JP2000021309A

JP2000021309A - 画像形成装置の製造方法

Info

Publication number: JP2000021309A
Application number: JP18498398A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Takase; 博光高瀬; Hirotsugu Takagi; 博嗣高木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2000-01-21

Abstract

(57)【要約】【課題】画像形成装置を組み立てる工程において、ス
ペーサ帯電防止膜の表面から１００Å程度までの深さの
部分が画像形成装置を組み立てる工程の雰囲気の影響を
受けにくい画像形成装置の製造方法を提供する。【解決手段】電子放出素子および電子放出素子を駆動
するための配線を形成した基板と、電子放出素子から放
出された電子により画像が形成される画像形成部材を形
成した基板とをスペーサを介して対向させた構造を有す
る画像形成装置の製造方法において、スペーサ基板表面
に帯電防止膜を被覆する工程に連続して、帯電防止膜表
面に酸化防止犠牲層を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像形成装置の製造
方法、特に、スペーサ表面の帯電防止膜の酸化防止に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電子放出素子として熱陰極素
子と冷陰極素子の２種類が知られている。このうち冷陰
極素子では、たとえば表面伝導型放出素子や、電界放出
型素子（以下ＦＥ型と記す）や、金属／絶縁層／金属型
放出素子（以下ＭＩＭ型と記す）、などが知られてい
る。

【０００３】表面伝導型放出素子としては、たとえば、
M.I.Elinson,Radio Eng.Electron Phys.,10,1290,(196
5)や、後述する他の例が知られている。

【０００４】表面伝導型放出素子は、基板上に形成され
た小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことにより
電子放出が生ずる現象を利用するものである。この表面
伝導型放出素子としては、前記エリンソン等によるＳｎ
Ｏ₂薄膜を用いたものの他に、Ａｕ薄膜によるもの[G.D
ittmer:“Thin Solid Films"9,317(1972)]や、In₂O₃ /S
nO₂薄膜によるもの[M.Hartwell and C.G.Fonstad:“IE
EE 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。

【０００５】これらの表面伝導型放出素子の素子構成の
典型的な例として、図１７に前述のM.Hartwell らによ
る素子の平面図を示す。同図において、１は基板、２は
スパッタで形成された金属酸化物よりなる導電性薄膜で
ある。導電性薄膜２は図示のようにＨ字形の平面形状に
形成されている。該導電性薄膜２に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
３が形成される。図中の間隔Ｌは、０．５〜１［ｍ
ｍ］，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３は導電性薄膜２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実現しているわけで
はない。

【０００６】M.Hartwellらによる素子をはじめとして上
述の表面伝導型放出素子においては、電子放出を行う前
に導電性薄膜２に通電フォーミングと呼ばれる通電処理
を施すことにより電子放出部３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２の両端に一定の直流電圧、もしくは、例えば１Ｖ
／分程度の非常にゆっくりとしたレートで昇圧する直流
電圧を印加して通電し、導電性薄膜２を局所的に破壊も
しくは変形もしくは変質せしめ、電気的に高抵抗な状態
の電子放出部３を形成することである。尚、局所的に破
壊もしくは変形もしくは変質した導電性薄膜２の一部に
は、亀裂が発生する。前記通電フォーミング後に導電性
薄膜２に適宜の電圧を印加した場合には、前記亀裂付近
において電子放出が行われる。

【０００７】また、ＦＥ型の例は、たとえば、W.P.Dyke
&W.W.Dolan,“Field emission",Advance in Electron P
hysics,8,89(1956)や、あるいは、C.A.Spindt,“Physic
al properties of thin-film field emission cathodes
with molybdenium cones",J.Appl.Phys.,47,5248(197
6)などが知られている。

【０００８】ＦＥ型の素子構成の典型的な例として、図
１８に前述のC.A.Spindtらによる素子の断面図を示す。
同図において、４は基板で、５は導電材料よりなるエミ
ッタ配線、６はエミッタコーン、７は絶縁層、８はゲー
ト電極である。本素子は、エミッタコーン６とゲート電
極８の間に適宜の電圧を印加することにより、エミッタ
コーン６の先端部より電界放出を起こさせるものであ
る。

【０００９】また、ＦＥ型の他の素子構成として、図１
８のような積層構造ではなく、基板上に基板平面とほぼ
平行にエミッタとゲート電極を配置した例もある。

【００１０】また、ＭＩＭ型の例としては、たとえば、
C.A.Mead,“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１９に示す。同図は断面
図であり、図において、９は基板で、１０は金属よりな
る下電極、１１は厚さ１０ｎｍ程度の薄い絶縁層、１２
は厚さ８ｎｍ〜３０ｎｍ程度の金属よりなる上電極であ
る。ＭＩＭ型においては、上電極１２と下電極１０の間
に適宜の電圧を印加することにより、上電極１２の表面
より電子放出を起こさせるものである。

【００１１】上述の冷陰極素子は、熱陰極素子と比較し
て低温で電子放出を得ることができるため、加熱用ヒー
ターを必要としない。したがって、熱陰極素子よりも構
造が単純であり、微細な素子を作製可能である。また、
基板上に多数の素子を高い密度で配置しても、基板の熱
溶融などの問題が発生しにくい。また、熱陰極素子がヒ
ーターの加熱により動作するため応答速度が遅いのとは
異なり、冷陰極素子の場合には応答速度が速いという利
点もある。

【００１２】このため、冷陰極素子を応用するための研
究が盛んに行われてきている。たとえば、表面伝導型放
出素子は、冷陰極素子のなかでも特に構造が単純で製造
も容易であることから、大面積にわたり多数の素子を形
成できる利点がある。そこで、たとえば本出願人による
特開昭６４−３１３３２号公報において開示されるよう
に、多数の素子を配列して駆動するための方法が研究さ
れている。また、表面伝導型放出素子の応用について
は、たとえば、画像表示装置、画像記録装置などの画像
形成装置や、荷電ビーム源、等が研究されている。

【００１３】特に、画像表示装置への応用としては、た
とえば本出願人による米国特許番号５，０６６，８８３
や特開平２−２５７５５１号公報や特開平４−２８１３
７号公報において開示されているように、表面伝導型放
出素子と電子ビームの照射により発光する蛍光体とを組
み合わせて用いた画像表示装置が研究されている。表面
伝導型放出素子と蛍光体とを組み合わせて用いた画像表
示装置は、従来の他の方式の画像表示装置よりも優れた
特性が期待されている。たとえば、近年普及してきた液
晶表示装置と比較しても、自発光型であるためバックラ
イトを必要としない点や、視野角が広い点が優れている
と言える。

【００１４】また、ＦＥ型を多数個ならべて駆動する方
法は、たとえば本出願人による米国特許番号４，９０
４，８９５に開示されている。また、ＦＥ型を画像表示
装置に応用した例として、たとえば、Ｒ．Ｍｅｙｅｒら
により報告された平板型表示装置が知られている[R.Mey
er:“Recent Development on Micro-tips Display at L
ETI",Tech.Digest of 4th Int.Vacuum Microelectronic
s 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、たとえば本出願人による特開平３−
５５７３８号公報に開示されている。

【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表示装置は省スペ
ースかつ軽量であることから、ブラウン管型の表示装置
に置き換わるものとして注目されている。

【００１７】電子放出素子の配列については種々のもの
が採用できる。一例としては電子放出素子をＸ方向、Ｙ
方向に行列状に複数配列し、同じ行に配置された複数の
電子放出素子の電極の一方をＸ方向の配線に共通に接続
し、同じ序列に配置された複数の電子放出素子の電極の
他方をＹ方向の配線に共通に接続するマトリックス配置
が挙げられる。また、もう一つの例としては、電子放出
素子を梯子状に複数配列する梯子型配置が挙げられる。
図１は複数の電子放出素子がマトリックス配置された平
面型の画像表示装置をなす表示パネル部の一例を示す模
式図であり、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、１７はリアプレート、１８は側壁、
１９はフェースプレートであり、リアプレート１７、側
壁１８およびフェースプレート１９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。

【００１９】リアプレート１７には基板１３が固定され
ているが、この基板１３上には冷陰極素子１４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１４は、図３に示すと
おり、Ｍ本の行方向配線１５とＮ本の列方向配線１６に
より配線されている。これら基板１３、冷陰極素子１
４、行方向配線１５および列方向配線１６によって構成
される部分をマルチ電子ビーム源と呼ぶ。また、少なく
とも行方向配線１５と列方向配線１６の交差する部分に
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。

【００２０】フェースプレート１９の下面には、蛍光体
からなる蛍光膜２０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２０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
２０のリアプレート１７側の面には、Ａｌ等からなるメ
タルバック２１が形成されている。

【００２１】Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎ及びＨｖ
は、当該表示パネルと不図示の電気回路とを電気的に接
続するために設けた気密構造の電気接続用端子である。
Ｄｘ１〜Ｄｘｍはマルチ電子ビーム源の行方向配線１５
と、Ｄｙ１〜Ｄｙｎはマルチ電子ビーム源の列方向配線
１６と、Ｈｖはメタルバック２１と各々電気的に接続し
ている。

【００２２】また、上記気密容器の内部は１０^-3Ｐａ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１７およびフェースプレート１９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１７およびフェースプレート１９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１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）２２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１３と
蛍光膜２０が形成されたフェースプレート１９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。

【００２３】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Ｄｙ
ｎを通じて各冷陰極素子１４に電圧を印加すると、各冷
陰極素子１４から電子が放出される。それと同時にメタ
ルバック２１に容器外端子Ｈｖを通じて数１００［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１９の内面に衝突させる。
これにより、蛍光膜２０をなす各色の蛍光体が励起され
て発光し、画像が表示される。

【００２４】次に、電子放出素子を梯子型に配置した画
像形成装置について図１５および図１６を用いて説明す
る。図１５は、梯子型配置の電子源の一例を示す模式図
である。図１５において７１は電子源基板、７４は電子
放出素子、Ｄ１〜Ｄ１０は電子放出素子７４を接続する
ための共通配線である。電子放出素子７４は電子源基板
７１上にＸ方向に並列に複数個配置されており、これを
素子行と呼ぶ。この素子行が複数個配置されて電子源を
構成している。各素子行の共通配線間に駆動電圧を印加
することで各素子行を独立に駆動させることができる。
各素子行間の共通配線Ｄ２〜Ｄ９は例えばＤ２とＤ３、
Ｄ４とＤ５、Ｄ６とＤ７、Ｄ８とＤ９とをそれぞれ同一
配線とすることもできる。図１６は梯子型配置の電子源
を備えた画像形成装置におけるパネル構成の一例を示す
模式図である。図１６において１１２はグリッド電極、
１１３は電子が通過するための空孔、１１４はＤ１、Ｄ
２、・・・Ｄｍよりなる容器外端子である。１１５はグ
リッド電極１１２と接続されたＧ１、Ｇ２、・・・Ｇｎ
から成る容器外端子、７１は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。ここに示した画像形成
装置と、図１に示したマトリックス配置の画像形成装置
の大きな違いは電子源基板７１とフェースプレート１９
の間にグリッド電極１１２を備えているか否かである。
図１６においてグリッド電極１１２は表面伝導型電子放
出素子から放出された電子ビームを変調するためのもの
であり、梯子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個ずつ円形の空孔１１３が設けられてい
る。グリッドの形状や設置位置は図１６に限定されるも
のではない。例えば、空孔としてメッシュ状に多数の通
過孔を設けることもでき、グリッドを表面伝導型電子放
出素子の周囲や近傍に設けることもできる。容器外端子
１１４およびグリッド容器外端子１１５は不図示の制御
回路と電気的に接続されている。本例の画像形成装置で
は、素子行を１列づつ順次駆動（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。これによって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。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】以上説明した画像形成
装置の表示パネルにおいては、以下のような問題点があ
った。

【００２６】第１に、スペーサ２２が帯電してリアプレ
ートとフェースプレート間を飛翔する電子の軌道に大き
く影響を及ぼすことがあってはならないが、スペーサ２
２の近傍から放出された電子の一部がスペーサ２２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
電をひきおこし、冷陰極素子１４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ゆがんで表示され
る可能性がある。この問題点を解決するために、帯電面
に導電性を付与し微小電流が流れるようにして帯電を除
去する技術がある。この概念をスペーサに応用したもの
としては特開昭５７−１１８３５５号公報に、絶縁性の
スペーサの表面を酸化スズで被覆する手法が開示されて
いる。また、特開平３−４９１３５号公報にはＰｂＯ系
ガラス材で被覆する手法が開示されている。

【００２７】第２に、冷陰極素子１４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
１９との間には数１００Ｖ以上の高電圧（即ち１ｋＶ／
ｍｍ以上の高電界）が印加されるため、スペーサ２２表
面での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。沿面放電耐圧の向上手段としては２次電子放出率
の小さい材料で被覆すると効果的であり、２次電子放出
率が小さい材料で被覆した例として酸化クロム（T.S.Su
darshan and J.D.Cross:IEEE Tran.EI-11,32(1976))、酸
化銅(J.D.Crossand T.S.Sudarshan:IEEE Tran.EI-9,146
(1974))が知られている。

【００２８】しかしながら、上記の酸化物半導体材料を
マルチ電子源を有する画像形成装置のスペーサに適用し
た場合、以下の点で十分な性能が発揮されない場合があ
る。すなわち、酸化物半導体材料は固有抵抗値が低いた
め、きわめて薄くコーティングしない限りスペーサ表面
を流れる電流が大きくなりすぎる。抵抗が低いと高加速
電圧を使用する画像形成装置においてはスペーサ部の発
熱が問題となる。また、酸化物半導体は雰囲気ガスによ
り抵抗値が大きく変化するため非常に薄い薄膜状にした
場合には抵抗制御が困難であり、再現よくスペーサを製
造することができなかった。すなわち、スペーサあるい
はその表面層の材質として好ましい物性についての予測
はされていたが、マルチ電子源より放出した電子を３ｋ
Ｖ以上の電圧により加速し、これにより蛍光体を発光さ
せる画像形成装置でのスペーサとして適する材料がなか
った。したがって、高電圧で蛍光体を発光させることに
より高輝度で歪みのない画像を形成する画像形成装置の
実現が困難であった。これに対して、窒化物半導体材料
をスペーサに適用することが考えられる。この場合には
酸化物半導体材料を適用する場合に比べて抵抗制御がし
やすく帯電防止特性も良好なものが得られると考えられ
るが、スペーサの表面から１００Å程度までの深さの部
分の酸化を抑制することにより更なる特性の向上が期待
できる。当該深さの部分での酸化は画像形成装置を組み
立てる工程で発生していることが考えられる。

【００２９】本発明の課題は、画像形成装置を組み立て
る工程において、スペーサ帯電防止膜の表面から１００
Å程度までの深さの部分が画像形成装置を組み立てる工
程の雰囲気の影響を受けにくい画像形成装置の製造方法
を提供し、かつ、当該方法により高輝度まで歪みのない
画像を形成する画像形成装置を実現することにある。

【００３０】

【課題を解決するための手段】本発明は、電子放出素子
および該電子放出素子を駆動するための配線を形成した
基板（リヤプレート）と、該電子放出素子から放出され
た電子により画像が形成される画像形成部材を形成した
基板（フェースプレート）とをスペーサを介して対向さ
せた構造を有する画像形成装置の製造方法において、該
スペーサ基板表面に帯電防止膜を被覆する工程に連続し
て、該帯電防止膜表面に、構成元素として少なくともカ
ーボンを含む非晶質な構造を有する酸化防止犠牲層を形
成する。

【００３１】［作用］構成元素として少なくともカーボ
ンを含む非晶質な構造を有する酸化防止犠牲層は、大気
中で画像形成装置を組み立てる工程における熱処理によ
って酸化されて消失する。工程の条件による酸化防止犠
牲層の消失レートに基づいて適切な膜厚を設定すること
により工程終了時点で、酸化されていないスペーサ帯電
防止膜を露出せしめる。

【００３２】

【発明の実施の形態】図３は、本発明画像表示装置の応
用例として表示パネルの斜視図であり、内部構造を示す
ためにパネルの一部を切り欠いて示している。

【００３３】リアプレート１７には、基板１３が固定さ
れているが、該基板上には冷陰極素子１４がＮ×Ｍ個形
成されている。（Ｎ，Ｍは２以上の正の整数であり、目
的とする表示画素数に応じて適宜設定される。たとえ
ば、高品位テレビジョンの表示を目的とした表示装置に
おいては、Ｎ＝３０００，Ｍ＝１０００以上の数を設定
することが望ましい。）前記Ｎ×Ｍ個の冷陰極素子は、
Ｍ本の行方向配線１５とＮ本の列方向配線１６により単
純マトリクス配線されている。基板１３、冷陰極素子１
４、行方向配線１５及び列方向配線１６を備える部分を
マルチ電子ビーム源と呼ぶ。

【００３４】本実施形態の画像表示装置に用いるマルチ
電子ビーム源は、冷陰極素子を単純マトリクス配線した
電子源であれば、冷陰極素子の材料や形状あるいは製法
に制限はない。したがって、たとえば表面伝導型放出素
子やＦＥ型、あるいはＭＩＭ型などの冷陰極素子を用い
ることができる。

【００３５】図３において、１７はリアプレート、１８
は側壁、１９はフェースプレートであり、１７〜１９に
より表示パネルの内部を真空に維持するための気密容器
を形成している。気密容器を組み立てるにあたっては、
各部材の接合部に十分な強度と気密性を保持させるため
封着する必要があるが、たとえばフリットガラスを接合
部に塗布し、大気中あるいは窒素雰囲気中で、４００〜
５００℃で１０分以上焼成することにより封着を達成し
た。気密容器内部を真空に排気する方法については後述
する。また、上記気密容器の内部は１０^-4Ｐａ程度の真
空に保持されるので、大気圧や不意の衝撃などによる気
密容器の破壊を防止する目的で、耐大気圧構造体とし
て、スペーサ２２が設けられている。

【００３６】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。図１はスペーサ２２を中心とした表示装置断
面模式図である。それぞれの番号は図３に対応してい
る。１４は冷陰極電子源、１７はリアプレート、１８は
側壁、１９はフェースプレートであり、リアプレート１
７、側壁１８、フェースプレート１９により表示パネル
の内部を真空に維持するための気密容器を形成してい
る。

【００３７】スペーサ２２は外囲器内を真空にすること
により大気圧を受けて、外囲器が破損あるいは変形する
のを避けるために設けられる。スペーサ２２の材質、形
状、配置、配置本数は外囲器の形状ならびに熱膨張係数
等、外囲器の受ける大気圧、熱等を考慮して決定され
る。スペーサの形状には、平板型、十字型、Ｌ字型、円
筒型等がある。図２はスペーサ２２の断面模式図であ
る。スペーサ２２の表面にはスペーサの帯電を防止する
ための帯電防止膜２３ａが形成されている。

【００３８】絶縁性基材２４は電子放出素子が形成され
たリアプレート１７、蛍光体が形成されたフェースプレ
ート１９とほぼ同一の熱膨張特性の材料であることが必
要である。あるいは、絶縁性基材２４の弾性が高く、熱
変形を容易に吸収するものであってもよい。フェースプ
レート１９およびリアプレート１７にかかる大気圧を支
持する必要からガラス、セラミクス等機械的強度の高く
耐熱性の高い材料が適する。フェースプレート１９、リ
アプレート１７の材質としてガラスを用いた場合、表示
装置作成工程中の熱応力を押さえるために、スペーサ２
２の絶縁性基材２４はできるだけこれらの材質と同じも
のか、同様の熱膨張係数の材料であることが望ましい。

【００３９】本発明者はスペーサの帯電防止膜２３ａが
本来の特性を実現できるスペーサ帯電防止膜の製造方法
を検討した結果、構成元素として少なくともカーボンを
含む非晶質な構造を有する膜（酸化防止犠牲層）２３ｂ
を帯電防止膜２３ａの形成に連続して形成する方法が極
めて有効であることを見出した。図２は本発明に関わる
スペーサの構成を表わす断面模式図であり、絶縁性基板
２４上に、半導電性を有する帯電防止層２３ａおよび少
なくともカーボンを含む非晶質な構造を有する層（酸化
防止犠牲層）２３ｂが形成されている。

【００４０】帯電防止膜２３ａはスペーサ表面に帯電し
た電荷を除去し、スペーサが大きく帯電しないようにす
る。また、少なくともカーボンを含む非晶質な構造を有
する層（酸化防止犠牲層）２３ｂは画像形成装置を組み
立てる工程の熱処理により消失することを特徴とする酸
化防止犠牲層である。

【００４１】帯電防止膜２３ａの抵抗値はスペーサ表面
が帯電することなく電荷を速やかに除電するのに十分な
電流がスペーサに流れる値に設定される。したがって、
スペーサに適する抵抗値は帯電量により設定される。帯
電量は電子源からの放出電流とスペーサ表面の二次電子
放出率に依存するので帯電防止膜が二次電子放出率の小
さい材料で構成されるのであれば大きな電流を流す必要
がない。シート抵抗が１０¹²Ω／□以下であればほとん
どの使用条件に対応できると考えられるが、１０¹¹Ω／
□以下であれば申し分ない。一方抵抗値の下限はスペー
サにおける消費電力で制限され、画像表示装置全体の消
費電力が過度に増加せず、したがって、スペーサの抵抗
は装置全体の発熱に大きく影響しない値に選ばれなけれ
ばならない。

【００４２】スペーサに使用する帯電防止膜２３ａとし
ては比抵抗が小さい金属膜よりは半導電性の材料である
ことが好ましい。その理由は比抵抗が小さい材料を用い
た場合、シート抵抗Ｒs を所望の値にするためには帯電
防止膜の厚みを極めて薄くしなければならないからであ
る。薄膜材料の表面エネルギーおよび基板との密着性や
基板温度によっても異なるが、一般的に１０ｎｍより小
さい薄膜は島状となり、抵抗が不安定で成膜再現性に乏
しい。したがって、比抵抗値が金属導電体より大きく、
絶縁体よりは小さい範囲にある半導電性材料が好まし
い。

【００４３】スペーサの抵抗温度係数が正の場合には温
度上昇とともに抵抗値が増加するため、スペーサでの発
熱が抑制される。逆に抵抗温度係数が負であると、スペ
ーサ表面で消費される電力による温度上昇で抵抗値が減
少し、更に発熱し温度が上昇し続け、過大な電流が流れ
る、いわゆる熱暴走を引き起こす。しかし、発熱量すな
わち消費電力と放熱がバランスした状況においては熱暴
走は発生しない。したがって抵抗温度係数（ＴＣＲ）の
絶対値が小さければ熱暴走しづらい。

【００４４】ＴＣＲが約−１％の薄膜を用いた条件でス
ペーサ１ｃｍ²あたりの消費電力がおよそ０．１Ｗを超
えるようになるとスペーサに流れる電流が増加し続け、
熱暴走状態となることが実験で認められた。これはもち
ろんスペーサ形状とスペーサ間に印加される電圧Ｖa お
よび帯電防止膜の抵抗温度係数により左右されるが、以
上の条件から、消費電力が１ｃｍ²あたり０．１Ｗを超
えないＲs の値は１０×Ｖa²Ω／□以上である。すなわ
ち、スペーサ上に形成した帯電防止膜２３ａのシート抵
抗Ｒs は１０×Ｖa²Ω／□〜１０¹¹Ω／□の範囲に設定
されることが望ましい。

【００４５】帯電防止膜２３ａの厚みｔは前述のように
１０ｎｍ以上が望ましい。一方膜厚ｔが１μｍを超える
と膜応力が大きくなって膜はがれの危険性が高まり、ま
た、成膜時間が長くなるため生産性が悪い。したがっ
て、膜厚は１０ｎｍ〜１μｍ、更に好適には２０ｎｍ〜
５００ｎｍである事が望ましい。

【００４６】比抵抗ρはシート抵抗Ｒs と膜厚ｔの積で
あり、以上に述べたＲs とｔの好ましい範囲から、帯電
防止膜の比抵抗ρは１０^-7×Ｖa²Ωｍ〜１０⁵Ωｍであ
ることが望ましい。更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（２×１０^-7）×Ｖa²
Ωｍ〜５×１０⁴Ωｍとするのがよい。ディスプレイに
おける電子の加速電圧Ｖa は１００Ｖ以上であり、ＣＲ
Ｔに通常用いられる高速電子用蛍光体を平面型ディスプ
レイに用いた場合に十分な輝度を得るためには３ｋＶ以
上の電圧を要する。Ｖa ＝１ｋＶの条件においては、帯
電防止膜の比抵抗は０．１Ωｍ〜１０⁵Ωｍが好ましい
範囲となる。

【００４７】帯電防止膜２３ａの材料としては、抵抗値
が上述したスペーサに好ましい範囲に調節でき、かつ安
定ならば用いることができる。中でも、遷移金属と高抵
抗窒化物（窒化アルミ、窒化硼素、窒化珪素など）の複
合体、Ｃｒ−Ａｌ−Ｎ、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ、Ｔａ−Ａｌ−
Ｎ、Ｃｒ−Ｂ−Ｎ、Ｃｒ−Ｓｉ−Ｎ等は抵抗値の調節が
容易かつ画像形成装置作製プロセス中で抵抗値が安定で
好ましい材料である。

【００４８】電子源からの放出電子の軌道に乱れを発生
させないためには、フェースプレート１９〜リアプレー
ト１７間の電位分布が一様である、すなわちスペーサの
抵抗値がすべての場所でほぼ均一であることが必要であ
る。電位分布が乱れると、スペーサ近傍の蛍光体に到達
すべき電子が曲げられ、隣接した蛍光体にあたるために
画像に乱れを生ずる。Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａと高抵抗窒化物
の複合体から成る窒化膜は安定であり抵抗値の一様性を
確保し、画像の乱れを防止するのに有効である。

【００４９】酸化防止犠牲層２３ｂは構成元素として少
なくともカーボンを含む非晶質な構造を有するものであ
り、アモルファスカーボン、水素を含むアモルファスカ
ーボンなどが可能である。カーボンはその構造に秩序性
が発現するに伴って熱に対する耐性が向上するため、非
晶質な構造であることが望ましい。酸化防止犠牲層２３
ｂの膜厚としては画像形成装置組み立ての工程における
熱処理条件によって適宜決められ、厳密には画像形成装
置が組み立てられた時点で完全に消失しているのが望ま
しいものの、組み立て過程で消失した場合でも、酸化防
止犠牲層２３ｂを形成しない場合に比較すれば帯電防止
膜２３ａの表面酸化は抑制される。また、酸化防止犠牲
層２３ｂの構成元素には２次電子放出率の小さいカーボ
ンが含まれているため、酸化防止犠牲層２３ｂが画像形
成装置の組み立て工程後にわずかに残留した場合でも特
性に影響は与えない。

【００５０】酸化防止犠牲層２３ｂを帯電防止膜２３ａ
の成膜に連続して形成する製造方法の優れている点は、
真空中での連続成膜であるため帯電防止膜２３ａ表面は
酸化しない点、画像形成装置の通常の工程で当該酸化防
止犠牲層２３ｂが消失することにより酸化されていない
帯電防止膜２３ａを最終的に露出させられる点である。
すなわち、画像形成装置が組み立てられた時点では帯電
防止膜２３ａの本来の特性を実現できる点である。

【００５１】酸化防止犠牲層２３ｂの膜厚は材料や、成
膜方法および熱処理条件によっても異なるが、３００℃
以上の熱処理を大気中で行う場合は５０ｎｍ程度の膜厚
があれば酸化防止犠牲層として充分に効果がある。

【００５２】帯電防止膜２３ａはスパッタ法、反応性ス
パッタ法、電子ビーム蒸着法、イオンプレーティング
法、イオンアシスト蒸着法、ＣＶＤ法等の薄膜形成方法
により絶縁性基材上に形成することができる。酸化防止
犠牲層２３ｂは、反応性スパッタ法、イオンアシスト蒸
着法、ＣＶＤ法、イオンビームスパッタ法などの方法に
より形成することができる。例えば反応性スパッタの場
合はグラファイトのターゲットをアルゴン雰囲気下でス
パッタを行うことにより形成を行うことができる。また
アルゴンの全部または、一部を窒素に置き換えることに
より酸化防止犠牲層中に窒素を混入させることによって
酸化犠牲層の熱処理時の消失レートを制御できる可能性
もある。

【００５３】次に、冷陰極素子として表面伝導型放出素
子（後述）を基板上に配列して単純マトリクス配線した
マルチ電子ビーム源の構造について述べる。

【００５４】図４に示すのは、図３の表示パネルに用い
たマルチ電子ビーム源の平面図である。基板１３上に
は、後述の図５で示すものと同様な表面伝導型放出素子
が配列され、これらの素子は行方向配線１５と列方向配
線１６により単純マトリクス状に配線されている。行方
向配線１５と列方向配線１６の交差する部分には、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。

【００５５】図４のＢ−Ｂ′に沿った断面を、図５
（ｂ）に示す。

【００５６】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１５、列方向配線１６、
電極間絶縁層（不図示）、および表面伝導型放出素子の
素子電極と導電性薄膜を形成した後、行方向配線１５お
よび列方向配線１６を介して各素子に給電して通電フォ
ーミング処理（後述）と通電活性化処理（後述）を行う
ことにより製造した。

【００５７】本実施形態においては、気密容器のリアプ
レート１７にマルチ電子ビーム源の基板１３を固定する
構成としたが、マルチ電子ビーム源の基板１３が十分な
強度を有するものである場合には、気密容器のリアプレ
ートとしてマルチ電子ビーム源の基板１３自体を用いて
もよい。

【００５８】また、フェースプレート１９の下面には、
蛍光膜２０が形成されている。図６を参照すると、本実
施形態はカラー表示装置であるため、蛍光膜２０の部分
にはＣＲＴの分野で用いられる赤、緑、青、の３原色の
蛍光体２０ｂが塗り分けられている。各色の蛍光体は、
たとえば図６の（ａ）に示すようにストライプ状に塗り
分けられ、蛍光体のストライプの間には黒色の導電体２
０ａが設けてある。黒色の導電体２０ａを設ける目的
は、電子ビームの照射位置に多少のずれがあっても表示
色にずれが生じないようにする事や、外光の反射を防止
して表示コントラストの低下を防ぐ事、電子ビームによ
る蛍光膜のチャージアップを防止する事などである。黒
色の導電体２０ａには、黒鉛を主成分として用いたが、
上記の目的に適するものであればこれ以外の材料を用い
ても良い。

【００５９】また、３原色の蛍光体の塗り分け方は前記
図６（ａ）に示したストライプ状の配列に限られるもの
ではなく、たとえば図６（ｂ）に示すようなデルタ状配
列や、それ以外の配列であってもよい。

【００６０】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体２０ｂに用いれ
ばよく、また黒色導電材料２０ａは必ずしも用いなくと
もよい。

【００６１】また、蛍光膜２０のリアプレート側の面に
は、ＣＲＴの分野では公知のメタルバック２１を設けて
ある。メタルバック２１を設けた目的は、蛍光膜２０が
発する光の一部を鏡面反射して光利用率を向上させる事
や、負イオンの衝突から蛍光膜２０を保護する事や、電
子ビーム加速電圧を印加するための電極として作用させ
る事や、蛍光膜２０を励起した電子の導電路として作用
させる事などである。メタルバック２１は、蛍光膜２０
をフェースプレート基板１９上に形成した後、蛍光膜表
面を平滑化処理し、その上にＡｌを真空蒸着する方法に
より形成した。なお、蛍光膜２０に低電圧用の蛍光体材
料を用いた場合には、メタルバック２１は用いない。

【００６２】また、本実施形態では用いなかったが、加
速電圧の印加用や蛍光膜の導電性向上を目的として、フ
ェースプレート基板１９と蛍光膜２０との間に、たとえ
ばＩＴＯを材料とする透明電極を設けてもよい。

【００６３】図１に示すようにスペーサ２２は絶縁性部
材２４の表面に帯電防止膜２３ａを成膜し、かつフェー
スプレート１９の内側（メタルバック２１等）及び基板
１３の表面（行方向配線１５または列方向配線１６）に
面したスペーサの当接面及び接する側面部に低抵抗膜２
５を成膜した部材からなるもので、上記目的を達成する
のに必要な数だけ、かつ必要な間隔をおいて配置され、
フェースプレート１９の内側および基板１３の表面に接
合材２６により固定される。また、帯電防止膜２３ａ
は、絶縁性基板２４の表面のうち、少なくとも気密容器
内の真空中に露出している面に成膜されており、スペー
サ２２上の低抵抗膜２５および接合材２６を介して、フ
ェースプレート１９の内側（メタルバック２１等）及び
基板１３の表面（行方向配線１５または列方向配線１
６）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２２の形状は薄板状とし、行方向配線
１５に平行に配置され、行方向配線１５に電気的に接続
されている。

【００６４】スペーサ２２を構成する低抵抗膜２５は、
帯電防止膜２３ａを高電位側のフェースプレート１９
（メタルバック２１等）及び低電位側の基板１３（配線
１５、１６等）と電気的に接続する為に設けられたもの
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。

【００６５】帯電防止膜２３ａをフェースプレート１
９及び基板１３と電気的に接続する。

【００６６】既に記載したように、帯電防止膜２３ａは
スペーサ２２表面での帯電を防止する目的で設けられた
ものであるが、帯電防止膜２３ａをフェースプレート１
９（メタルバック２１等）及び基板１３（配線１５、１
６等）と直接或いは当接材２６を介して接続した場合、
接続部界面に大きな接触抵抗が発生し、スペーサ表面に
発生した電荷を速やかに除去できなくなる可能性があ
る。これを避ける為に、フェースプレート１９、基板１
３及び当接材２６と接触するスペーサ２２の当接面或い
は側面部に低抵抗の中間層を設けた。

【００６７】帯電防止膜２３ａの電位分布を均一化す
る。

【００６８】冷陰極素子１４より放出された電子は、フ
ェースプレート１９と基板１３の間に形成された電位分
布に従って電子軌道を成す。スペーサ２２の近傍で電子
軌道に乱れが生じないようにする為には、帯電防止膜２
３ａの電位分布を全域にわたって制御する必要がある。
帯電防止膜２３ａをフェースプレート１９（メタルバッ
ク２１等）及び基板１３（配線１５、１６等）と直接或
いは当接材２６を介して接続した場合、接続部界面の接
触抵抗の為に、接続状態のむらが発生し、帯電防止膜２
３ａの電位分布が所望の値からずれてしまう可能性があ
る。これを避ける為に、スペーサ２２がフェースプレー
ト１９及び基板１３と当接するスペーサ端部（当接面或
いは側面部）の全長域に低抵抗の中間層を設け、この中
間層部に所望の電位を印加することによって、帯電防止
膜２３ａ全体の電位を制御可能とした。

【００６９】放出電子の軌道を制御する。

【００７０】冷陰極素子１４より放出された電子は、フ
ェースプレート１９と基板１３の間に形成された電位分
布に従って電子軌道を成す。スペーサ近傍の冷陰極素子
から放出された電子に関しては、スペーサを設置するこ
とに伴う制約（配線、素子位置の変更等）が生じる場合
がある。このような場合、歪みやむらの無い画像を形成
する為には、放出された電子の軌道を制御してフェース
プレート１９上の所望の位置に電子を照射する必要があ
る。フェースプレート１９及び基板１３と当接する面の
側面部に低抵抗の中間層を設けることにより、スペーサ
２２近傍の電位分布に所望の特性を持たせ、放出された
電子の軌道を制御することが出来る。

【００７１】低抵抗膜２５は、帯電防止膜２３ａ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、Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，
Ｐｄ等の金属、あるいは合金、及びＰｄ，Ａｇ，Ａｕ，
ＲｕＯ₂，Ｐｄ−Ａｇ等の金属や金属酸化物とガラス等
から構成される印刷導体、あるいはＩｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ
₂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。

【００７２】接合材２６はスペーサ２２が行方向配線１
５およびメタルバック２１と電気的に接続するように、
導電性をもたせる必要がある。すなわち、導電性接着材
や金属粒子や導電性フィラーを添加したフリットガラス
が好適である。

【００７３】また、Ｄｘ１〜ＤｘｍおよびＤｙ１〜Ｄｙ
ｎおよびＨv は、当該表示パネルと不図示の電気回路と
を電気的に接続するために設けた気密構造の電気接続用
端子である。Ｄｘ１〜Ｄｘｍはマルチ電子ビーム源の行
方向配線１５と、Ｄｙ１〜Ｄｙｎはマルチ電子ビーム源
の列方向配線１６と、Ｈv はメタルバック２１と電気的
に接続している。

【００７４】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^-5Ｐａ程度の真空度
まで排気する。その後、排気管を封止するが、気密容器
内の真空度を維持するために、封止の直前あるいは封止
後に気密容器内の所定の位置にゲッター膜（不図示）を
形成する。ゲッター膜とは、たとえばＢａを主成分とす
るゲッター材料をヒーターもしくは高周波加熱により加
熱し蒸着して形成した膜であり、該ゲッター膜の吸着作
用により気密容器内は１×１０^-3Ｐａ乃至は１×１０^-5
Ｐａの真空度に維持される。

【００７５】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Ｄｙ
ｎを通じて各冷陰極素子１４に電圧を印加すると、各冷
陰極素子１４から電子が放出される。それと同時にメタ
ルバック２１に容器外端子Ｈv を通じて数ｋＶの高圧を
印加して、上記放出された電子を加速し、フェースプレ
ート１９の内面に衝突させる。これにより、蛍光膜２０
をなす各色の蛍光体が励起されて発光し、画像が表示さ
れる。

【００７６】通常、冷陰極素子である本実施形態の表面
伝導型放出素子への１４への印加電圧は１２〜１６Ｖ程
度、メタルバック２１と冷陰極素子１４との距離ｄは１
ｍｍから８ｍｍ程度、メタルバック２１と冷陰極素子１
４間の電圧は１ｋＶから１５ｋＶ程度である。

【００７７】以上、本発明の実施形態の表示パネルの基
本構成と製法、および画像表示装置の概要を説明した。

【００７８】次に、前記実施形態の表示パネルに用いた
マルチ電子ビーム源の製造方法について説明する。本発
明の画像表示装置に用いるマルチ電子ビーム源は、冷陰
極素子を単純マトリクス配線した電子源であれば、冷陰
極素子の材料や形状あるいは製法に制限はない。したが
って、たとえば表面伝導型放出素子やＦＥ型、あるいは
ＭＩＭ型などの冷陰極素子を用いることができる。

【００７９】ただし、表示画面が大きくてしかも安価な
表示装置が求められる状況のもとでは、これらの冷陰極
素子の中でも、表面伝導型放出素子が特に好ましい。す
なわち、ＦＥ型ではエミッタコーンとゲート電極の相対
位置や形状が電子放出特性を大きく左右するため、極め
て高精度の製造技術を必要とするが、これは大面積化や
製造コストの低減を達成するには不利な要因となる。ま
た、ＭＩＭ型では、絶縁層と上電極の膜厚を薄くてしか
も均一にする必要があるが、これも大面積化や製造コス
トの低減を達成するには不利な要因となる。その点、表
面伝導型放出素子は、比較的製造方法が単純なため、大
面積化や製造コストの低減が容易である。また、発明者
らは、表面伝導型放出素子の中でも、電子放出部もしく
はその周辺部を微粒子膜から形成したものがとりわけ電
子放出特性に優れ、しかも製造が容易に行えることを見
いだしている。したがって、高輝度で大画面の画像表示
装置のマルチ電子ビーム源に用いるには、最も好適であ
ると言える。そこで、上記実施形態の表示パネルにおい
ては、電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形
成した表面伝導型放出素子を用いた。そこで、まず好適
な表面伝導型放出素子について基本的な構成と製法およ
び特性を説明し、その後で多数の素子を単純マトリクス
配線したマルチ電子ビーム源の構造について述べる。

【００８０】［表面伝導型放出素子の好適な素子構成と
製法］電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形
成する表面伝導型放出素子の代表的な構成には、平面型
と垂直型の２種類があげられる。

【００８１】［平面型の表面伝導型放出素子］まず最初
に、平面型の表面伝導型放出素子の素子構成と製法につ
いて説明する。図５に示すのは、平面型の表面伝導型放
出素子の構成を説明するための平面図（ａ）および断面
図（ｂ）である。図中、１３は基板、２７と２８は素子
電極、２９は導電性薄膜、３０は通電フォーミング処理
により形成した電子放出部、３１は通電活性化処理によ
り形成した薄膜である。

【００８２】基板１３としては、たとえば、石英ガラス
や青板ガラスをはじめとする各種ガラス基板や、アルミ
ナをはじめとする各種セラミクス基板、あるいは上述の
各種基板上にたとえばＳｉＯ₂を材料とする絶縁層を積
層した基板、などを用いることができる。

【００８３】また、基板１３上に基板面と平行に対向し
て設けられた素子電極２７と２８は、導電性を有する材
料によって形成されている。たとえば、Ｎｉ，Ｃｒ，Ａ
ｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ａｇ等をはじ
めとする金属、あるいはこれらの金属の合金、あるいは
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。電極を形成するには、たとえば真空蒸
着などの製膜技術とフォトリソグラフィー、エッチング
などのパターニング技術を組み合わせて用いれば容易に
形成できるが、それ以外の方法（たとえば印刷技術）を
用いて形成してもさしつかえない。

【００８４】素子電極２７と２８の形状は、当該電子放
出素子の応用目的に合わせて適宜設計される。一般的に
は、電極間隔Ｌは通常は数１０ｎｍから数１００μｍの
範囲から適当な数値を選んで設計されるが、なかでも表
示装置に応用するために好ましいのは数μｍより数１０
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１０ｎｍから数μｍの範囲から適当な数値
が選ばれる。

【００８５】また、導電性薄膜２９の部分には、微粒子
膜を用いる。ここで述べた微粒子膜とは、構成要素とし
て多数の微粒子を含んだ膜（島状の集合体も含む）のこ
とをさす。微粒子膜を微視的に調べれば、通常は、個々
の微粒子が離間して配置された構造か、あるいは微粒子
が互いに隣接した構造か、あるいは微粒子が互いに重な
り合った構造が観測される。

【００８６】微粒子膜に用いた微粒子の粒径は、０．数
ｎｍから数１００ｎｍの範囲に含まれるものであるが、
なかでも好ましいのは１ｎｍから２０ｎｍの範囲のもの
である。また、微粒子膜の膜厚は、以下に述べるような
諸条件を考慮して適宜設定される。すなわち、素子電極
２７あるいは２８と電気的に良好に接続するのに必要な
条件、後述する通電フォーミングを良好に行うのに必要
な条件、微粒子膜自身の電気抵抗を後述する適宜の値に
するために必要な条件、などである。具体的には、０．
数ｎｍから数１００ｎｍの範囲の中で設定するが、中で
も好ましいのは１ｎｍから５０ｎｍの間である。

【００８７】また、微粒子膜を形成するのに用いられう
る材料としては、たとえば、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，
Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｐｂ，などをはじめとする金属や、ＰｄＯ，Ｓ
ｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＰｂＯ，Ｓｂ₂Ｏ₃，などをはじ
めとする酸化物や、ＨｆＢ₂，ＺｒＢ₂，ＬａＢ₆，Ｃ
ｅＢ₆，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，Ｈｆ
Ｎ，などをはじめとする窒化物や、Ｓｉ，Ｇｅ，などを
はじめとする半導体や、カーボン、などがあげられ、こ
れらの中から適宜選択される。

【００８８】以上述べたように、導電性薄膜２９を微粒
子膜で形成したが、そのシート抵抗値については、１０
³から１０⁷［Ω／□］の範囲に含まれるよう設定し
た。

【００８９】なお、導電性薄膜２９と素子電極２７およ
び２８とは、電気的に良好に接続されるのが望ましいた
め、互いの一部が重なりあうような構造をとっている。
その重なり方は、図８の例においては、下から、基板１
３、素子電極２７、２８、導電性薄膜２９の順序で積層
したが、場合によっては下から基板１３、導電性薄膜２
９、素子電極２７、２８の順序で積層してもさしつかえ
ない。

【００９０】また、電子放出部３０は、導電性薄膜２９
の一部に形成された亀裂状の部分であり、電気的には周
囲の導電性薄膜２９よりも高抵抗な性質を有している。
亀裂は、導電性薄膜２９に対して、後述する通電フォー
ミングの処理を行うことにより形成する。亀裂内には、
０．数ｎｍから数１０ｎｍ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５においては模
式的に示した。

【００９１】また、薄膜３１は、炭素もしくは炭素化合
物よりなる薄膜で、電子放出部３０およびその近傍を被
覆している。薄膜３１は、通電フォーミング処理後に、
後述する通電活性化の処理を行うことにより形成する。

【００９２】薄膜３１は、単結晶グラファイト、多結晶
グラファイト、非晶質カーボン、のいずれかか、もしく
はその混合物であり、膜厚は５０ｎｍ以下とするが、３
０ｎｍ以下とするのがさらに好ましい。なお、実際の薄
膜３１の位置や形状を精密に図示するのは困難なため、
図５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３１の一部を除去した素子を図示した。

【００９３】以上、好ましい素子の基本構成を述べた
が、実施形態においては以下のような素子を用いた。

【００９４】すなわち、基板１３には青板ガラスを用
い、素子電極２７と２８にはＮｉ薄膜を用いた。素子電
極の厚さｄは１００ｎｍ、電極間隔Ｌは２μｍとした。

【００９５】微粒子膜の主要材料としてＰｄもしくはＰ
ｄＯを用い、微粒子膜の厚さは約１０ｎｍ、幅Ｗは１０
０μｍとした。

【００９６】次に、好適な平面型の表面伝導型放出素子
の製造方法について説明する。

【００９７】図７の（ａ）〜（ｄ）は、表面伝導型放出
素子の製造工程を説明するための断面図で、各部材の符
号は前記図５と同一である。

【００９８】１）まず、図７（ａ）に示すように、基板
１３上に素子電極２７および２８を形成する。

【００９９】形成するにあたっては、あらかじめ基板１
３を洗剤、純水、有機溶剤を用いて十分に洗浄後、素子
電極の材料を堆積させる。（堆積する方法としては、た
とえば、蒸着法やスパッタ法などの真空成膜技術を用い
ればよい。）その後、堆積した電極材料を、フォトリソ
グラフィー・エッチング技術を用いてパターニングし、
（ａ）に示した一対の素子電極（２７と２８）を形成す
る。

【０１００】２）次に、同図（ｂ）に示すように、導電
性薄膜２９を形成する。

【０１０１】形成するにあたっては、まず前記（ａ）の
基板１３に有機金属溶液を塗布して乾燥し、加熱焼成処
理して微粒子膜を成膜した後、フォトリソグラフィー・
エッチングにより所定の形状にパターニングする。ここ
で、有機金属溶液とは、導電性薄膜２９に用いる微粒子
の材料を主要元素とする有機金属化合物の溶液である。
（具体的には、本実施形態では主要元素としてＰｄを用
いた。また、実施形態では塗布方法として、ディッピン
グ法を用いたが、それ以外のたとえばスピンナー法やス
プレー法を用いてもよい。）また、微粒子膜で作られる導電性薄膜２９の成膜方法と
しては、本実施形態で用いた有機金属溶液の塗布による
方法以外の、たとえば真空蒸着法やスパッタ法、あるい
は化学的気相堆積法などを用いる場合もある。

【０１０２】３）次に、同図（ｃ）に示すように、フォ
ーミング用電源３２により素子電極２７と２８の間に適
宜の電圧を印加し、通電フォーミング処理を行って、電
子放出部３０を形成する。

【０１０３】通電フォーミング処理とは、微粒子膜で作
られた導電性薄膜２９に通電を行って、その一部を適宜
に破壊、変形、もしくは変質せしめ、電子放出を行うの
に好適な構造に変化させる処理のことである。微粒子膜
で作られた導電性薄膜のうち電子放出を行うのに好適な
構造に変化した部分（すなわち電子放出部３０）におい
ては、薄膜に適当な亀裂が形成されている。なお、電子
放出部３０が形成される前と比較すると、形成された後
は素子電極２７と２８の間で計測される電気抵抗は大幅
に増加する。

【０１０４】通電方法をより詳しく説明するために、図
８に、フォーミング用電源２９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２９
をフォーミングする場合には、パルス状の電圧が好まし
く、本実施形態の場合には同図に示したようにパルス幅
Ｔ１の三角波パルスをパルス間隔Ｔ２で連続的に印加し
た。その際には、三角波パルスの波高値Ｖｐｆを、順次
昇圧した。また、電子放出部３０の形成状況をモニター
するための波高値ＶｐｍのモニターパルスＰｍを適宜の
間隔で三角波パルスの間に挿入し、その際に流れる電流
を電流計３３で計測した。

【０１０５】実施形態においては、たとえば１０^-3Ｐａ
程度の真空雰囲気下において、たとえばパルス幅Ｔ１を
１ｍｓｅｃ、パルス間隔Ｔ２を１０ｍｓｅｃとし、波高
値Ｖｐｆを１パルスごとに０．１Ｖずつ昇圧させた。そ
して、三角波を５パルス印加するたびに１回の割りで、
モニターパルスＰｍを挿入した。フォーミング処理に悪
影響を及ぼすことがないように、モニターパルスの電圧
Ｖｐｍは０．１Ｖに設定した。そして、素子電極２７と
２８の間の電気抵抗が１×１０⁶Ωになった段階、すな
わちモニターパルス印加時に電流計３３で計測される電
流が１×１０^-7Ａ以下になった段階で、フォーミング処
理にかかわる通電を終了した。

【０１０６】なお、上記の方法は、本実施形態の表面伝
導型放出素子に関する好ましい方法であり、たとえば微
粒子膜の材料や膜厚、あるいは素子電極間隔Ｌなど表面
伝導型放出素子の設計を変更した場合には、それに応じ
て通電の条件を適宜変更するのが望ましい。

【０１０７】４）次に、図７の（ｄ）に示すように、活
性化用電源３４により素子電極２７と２８の間に適宜の
電圧を印加し、通電活性化処理を行って、電子放出特性
の改善を行う。

【０１０８】通電活性化処理とは、前記通電フォーミン
グ処理により形成された電子放出部３０に適宜の条件で
通電を行って、その近傍に炭素もしくは炭素化合物を堆
積せしめる処理のことである。（図においては、炭素も
しくは炭素化合物よりなる堆積物を薄膜３１として模式
的に示した。）なお、通電活性化処理を行うことによ
り、行う前と比較して、同じ印加電圧における放出電流
を典型的には１００倍以上に増加させることができる。

【０１０９】具体的には、１０^-1乃至１０^-4Ｐａの範囲
内の真空雰囲気中で、電圧パルスを定期的に印加するこ
とにより、真空雰囲気中に存在する有機化合物を起源と
する炭素もしくは炭素化合物を堆積させる。堆積物３１
は、単結晶グラファイト、多結晶グラファイト、非晶質
カーボン、のいずれかか、もしくはそれらの混合物であ
り、膜厚は５０ｎｍ以下、より好ましくは３０ｎｍ以下
である。

【０１１０】通電方法をより詳しく説明するために、図
９の（ａ）に、活性化用電源３４から印加する適宜の電
圧波形の一例を示す。本実施形態においては、一定電圧
の矩形波を定期的に印加して通電活性化処理を行った
が、具体的には、矩形波の電圧Ｖａｃは１４Ｖ，パルス
幅Ｔ３は１ｍｓｅｃ，パルス間隔Ｔ４は１０ｍｓｅｃと
した。なお、上述の通電条件は、本実施形態の表面伝導
型放出素子に関する好ましい条件であり、表面伝導型放
出素子の設計を変更した場合には、それに応じて条件を
適宜変更するのが望ましい。

【０１１１】図７の（ｄ）に示す３５は該表面伝導型放
出素子から放出される放出電流Ｉｅを捕捉するためのア
ノード電極で、直流高電圧電源３６および電流計３７が
接続されている。（なお、基板１３を、表示パネルの中
に組み込んでから活性化処理を行う場合には、表示パネ
ルの蛍光面をアノード電極３５として用いる。）活性化
用電源３４から電圧を印加する間、電流計３７で放出電
流Ｉｅを計測して通電活性化処理の進行状況をモニター
し、活性化用電源３４の動作を制御する。電流計３７で
計測された放出電流Ｉｅの一例を図９（ｂ）に示すが、
活性化電源３１からパルス電圧を印加しはじめると、時
間の経過とともに放出電流Ｉｅは増加するが、やがて飽
和してほとんど増加しなくなる。このように、放出電流
Ｉｅがほぼ飽和した時点で活性化用電源３４からの電圧
印加を停止し、通電活性化処理を終了する。

【０１１２】なお、上述の通電条件は、本実施形態の表
面伝導型放出素子に関する好ましい条件であり、表面伝
導型放出素子の設計を変更した場合には、それに応じて
条件を適宜変更するのが望ましい。

【０１１３】以上のようにして、図５（ｂ）に示す平面
型の表面伝導型放出素子を製造した。

【０１１４】［垂直型の表面伝導型放出素子］次に、電
子放出部もしくはその周辺を微粒子膜から形成した表面
伝導型放出素子のもうひとつの代表的な構成、すなわち
垂直型の表面伝導型放出素子の構成について説明する。

【０１１５】図１０は、垂直型の基本構成を説明するた
めの模式的な断面図であり、図中の３８は基板、３９と
４０は素子電極、４３は段差形成部材、４１は微粒子膜
を用いた導電性薄膜、４２は通電フォーミング処理によ
り形成した電子放出部、４４は通電活性化処理により形
成した薄膜である。

【０１１６】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３９が段差形成部材４３上に
設けられており、導電性薄膜４１が段差形成部材４３の
側面を被覆している点にある。したがって、前記図５の
平面型における素子電極間隔Ｌは、垂直型においては段
差形成部材４３の段差高Ｌｓとして設定される。なお、
基板３８、素子電極３９および４０、微粒子膜を用いた
導電性薄膜４１、については、前記平面型の説明中に列
挙した材料を同様に用いることが可能である。また、段
差形成部材４３には、たとえばＳｉＯ₂のような電気的
に絶縁性の材料を用いる。

【０１１７】次に、垂直型の表面伝導型放出素子の製法
について説明する。図１１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１
０と同一である。

【０１１８】１）まず、図１１（ａ）に示すように、基
板３８上に素子電極４０を形成する。

【０１１９】２）次に、同図（ｂ）に示すように、段差
形成部材４３を形成するための絶縁層を積層する。絶縁
層は、たとえばＳｉＯ₂をスパッタ法で積層すればよい
が、たとえば真空蒸着法や印刷法などの他の成膜方法を
用いてもよい。

【０１２０】３）次に、同図（ｃ）に示すように、絶縁
層の上に素子電極３９を形成する。

【０１２１】４）次に、同図（ｄ）に示すように、絶縁
層の一部を、たとえばエッチング法を用いて除去し、素
子電極４０を露出させる。

【０１２２】５）次に、同図（ｅ）に示すように、微粒
子膜を用いた導電性薄膜４１を形成する。形成するに
は、前記平面型の場合と同じく、たとえば塗布方法など
の成膜技術を用いればよい。

【０１２３】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４２を形成す
る。（図７（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。）

【０１２４】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７（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１０に示す垂直型の表面伝導型放
出素子を製造した。

【０１２５】［表示装置に用いた表面伝導型放出素子の
特性］以上、平面型と垂直型の表面伝導型放出素子につ
いて素子構成と製法を説明したが、次に表示装置に用い
た素子の特性について述べる。

【０１２６】図１２に、表示装置に用いた素子の、（放
出電流Ｉｅ）対（素子印加電圧Ｖｆ）特性、および（素
子電流Ｉｆ）対（素子印加電圧Ｖｆ）特性の典型的な例
を示す。なお、放出電流Ｉｅは素子電流Ｉｆに比べて著
しく小さく、同一尺度で図示するのが困難であるうえ、
これらの特性は素子の大きさや形状等の設計パラメータ
を変更することにより変化するものであるため、２本の
グラフは各々任意単位で図示した。

【０１２７】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。

【０１２８】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。

【０１２９】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。

【０１３０】第二に、放出電流Ｉｅは素子に印加する電
圧Ｖｆに依存して変化するため、電圧Ｖｆで放出電流Ｉ
ｅの大きさを制御できる。

【０１３１】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。

【０１３２】以上のような特性を有するため、表面伝導
型放出素子を表示装置に好適に用いることができた。た
とえば多数の素子を表示画面の画素に対応して設けた表
示装置において、第一の特性を利用すれば、表示画面を
順次走査して表示を行うことが可能である。すなわち、
駆動中の素子には所望の発光輝度に応じて閾値電圧Ｖｔ
ｈ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。

【０１３３】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。

【０１３４】図１３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為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１
７０２へ入力する信号等を生成する。シフトレジスタ１
７０４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。

【０１３５】以下、図１３の装置各部の機能を詳しく説
明する。

【０１３６】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為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
ムを制御する為の変調信号が印加される。また、高圧端
子Ｈv には、直流電圧源Ｖａより、たとえば５［ｋＶ］
の直流電圧が供給されるが、これはマルチ電子ビーム源
より出力される電子ビームに蛍光体を励起するのに十分
なエネルギーを付与する為の加速電圧である。

【０１３７】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Ｔ
_SCANに基づいて動作するものだが、実際にはたとえばＦ
ＥＴのようなスイッチング素子を組合わせる事により容
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、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。

【０１３８】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なわれるように
各部の動作を整合させる働きをもつものである。次に説
明する同期信号分離回路１７０６より送られる同期信号
Ｔ_SYNCに基づいて、各部に対してＴ_SCANおよびＴ_SFT お
よびＴ_MRYの各制御信号を発生する。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為
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、Ｔ_SYNC
信号として図示した。一方、前記テレビ信号から分離さ
れた画像の輝度信号成分を便宜上ＤＡＴＡ信号と表す
が、同信号はシフトレジスタ１７０４に入力される。

【０１３９】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Ｔ_SFTに基づい
て動作する。すなわち、制御信号Ｔ_SFTは、シフトレジ
スタ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。

【０１４０】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為の記憶装置であ
り、制御回路１７０３より送られる制御信号Ｔ_MRY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。

【０１４１】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１２
の各々を適切に駆動変調する為の信号源で、その出力信
号は、端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを通じて表示パネル１７０
１内の電子放出素子１２に印加される。

【０１４２】図１２を用いて説明したように、本発明に
関わる表面伝導型放出素子は放出電流Ｉｅに対して以下
の基本特性を有している。すなわち、電子放出には明確
な閾値電圧Ｖｔｈ（後述する実施形態の表面伝導型放出
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１２のグラフのように
電圧の変化に応じて放出素子Ｉｅも変化する。このこと
から、本素子にパルス状の電圧を印加する場合、たとえ
ば電子放出閾値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。

【０１４３】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。

【０１４４】シフトレジスタ１７０４やラインメモリ１
７０５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。

【０１４５】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１７０
６の出力部にＡ／Ｄ変換器を設ければよい。これに関連
してラインメモリ１７０５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。

【０１４６】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。

【０１４７】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２１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１８に衝突し、発光が生じて画像が形
成される。

【０１４８】ここで述べた画像表示装置の構成は、本発
明を適用可能な画像形成装置の一例であり、本発明の思
想に基づいて種々の変形が可能である。入力信号につい
てはＮＴＳＣ方式を挙げたが、入力信号はこれに限るも
のではなく、ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭ方式など他、これらよ
り多数の走査線からなる高品位テレビジョン方式などを
も採用できる。

【０１４９】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について図面
を用いて説明する。

【０１５０】［実施例１］本実施例では、まず、未フォ
ーミングの複数の表面伝導型電子源１４を基板１３に形
成した。基板１３として表面を清浄化した青板ガラスを
用い、これに、図５に示した表面伝導型電子放出素子を
１６０個×７２０個マトリクス上に形成した。素子電極
２７、２８はＮｉスパッタ膜であり、Ｘ方向配線１５、
Ｙ方向配線１６はスクリーン印刷法により形成したＡｇ
配線である。導電性薄膜２９はＰｄアミン錯体溶液を焼
成したＰｄＯ微粒子膜である。

【０１５１】画像形成部材であるところの蛍光膜２０は
図６（ａ）に示すように、各色蛍光体がＹ方向に伸びる
ストライプ形状を採用し、黒色体２０ａとしては各色蛍
光体間だけでなく、Ｘ方向にも設けることでＹ方向の画
素間を分離しかつスペーサ２２を設置するための部分を
加えた形状を用いた。先に黒色体（導電体）２０ａを形
成し、その間隙部に各色蛍光体を塗布して蛍光膜２０を
作成した。ブラックストライプ（黒色体２０ａ）の材料
として通常良く用いられている黒鉛を主成分とする材料
を用いた。フェースプレート１９に蛍光体を塗布する方
法としてはスラリー法を用いた。

【０１５２】また、蛍光膜２０より内面側（電子源側）
に設けられるメタルバック２１は、蛍光膜２０の作成
後、蛍光膜２０の内面側表面の平滑化処理（通常フィル
ミングと呼ばれる）を行い、その後、Ａｌを真空蒸着す
ることで作成した。フェースプレート１９には、更に蛍
光膜２０の導電性を高めるため、蛍光膜２０より外面側
（ガラス基板と蛍光膜の間）に透明電極が設けられる場
合もあるが、本実施例ではメタルバックのみで十分な導
電性が得られたので省略した。

【０１５３】次にスペーサ２２の製造方法について説明
する。図１において表面を清浄化したソーダライムガラ
スからなる絶縁性基板２４（幅３．８ｍｍ、板厚２００
μｍ、長さ２０ｍｍ）上に、まず、ＣｒとＡｌ合金窒化
膜からなる帯電防止膜２３ａを形成した。本実施例で用
いたＣｒとＡｌ合金窒化膜はスパッタリング装置を用い
てアルゴンと窒素混合雰囲気中でＣｒとＡｌのターゲッ
トを同時スパッタすることにより成膜した。スパッタ装
置については図１４のようになっている。図１４におい
て、４８は成膜室、５７はスペーサ基板、４５、４６、
４７はそれぞれ、Ｃｒ、Ａｌ、グラファイトのターゲッ
ト、４９、５０、５１はターゲット４５、４６、４７に
それぞれ高周波電圧を印加するための高周波電源、５
２、５３、５４はマッチングボックス、５５、５６はア
ルゴン、水素を導入するための導入管である。

【０１５４】成膜室４８にアルゴンと窒素を分圧比７：
３、全圧０．４５Ｐａで導入し、Ｃｒターゲット４５と
Ａｌターゲット４６およびスペーサ基板５７間に高周波
電圧を印加して放電をおこしスパッタを行う。それぞれ
のターゲットにかける電力を変化することにより組成の
調整を行い、最適の抵抗値を有するＣｒとＡｌ合金窒化
物から成る帯電防止膜２３ａを得た。次に、成膜室４８
を一旦排気した後、スパッタガスとしてアルゴンを１ｍ
Ｔｏｒｒ導入し、カーボンターゲット４７とスペーサ基
板５７間に高周波電圧を印加してスパッタによりアモル
ファスカーボンの酸化防止犠牲層２３ｂを帯電防止膜２
３ａ上に作製した。本実施例ではターゲット投入電力を
３．８Ｗ／ｃｍ²、成膜時間を３ｍｉｎとすることで画
像表示装置作製工程後に酸化防止犠牲層が消失するアモ
ルファスカーボン膜２３ｂが得られた。ＴＥＭ（透過電
子顕微鏡）の観察からアモルファスカーボンの平均的な
膜厚は１８ｎｍであった。

【０１５５】次に、帯電防止膜２３ａと、Ｘ方向配線お
よびメタルバックとの電気的接続を確実にするためにそ
の接続部にＡｌによる電極２５をスパッタにより形成し
た。この電極２５はＸ方向配線からフェースプレートに
向かって１５０μｍ、メタルバックからリアプレートに
向かって１００μｍの範囲で帯電防止膜および絶縁性基
板２４の底面を完全に被覆した。

【０１５６】その後、電子源１４の３．８ｍｍ上方にフ
ェースプレート１９を支持枠１８を介して配置し、リア
プレート１３、フェースプレート１９、支持枠１８およ
びスペーサ２２の接合部を固定した。スペーサはＸ方向
配線１５上に等間隔に固定した。スペーサ２２はフェー
スプレート１９側では黒色体２０ａ（線幅３００μｍ）
上に、Ａｕを被覆シリカ球を含有した導電性フリットガ
ラス２６を用いることにより、帯電防止膜２３とフェー
スプレート１９との導通を確保した。なお、メタルバッ
ク２１とスペーサ２２とが当接する領域においてはメタ
ルバック２１の一部を除去した。リアプレート１７と支
持枠１８の接合部はフリットガラス（不図示）を塗布
し、大気中で４２０℃で１０分以上焼成することで封着
した。

【０１５７】以上のようにして完成したあと、排気管を
通じ真空ポンプにて排気し、十分低い圧力に達した後、
容器外端子Ｄｘ１〜ＤｘｍとＤｙ１〜Ｄｙｎを通じ電子
放出素子１４の素子電極２７、２８間に電圧を印加し、
導電性薄膜２９を通電処理（フォーミング処理）するこ
とにより電子放出部３０を形成した。フォーミング処理
は、図１１に示した波形の電圧を印加することにより行
った。

【０１５８】次に排気管を通してアセトンを０．０１３
Ｐａの圧力となるように真空容器に導入し、容器外端子
Ｄｘ１〜Ｄｘｍと、Ｄｙ１〜Ｄｙｎに電圧パルスを定期
的に印加することにより、炭素あるいは炭素化合物を堆
積する通電活性化処理を行った。通電活性化は図１２に
示すような波形を印加することにより行った。

【０１５９】次に容器全体を２００℃に加熱しつつ１０
時間真空排気した後、１０^-4Ｐａ程度の圧力で、排気管
をガスバーナーで熱することで溶着し封止を行った。

【０１６０】最後に、封止後の圧力を維持するために、
ゲッター処理を行った。

【０１６１】以上のように完成した画像形成装置におい
て、各電子放出素子１４には、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘ
ｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎを通じ走査信号及び変調信号を不図
示の信号発生手段よりそれぞれ印加することにより電子
を放出させ、メタルバック２１には、高圧端子Ｈv を通
じて高圧を印加することにより放出電子ビームを加速
し、蛍光膜２０に電子を衝突させ、蛍光体２０ｂを励起
・発光させることで画像を表示した。なお高圧端子Ｈv
への印加電圧Ｖa は３〜７ｋＶ、素子電極２７、２８間
への印加電圧Ｖｆは１４Ｖとした。スペーサ近傍にある
電子放出素子からの放出電子による発光スポットは二次
元上に等間隔のスポット列として形成され、スペーサに
帯電が起きてないことを示した。

【０１６２】当該画像形成装置を分解してＸＰＳ（Ｘ線
光電子分光法）でスペーサ２２表面の組成を測定したと
ころＣ：１０．６ａｔｏｍｉｃ％、Ｎ：２６．９ａｔｏ
ｍｉｃ％、Ｏ：７．５ａｔｏｍｉｃ％、Ｃｒ：１．２ａ
ｔｏｍｉｃ％、Ａｌ：４６．３ａｔｏｍｉｃ％、その
他：７．５ａｔｏｍｉｃ％であった。アモルファスカー
ボンを形成せずに大気中で４２０℃、１０分間熱処理を
行った試料表面の組成をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）で
測定したところＣ：７．９ａｔｏｍｉｃ％、Ｎ：２０．
１ａｔｏｍｉｃ％、Ｏ：３２．７ａｔｏｍｉｃ％、Ｃ
ｒ：０．９ａｔｏｍｉｃ％、Ａｌ：３４．６ａｔｏｍｉ
ｃ％、その他：３．８ａｔｏｍｉｃ％であり、スペーサ
２２はアモルファスカーボンを酸化防止犠牲層２３ｂと
して形成したことにより、表面の酸素濃度は約１／４に
低下し、窒素濃度は約１．３倍増加し、熱処理時の表面
の酸化が抑制されたことを示した。ここで検出されたカ
ーボンは画像形成装置の分解からＸＰＳ（Ｘ線光電子分
光法）測定までの操作に伴って試料表面に吸着したカー
ボンと考えられる。

【０１６３】［実施例２］実施例２においては実施例１
で述べた酸化防止犠牲層２３ｂの成膜条件として、ＣＨ
₄をＡｒプラズマ中で分解して水素化アモルファスカー
ボン膜を成膜したこと以外は実施例１と同じにした。本
実施例では成膜室４８中に導入管５５、５６を介してＣ
Ｈ₄とＡｒを分圧比７：３、全圧３ｍＴｏｒｒ導入し、
プラズマのパワーを１Ｗ／ｃｍ²とした。

【０１６４】その後の組み立て工程は実施例１と同様で
行い、実施例１と同様の条件で駆動した。スペーサ近傍
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
は二次元上に等間隔のスポット列として形成され、スペ
ーサに帯電が起きてないことを示した。実施例１と同様
に当該画像形成装置を分解してＸＰＳ（Ｘ線光電子分光
法）でスペーサ２２表面の組成を測定したところＣ：
９．０ａｔｏｍｉｃ％、Ｎ：２７．５ａｔｏｍｉｃ％、
Ｏ：８．５ａｔｏｍｉｃ％、Ｃｒ：１．２ａｔｏｍｉｃ
％、Ａｌ：４６．３ａｔｏｍｉｃ％、その他：７．５ａ
ｔｏｍｉｃ％であった。これに対して、窒素を含むアモ
ルファスカーボンを形成せずに大気中で４２０℃で１０
分間大気中で熱処理を行った試料表面の組成をＸＰＳ
（Ｘ線光電子分光法）で測定したところＣ：７．９ａｔ
ｏｍｉｃ％、Ｎ：２０．１ａｔｏｍｉｃ％、Ｏ：３２．
７ａｔｏｍｉｃ％、Ｃｒ：０．９ａｔｏｍｉｃ％、Ａ
ｌ：３４．６ａｔｏｍｉｃ％、その他：３．８ａｔｏｍ
ｉｃ％であり、スペーサ２２は窒素を含有するアモルフ
ァスカーボン層を酸化防止犠牲層として形成したことに
より、表面の酸素濃度は約１／４に低下し、窒素濃度は
約１．４倍に増加し、熱処理時の表面の酸化が抑制され
たことを示した。ここで検出されたカーボンは画像形成
装置の分解からＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）測定までの
操作に伴って試料表面に吸着したカーボンと考えられ
る。

【０１６５】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、ス
ペーサ抵抗として適当な抵抗値を持つ合金窒化物からな
る帯電防止膜の上に、構成元素として少なくともカーボ
ンを含む非晶質な構造を有する酸化防止犠牲層を被覆す
ることにより最表面の酸化が抑制された合金窒化物から
なる良好な帯電防止機能を持つスペーサを得た。これを
使用した画像形成装置はスペーサ近傍でのビーム電位の
乱れは抑止され、ビームが蛍光体に衝突する位置と、本
来発光するべき蛍光体との位置ずれのない鮮明な画像表
示が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の形態である画像表示装置のスペーサ近
傍の断面模式図である。

【図２】本発明の実施形態によるスペーサの断面模式図
である。

【図３】本発明の実施形態による表示パネルの斜視図で
ある。

【図４】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５】本発明の実施形態で用いた平面型の表面伝導型
放出素子の平面図（ａ），断面図（ｂ）である。

【図６】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７】図５の平面型の表面伝導型放出素子の製造工程
を示す断面図である。

【図８】通電フォーミング処理の際の印加電圧波形の図
である。

【図９】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１０】本発明の実施形態で用いた垂直型の表面伝導
型放出素子の断面図である。

【図１１】図１０の垂直型の表面伝導型放出素子の製造
工程を示す断面図。

【図１２】本発明の実施形態で用いた表面伝導型放出素
子の典型的な特性を示すグラフである。

【図１３】画像形成装置にＮＴＳＣ方式のテレビ信号に
応じて表示を行うための駆動回路の一例を示すブロック
図である。

【図１４】本発明の実施例によるスパッタ装置の模式図
である。

【図１５】複数の電子放出素子を梯子型に配置した模式
図である。

【図１６】複数の電子放出素子を梯子型に配置した画像
形成装置の一例を示す斜視図である。

【図１７】従来例による表面伝導型電子放出素子の平面
図である。

【図１８】従来例によるＦＥ素子の断面図である。

【図１９】従来例によるＭＩＭ素子の断面図である。

【符号の説明】

１基板２導電性薄膜３電子放出部４基板５エミッタ配線６エミッタコーン７絶縁層８ゲート電極９基板１０下電極１１絶縁層１２上電極１３基板１４冷陰極素子１５行方向配線１６列方向配線１７リアプレート１８側壁１９フェースプレート２０蛍光膜２１メタルバック２２スペーサ２３導電膜２３ａ帯電防止膜２３ｂ酸化防止犠牲層２４絶縁性基材２５中間層電極２６導電性フリット（当接材）２７，２８素子電極２９導電性薄膜３０電子放出部３１通電活性化処理により形成した薄膜３２フォーミング用電源３３電流計３４活性化用電源３５アノード電極３６直流高電圧電源３７電流計３８基板３９素子電極４０素子電極４１導電性薄膜４２電子放出部４３段差形成部材４４通電活性化により形成した薄膜４５，４６，４７ターゲット４８成膜室４９，５０，５１高周波電源５２，５３，５４マッチングボックス５５，５６成膜ガス導入口５７排気口１７０１表示パネル１７０２走査回路１７０３制御回路１７０４シフトレジスタ１７０５ラインメモリ１７０６同期信号分離回路１７０７変調信号発生器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5C012 AA05 BB01 5C032 AA01 5C036 EE02 EE14 EF01 EF06 EG02 EG12 EG15 EG24 EG29 EG30 EG36 EG47 EG48 EH01 EH06 EH08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子放出素子および該電子放出素子を駆
動するための配線を形成した基板と、該電子放出素子か
ら放出された電子により画像が形成される画像形成部材
を形成した基板とをスペーサを介して対向させた構造を
有する画像形成装置の製造方法において、スペーサ基板
表面に帯電防止膜を被覆する工程に連続して、該帯電防
止膜表面に酸化防止犠牲層を形成することを特徴とする
画像形成装置の製造方法。
【請求項２】前記酸化防止犠牲層は酸化雰囲気中で３
００℃以上の熱処理を施すことにより消失することを特
徴とする請求項１に記載の画像形成装置の製造方法。
【請求項３】前記酸化防止犠牲層は構成元素として少
なくともカーボンを含む非晶質な構造を有することを特
徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置の製造方
法。
【請求項４】前記酸化防止犠牲層は膜厚が５０ｎｍ以
下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１
項に記載の画像形成装置の製造方法。