JP3302313B2

JP3302313B2 - 帯電防止膜、及び、画像形成装置とその製造方法

Info

Publication number: JP3302313B2
Application number: JP36095797A
Authority: JP
Inventors: 博嗣高木; 陽一大里; 宣明大栗; 好真岡村; 和生黒田; 貴生日下
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 2002-07-15
Anticipated expiration: 2017-12-26
Also published as: CN1127750C; DE69724754D1; EP0851459A3; DE69724754T2; US6342754B1; KR19980064752A; EP0851459B1; CN1197282A; EP0851459A2; JPH10340793A; KR100394530B1

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防止膜、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防止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
記帯電防止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、上記帯電防止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】本発明の帯電を緩和する
ための膜は、遷移金属の窒化物と、窒化アルミニウム、
窒化珪素、または、窒化硼素と、を有することを特徴と
するものである。

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】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を緩和するための膜を有するスペー
サであることを特徴とする。

【００１９】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を緩和するための膜を被覆しス
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。

【００２０】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を緩和するための膜を被覆しス
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、該外囲器の封
着を行う工程を有することを特徴とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に詳述される帯電防止膜は、
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
による該帯電防止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。

【００２２】帯電防止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、帯電防止膜の表面抵抗
（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。

【００２３】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。

【００２４】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ずらい。

【００２５】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0.1W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
成した帯電防止膜のシート抵抗Rsは10×Va²Ωから10¹¹
Ωの範囲に設定されることが望ましい。

【００２６】上述したように絶縁性基材上に形成された
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。

【００２７】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。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。

【００２８】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、帯電防止膜の比抵抗は0.1Ωｍ〜10⁵Ωｍが
好ましい範囲である。

【００２９】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、特に、遷移金属とアルミニウ
ムとの窒素化合物、あるいは遷移金属と珪素との窒素化
合物、あるいは遷移金属と硼素との窒素化合物が、帯電
防止膜として極めて優れていることを見いだした。遷移
金属はTi,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zr,Nb,Mo,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、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ
₄）、窒化硼素（ＢＮ）は絶縁体である。よって、上記
の窒素化合物膜は遷移金属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、スペーサ用帯電防止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。

【００３０】ここで、アルミニウムとＣｒ、Ｔｉ、Ｔａ
の窒化化合物では図１３のように金属組成（遷移金属／
アルミニウム）に対して比抵抗が変化する。上述した好
ましい比抵抗が得られる遷移金属比率はＣｒの場合およ
そ５ａｔ．％〜１８ａｔ．％、Ｔｉは２４ａｔ．％〜４
０ａｔ．％、Ｔａは３６ａｔ．％〜５０ａｔ．％であ
る。また、遷移金属がＭｏの場合Ｍｏの原子比（Ｍｏ／
Ａｌ）はおよそ３〜１８ａｔ．％、Ｗの場合にはおよそ
３〜２０ａｔ．％である。

【００３１】珪素と遷移金属との窒素化合物ではＣｒの
場合でおよそ７〜４０ａｔ．％、Ｔａの場合およそ３６
〜８０ａｔ．％、Ｔｉの場合でおよそ２８〜６７ａｔ．
％が好ましい範囲である。また、硼素と遷移金属の窒素
化合物においては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。

【００３２】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、アルミニウム、
珪素あるいは硼素との窒素化合物の帯電防止膜は、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。

【００３３】本発明の帯電防止膜である上述の遷移金属
と、アルミニウム、珪素、あるいは硼素との窒素化合物
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、アルミニ
ウム、珪素、あるいは硼素と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、アルミニウム、珪素、あるいは硼素
との窒素化合物膜が得られる。あらかじめ組成を調整し
たアルミニウム、珪素、あるいは硼素と遷移金属合金タ
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。

【００３４】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防止膜はアルミニウムあ
るいは珪素あるい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
いう点でアルミニウムあるいは珪素あるいは硼素原子の
６０ａｔ．％以上が窒化物であることが好ましく、特
に、Ｓｉの場合には６５％以上、Ａｌ、Ｂの場合には７
０％以上が好ましい。

【００３５】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。

【００３６】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
度の向上は帯電防止膜の性能向上をもたらすものであ
る。本発明において、窒化度とはアルミニウム、あるい
は珪素、あるいは硼素元素に対し、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。

【００３７】窒化膜の表面が酸化され、酸化層が形成さ
れても表面酸化層の二次電子放出率が低い場合、あるい
は低二次電子放出率材料で被覆されていても帯電防止効
果が発揮される。

【００３８】また、本発明者らは、当初クロム酸化物等
低二次電子放出率材料の酸化物を帯電防止膜として用い
るべく鋭意検討していたが、その結果、下地層として上
述の遷移金属と、アルミニウム、珪素あるいは硼素との
窒素化合物膜を用い、その上に更に酸化物膜を形成した
ものがディスプレイ用スペーサの帯電防止膜として極め
て優れていることをも見いだした。本発明の帯電防止膜
のかかる態様は図３に示すように絶縁性基板１０ａ上
の、遷移金属と、アルミニウム、珪素、あるいは硼素と
の窒素化合物膜１０ｃ表面に酸化物膜１０ｄを形成した
ものである。

【００３９】すなわち、本発明者らは、酸化物膜の下地
層として上述の遷移金属と、アルミニウム、珪素、ある
いは硼素との窒素化合物膜を設けることで、帯電防止膜
として望ましい比抵抗に制御するのが容易で、かつ酸化
雰囲気中でのフリット封着工程といった熱工程でも抵抗
値が変化しにくいスペーサ用帯電防止膜を得た。

【００４０】なお、上述の窒素化合物膜のみをスペーサ
用の帯電防止膜として用い、そしてフリットガラスを用
いて封止する場合には、その封止工程で酸化雰囲気で加
熱した後に、より高い温度の非酸化雰囲気で加熱するこ
とが望ましい。これは、上述の窒素化合物膜の表面の酸
化を防止（又は酸化を軽減）するためには非酸化雰囲気
中で封止することが求められるためである。一方、フリ
ットガラスにより封止するにはまず酸化雰囲気中でバイ
ンダ等をとばす必要があるが、上述の窒素化合物膜上に
酸化物膜を形成してスペーサを構成する場合には、酸化
雰囲気中のみで封止を行うことができ、封止工程が簡易
化される効果を奏する。

【００４１】遷移金属はＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、
Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、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。

【００４２】酸化物膜の例として、遷移金属酸化物とし
て二次電子放出率の小さい酸化クロム、酸化銅、酸化ニ
ッケル等が好ましい材料であるが、遷移金属と、アルミ
ニウム、珪素、あるいは硼素との酸素化合物膜も同様な
効果がある。前記酸素化合物膜は上述の窒素化合物膜を
酸化することで形成可能である。酸化は酸化雰囲気中で
加熱することでおこなわれるが、上述の窒素化合物膜を
例えば大気中で加熱し、酸化物膜を形成したのち画像形
成装置を製造してもよいし、画像形成装置製造工程中で
酸化してもよい。酸化物層の厚みは加熱温度と時間に依
存する。前記酸素化合物膜は下地層の上記窒素化合物膜
と同様の組成比率であってもよいが、表面になるにした
がい遷移金属比率が増加したほうが帯電防止に効果がみ
られる。遷移金属酸化物の方が酸化アルミニウムより比
抵抗が小さい、あるいは二次電子放出率が小さいためと
考えられる。

【００４３】帯電防止膜（１０ｃと１０ｄ）全体の抵抗
値は概ね前記窒素化合物膜の抵抗値で規定される。酸化
物は前述したように抵抗値が雰囲気に左右されやすいた
め、酸化物膜の抵抗値が前記窒素化合物膜の抵抗値の１
／２を越えるようにその厚みを決定すべきである。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・リアプレート間の電位分布が一
様である、すなわちスペーサの抵抗値が全ての場所でほ
ぼ均一であることが必要である。電位分布がみだれる
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。本発明では安定な窒化膜により抵抗値の一様性を確
保し、画像の乱れを防止している。

【００４４】酸化物膜１０ｄの形成には、窒化膜１０ｃ
を酸化させる以外、酸化ガス中で遷移金属を真空蒸着、
スパッタしてもよいし、アルコキシド法を用いることも
可能である。

【００４５】以上、帯電防止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。

【００４６】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。

【００４７】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／Ｓ
ｎＯ₂薄膜によるもの［M.Hartwell and C.G.Fonstad:"I
EEE 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
（１９８３）］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.Dola
n、"Field emission"、Advance in Electron Physics、8、8
9(1956) あるいはC.A.Spindt,"PHYSICAL Properties of
thin-film field emission cathodes with molybdeniu
m cones",J.Appl.Phys.,47,5248(1976)等が知られてい
る。ＭＩＭ型の例としてはC.A.Mead、"The tunnel-emiss
ion amplifier、J.Appl.Phys.、32、646(1961)等が知られ
ている。

【００４８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の帯電防止膜および
その帯電防止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。

【００４９】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。

【００５０】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防止膜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１６（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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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、帯電防止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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】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 ，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ，ＰｂＯ，Ｓｂ₂ Ｏ₃ ，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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】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４においては模式的に
示した。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】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。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】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。

【００９４】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。

【００９５】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。

【００９６】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。

【００９７】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。

【００９８】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。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】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。

【０１０２】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。

【０１０３】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。

【０１０４】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。

【０１０５】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。

【０１０６】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。

【０１０７】

【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）以下、図１を用いて説明する。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Ni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。

【０１０８】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ー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。

【０１０９】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。

【０１１０】スペーサー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200μ
m,長さ20mm）上に、Naブロック層１０bとして窒化シリ
コン膜を0.5μm成膜し、その上にCrとAl窒化膜１０cを
真空成膜法により形成し成膜した。

【０１１１】本実施例で用いたＣｒとＡｌ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、４１は成膜室、４２はスペー
サ部材、４３，４４はそれぞれＴｉ，Ａｌのターゲッ
ト、４５，４７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にアルゴン，窒素を導入す
るための導入管である。

【０１１２】成膜室４１にアルゴンと窒素を分圧をそれ
ぞれ０．５Ｐａと０．２Ｐａで導入し、ターゲットとス
ペーサ基板間に高周波電圧を印加して放電を起こしスパ
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、最適の抵抗値を得
た。作成したＣｒとＡｌ窒化膜は次の三種である。（１）Ａｌターゲットに５００Ｗ，Ｃｒターゲットに２
５Ｗを投入し、４分成膜した。膜厚は４３ｎｍ、成膜後
（as depo）の比抵抗は２．５Ωｍである。（２）Ａｌターゲットに５００Ｗ，Ｃｒターゲットに１
２Ｗを投入し、２０分成膜した。膜厚は２００ｎｍ、成
膜後（as depo）の比抵抗は２．４×１０³Ωｍである。（３）Ａｌターゲットに５００Ｗ，Ｃｒターゲットに１
０Ｗを投入し、８分成膜した。膜厚は８０ｎｍ、成膜後
（as depo）の比抵抗は４．５×１０⁶Ωｍである。

【０１１３】また、スペーサー１０は、X方向配線及び
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１１を設けた。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50μm,メタルバ
ックからリアプレートに向かって300μmの範囲で外囲器
８内に露出するスペーサー１０の4面を完全に被覆し
た。ただし、電極１１が無くても十分な電気的接続がと
れる場合には電極１１を配さなくても良い。CrとAl窒化
膜１０cを成膜したスペーサー１０を、等間隔でフェー
スプレート７上に固定した。

【０１１４】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及びスペーサー１０の接
合部を固定した。

【０１１５】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）、スペーサ表面のアルミニウ
ム遷移金属窒化膜が酸化されないように窒素中で430℃
で10分以上焼成することで封着した。スペーサ１０はフ
ェースプレート７側では黒色体５b（線幅300μm）上
に、Auを被覆した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、帯電防止膜とフェースプレト
との導通を確保した。尚、メタルバックとスペーサとが
当接する領域においてはメタルバックの一部を除去し
た。

【０１１６】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１の素子電極１４、１５間に電圧を印加し、
導電性薄膜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１７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。

【０１１７】次に排気管を通してアセトンを0.133Paと
なるように真空容器に導入し、容器外端子Dx〜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。

【０１１８】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外囲器８の封止を行っ
た。

【０１１９】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。

【０１２０】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〜Dxm、Dy1
〜Dynを通じ走査信号及び変調信号を不図示の信号発生
手段よりそれぞれ印加することにより電子を放出させ、
メタルバック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。

【０１２１】スペーサー１０について帯電防止膜１０c
の抵抗値および性能を表１に示す。

【０１２２】

【表１】ａｓｄｅｐｏ抵抗値：成膜後の抵抗値工程後抵抗値：画像形成装置の作製工程後窒化率：窒化アルミニウムを形成する窒素原子数／アル
ミニウム原子数（ＸＰＳ測定による）画像状態ビームずれ：スペーサの帯電により電子源より放出され
た電子の軌道が正規の蛍光体位置にあたらず、スペーサ
部で画像の乱れが認識できる。

【０１２３】僅かにビームずれ：ビームずれは認められ
るが、走査線間隔の２／１０を越えない程度の位置ず
れ。

【０１２４】表１に示されるように、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
てほとんど抵抗値の変動が見られなかった。このことは
CrとAl窒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。

【０１２５】比抵抗2.4×10³Ωｍ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。また、本材料の抵抗温度係数は−0.3％であり、Va=
5kVにおいても熱暴走はみられなかった。

【０１２６】比抵抗2.5ΩｍのスペーサについてはVa＝2
kVでの消費電力がほぼ1Wに達するため2kVを越えて印加
することができなかった。また、比抵抗が4.5×10⁶Ωｍ
と大きいスペーサについては、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に引き寄せ
られたためにスペーサ近傍の画像に乱れを生じた。

【０１２７】本実施例に用いたスペーサの窒化度（窒化
アルミニウムを構成するアルミニウムの原子濃度／アル
ミニウムの原子濃度）をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光分析機
構）により測定した結果、７８，７７，７３％であっ
た。（比較例）比較例として前記と同様な方法で導電性膜に
CrとAl窒化膜の代わりにSnO₂を用いた（as depo 抵抗値
6.7×10⁸Ω、膜厚5nm）。スパッタ装置としては図１４
に示した装置を用い、金属ターゲットの代わりにＳｎＯ
₂ターゲットを用いてスパッタを行った。スパッタガス
はアルゴンで全圧は０．５Ｐａ、投入電圧は５００Ｗで
５分成膜を行った。

【０１２８】各組立て工程において導電性膜１０cの抵
抗値が大きく変動した。全組立工程通過後には比抵抗は
9.2×10^-2Ωｍ、抵抗値で1.8×10⁶Ωになり、Vaを1kVま
で印加することができなかった。すなわち、ディスプレ
イ作製工程で抵抗が大きく変化し、かつその変化量が一
定でないため、工程終了後の抵抗のバラツキが大きくな
り制御性に乏しい。また、このSnO₂の比抵抗値では膜厚
を1nm以下と極めて薄くしなければならず、さらに抵抗
の制御性は難しい。（実施例２）実施例１と異なるのはスペーサー１０のCr
とAl窒化膜１０cの代わりとしてTaとAlの化合物膜を用
いた。本実施例で用いたＴａとＡｌ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Ｔａ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。スパッタ装置は図１４の装置を用いた。成膜室４１
にアルゴンと窒素を分圧をそれぞれ０．５Ｐａと０．２
Ｐａで導入し、ターゲットとスペーサ基板間に高周波電
圧を印加して放電を起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、最適の抵抗値を得た。作成したＴａとＡｌ窒
化膜は、Ａｌターゲットに５００Ｗ，Ｔａターゲットに
１５０Ｗを投入し、１１分成膜した。膜厚はおよそ１５
０ｎｍ、比抵抗は６．２×１０³Ωｍである。また、抵
抗温度係数は−0.04％であった。

【０１２９】上記スペーサー１０を用いた画像形成装置
を作製し、実施例１と同様の評価を行った。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。

【０１３０】スペーサの抵抗値を、組み込み前（as dep
o）、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抵抗値の変動が見
られなかった。

【０１３１】また、スペーサ１０のリアプレート近傍か
らフェースプレート近傍まで各微少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
の違いは生じず、膜全体が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
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。（実施例３）実施例１のCrとAl窒化膜に代わり、TiとAl
窒化膜を用いた。本実施例で用いたＴｉとＡｌ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Ｔｉ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。スパッタ装置は図１４の装置を用いた。
成膜室４１にアルゴンと窒素を分圧をそれぞれ０．５Ｐ
ａと０．２Ｐａで導入し、ターゲットとスペーサ基板間
に高周波電圧を印加して放電を起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、最適の抵抗値を得た。作成したＴ
ｉとＡｌ窒化膜は次の二種である。抵抗温度係数は−0.
4％であった。（１）Ａｌターゲットに５００Ｗ，Ｔｉターゲットに１
２０Ｗを投入し、６分成膜した。膜厚は６０ｎｍ、比抵
抗は５．５×１０³Ωｍである。（２）Ａｌターゲットに５００Ｗ，Ｔｉターゲットに８
０Ｗを投入し、８分成膜した。膜厚は８０ｍ、比抵抗は
１．９×１０⁵Ωｍである。

【０１３２】上記スペーサー１０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。

【０１３３】なお、高圧端子Hvへの印加電圧Vaは1kV〜5
kV,素子電極１４,１５間への印加電圧Vfは14Vとした。

【０１３４】スペーサの抵抗値を、組み込み前（as dep
o）、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増加したものの極端な抵抗
値の変動が見られなかった。

【０１３５】スペーサ１０についてリアプレート近傍か
らフェースプレート近傍まで各微少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
の違いは生じず、膜全体が均一な抵抗値を持っていた。
5.5×10³Ωmのスペーサに対し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。一方、比抵抗が大
きいスペーサ（比抵抗1.9×10⁵Ωｍ）ではスペーサ近傍
の電子ビームが曲げられわずかに画像の乱れが観察され
た。（実施例４）実施例１と異なるのはスペーサ１０のＣｒ
とＡｌ窒化膜１０ｃの代わりとしてＭｏとＡｌの化合物
膜を用いた。アルゴンおよび窒素分圧をそれぞれ０．３
１Ｐａ、０．１４Ｐａとし、Ａｌターゲットに投入する
電力を５００Ｗ、Ｍｏターゲットに３Ｗ、６Ｗ、９Ｗ、
の高周波電力を投入し、２０分間で膜厚が２００ｎｍの
ＭｏとＡｌの窒素化合物膜を設けた。このＭｏとＡｌ窒
素化合物膜の比抵抗値はそれぞれ、８．４×１０⁵Ω
ｍ、５．２×１０⁴Ωｍ、６．４×１０³Ωｍ、抵抗温度
係数はマイナス０．３％であった。

【０１３６】以上のスペーサ１０を使用した画像形成装
置を実施例１と同様に作製し、画像の評価を行った。本
実施例に用いたスペーサの特性および性能を表１に示し
たが、画像形成装置作製工程中でもスペーサの抵抗はほ
とんど変化することなく安定であった。

【０１３７】また、Ｍｏの組成が少ない試料以外につい
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が、Ｍｏ組成が少ない試料では電子
ビームがスペーサに引き寄せられていた。いずれのスペ
ーサもＶａ＝５ｋＶにおいても熱暴走はみられなかっ
た。（実施例５）実施例１と異なるのはスペーサ１０のＣｒ
とＡｌ窒化膜１０ｃの代わりとしてＷとＡｌの化合物膜
を用いた。Ａｌターゲットに５００Ｗ、Ｗターゲットに
７Ｗ、９Ｗ、１１Ｗ、２０Ｗの高周波電力を投入し、２
１分間で膜厚がおよそ２００ｎｍのＷとＡｌの窒素化合
物膜を設けた。このＷとＡｌの窒素化合物膜の比抵抗値
は１．３×１０⁵Ωｍ、４．２×１０⁴Ωｍ、６．５×１
０³Ωｍ、１１０Ωｍであった。抵抗温度係数はマイナ
ス０．３％であった。

【０１３８】以上のスペーサ１０を使用した画像形成装
置を実施例１と同様に作製し、画像の評価を行った。本
実施例に用いたスペーサの特性および性能を表１に示し
たが、画像形成装置作製工程中でもスペーサの抵抗はほ
とんど変化することなく安定であった。

【０１３９】また、Ｗの組成が少ない試料以外について
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
画像表示ができたが、Ｗ組成が少ない試料では電子ビー
ムがスペーサに引き寄せられ位置ずれが確認された。最
もＷ組成が高いものは４ｋＶ以上のＶａを印加すると熱
暴走をしたが、他のスペーサはＶａ＝５ｋＶにおいても
熱暴走はみられなかった。（実施例６）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、ＣｒとＳｉとの窒化
膜１０ｂを真空成膜法により形成し成膜した。

【０１４０】本実施例で用いたＣｒとＳｉ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Ｓｉのターゲットを同時スパッタすることにより
成膜した。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節を行い、最適の抵抗値を得た。
詳述すると、Ａｒ＝０．０９３Ｐａ／Ｎ₂＝０．０４０
Ｐａ、Ｃｒ＝３０〜５０Ｗ、Ｓｉ＝６００Ｗ（ＲＦ）、
基板は室温で、アースに接地されている。

【０１４１】スパッタ装置については実施例１で説明し
た装置と同様のものを使用した。ターゲットとスペーサ
基板間に高周波電圧を印加して放電を起こしスパッタを
行った。

【０１４２】作製したＣｒとＳｉの窒化膜は、（１）膜
厚が４０ｎｍ，比抵抗が４２Ωｍ，Ｃｒターゲット５０
Ｗ，Ｃｒ／Ｓｉ組成比４１、３ａｔ．％（原子％）、
（２）膜厚が２１０ｎｍ，比抵抗が２．６×１０³Ω
ｍ，Ｃｒターゲット４０Ｗ，Ｃｒ／Ｓｉ組成比１５ａ
ｔ．％、（３）膜厚が１００ｎｍ，比抵抗が６．０×１
０⁶Ωｍ，Ｃｒターゲット３０Ｗ，Ｃｒ／Ｓｉ組成比
４．１ａｔ．％の３種である。

【０１４３】また、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。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５０μｍ、メタル
バックからリアプレートに向かって３００μｍ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。ＣｒとＳｉ窒化膜１０ｂ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。

【０１４４】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。

【０１４５】電子源１とリアプレート２の接合部、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
サ表面の珪素遷移金属窒化膜が酸化されないように窒素
中で４３０℃で１０分以上焼成することで封着した。

【０１４６】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。

【０１４７】その他の構成は実施例１と同様の工程によ
り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〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎを通じ
走査信号及び変調信号を不図示の信号発生手段よりそれ
ぞれ印加することにより電子を放出させ、メタルバック
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〜５ｋ
Ｖ、素子電極１４，１５間への印加電圧Ｖｆは１４Ｖと
した。

【０１４８】本実施例のスペーサ１０について帯電防止
膜１０ｂの抵抗値を、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
電極通電処理後等の各工程で計測したところ全行程を通
じてほとんど抵抗値の変動が見られなかった。例えば、
比抵抗が２．６×１０³Ωｍの場合のスペーサでは、組
み込み前は５．９×１０⁸Ω、フェースプレート・リア
プレート封着後は２．４×１０⁸Ω、真空排気後は８．
２×１０⁸Ω、素子電極通電処理後は８．２×１０⁸Ωで
あった。このことはＣｒとＳｉ窒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。

【０１４９】比抵抗２．６×１０³Ωｍ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電界の乱れは発生
せず、スペーサ１０の帯電も起こっていないことを示し
ている。また、本材料の抵抗温度係数は−０．７％であ
り、Ｖａ＝５ｋＶにおいても熱暴走はみられなかった。

【０１５０】また、このスペーサをとりはずしてＸＰＳ
（Ｘ線光電子分光装置）により表面分析したところ、Ｃ
ｒは表面では酸化物であるが、Ｓｉ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（（窒化珪素
を構成する窒素の原子濃度）／（珪素の原子濃度））が
８１〜８６％であった。

【０１５１】比抵抗４２Ωｍのスペーサについては、Ｖ
ａ＝２ｋＶで熱暴走を起こし、帯電防止膜が破壊され２
ｋＶを印加することができなかった。また、比抵抗が
６．０×１０⁶Ωｍと大きいスペーサについては、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
スペーサに引き寄せられたためにスペーサ近傍の画像に
乱れを生じた。（実施例７）実施例６と異なるのは、封着工程を窒素中
ではなく大気中で封着した（その他の製造条件は実施例
６の膜厚が２１０ｎｍ，比抵抗が２．６×１０³Ωｍの
ものの製造条件と同様である。）。このときＣｒとＳｉ
窒化薄膜１０ｂは膜厚がおよそ２００ｎｍであり、比抵
抗が３．１×１０³Ωｍである。また、抵抗温度係数は
−０．９％であった。組成比はＣｒ／Ｓｉ＝１５ａｔ．
％であった。

【０１５２】上記スペーサ１０を用いた画像形成装置を
作製し、実施例１と同様の評価を行った。

【０１５３】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。

【０１５４】スペーサを組み込み前、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の各工程でその抵抗値を計測したと
ころ全行程を通じてほとんど抵抗値の変動が見られなか
ったが、スペーサ近傍の電子ビームが１００〜２００μ
ｍ曲げられわずかに画像の乱れが観察された。

【０１５５】抵抗値は組み込み前は７．４×１０⁸Ω、
フェースプレート・リアプレート封着後は３．９×１０
⁸Ω、真空排気後は９．２×１０⁸Ω、素子電極通電処理
後は９．１×１０⁸Ωであった。

【０１５６】このスペーサをとりはずしてＸＰＳ（Ｘ線
光電子分光装置）により表面分析したところ、Ｓｉは窒
化物として存在する割合（（窒化珪素を構成する窒素の
原子濃度）／（珪素の原子濃度））が５０〜５６％と低
下しており、酸化物の割合が増加していた。このことか
ら、スペーサ１０のＣｒとＳｉ窒化膜のＳｉの窒化物と
しての割合が低下して酸化物の割合が増加すると、スペ
ーサの帯電が起こり電子軌道に影響を及ぼすことを示し
ている。

【０１５７】なお、珪素の表面窒化率（（窒化珪素を構
成する窒素の原子濃度）／（珪素の原子濃度））が低下
しても、電子ビームのずれが実用上問題とならない範囲
であればよい。（実施例８）実施例６と異なるのは、スペーサ１０のＣ
ｒとＳｉ窒化膜を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Ｓｉのターゲットを同時ス
パッタする時に、基板を１５０℃に加熱することにより
成膜したことと、その後の封着工程を窒素中ではなく大
気中で封着した（その他の製造条件は実施例６の膜厚が
２１０ｎｍ，比抵抗が２．６×１０³Ωｍのものの製造
条件と同様である。）。なお、基板の加熱温度は５０℃
〜４００℃が望ましい。このときＣｒとＳｉ窒化薄膜１
０ｂは膜厚がおよそ２００ｎｍであり、比抵抗が３．０
×１０³Ωｍである。また、抵抗温度係数は−０．８％
であった。組成比はＣｒ／Ｓｉ＝１４．８ａｔ．％であ
った。

【０１５８】上記スペーサ１０を用いた画像形成装置を
作製し、実施例１と同様の評価を行った。

【０１５９】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。

【０１６０】スペーサを組み込み前、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の各工程でその抵抗値を計測したと
ころ全行程を通じてほとんど抵抗値の変動が見られなか
った。抵抗値は組み込み前は７．１×１０⁸Ω、フェー
スプレート・リアプレート封着後は３．２×１０⁸Ω、
真空排気後は９．２×１０⁸Ω、素子電極通電処理後は
９．１×１０⁸Ωであった。

【０１６１】また、スペーサ１０のリアプレート近傍か
らフェースプレート近傍まで各微少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
の違いは生じず、膜全体が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
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の帯電も起こっていないこと
を示している。

【０１６２】このスペーサをとりはずしてＸＰＳ（Ｘ線
光電子分光装置）により表面分析したところ、Ｃｒは表
面では酸化物であり、Ｓｉ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（（窒化珪素を構成す
る窒素の原子濃度）／（珪素の原子濃度））が７４〜８
２％であった。このことから、スペーサ１０のＣｒとＳ
ｉ窒化膜をスパッタで成膜する時に、基板を１５０℃に
加熱することによりその後の封着工程を大気中で行って
も珪素の窒化率を低下させることはないことを示してい
る。封着工程を大気中で行えることは、製造コストを低
減できるメリットがある。（実施例９）実施例８と異なるのは、スペーサ１０のＣ
ｒとＳｉ窒化膜を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Ｓｉのターゲットを同時ス
パッタする時に、基板にＲＦバイアスを数Ｗ印加するこ
とにより成膜した。詳述すると、Ａｒ＝０．０９３Ｐａ
／Ｎ₂＝０．０４０Ｐａ、Ｃｒ＝３０Ｗ、Ｓｉ＝６００
Ｗ（ＲＦ）、基板８Ｗ（ＲＦ）である。なおバイアスは
Ｓｉの投入電力の０．５〜２０％とするのが望ましい。
その後の封着工程では、同様に大気中で封着した。この
ときＣｒとＳｉ窒化薄膜１０ｂは膜厚がおよそ２００ｎ
ｍであり、比抵抗が２．６×１０³Ωｍである。また、
抵抗温度係数は−０．６％であった。組成比はＣｒ／Ｓ
ｉ＝１３．６ａｔ．％であった。

【０１６３】上記スペーサ１０を用いた画像形成装置を
作製し、実施例１と同様の評価を行った。

【０１６４】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。

【０１６５】スペーサを組み込み前、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の各工程でその抵抗値を計測したと
ころ全行程を通じてほとんど抵抗値の変動が見られなか
った。抵抗値は組み込み前は６．２×１０⁸Ω、フェー
スプレート・リアプレート封着後は４．３×１０⁸Ω、
真空排気後は８．７×１０⁸Ω、素子電極通電処理後は
９．０×１０⁸Ωであった。

【０１６６】また、スペーサ１０のリアプレート近傍か
らフェースプレート近傍まで各微少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
の違いは生じず、膜全体が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
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の帯電も起こっていないこと
を示している。

【０１６７】このスペーサをとりはずしてＸＰＳ（Ｘ線
光電子分光装置）により表面分析したところ、Ｃｒは表
面では酸化物であり、Ｓｉ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（（窒化珪素を構成す
る窒素の原子濃度）／（珪素の原子濃度））が６６〜７
１％であった。このことから、スペーサ１０のＣｒとＳ
ｉ窒化膜をスパッタで成膜する時に、基板にＲＦバイア
スを印加することによって、その後の封着工程を大気中
で行っても珪素の窒化率を低下させることはないことを
示している。（実施例１０）実施例６と異なるのはスペーサ１０のＣ
ｒとＳｉ窒化膜１０ｂの代わりとしてＴａとＳｉの化合
物膜を用いた。成膜方法については実施例１と同様で、
Ａｒ＝０．０９３Ｐａ／Ｎ₂＝０．０４０Ｐａ、Ｔａ＝
２４０Ｗ、Ｓｉ＝６００Ｗ（ＲＦ）である。このときＴ
ａとＳｉ窒化薄膜１０ｂは膜厚がおよそ２４０ｎｍであ
り、比抵抗が５．９×１０³Ωｍである。また、抵抗温
度係数は−０．６％であった。組成比はＴａ／Ｓｉ＝５
６．２ａｔ．％であった。

【０１６８】上記スペーサ１０を用いた画像形成装置を
作製し、実施例１と同様の評価を行った。

【０１６９】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。

【０１７０】スペーサを組み込み前、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の各工程でその抵抗値を計測したと
ころ全行程を通じてほとんど抵抗値の変動が見られなか
った。抵抗値は組み込み前は１．２×１０⁹Ω、フェー
スプレート・リアプレート封着後は８．４×１０⁸Ω、
真空排気後は１．９×１０⁹Ω、素子電極通電処理後は
２．０×１０⁹Ωであった。

【０１７１】また、スペーサ１０のリアプレート近傍か
らフェースプレート近傍まで各微少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
の違いは生じず、膜全体が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
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の帯電も起こっていないこと
を示している。

【０１７２】また、このスペーサをとりはずしてＸＰＳ
（Ｘ線光電子分光装置）により表面分析したところ、Ｔ
ａは表面では酸化物であり、Ｓｉ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（（窒化珪素を
構成する窒素の原子濃度）／（珪素の原子濃度））が８
８〜９３％であった。（実施例１１）実施例６のＣｒとＳｉ窒化膜に代わり、
ＴｉとＳｉ窒化膜を用いた。成膜方法については実施例
１と同様で、Ａｒ＝０．０９３Ｐａ／Ｎ₂＝０．０４０
Ｐａ、Ｔｉ＝７０Ｗ，１６０Ｗ、Ｓｉ＝６００Ｗ（Ｒ
Ｆ）である。このときＴｉとＳｉ窒化薄膜１０ｂは
（１）膜厚がおよそ１８０ｎｍ，比抵抗が３．８×１０
³Ωｍ，Ｔｉターゲット１６０Ｗ、および（２）膜厚７
０ｎｍ、比抵抗２．４×１０⁵Ωｍ，Ｔｉターゲット７
０Ｗの２種である。抵抗温度係数は−０．６％であっ
た。組成比は（１）Ｔｉ／Ｓｉ＝４８．３ａｔ．％、
（２）Ｔｉ／Ｓｉ＝２１．９ａｔ．％である。

【０１７３】上記スペーサ１０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〜Ｄ
ｘｍ、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７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。

【０１７４】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。

【０１７５】スペーサを組み込み前、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の各工程でその抵抗値を計測したと
ころ全行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。抵抗値は上記（１）の条件のスペー
サが組み込み前は１．０×１０⁹Ω、フェースプレート
・リアプレート封着後は７．４×１０⁸Ω、真空排気後
は１．４×１０⁹Ω、素子電極通電処理後は１．４×１
０⁹Ωであり、また上記（２）の条件のスペーサが組み
込み前は１．６×１０¹¹Ω、フェースプレート・リアプ
レート封着後は９．７×１０¹⁰Ω、真空排気後は２．９
×１０¹¹Ω、素子電極通電処理後は３．８×１０¹¹Ωで
あった。

【０１７６】スペーサ１０についてリアプレート近傍か
らフェースプレート近傍まで各微少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
の違いは生じず、膜全体が均一な抵抗値を持っていた。
３．８×１０³Ωｍのスペーサに対してはスペーサに近
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
響を及ぼすような電界の乱れは発生せず、スペーサ１０
の帯電も起こっていないことを示している。

【０１７７】また、このスペーサをとりはずしてＸＰＳ
（Ｘ線光電子分光装置）により表面分析したところ、Ｔ
ｉは表面では酸化物であるが、Ｓｉ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（（窒化珪素
を構成する窒素の原子濃度）／（珪素の原子濃度））が
８３〜８７％であった。

【０１７８】一方、比抵抗が大きいスペーサ（比抵抗2.
4×10⁵Ωｍ）ではスペーサ近傍の電子ビームが曲げられ
わずかに画像の乱れが観察された。

【０１７９】さらに、遷移金属と珪素窒化膜を帯電防止
膜として用いる場合、表面の珪素の窒化率が高いほど帯
電を抑制でき、成膜条件（基板加熱、バイアス印加等）
により大気中で封着を行っても６５％以上の表面窒化率
（（窒化珪素を構成する窒素の原子濃度）／（珪素の原
子濃度））を維持できることが可能となった。（実施例１２）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１
０ｂとして窒化シリコン膜を０．５μｍ成膜し、その上
にＣｒとＢとの窒化膜１０ｃを真空成膜法により形成し
成膜した。

【０１８０】本実施例で用いたＣｒとＢ窒化膜は実施例
１と同様の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ＢＮのターゲットを同時スパッタ
することにより成膜した。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節を行い、最適の
抵抗値を得た。詳述すると、Ａｒ＝０．０９３Ｐａ／Ｎ
₂＝０．０４０Ｐａ、Ｃｒ＝２０Ｗ，３２Ｗ，５０Ｗ、
ＢＮ＝６００Ｗ（ＲＦ）、基板は室温で、アースに接地
されている。

【０１８１】作製したＣｒとＢの窒化膜は、（１）膜厚
が５５ｎｍ，比抵抗が１３Ωｍ，Ｃｒターゲット５０
Ｗ，Ｃｒ／Ｂ組成比１０３ａｔ．％（原子％）、（２）
膜厚が２４０ｎｍ，比抵抗が３．０×１０³Ωｍ，Ｃｒ
ターゲット３２Ｗ，Ｃｒ／Ｂ組成比３７ａｔ．％（原子
％）、（３）膜厚が１１５ｎｍ，比抵抗が８．４×１０
⁶Ωｍ，Ｃｒターゲット２０Ｗ，Ｃｒ／Ｂ組成比１１ａ
ｔ．％（原子％）の３種である。

【０１８２】また、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。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５０μｍ、メタル
バックからリアプレートに向かって３００μｍ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。ＣｒとＢ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。

【０１８３】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。

【０１８４】電子源１とリアプレート２の接合部、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
サ表面の硼素遷移金属窒化膜が酸化されないように窒素
中で４３０℃で１０分以上焼成することで封着した。

【０１８５】スペーサ１０はフェースプレート７側では
黒色体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、帯電防止膜とフェースプレートとの導通を確保し
た。なお、メタルバックとスペーサとが当接する領域に
おいてはメタルバックの一部を除去した。

【０１８６】その他の工程は実施例１と同様にして完成
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〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎを通じ走査信
号及び変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ印
加することにより電子を放出させ、メタルバック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。

【０１８７】スペーサ１０について帯電防止膜１０ｃの
抵抗値を、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
理後等の各工程で計測したところ全行程を通じてほとん
ど抵抗値の変動が見られなかった。例えば、比抵抗が
３．０×１０³Ωｍのスペーサでは、組み込み前は５．
９×１０⁸Ω、フェースプレート・リアプレート封着後
は２．１×１０⁸Ω、真空排気後は８．４×１０⁸Ω、素
子電極通電処理後は８．６×１０⁸Ωであった。このこ
とはＣｒとＢ窒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。

【０１８８】比抵抗３．０×１０³Ωｍ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電界の乱れは発生
せず、スペーサ１０の帯電も起こっていないことを示し
ている。また、本材料の抵抗温度係数は−０．５％であ
り、Ｖａ＝５ｋＶにおいても熱暴走はみられなかった。

【０１８９】また、このスペーサをとりはずしてＸＰＳ
（Ｘ線光電子分光装置）により表面分析したところ、Ｃ
ｒは表面では酸化物であるが、Ｂは窒化物と酸化物が混
在しており、窒化物として存在する割合（（窒化硼素を
構成する窒素の原子濃度）／（硼素の原子濃度））が７
１〜７５％であった。

【０１９０】比抵抗１３Ωｍのスペーサについては、Ｖ
ａ＝２ｋＶで熱暴走を起こし帯電防止膜が破壊され２ｋ
Ｖを印加することができなかった。また、比抵抗が８．
４×１０⁶Ωｍと大きいスペーサについては、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
ーサに引き寄せられたためにスペーサ近傍の画像に乱れ
を生じた。（実施例１３）実施例１２と異なるのは、封着工程を窒
素中ではなく大気中で封着した（その他の製造条件は実
施例１の膜厚が２４０ｎｍ，比抵抗が３．０×１０³Ω
ｍの製造条件と同様である。）。このときＣｒとＢ窒化
薄膜１０ｃは膜厚がおよそ１９０ｎｍであり、比抵抗が
３．４×１０³Ωｍである。また、抵抗温度係数は−
０．７％であった。組成比はＣｒ／Ｂ＝３７ａｔ．％で
あった。

【０１９１】上記スペーサ１０を用いた画像形成装置を
作製し、実施例１と同様の評価を行った。

【０１９２】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。

【０１９３】スペーサを組み込み前、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の各工程でその抵抗値を計測したと
ころ全行程を通じてほとんど抵抗値の変動が見られなか
ったが、スペーサ近傍の電子ビームが１００〜２００μ
ｍ曲げられわずかに画像の乱れが観察された。

【０１９４】抵抗値は組み込み前は８．５×１０⁸Ω、
フェースプレート・リアプレートへの封着後は４．３×
１０⁸Ω、真空排気後は９．７×１０⁸Ω、素子電極通電
処理後は９．６×１０⁸Ωであった。

【０１９５】このスペーサをとりはずしてＸＰＳ（Ｘ線
光電子分光装置）により表面分析したところ、Ｂは窒化
物として存在する割合（（窒化硼素を構成する窒素の原
子濃度）／（硼素の原子濃度））が５２〜５６％と低下
しており、酸化物の割合が増加していた。このことか
ら、スペーサ１０のＣｒとＢ窒化膜のＢの窒化物として
の割合が低下して酸化物の割合が増加すると、スペーサ
の帯電が起こり電子軌道に影響を及ぼすことを示してい
る。

【０１９６】なお、硼素の表面窒化率（（窒化硼素を構
成する窒素の原子濃度）／（硼素の原子濃度））が低下
しても、電子ビームのずれが実用上問題とならない範囲
であればよい。（実施例１４）実施例１２と異なるのは、スペーサ１０
のＣｒとＢ窒化膜を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ＢＮのターゲットを同時
スパッタする時に、基板を２５０℃に加熱することによ
り成膜したことと、その後の封着工程を窒素中ではなく
大気中で封着した（その他の製造条件は実施例１２の膜
厚が２４０ｎｍ，比抵抗が３．０×１０³Ωｍの製造条
件と同様である。）。なお、基板の加熱温度は１００℃
〜４５０℃が望ましい。このときＣｒとＢ窒化薄膜１０
ｃは膜厚がおよそ２２０ｎｍであり、比抵抗が２．７×
１０³Ωｍである。また、抵抗温度係数は−０．５％で
あった。組成比はＣｒ／Ｂ＝３５ａｔ．％とした。

【０１９７】上記スペーサ１０を用いた画像形成装置を
作製し、実施例１と同様の評価を行った。

【０１９８】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。

【０１９９】スペーサを組み込み前、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の各工程でその抵抗値を計測したと
ころ全行程を通じてほとんど抵抗値の変動が見られなか
った。抵抗値は組み込み前は５．８×１０⁸Ω、フェー
スプレート・リアプレートへの封着後は２．１×１０⁸
Ω、真空排気後は８．４×１０⁸Ω、素子電極通電処理
後は８．８×１０⁸Ωであった。

【０２００】また、スペーサ１０のリアプレート近傍か
らフェースプレート近傍まで各微少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
の違いは生じず、膜全体が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
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の帯電も起こっていないこと
を示している。

【０２０１】このスペーサをとりはずしてＸＰＳ（Ｘ線
光電子分光装置）により表面分析したところ、Ｃｒは表
面では酸化物であり、Ｂ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（（窒化硼素を構成する
窒素の原子濃度）／（硼素の原子濃度））が７３％であ
った。このことから、スペーサ１０のＣｒとＢ窒化膜を
スパッタで成膜する時に、基板を２５０℃に加熱するこ
とによりその後の封着工程を大気中で行っても硼素の窒
化率を低下させることはないことを示している。封着工
程を大気中で行えることは、製造コストを低減できるメ
リットがある。（実施例１５）実施例１４と異なるのは、スペーサ１０
のＣｒとＢ窒化膜を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ＢＮのターゲットを同時
スパッタする時に、基板にＲＦバイアスを数十Ｗ印加す
ることにより成膜した。詳述すると、Ａｒ＝０．０９３
Ｐａ／Ｎ₂＝０．０４０Ｐａ、Ｃｒ＝３２Ｗ、ＢＮ＝６
００Ｗ（ＲＦ）、基板５０Ｗ（ＲＦ）である。なお、バ
イアスはＢＮ投入電力の０．５％〜２０％とすることが
望ましい。その後の封着工程では、同様に大気中で封着
した。このときＣｒとＢ窒化薄膜１０ｃは膜厚がおよそ
２００ｎｍであり、比抵抗が２．２×１０³Ωｍであ
る。また、抵抗温度係数は−０．４％であった。組成比
はＣｒ／Ｂ＝３４ａｔ．％とした。

【０２０２】上記スペーサ１０を用いた画像形成装置を
作製し、実施例１と同様の評価を行った。

【０２０３】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。

【０２０４】スペーサを組み込み前、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の各工程でその抵抗値を計測したと
ころ全行程を通じてほとんど抵抗値の変動が見られなか
った。抵抗値は組み込み前は５．２×１０⁸Ω、フェー
スプレート・リアプレートへの封着後は１．９×１０⁸
Ω、真空排気後は７．９×１０⁸Ω、素子電極通電処理
後は８．３×１０⁸Ωであった。

【０２０５】また、スペーサ１０のリアプレート近傍か
らフェースプレート近傍まで各微少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
の違いは生じず、膜全体が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
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の帯電も起こっていないこと
を示している。

【０２０６】このスペーサをとりはずしてＸＰＳ（Ｘ線
光電子分光装置）により表面分析したところ、Ｃｒは表
面では酸化物であり、Ｂ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（（窒化硼素を構成する
窒素の原子濃度）／（硼素の原子濃度））が８３％であ
った。このことから、スペーサ１０のＣｒとＢ窒化膜を
スパッタで成膜する時に、基板にＲＦバイアスを印加す
ることによって、その後の封着工程を大気中で行っても
硼素の窒化率を低下させることはないことを示してい
る。（実施例１６）実施例１２と異なるのはスペーサ１０の
ＣｒとＢ窒化膜１０ｃの代わりとしてＴａとＢの化合物
膜を用いた。成膜方法については実施例１２と同様で、
Ａｒ＝０．０９３Ｐａ／Ｎ₂＝０．０４０Ｐａ、Ｔａ＝
１８０Ｗ、ＢＮ＝６００Ｗ（ＲＦ）である。このときＴ
ａとＢ窒化薄膜１０ｃは膜厚がおよそ１９５ｎｍであ
り、比抵抗が５．７×１０³Ωｍである。また、抵抗温
度係数は−０．３％であった。組成比はＴａ／Ｂ＝６７
ａｔ．％とした。

【０２０７】上記スペーサ１０を用いた画像形成装置を
作製し、実施例１と同様の評価を行った。

【０２０８】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。

【０２０９】スペーサを組み込み前、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の各工程でその抵抗値を計測したと
ころ全行程を通じてほとんど抵抗値の変動が見られなか
った。抵抗値は組み込み前は１．４×１０⁹Ω、フェー
スプレート・リアプレートへの封着後は６．７×１０⁸
Ω、真空排気後は２．１×１０⁹Ω、素子電極通電処理
後は２．３×１０⁹Ωであった。

【０２１０】また、スペーサ１０のリアプレート近傍か
らフェースプレート近傍まで各微少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
の違いは生じず、膜全体が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
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の帯電も起こっていないこと
を示している。

【０２１１】また、このスペーサをとりはずしてＸＰＳ
（Ｘ線光電子分光装置）により表面分析したところ、Ｔ
ａは表面では酸化物であり、Ｂ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（（窒化硼素を構
成する窒素の原子濃度）／（硼素の原子濃度））が７８
〜８３％であった。（実施例１７）実施例１２のＣｒとＢ窒化膜に代わり、
ＴｉとＢ窒化膜を用いた。成膜方法については実施例１
２と同様で、Ａｒ＝０．０９３Ｐａ／Ｎ₂＝０．０４０
Ｐａ、Ｔｉ＝５０Ｗ，１２０Ｗ、ＢＮ＝６００Ｗ（Ｒ
Ｆ）である。このときＴｉとＢ窒化薄膜１０ｃは（１）
膜厚がおよそ１１０ｎｍ、比抵抗が２．６×１０³Ω
ｍ、および（２）膜厚９０ｎｍ、比抵抗４．６×１０⁵
Ωｍの２種である。抵抗温度係数は−０．４％であっ
た。組成比は（１）Ｔｉ／Ｂ＝５９ａｔ．％、（２）Ｔ
ｉ／Ｂ＝１７ａｔ．％とした。

【０２１２】上記スペーサ１０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〜Ｄ
ｘｍ、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７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。

【０２１３】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。

【０２１４】スペーサを組み込み前、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の各工程でその抵抗値を計測したと
ころ全行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。抵抗値は、上記（１）の条件のスペ
ーサが組み込み前は１．１×１０⁹Ω、フェースプレー
ト・リアプレートへの封着後は６．４×１０⁸Ω、真空
排気後は２．５×１０⁹Ω、素子電極通電処理後は２．
７×１０⁹Ωであり、また、上記（２）の条件のスペー
サが組み込み前は２．４×１０¹¹Ω、フェースプレート
・リアプレートへの封着後は１．１×１０¹¹Ω、真空排
気後は２．９×１０¹¹Ω、素子電極通電処理後は３．１
×１０¹¹Ωである。

【０２１５】スペーサ１０についてリアプレート近傍か
らフェースプレート近傍まで各微少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
の違いは生じず、膜全体が均一な抵抗値を持っていた。
２．６×１０³Ωｍのスペーサに対してはスペーサに近
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
響を及ぼすような電界の乱れは発生せず、スペーサ１０
の帯電も起こっていないことを示している。

【０２１６】また、このスペーサをとりはずしてＸＰＳ
（Ｘ線光電子分光装置）により表面分析したところ、Ｔ
ｉは表面では酸化物であるが、Ｂは窒化物と酸化物が混
在しており、窒化物として存在する割合（（窒化硼素を
構成する窒素の原子濃度）／（化合物全体の硼素の原子
濃度））が７３〜７９％であった。

【０２１７】一方、比抵抗が大きいスペーサ（比抵抗4.
6×10⁵Ωｍ）ではスペーサ近傍の電子ビームが曲げられ
わずかに画像の乱れが観察された。（実施例１８）スペーサー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200
μm,長さ20mm)上に、Naブロック層として窒化シリコン
膜を0.5μm成膜し、その上にTiとAl窒化膜１０ｃを真空
成膜法により形成し成膜した。

【０２１８】本実施例で用いたＴｉとＡｌ窒化膜は実施
例１の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Ｔｉ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。

【０２１９】成膜室４１にアルゴンと窒素を分圧をそれ
ぞれ０．５Ｐａと０．２Ｐａで導入し、ターゲットとス
ペーサ基板間に高周波電圧を印加して放電を起こしスパ
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、最適の抵抗値を得
た。作成したＴｉとＡｌ窒化膜は次の二種である。（１）Ａｌターゲットに５００Ｗ，Ｔｉターゲットに１
２０Ｗを投入し、１５分成膜した。膜厚は１５０ｎｍ、
比抵抗は５．２×１０³Ωｍである。（２）Ａｌターゲットに５００Ｗ，Ｔｉターゲットに８
０Ｗを投入し、２０分成膜した。膜厚は２１０ｎｍ、比
抵抗は１．４×１０⁵Ωｍである。

【０２２０】また、スペーサー１０は、X方向配線及び
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１１を設けた。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50μm,メタルバ
ックからリアプレートに向かって300μmの範囲で外囲器
８内に露出するスペーサー１０の４面を完全に被覆し
た。

【０２２１】TiとAl窒化膜１０ｃを成膜したスペーサー
１０を大気中、430℃で1時間加熱することによりTiとAl
窒化膜の表面をTiとAl酸化膜１０ｄに変化した。二次イ
オン質量分析（SIMS）の結果、酸化物膜の厚みはおよそ
25nmであった。

【０２２２】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及びスペーサー１０の接
合部を固定した。スペーサはX方向配線９上に等間隔に
固定した。スペーサ１０はフェースプレート７側では黒
色体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１９を用いることにより、帯電
防止膜とフェースプレートとの導通を確保した。なお、
メタルバックとスベーサとが当接する領域においてはメ
タルバックの一部を除去した。

【０２２３】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
（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。

【０２２４】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１の素子電極１４、１５間に電圧を印加し、
導電性薄膜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１７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。

【０２２５】次に排気管を通してアセトンを0.133Paの
圧力となるように真空容器に導入し、容器外端子Dx〜Dx
m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。

【０２２６】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外囲器８の封止を行っ
た。

【０２２７】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。

【０２２８】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〜Dxm、Dy1
〜Dynを通じ走査信号及び変調信号を不図示の信号発生
手段よりそれぞれ印加することにより電子を放出させ、
メタルバック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1〜5kV、素
子電極１４、１５間への印加電圧Vfは14Vとした。

【０２２９】スペーサー１０についてその抵抗値および
性能を表２に示す。

【０２３０】

【表２】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抵抗値の変
動が見られなかった。このことはTiとAl窒化膜上に酸化
膜を形成したもの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。図１７は各工程での抵
抗変化を示す特性図である（図中黒丸）。

【０２３１】比抵抗１０³Ωｍオーダーのスペーサにつ
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。また、本材料の抵抗温度係数は-0.4％であり、
Va=5kVにおいても熱暴走はみられなかった。

【０２３２】比抵抗１０⁵Ωｍオーダーのスペーサを組
込んだ画像形成装置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に引き寄せられたた
めにスペーサ近傍の画像に乱れが認められた。（実施例１９）帯電防止膜下地層として比抵抗7.6×10³
Ωｍ、膜厚60nmのTiとAl窒化膜を実施例１と同様に形成
したのち、この上に表面層として酸化Ni膜を10nm形成し
た。なお、TiとAl窒化膜は、図１４のスパッタ装置を用
い、Ｔｉターゲットに１１０Ｗを投入した以外は製造条
件を同じにして、６分成膜した。酸化Ni膜は１Ｐａのア
ルゴン中で酸化ニッケルのターゲットに２００Ｗを投入
してスパッタ蒸着した。

【０２３３】このようにして作製したスペーサを実施例
１８と同様な方法により表面伝導型電子源を有する画像
形成装置に組込んだ。

【０２３４】本画像形成装置はVa=5kVにおいても熱暴走
なく、画像の乱れも観察されなかった。また、表示装置
組立中の抵抗変化は20％以内であった。（実施例２０）実施例１８のTiとAl窒化膜に代わり、Cr
とAl窒化膜を用いた。本実施例で用いたＣｒとＡｌ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の装
置を用いた。成膜室４１にアルゴンと窒素を分圧をそれ
ぞれ０．５Ｐａと０．２Ｐａで導入し、ターゲットとス
ペーサ基板間に高周波電圧を印加して放電を起こしスパ
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、最適の抵抗値を得
た。作成したＣｒとＡｌ窒化膜は次の二種である。これ
らの膜の抵抗温度係数は-0.3％であった。（１）Ａｌターゲットに５００Ｗ，Ｃｒターゲットに１
２Ｗを投入し、１２分成膜した。膜厚はおよそ１３０ｎ
ｍ、比抵抗は2.2×10³Ωｍである。（２）Ａｌターゲットに５００Ｗ，Ｃｒターゲットに１
０Ｗを投入し、２０分成膜した。膜厚は２００ｎｍ、比
抵抗は1.5×10⁴Ωｍである。

【０２３５】上記スペーサー１０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7
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。

【０２３６】なお、高圧端子Hvへの印加電圧Vaは1kV〜5
kV,素子電極１４,１５間への印加電圧Vfは14Vとした。

【０２３７】スペーサの抵抗値を組み込み前、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
行程を通じて若干増加したものの極端な抵抗値の変動が
見られなかった。

【０２３８】表示装置製造と同様の工程を経験したCr-A
l窒化膜はSIMS分析により表面にはそれぞれ23、19nmのC
r-Al酸化物膜１０ｄが形成されたことが確認された。

【０２３９】いずれの画像形成装置もスペーサに近い位
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。（実施例２１）窒化シリコン膜付きガラス基板に130nmC
rとAlの窒化膜を形成したのに引き続き、実施例２０に
おける比抵抗が2.2×10³Ωｍのと同じ成膜条件で、Crタ
ーゲットへの供給電力を徐々に増加しながら１８０Ｗま
で１分で厚み160nmのCr-Al窒化膜を形成した。この際、
最表面のAl/Cr組成比がほぼ１となるようにそれぞれの
電力を制御した。

【０２４０】このように作製したスペーサを大気中450
℃で1時間熱処理した。この熱処理により厚み35nmのCr-
Al酸化物の表面層が形成された。このスペーサを用いて
実施例１と同様にして画像形成装置を作製した。

【０２４１】本表示装置もVa=5kVにて乱れのない良好な
画像を再現することができた。図１８は各工程での抵抗
変化を示す特性図であり（図中黒丸）、本実施例でも極
端な抵抗変化はなかった。（実施例２２）実施例２０と同じ基板、装置を用い、比
抵抗が6.5×10³ΩｍのCr-Al窒化膜を200nm成膜したの
ち、これを下地層としこの上に酸化Ｃｒ膜を7nm蒸着し
た。酸化Cr膜の形成には酸化Ｃｒを蒸着源とし、電子ビ
ーム蒸着法を使用した。なお、CrとAl窒化膜は、図１４
のスパッタ装置を用い、Ｃｒターゲットに１１Ｗを投入
した以外は製造条件を同じにして、２０分成膜した。酸
化Ｃｒ膜は毎分１．２ｎｍの速度で堆積した。

【０２４２】このスペーサを組込んだ画像形成装置もVa
=5kVにて良好な画像を再現した。（実施例２３）実施例１８と異なり、スペーサー１０の
TiとAl窒化膜１０ｂの代わりとしてTaとAlの化合物膜を
用いた。本実施例で用いたＴａとＡｌ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Ｔａ
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。スパッタ装置は図１４のものを用いた。成膜室４
１にアルゴンと窒素を分圧をそれぞれ０．５Ｐａと０．
２Ｐａで導入し、ターゲットとスペーサ基板間に高周波
電圧を印加して放電を起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、最適の抵抗値を得た。作成したＴａとＡｌ
窒化膜は、Ａｌターゲットに５００Ｗ，Ｔａターゲット
に１３５Ｗを投入し、１４分成膜した。膜厚はおよそ１
６０ｎｍ、比抵抗は4.4×10⁴Ωｍである。また、抵抗温
度係数は-0.04％であった。これを大気中450℃、1時間
熱処理し、厚み30nm のTa-Al酸化物の表面層と厚み130n
mのTa-Al窒化膜の下地層が形成された。

【０２４３】上記スペーサー１０を用いた画像形成装置
を作製し、実施例１と同様の評価を行った。

【０２４４】なお、高圧端子Hvへの印加電圧Vaは1kV〜5
kV,素子電極１４,１５間への印加電圧Vfは14Vとした。

【０２４５】スペーサ抵抗値を組み込み前、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抵抗値の変動が見られなかった。

【０２４６】本画像値表示装置はVa=5kV印加において熱
暴走はみられなかったが、スペーサ近傍で走査線間隔の
1/5本分の電子の曲がりが観測されたが良好なカラー画
像表示ができた。

【０２４７】図１８は各工程での抵抗変化を示す特性図
であり（図中白丸）、本実施例でも極端な抵抗変化はな
かった。（実施例２４）実施例２３の酸化処理にかえて表面層と
して酸化銅を20nm電子ビーム蒸着法により形成した。そ
の結果、下地層として160nmのTa-Al窒化膜と表面層とし
て20nmの酸化銅膜のスペーサを作製した。Ta-Al窒化膜
の比抵抗は2.9×10⁴Ωｍであった。

【０２４８】このスペーサを用いて作製した画像形成装
置はVa=5kVにおいて画像のひずみがなく良好な画像を再
現した。（比較例）比較例として上記実施例と同様な方法で帯電
防止膜に酸化クロムを用いたところ図１７（図中の白
丸）に示すようにスペーサの抵抗値が大きく変動した。
本比較例の酸化クロムの厚みは５０ｎｍであり、実施例
２２と同様に電子ビーム蒸着法により作製した。このよ
うに酸化クロム膜はディスプレイ作製工程中に抵抗値が
大きく変化し、その変化量が一定でないため、工程終了
後の抵抗のバラツキが大きくなり制御性に乏しい。すな
わち、同一ロットのスペーサも倍以上のバラツキがあ
り、ロット間のバラツキは１桁以上である。また、酸化
クロム膜は膜全体が均一に抵抗変化せず、抵抗値に場所
ムラを生ずるため、スペーサ近傍で電界の歪みを生じて
しまう。このために、スペーサの抵抗値は好ましい範囲
にあるにも拘らず電子ビームの軌道にずれをもたらし、
これが画像のひずみとなる。（実施例２５）本実施例では電子放出素子として冷陰極
電子放出素子の一種である電界放出素子を用いた。

【０２４９】図１９は本実施例の画像形成装置のスペー
サと電子源部分を中心とした断面模式図である。図１９
において、６２はリアプレート、６３はフェイスプレー
ト、６１は陰極、６６はゲート電極、６７はゲート／陰
極間の絶縁層、６８は収束電極、６４は蛍光体、６９は
収束電極／ゲート電極間の絶縁層、７０は陰極配線であ
る。６５はスペーサであり、絶縁性基体にタングステン
とアルミニウム窒素化合物膜がスパッタ法で被覆されて
いる。

【０２５０】電子放出素子は、陰極６１の先端とゲート
電極６６間に大きな電界を印加し、陰極６１の先端より
電子を放出するものである。ゲート電極６６は、複数の
陰極からの放出電子が通過できるように、電子通過口が
設けられている。更に、ゲート電極口を通過した電子
は、収束電極６８によって収束され、フェイスプレート
６３に設けられた陽極の電界で加速され、陰極に対応す
る蛍光体の絵素に衝突し、発光表示するものである。
尚、複数のゲート電極６８と複数の陰極配線７０は、単
純マトリクス状に配置され、入力された入力信号によっ
て、該当する陰極が選択され、選択された陰極より電子
が放出される。

【０２５１】陰極、ゲート電極、収束電極、陰極配線等
は公知の方法により作製され、陰極材料はＭｏである。
スペーサ基体は長さ２０ｍｍ、はば１．２ｍｍ、厚み
０．２ｍｍの青板ガラスであり、その表面に実施例５と
同様の方法によりタングステンとアルミニウムの窒素化
合物膜を１５０ｎｍの厚み形成した。スペーサ６５は収
束電極６８に導電性フリットにより接着した。スペーサ
６５の収束電極あるいは蛍光体との接触部には接触抵抗
を低くするためにアルミニウムの蒸着膜がそれぞれ１０
０μｍの領域に形成されている。

【０２５２】本実施例におけるタングステンとアルミニ
ウムの窒素化合物膜の成膜後の比抵抗は２．２×１０⁴
Ωｍであり、スペーサの抵抗値は３．７×１０⁹Ωであ
った。

【０２５３】このスペーサを接着したリアプレート６２
と蛍光体６４を形成したフェースプレート６３を位置合
わせをし不図示の支持枠を介してフリットガラスにより
窒素雰囲気中で封着し、気密容器を作製した。この気密
容器内を排気管より真空排気しつつ、２５０℃、１０時
間のベーキング処理をした。その後、１０^-5Ｐａまで排
気し、排気管をガスバーナーで溶着することにより気密
容器を封止した。最後に封止後の真空度を維持するた
め、高周波加熱法でゲッタ処理を行った。

【０２５４】以上のように作製した画像形成装置におい
て、陰極６１に容器外端子を通じ、不図示の信号発生手
段により信号を印加することにより電子放出させ、フェ
ースプレートに形成されている透明電極に印加された高
電圧により蛍光体６４に電子を照射することで、画像を
表示した。

【０２５５】スペーサの抵抗値は画像形成装置の作製工
程後で４．２×１０⁹Ωと安定であり、スペーサ近傍の
電子ビームのずれも認められなかった。

【０２５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の帯電防止
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防止膜
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、窒化ア
ルミニウム、窒化珪素、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。本発明の帯電防止膜は本
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。

【０２５７】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、アルミニウム、珪素、あるいは硼素と
の窒化化合物膜を帯電防止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。

【０２５８】また、スペーサーを基材表面に上記窒素化
合物膜とさらに酸化物膜が被覆されたスペーサーとする
ことで、組立工程中に抵抗値の変化がほとんど起こら
ず、安定した値が得られた。また、酸化雰囲気中のみで
封止を行なうことができるので、より工程が簡易化され
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】アルミ遷移金属窒化膜の比抵抗の組成（Ｍ：
遷移金属／Ａｌ）依存性を示す図である。

【図１４】スパッタ装置の概略的構成図である。

【図１５】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１６】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。

【図１７】ディスプレイ作製工程中でのスペーサ抵抗値
変化を示す特性図である。

【図１８】ディスプレイ作製工程中でのスペーサ抵抗値
変化を示す特性図である。

【図１９】実施例２５の画像形成装置のスペーサと電子
源部分を中心とした断面模式図である。

【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 帯電防止膜１１良導電性の電極１２Ｙ方向配線１３基板

フロントページの続き (31)優先権主張番号特願平9−88515 (32)優先日平成９年４月７日(1997．4．7) (33)優先権主張国日本（ＪＰ） (72)発明者岡村好真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 (72)発明者黒田和生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 (72)発明者日下貴生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 (56)参考文献特開平８−180821（ＪＰ，Ａ) 特表平８−508846（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05F 1/02 H01J 29/87 H01J 31/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】遷移金属の窒化物と、窒化アルミニウ
ム、窒化珪素、または、窒化硼素と、を有することを特
徴とする帯電を緩和するための膜。
【請求項２】アルミニウム、珪素、あるいは、硼素の
窒化率が６０％以上である請求項１に記載の帯電を緩和
するための膜。
【請求項３】請求項１または２に記載の膜の表面に酸
化物を有する帯電を緩和するための膜。
【請求項４】前記酸化物が、遷移金属の酸化物である
請求項３に記載の帯電を緩和するための膜。
【請求項５】前記酸化物が、遷移金属の酸化物と、ア
ルミニウムの酸化物、珪素の酸化物、または、硼素の酸
化物と、である請求項３に記載の帯電を緩和するための
膜。
【請求項６】前記遷移金属が、クロム、チタン、タン
タル、モリブデン、タングステンの中から選ばれる少な
くとも１種である請求項１〜５のいずれかに記載の帯電
を緩和するための膜。
【請求項７】１０ｎｍ〜１μｍの範囲内の膜厚を有す
る請求項１〜６のいずれかに記載の帯電を緩和するため
の膜。
【請求項８】絶対値が１％以下の負の抵抗温度係数を
有する請求項１〜７のいずれかに記載の帯電を緩和する
ための膜。
【請求項９】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１〜８のいずれかに
記載の帯電を緩和するための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１０】前記帯電を緩和するための膜は、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９に記載の画像形成装置。
【請求項１１】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９に記載の画像形成装置。
【請求項１２】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９に記載の画像
形成装置。
【請求項１３】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１２に記載
の画像形成装置。
【請求項１４】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１２に記載
の画像形成装置。
【請求項１５】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９に記載の画像形成装置。
【請求項１６】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
９に記載の画像形成装置。
【請求項１７】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９〜１６のいずれかの請求項に記
載の画像形成装置。
【請求項１８】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１７に記載の画像形成装置。
【請求項１９】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または２に記載の帯電
を緩和するための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２０】前記非酸化雰囲気は、窒素雰囲気であ
る請求項１９に記載の画像形成装置の製造方法。
【請求項２１】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３〜８のいずれかに記載
の帯電を緩和するための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２２】前記膜の被覆は、前記基材を加熱しな
がら前記窒素化合物を該基板に堆積させる工程を有する
請求項２１に記載の画像形成装置の製造方法。
【請求項２３】前記膜の被覆は、前記基材に電圧をか
けながら前記窒素化合物を該基材に堆積させる工程を有
する請求項２１に記載の画像形成装置の製造方法。
【請求項２４】前記封着は、酸化雰囲気中で行われる
請求項２１に記載の画像形成装置の製造方法。