JP2000082422A

JP2000082422A - 画像表示装置用帯電防止膜

Info

Publication number: JP2000082422A
Application number: JP10248724A
Authority: JP
Inventors: Yoko Kosaka; 容子小坂; Yoichi Osato; 陽一大里
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-09-02
Filing date: 1998-09-02
Publication date: 2000-03-21

Abstract

(57)【要約】【課題】安定性が高く、再現性が良いスペーサ用帯電
防止膜およびそれを用いた表示装置を提供する。【解決手段】複数の冷陰極型電子放出素子を形成した
電子源基板１と発光材料を形成した透明基板４とをスペ
ーサ１０を介して対向させた画像表示装置のための帯電
防止膜１０ｃは、前記スペーサ１０の絶縁部材１０ａの
表面を被覆する帯電防止膜１０ｃであり、酸化亜鉛膜、
亜鉛といずれか一つの遷移金属元素とからなる混合酸化
物膜、又は亜鉛といずれか一つのランタノイド元素とか
らなる混合酸化物膜を用いる。すなわち、本発明におい
ては、上述した帯電防止膜１０ｃが、半導電性であり、
小さな負の抵抗温度係数を持つことを利用して、前記ス
ペーサにおける発熱と放熱のバランスをとるようにして
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複数の冷陰極型電子
放出素子を形成した電子源基板と発光材料を形成した透
明基板とをスペーサを介して対向させた画像表示装置用
帯電防止膜に関し、特に、前記スペーサの絶縁部材の表
面を被覆するための酸化亜鉛膜、混合酸化物膜に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】奥行きの薄い平面型ディスプレイは省ス
ペースかつ軽量であることから、ブラウン管型ディスプ
レイに置き変わるものとして注目される。現在平面型デ
ィスプレイには液晶型、プラズマ発光型、マルチ電子源
を用いたもの等がある。特に、マルチ電子源ディスプレ
イは視野角が大きく、画質がブラウン管並であるために
高品位な画像の表示が可能である。図１２は多数の微小
な電子源を使用したディスプレイの断面模式図であり、
１が基板２上に形成された電子源、４は蛍光体が形成さ
れたガラス基板である。電子源は高密度化が可能な円錐
状あるいは針状の先端から電子を電界放出させる電界放
出型電子素子あるいは表面伝導型電子放出素子などの冷
陰極型電子放出素子が開発されている。この図は電子源
を駆動するための配線は省略してある。ディスプレイの
表示面積が大きくなるにしたがい、内部の真空と外部の
圧力差による基板の変形を抑えるため基板および前面ガ
ラス板を厚くする必要がある。これはディスプレイの重
量を増加させるのみならず、斜めから見たときに画像の
ひずみをもたらす。そこで、比較的薄いガラス板を使用
して大気圧を支えるため基板と前面ガラス間はスペーサ
あるいはリブと呼ばれる構造支持体が用いられる。電子
源が形成された基板と蛍光体が形成された前面ガラス間
は通常サブミリないし数ミリに保たれ、前述したように
内部は高真空に保持されている。電子源からの放出電子
を加速するために電子源と蛍光体との間には数百Ｖ以上
の高電圧が印加されている。すなわち、蛍光体と電子源
との間には電界強度にして１ｋＶ／ｍｍを超える強電界
が印加されるためスペーサ部での放電が懸念される。ま
た、スペーサは近傍電子源から放出された電子の一部が
当たることにより、あるいは放出電子によりイオン化し
た正イオンがスペーサに付着することにより帯電をひき
おこす場合がある。このような場合、スペーサの帯電に
より電子源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、表示画
像を前面ガラスを介して見たとき、スペーサ近傍の画像
がゆがんで表示される。この問題点を解決するために、
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
提案がなされている（特開昭５７−１１８３５５号公
報、特開昭６１−１２４０３１号公報）。そこでは絶縁
性のスペーサの表面に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。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例に
使用された酸化スズ等の半導体型薄膜はガスセンサに応
用されるほど酸素等のガスに敏感なため雰囲気でその抵
抗値が変化しやすい。また、これらの材料や金属膜は比
抵抗が小さいために高抵抗化するには島状に成膜した
り、極めて薄膜化する必要がある。すなわち、従来の高
抵抗膜は成膜の再現性が難しかったり、ディスプレイ作
製工程でのフリットによる封着やベーキングといった熱
工程で抵抗値が変化しやすいという欠点がある。

【０００４】そこで、本発明は上記従来スペーサの欠点
を克服し、安定性が高く、再現性が良いスペーサ用帯電
防止膜およびそれを用いた表示装置を提供するものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明に係る画像表示装置用帯電防止膜帯電防止膜
は、複数の冷陰極型電子放出素子を形成した電子源基板
と発光材料を形成した透明基板とをスペーサを介して対
向させた画像表示装置用帯電防止膜であって、前記帯電
防止膜は、前記スペーサの絶縁部材の表面を被覆する酸
化亜鉛膜、亜鉛といずれか一つの遷移金属元素とからな
る混合酸化物膜、又は亜鉛といずれか一つのランタノイ
ド元素とからなる混合酸化物膜としている。

【０００６】すなわち、本発明においては、上述した帯
電防止膜が、半導電性(高抵抗）であり、小さな負の抵
抗温度係数を持つことを利用して、前記スペーサにおけ
る発熱と放熱のバランスをとるようにしている。

【０００７】

【発明の実施の形態】まず、本発明の画像表示装置用帯
電防止膜が備えるべき一般的条件について説明する。

【０００８】本発明の画像表示装置用帯電防止膜は、絶
縁性材質の表面を導電性膜で被覆することにより、スペ
ーサ表面に蓄積する電荷を除去するものであり、通常、
帯電防止膜の表面抵抗（シート抵抗Ｒｓ）が１２乗Ω以
下であることが必要である。さらに、十分な帯電防止効
果を得るためにはより低い抵抗値であればよく１１乗Ω
以下であることが好ましく、より低抵抗であれば除電効
果が向上する。

【０００９】帯電防止膜を上記ディスプレイのスペーサ
に適応した場合においては、スペーサの表面抵抗値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。シート抵抗の下限はスペーサにおける消費電力
により制限される。低抵抗であるほどスペーサに蓄積す
る電荷を速やかに除去することが可能となるが、スペー
サで消費される電力が大きくなる。スペーサに使用する
帯電防止膜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、表面抵抗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１
０ｎｍ以下の薄膜は島状となり、抵抗が不安定で成膜再
現性に乏しい。

【００１０】従って、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
しいのであるが、これらは抵抗温度係数が負の材料が多
い。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、さらに発熱
し温度が上昇しつづけ、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では熱暴走は発生しない。ま
た、帯電防止膜材料の抵抗温度係数ＴＣＲの絶対値が小
さければ熱暴走しづらい。

【００１１】ＴＣＲが−１％の帯電防止膜を用いた条件
でスペーサ１平方ｃｍ当たりの消費電力がおよそ０．１
Ｗを超えるようになるとスペーサに流れる電流が増加し
つづけ、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１平方ｃｍ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のシー
ト抵抗Ｒｓは１０×Ｖａ²Ωから１１乗Ωの範囲に設定
される必要がある。

【００１２】上述したように絶縁性スペーサ上に形成さ
れた帯電防止膜の厚みｔは１０ｎｍ以上が望ましい。一
方膜厚ｔが１μｍ以上では膜応力が大きくなって膜はが
れがおきたり、クラックが発生したりする危険性が高く
なる。従って、膜厚は１０ｎｍ〜１μｍ、さらには２０
〜５００ｎｍであることが望ましい。

【００１３】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^-5×Ｖａ²〜１０⁷Ωｃｍである
必要がある。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（２×１０^-5）Ｖａ²〜５
×１０⁶Ωｃｍとするのが良い。

【００１４】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、十分な輝度を得るためには１ｋ
Ｖ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１０〜１０⁷Ωｃｍが好ましい範囲
である。

【００１５】以上に述べた帯電防止膜の特性を実現する
材料を鋭意検討した結果、亜鉛の酸化膜および亜鉛に１
種類以上の遷移金属もしくはランタノイドが混合してい
る酸化膜が帯電防止膜として極めて優れていることを見
いだした。

【００１６】遷移金属はＣｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｙ，
Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｕ
等の中から、また、ランタノイドはＬａ，Ｃｅ，Ｅｒ，
Ｙｂ等の中から選ばれるものであり、これらを単独で使
用しても良いが、２種以上の遷移金属を合わせて用いる
ことも可能である。特に、酸化クロムなどの二次電子放
出率が１に近い材料を添加することにより、電子の照射
に対し帯電しにくく、電子線を利用したディスプレイに
適した帯電防止膜を得ることができた。

【００１７】酸化亜鉛の比抵抗は１０⁴Ωｃｍであり、
単独でも優れた帯電防止膜となるが、亜鉛に遷移金属も
しくはランタノイドを混合した酸化膜は混合比を調整す
ることにより、半導体からほぼ絶縁体まで広い範囲に比
抵抗値を容易に制御できる。すなわち、スペーサ用帯電
防止膜として望ましい上述した比抵抗値を組成を変える
ことにより実現することができる。

【００１８】特に、酸化亜鉛を用いることで、後述する
表示装置作製の工程において高温や還元雰囲気下でも抵
抗値の変化が少なく安定な材料を得ることができた。か
つ、その抵抗温度係数は負であるが絶対値は１％より小
さく熱暴走しにくい材料である。

【００１９】本発明帯電防止膜である亜鉛の酸化膜およ
び亜鉛に遷移金属もしくはランタノイドが混合している
酸化膜はディッピング法、スパッタ法、電子ビーム蒸着
法、イオンプレーティング法、イオンビームスパッタ
法、スピンナー法、スプレー法、印刷法、ポッティング
法等の薄膜形成手段により絶縁性部材上に形成すること
ができる。

【００２０】たとえば、ディッピング法の場合、金属酸
化物の微粒子、好ましくは２００μｍ以下の微粒子の分
散液、または、金属アルコキシド、有機酸金属塩、およ
びそれらの誘導体などのゾルの溶液を必要に応じて所望
の抵抗値に合わせて混合し、塗布し、乾燥後に４００℃
から１０００℃で焼成することにより、亜鉛の酸化膜お
よび亜鉛に遷移金属もしくはランタノイドが混合してい
る酸化膜は得られる。

【００２１】以上、ディスプレイ用スペーサ帯電防止膜
に関して説明した。

【００２２】そこで、以下、図面を参照して、本発明の
画像表示用帯電防止膜の実施の形態について説明する。

【００２３】図１はスペーサ１０を中心とした表示装置
断面模式図である。１は電子源、２はリアプレート、３
は側壁、７はフェースプレートであり、２，３，７によ
り表示パネルの内部を真空に維持するための気密容器
（外囲器８）を形成している。

【００２４】スペーサ１０は絶縁性基材１０ａの表面に
本発明帯電防止膜１０ｃが形成されている。スペーサ１
０は外囲器８内を真空にすることにより大気圧を受け
て、真空外囲器８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１０の材質、形状、配置、配
置本数は外囲器８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字型等がある。

【００２５】絶縁性基材１０ａはフェースプレート７お
よびリアプレート２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７、リアプレート２の材
質としてガラスを用いた場合、表示装置作製工程中の熱
応力を抑えるために、スペーサ１０の絶縁性基材１０ａ
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。

【００２６】絶縁性基材１０ａにソーダガラス等アルカ
リイオンを含むガラスを使用した場合、例えばＮａイオ
ンにより帯電防止膜１０ｃの導電性を変化させるおそれ
がある。窒化Ｓｉ、酸化Ａｌ等のＮａブロック層１０ｂ
を絶縁性基材１０ａと帯電防止膜１０ｃの中間に形成す
ることでＮａ等アルカリイオンの帯電防止膜１０ｃへの
侵入を抑制することができる。

【００２７】帯電防止膜１０ｃは亜鉛の酸化膜および亜
鉛に遷移金属もしくはランタノイドが混合している酸化
膜であり、例えば遷移金属としてＣｒ，Ｈｆ，Ｎｂを用
いた。比抵抗値は酸化膜中に含まれる遷移金属元素およ
びランタノイド元素により異なるので一概に規定できな
いが、ディスプレイ用として好ましい比抵抗が得られる
亜鉛の比率はＣｒとの酸化膜の場合、金属原子に占める
亜鉛の割合が、モル比で４０％以上９９．５％以下であ
る。ディスプレイ以外の用途に使用する場合には上記の
範囲に限ることなく広い比率の材料を用いることができ
る。

【００２８】スペーサ１０はメタルバック６および電子
源を駆動するためのたとえばＸ方向配線９と電気的に接
続することにより、スペーサ１０の両端にはほぼ加速電
圧Ｖａが印加される。本例ではスペーサ１０はＸ方向配
線９上と接続されているが別途形成した電極に接続させ
てもよい。さらに、フェースプレート７とリアプレート
２の間に電子ビームの整形あるいは変調を目的とした中
間電極板（グリッド電極等）を設置した構成において
は、スペーサ１０が中間電極板等を貫通してもよいし、
中間電極板等を介して別々に接続してもよい。

【００２９】Ａｌ，Ａｕ等良導電性である電極１１をス
ペーサ１０の両端に形成すると、帯電防止膜１０ｃとフ
ェースプレート７上の電極１１およびリアプレート２上
の電極１１との電気的接続の向上に効果がある。

【００３０】次に、上記説明したスペーサ用いた表示装
置について説明する。

【００３１】図２は、実施例に用いた表示パネルの斜視
図であり、内部構造を示すためにパネルの一部を切り欠
いて示している。

【００３２】図中、２はリアプレート、３は側壁、７は
フェースプレートであり、２，３，７により表示パネル
の内部を真空に維持するための気密容器（外囲器８）を
形成している。外囲器８を組み立てるにあたっては、各
部材の接合部に十分な強度と気密性を保持させるため封
着する必要があるが、たとえばフリットガラスを接合部
に塗布し、大気中あるいは窒素雰囲気中で、摂氏４００
〜５００度で１０分以上焼成することにより封着する。
外囲器８内部を真空に排気する方法については後述す
る。

【００３３】リアプレート２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１がn×m個形成され
ている。（n，mは２倍以上の正の整数であり、目的とす
る表示画像数に応じて適宜設定される。本発明では冷陰
極素子1として表面伝導型電子放出素子を用いた例を図
示している。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＝１００
０以上の数を設定することが望ましいが、本実施例にお
いては、n＝２４０，m＝９６０とした。）前記n×m個の
冷陰極素子は、m本のＸ方向配線９とn本のＹ方向配線１
２により単純マトリクス配線されている。前記、１，
９，１２，１３によって構成される部分をマルチ電子ビ
ーム源と呼ぶ。なお、マルチ電子ビーム源の製造方法や
構造については、後で詳しく述べる。

【００３４】本実施例においては、外囲器８のリアプレ
ート２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、外囲器８のリアプレート
２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。

【００３５】また、図３に示すように、フェースプレー
ト７の下面には、蛍光膜５が形成されている。本実施例
はカラー表示装置であるため、蛍光膜５の部分にはＣＲ
Ｔの分野で用いられる赤、緑、青、の３原色の蛍光体５
ａが塗り分けられている。各色の蛍光体は、たとえば図
３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５ｂが設けて
ある。黒色の導電体５ｂを設ける目的は、電子ビームの
照射位置に多少のずれがあっても表示色にずれが生じな
いようにする事や、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５ｂ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。

【００３６】また、３原色の蛍光体５ａの塗り分け方は
前記図３（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３（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。

【００３７】なお、モノクロームの表示パネルを作成す
る場合には、単色の蛍光体材料を蛍光膜５に用いればよ
く、また黒色導電材料は必ずしも用いなくともよい。

【００３８】また、蛍光膜５のリアプレート２側の面に
は、ＣＲＴの分野では公知のメタルバック６を設けてあ
る。メタルバック６を設けた目的は、蛍光膜５が発する
光の一部を鏡面反射して光利用率を向上させる事や、負
イオンの衝突から蛍光膜５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５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６は、蛍光膜５をフェースプレ
ート基板４上に形成した後、蛍光膜５表面を平滑化処理
し、その上にＡｌを真空蒸着する方法により形成した。
なお、蛍光膜５に低電圧用の蛍光体材料を用いた場合に
は、メタルバック６は用いない。

【００３９】また、本実施例では用いなかったが、加速
電圧の印加用や蛍光膜５の導電性向上を目的として、フ
ェースプレート７と蛍光膜５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。

【００４０】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Ｘ
方向配線９と、Ｄｙ１〜Ｄｙｎはマルチ電子ビーム源の
Ｙ方向配線１２と、Ｈｖはフェースプレート７のメタル
バック６と電気的に接続している。

【００４１】また、気密容器（外囲器８）内部を真空に
排気するには、外囲器８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、外囲器８内を１０^-7［Tor
r］程度の真空度まで排気する。その後、排気管を封止
するが、外囲器８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外囲器８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外囲器８内は１×１０^-5ない
しは１×１０^-7［Torr］の真空度に維持される。

【００４２】以上、本発明の実施例の表示パネルの基本
構成を説明した。

【００４３】次に、前記実施例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Ｍ
ＩＭ型などの冷陰極素子を用いることができる。

【００４４】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
位置や形状が電界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し、通常フォトリソグラフ
ィで作成される。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し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であり、印刷技術を用いて作
成可能であるため、大面積化や製造コストの低減が容易
である。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、上記実施例の表示パネルにおいては、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。（表面伝導型放出素子の好適な素子構成と製法）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。（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。

【００４５】図４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、１４と１５は素子電
極、１６は導電性薄膜、１７は通電フォーミング処理に
より形成した電子放出部、１８は通電活性化処理により
形成した薄膜である。

【００４６】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。

【００４７】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１４と１５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、あるいはＩｎ
₂Ｏ₃−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は容易に形成で
きるが、特に、オフセット印刷等の印刷技術を用いて形
成することがコスト的に好ましい。

【００４８】素子電極１４と１５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は通常は数十ｎｍから数十μｍの範囲か
ら適当な数値を選んで設計されるが、なかでも表示装置
に応用するために好ましいのは数μｍより数十μｍの範
囲である。また、素子電極の厚さｄについては、通常は
数十ｎｍから数μｍの範囲から適当な数値が選ばれる。

【００４９】また、導電性薄膜１６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。

【００５０】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乃至２００Å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１４あるいは１
５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乃至
５００Åの間である。

【００５１】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，Ａ
ｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｐｂなどをはじめとする金属や、ＰｄＯ，Ｓｎ
Ｏ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＰｂＯ，Ｓｂ₂Ｏ₃などをはじめとする
酸化物や、ＨｆＢ₂，ＺｒＢ₂，ＬａＢ₆，ＣｅＢ₆，ＹＢ
₄，ＧｄＢ₄などをはじめとする硼化物や、ＴｉＣ，Ｚｒ
Ｃ，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
ーボンなどがあげられ、これらの中から適宜選択され
る。

【００５２】以上述べたように、導電性薄膜１６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［オーム／ｓｑ］の範囲に含まれるよう設定
した。

【００５３】なお、導電性薄膜１６と素子電極１４およ
び１５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４においては、下から、基板１３、
素子電極１４，１５、導電性薄膜１６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１６、
素子電極１４，１５の順序で積層してもさしつかえな
い。

【００５４】また、電子放出部１７は、導電性薄膜１６
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１６よりも高抵抗な性質を有している。
亀裂は、導電性薄膜１６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４においては模式的に示し
た。

【００５５】また、薄膜１８は、炭素もしくは炭素化合
物よりなる薄膜で、電子放出部１７およびその近傍を被
覆している。薄膜１８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。

【００５６】薄膜１８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、３０
ｎｍ以下とするのがさらに好ましい。

【００５７】なお、実際の薄膜１８の位置や形状を精密
に図示するのは困難なため、図４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１８の一部
を除去した素子を図示した。

【００５８】以上好ましい素子の基本構成を述べたが、
実施例においては以下のような素子を用いた。

【００５９】すなわち、基板１３には青板ガラスを用
い、素子電極１４と１５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。

【００６０】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
ｎｍとした。

【００６１】次に、図５を参照して、好適な平面型の表
面伝導型放出素子の製造方法について説明する。図５の
（ａ）〜（ｄ）は、表面伝導型放出素子の製造工程を説
明するための断面図で、各部材の表記は前記図４と同一
である。１）まず、図５（ａ）に示すように、基板１３
上に素子電極１４および１５を形成する。

【００６２】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（１４と１５）を形成す
る。２）次に、同図（ｂ）に示すように、導電性薄膜１
６を形成する。

【００６３】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１６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、本実施例では主要元素としてＰｄを用いた。
また、実施例では塗布方法として、ディッピング法を用
いたが、それ以外のたとえばスピンナー法やスプレー法
を用いてもよい。）また、微粒子膜１６で作られる導電
性薄膜の成膜方法としては、本実施例で用いた有機金属
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、インクジェット
法などを用いる場合もある。３）次に、同図（ｃ）に示
すように、フォーミング用電源１９から素子電極１４と
１５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１７を形成する。

【００６４】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１６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１６のうち電子放出を行うのに好
適な構造に変化した部分（すなわち電子放出部１７）に
おいては、薄膜１８に適当な亀裂が形成されている。な
お、電子放出部１７が形成される前と比較すると、形成
された後は素子電極１４と１５の間で計測される電気抵
抗は大幅に増加する。

【００６５】ここで、図６を参照して、通電方法をより
詳しく説明する。図６には、フォーミング用電源１９か
ら印加する適宜の電圧波形の一例が示されている。微粒
子膜で作られた導電性薄膜１６をフォーミングする場合
には、パルス状の電圧が好ましく、本実施例の場合には
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１７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２０で計測した。

【００６６】実施例においては、たとえば１０^-5Torr程
度の真空雰囲気下において、たとえばパルス幅Ｔ１を１
ミリ秒、パルス間隔Ｔ２を１０ミリ秒とし、波高値Ｖｐ
ｆを１パルスごとに０．１Ｖずつ昇圧した。そして、三
角波を５パルス印加するたびに１回の割りで、モニター
パルスＰｍを挿入した。フォーミング処理に悪影響を及
ぼすことがないように、モニターパルスの電圧Ｖｐｍは
０．１Ｖに設定した。そして、素子電極１４と１５の電
気抵抗が１×１０⁶オームになった段階、すなわちモニ
ターパルス印加時に電流計２０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。

【００６７】なお、上記の方法は、本実施例の表面伝導
型放出素子に関する好ましい方法であり、たとえば微粒
子膜の材料や膜厚、あるいは素子電極間隔Ｌなど表面伝
導型放出素子の設計を変更した場合には、それに応じて
通電の条件を適宜変更するのが望ましい。４）次に、図
５の（ｄ）に示すように、活性化用電源２１から素子電
極１４と１５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。

【００６８】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１７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１８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。

【００６９】具体的には、１０^-4ないし１０^-5Torrの範
囲内の真空雰囲気中で、電圧パルスを定期的に印加する
ことにより、真空雰囲気中に存在する有機化合物を起源
とする炭素もしくは炭素化合物を堆積させる。薄膜１８
は、単結晶グラファイト、多結晶グラファイト、非晶質
カーボン、のいずれかか、もしくはその混合物であり、
膜厚は５０ｎｍ以下、より好ましくは３０ｎｍ以下であ
る。

【００７０】通電方法をより詳しく説明するために、図
７の（ａ）に、活性化用電源２１から印加する適宜の電
圧波形の一例を示す。本実施例においては、一定電圧の
矩形波を定期的に印加して通電活性化処理を行ったが、
具体的には、矩形波の電圧Ｖａｃは１４Ｖ、パルス幅Ｔ
３は１ミリ秒、パルス間隔Ｔ４は１０ミリ秒とした。な
お、上述の通電条件は、本実施例の表面伝導型放出素子
に関する好ましい条件であり、表面伝導型放出素子の設
計を変更した場合には、それに応じて条件を適宜変更す
るのが望ましい。

【００７１】図５の（ｄ）に示す２２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２３および電流計２４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２２として用いる。）活性化
用電源２１から電圧を印加する間、電流計２４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２１の動作を制御する。図７には電流
計２４で計測された放出電流Ｉｅの一例を示す（図７
（ｂ））。活性化用電源２１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２
１からの電圧印加を停止し、通電活性化処理を終了す
る。

【００７２】なお、上述の通電条件は、本実施例の表面
伝導型放出素子に関する好ましい条件であり、表面伝導
型放出素子の設計を変更した場合には、それに応じて条
件を適宜変更するのが好ましい。

【００７３】以上のようにして、図５（ｅ）に示す平面
型の表面伝導型放出素子を製造した。

【００７４】図８は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であ
る。図８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２５は基板、２６と２７は素子
電極、２８は段差形成部材、２９は微粒子膜を用いた導
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。

【００７５】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（２６）が段差形成部材２８
上に設けられており、導電性薄膜２９が段差形成部材２
８の側面を被覆している点にある。したがって、前記図
４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２８の段差高Ｌｓとして設定される。な
お、基板２５、素子電極２６および２７、微粒子膜を用
いた導電性薄膜２９、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２８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。（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。

【００７６】図９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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】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、諧調表示を行うことが可能である。（多数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）次に、上述の表面伝導型放出素子を基板上に
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。

【００８４】図１０に示すのは、前記図４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。基板上に
は、前記図４で示した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Ｘ方向配線電極１２とＹ方
向配線電極９により単純マトリクス状に配線されてい
る。Ｘ方向配線電極１２とＹ方向配線電極９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。

【００８５】図１０のＡ−Ａ′に沿った断面を、図１１
に示す。

【００８６】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Ｘ方向配線電極１２、Ｙ方向配線電
極９、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、Ｘ方向配線
電極１２およびＹ方向配線電極９を介して各素子に給電
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
り製造した。

【００８７】

【実施例】（実施例１）本実施例を図１，２を用いて説
明する。図１では、表面伝導型電子放出素子１を形成し
た基板１３をリアプレート２に固定しているが、本実施
例では、未フォーミングの複数の表面伝導型電子源１を
リアプレート２上に直接形成した。リアプレート２とし
て清浄化した青板ガラスを用い、これに図１０、１１に
示した表面伝導型放出素子を２４０個×９６０個マトリ
クス状に形成した。素子電極１４，１５はＰｔスパッタ
膜であり、Ｘ方向配線９、Ｙ方向配線１２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１６
はＰｄアミン錯体溶液を焼成したＰｄＯ微粒子膜であ
る。

【００８８】画像形成部材であるところの蛍光膜５は図
３（ａ）に示すように、各色蛍光体５ａがＹ方向にのび
るストライプ形状を採用し、黒色導電材５ｂは各色蛍光
体５ａ間だけでなく、Ｙ方向の画素間を分離しかつスペ
ーサ１０を設置するための部分を加えた形状を用いた。
先に黒色導電材５ｂを形成し、その間隙部に各色蛍光体
５ａを塗布して蛍光膜５を作成した。ブラックストライ
プの材料として通常よく用いられている黒鉛を主成分と
する材料を用いた。ガラス基板４に蛍光体５ａを塗布す
る方法はスラリー法を用いた。

【００８９】また、蛍光膜５の内面側に設けられるメタ
ルバック６は、蛍光膜５の作成後、蛍光膜５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を真空蒸着する事で作成した。フェー
スプレート７には、更に蛍光膜５の導電性を高めるた
め、蛍光膜５とフェースプレートと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６の
みで十分な導電性が得られたので省略した。

【００９０】スペーサ１０は清浄化したソーダライムガ
ラスからなる絶縁性基材１０ａ（高さ２．８ｍｍ、板厚
２００μｍ、長さ４０ｍｍ）上に、Ｎａブロック層１０
ｂとして窒化シリコン膜を０．５μｍ成膜し、その上に
帯電防止膜１０ｃとしてのＺｎの酸化膜、又はＣｒとＺ
ｎの酸化膜をディッピング法により成膜し、表１に示す
７種類のスペーサを作成した。

【００９１】本実施例で用いたＺｎの酸化膜は（株）高
純度化学研究所のコート剤ＳＹＭ−ＺＮ２０を、Ｃｒと
Ｚｎの酸化膜は（株）高純度化学研究所のコート剤ＳＹ
Ｍ−ＣＲ０１５とＳＹＭ−ＺＮ２０を混合した液を用い
て、ディッピング（引上げ速度：０．３ｍｍ／ｓｅｃ）
によりスペーサ上に塗布し、１２０℃で乾燥、４５０℃
で焼成することにより成膜した。コート剤の混合比を変
えることでＣｒとＺｎの比を調整し、抵抗値の調整を行
った。

【００９２】また、スペーサ１０は、Ｘ方向配線９及び
メタルバックとの接続を確実にするためにその接続面に
Ａｌによる電極１１を設けた。この電極１１は更にＸ方
向配線９からフェースプレート７に向かって５０μｍ、
メタルバック６からリアプレート２に向かって３００μ
ｍの範囲で外囲器８内に露出するスペーサ１０の４面を
完全に被覆した。このスペーサ１０を、等間隔でＸ方向
配線９上に導電性フリットで固定した。

【００９３】その後、電子源１の２．８ｍｍ上方にフェ
ースプレート７を側壁３を介し配置し、リアプレート
２、フェースプレート７、側壁３及びスペーサ１０の接
続部を固定した。

【００９４】リアプレート２と側壁３の接続部及びフェ
ースプレート７と側壁３の接続部はフリットガラスを塗
布し、４３０℃で１０分以上焼成する事で封着した。

【００９５】スペーサ１０はフェースプレート７側では
黒色導電材５ｂ（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を用いることに
より、帯電防止膜１０ｃとフェースプレート７との導通
を確保した。

【００９６】以上のようにして完成した外囲器８内の雰
囲気を排気管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〜Ｄ
ｙｎを通じ電子放出素子１の素子電極１４，１５間に電
圧を印加し、電子放出部形成用薄膜１６を通電処理（フ
ォーミング処理）する事により電子放出部１７を形成し
た。フォーミング処理は、図６に示した波形の電圧を印
加する事により行った。

【００９７】次に排気管を通してアセトンを１０^-3Ｔｏ
ｒｒ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
する事により、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７（ａ）に示す
ような波形を印加する事により行った。

【００９８】次に、容器全体を２００℃に加熱しつつ１
０時間真空排気した後、１０^-6Ｔｏｒｒ程度の真空度
で、排気管をガスバーナーで熱することで溶着し外囲器
８の封止を行った。

【００９９】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。

【０１００】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１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事により電子を
放出させ、メタルバック６には、高圧端子Ｈｖを通じて
高圧を印加する事により放出電子ビームを加速し、蛍光
膜５に電子を衝突させ、蛍光体を励起・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Ｖ
ａは１ｋＶ〜５ｋＶ、素子電極１４，１５間への印加電
圧Ｖｆは１４Ｖとした。

【０１０１】スペーサ１０について帯電防止膜１０ｃの
比抵抗値および性能を表１に示す。組み込み、フェース
プレート７への封着、リアプレート２への封着、真空排
気、素子電極１４，１５への通電処理（フォーミング処
理）等各工程を経た後もほとんど抵抗値の変動が見られ
なかった。このことはＺｎの酸化膜、およびＣｒとの酸
化膜が非常に安定であり、帯電防止膜として適している
ことを示している。表１にその結果を示す。また、Ｆ２
は塗布から乾燥までの工程を２回繰り返すことで膜厚を
厚くした。

【０１０２】

【表１】帯電防止膜１０ｃの比抵抗値が１０⁷Ωｃｍ以下である
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６のスペーサ１０に
ついてはスペーサ１０に近い位置にある電子放出素子１
からの放出電子による発光スポットも含め、二次元上に
等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性の
良いカラー画像表示ができた。このことはスペーサ１０
を設置しても電子軌道に影響を及ぼすような強い電界の
乱れは発生せず、スペーサ１０の帯電も押さえられてい
ることを示している。また、これらのスペーサ１０の抵
抗温度係数はそれぞれ−１．０％以上であり、Ｖａ＝５
ｋＶにおいても熱暴走はみられなかった。

【０１０３】また、Ｃｒの比率が多いＦ４，Ｆ５，Ｆ
６，Ｆ７スペーサ１０では初期と組立工程後の比抵抗値
の変化量が少ないが、帯電防止膜１０ｃの比抵抗値が５
×１０ ⁸Ωｃｍと大きいＦ７のスペーサ１０について
は、熱暴走はないものの、帯電防止の効果が弱く、電子
ビームがスペーサ１０に引き寄せられたためにスペーサ
１０近傍の画像に乱れを生じた。（実施例２）スペーサ１０の帯電防止膜としてＮｂ
（（株）高純度化学研究所のコート剤ＳＹＭ−ＮＢ０
５）とＺｎの酸化膜（金属原子中のＮｂの比が１０％）
を実施例１と同様の方法で成膜し、スペーサ１０（Ｆ
８）を作成した。このときＮｂとＺｎの酸化膜１０ｃは
膜厚がおよそ１１５ｎｍであり、比抵抗が２×１０⁵Ω
ｃｍ、抵抗温度係数は−０．１％であった。

【０１０４】スペーサ１０（Ｆ８）を用いた表示装置を
作製し、実施例１と同様の評価を行った。

【０１０５】なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは１
ｋＶ〜５ｋＶ、素子電極１４，１５間への印加電圧Ｖｆ
は１４Ｖとした。

【０１０６】スペーサの抵抗値を組み込み前、フェース
プレート７への封着後、リアプレート２への封着後、真
空排気後、素子電極１４，１５通電処理後等各工程で計
測したところ全工程を通じてほとんど抵抗値の変動が見
られなかった。

【０１０７】また、スペーサ１０のリアプレート２近傍
からフェースプレート７近傍まで各微小部分の抵抗値を
測定したところ全組立工程を通過した後も場所による抵
抗値の違いは少なく、膜全体がほぼ均一な抵抗値を持っ
ていた。このときスペーサ１０に近い位置にある電子放
出素子１からの放出電子による発光スポットも含め、二
次元上に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色
再現性の良いカラー画像表示ができた。このことはスペ
ーサ１０（Ｆ８）を設置しても電子軌道に影響を及ぼす
ような強い電界の乱れは発生せず、スペーサ１０（Ｆ
８）の帯電も押さえられていることを示している。

【０１０８】

【表２】さらに、清浄化したソーダライムガラスからなる絶縁性
基材１０ａ上にＮａブロック層１０ｂをつけずに、Ｎｂ
とＺｎの酸化膜からなる帯電防止膜１０ｃを直接成膜し
たスペーサ１０（Ｆ９）を作成したところ膜厚は１２０
ｎｍで比抵抗が１×１０⁵Ωｃｍ、抵抗温度係数は−
０．２％、組立工程においてもほとんど抵抗値の変動が
無い、など、Ｎａブロック層１０ｂがある場合と同様の
結果が得られた。

【０１０９】（実施例３）実施例１のＣｒとＺｎの酸化
膜に替わり、Ｈｆ（（株）高純度化学研究所のコート剤
ＳＹＭ−ＨＦ０４）とＺｎの酸化膜を用い、実施例１と
同様の成膜方法でスペーサ１０（Ｆ１０，Ｆ１１，Ｆ１
２）を作成した。

【０１１０】

【表３】Ｆ１０，Ｆ１１，Ｆ１２を用いた画像形成装置におい
て、各電子放出素子１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事により電子
を放出させ、メタルバック６には、高圧端子Ｈｖを通じ
て高圧を印加する事により放出電子ビームを加速し、蛍
光膜５に電子を衝突させ、蛍光体を励起・発光させるこ
とで画像を表示した。

【０１１１】なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは１
ｋＶ〜５ｋＶ、素子電極１４，１５間への印加電圧Ｖｆ
は１４Ｖとした。

【０１１２】スペーサ１０の抵抗値を組み込み前、フェ
ースプレート７への封着後、リアプレート２への封着
後、真空排気後、素子電極１４，１５通電処理後等各工
程で計測したところ全工程を通じて増加したものの極端
な抵抗値の変動が見られなかった。

【０１１３】スペーサ１０についてリアプレート２近傍
からフェースプレート７近傍まで各微小部分の抵抗値を
測定したところ全組立工程を通過した後も場所による抵
抗値の違いは少なく、膜全体がほぼ均一な抵抗値を持っ
ていた。このスペーサ１０に対してはスペーサ１０に近
い位置にある電子放出素子１からの放出電子による発光
スポットも含め、二次元上に等間隔の発光スポット列が
形成され、鮮明で色再現性の良いカラー画像表示ができ
た。このことはスペーサ１０を設置しても電子軌道に影
響を及ぼすような強い電界の乱れは発生せず、スペーサ
１０の帯電も抑えられていることを示している。

【０１１４】（実施例４）実施例１と異なるのは、スペ
ーサ１０において、窒化シリコン膜により被膜されてい
るソーダライムガラスからなる絶縁性基材１０ａの替わ
りにアルミナを用い、帯電防止膜１０ｃとして金属原子
中のＥｒの比が３％であるＥｒ（（株）高純度化学研究
所のコート剤ＳＹＭ−ＥＲ０１）とＺｎの酸化膜を用
い、スペーサ１０（Ｆ１３）を作成した。塗布方法はデ
ィッピング法ではなく、スピナー法（５００ｒｐｍ、５
ｓｅｃ＋２０００ｒｐｍ、２０ｓｅｃ）を用いた。この
ときＥｒとＺｎの酸化膜からなる帯電防止膜１０ｃは膜
厚が１００ｎｍ、比抵抗が５×１０⁶Ωｃｍであり、抵
抗温度係数は−０．２％であった。

【０１１５】

【表４】上記スペーサ１０（Ｆ１３）を用いた表示装置を作製
し、実施例１と同様の評価を行った。

【０１１６】なお、高圧端子Ｈｖへの印加電圧Ｖａは１
ｋＶ〜５ｋＶ、素子電極１４，１５間への印加電圧Ｖｆ
は１４Ｖとした。

【０１１７】スペーサ抵抗値を組み込み前、フェースプ
レート７への封着後、リアプレート２への封着後、真空
排気後、素子電極通電処理後等各工程で計測したところ
全工程を通じてほとんど抵抗値の変動が見られなかっ
た。

【０１１８】また、スペーサ１０のリアプレート２近傍
からフェースプレート７近傍まで各微小部分の抵抗値を
測定したところ全組立工程を通過した後も場所による抵
抗値の違いは少なく、膜全体がほぼ均一な抵抗値を持っ
ていた。このときスペーサ１０に近い位置にある電子放
出素子１からの放出電子による発光スポットも含め、二
次元上に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色
再現性の良いカラー画像表示ができた。このことはスペ
ーサ１０（Ｆ１３）を設置しても電子軌道に影響を及ぼ
すような強い電界の乱れは発生せず、スペーサ１０（Ｆ
１３）の帯電も抑えられていることを示している。

【０１１９】（比較例１）比較例として実施例１と同様
な方法で帯電防止膜１０ｃとしてＳｉＯ₂（日産化学工
業（株）ＮＴ−Ｌ６００８）をディッピングの引き上げ
速度１．７ｍｍ／ｓｅｃで塗布、４５０℃で焼成して形
成し、スペーサ１０（Ｆ１４）を作成した。

【０１２０】

【表５】Ｆ１４は比抵抗が５×１０⁸Ωｃｍと大きく、熱暴走は
ないものの、帯電防止の効果が弱く、電子ビームがスペ
ーサ１０に引き寄せられたためにスペーサ１０近傍の画
像に乱れを生じた。

【０１２１】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、素子基板
とフェースプレート間に配置された絶縁性部材表面に、
遷移金属またはランタノイドと、亜鉛の酸化膜を帯電防
止膜として用いると組立工程中に抵抗値の変化がほとん
ど起こらず、安定した値が得られた。これによりスペー
サ近傍でのビームの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
置ずれの発生が防止され、輝度損失を防ぐことができ鮮
明な画像表示が可能となった。

【０１２２】又、本発明によれば、亜鉛の酸化膜および
亜鉛に遷移金属もしくはランタノイドが混合している酸
化膜は高融点材料でかつ硬度が高い性質を有するので、
ディスプレイのスペーサ用途のみならず他の用途に対し
ても有用性が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明帯電防止膜の概略断面図。

【図２】本発明帯電防止膜を備えた画像表示装置の、表
示パネルの一部を切り欠いて示した斜視図。

【図３】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。

【図４】マルチ電子ビーム源の基板の平面図。

【図５】平面型表面伝導型電子放出素子の形成工程。

【図６】電子ビーム源のフォーミング形成印加パルス波
形。

【図７】通電活性化工程印加パルス波形。

【図８】垂直型表面伝導型電子放出素子の断面図。

【図９】表面伝導型電子放出素子の素子電圧と素子電
流、放出電流の関係。

【図１０】単純マトリクス配線したマルチ電子源の構成
を示す平面図。

【図１１】単純マトリクス配線したマルチ電子源の構成
を示す断面図。

【図１２】従来のディスプレイの構成を示す概略断面
図。

【符号の説明】

１電子源２リアプレート３側壁４ガラス基板５蛍光膜６メタルバック７フェースプレート８外囲器９Ｘ方向配線１０スペーサ１１電極１２Ｙ方向配線１３基板１４，１５素子電極１６導電性薄膜１７電子放出部１８通電活性化処理により形成した薄膜１９フォーミング用電源２０電流計２１活性化用電源２２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２３直流高電圧電源２４電流計２５基板２６，２７素子電極２８段差形成部材２９微粒子膜を用いた導電性薄膜３０通電フォーミング処理により形成した電子放出部３１通電活性化処理により形成した薄膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の冷陰極型電子放出素子を形成した
電子源基板と発光材料を形成した透明基板とをスペーサ
を介して対向させた画像表示装置のための帯電防止膜で
あって、前記帯電防止膜は、前記スペーサの絶縁部材の表面を被
覆する酸化亜鉛膜であることを特徴とする画像表示装置
用帯電防止膜。
【請求項２】複数の冷陰極型電子放出素子を形成した
基板と発光材料を形成した透明基板とをスペーサを介し
て対向させた画像表示装置のための帯電防止膜であっ
て、前記帯電防止膜は、前記スペーサの絶縁部材の表面を被
覆する混合酸化物膜であり、前記混合酸化物膜は、亜鉛といずれか一つの遷移金属元
素とからなる混合酸化物膜、又は亜鉛といずれか一つの
ランタノイド元素とからなる混合酸化物膜であることを
特徴とする画像表示装置用帯電防止膜。
【請求項３】前記冷陰極型電子放出素子から放出され
た電子を加速する電圧をＶａとするとき、前記酸化亜鉛
膜の膜厚が１０ｎｍ以上で１μｍ以下であり、比抵抗が
１０^-5×Ｖａ²Ωｃｍ以上で１０⁷Ωｃｍ以下であり、抵
抗温度係数がマイナス１％以上でマイナス０．１％以下
であることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置用
帯電防止膜。
【請求項４】前記冷陰極型電子放出素子から放出され
た電子を加速する電圧をＶａとするとき、前記混合酸化
物膜の膜厚が１０ｎｍ以上で１μｍ以下であり、比抵抗
が１０^-5×Ｖａ²Ωｃｍ以上で１０⁷Ωｃｍ以下であり、
抵抗温度係数がマイナス１％以上でマイナス０．１%以
下であることを特徴とする請求項２記載の画像表示装置
用帯電防止膜。
【請求項５】前記絶縁部材がＮａ含有ガラス、又はア
ルミナ若しくは酸化ジルコニウムであり、前記絶縁部材
と前記酸化亜鉛膜との間に、窒化シリコン膜、酸化珪素
膜、酸化ジルコニウム膜、酸化アルミニウム膜のいずれ
か一つからなる中間層を設けることを特徴とする請求項
１記載の画像表示装置用帯電防止膜。
【請求項６】前記絶縁部材がＮａ含有ガラス、又はア
ルミナ若しくは酸化ジルコニウムであり、前記絶縁部材
と前記混合酸化物膜との間に、窒化シリコン膜、酸化珪
素膜、酸化ジルコニウム膜、酸化アルミニウム膜のいず
れか一つからなる中間層を設けることを特徴とする請求
項２記載の画像表示装置用帯電防止膜。
【請求項７】前記帯電防止膜が、前記電子源基板を駆
動するための駆動用配線、又は前記冷陰極型電子放出素
子から放出された電子を加速するための加速電極に電気
的に接続されていることを特徴とする請求項１又は請求
項２記載の画像表示装置用帯電防止膜。
【請求項８】前記冷陰極型電子放出素子は表面伝導型
電子放出素子であることを特徴とする請求項１又は請求
項２記載の画像表示装置用帯電防止膜。
【請求項９】金属酸化物の微粒子の分散液、金属アル
コキシド及びその誘導体、有機酸金属塩及びその誘導体
のうちいずれか一つのゾル溶液を基板に塗布した後に乾
燥、焼成の工程を経て前記帯電防止膜を成膜することを
特徴とする請求項１、又は請求項２記載の画像表示装置
用帯電防止膜。
【請求項１０】複数の冷陰極型電子放出素子を形成し
た電子源基板と発光材料を形成した透明基板とをスペー
サを介して対向させた画像表示装置であって、前記スペーサは、その表面を酸化亜鉛膜で被覆されたス
ペーサであることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１１】複数の冷陰極型電子放出素子を形成し
た電子源基板と発光材料を形成した透明基板とをスペー
サを介して対向させた画像表示装置であって、前記スペーサは、その表面を、亜鉛といずれか一つの遷
移金属元素とからなる混合酸化物膜、又は亜鉛といずれ
か一つのランタノイド元素とからなる混合酸化物膜で被
覆されたスペーサであることを特徴とする画像表示装
置。