大部分は最終的な真空への放出がなされずに真空への二次電子放出量は低減する。
【００８６】
以下で示す具体的な実施例では、帯電防止膜と真空とを電子密度の異なる２領域として利用し、その２領域が入り組んだ界面を形成するようにしているため、上述のように真空への二次電子放出量を効果的に低減することができ、それにより帯電を防止することができる。
【００８７】
表１に以下の実施形態により実現される作用をまとめた。
【００８８】
【表１】

【００８９】
また、電子の密度の差が異なる領域を界面としてとらえることで、両者の界面が膜内に入り組んだ構成、すなわち膜内に疎密がある構成によっても特定の材料に限定されずに、同様な効果を実現できる。
【００９０】
また、本実施例のスペーサは電子線装置に好適に用いられるものであり、その際スペーサは表面に高抵抗な帯電防止膜を有し、電子源との当接面および／または電子源と対向するプレート上の電極との当接面に導電膜を有する構成とすることが可能であり、前記高抵抗膜が前記電子源および前記電極に対して前記導電膜を介して電気的に接続されていることが好ましい。
【００９１】
電子線装置の実施形態としては、以下のような形態を挙げることができる。
【００９２】
（１）前記電極が前記電子源より放出された電子を加速する加速電極であり、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である形態。特に、前記ターゲットが蛍光体である画像表示装置。
【００９３】
（２）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電子放出素子である形態。
【００９４】
（３）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である形態。
【００９５】
（４）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である形態。
【００９６】
（５）また、本発明によれば、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ｍ本の行方向配線とｎ本の列方向配線を、適宜選択することで、ライン状発光源だけでなく、２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、以下の実施形態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、本発明は応用できる。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。
【００９７】
以下に本発明の好ましい態様について説明する。
【００９８】
本実施例によるスペーサはスペーサ基板と、スペーサ基板の少なくとも一部を被覆する、微粒子を含む層（以下の実施例では、粗面化による帯電抑制も行っており、微粒子を含む層は粗面化のための層を兼ねるので粗面化層ともいう。）とを有し、粗面化層は、微粒子がバインダーとともに含有されている構造をとる。これにより、スペーサ基板上の凹凸は、複数の方向に対して入射角を緩和するように形成されている。図１は、本実施例のスペーサの形状を示す図であり、例えば図１１に示すような画像表示装置においてスペーサ１０２０として用いられる。図１（ｂ），（ｃ）は本実施例の凹凸基板スペーサの断面模式図であり、（ｂ）は、同図（ａ）中の縦方向Ｂ−Ｂ′を含む断面であり、同様に（ｃ）は、横方向Ｃ−Ｃ′を含む断面の模式図である。１は、スペーサ基板、４は、微粒子が分散された粗面化層であり、２はスペーサ基板１の表面に形成した、更なる帯電抑制を目的とした高抵抗膜である。高抵抗膜２は、前記スペーサ基板上に形成された粗面化層の表面凹凸にならい最終的な表面に凹凸を形成している。この実施例では微粒子を含む層と高抵抗膜とで帯電防止膜を構成したが、微粒子を含む層（より好適には粗面化層）２のみで帯電防止膜とすることも実施形態としてありうる。３は上下電極基板とスペーサとの間のオーミックなコンタクトを得るために必要に応じて設けられた低抵抗膜である。図１（ｂ）、（ｃ）から明らかなように、スペーサ基板は互いに直交するＢ−Ｂ’断面方向にもＣ−Ｃ’断面方向にも凹凸形状を有している。従って、他の断面方向にも凹凸形状を有している。
【００９９】
さらに本実施例のスペーサは、微粒子の平均粒径を好適にして電気的特性の安定した帯電防止膜を構成しているが、それに加えて、微粒子を含む層を粗面化層としても好適に用いるために、粗面化層の膜厚を、分散されている微粒子もしくは微粒子の凝集による二次粒子の粒子径に対して小としている。二次粒子径が膜厚より大きい場合、膜中に微粒子の分布に疎密が形成されているため、さらに微粒子の導電性がバインダーマトリクスの導電性より大きい構成をとれば、膜厚方向の導電パスにはバウンダリーがなく、膜面方向の導電パスにはバウンダリーが複数存在するため、膜厚方向と膜面方向に抵抗値の異方性を発現できる副次的な効果も生じるさせることが可能となる。
【０１００】
以下、いずれの形態においても一次粒子（微粒子）の平均粒径を好適なものとしているが、粗面化を特に好適に行う形態として、特に一次粒子の粒子径が膜厚より大きな構成を第１の形態（参考形態）とし、第１形態を図６および図８に例示する。同図中、それぞれ、６０１，８０１は、粗面化のために設けた微粒子、６０２，８０２は、微粒子を基板に対して固定する目的等から設けたバインダーマトリクス部、微粒子径６０３、８０３は、それぞれ、バインダーマトリクス部の膜厚６０４，８０４にたいして、大きな値となるように設計している。基板密着性、導電性などの点から、図８中に示すように、バインダー中に粗面化微粒子以外に他のサイズの微粒子８０６を含有させても良い。
【０１０１】
一方、一次粒子が凝集し一次粒子の疎密分布が存在した場合は、膜中に疎の部分を介して密の部分がつくる二次粒子が互いに点在するような分布をとるため、巨視的に見た場合は凝集界（バウンダリー）と凝集塊（クラスター）を形成する。この構成を粗面化を好適に行う第２の形態（本発明の形態）と称し、この第２形態を図７および図９に例示する。同図中、７０１，９０１は、バインダー中に含有されている一次粒子で、それぞれ、膜厚７０６、９０６より小さい径を有する、７０２，９０２はバインダーマトリクス、一次粒子が凝集した場合は、疎密の分布が膜中に存在するが、微粒子の凝集性がバインダーのそれより大きいので通常は、密な部分７０３、９０３が、疎７０４、９０４な領域に囲まれている分布を示す。さらに二次粒子径より膜厚７０６、９０６を小さい構成とすれば、膜面方向に二次粒子塊が点在する構成を実現できる。さらに、二次電子放出の抑制等の必要から設けた表面コート層７０５を設けることもある。
【０１０２】
いずれの形態においても一次粒子の平均粒径を小さいものにすることにより、一次粒子の分布を好適なものにすることができる。一次粒子が凝集して二次粒子を作る場合であっても二次粒子の分布を好適なものにすることができる。
【０１０３】
以下、本発明を第２の形態で具体的に説明する。尚、第１の形態は、参考形態である。
【０１０４】
＜第１の形態（参考形態）＞
本実施例の第１の形態は、粗面化層中で、微粒子の一次粒子径がバインダーの平均膜厚（以下、単にバインダー膜厚ともいう。）より大きい構成をとる。この形態においては、図６、図８に示すように、粗面化層内において、粗面化のための微粒子６０１または８０１が存在しないバインダーマトリクス部６０２または８０２が必ず存在する。そこで本発明において、バインダーの平均膜厚とは、このバインダーマトリクス部（但し、微粒子の近傍でメニスカスが持ち上げられている部分を除く。）の平均の膜厚をいうものとする。
【０１０５】
ここで、粗面化のためには、バインダー膜厚に対する微粒子径のサイズは、１．２倍以上であることが好ましく、より好ましくは、１．５倍から１００倍の値をとる。下限より小さな粒子径の場合は、粗面化の効果が十分得られず、上限より大きな場合は、微粒子の基板への密着性が減少する。
【０１０６】
またこの場合、バインダーに導電性を付与してもよい。また、特に微粒子を含む層自体の抵抗を高くする場合は、帯電緩和パスとして高抵抗膜を付与することも可能である。
【０１０７】
さらには、導電性の制御とは独立に二次電子放出係数を抑制する目的から、表面コート層として、数〜数十Å程度の低二次電子放出係数材料を表面コートすることも可能である。
【０１０８】
＜第２の形態（本発明の形態）＞
本実施例の第２の形態では、微粒子を含む層である粗面化層の膜厚は一次粒子の粒子径より大きな値をとり、二次粒子の粒子径と同程度かそれより低い膜厚をとる。ここで、粗面化層の膜厚とは、本発明の要件を満たす領域の平均の膜厚をいうものとする。
【０１０９】
塗工溶液中に分散した一次粒子は、固形分と溶液のエネルギーバランス、保存時の温度、光刺激、成膜時の雰囲気、洗浄条件等の不安定要因により、単分散した状態から、より安定な状態として凝集した２次粒子を形成し、膜内に一次粒子の疎密を形成することができる。このとき、バインダー材料に対して微粒子の比抵抗が小さくなるように設計し、かつ、膜厚を二次粒子の粒子径より小さく設定することにより、膜厚方向には疎な分布が示すバウンダリーがなく、膜面方向にはバウンダリーが二次粒子のクラスターを取り囲んだような構造ができる。このとき、膜厚方向が膜面方向に対して低抵抗な抵抗値異方性が発現できる。膜面方向には、消費電力などから好適なシート抵抗の下限が設定されるが、この条件を満足しさらに膜厚方向に帯電を効率よく緩和できる膜を実現できる。さらなる効果としては、凝集したクラスター領域は、膜厚が周囲のバウンダリーの部分に比較して大きくなるため、最終表面に、二次粒子の粒子径オーダーの凹凸構造を付与することが可能となる。この形態においても、必要に応じて、別途、低二次電子放出係数材料を表面コートすることが可能である。
【０１１０】
［形成方法］
本実施例のスペーサでは、粗面化層の形成を液相成膜法によって行う。液相成膜法とは、溶媒を含む分散液・溶液等を塗布する工程と、溶媒を乾燥工程とが含まれるものをいうものとする。
【０１１１】
粗面化層の塗工方法としては、既存の帯電防止膜作成プロセスが適用できる。たとえば、湿式印刷法、エアゾール法、ディッピング法等を適用することができる。微細形状の基板に対する皮膜の形成プロセスのローコスト化という観点からはディッピング法などの簡便なるプロセスが好ましいが、特に、第１の形態のような薄膜化による粗面化の場合は、スピンコートなどのような膜厚の均一性に優れたプロセスにより別の部材に展開した塗工溶液をオフセット印刷で展色する方法が膜厚制御性の観点から好ましい。
【０１１２】
このように、本実施例では湿式プロセスにより、微粒子成分とバインダー成分を含むペーストの塗工工程と乾燥工程より塗布膜を得るので、気相プロセスと比較して、原料の利用効率が高い、タクトタイムの短縮、真空減圧固定が不要などの、低コスト化効果が得られる点で有利である。
【０１１３】
［微粒子サイズ、濃度］
微粒子を含む層を粗面化層としても用いる場合には、その表面に凹凸が存在すればよく、バインダーを用いる場合には、微粒子成分とバインダー成分が表面に凹凸構造をとればよい。基本的に種々の微粒子および／またはバインダー材料を使用することができる。本願発明では、平均粒子径で１０００Å以下の微粒子が好適に用いられる。好ましくは、２００Å以下、より好ましくは１００Å以下である。下限としては５０Å以上が好適である。上述の範囲の微粒子を含む層においては安定な特性を得ることができる。上記凹凸構造として大きな粗面を得るという観点からは、第１の形態では、上記範囲の中できるだけ大きな微粒子が選ばれる。
【０１１４】
一方、第２の実施形態においては、膜の凝集塊を形成する必要があるため、できるだけ小さな微粒子が好ましく用いられる。
【０１１５】
さらに、上記凹凸構造として大きな粗面を得るという観点から、固形分中の微粒子の濃度は、高い値が好ましいが、通常は、１０〜８０重量％が用いられる。微粒子の分散の程度を好適にするためには、微粒子を含む層が、体積比率で３０％以上の微粒子を含むとよい。さらに、塗工溶液中の固形分の濃度は、１５重量％以下であることが好ましい。上限は、塗工溶液の保存性から決定される。
【０１１６】
［微粒子の材料、バインダーの材料］
本実施例で、用いられる微粒子としては、例えば、カーボン、二酸化珪素、二酸化錫および二酸化クロム等を挙げることができるが、安定性を考慮すると金属元素を含むものが好ましく、特に好適には二酸化錫を用いるものがよい。
【０１１７】
また、バインダーとしては、焼成したときに微粒子をスペーサ基板上に保持できるバインダー機能を有するものであればよく、例えばシリカ成分または金属酸化物を含むものが好ましい。
【０１１８】
［スペーサ基板形状］
本実施例のスペーサは、特定の形状のスペーサに限定されない。図３１および図３２は、本実施例の粗面化層により表面に凹凸形状が付与されたスペーサの他の構造として柱状構造の形態を示すものである。
【０１１９】
［スペーサ基板材料］
スペーサ基板が、ペースト中加熱工程に対して耐熱を得るようにするために、基板の材料としては、アルミナなどのセラミックガラス、もしくは無アルカリガラス、低アルカリガラス、アルカリ移動量を抑制したガラスを使用することが好ましい。さらに、画像形成装置が組み立て時の熱工程でフェースプレート若しくはリアプレートとスペーサの熱膨張率の相違により破壊することを防ぐために、必要に応じて、熱膨張係数を調整する目的で基板材料に熱膨張係数調整材料を添加することも可能である。
【０１２０】
熱膨張係数調整材料としては、たとえばスペーサ基板としてアルミナ基板を用いる場合にはジルコニア（酸化ジルコニウム）等を挙げることができる。例えば、熱膨張係数が８０×１０^-7／℃から９０×１０^-7／℃の間の青板ガラスよりなるフェースプレートにアルミナより成るスペーサ基板を有するスペーサを組み立てる際には、アルミナとジルコニアの重量混合比を７０：３０〜１０：９０とすることにより、スペーサ基板の熱膨張率を７５×１０^-7／℃から９５×１０^-7／℃とすることができる。アルミナとジルコニアの重量混合比は好適には５０〜８０％である。熱膨張係数調整材料としては、酸化ランタン（Ｌａ₂０₃）等のジルコニア以外の他の物質を使用することもできる。
【０１２１】
さらには、粗面化層の二次電子放出係数は低い方が好ましく、平滑膜の二次電子放出係数として、ピーク値が３．５以下であることがより好ましい。すなわち、平滑基板上に形成された平滑膜表面に対する垂直入射条件で測定した二次電子放出係数が３．５以下であることがより好ましい。さらには、膜の化学的安定性という観点から、表面層が膜内部に比較して高酸化状態にあることが好ましい。
【０１２２】
本実施例のスペーサは、例えば図１１に示す画像表示装置において、スペーサ１０２０の一方の辺は冷陰極素子を形成した基板１０１１上の配線に電気的に接続されている。また、その対向する辺は冷陰極素子より放出した電子を高いエネルギーで発光材料（蛍光膜１０１８）に衝突させるための加速電極（メタルバック１０１９）に電気的接続される。すなわち、スペーサの表面に形成された帯電防止膜にはほぼ加速電圧を帯電防止膜の抵抗値で除した電流が流れる。
【０１２３】
そこで、スペーサの抵抗値Ｒｓは帯電防止および消費電力からその望ましい範囲に設定される。帯電防止の観点からシート抵抗(sheet resistivity)Ｒ／□は１０の１４乗〔Ω／□〕以下であることが好ましい。十分な帯電防止効果を得るためには１０の１３乗〔Ω／□〕以下がさらに好ましい。シート抵抗の下限は１０の７乗〔Ω／□〕以上であることが好ましい。
【０１２４】
微粒子を含む層の厚みｔ、または微粒子を含む層以外の他の層を有する場合は該他の層を含めた厚みｔは、下限としては一次電子の侵入長と凹凸構造の粗さを考慮し、上限としては、膜応力による剥がれなどを考慮すると、０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが望ましい。
【０１２５】
シート抵抗Ｒ／□はρ／ｔであり（この文脈において、ρは比抵抗を表す。）、以上に述べたＲ／□とｔの好ましい範囲から、帯電防止膜の比抵抗ρは１０の２乗〜１０の１１乗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、ρは１０の５乗〜１０の９乗Ωｃｍとするのが良い。
【０１２６】
スペーサは上述したようにその上に形成した膜を電流が流れることにより、あるいはディスプレイ全体が動作中に発熱することによりその温度が上昇する。帯電防止膜の抵抗温度係数が大きな負の値であると温度が上昇した時に抵抗値が減少し、スペーサに流れる電流が増加し、さらに温度上昇をもたらす。そして電流は電源の限界に達す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条件は、以下の一般式（ξ）で説明される抵抗値の温度係数TCR（Temperature Coefficient of Resistance）の値で特徴づけられる。但しΔＴ、ΔＲは室温に対する実駆動状態のスペーサの温度Ｔおよび抵抗値Ｒの増加分である。
【０１２７】
TCR=ΔR／ΔT／R×100 [％／℃] ・・・式（ξ）
このような電流の熱暴走が発生する抵抗温度係数の値は経験的に負の値で絶対値が１％/℃以上である。すなわち、帯電防止膜の抵抗温度係数は−１％/℃より大であるであることが望ましい。（負の時は、絶対値が１％未満であることが望ましい。）
本実施例のスペーサの粗面化層は、成分比の制御による抵抗制御の他に、添加材による抵抗値の温度依存特性の制御を行うことができる。このときは、膜のネットワーク構造にはあまり大きな変化を及ぼさずに制御できる点で有利である。添加材としては、金属酸化物が優れている。金属酸化物の中でも、クロム、ニッケル、銅等の遷移金属酸化物が好ましい材料である。
【０１２８】
尚、このような帯電防止機能を有する膜は、スペーサに限らず他の用途における帯電防止膜として使用することもできる。
【０１２９】
また、前記膜を設けたスペーサの上下基板との接触部に低抵抗膜を設けることにより、スペーサと陽極・陰極との接合部近傍の局所的な電荷の蓄積を抑制することが可能となる。また、低抵抗膜の抵抗値は、上下基板との電気的接合が良好にする目的から、そのシート抵抗として前記膜の抵抗値の１／１０以下であり、かつ１０の7乗 ［Ω／□］以下であることが望ましい。
【０１３０】
［画像表示装置概要］
次に、本発明を適用した画像表示装置の表示パネルの構成と製造法について、具体的な例を示して説明する。
【０１３１】
上記の粗面化層付きスペーサを用いた平面型の画像表示装置（電子線装置）の１例の構造概略を図１１に示す（詳細は後述）。複数の冷陰極素子１０１２を形成した基板１０１１と発光材料である蛍光膜１０１８を形成した透明なフェースプレート１０１７とをスペーサ１０２０を介して対向させた構造を有する画像表示装置であり、スペーサ１０２０は、微粒子とバインダー成分よりなる凹凸構造を有した膜で被覆されている。
【０１３２】
図１１は、実施形態に用いた表示パネルの斜視図であり、内部構造を示すためにパネルの一部を切り欠いて示している。
【０１３３】
図中、１０１５はリアプレート、１０１６は側壁、１０１７はフェースプレートであり、１０１５〜１０１７により表示パネルの内部を真空に維持するための気密容器を形成している。気密容器を組み立てるにあたっては、各部材の接合部に十分な強度と気密性を保持させるため封着する必要があるが、例えばフリットガラスを接合部に塗布し、大気中あるいは窒素雰囲気中で、摂氏４００〜５００度で１０分以上焼成することにより封着を達成した。気密容器内部を真空に排気する方法については後述する。また、上記気密容器の内部は１０^-6［Ｔｏｒｒ］程度の真空に保持されるので、大気圧や不意の衝撃などによる気密容器の破壊を防止する目的で、間隔維持構造体として、スペーサ１０２０が設けられている。
【０１３４】
次に、本発明の画像形成装置に用いることができる電子放出素子基板について説明する。
【０１３５】
本実施例の画像形成装置に用いられる電子源基板は複数の冷陰極素子を基板上に配列することにより形成される。
【０１３６】
冷陰極素子の配列の方式には、冷陰極素子を並列に配置し、個々の素子の両端を配線で接続するはしご型配置（以下、「はしご型配置電子源基板」と称する。）や、冷陰極素子の一対の素子電極のそれぞれＸ方向配線、Ｙ方向配線を接続した単純マトリクス配置（以下、「マトリクス型配置電子源基板」と称する。）が挙げられる。なお、はしご型配置電子源基板を有する画像形成装置には、電子放出素子からの電子の飛翔を制御する電極である制御電極（グリッド電極）を必要とする。
【０１３７】
リアプレート１０１５には、基板１０１１が固定されているが、該基板上には冷陰極素子１０１２がＮ×Ｍ個形成されている。Ｎ，Ｍは２以上の正の整数であり、目的とする表示画素数に応じて適宜設定される。例えば、高品位テレビジョンの表示を目的とした画像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ーム源と呼ぶ。
【０１３８】
本実施例の画像表示装置に用いるマルチ電子ビーム源は、冷陰極素子を単純マトリクス配線もしくは、はしご型配置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。
【０１３９】
したがって、例えば表面伝導型電子放出素子や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。
【０１４０】
次に、冷陰極素子として表面伝導型電子放出素子（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。
【０１４１】
図１４に示すのは、図１１の表示パネルに用いたマルチ電子ビーム源の平面図である。基板１０１１上には、後述の図１３で示すものと同様な表面伝導型電子放出素子１０１２が配列され、これらの素子は行方向配線１０１３と列方向配線１０１４により単純マトリクス状に配線されている。行方向配線１０１３と列方向配線１０１４の交差する部分には、電極間に絶縁層（不図示）が形成されており、電気的な絶縁が保たれている。
【０１４２】
図１４のＢ−Ｂ′に沿った断面を、図１５に示す。
【０１４３】
なお、このような構造のマルチ電子源は、あらかじめ基板上に行方向配線１０１３、列方向配線１０１４、電極間絶縁層（不図示）、および表面伝導型電子放出素子１０１２の素子電極と導電性薄膜を形成した後、行方向配線１０１３および列方向配線１０１４を介して各素子に給電して通電フォーミング処理（後述）と通電活性化処理（後述）を行うことにより製造した。
【０１４４】
この実施形態においては、気密容器のリアプレート１０１５にマルチ電子ビーム源の基板１０１１を固定する構成としたが、マルチ電子ビーム源の基板１０１１が十分な強度を有するものである場合には、気密容器のリアプレートとしてマルチ電子ビーム源の基板１０１１自体を用いてもよい。
【０１４５】
また、フェースプレート１０１７の下面には、蛍光膜１０１８が形成されている。本実施形態はカラー画像表示装置であるため、蛍光膜１０１８の部分にはＣＲＴの分野で用いられる赤、緑、青の３原色の蛍光体が塗り分けられている。各色の蛍光体は、例えば図１６（ａ）に示すようにストライプ状に塗り分けられ、蛍光体のストライプの間には黒色の導電体１０１０が設けてある。導電体１０１０を設ける目的は、電子ビームの照射位置に多少のずれがあっても表示色にずれが生じないようにすることや、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１０１０には、黒鉛を主成分として用いたが、上記の目的に適するものであればこれ以外の材料を用いても良い。
【０１４６】
また、３原色の蛍光体の塗り分け方は前記図１６（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１６（ｂ）に示すようなデルタ状配列や、それ以外の配列（例えば図１７）であってもよい。
【０１４７】
なお、モノクロームの表示パネルを作成する場合には、単色の蛍光体材料を蛍光膜１０１８に用いればよく、また黒色の導電体１０１０は必ずしも用いなくともよい。
【０１４８】
また、蛍光膜１０１８のリアプレート側の面には、ＣＲＴの分野では公知のメタルバック１０１９を設けてある。メタルバック１０１９を設けた目的は、蛍光膜１０１８が発する光の一部を鏡面反射して光利用率を向上させることや、負イオンの衝突から蛍光膜１０１８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１０１８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１０１９は、蛍光膜１０１８をフェースプレート基板１０１７上に形成した後、蛍光膜表面を平滑化処理し、その上にＡｌを真空蒸着する方法により形成した。なお、蛍光膜１０１８に低電圧用の蛍光体材料を用いた場合には、メタルバック１０１９は用いなくてもよい。
【０１４９】
また、この実施形態では用いなかったが、加速電圧の印加用や蛍光膜の導電性向上を目的として、フェースプレート基板１０１７と蛍光膜１０１８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。
【０１５０】
図１２は図１１のＡ−Ａ’の断面模式図であり、各部の番号は図１１に対応している。スペーサ１０２０は絶縁性部材１の表面に帯電防止を目的とした帯電防止膜１１を成膜し、かつフェースプレート１０１７の内側（メタルバック１０１９等）および基板１０１１の表面（行方向配線１０１３または列方向配線１０１４）に面したスペーサの当接面３および当接面近傍の側面部５に低抵抗膜２１を成膜した部材からなるもので、上記目的を達成するのに必要な数だけ、かつ必要な間隔をおいて配置され、フェースプレートの内側および基板１０１１の表面に接合材１０４１により固定される。また、帯電防止膜は、絶縁性部材１の表面のうち、少なくとも気密容器内の真空中に露出している面に成膜されており、スペーサ１０２０上の低抵抗膜２１および接合材１０４１を介して、フェースプレート１０１７の内側（メタルバック１０１９等）および基板１０１１の表面（行方向配線１０１３または列方向配線１０１４）に電気的に接続される。ここで説明される態様においては、スペーサ１０２０の形状は薄板状とし、行方向配線１０１３に平行に配置され、行方向配線１０１３に電気的に接続されている。
【０１５１】
スペーサ１０２０としては、基板１０１１上の行方向配線１０１３および列方向配線１０１４とフェースプレート１０１７内面のメタルバック１０１９との間に印加される高電圧に耐えるだけの絶縁性を有し、かつスペーサ１０２０の表面への帯電を防止する程度の導電性を有する必要がある。
【０１５２】
スペーサ１０２０の絶縁性部材１としては、例えば石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少したガラス、ソーダライムガラス、アルミナ等のセラミックス部材等が挙げられる。なお、絶縁性部材１はその熱膨張率が気密容器および基板１０１１を成す部材と近いものが好ましい。
【０１５３】
スペーサ１０２０を構成する低抵抗膜２１は、帯電防止膜１１を高電位側のフェースプレート１０１７（メタルバック１０１９等）および低電位側の基板１０１１（配線１０１３，１０１４等）と電気的に接続するために設けられたものであり、以下では、中間電極層（中間層）という名称も用いる。中間電極層（中間層）は以下に列挙する複数の機能を有することが出来る。
【０１５４】
（１）帯電防止膜１１をフェースプレート１０１７および基板１０１１と電気的に接続する。
【０１５５】
既に記載したように、帯電防止膜１１はスペーサ１０２０表面の帯電を防止する目的で設けられたものであるが、帯電防止膜１１をフェースプレート１０１７（メタルバック１０１９等）および基板１０１１（配線１０１３，１０１４等）と直接或いは当接材１０４１を介して接続した場合、接続部界面に大きな接触抵抗が発生し、スペーサ１０２０の表面に発生した電荷を速やかに除去できなくなる可能性がある。これを避けるために、フェースプレート１０１７、基板１０１１および当接材１０４１と接触するスペーサ１０２０の当接面３或いは側面部５に低抵抗の中間層を設けた。
【０１５６】
（２）帯電防止膜１１の電位分布を均一化する。
【０１５７】
冷陰極素子１０１２より放出された電子は、フェースプレート１０１７と基板１０１１の間に形成された電位分布に従って電子軌道を成す。スペーサ１０２０の近傍で電子軌道に乱れが生じないようにするためには、帯電防止膜１１の電位分布を全域にわたって制御するのが望ましい。帯電防止膜１１をフェースプレート１０１７（メタルバック１０１９等）および基板１０１１（配線１０１３，１０１４等）と直接或いは当接材１０４１を介して接続した場合、接続部界面の接触抵抗のために、接続状態のむらが発生し、帯電防止膜１１の電位分布が所望の値からずれてしまう可能性がある。これを避けるために、スペーサ１０２０がフェースプレート１０１７および基板１０１１と当接するスペーサ端部（当接面３或いは側面部５）の全長域に低抵抗の中間層を設け、この中間層部に所望の電位を印加することによって、帯電防止膜１１全体の電位を制御可能とした。
【０１５８】
（３）放出電子の軌道を制御する。
【０１５９】
冷陰極素子１０１２より放出された電子は、フェースプレート１０１７と基板１０１１の間に形成された電位分布に従って電子軌道を成す。スペーサ近傍の冷陰極素子１０１２から放出された電子に関しては、スペーサ１０２０を設置することに伴う制約（配線、素子位置の変更等）が生じる場合がある。このような場合、歪みやむらの無い画像を形成するためには、放出された電子の軌道を制御してフェースプレート１０１７上の所望の位置に電子を照射する必要がある。フェースプレート１０１７および基板１０１１と当接する面の側面部５に低抵抗の中間層を設けることにより、スペーサ１０２０近傍の電位分布に所望の特性を持たせ、放出された電子の軌道を制御することが出来る。
【０１６０】
低抵抗膜２１は、帯電防止膜１１に比べ１桁以上低い抵抗値を有する材料を含有するものから選択すればよく、Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属、あるいは合金、およびＰｄ，Ａｇ，Ａｕ，ＲｕＯ₂，Ｐｄ−Ａｇ等の金属や金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体、あるいはＩｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂等の透明導体およびポリシリコン等の半導体材料等より適宜選択される。
【０１６１】
接合材１０４１はスペーサ１０２０が行方向配線１０１３およびメタルバック１０１９と電気的に接続するように、導電性をもたせる必要がある。すなわち、導電性接着材や金属粒子や導電性フィラーを添加したフリットガラスが好適である。
【０１６２】
また、図１１において、Ｄｘ１〜ＤｘｍおよびＤｙ１〜ＤｙｎおよびＨｖは、当該表示パネルと不図示の電気回路とを電気的に接続するために設けた気密構造の電気接続用端子である。Ｄｘ１〜Ｄｘｍはマルチ電子ビーム源の行方向配線１０１３と、Ｄｙ１〜Ｄｙｎはマルチ電子ビーム源の列方向配線１０１４と、Ｈｖはフェースプレートのメタルバック１０１９と電気的に接続している。
【０１６３】
また、気密容器内部を真空に排気するには、気密容器を組み立てた後、不図示の排気管と真空ポンプとを接続し、気密容器内を１０^-7［Ｔｏｒｒ］程度の真空度まで排気する。その後、排気管を封止するが、気密容器内の真空度を維持するために、封止の直前あるいは封止後に気密容器内の所定の位置にゲッター膜（不図示）を形成する。ゲッター膜とは、例えばＢａを主成分とするゲッター材料をヒーターもしくは高周波加熱により加熱し蒸着して形成した膜であり、該ゲッター膜の吸着作用により気密容器内は１×１０^-5乃至１×１０^-7［Ｔｏｒｒ］の真空度に維持される。
【０１６４】
以上説明した表示パネルを用いた画像表示装置は、容器外端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを通じて各冷陰極素子１０１２に電圧を印加すると、各冷陰極素子１０１２から電子を放出する。それと同時にメタルバック１０１９に容器外端子Ｈｖを通じて数百［Ｖ］乃至数［ｋＶ］の高圧を印加すると、上記放出された電子が加速し、フェースプレート１０１７の内面に衝突する。これにより、蛍光膜１０１８をなす各色の蛍光体が励起されて発光し、画像が表示される。
【０１６５】
通常、冷陰極素子である本発明の表面伝導型電子放出素子１０１２への印加電圧は１２〜１６［Ｖ］程度、メタルバック１０１９と冷陰極素子１０１２との距離ｄは０．１［ｍｍ］から８［ｍｍ］程度、メタルバック１０１９と冷陰極素子１０１２間の電圧は０．１［ｋＶ］から１０［ｋＶ］程度である。
【０１６６】
次に、この画像表示装置に用いたマルチ電子ビーム源の製造方法について説明する。本発明のスペーサが用いられる画像表示装置のマルチ電子ビーム源は、冷陰極素子を単純マトリクス状に配列しこれらを配線した電子源或いは冷陰極素子を梯子状に配列しこれらを配線した電子源あれば、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、例えば表面伝導型電子放出素子や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。
【０１６７】
ただし、表示画面が大きくてしかも安価な画像表示装置が求めるられる状況のもとでは、これらの冷陰極素子の中でも、表面伝導型電子放出素子が特に好ましい。すなわち、ＦＥ型ではエミッタコーンとゲート電極の相対位置や形状が電子放出特性を大きく左右するため、極めて高精度の製造技術を必要とするが、これは大面積化や製造コストの低減を達成するには不利な要因となる。また、ＭＩＭ型では、絶縁層と上電極の膜厚を薄くてしかも均一にする必要があるが、これも大面積化や製造コストの低減を達成するには不利な要因となる。その点、表面伝導型電子放出素子は、比較的製造方法が単純なため、大面積化や製造コストの低減が容易である。また、発明者らは、表面伝導型電子放出素子の中でも、電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形成したものがとりわけ電子放出特性に優れ、しかも製造が容易に行えることを見いだしている。したがって、高輝度で大画面の画像表示装置のマルチ電子ビーム源に用いるには、最も好適であると言える。そこで、上記実施形態の表示パネルにおいては、電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形成した表面伝導型電子放出素子を用いた。そこで、まず好適な表面伝導型電子放出素子について基本的な構成と製法および特性を説明し、その後で多数の素子を単純マトリクス配線したマルチ電子ビーム源の構造について述べる。
【０１６８】
[表面伝導型電子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電子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。
【０１６９】
［平面型の表面伝導型電子放出素子］
まず最初に、平面型の表面伝導型電子放出素子の素子構成と製法について説明する。図１３に示すのは、平面型の表面伝導型電子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、１０１１は基板、１１０２と１１０３は素子電極、１１０４は導電性薄膜、１１０５は通電フォーミング処理により形成した電子放出部、１１１３は通電活性化処理により形成した膜である。
【０１７０】
基板１０１１としては、例えば、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例えば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。
【０１７１】
また、基板１０１１上に基板面と平行に互いに対向して設けられた素子電極１１０２と１１０３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，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ａｇ等をはじめとする金属、あるいはこれらの金属の合金、あるいはＩｎ₂Ｏ₃−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１１０２，１１０３を形成するには、例えば真空蒸着などの製膜技術とフォトリソグラフィー、エッチングなどのパターニング技術を組み合わせて用いれば容易に形成できるが、それ以外の方法（例えば印刷技術）を用いて形成してもさしつかえない。
【０１７２】
素子電極１１０２と１１０３の形状は、当該電子放出素子の応用目的に合わせて適宜設計される。一般的には、電極間隔Ｌは通常は数百［Å］から数百μｍの範囲から適当な数値を選んで設計されるが、なかでも画像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、通常は数百［Å］から数μｍの範囲から適当な数値が選ばれる。
【０１７３】
また、導電性薄膜１１０４の部分には、微粒子膜を用いる。ここで述べた微粒子膜とは、構成要素として多数の微粒子を含んだ膜（島状の集合体も含む）のことをさす。微粒子膜を微視的に調べれば、通常は、個々の微粒子が離間して配置された構造か、あるいは微粒子が互いに隣接した構造か、あるいは微粒子が互いに重なり合った構造が観測される。
【０１７４】
微粒子膜に用いた微粒子の粒径は、数［Å］から数千［Å］の範囲に含まれるものであるが、なかでも好ましいのは１０［Å］から２００［Å］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１１０２あるいは１１０３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］から数千［Å］の範囲のなかで設定するが、なかでも好ましいのは１０［Å］から５００［Å］の間である。
【０１７５】
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，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂなどをはじめとする金属や、ＰｄＯ，ＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＰｂＯ，Ｓｂ₂Ｏ₃などをはじめとする酸化物や、ＨｆＢ₂，ＺｒＢ₂，ＬａＢ₆，ＣｅＢ₆，ＹＢ₄，ＧｄＢ₄などをはじめとする硼化物や、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣなどをはじめとする炭化物や、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮなどをはじめとする窒化物や、Ｓｉ，Ｇｅなどをはじめとする半導体や、カーボンなどが挙げられ、これらの中から適宜選択される。
【０１７６】
以上述べたように、導電性薄膜１１０４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〔Ω／□〕の範囲に含まれるよう設定した。
【０１７７】
なお、導電性薄膜１１０４と素子電極１１０２および１１０３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１３の例においては、下から、基板、素子電極、導電性薄膜の順序で積層したが、場合によっては下から基板、導電性薄膜、素子電極の順序で積層してもさしつかえない。
【０１７８】
また、電子放出部１１０５は、導電性薄膜１１０４の一部に形成された亀裂状の部分であり、電気的には周囲の導電性薄膜よりも高抵抗な性質を有している。亀裂は、導電性薄膜１１０４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１３においては模式的に示した。
【０１７９】
また、薄膜１１１３は、炭素もしくは炭素化合物よりなる薄膜で、電子放出部１１０５およびその近傍を被覆している。薄膜１１１３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。
【０１８０】
薄膜１１１３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、もしくはそれら混合物であり、膜厚は５００［Å］以下とするが、３００［Å］以下とするのがさらに好ましい。なお、実際の薄膜１１１３の位置や形状を精密に図示するのは困難なため、図１３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１１１３の一部（１１０５の上層部）を除去した素子を図示した。
【０１８１】
以上、好ましい素子の基本構成を述べたが、具体的には以下のような構成とした。
【０１８２】
すなわち、基板１０１１には青板ガラスを用い、素子電極１１０２と１１０３にはＮｉ薄膜を用いた。素子電極１１０２，１１０３の厚さｄは１０００［Å］、電極間隔Ｌは２［μｍ］とした。
【０１８３】
微粒子膜の主要材料としてＰｄもしくはＰｄＯを用い、微粒子膜の厚さは約１００［Å］、幅Ｗは１００［μｍ］とした。
【０１８４】
次に、好適な平面型の表面伝導型電子放出素子の製造方法について説明する。図１８の（ａ）〜（ｅ）は、表面伝導型電子放出素子の製造工程を説明するための断面図で、各部材の符号は前記図１３と同一である。
【０１８５】
１）まず、図１８（ａ）に示すように、基板１０１１上に素子電極１１０２および１１０３を形成する。
【０１８６】
形成するにあたっては、あらかじめ基板１０１１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、例えば、蒸着法やスパッタ法などの真空成膜技術を用いればよい。その後、堆積した電極材料を、フォトリソグラフィー・エッチング技術を用いてパターニングし、（ａ）に示した一対の素子電極１１０２、１１０３を形成する。
【０１８７】
２）次に、同図（ｂ）に示すように、導電性薄膜１１０４を形成する。
【０１８８】
形成するにあたっては、まず前記（ａ）の基板に有機金属溶液を塗布してから乾燥し、加熱焼成処理して微粒子膜を成膜した後、フォトリソグラフィー・エッチングにより所定の形状にパターニングする。ここで、有機金属溶液とは、導電性薄膜に用いる微粒子の材料を主要元素とする有機金属化合物の溶液である。具体的には、本実施形態では主要元素としてＰｄを用いた。また、実施形態では塗布方法として、ディッピング法を用いたが、それ以外の例えばスピンナー法やスプレイ法を用いてもよい。
【０１８９】
また、微粒子膜で作られる導電性薄膜１１０４の成膜方法としては、本実施形態で用いた有機金属溶液の塗布による方法以外の、例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。
【０１９０】
３）次に、同図（ｃ）に示すように、フォーミング用電源１１１０から素子電極１１０２と１１０３の間に適宜の電圧を印加し、通電フォーミングを行って、電子放出部１１０５を形成する。
【０１９１】
通電フォーミング処理とは、微粒子膜で作られた導電性薄膜１１０４に通電を行って、その一部を適宜に破壊、変形、もしくは変質せしめ、電子放出を行うのに好適な構造に変化させる処理のことである。微粒子膜で作られた導電性薄膜のうち電子放出を行うのに好適な構造に変化した部分（すなわち電子放出部１１０５）においては、薄膜に適当な亀裂が形成されている。なお、電子放出部１１０５が形成される前と比較すると、形成された後は素子電極１１０２と１１０３の間で計測される電気抵抗は大幅に増加する。
【０１９２】
通電方法をより詳しく説明するために、図１９に、フォーミング用電源１１１０から印加する適宜の電圧波形の一例を示す。微粒子膜で作られた導電性薄膜１１０４をフォーミングする場合には、パルス状の電圧が好ましく、本実施形態の場合には同図に示したようにパルス幅Ｔ１の三角波パルスをパルス間隔Ｔ２で連続的に印加した。その際には、三角波パルスの波高値Ｖｐｆを、順次昇圧した。また、電子放出部１１０５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１１１１で計測した。
【０１９３】
実施形態においては、例えば１０^-5［Ｔｏｒｒ］程度の真空雰囲気下において、例えばパルス幅Ｔ１を１［ｍｓｅｃ］、パルス間隔Ｔ２を１０［ｍｓｅｃ］とし、波高値Ｖｐｆを１パルスごとに０．１［Ｖ］ずつ昇圧した。そして、三角波を５パルス印加するたびに１回の割りで、モニターパルスＰｍを挿入した。フォーミング処理に悪影響を及ぼすことがないように、モニターパルスの電圧Ｖｐｍは０．１［Ｖ］に設定した。そして、素子電極１１０２と１１０３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１１１１で計測される電流が１×１０^-7［Ａ］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。
【０１９４】
なお、上記の方法は、本実施形態の表面伝導型電子放出素子に関する好ましい方法であり、例えば微粒子膜の材料や膜厚、あるいは素子電極間隔Ｌなどを表面伝導型電子放出素子の設計を変更した場合には、それに応じて通電の条件を適宜変更するのが望ましい。
【０１９５】
４）次に、図１８（ｄ）に示すように、活性化用電源１１１２を使用して素子電極１１０２と１１０３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。
【０１９６】
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１１０５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部材１１１３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。
【０１９７】
具体的には、１０^-5乃至１０^-4［Ｔｏｒｒ］の範囲内の真空雰囲気中で、電圧パルスを定期的に印加することにより、真空雰囲気中に存在する有機化合物を起源とする炭素もしくは炭素化合物を堆積させる。堆積物１１１３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、もしくはその混合物であり、膜厚は５００［Å］以下、より好ましくは３００［Å］以下である。
【０１９８】
通電方法をより詳しく説明するために、図２０（ａ）に、活性化用電源１１１２から印加する適宜の電圧波形の一例を示す。本実施形態においては、一定電圧の矩形波を定期的に印加して通電活性化処理を行ったが、具体的には、矩形波の電圧Ｖａｃは１４［Ｖ］、パルス幅Ｔ３は１［ｍｓｅｃ］、パルス間隔Ｔ４は１０［ｍｓｅｃ］とした。なお、上述の通電条件は、本実施形態の表面伝導型電子放出素子に関する好ましい条件であり、表面伝導型電子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。
【０１９９】
図１８（ｄ）に示す１１１４は該表面伝導型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で、直流高電圧電源１１１５および電流計１１１６が接続されている。（なお、基板１０１１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１１１４として用いる。）活性化用電源１１１２から電圧を印加する間、電流計１１１６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１１１２の動作を制御する。電流計１１１６で計測された放出電流Ｉｅの一例を図２０（ｂ）に示すが、活性化用電源１１１２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１１１２からの電圧印加を停止し、通電活性化処理を終了する。
【０２００】
なお、上述の通電条件は、本実施形態の表面伝導型電子放出素子に関する好ましい条件であり、表面伝導型電子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。
【０２０１】
以上のようにして、図１８（ｅ）に示す平面型の表面伝導型電子放出素子を製造した。
【０２０２】
[垂直型の表面伝導型電子放出素子］
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電子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電子放出素子の構成について説明する。
【０２０３】
図２１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１２０１は基板、１２０２と１２０３は素子電極、１２０６は段差形成部材、１２０４は微粒子膜を用いた導電性薄膜、１２０５は通電フォーミング処理により形成した電子放出部、１２１３は通電活性化処理により形成した薄膜である。
【０２０４】
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（１２０２）が段差形成部材１２０６上に設けられており、導電性薄膜１２０４が段差形成部材１２０６の側面を被覆している点にある。したがって、前記図１３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１２０６の段差高Ｌｓとして設定される。なお、基板１２０１、素子電極１２０２および１２０３、微粒子膜を用いた導電性薄膜１２０４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１２０６には、例えばＳｉＯ₂のような電気的に絶縁性の材料を用いる。
【０２０５】
次に、垂直型の表面伝導型電子放出素子の製法について説明する。図２２の（ａ）〜（ｆ）は、製造工程を説明するための断面図で、各部材の符号は前記図２１と同一である。
【０２０６】
１）まず、図２２（ａ）に示すように、基板１２０１上に素子電極１２０３を形成する。
【０２０７】
２）次に、同図（ｂ）に示すように、段差形成部材を形成するための絶縁層を積層する。絶縁層は、例えばＳｉＯ₂をスパッタ法で積層すればよいが、例えば真空蒸着法や印刷法などの他の成膜方法を用いてもよい。
【０２０８】
３）次に、同図（ｃ）に示すように、絶縁層の上に素子電極１２０２を形成する。
【０２０９】
４）次に、同図（ｄ）に示すように、絶縁層の一部を、例えばエッチング法を用いて除去し、素子電極１２０３を露出させる。
【０２１０】
５）次に、同図（ｅ）に示すように、微粒子膜を用いた導電性薄膜１２０４を形成する。形成するには、前記平面型の場合と同じく、例えば塗布法などの成膜技術を用いればよい。
【０２１１】
６）次に、前記平面型の場合と同じく、通電フォーミング処理を行い、電子放出部を形成する。（図１８（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。）
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１８（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。）
以上のようにして、図２２（ｆ）に示す垂直型の表面伝導型電子放出素子を製造した。
【０２１２】
［画像表示装置に用いた表面伝導型電子放出素子の特性］
以上、平面型と垂直型の表面伝導型電子放出素子について素子構成と製法を説明したが、次に画像表示装置に用いた素子の特性について述べる。
【０２１３】
図２３に、画像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本の特性は各々任意単位で図示した。
【０２１４】
画像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。
【０２１５】
第一に、ある電圧（これを「閾値電圧Ｖｔｈ」と呼ぶ。）以上の大きさの電圧を素子に印加すると急激に放出電流Ｉｅが増加するが、一方、閾値電圧Ｖｔｈ未満の電圧では放出電流Ｉｅはほとんど検出されない。
【０２１６】
すなわち、放出電流Ｉｅに関して、明確な閾値電圧Ｖｔｈを持った非線形素子である。
【０２１７】
第二に、放出電流Ｉｅは素子に印加する電圧Ｖｆに依存して変化するため、電圧Ｖｆで放出電流Ｉｅの大きさを制御できる。
【０２１８】
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。
【０２１９】
以上のような特性を有するため、表面伝導型電子放出素子を画像表示装置に好適に用いることができた。例えば多数の素子を表示画面の画素に対応して設けた画像表示装置において、第一の特性を利用すれば、表示画面を順次走査して表示を行うことが可能である。すなわち、駆動中の素子には所望の発光輝度に応じて閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧を適宜印加し、非選択状態の素子には閾値電圧Ｖｔｈ未満の電圧を印加する。駆動する素子を順次切り替えてゆくことにより、表示画面を順次走査して表示を行うことが可能である。
【０２２０】
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。
【０２２１】
［駆動回路構成（および駆動方法）］
図２４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ブロック図で示したものである。同図中、表示パネル１７０１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１７０２は表示ラインを走査し、制御回路１７０３は走査回路１７０２へ入力する信号等を生成する。シフトレジスタ１７０４は１ライン毎のデータをシフトし、ラインメモリ１７０５は、シフトレジスタ１７０４からの１ライン分のデータを変調信号発生器１７０７に出力する。同期信号分離回路１７０６はＮＴＳＣ信号から同期信号を分離する。
【０２２２】
以下、図２４の装置各部の機能を詳しく説明する。
【０２２３】
まず表示パネル１７０１は、端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍおよび端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｎ、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Ｄｘ１乃至Ｄｘｍには、表示パネル１７０１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）ずつ順次駆動してゆくための走査信号が印加される。一方、端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｎ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、例えば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十分なエネルギーを付与するための加速電圧である。
【０２２４】
次に、走査回路１７０２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乃至Ｓｍ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）のいずれか一方を選択し、表示パネル１７０１の端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍと電気的に接続するものである。Ｓ１乃至Ｓｍの各スイッチング素子は、制御回路１７０３が出力する制御信号Ｔｓｃａｎに基づいて動作するものだが、実際には例えばＦＥＴのようなスイッチング素子を組み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Ｖｘは、図２３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閾値電圧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。
【０２２５】
また、制御回路１７０３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１７０６より送られる同期信号Ｔｓｙｎｃに基づいて、各部に対してＴｓｃａｎおよびＴｓｆｔおよびＴｍｒｙの各制御信号を発生する。同期信号分離回路１７０６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ある。同期信号分離回路１７０６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、Ｔｓｙｎｃ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１７０４に入力される。
【０２２６】
シフトレジスタ１７０４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１７０３より送られる制御信号Ｔｓｆｔに基づいて動作する。すなわち、制御信号Ｔｓｆｔは、シフトレジスタ１７０４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、Ｉｄ１乃至Ｉｄｎのｎ個の信号として前記シフトレジスタ１７０４より出力される。
【０２２７】
ラインメモリ１７０５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１７０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙにしたがって適宜Ｉｄ１乃至Ｉｄｎの内容を記憶する。記憶された内容は、Ｉ’ｄ１乃至Ｉ’ｄｎとして出力され、変調信号発生器１７０７に入力される。
【０２２８】
変調信号発生器１７０７は、前記画像データＩ’ｄ１乃至Ｉ’ｄｎの各々に応じて、電子放出素子１０１２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Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを通じて表示パネル１７０１内の電子放出素子１０１５に印加される。
【０２２９】
図２３を用いて説明したように、本発明に関わる表面伝導型電子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閾値電圧Ｖｔｈ（後述する実施形態の表面伝導型電子放出素子では８［Ｖ］）があり、閾値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、電子放出閾値Ｖｔｈ以上の電圧に対しては、図２３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、本素子にパネル状の電圧を印加する場合、例えば電子放出閾値Ｖｔｈ以下の電圧を印加しても電子放出は生じないが、電子放出閾値Ｖｔｈ以上の電圧を印加する場合には表面伝導型電子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量を制御することが可能である。
【０２３０】
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１７０７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１７０７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。
【０２３１】
シフトレジスタ１７０４やラインメモリ１７０５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。
【０２３２】
デジタル信号式を用いる場合には、同期信号分離回路１７０６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１７０６の出力部にＡ／Ｄ変換器を設ければよい。これに関連してメインメモリ１１５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１７０７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１７０７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）を組み合わせた回路を用いる。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。
【０２３３】
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１７０７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。
【０２３４】
このような構成をとりうる本発明の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Ｄｘ１乃至Ｄｘｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙｎ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１０１９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１０１８に衝突し、発光が生じて画像が形成される。
【０２３５】
［はしご型電子源の場合］
次に、前述のはしご型配置電子源基板およびそれを用いた画像表示装置について図２５および図２６を用いて説明する。
【０２３６】
図２５において、１０１１は電子源基板、１０１２は電子放出素子、１１２６のＤｘ１〜Ｄｘ１０は前記電子放出素子に接続する共通配線である。電子放出素子１０１２は、基板１０１１上に、Ｘ方向に並列に複数個配置される（これを素子行と呼ぶ）。この素子行を複数個基板上に配置し、はしご型電子源基板となる。各素子行の共通配線間に適宜駆動電圧を印加することで、各素子行を独立に駆動することが可能になる。すなわち、電子ビームを放出させる素子行には、電子放出閾値以上の電圧の電子ビームを、放出させない素子行には電子放出閾値以下の電圧を印加すればよい。また、各素子行間の共通配線Ｄｘ２〜Ｄｘ９を、例えばＤｘ２，Ｄｘ３を同一配線とするようにしてもよい。
【０２３７】
図２６は、はしご型配置の電子源を備えた画像形成装置の構造を示す図である。１１２０はグリッド電極、１１２１は電子が通過するための空孔、１１２２はＤox１，Ｄox２・・・Ｄoxｍよりなる容器外端子、１１２３はグリッド電極１１２０と接続されたＧ１，Ｇ２…Ｇｎからなる容器外端子、１０１１は前述のように各素子行間の共通配線を同一配線とした電子源基板である。なお、図２５、図２６と同一の符号は同一の部材を示す。前述の単純マトリクス配置の画像形成装置（図１１）との違いは、電子源基板１０１１とフェースプレート１０１７の間にグリッド電極１１２０を備えていることである。
【０２３８】
前述のパネル構造は、電子源配置が、マトリクス配線或いははしご型配置のいずれの場合でも、大気圧構造上必要に応じて、フェースプレート１０１７とリアプレート１０１５の間にスペーサ１２０を設けることができる。
【０２３９】
基板１０１１とフェースプレート１０１７の中間には、グリッド電極１１２０が設けられている。グリッド電極１１２０は、表面伝導型電子放出素子１０１２から放出された電子ビームを変調することができるもので、はしご型配置の素子行と直交して設けられたストライプ状の電極に電子ビームを通過させるため、各素子に対応して１個ずつ円形の開口１１２１が設けられている。グリッドの形状や設置位置は必ずしも図２６のようなものでなくともよく、開口としてメッシュ状に多数の通過口を設けることもあり、また例えば表面伝導型電子放出素子の周囲や近傍に設けてもよい。
【０２４０】
容器外端子１１２２およびグリッド容器外端子１１２３は、図２４の駆動回路と電気的に接続されている。
【０２４１】
本画像形成装置では、素子行を１行（１ライン）ずつ順次駆動（走査）していくのと同期してグリッド電極列に画像１ライン分の変調信号を同時に印加することにより、各電子ビームの蛍光体への照射を制御し、画像を１ラインずつ表示することができる。
【０２４２】
上記の２つの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方式など他、これらより多数の走査線からなるＴＶ信号（高品位ＴＶ）方式をも採用できる。
【０２４３】
また、本発明によればテレビジョン放送の画像表示装置のみならずテレビ会議システム、コンピュータ等の画像表示装置に適した画像形成装置を提供することができる。さらには感光性ドラム等で構成された光プリンターとしての画像形成装置として用いることもできる。
【０２４４】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳述する。尚、実施例１〜３により第１の形態（参考形態）を説明し、実施例４、５により第２の形態（本発明の形態）を説明する。
【０２４５】
以下に述べる各実施例においては、マルチ電子ビーム源として、前述した、電極間の導電性微粒子膜に電子放出部を有するタイプのｎ×ｍ個（ｎ＝３０７２、ｍ＝１０２４）の表面伝導型放出素子を、ｍ本の行方向配線とｎ本の列方向配線とによりマトリクス配線（図１１および図１４参照）したマルチ電子ビーム源を用いた。
【０２４６】
［実施例１（参考例）］
本実施例で用いるスペーサを以下のように作成した。
【０２４７】
リアプレートと同質のソーダライムガラス基板と同じ熱膨張係数を有するようにジルコニアとアルミナを６５：３５の重量比で混合したセラミック基板を原形にして、研磨処理により、その外形寸法が、厚さ０．２ｍｍ、高さ３ｍｍ、長さ４０ｍｍとなるように形状加工した。このときの表面の粗さ平均値は１００［Å］であった。この基板をａ０とする。
【０２４８】
上記スペーサ基板ａ０を、成膜工程に先立って、先ず、純水、ＩＰＡ、アセトン中で３分間超音波洗浄した後、８０℃で３０分間乾燥処理を施した後、ＵＶオゾン洗浄を施し基板表面の有機物残基を取り除く処理を施した。
【０２４９】
さらに、Ｔｉ：Ｓｉ＝１：１の比率よりなる成分の６．０重量％の金属アルコキシド溶液中に、平均粒径１０００Å（３σの分布で９００〜１１００Å）のシリカよりなる微粒子を予め分散させ、該溶液の印刷を、５μｍの粗さの展色板を用いて行った。その後、１００℃約１０分の仮焼成を行い、さらにＵＶ照射を行い、またさらに３００℃で約１時間の加熱焼成処理を施した。この絶縁膜のバインダー部の厚さは２００Åとした。
【０２５０】
この後、基板表面に、帯電防止膜を構成するその他の膜として、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、Ｃｒ−Ａｌ合金窒化膜を膜厚２００Åとなるように高抵抗膜を形成した。スパッタガスはＡｒ：Ｎ₂が１：２の混合ガスで全圧力は１ｍＴｏｒｒである。
これに限らず本発明では種々の微粒子分散系帯電防止膜を使用することが可能である。
【０２５１】
本スペーサの膜面方向の抵抗値は、シート抵抗でＲ／□＝８×１０⁹Ω／□であり、上記条件で同時成膜した平滑膜上の二次電子放出係数の第一、第２クロスポイントエネルギーはそれぞれ、３０ｅＶおよび５ｋｅＶであった。
【０２５２】
さらに、上下基板との接合部となる領域に下記の方法により低抵抗膜を形成した。接合部と平行に、２００μｍの帯状に１０ｎｍ厚のチタン膜と２００ｎｍ厚のＰｔ膜をどちらもスパッタにより気相形成した。この際、Ｔｉ膜は、Ｐｔ膜の膜密着性を補強する下地層として必要であった。こうして低抵抗膜付きスペーサ１０２０を得た。これをスペーサＡとする。このときの低抵抗の膜厚は２１０ｎｍであり、シート抵抗は１０〔Ω／□〕であった。
【０２５３】
得られたスペーサＡは断面図として、図１（ａ）のようであり、低抵抗膜を付与した接合部付近の断面図は図１（ｂ）のようであった。さらに断面ＴＥＭにより基板形状を詳細に観察した結果は、図６のようであり、微粒子の凸部に対応した最表面の凸形状が確認された。バインダー部の膜厚は、４００Åであり、凸部の高さは、１２００Åであった。さらには、スパッタにより形成したＣｒ−Ａｌ合金窒化膜も凸部の周囲に回り込み、被覆されていることを確認した。
【０２５４】
スペーサＡの二次電子放出係数の入射角度倍増係数ｍ₀は、入射電子エネルギー１ｋＶに対して、５であった。
【０２５５】
本実施例では、前述した図１１に示すスペーサ１０２０を配置した表示パネルを作製した。以下、図１１および図１２を用いて詳述する。まず、あらかじめ基板上に行方向配線電極１０１３、列方向配線電極１０１４、電極間絶縁層（不図示）、および表面伝導型放出素子１０１２の素子電極と導電性薄膜を形成した基板１０１１を、リアプレート１０１５に固定した。次に、前記スペーサＡをスペーサ１０２０として基板１０１１の行方向配線１０１３上に等間隔で、行方向配線１０１３と平行に固定した。その後、基板１０１１の５ｍｍ上方に、内面に蛍光膜１０１８とメタルバック１０１９が付設されたフェースプレート１０１７を側壁１０１６を介し配置し、リアプレート１０１５、フェースプレート１０１７、側壁１０１６およびスペーサ１０２０の各接合部を固定した。基板１０１１とリアプレート１０１５の接合部、リアプレート１０１５と側壁１０１６の接合部、およびフェースプレート１０１７と側壁１０１６の接合部は、フリットガラス（不図示）を塗布し、大気中で４００℃乃至５００℃で１０分以上焼成することで封着した。また、スペーサ１０２０は、基板１０１１側では行方向配線１０１３（線幅３００［μｍ］）上に、フェースプレート１０１７側ではメタルバック１０１９面上に、導電性のフィラーあるいは金属等の導電材を混合した導電性フリットガラス（不図示）を介して配置し、上記気密容器の封着と同時に、大気中で４００℃乃至５００℃で１０分以上焼成することで、接着しかつ電気的な接続も行った。
【０２５６】
なお、本実施例においては、蛍光膜１０１８は、図１６（ａ）に示すように、各色蛍光体１３０１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１０１０は各色蛍光体（Ｒ、Ｇ、Ｂ）１３０１間だけでなく、Ｙ方向の各画素間をも分離するように配置された蛍光膜が用いられ、スペーサ１０２０は、黒色の導電体１０１０の行方向（Ｘ方向）に平行な領域（線幅３００［μｍ］）内にメタルバック１０１９を介して配置された。なお、前述の封着を行う際には、各色蛍光体１３０１と基板１０１１上に配置された各素子１０１３とを対応させなくてはいけないため、リアプレート１０１５、フェースプレート１０１７およびスペーサ１０２０は十分な位置合わせを行った。
【０２５７】
以上のようにして完成した気密容器内を排気管（不図示）を通じ真空ポンプにて排気し、十分な真空度に達した後、容器外端子Ｄｘ１〜ＤｘｍとＤｙ１〜Ｄｙｎを通じ、行方向配線電極１０１３および列方向配線電極１０１４を介して各素子１０１３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。次に、１０^-6［Ｔｏｒｒ］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。
【０２５８】
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。
【０２５９】
以上のように完成した、図１１および図１２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、走査信号および変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ印加することにより電子を放出させ、メタルバック１０１９には、高圧端子Ｈｖを通じて高圧を印加することにより放出電子ビームを加速し、蛍光膜１０１８に電子を衝突させ、各色蛍光体１３０１（図１６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［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。
【０２６０】
このとき、スペーサＡ近傍では、耐電圧は良好であった。さらに、スペーサＡに近い位置にある冷陰極素子１０１２からの放出電子による発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよいカラー画像表示ができた。このことは、スペーサＡ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。
【０２６１】
［実施例２（参考例）］
スペーサ基板として、以下に示すガラス基板ｇ０を用いて、実施例１と同様な方法により、凹凸表面を有するスペーサを作製した。
【０２６２】
リアプレートと同質の低アルカリガラス基板として、旭硝子社製のＰＤ２００を原形にして、ガラスの切断と鏡面研磨処理により、その外形寸法が、厚さ０．２ｍｍ、高さ３ｍｍ、長さ４０ｍｍとなるように形状加工した。このときの表面の粗さ平均値は５０［Å］であった。この基板をｇ０とする上記スペーサ基板ｇ０を、成膜工程に先立って、先ず、純水、ＩＰＡ、アセトン中で３分間超音波洗浄した後、８０℃で３０分間乾燥処理を施した後、ＵＶオゾン洗浄を施し基板表面の有機物残基を取り除く処理を施した。
【０２６３】
さらに、実施例１と同様にして、Ｔｉ：Ｓｉ＝１：１の比率よりなる成分の１２．０重量％の金属アルコキシド溶液中に、平均粒径６５０Å（3σの分布で５００〜８００Å）のシリカよりなる微粒子を予め分散させ、該溶液の印刷を、５μｍの粗さの展色板を用いて行った。その後、１００℃約１０分の仮焼成を行い、さらにＵＶ照射を行い、またさらに２７０℃で約１時間の加熱焼成処理を施した。この絶縁膜のバインダー部の厚さは１５０Åとした。
【０２６４】
この後、さらに、実施例１と同様にして、帯電防止膜を構成するその他の層として、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、Ｃｒ−Ａｌ合金窒化膜を膜厚２００Åとなるように形成した。スパッタガスはＡｒ：Ｎ₂が１：２の混合ガスで全圧力は１ｍＴｏｒｒである。
【０２６５】
本スペーサの膜面方向の抵抗値は、シート抵抗でＲ／□＝８×１０⁹Ω／□であり、上記条件で同時成膜した平滑膜上の二次電子放出係数の第一、第２クロスポイントエネルギーはそれぞれ、３０ｅＶおよび５ｋｅＶであった。
【０２６６】
さらに、実施例１と同様にして、上下基板との接合部となる領域に下記の方法により低抵抗膜を形成した。接合部と平行に、２００μｍの帯状に１０ｎｍ厚のチタン膜と２００ｎｍ厚のＰｔ膜をどちらもスパッタにより気相形成した。この際、Ｔｉ膜は、Ｐｔ膜の膜密着性を補強する下地層として必要であった。こうして低抵抗膜付きスペーサ１０２０を得た。これをスペーサＢとする。このときの低抵抗の膜厚は２１０ｎｍであり、シート抵抗は１０〔Ω／□〕であった。
【０２６７】
得られたスペーサＢは断面図として、実施例１と同様な表面を形成し、微粒子の凸部に対応した最表面の凸形状が確認された。このとき、バインダー部の膜厚は、３５０Åであり、凸部の高さは、８５０Åであった。さらには、スパッタにより形成したＣｒ−Ａｌ合金窒化膜も凸部の周囲に回り込み、連続的にスペーサ側面を被覆していることを確認した。
【０２６８】
さらに実施例１と同様にしてスパッタによる低抵抗膜を作成した。これをスペーサＢとする。スペーサＢの二次電子放出係数の入射角度倍増係数ｍ₀は、入射電子エネルギー１ｋＶに対して、８．９であった。
【０２６９】
さらに、実施例１と同様にして、電子線放出素子を組み込んだリアプレート等とともに電子線放出装置を作成し、実施例１と同条件で、高圧印加および素子駆動を行った。
【０２７０】
このとき、スペーサＢ近傍では、耐電圧は良好であった。さらに、スペーサＢに近い位置にある冷陰極素子１０１２からの放出電子による発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよいカラー画像表示ができた。このことは、スペーサＢ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。
【０２７１】
［実施例３（参考例）］
スペーサ基板として、実施例２で使用したガラス基板ｇ０を用いて、実施例１と同様な方法により、凹凸表面を有するスペーサを作製した。
【０２７２】
上記スペーサ基板ｇ０を、実施例1と同様にして、成膜工程に先立って、先ず、純水、ＩＰＡ、アセトン中で３分間超音波洗浄した後、８０℃で３０分間乾燥処理を施した後、ＵＶオゾン洗浄を施し基板表面の有機物残基を取り除く処理を施した。
【０２７３】
さらに、実施例１と同様にして、Ｔｉ：Ｓｉ＝１：１の比率よりなる成分の１２．０重量％の金属アルコキシド溶液中に、平均粒径６５０Å（3σの分布で５００〜８００Å）のシリカよりなる微粒子と密着性をあげるために平均粒径５０Åの酸化錫粒子を予め分散させ、該溶液の印刷を、５μｍの粗さの展色板を用いて行った。その後、１００℃約１０分の仮焼成を行い、さらにＵＶ照射を行い、またさらに２７０℃で約１時間の加熱焼成処理を施した。この絶縁膜のバインダー部の厚さは２００Åとした。
【０２７４】
この後、さらに、実施例１と同様にして、帯電防止膜を構成するその他の層として、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、Ｃｒ−Ａｌ合金窒化膜を膜厚４００Åとなるように形成した。スパッタガスはＡｒ：Ｎ₂が１：２の混合ガスで全圧力は１ｍＴｏｒｒである。
【０２７５】
本スペーサの膜面方向の抵抗値は、シート抵抗でＲ／□＝４×１０⁹Ω／□であり、上記条件で同時成膜した平滑膜上の二次電子放出係数の第１、第２クロスポイントエネルギーはそれぞれ、３０ｅＶおよび５ｋｅＶであった。
【０２７６】
さらに、実施例１と同様にして、上下基板との接合部となる領域に下記の方法により低抵抗膜を形成した。接合部と平行に、２００μｍの帯状に１０ｎｍ厚のチタン膜と２００ｎｍ厚のＰｔ膜をどちらもスパッタにより気相形成した。この際、Ｔｉ膜は、Ｐｔ膜の膜密着性を補強する下地層として必要であった。こうして低抵抗膜付きスペーサ１０２０を得た。これをスペーサＣとする。このときの低抵抗の膜厚は２１０ｎｍであり、シート抵抗は１０〔Ω／□〕であった。
【０２７７】
得られたスペーサＣは断面図として、実施例１と同様な表面を形成していた。さらに得られた膜付きの基板形状を断面ＴＥＭにより詳細に観察した結果は、図８のようでり、微粒子の凸部に対応した最表面の凸形状が確認された。さらに、バインダー部に微粒子が分散含有されていた、このとき、バインダー部の膜厚は、６００Åであり、凸部の高さは、１０５０Åであった。さらには、スパッタにより形成したＣｒ−Ａｌ合金窒化膜も凸部の周囲に回り込み、スペーサ側面を被覆していることを確認した。
【０２７８】
さらに実施例１と同様にしてスパッタによる低抵抗膜を作成した。これをスペーサＣとする。スペーサＣの二次電子放出係数の入射角度倍増係数ｍ₀は、入射電子 エネルギー１ｋＶに対して、５．５であった。
【０２７９】
さらに、実施例１と同様にして、電子線放出素子を組み込んだリアプレート等とともに電子線放出装置を作成し、実施例１と同条件で、高圧印加および素子駆動を行った。
【０２８０】
このとき、スペーサＣ近傍では、耐電圧は良好であった。さらに、スペーサＣに近い位置にある冷陰極素子１０１２からの放出電子による発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよいカラー画像表示ができた。このことは、スペーサＣ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。
【０２８１】
［実施例４、５］
スペーサ基板として、実施例２で使用したガラス基板ｇ０を用いて、実施例１と同様な方法により、凹凸表面を有するスペーサを作製した。上記スペーサ基板ｇ０を、実施例１と同様にして、成膜工程に先立って、先ず、純水、ＩＰＡ、アセトン中で３分間超音波洗浄した後、８０℃で３０分間乾燥処理を施した後、ＵＶオゾン洗浄を施し基板表面の有機物残基を取り除く処理を施した。
【０２８２】
さらに、微粒子分散溶液として、粒径５０Åから１００Åのアンチモンでドープした酸化錫微粒子および１００Åのシリカ微粒子を９０％：１０％の割合で、Ｔｉ：Ｓｉ＝１：４の比率よりなる成分の１２．０重量％の珪素−金属アルコキシド溶液中に予め分散させ、該溶液の印刷を、５μｍの粗さの展色板を用いて行った。その後、１００℃約１０分の仮焼成を行い、さらにＵＶ照射を行い、またさらに２７０℃で約１時間の加熱焼成処理を施した。この高抵抗膜の厚さは１４００Åとした。この粗面化膜付きスペーサ基板をｇ１とする。
【０２８３】
この後、さらにスペーサ基板ｇ１に対して、実施例１と同様にして、帯電防止膜を構成するその他の層として、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、Ｃｒ−Ａｌ合金窒化膜を膜厚１５０Åとなるように形成した。スパッタガスはＡｒ：Ｎ₂が１：２の混合ガスで全圧力は１ｍＴｏｒｒである。こうして得られたスペーサ基板をｇ２とする。
【０２８４】
さらに、スペーサ基板ｇ１およびｇ２に対して、実施例１と同様にして、上下基板との接合部となる領域に下記の方法により低抵抗膜を形成した。接合部と平行に、２００μｍの帯状に１０ｎｍ厚のチタン膜と２００ｎｍ厚のＰｔ膜をどちらもスパッタにより気相形成した。この際、Ｔｉ膜は、Ｐｔ膜の膜密着性を補強する下地層として必要であった。こうして低抵抗膜付きスペーサ１０２０を得た。これをスペーサＤ、Eとする。
【０２８５】
スペーサＤ、Ｅの二次電子放出係数の入射角度倍増係数ｍ₀は、入射電子 エネルギー１ｋＶに対して、それぞれ、９．５、９．４であった。
【０２８６】
本スペーサＤ、Ｅの膜面方向の抵抗値は、いずれも、シート抵抗でＲ／□＝８×１０⁷Ω／□であり、膜厚換算で、膜面方向の体積抵抗は、１．１×１０の３乗Ωｃｍであり、上記条件で同時成膜したモニター基板の膜厚方向の体積抵抗は、１．３×１０の２乗Ωｃｍであった。
【０２８７】
スペーサＤおよびその他の層付きスペーサＥに対して、得られた膜付きの基板形状を断面ＴＥＭにより詳細に観察した結果は、それぞれ図９および図７のようであり、微粒子の凸部に対応した最表面の凸形状が確認された。このとき、一次粒子分布が疎な領域９０４、７０４の膜厚は、それぞれ１１５０Å、１３００Åであり、一次粒子分布が密な領域９０３、７０３の膜厚は、それぞれ、１４５０Å、１６００Åであった。
【０２８８】
さらに、実施例１と同様にして、電子線放出素子を組み込んだリアプレート等とともに電子線放出装置を作成し、実施例１と同条件で、高圧印加および素子駆動を行った。
【０２８９】
このとき、スペーサＤ、E近傍では、耐電圧は良好であった。さらに、スペーサＤ、Eに近い位置にある冷陰極素子１０１２からの放出電子による発光スポットも含め、２次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよいカラー画像表示ができた。このことは、スペーサＤ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。
【０２９０】
なお、本実施例のスペーサｇ１に含有される微粒子の体積含有率は、３０％であった。
【０２９１】
本実施例の微粒子を含む層に含有される微粒子の平均微粒子径（平均粒径、直径）は、以下のようにして確認した。
【０２９２】
スペーサが表示装置内に設置されている状態において印加される加速電界方向に平行でありかつ、スペーサ側面として表示領域内に設置される部位であり、かつ、スペーサ側面（多くの場合最大面積の面）の垂線と平行であるような平面を切断面として切断した。該切断を、互いに平行な面を切断面として２回行うことに、スペーサ表面を含む薄片を切り出した。切り出した薄片の厚さ（平行な切断面の間隔）は二次元像が記録できればどのような厚さでも良いが、粒子含有量を算出する上では、粒子がスライスした厚さ方向に偏在する影響のないように粒子径に対して１００倍以上の厚さ、もしくは、膜厚に対して10倍以上の厚さで切断するとよい。
【０２９３】
次に、電界放出型の電子銃を具備してなる走査型透過電子顕微鏡を用いて、前記スペーサ表面の切断面に対して5万倍の断面観察を行い、二次元画像を写真記録した。この写真画像中に射影されている粒子直径を求めた。このとき粒子径および粒子断面積などの定量は、二次元画像から輪郭情報等の特徴抽出を行って行うこともできるが、本願発明においては、以下の方法により算出した。
すなわち、
（１）微粒画像の濃度に基づき本願発明にかかわる微粒子が存在する部分と該微粒子が存在しない部分とを決定し、評価エリア内の微粒子の断面積の合計＜総断面積＞を求める。本願発明にかかわる微粒子が存在する部分としない部分とを区別するための閾値としては、二次元画像において微粒子の像の中心の濃度と微粒子が存在しない部分の濃度の中間値を採用する。
【０２９４】
（２）これを評価エリア内の微粒子数で除すことにより、微粒子一個あたりの平均断面積が求められる。
【０２９５】
（３）つぎに円形を射影像の微粒子モデルとし、Ｓ＝πφ²/4より、微粒子の平均粒子直径φを求めた。
【０２９６】
又、比較的、粒子径の大きい実施例１、２、および３の試料に関しては、試料の切断面方向は同様にして、断面のうちの一箇所を前述の走査型透過電子顕微鏡のかわりに、走査型反射電子顕微鏡を用いて簡易に行うことができる。
【０２９７】
また、本実施例の微粒子を含む層に含有される微粒子の体積含有率は以下のようにして求めた。
【０２９８】
前述の含有微粒子のサイズ測定と同様にして、断面に射影されている微粒子の単位面積中の濃度（単位m^-2）を求め、これを評価した深さで除し、単位体積中の濃度（単位m^-3）を求める。さらに前述の平均粒子径より球をモデル形状として平均粒子体積を求めて先ほどの体積中の濃度に乗じて、体積含有率（単位１）を求める。
【０２９９】
この場合、微粒子群の影により実測値は、過小方向に誤差を含む可能性はあるが、含有量の最小推定値は同定できる。
【０３００】
また、原材料としてその固形分の微粒子比重、バインダー比重が既知であれば原料の重量混合比から推定することも可能であるし、また化学的に成分を分離して定量化する手法を組み合わせることも可能である。たとえば、固形分のうちバインダー原材料の主成分がシリカ（二酸化珪素）であることが既知の状態では、フッ化水素酸水溶液を用いてシリカ成分を溶解し、溶液中の残存粒子の重量を秤量することも可能である。
【０３０１】
また本発明のスペーサの膜厚は、前述の電子顕微鏡の切断面観察像から微粒子含有層の上下の構造との境界間の距離をもって膜厚を求めた。他の方法としては触針式段差計を用いてもよい。
【０３０２】
また、第二の実施形態のスペーサの膜中の微粒子は、凝集効果により、膜面方向に微粒子濃度の疎密分布があると好ましい。前記疎密分布は、前述のスペーサ表面の断面の電子顕微鏡画像により簡易に確認され、断面像のなかで少なくとも膜厚の０．１倍程度の膜面方向の領域において、粒子濃度が、平均粒子濃度の０．３倍程度以下である領域があることを疎な粒子濃度領域があるとして判断した。
【０３０３】
以上の実施例において形成したスペーサＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅについて、表面形状、二次電子放出係数入射角度依存性、発光点変位、および陽極耐印加電圧について比較すると、すべてについてそのパネル特性としての電気的コンタクト、発光点変位、耐電圧は良好であり、電子線装置の耐真空スペーサとして適当な帯電防止膜付きスペーサを形成できた。なお、電気的コンタクトとは、低抵抗膜を介した、帯電防止膜と基板配線並びにフェースプレート配線とのコンタクトのことである。二次電子放出係数の入射角度倍増係数ｍ₀が１０以下に抑制されており、スペーサに入射する 斜め入射電子の帯電を抑制させる効果が得られた。さらには、二次電子の多重放出現象も抑制されたため、ビームの安定性と放電抑制能力も高いスペーサが得られた。
【０３０４】
また、微粒子を含む層における微粒子の分布もしくは微粒子が凝集して形成される２次粒子の分布の偏在は良好に抑制されており、抵抗値などの電気的特性は安定していた。また、熱による影響を抑制できた。
【０３０５】
さらに上記の各実施例では微粒子を含む層を粗面化層としても用いたので、下記のような作用により種々の効果を得ることができる。
【０３０６】
第一の作用としては、帯電量の多くの部分を占める高入射角度モードの入射電子の帯電量を減少させる作用である。この微粒子による粗面化の作用によって、前記一般式（１）において定義される二次電子放出係数の入射角度増倍係数ｍ₀の減少効果としてあらわれ、通常の無機酸化物、窒化物などの均一膜と比較して約１／３以下のレベルに抑制させることが可能となる。この効果は、特に、８０度以上の高入射角となる最近接の電子放出素子からの直接入射電子に対して特に有効である。
【０３０７】
また、第二の作用として、膜中で微粒子の間隙が作るバインダーが占める領域が、微細なファラデーカップの集積体のように働き、二次電子を閉じ込める作用が得られ、δの絶対値を抑制する効果が得られる。
【０３０８】
さらには、第三の作用として、多重放出二次電子の抑制作用が挙げられる。放出された二次電子は、加速電界によりエネルギーを受け加速しながら陽極方向に軌道をとるが、放出直後のエネルギーが比較的小さいので、局所的な帯電領域に引っ張られスペーサ上に再突入する。このときδ−１倍の正電荷生成してしまう。このとき、通常の無機酸化物、窒化物などと比較して再突入が膜の凸形状の間で行われる確率が増加し、δ−１≦０か若しくはδ−１＞０だが絶対値｜δ−１｜があまり大きくならない条件で再入射し正電荷の蓄積を抑制する効果を提供することができる。
【０３０９】
第四の作用として、陽極輻射電子に対する入射角度抑制作用が挙げられる。スペーサへの入射電子の飛来経路はさまざまに分布しており、特にフェースプレートからの反射電子の再入射（以降ＦＰ輻射電子と記述）においては、その放出方向は、ほぼ同心円状の分布が存在しているため、反射電子は周囲の多方向に分布している。
【０３１０】
このとき、高圧印加方向から見たＦＰ輻射電子の軌道の分布は、本発明者等の素子毎のスペーサ帯電のスペーサ、放出素子間距離および陽極印加電圧依存検討の結果、陽極基板（フェースプレートに備えられたメタルバック或いはアノード電極）からの輻射電子は再近接（第１近接）のみならず第２、第３、第４近接の電子素子からの放出電子であることがわかった。
【０３１１】
この現象は、ＦＰ反射のうち発光点とスペーサ間の距離が近距離の場合、スペーサ上の遠方への入射点への再入射時の入射角が増倍されていることを意味する。このような理由から、斜めモードの反射電子に対する二次電子放出抑制効果として、ほぼ一様にランダムに形成された膜内部のネットワーク構造が全入射方向に対して有効に機能する。
【０３１２】
以上説明したように、本実施例によれば、入射角度の緩和効果と二次電子の累積的な入射放出の抑止効果により、最近接電子源による、直接入射電子による帯電のみならずフェースプレートからの反射電子や、陽極印加電圧によってスペーサ縁面上を多重放出される累積的な放出電子の生成による帯電をも抑制したスペーサを提供することが可能となる。
【０３１３】
これにより、帯電に伴う発光点の変位や延面放電を抑制した優れた表示品位と長期信頼性のある電子線型の画像表示装置を作成することが可能になる。
【０３１４】
さらには、本実施例のスペーサは、抵抗値の制御が容易であり、さらには、膜製造プロセスが塗工工程と加熱乾燥工程により実現できるため、材料の利用効率の高さと併せて、膜作成上プロセスの簡便性、ローコスト性においても、他のスパッタ成膜装置による成膜を前提とする帯電防止膜より有利である。
【０３１５】
以上、微粒子を含む層を粗面化層としても用いる例を述べてきたが、本願発明の適用の範囲は上述の実施例の記載に限るものではない。微粒子を含む層が前述の好適に粗面化を行うための第１の形態や第２の形態の条件を満たしていなくても、本願発明の要件を満たすことにより電気的特性を安定化でき、好適な電子線装置または画像形成装置を実現することができる。
【０３１６】
また、本願発明の範囲はスペーサに微粒子を含む層を設ける構成に限るものではなく、電子線装置内で、電気的な特性が安定した層を設けたい場所に設ける膜として好適に用いることができる。特には帯電を抑制する、もしくは帯電の影響を抑制する帯電防止膜として用いると好適である。
【０３１７】
また、本願発明においては、微粒子の平均粒径の１００倍×１００倍よりも広い領域において本願発明が規定する要件を満たしていると好適である。
【０３１８】
産業上の利用可能性
本願発明は、画像形成装置のような電子線装置の分野で用いることができる。
【図面の簡単な説明】
図１の（ａ）は、本発明の実施例のスペーサ基板の斜視図である。（ｂ）は（ａ）に例示した本発明のスペーサのＢ−Ｂ’面の断面図である。（ｃ）は、（ａ）に例示した本発明のスペーサのＣ−Ｃ’面の断面図である。
図２は、一次電子入射角と二次電子放出の位置関係を示す説明図である。
図３は、二次電子放出係数の入射角度θ依存特性を示す説明図である。
図４は、二次電子放出効果を考慮した帯電電位の基本計算モデルを示す図である。
図５は、帯電の蓄積効果を説明する駆動時間の例示を示す説明図である。
図６は、本発明の参考形態のスペーサの表面構造を示す説明図である。
図７は、本発明の実施形態のスペーサの表面構造を示す説明図である。
図８は、本発明の参考形態のスペーサの表面構造を示す説明図である。
図９は、本発明の実施形態のスペーサの表面構造を示す説明図である。
図１０は、二次電子放出係数の入射エネルギー依存特性を示す説明図である。
図１１は、本発明の実施形態である画像表示装置の、表示パネルの一部を切り欠いて示した斜視図である。
図１２は、本発明の本発明の実施形態である表示パネルのＡ−Ａ′断面図である。
図１３は、本発明の実施形態で用いた平面型の表面伝導型電子放出素子の平面図（ａ）、断面図（ｂ）である。
図１４は、本発明の実施形態で用いたマルチ電子ビーム源の基板の平面図である。
図１５は、本発明の実施形態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１６は、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１７は、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１８は、平面型の表面伝導型電子放出素子の製造工程を示す断面図である。
図１９は、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２０は、通電活性化処理の際の印加電圧波形（ａ）、放出電流Ｉｅの変化（ｂ）を示す図である。
図２１は、本発明の実施形態で用いた垂直型の表面伝導型電子放出素子の断面図である。
図２２は、垂直型の表面伝導型電子放出素子の製造工程を示す断面図である。
図２３は、本発明の実施形態で用いた表面伝導型電子放出素子の典型的な特性を示すグラフである。
図２４は、本発明の実施形態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２５は、本発明の一例であるはしご型配列の電子源の模式的平面図である。
図２６は、本発明の一例であるはしご型配列の電子源を持つ平面型画像表示装置の斜視図である。
図２７は、表面伝導型電子放出素子の一例を示す図である。
図２８は、ＦＥ型素子の一例を示す図である。
図２９は、ＭＩＭ型素子の一例を示す図である。
図３０は、従来知られた平面型画像表示装置の、表示パネルの一部を切り欠いて示した斜視図である。
図３１は、本発明のスペーサである実施例の別の形態を示した説明図である。ここで、（ａ）は、本発明の別の実施例である柱状スペーサの概観を示す図であり、（ｂ）は、本発明の別の実施例である柱状スペーサの鉛直断面図である。
図３２は、本発明のスペーサである実施例の別の形態を示した説明図である。ここで、（ａ）は、本発明の別の実施例である角型スペーサの概観を示す図であり、（ｂ）は、本発明の別の実施例である角型スペーサの水平断面図である。
符号の説明
１ スペーサ基板
２ 高抵抗膜
３、２１ 低抵抗膜
５ 側面部
１１ 帯電防止膜
１０１１ 基板
１１０２，１１０３ 素子電極
１１０４ 導電性薄膜
１１０５ 通電フォーミング処理により形成した電子放出部
１１１３ 通電活性化処理により形成した膜
１０１５ リアプレート
１０１６ 側壁
１０１７ フェースプレート（ＦＰ）
１０２０ スペーサ

Claims (6)

1. 電子線装置であって、
   気密容器と、該気密容器内に設けられる電子源と、スペーサとを有しており、
   該スペーサは、金属元素を含む微粒子とバインダーを含む層を有しており、
   前記微粒子は、平均粒子径が前記層の厚みより小さくかつ１０００Å以下であり、
   前記層は、表面で測ったシート抵抗値は１０の７乗Ω／□以上であり、かつ前記粒子の凝集によって形成される２次粒子によって、表面に凹凸を有することを特徴とする電子線装置。
2. 前記微粒子を含む層において微粒子の体積比率が３０％以上である請求の範囲１項に記載の電子線装置。
3. 前記微粒子の平均粒径は前記微粒子を含む層の層厚の０．１倍以下である請求の範囲１または２項記載の電子線装置。
4. 前記微粒子が金属の酸化物または金属の窒化物を含む請求の範囲１乃至３項のいずれかに記載の電子線装置。
5. 電子線装置であって、
   気密容器と、該気密容器内に設けられる電子源と、該気密容器内に設けられる帯電防止膜とを有しており、
   該帯電防止膜は、金属元素を含む微粒子とバインダーを含む層を有しており、
   前記微粒子は、平均粒子径が前記層の厚みより小さくかつ１０００Å以下であり、
   前記層は、表面で測ったシート抵抗値は１０の７乗Ω／□以上であり、かつ前記粒子の凝集によって形成される２次粒子によって、表面に凹凸を有することを特徴とする電子線装置。
6. 画像形成装置であって、請求の範囲１乃至５項のいずれかに記載の電子線装置と、該電子線装置が有する電子源からの電子の照射により画像を形成する画像形成部材とを有することを特徴とする画像形成装置。

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