JP2000248266A

JP2000248266A - 帯電緩和膜、帯電緩和膜の成膜方法、画像形成装置、および画像形成装置の製造方法

Info

Publication number: JP2000248266A
Application number: JP4907499A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Oguri; 宣明大栗; Yoshimasa Okamura; 好真岡村; Yoichi Osato; 陽一大里
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 1999-02-25
Publication date: 2000-09-12

Abstract

(57)【要約】【課題】成膜の再現性が難しい。熱工程で抵抗が変化
しやすい。【解決手段】遷移金属と硼素または窒化硼素とのター
ゲットをスパッタして得られる遷移金属と硼素との窒化
化合物を有する帯電緩和膜。この帯電緩和膜を基材表面
に有するスペーサを備えた画像形成装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子を内
包する容器内に配置される帯電緩和膜、及び、容器内
に、電子放出素子と画像形成部材とスペーサとを備える
画像形成装置、更には、該帯電緩和膜の成膜方法、画像
形成装置の製造方法に関する。

【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
を用いたものがある。プラズマ発光型およびマルチ電子
源ディスプレイは視野角が大きく、画質がブラウン管並
みであるために高品位な画像の表示が可能である。

【０００３】図１４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、５１がガラスからなる
リアプレート５２上に形成された電子源、５４は蛍光体
等が形成されたガラスからなるフェースプレートであ
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放出素子あ
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１４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大気圧差に
よる基板の変形を抑えるためリアプレートおよびフェー
スプレート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リアプレートとフェースプ
レートとの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リアプレートと
蛍光体が形成されたフェースプレートとの間は通常サブ
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。

【０００４】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以上の高電圧が不図示の
アノード電極（メタルバック）に印加されている。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
を越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。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。

【０００５】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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例に使用され
た酸化スズ等の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。

【０００７】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封
着やベーキング（ディスプレイ内を真空にひきながら加
熱する工程）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。

【０００８】本発明は、上述の問題に鑑みなされた発明
であって、その主たる目的は、電子放出素子を内包する
容器内の帯電を低減する帯電緩和膜を提供することにあ
る。

【０００９】また、本発明の目的は、熱的に安定な、上
記帯電緩和膜を提供することにある。

【００１０】また、本発明の目的は、放出電子への悪影
響を低減し得る、上記帯電緩和膜を提供することにあ
る。

【００１１】また、本発明の目的は、帯電が低減される
スペーサを備える画像形成装置を提供することにある。

【００１２】また、本発明の目的は、熱的に安定な、上
記スペーサを備える画像形成装置を提供することにあ
る。

【００１３】また、本発明の目的は、スペーサによる放
出電子への悪影響が低減され、画像形成部材への照射位
置ずれの極力少ない画像形成装置を提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の帯電緩和膜は、
遷移金属と窒化硼素とのターゲットをスパッタして得ら
れる遷移金属と硼素との窒化化合物を有することを特徴
とする。

【００１５】本発明の帯電緩和膜の成膜方法は、遷移金
属と窒化硼素とのターゲットをスパッタすることで、遷
移金属と硼素との窒化化合物を有する帯電緩和膜を成膜
することを特徴とする。

【００１６】本発明の画像形成装置は、外囲器内に、電
子放出素子、画像形成部材、及び、スペーサとを備える
画像形成装置において、前記スペーサは基材表面に、上
記のいずれかの帯電緩和膜を有するスペーサであること
を特徴とする。

【００１７】本発明の画像形成装置の製造方法は、外囲
器内に、電子放出素子、画像形成部材、及び、スペーサ
とを備える画像形成装置の製造方法において、基材表面
に上記のいずれかの帯電緩和膜を被覆しスペーサを形成
する工程と、該スペーサ、電子放出素子、及び、画像形
成部材を外囲器内に配置後、該外囲器を非酸化雰囲気と
して、該外囲器の封着を行う工程を有することを特徴と
する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に詳述される帯電緩和膜は、
電子放出素子を用いた画像形成装置のスペーサ表面に適
用されるのが本発明において好ましい態様であるが、該
画像形成装置と同様に、容器内に電子放出素子を内包す
る装置で、上述同様の問題を生じるような場合において
は、該容器内面あるいは容器内に配置された部材表面に
適用することで、上述した帯電による放出電子の軌道へ
の悪影響を低減でき、あるいは、装置の製造時の熱工程
による該帯電緩和膜の特性変化を低減することができる
といった同様の効果を得ることができる。

【００１９】帯電緩和膜は絶縁性基材の表面を導電性膜
で被覆することにより、絶縁性基材表面に蓄積した電荷
を除去するものであり、通常、帯電緩和膜の表面抵抗
（シート抵抗Rs）が１０¹²Ω以下であることが望まし
い。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１０¹¹Ω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。

【００２０】帯電緩和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
電緩和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
には帯電緩和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。

【００２１】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、帯電緩和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にくい。

【００２２】TCRが−１％の帯電緩和膜を用いた条件で
スペーサ１平方cm当たりの消費電力がおよそ0.1Wを越え
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
び帯電緩和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を越えない
Rsの値は10×Va²/h²Ω以上である。尚、ｈは該スペーサ
が配置される部材間距離で、上記ディスプレイにおいて
は、フェースプレートとリアプレート間の距離である。
すなわち、平面型ディスプレイで代表される画像形成装
置のｈは１ｃｍ以下に設定されるので、スペーサ上に形
成した帯電緩和膜のシート抵抗Rsは10×Va²Ωから10¹¹
Ωの範囲に設定されることが望ましい。

【００２３】上述したように絶縁性基材上に形成された
帯電緩和膜の厚みｔは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。従って、膜厚は10nm〜1μm、さらに好適には20〜50
0nmであることが望ましい。

【００２４】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、帯電緩和
膜の比抵抗ρは10^-7×Va²Ωｍ〜10⁵Ωｍであることが望
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（2×10^-7）Va²Ωｍ〜5×10⁴Ω
ｍとするのが良い。

【００２５】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、ＣＲＴ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1kV以上の電圧を要する。Va=1kVの条件
においては、帯電緩和膜の比抵抗は0.1Ωｍ〜10⁵Ωｍが
好ましい範囲である。

【００２６】以上に述べた帯電緩和膜の特性を実現する
材料を鋭意検討した結果、特に、遷移金属と硼素の窒素
化合物が、帯電緩和膜として極めて優れていることを見
いだした。遷移金属はTi,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zr,Nb,M
o,Hf,Ta,W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。遷移金属またはその窒化物は
良導電体であり、窒化硼素は絶縁体である。よって、上
記の窒素化合物膜は遷移金属と硼素との組成を調整する
ことにより、良導電体から絶縁体まで広い範囲に比抵抗
値を制御できる。すなわち、スペーサ用帯電緩和膜とし
て望ましい上述した比抵抗値を遷移金属組成を変えるこ
とにより実現することができる。

【００２７】ここで、硼素と遷移金属の窒素化合物にお
いては、好ましい比抵抗が得られる遷移金属比率（遷移
金属／硼素）は、Ｃｒの場合でおよそ２０〜６０ａｔ．
％、Ｔａの場合およそ４０〜１２０ａｔ．％、Ｔｉの場
合およそ３０〜８０ａｔ．％が好ましい組成範囲であ
る。

【００２８】さらには後述する画像形成装置作製の工程
においてとりわけ、上述の遷移金属と硼素との窒素化合
物の帯電緩和膜は、抵抗値の変化が少なく安定な材料で
あることがわかった。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。さらに、窒化物は二次電子放出効率が小さいことか
ら、電子の照射により帯電しにくく、電子線を利用した
ディスプレイに適した材料である。

【００２９】本発明の帯電緩和膜である上述の遷移金属
と硼素の窒素化合物膜はスパッタ法、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法等の薄膜形成手段により絶縁
性基材上に形成することができる。たとえばスパッタ法
の場合は、硼素および遷移金属のターゲットを窒素ある
いはアンモニアの少なくとも一方を含むガス中でスパッ
タすることにより、スパッタ金属原子を窒化し、上述の
遷移金属と硼素との窒素化合物膜が得られる。あらかじ
め組成を調整した硼素と遷移金属の合金ターゲットを用
いることも可能である。ガス圧、窒素分圧、成膜速度等
のスパッタ条件を調整することにより、窒化膜中の窒素
量が変化するが、十分窒化させたほうが膜の安定性が良
い。

【００３０】窒化物の抵抗値は窒化膜中の窒素濃度や欠
陥によっても変化するものであるが、欠陥に起因する導
電性は熱工程で欠陥が緩和されると変化してしまう。し
たがって、十分窒化されており、欠陥の少ない窒化膜の
ほうが抵抗値の安定性に優れたものとなりやすい。本発
明でスペーサに用いられる帯電緩和膜は硼素は窒化物を
形成し、導電性は遷移金属元素により付与されるために
安定性がよいのである。抵抗値が安定な窒素化合物膜を
得ることができるという点で硼素原子の６０ａｔ．％以
上が窒化物であることが好ましく、特に、７０％以上が
窒化物であることが好ましい。

【００３１】スペーサ表面の窒素化合物膜が酸化されな
い雰囲気で画像形成装置を製造するのが望ましいが、封
着工程のように画像表示装置の作製工程で高温酸化雰囲
気にさらされることもある。化学量論比より少ない窒素
含有量の窒化物は酸化されやすく、また本発明で用いら
れる窒素化合物膜は多結晶であるが、結晶配向が良いほ
うが酸化されにくい傾向がある。帯電に影響する二次電
子放出率は表面の数十ｎｍの材質により支配されるた
め、画像表示装置工程中で表面が酸化され二次電子放出
率が大きくなると除電効果が小さくなる。したがって、
スペーサに用いる窒化物としては酸化層が形成されにく
い性質、すなわち十分窒化されている、あるいは結晶配
向性がよい窒化膜が好ましい。

【００３２】高いエネルギーの窒素イオンを薄膜の堆積
表面に入射させる作製条件、たとえば基体に負のバイア
スを印加しながらスパッタ蒸着する条件において、窒化
物中の窒素含有量（窒化度）を高くすることができる。
この作製条件は結晶配向性がよくなる傾向があり、窒化
度の向上は帯電緩和膜の性能向上をもたらすものであ
る。本発明において、窒化度とは硼素元素に対し、窒化
物となっているそれらの原子濃度比であり、ＸＰＳ（Ｘ
線光電子分光装置）により測定した値である。

【００３３】以上、帯電緩和膜をディスプレイ用スペー
サに用いた場合を説明したが、上述の窒素化合物は高融
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前述したように、容器内に
電子放出素子を内包する装置の、容器内面あるいは容器
内に配置された部材表面に被覆し、他は以上のスペーサ
の仕様と同様に用いるならば有用性が高い材料である。

【００３４】ここで本発明において用いられる電子放出
素子としては、熱電子型と冷陰極型の２種類が知られて
いる。冷陰極型電子放出素子には既に説明した電界放出
型（以下ＦＥ型と略す）、表面伝導型電子放出素子や、
金属／絶縁層／金属型（以下ＭＩＭ型と略す）等があ
る。本発明における電子放出素子の方式は特に限定され
ないが、特に冷陰極型が好適に用いられる。

【００３５】表面伝導型電子放出素子の例としては、M.
I.Elinson、Radio Eng. Electron Pys.、10、(1965)等があ
る。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Ｓｎ
Ｏ₂薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によるもの［G.Dittme
r:"Thin Solid Films"、9、317(1972)］、Ｉｎ₂Ｏ₃／Ｓｎ
Ｏ₂薄膜によるもの［M.Hartwell and C.G.Fonstad:"IEE
E Trans. ED Conf."、519(1975)］、カーボン薄膜による
もの［荒木久他：真空、第２６巻、第１号、２２頁（１
９８３）］等が報告されている。また、後述する実施形
態で説明するような電子放出部等に微粒子膜を用いたも
のもある。ＦＥ型の例としてはW.P.Dyke&W.W.Dolan、"Fi
eld emission"、Advance in Electron Physics、8、89(195
6)あるいはC.A.Spindt,"PHYSICAL Properties of thin-
film field emission cathodes with molybdenium cone
s",J.Appl.Phys.,47,5248(1976)等が知られている。Ｍ
ＩＭ型の例としてはC.A.Mead、"The tunnel-emission am
plifier、J.Appl.Phys.、32、646(1961)等が知られてい
る。

【００３６】本発明の画像形成装置は、以下のような形
態を有するものであってもよい。

【００３７】（１）画像形成装置は、入力信号に応じ
て電子放出素子から放出された電子を画像形成部材に照
射して画像を形成するものである。特に、前記画像形成
部材が蛍光体である画像表示装置を構成することができ
る。

【００３８】（２）前記電子放出素子は、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をとるこ
とができる。

【００３９】（３）前記電子放出素子は、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をとることができ
る。

【００４０】（４）また、本発明の思想によれば、画
像表示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、以下の実施例で用いる蛍光体のような直接発光
する物質に限るものではなく、電子の帯電による潜像画
像が形成されるような部材を用いることもできる。

【００４１】また、本発明の思想によれば、例えば電子
顕微鏡のように、電子源からの放出電子の被照射部材
が、蛍光体等の画像形成部材以外のものである場合につ
いても、本発明は適用できる。従って、本発明は被照射
部材を特定しない一般的電子線装置としての形態もとり
うる。

【００４２】以下、本発明の帯電緩和膜およびその帯電
緩和膜を用いたスペーサを備えた画像形成装置について
図面を用いて具体的に述べる。

【００４３】図１はスペーサ１０を中心とした画像形成
装置の断面模式図である。同図において、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、リアプレート２，側壁３，フェースプレート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。

【００４４】スペーサ１０は絶縁性基材１０aの表面に
本発明に係わる帯電緩和膜１０cが形成されている。ス
ペーサ１０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字型等があり、
また図１５（ａ）（ｂ）のように基板に各電子源又は複
数の電子源に対応して穴を開けた形状でもよく、適宜設
定される。スペーサ１０の利用は、画像形成装置が大型
化するにしたがって効果が顕著になる。

【００４５】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、セラミクス等の機械的強度が高く耐熱性の高い
材料が適する。フェースプレート、リアプレートの材質
としてガラスを用いた場合、画像形成装置作製工程中の
熱応力を抑えるために、スペーサ絶縁性基材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。

【００４６】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
により帯電緩和膜の導電性等を変化させるおそれがある
が、窒化Si、酸化Al等の Naブロック層１０bを絶縁性基
材１０aと帯電緩和膜１０cの中間に形成することでNa等
アルカリイオンの帯電緩和膜１０cへの侵入を抑制する
ことができる。

【００４７】帯電緩和膜１０cは遷移金属と硼素の窒化
化合物膜であり、例えば遷移金属として、Ｔｉ，Ｃｒ，
Ｔａを用いた。ディスプレイ用のスペーサとして好まし
い比抵抗が得られる（遷移金属／硼素）比率はクロムの
場合で２０ａｔ．％〜６０ａｔ．％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。

【００４８】遷移金属と硼素との窒化化合物膜を帯電緩
和膜として用いる提案は、すでに本件出願人によってな
されている（特願平９−３６０９５７号）。

【００４９】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Ｘ方向配線９（詳しくは後述する）
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。本例ではスペーサは配
線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
との間に電子ビームの整形あるいは基板絶縁部の帯電防
止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。

【００５０】Al,Au等良導電性である電極１１をスペー
サの両端に形成すると、帯電緩和膜とフェースプレート
上の電極およびリアプレート上の電極との電気的接続の
向上に効果がある。

【００５１】次に、上記スペーサ１０を用いた画像形成
装置の基本構成について説明する。図２は、上記スペー
サを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１部を切り欠いて示している。

【００５２】図２において、図１と同様に、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、リア
プレート２、側壁３、フェースプレート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。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、摂氏
４００〜５００度で１０分以上焼成することにより封着
するが、窒素等非酸化雰囲気中で行った方がスペーサ表
面に形成した窒素化合物膜が酸化しないために好まし
い。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。

【００５３】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型電子放出素子１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画像形
成装置においては、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
極型電子放出素子は、Ｍ本のX方向配線９とＮ本のY方向
配線１２により単純マトリクス配線されている。前記、
冷陰極型電子放出素子１、X方向配線９、Y方向配線１
２、基板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。

【００５４】本実施形態例においては、気密容器のリア
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、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。

【００５５】また、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。本実施形態例はカラー画像形
成装置であるため、蛍光膜５の部分にはＣＲＴの分野で
用いられる赤、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、たとえば図４（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
プの間には黒色体５bが設けてある。黒色体５bを設ける
目的は、電子ビームの照射位置に多少のずれがあっても
表示色にずれが生じないようにすることや、外光の反射
を防止して表示コントラストの低下を防ぐことなどであ
る。黒色体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。又は黒色体５bを導電性としても良い。

【００５６】また、３原色の蛍光体の塗り分け方は前記
図４（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４（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。

【００５７】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。

【００５８】また、蛍光膜５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６を設けてあ
る。メタルバック６を設けた目的は、蛍光膜５が発する
光の一部を鏡面反射して光利用率を向上させることや、
負イオンの衝突から蛍光膜５を保護することや、電子ビ
ーム加速電圧を印加するための電極として作用させるこ
とや、蛍光膜５を励起した電子の導電路として作用させ
ることなどである。メタルバック６は、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に低加速電圧用の蛍光体材料を用
いた場合には、メタルバック６は用いない場合がある。

【００５９】また、本実施形態例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等を目的とし
て、フェースプレート基板４と蛍光膜５との間に、たと
えばＩＴＯを材料とする透明電極を設けてもよい。

【００６０】また、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X方向配線と、
Ｄy1〜Ｄynはマルチ電子ビーム源のY方向配線と、Ｈｖ
はフェースプレートのメタルバック６と電気的に接続し
ている。

【００６１】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^-5［Pa］程度の圧力ま
で排気する。その後、排気管を封止するが、気密容器内
の圧力を維持するために、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10^-3ないしは10^-5［Pa］の圧力に維持
される。

【００６２】次に、前記実施形態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
発明の画像形成装置に用いるマルチ電子ビーム源は、冷
陰極型電子放出素子を単純マトリクス配線した電子源で
あれば、冷陰極型電子放出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電子
放出素子やＦＥ型、あるいはＭＩＭ型などの冷陰極型電
子放出素子を用いることができる。

【００６３】ただし、表示画面が大きくてしかも安価な
画像形成装置が求められる状況のもとでは、これらの冷
陰極型電子放出素子の中でも、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、本発明者らは、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形成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、
上記実施形態例の表示パネルにおいては、電子放出部も
しくはその周辺部を微粒子膜から形成した表面伝導型電
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。〔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種類があげられる。（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。

【００６４】図５（ａ）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、図５（ｂ）は図
５（ａ）の断面図である。図中、１３は基板、１４と１
５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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】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、なかでも画像形成装
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。

【００６８】また、導電性薄膜１６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。

【００６９】微粒子膜に用いた微粒子の粒径は、数nmの
1/10から数百nmの範囲に含まれるものであるが、なかで
も好ましいのは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１４あるい
は１５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nmの1/10から
数百nmの範囲のなかで設定するが、なかでも好ましいの
は１nmから５０nmの間である。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】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５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。

【００７３】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nm
の1/10から数十nm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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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５においては模式的に示
した。

【００７７】以上、好ましい素子の基本構成を述べた
が、実施形態例においては以下のような素子を用いた。

【００７８】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Ｐｔ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。

【００７９】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１０nm
とした。

【００８０】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６（ａ）〜（ｄ）
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、各構成部材において図５の構成部材と同一
なものは同一符号を付する。１）まず、図６（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。形成するにあたって
は、あらかじめ基板１３を洗剤、純水、有機溶剤を用い
て十分に洗浄後、素子電極の材料を堆積させる（堆積す
る方法としては、たとえば、蒸着法やスパッタ法などの
真空成膜技術を用ればよい。）。その後、堆積した電極
材料を、フォトリソグラフィー・エッチング技術を用い
てパターニングし、一対の素子電極１４，１５を形成す
る。２）次に、図６（ｂ）に示すように、導電性薄膜１６
を形成する。形成するにあたっては、まず素子電極１
４，１５が形成された基板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、本実施形態例では主要元
素としてＰｄを用いた。また、実施形態例では塗布方法
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。

【００８１】また、微粒子膜で作られる導電性薄膜の成
膜方法としては、本実施形態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などを用いる場合もあ
る。３）次に、図６（ｃ）に示すように、フォーミング用
電源１９から素子電極１４と素子電極１５との間に適宜
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。

【００８２】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と素子電極１５の間で計測される電気抵
抗は大幅に増加する。

【００８３】通電方法をより詳しく説明するために、図
７に、フォーミング用電源１９から印加する適宜の電圧
波形の一例を示す。微粒子膜で作られた導電性薄膜をフ
ォーミングする場合には、パルス状の電圧が好ましく、
本実施形態例の場合には同図に示したようにパルス幅Ｔ
1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。

【００８４】実施形態例においては、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１
ミリ秒、パルス間隔Ｔ2を１０ミリ秒とし、波高値Ｖpf
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と素子電極１５
の間の電気抵抗が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。

【００８５】なお、上記の方法は、本実施形態例の表面
伝導型電子放出素子に関する好ましい方法であり、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。４）次に、図６（ｄ）に示すように、活性化用電源２
１から素子電極１４と素子電極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。

【００８６】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６（ｄ）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。

【００８７】具体的には、10^-1ないし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。

【００８８】通電方法をより詳しく説明するために、図
８（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。本実施形態例においては、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
Ｔ3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、本実施形態例の表面伝導型電子
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。

【００８９】図６（ｄ）に示す２２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。

【００９０】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。電流計２４で計測された放出電流Ｉｅの一例を図
８（ｂ）に示すが、活性化電源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２１からの電圧印加を停止し、通電活性化処理を終
了する。

【００９１】なお、上述の通電条件は、本実施形態例の
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。

【００９２】以上のようにして、図６（ｅ）に示す平面
型の表面伝導型電子放出素子を製造した。（垂直型の表面伝導型電子放出素子）図９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である。図９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。

【００９３】垂直型が先に説明した平面型と異なる点
は、片方の素子電極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２８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２８の段差高Ｌｓとして設定される。なお、基板２
５、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。〔画像形成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、次に画像形成装置
に用いた素子の特性について述べる。

【００９４】図１０に、画像形成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。

【００９５】画像形成装置に用いた素子は、放出電流Ｉ
ｅに関して以下に述べる３つの特性を有している。

【００９６】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。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。

【００９７】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。

【００９８】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。

【００９９】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形成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
設けた画像形成装置において、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。

【０１００】また、第二の特性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、上述の表面伝導型電子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。

【０１０１】図１１に示すのは、前記図５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５で示したものと同様な表面伝導型電子放出
素子が配列され、これらの素子はX方向配線電極９とY方
向配線電極１２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９とY方向配線電極１２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。図１１のＡ−Ａ’に沿っ
た断面図を図１２に示す。

【０１０２】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９、Y方向配線電極１
２、電極間絶縁層（不図示）、および表面伝導型電子放
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９およびY方向配線電極１２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。

【０１０３】

【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。（実施例１）本実施例では、まず、未フォーミングの複
数の、表面伝導型電子放出素子を用いた電子源１をリア
プレート２に形成した。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１２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。

【０１０４】画像形成部材であるところの蛍光膜５は図
４（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、黒色体５ｂとしては各色蛍
光体５ａ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。先に黒色体（導電体）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（黒色体５ｂ）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。

【０１０５】また、蛍光膜５より内面側（電子源側）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を真空蒸着することで作
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。

【０１０６】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３．８ｍｍ、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
クロムと硼素の窒化化合物膜１０ｃを真空成膜法により
形成し成膜した。

【０１０７】本実施例で用いたクロムと硼素の窒化化合
物膜はスパッタリング装置を用いてアルゴンと窒素混合
雰囲気中でクロムと窒化硼素のターゲットを同時にスパ
ッタすることにより成膜した。

【０１０８】スパッタ装置は図１３のようになってい
る。図１３において、４１は成膜室、４２はスペーサ部
材、４３，４４はクロム，硼素のターゲット、４５，４
７はターゲット４３，４４にそれぞれ高周波電圧を印加
するための高周波電源、４６，４８はマッチングボック
ス、４９，５０はアルゴン、窒素を導入するための導入
管である。

【０１０９】スパッタチャンバーの背圧は、２×１０^-5
Ｐａであった。スパッタ時には、Ｎ ₂分圧が３０％にな
るように、ＡｒとＮ₂の混合ガスを流した。スパッタガ
ス全圧は０．５Ｐａであった。装置は５インチの大きさ
のターゲットを備え、基板ホルダーとターゲットの距離
は１２０ｍｍであった。

【０１１０】ソーダライムガラスからなる絶縁性基材１
０ａは、耐熱テープまたは固定治具を用いて基板ホルダ
ーに固定された。３５０℃までの基板加熱成膜は、膜質
を良くするために行っても良い。ただしこの実施例１で
は基板加熱は行わなかった。

【０１１１】硼素のターゲットに５００Ｗ、クロムのタ
ーゲットに３２Ｗの高周波電力を投入し、５０分間で膜
厚が２００ｎｍのクロムと硼素の窒化膜を設けた。

【０１１２】このクロムと硼素の窒化膜の比抵抗値は
８．００×１０⁴Ωｃｍ、抵抗温度係数は−０．３％で
あった。

【０１１３】膜の表面組成分析は、以下の装置を使用し
て各構成元素の組成や表面窒化率などの較正を行った。

【０１１４】１０^-8Ｐａ以上の高真空を保った同一真空
室内に、Ａｒスパッタエッチ機構およびＲＨＥＥＤ（反
射高速電子回折パターン計測機構）とＸＰＳ（Ｘ線光電
子分光分析機構）を備えた装置を使用した。上記記載の
ように形成したＣｒと硼素の窒化膜１０ｃをこの分析装
置にセットしＲＨＥＥＤ法によりＣｒとＢの窒化膜が形
成されたことを確認した。その後ＸＰＳ測定を行った。

【０１１５】この時のＢ２ｐスペクトルおよびＮ１
ｓスペクトルのピーク面積比を用いて、クロムと硼素の
窒化膜の表面組成を較正した。

【０１１６】クロム元素と硼素元素の割合「クロム」／
「硼素」は０．５８であった。またクロム元素は表面で
はほとんど酸化物であるが、硼素は窒化物と酸化物が混
在しており、窒化物として存在する割合（「窒化ホウ
素」／「窒化ホウ素＋酸化ホウ素」）が０．９０であっ
た。

【０１１７】次に、この実施例１のスペーサ１０は、Ｘ
方向配線あるいはメタルバックとの接続を確実にするた
めにその接続部にＡｌによる電極１１を設けた。

【０１１８】この電極１１はＸ方向配線からフェースプ
レートに向かって２００μｍ、メタルバックからリアプ
レートに向かって２００μｍ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。

【０１１９】ここでＡｌによる電極１１両端に５００Ｖ
の電圧を印加し、スペーサ１０に流れる電流値を測定し
てスペーサ抵抗値を測定したところ３．４×１０⁸オー
ムであった。このクロムと硼素の窒化膜１０ｃを成膜し
たスペーサ１０を、等間隔でＸ方向配線９上に固定し
た。

【０１２０】その後、電子源１の３．８ｍｍ上方にフェ
ースプレート７を支持枠３を介し配置し、リアプレート
２、フェースプレート７、支持枠３及びスペーサ１０の
接合部を固定した。

【０１２１】リアプレート２と支持枠３の接合部及びフ
ェースプレート７と支持枠３の接合部はフリットガラス
を塗布し（スペーサとフェースプレートとの接合部には
導電性フリットを用いた）、空気中で４３０℃で１０分
以上焼成することで封着した。

【０１２２】この封着処理後、クロムと硼素の窒化膜１
０ｃの比抵抗値は、２．０×１０⁵オームｃｍと約２倍
ほど大きな値になった。これは加熱による膜の構造緩
和、クロム元素が酸化して膜から離脱することなどによ
ると思われる。

【０１２３】また本実施例の実験後、このスペーサ１０
を一部取り外して、クロムと硼素の窒化膜１０ｃの表面
組成分析を行った。

【０１２４】クロム元素と硼素元素の割合「クロム」／
「硼素」は０．４１で、封着前よりもクロム元素が減少
していた。

【０１２５】またクロムは表面でほとんど酸化物である
が、Ｂは窒化物と酸化物が混在しており、窒化率（「窒
化硼素」／「硼素」）は０．６２に低下していた。

【０１２６】この表面分析値は、スパッタリング形成後
（アズデポ；アズデポは成膜後を意味する。）のクロム
と硼素の窒化膜を、封着温度４３０℃１０分間以上焼成
処理を行った後同様に表面分析を行った値（アニール
値）とほぼ同じであった。

【０１２７】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、帯電緩和膜とフェースプレートとの導通を確保し
た。

【０１２８】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）することにより電子放出部１８を形成
した。フォーミング処理は、図７に示した波形の電圧を
印加することにより行った。

【０１２９】次に排気管を通してアセトンを１ｍＴｏｒ
ｒ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８に示すような
波形を印加することにより行った。

【０１３０】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。

【０１３１】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。

【０１３２】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ことにより電子
を放出させ、メタルバック６には、高圧端子Ｈｖを通じ
て高圧を印加することにより放出電子ビームを加速し、
蛍光膜５に電子を衝突させ、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Ｖａは１ｋＶ〜５ｋＶ、素子電極１４，１５間への印
加電圧Ｖｆは１４Ｖとした。

【０１３３】スペーサ１０について帯電緩和膜１０ｃの
抵抗値及び性能を表１に示す。組み込み前、フェースプ
レートへの封着後、リアプレートへの封着後、真空排気
後、素子電極通電処理後等各工程で計測した。

【０１３４】既に説明したように組み込み前の比抵抗値
は８×１０⁴Ωｃｍ、封着処理後の比抵抗値は２×１０⁵
Ωｃｍと大きくなった。さらに真空排気後の比抵抗値は
４×１０⁶Ωｃｍとさらに大きくなったが、以降の工程
では変化なく安定していた。

【０１３５】このことはクロムと硼素の窒化膜が安定で
あり、帯電緩和膜として使えることを示している。

【０１３６】実施例１のスペーサについてはスペーサに
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電界の乱れは発生せず、スペーサ１
０の帯電もおこっていないことを示している。

【０１３７】また、本材料の抵抗温度係数は画像表示装
置に組み込まれた後でも−０．３％であり、Ｖａ＝５ｋ
Ｖにおいても熱暴走はみられなかった。（実施例２−実施例７）実施例２−７は、クロムのター
ゲットのスパッタパワーを変え、クロムと硼素の窒化膜
のクロム量を変えた実施例である。

【０１３８】実施例１とまったく同様に、導電膜１０ｃ
として、クロムと硼素の窒化膜を形成した。但し、表１
に示すようにクロムターゲットへのスパッタパワーを、
２６Ｗから３６Ｗまで２Ｗずつ変化させた。この結果、
封着アニール処理後の窒化膜のクロム／硼素元素比は、
０．３５から０．５６まで変化した。

【０１３９】導電膜１０ｃを形成後は実施例１と同様に
画像形成装置に組み込みカラー画像を表示し、スペーサ
近傍の画像の乱れを調べた。

【０１４０】表１に、各実施例のスペーサ１０について
測定した結果をまとめて示す。なお、以下に示す表１及
び後述する表２〜８において、ａＥ＋ｂ（ａ，ｂは任意
の数）はａ×１０^bを意味し（例えば8.0E+04は8.0×10⁴
を意味する）、ａＥ−ｂ（ａ，ｂは任意の数）はａ×１
０^-bを意味し（例えば8.0E-04は8.0×10^-4を意味す
る）。

【０１４１】

【表１】実施例１−実施例７は、全圧を０．５Ｐａ、Ｎ₂分圧比
を０．３に固定したものである。

【０１４２】クロムターゲットへのスパッタパワーを大
きくすると、クロムと硼素の窒化膜のクロム濃度が増加
し、比抵抗値は小さくなる。

【０１４３】実施例２のスパッタパワー２６Ｗでは封着
アニール後のクロム／硼素の元素比が０．３５となり、
比抵抗値が１０⁷Ωｃｍを超え、窒化膜の帯電が大きく
なり、スペーサ近傍の画像の乱れが目立つようになる。

【０１４４】また実施例７のスパッタパワー３８Ｗでは
クロム／硼素の元素比が０．５６となり、比抵抗値が１
０⁴Ωｃｍと低くなり、クロムと硼素の窒化膜に過電流
が流れて高電圧が印加できなくなった（表１のアニール
の項の分析値参照／この値は画像形成装置を組み立て、
駆動後にスペーサ１０を取り外し、導電膜１０ｃの表面
を分析したものである。）。

【０１４５】また実施例２−実施例７のクロムと硼素の
窒化膜は封着（アニール）処理によって表面の酸化が起
こり、酸化クロムと酸化ほう素を生成するため、酸化に
よって導電膜１０ｃの比抵抗値は、最大で１桁程大きく
なった。

【０１４６】次に組み立てた画像形成装置を真空排気後
には、導電膜１０ｃの比抵抗値はさらに、半桁から１桁
程大きくなった。

【０１４７】その他の理由としては次のように考えられ
る。

【０１４８】膜表面のクロム／硼素の元素比が低下して
いる分析結果から、あるいは配置したスペーサ近傍の素
子電極上で、クロム元素が多く検出されたことから、封
着、真空排気の工程で膜表面から酸化クロム成分が離脱
していることが分かった。

【０１４９】この脱離、付着したクロム元素は電子放出
素子の特性に影響を与える場合がある（例えば素子の抵
抗が大きくなってしまう、放出電子量が低下するな
ど）。

【０１５０】クロム元素の脱離を少なくするためには、
比抵抗値の変化が少ない条件が望ましい。

【０１５１】このクロム／硼素の元素比を変える実施例
では、膜中のクロム量を少な目に設定すると比抵抗値の
変化が少ないことが分かった。

【０１５２】例えばアニール後のクロム／硼素の元素比
を０．５以下にすれば良い。ただし０．３５以下になる
と導電膜の比抵抗値が大きくなって帯電によりスペーサ
近傍で画像乱れ（電子ビームの吸引）が問題になる。

【０１５３】クロムと硼素の窒化膜は耐熱性に優れてい
るが、窒化硼素の表面窒化率（「窒化ホウ素」／「窒化
ホウ素＋酸化ホウ素」）は、アニール処理によって低下
するため、クロムと硼素の窒化膜のクロム量が多いほ
ど、アニール処理後の表面窒化率は高い傾向がある。

【０１５４】以上のことからスペーサ近傍での画像の乱
れを生じないクロム／硼素の元素比の適正条件はクロム
ターゲットへのスパッタパワーを調整し、アニール後の
値で０．３５〜０．５の範囲が好ましい。（実施例８−実施例１４）実施例８−実施例１４は窒素
分圧比を０．２に固定し、全圧を０．３５Ｐａから１．
５Ｐａまで変化させた実施例である。

【０１５５】表２に、各実施例のスペーサ１０について
測定した結果をまとめて示す。

【０１５６】

【表２】全圧を増加させると、同じ窒素分圧でもクロムと硼素の
窒化膜の比抵抗値は増大する。

【０１５７】但し、全圧を増加させるほど窒化硼素の表
面窒化率は多少、低下することが分かる。特に実施例１
４の全圧１．５Ｐａでは、アニール処理後の表面窒化率
の低下が著しく、窒化膜の帯電が大きくなり、スペーサ
近傍の画像の乱れが目立つようになる。

【０１５８】実施例１４のスペーサ１０を組み込んだ画
像形成装置では、帯電によるスペーサ近傍の画像乱れ
（影）が見られた。

【０１５９】これは窒化硼素の表面窒化率が低下しクロ
ムと硼素の窒化膜の除電能力が低下したこと、及び比抵
抗値が大きくなりすぎたことによるものである。

【０１６０】以上のことから、本実施例ではスペーサ近
傍での画像の乱れを生じない全圧の適正条件は０．３５
から１．５Ｐａを超えない値が好ましい範囲であるが、
１．５Ｐａを超えた値の条件で成膜を行う場合には、実
施例１−実施例７の様にクロム／硼素の元素比の適正条
件である０．３５〜０．５の範囲になるように、クロム
ターゲットへのスパッタパワーを制御すると良い。（実施例１５−実施例２２）実施例１５−実施例２２
は、全圧を０．５Ｐａと０．８Ｐａに固定し、窒素分圧
比を０．１５から０．７まで変化させた実施例である。

【０１６１】表３に、各実施例のスペーサ１０について
測定した結果をまとめて示す。

【０１６２】

【表３】実施例１５−実施例１８の全圧０．５Ｐａと実施例１９
−実施例２２の全圧０．８Ｐａでは同様にＮ₂分圧を増
加させると、同じ全圧でもクロムと硼素の窒化膜の比抵
抗値はやや増大する。

【０１６３】また、実施例１５−実施例１８の全圧０．
５Ｐａと実施例１９−実施例２２の全圧０．８Ｐａでは
同様にＮ₂分圧を増加させると、同じ全圧でも窒化硼素
の表面窒化率はやや低下するが、全圧を増加させた時ほ
どは低下しない。

【０１６４】そこでアニール処理後の表面窒化率を高く
保つ為には、全圧、分圧をできるだけ小さく設定して、
所定の比抵抗値を得られるようにすれば良い。

【０１６５】全圧及び窒素分圧の制御による比抵抗値制
御の他にクロムターゲットへのスパッタパワーを低くし
て、クロム元素の含有量を少なくすれば、高抵抗膜も得
られるが、クロム元素の含有量が少ない場合には所望の
抵抗値を得るために窒素分圧を低く設定しなければなら
ず、例えば窒素分圧比を０．１５以下とした場合、窒素
分圧比が０．１と０．１５の間では、比抵抗値が、急激
に変化して（０．１では純硼素に近い膜となり、低抵抗
膜になりやすくなる）適正な抵抗値を再現性良く得るの
が比較的難しい。

【０１６６】実際にはクロム／硼素元素比をアニール処
理後に０．３５以上になるようにクロム元素を添加す
る。

【０１６７】以上のことから、全圧は０．３５Ｐａ以上
で１．５Ｐａを超えない値に設定し、窒素分圧比を０．
２以上で０．７を超えない値に設定して、所定の比抵抗
値と高い窒化率が得られるように調整するのが良い。（実施例２３−実施例２７）実施例２３−実施例２７
は、全圧を０．４５Ｐａ、窒素分圧比を０．２に固定
し、成膜時に行った基板加熱の温度を１５０℃から３５
０℃まで変えた実施例である。

【０１６８】表４に、各実施例のスペーサ１０について
測定した結果をまとめて示す。

【０１６９】

【表４】基板温度が高くなるほどアズデポ膜の窒化率は低くなる
が、封着熱工程（アニール）を通った後の窒化率低下は
少ない。

【０１７０】また、基板加熱を行うと室温成膜と比べ、
クロムと硼素の元素比が高くなる。更に基板温度が高く
なるほどアズデポ膜と封着熱工程（アニール）を通った
後の膜も同様にクロムと硼素の元素比が低くなる。更に
基板温度が高くなるほど、アズデポ膜のクロムと硼素の
元素比は低くなるが、封着工程（アニール）を通った後
のクロムと硼素の元素比の低下は少ない。

【０１７１】以上のように、１５０℃から３５０℃まで
全ての基板加熱温度で室温と同等の高い窒化率が得られ
た。

【０１７２】画像形成装置に組み込んだ後の、スペーサ
近傍へのクロム元素の飛散は実施例２４の基板加熱温度
が２００℃以上で著しく減少した。

【０１７３】一般に基板加熱成膜の膜は良好な密着性を
示すが、今回の実施例２３−実施例２７はいずれも良好
な密着性を示した。（実施例２８−実施例３４）実施例２８−実施例３４
は、全圧を０．４５Ｐａ、窒素分圧比を０．５に固定
し、チャンバーの背圧を変化させて成膜を行った実施例
である。

【０１７４】表５に、各実施例のスペーサ１０について
測定した結果をまとめて示す。

【０１７５】

【表５】背圧が低い程、チャンバー内に残留する水分、酸素等が
多くなってアズデポ膜の酸化が起こり、背圧が高い（真
空度が悪い）程、窒化率は低下する。また、背圧が高い
程、封着時の熱工程（アニール）を通った後の窒化率低
下は著しい。

【０１７６】更に、クロムターゲットへのスパッタパワ
ーが同じであっても背圧が高い程、比抵抗が高くなる傾
向がある。また、アズデポ膜の比抵抗と封着時の熱工程
（アニール）を通った後の比抵抗の変化量を比較する
と、背圧が高い程、比抵抗の変化量が大きく、背圧が低
い程、比抵抗の変化量が小さい。

【０１７７】実施例２８，２９から背圧が１×１０^-3Ｐ
ａより高くなると窒化率の低下が著しいことが分かり、
比抵抗もアズデポ膜で１×１０⁵Ωｃｍ以上と高くなっ
た。特にアニール後の窒化率が３５％に低下した実施例
２８（背圧が５×１０^-3Ｐａ）では真空排気後の比抵抗
が２．０×１０⁷Ωｃｍと高くなり、クロムと硼素の窒
化膜１０ｃの除電能力が不足し、帯電が大きくなり、ス
ペーサ近傍の画像の乱れが目立つようになる。

【０１７８】実施例２８のスペーサ１０を組み込んだ画
像形成装置では、帯電によるスペーサ近傍の画像乱れ
（影）が見られた。

【０１７９】これは窒化硼素の表面窒化率が低下しクロ
ムと硼素の窒化膜の除電能力が低下したこと、および比
抵抗値が大きくなりすぎたことによるものである。

【０１８０】以上のことから、本実施例ではスペーサ近
傍での画像の乱れを生じない背圧の適正条件は２．５×
１０^-3Ｐａより低い圧力が好ましい。また、前記２．５
×１０^-3Ｐａより高い背圧で成膜を行う場合には、比抵
抗が高くなるために、所望の比抵抗を得るためにはクロ
ムターゲットへのスパッタパワーを制御すると良い。（実施例３５−実施例４１）実施例３５−実施例４１
は、全圧を０．６Ｐａ、窒素分圧比を０．６に固定し、
成膜基板にＲＦバイアスを印加しながらスパッタ成膜を
行った実施例である。

【０１８１】表６に、各実施例のスペーサ１０について
測定した結果をまとめて示す。

【０１８２】

【表６】ＲＦバイアスのパワーが大きくなるほど膜中のクロムの
量（クロム／硼素の元素比）は減少する。また窒化率も
減少する。しかし、実施例３５のＲＦバイアスを加えな
かったアズデポ膜では、アニール後のクロムの量、窒化
率とも大きく低下するのに対して、ＲＦバイアスを加え
た膜はクロムの量及び窒化率の変化（低下）量が少な
い。その変化量はＲＦバイアスのパワーが大きくなるほ
ど小さい。

【０１８３】更に、クロムターゲットへのスパッタパワ
ーが同じであってもＲＦバイアスのパワーが大きくなる
程、比抵抗が高くなる傾向がある。また、アズデポ膜の
比抵抗と封着時の熱工程（アニール）を通った後の比抵
抗の変化量を比較すると、ＲＦバイアスのパワーが大き
くなる程、封着時の熱工程後の比抵抗の変化量が小さ
い。これは、真空排気後の比抵抗についても同じ傾向を
示し、ＲＦバイアスのパワーが大きくなる程、アズデポ
膜の比抵抗から封着時の熱工程を通って、真空排気後の
比抵抗の変化量が少なくなる。特に、実施例３６のＲＦ
バイアスを２５Ｗ加えて成膜した窒化膜のアズデポ膜の
比抵抗は１．０×１０³Ωｃｍであったのが封着時の熱
工程を通って、真空排気後の比抵抗は４．０×１０⁴Ω
ｃｍと１桁以上、変化した。反対に実施例４１のＲＦバ
イアスを２５０Ｗ加えて成膜した窒化膜のアズデポ膜の
比抵抗は７．０×１０⁵Ωｃｍであったのが封着時の熱
工程を通って、真空排気後の比抵抗は８．０×１０⁵Ω
ｃｍとアズデポ膜の比抵抗と殆ど変わらなかった。

【０１８４】実施例３５のＲＦバイアスを加えなかった
もの及び実施例３６のＲＦバイアスを２５Ｗ加えたもの
については、画像形成装置に組み込んだところ、真空排
気後の比抵抗値が５．０×１０⁴Ωｃｍ以下と低くな
り、クロムと硼素の窒化膜１０ｃに過電流が流れて、熱
暴走を生じ、高電圧が印加できなくなった。

【０１８５】実施例３７−実施例４１の５０Ｗ以上のＲ
Ｆバイアスを加えた膜は窒化率が高く、良好な密着性が
得られ画像形成装置に組み込んだところ、良好な除電特
性を示した。（実施例４２−実施例４９）実施例４２−実施例４９
は、全圧を０．７Ｐａ、窒素分圧を０．５５に固定し、
クロムと硼素の窒化膜の膜厚を１００Åから４０００Å
に変えて成膜を行った実施例である。

【０１８６】表７に、各実施例のスペーサ１０について
測定した結果をまとめて示す。

【０１８７】

【表７】アズデポ膜では膜中のクロムの量（クロム／硼素の元素
比）は膜厚に殆ど依存しない。しかし、窒化率は膜厚が
厚くなるほど高くなる。これは膜厚が薄いと表面からの
酸化の影響を受けやすいことを示している。アニール後
では膜厚が厚くなるほど膜中のクロムの量（クロム／硼
素の元素比）は多くなり、窒化率も高くなる。

【０１８８】比抵抗では、クロムターゲットへのスパッ
タパワーが同じであっても膜厚が厚くなる程、比抵抗が
低くなる傾向がある。また、アズデポ膜の比抵抗と封着
時の熱工程（アニール）を通った後の比抵抗の変化量を
比較すると、膜厚が厚くなる程、封着時の熱工程後の比
抵抗の変化量が小さい。これは、真空排気後の比抵抗に
ついても同じ傾向を示し、膜厚が厚くなる程、アズデポ
膜の比抵抗から封着時の熱工程を通って、真空排気後の
比抵抗の変化量が少なくなる。

【０１８９】加えて実施例４２−実施例４７の膜厚１０
０Åから２５００Åまではアズデポ膜の比抵抗が封着時
の熱工程を通って真空排気後には高くなるのに対して、
実施例４８−実施例４９の３０００Å及び４０００Åで
はアズデポ膜の比抵抗が封着の熱工程を通って、真空排
気後には低下する傾向を示す。特に実施例４７の膜厚２
５００Åの窒化膜のアズデポ膜の比抵抗は６．５×１０
⁴Ωｃｍであったのが封着時の熱工程を通って、真空排
気後の比抵抗は３．０×１０⁶Ωｃｍと２桁近く高くな
ったのに対して、実施例４９の膜厚４０００Åの窒化膜
のアズデポ膜の比抵抗は４．０×１０⁶Ωｃｍであった
のが封着時の熱工程を通って、真空排気後の比抵抗は
２．０×１０⁶Ωｃｍとアズデポ膜の比抵抗より低下し
た。

【０１９０】実施例４２−実施例４９の導電膜１０ｃを
画像形成装置に組み込み、カラー画像を表示、スペーサ
近傍の画像の乱れを調べた。

【０１９１】膜厚１００Åの実施例４２及び膜厚３００
Åの実施例４３のスペーサ１０を組み込んだ画像形成装
置では、帯電によるスペーサ近傍の画像乱れ（影）が見
られた。

【０１９２】これは窒化硼素の表面窒化率が低下しクロ
ムと硼素の窒化膜の除電能力が低下したこと、及び比抵
抗値が大きくなりすぎたことによるものである。

【０１９３】その他の実施例４３−実施例４９の膜厚１
０００Å以上の導電膜１０ｃはいずれも画像の乱れがな
く良好な除電能を示した。

【０１９４】以上のことから、少なくとも１０００Å以
上の厚さが好ましい。但し、実施例４９の４０００Å膜
厚（実施例４９）では、膜ハガレが発生したので、３０
００Åまでの厚さが好ましい。（実施例５０−実施例５３）実施例５０−実施例５３は
遷移金属と硼素の窒化膜の遷移金属を、Ｃｒに変えてそ
れぞれＴｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗと変えて抵抗を揃えた実施
例である。

【０１９５】表８に、各実施例のスペーサ１０について
測定した結果をまとめて示す。

【０１９６】

【表８】実施例１とまったく同様に、導電膜１０ｃとして、Ｃｒ
に変えてそれぞれＴｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗと硼素の窒化膜
を形成した。

【０１９７】それぞれの導電膜１０ｃを形成後は実施例
１と同様に画像形成装置に組み込みカラー画像を表示、
スペーサ近傍の画像の乱れを調べた。

【０１９８】実施例５０−実施例５３の帯電緩和膜１０
ｃの抵抗値は組み込み前、フェースプレートへの封着
後、リアプレートへの封着後、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行程を通じてほと
んど、実施例１と同様の抵抗値の挙動であった。このこ
とは実施例１のＣｒと同様に遷移金属であるＴｉ、Ｔ
ａ、Ｍｏ、Ｗと硼素の窒化膜が非常に安定であり、帯電
緩和膜として適していることを示している。

【０１９９】実施例５０−実施例５３の帯電緩和膜１０
ｃをスペーサ１０として画像形成装置に組み込み、カラ
ー画像を表示、スペーサ近傍の画像の乱れを調べた。

【０２００】実施例５０−実施例５３のスペーサについ
てはスペーサ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電界の乱れは発生せ
ず、スペーサ１０の帯電もおこっていないことを示して
いる。

【０２０１】また、それぞれのスペーサをとりはずして
ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光装置）により表面を分析したと
ころ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗは表面では酸化物であり、
硼素の表面窒化率（「窒化硼素」／「窒化硼素＋酸化硼
素」）は０．６０〜０．８０であった。この値は、スパ
ッタリング形成後（アズデポ）のＴｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ
と硼素の窒化膜を、封着温度４３０℃１０分間以上焼成
処理を行った後、同様に表面分析を行った値とほぼ同じ
であった。このことから、遷移金属がそれぞれ、Ｔｉ、
Ｔａ、Ｍｏ、Ｗとそれぞれ種類を変えても、比抵抗の安
定性、表面窒化率の低下に影響がないことを示してい
る。尚、本材料（実施例５０−実施例５３）の抵抗温度
係数は−０．３％から−０．６％であり、それぞれ、Ｖ
ａ＝５ｋＶにおいても熱暴走はみられなかった。

【０２０２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の帯電緩和
膜によれば、酸素等の雰囲気でも抵抗値の変動が小さ
く、高抵抗化する場合でも島状としたり極めて薄膜化す
る必要がないので、安定性、再現性の優れた帯電緩和膜
を形成することができる。また、高融点で、硬度が高い
ので安定性に優れる長所も有している。さらに、窒化硼
素は絶縁体で、遷移金属窒化物は良導電体なので、組成
を調整することで任意の比抵抗値を得ることができる。
本発明の帯電緩和膜は本願の実施形態等で述べた装置の
他、ＣＲＴ，あるいは放電管等の電子管等に用いること
ができ、その他にも電荷の帯電が問題となる用途に広く
用いることができる。

【０２０３】また本発明の画像形成装置によれば、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、遷移金属と硼素との窒化化合物膜を帯電緩和膜とし
て用いることで、組立工程中に抵抗値の変化がほとんど
起こらず、安定した抵抗値を得ることができる。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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像形成装置のスペーサ近傍の概略断
面図である。

【図２】本発明の実施形態例である画像形成装置の、表
示パネルの一部を切り欠いて示した斜視図である。

【図３】本発明で用いたスペーサの断面模式図である。

【図４】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５】マルチ電子ビーム源の基板の平面図及び断面図
である。

【図６】平面型表面伝導型電子放出素子の形成工程図で
ある。

【図７】電子ビーム源のフォーミング形成印加パルス波
形図である。

【図８】通電活性化工程の印加パルス波形図である。

【図９】垂直型表面伝導型電子放出素子の断面図であ
る。

【図１０】表面伝導型電子放出素子の電流電圧特性の模
式図である。

【図１１】単純マトリクス配線図である。

【図１２】平面型表面伝導型電子放出素子の断面図であ
る。

【図１３】スパッタ装置の概略的構成図である。

【図１４】多数の微小な電子源を使用したディスプレイ
の断面模式図である。

【図１５】本発明で用いるスペーサの他の形態を示す斜
視図である。

【符号の説明】

１電子源（電子放出素子）２リアプレート３側壁（支持枠）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１０a 絶縁性基材１０b Naブロック層１０c 帯電緩和膜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フォーミング電源２０電流計２１活性化電源２２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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大里陽一東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 5G067 AA55 CA02 DA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】遷移金属と窒化硼素とのターゲットをス
パッタして得られる遷移金属と硼素との窒化化合物を有
することを特徴とする帯電緩和膜。
【請求項２】前記遷移金属がクロム、チタン、タンタ
ル、モリブデン、タングステンから選ばれる少なくとも
１種である請求項１に記載の帯電緩和膜。
【請求項３】前記遷移金属と硼素との窒化化合物の硼
素の表面窒素化率（「窒化硼素」／「硼素」）が、６０
％以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に
記載の帯電緩和膜。
【請求項４】遷移金属と硼素の窒化化合物膜の厚さが
１０００Åから３０００Åであることを特徴とする請求
項１〜３のいずれかの請求項に記載の帯電緩和膜。
【請求項５】遷移金属と窒化硼素とのターゲットをス
パッタすることで、遷移金属と硼素との窒化化合物を有
する帯電緩和膜を成膜することを特徴とする帯電緩和膜
の成膜方法。
【請求項６】遷移金属と窒化硼素とのターゲットをス
パッタして遷移金属と硼素の窒化化合物膜を成膜する際
に、スパッタガスとしてアルゴンと窒素を用い、遷移金
属と硼素の窒化化合物膜の比抵抗値を、スパッタガス全
圧と窒素分圧を大きく又は小さく制御することにより設
定することを特徴とする帯電緩和膜の成膜方法。
【請求項７】請求項６に記載の帯電緩和膜の成膜方法
において、スパッタガス全圧に対して窒素分圧を２０〜
７０％にすることを特徴とする帯電緩和膜の成膜方法。
【請求項８】請求項６に記載の帯電緩和膜の成膜方法
において、スパッタガス全圧を０．３５〜１．５Ｐａに
することを特徴とする帯電緩和膜の成膜方法。
【請求項９】遷移金属と窒化硼素のターゲットをスパ
ッタして遷移金属と硼素の窒化化合物膜を成膜する際
に、チャンバーの背圧を２．５×１０^-3Ｐａ以下まで排
気することを特徴とする帯電緩和膜の成膜方法。
【請求項１０】遷移金属と窒化硼素のターゲットをス
パッタして遷移金属と硼素の窒化化合物膜を成膜する際
に、１５０℃以上の基板加熱を行うことを特徴とする帯
電緩和膜の成膜方法。
【請求項１１】遷移金属と窒化硼素とのターゲットを
スパッタして遷移金属と硼素の窒化化合物膜を成膜する
際に、２５Ｗから２５０Ｗまでのバイアススパッタを行
うことを特徴とする帯電緩和膜の成膜方法。
【請求項１２】外囲器内に、電子放出素子、画像形成
部材、及び、スペーサとを備える画像形成装置におい
て、前記スペーサは基材表面に、請求項１〜４のいずれ
かの請求項に記載の帯電緩和膜を有するスペーサである
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１３】前記帯電緩和膜は、膜厚が１０ｎｍ〜
１μｍの範囲内で、放出電子の加速電圧をＶａとしたと
きの比抵抗が１０^-7×Ｖａ²〜１０⁵Ωｍ範囲内にあ
り、絶対値が１％以下の負の抵抗温度係数を有する請求
項１２に記載の画像形成装置。
【請求項１４】前記基材は、Ｎａを含有する基材であ
り、前記基材と前記窒素化合物の被膜との間にＮａブロ
ック層を有する請求項１２に記載の画像形成装置。
【請求項１５】前記スペーサは、前記外囲器内に配置
された電極部材に接続されている請求項１２に記載の画
像形成装置。
【請求項１６】前記電極部材は、前記電子放出素子に
駆動電圧を印加するための電極である請求項１５に記載
の画像形成装置。
【請求項１７】前記電極部材は、前記画像形成部材に
設けられた放出電子の加速電極である請求項１５に記載
の画像形成装置。
【請求項１８】前記スペーサは、その両端部間で電位
差が生じるように該両端部に電圧が印加されている請求
項１２に記載の画像形成装置。
【請求項１９】前記スペーサは、前記電子放出素子に
駆動電圧を印加するための電極と前記画像形成部材に設
けられた放出電子の加速電極とに接続されている請求項
１２に記載の画像形成装置。
【請求項２０】前記電子放出素子が、冷陰極型の電子
放出素子である請求項１２〜１９のいずれかの請求項に
記載の画像形成装置。
【請求項２１】前記電子放出素子が、表面伝導型電子
放出素子である請求項２０に記載の画像形成装置。
【請求項２２】外囲器内に、電子放出素子、画像形成
部材、及び、スペーサとを備える画像形成装置の製造方
法において、基材表面に請求項１〜４のいずれかに記載
の帯電緩和膜を被覆しスペーサを形成する工程と、該ス
ペーサ、電子放出素子、及び、画像形成部材を外囲器内
に配置後、該外囲器を非酸化雰囲気として、該外囲器の
封着を行う工程を有することを特徴とする画像形成装置
の製造方法。
【請求項２３】前記非酸化雰囲気は、窒素雰囲気であ
る請求項２２に記載の画像形成装置の製造方法。