JP3728099B2 - 帯電防止膜及び表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は帯電防止膜、及び帯電防止膜を応用した画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子放出素子として熱陰極素子と冷陰極素子の２種類が知られている。このうち冷陰極素子では、たとえば表面伝導型放出素子や、電界放出型素子（以下ＦＥ型と記す）や、金属／絶縁層／金属型放出素子（以下ＭＩＭ型と記す）などが知られている。
【０００３】
表面伝導型放出素子としては、たとえば、Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓ．，１０，１２９０，（１９６５）や、後述する他の例が知られている。
【０００４】
表面伝導型放出素子は、基板上に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことにより電子放出が生ずる現象を利用するものである。この表面伝導型放出素子としては、前記エリンソン等によるＳｎＯ2 薄膜を用いたものの他に、Ａｕ薄膜によるもの［G.Dittmer:“Thin Solid Films"，９，３１７（１９７２）］や、Ｉｎ2 Ｏ3 ／ＳｎＯ2 薄膜によるもの［M.Hartwell and C.G.Fonstad:“IEEE Trans.ED Conf."，５１９（１９７５）］や、カーボン薄膜によるもの［荒木久 他：真空、第２６巻、第１号、２２（１９８３）］等が報告されている。
【０００５】
これらの表面伝導型放出素子の素子構成の典型的な例として、図１６に前述のM.Hartwellらによる素子の平面図を示す。同図において、１は基板、４はスパッタで形成された金属酸化物よりなる導電性薄膜である。導電性薄膜４は図示のようにＨ字形の平面形状に形成されている。該導電性薄膜４に後述の通電フォーミングと呼ばれる通電処理を施すことにより、電子放出部５が形成される。図中の間隔Ｌは、０．５〜１［ｍｍ］、Ｗは、０．１［ｍｍ］で設定されている。尚、図示の便宜から、電子放出部５は導電性薄膜４の中央に矩形の形状で示したが、これは模式的なものであり、実際の電子放出部の位置や形状を忠実に表現しているわけではない。
【０００６】
M.Hartwellらによる素子をはじめとして上述の表面伝導型放出素子においては、電子放出を行う前に導電性薄膜４に通電フォーミングと呼ばれる通電処理を施すことにより電子放出部５を形成するのが一般的であった。すなわち、通電フォーミングとは、前記導電性薄膜４の両端に一定の直流電圧、もしくは、例えば１Ｖ／分程度の非常にゆっくりとしたレートで昇圧する直流電圧を印加して通電し、導電性薄膜４を局所的に破壊もしくは変形もしくは変質せしめ、電気的に高抵抗な状態の電子放出部５を形成することである。尚、局所的に破壊もしくは変形もしくは変質した導電性薄膜４の一部には、亀裂が発生する。前記通電フォーミング後に導電性薄膜４に適宜の電圧を印加した場合には、前記亀裂付近において電子放出が行われる。
【０００７】
また、ＦＥ型の例は、たとえば、W.P.Dyke&W.W.Dolan,“Field emission",Advance in Electron Physics,８，８９（１９５６）や、あるいは、C.A.Spindt,“Physical properties of thin-film field emission cathodes with molybdenium cones",J.Appl.Phys.，４７，５２４８（１９７６）などが知られている。
【０００８】
ＦＥ型の素子構成の典型的な例として、図１７に前述のＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔらによる素子の断面図を示す。同図において、４は基板で、５は導電材料よりなるエミッタ配線、６はエミッタコーン、７は絶縁層、８はゲート電極である。本素子は、エミッタコーン６とゲート電極８の間に適宜の電圧を印加することにより、エミッタコーン６の先端部より電界放出を起こさせるものである。
【０００９】
また、ＦＥ型の他の素子構成として、図１７のような積層構造ではなく、基板上に基板平面とほぼ平行にエミッタとゲート電極を配置した例もある。
【００１０】
また、ＭＩＭ型の例としては、たとえば、C.A.Mead,“Operation of tunnel-emission Devices,J.Appl.Phys.，３２，６４６（１９６１）などが知られている。ＭＩＭ型の素子構成の典型的な例を図１８に示す。同図は断面図であり、図において、９は基板で、１０は金属よりなる下電極、１１１は厚さ１００オングストローム程度の薄い絶縁層、１２は厚さ８０〜３００オングストローム程度の金属よりなる上電極である。ＭＩＭ型においては、上電極１２と下電極１０の間に適宜の電圧を印加することにより、上電極１２の表面より電子放出を起こさせるものである。
【００１１】
上述の冷陰極素子は、熱陰極素子と比較して低温で電子放出を得ることができるため、加熱用ヒーターを必要としない。したがって、熱陰極素子よりも構造が単純であり、微細な素子を作製可能である。また、基板上に多数の素子を高い密度で配置しても、基板の熱溶融などの問題が発生しにくい。また、熱陰極素子がヒーターの加熱により動作するため応答速度が遅いのとは異なり、冷陰極素子の場合には応答速度が速いという利点もある。
【００１２】
このため、冷陰極素子を応用するための研究が盛んに行われてきている。
【００１３】
たとえば、表面伝導型放出素子は、冷陰極素子のなかでも特に構造が単純で製造も容易であることから、大面積にわたり多数の素子を形成できる利点がある。そこで、たとえば本出願人による特開昭６４−３１３３２号公報において開示されるように、多数の素子を配列して駆動するための方法が研究されている。また、表面伝導型放出素子の応用については、たとえば、画像表示装置、画像記録装置などの画像形成装置や、荷電ビーム源等が研究されている。
【００１４】
特に、画像表示装置への応用としては、たとえば本出願人によるＵＳＰ５，０６６，８８３や特開平２−２５７５５１号公報や特開平４−２８１３７号公報において開示されているように、表面伝導型放出素子と電子ビームの照射により発光する蛍光体とを組み合わせて用いた画像表示装置が研究されている。表面伝導型放出素子と蛍光体とを組み合わせて用いた画像表示装置は、従来の他の方式の画像表示装置よりも優れた特性が期待されている。たとえば、近年普及してきた液晶表示装置と比較しても、自発光型であるためバックライトを必要としない点や、視野角が広い点が優れていると言える。
【００１５】
また、ＦＥ型を多数個ならべて駆動する方法は、たとえば本出願人によるＵＳＰ４，９０４，８９５に開示されている。また、ＦＥ型を画像表示装置に応用した例として、たとえば、R.Meyerらにより報告された平板型表示装置が知られている［R.Meyer:“Recent Development on Micro-tips Display at LETI",Tech.Digest of 4th Int.Vacuum Microelectronics Conf.,Nagahama，ｐｐ．６〜９（１９９１）］。
【００１６】
また、ＭＩＭ型を多数個並べて画像表示装置に応用した例は、たとえば本出願人による特開平３−５５７３８号公報に開示されている。
【００１７】
上記のような電子放出素子を用いた画像形成装置のうちで、奥行きの薄い平面型表示装置は省スペースかつ軽量であることから、ブラウン管型の表示装置に置き換わるものとして注目されている。
【００１８】
図１は平面型の画像表示装置をなす表示パネル部の一例を示す斜視図であり、内部構造を示すためにパネルの一部を切り欠いて示している。
【００１９】
図中、１５はリアプレート、１６は側壁、１７はフェースプレートであり、リアプレート１５、側壁１６及びフェースプレート１７により、表示パネルの内部を真空に維持するための外囲器（気密容器）を形成している。
【００２０】
リアプレート１５には基板１１が固定されているが、この基板１１上には冷陰極素子１２がＮ×Ｍ個形成されている（Ｎ、Ｍは２以上の正の整数であり、目的とする表示画素数に応じて適宜設定される。）。また、前記Ｎ×Ｍ個の冷陰極素子１２は、従来図５に示すとおり、Ｍ本の行方向配線１３とＮ本の列方向配線１４により配線されている。これら基板１１、冷陰極素子１２、行方向配線１３及び列方向配線１４によって構成される部分をマルチ電子ビーム源と呼ぶ。また、行方向配線１３と列方向配線１４の少なくとも交差する部分には、両配線間に絶縁層（不図示）が形成されており、電気的な絶縁が保たれている。
【００２１】
フェースプレート１７の下面には、蛍光体からなる蛍光膜１８が形成されており、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の蛍光体（不図示）が塗り分けられている。また、蛍光膜１８をなす上記各色蛍光体の間には黒色体（不図示）が設けてあり、さらに蛍光膜１８のリアプレート１５側の面には、Ａｌ等からなるメタルバック１９が形成されている。
【００２２】
Ｄｘ１〜Ｄｘｍ及びＤｙ１〜Ｄｙｎ及びＨｖは、当該表示パネルと不図示の電気回路とを電気的に接続するために設けた気密構造の電気接続用端子である。Ｄｘ１〜Ｄｘｍはマルチ電子ビーム源の行方向配線１３と、Ｄｙ１〜Ｄｙｎはマルチ電子ビーム源の列方向配線１４と、Ｈｖはメタルバック１９と各々電気的に接続している。
【００２３】
また、上記気密容器の内部は１０-3Ｐａ程度の真空に保持されており、画像表示装置の表示面積が大きくなるにしたがい、気密容器内部と外部の気圧差によるリアプレート１５及びフェースプレート１７の変形あるいは破壊を防止する手段が必要となる。リアプレート１５及びフェースプレート１７を厚くすることによる方法は、画像表示装置の重量を増加させるのみならず、斜め方向から見たときに画像のゆがみや視差を生ずる。これに対し、図１においては、比較的薄いガラス板からなり大気圧を支えるための構造支持体（スペーサあるいはリブと呼ばれる）２０が設けられている。このようにして、マルチビーム電子源が形成された基板１５と蛍光膜１８が形成されたフェースプレート１７間は通常サブミリないし数ミリに保たれ、前述したように気密容器内部は高真空に保持されている。
【００２４】
以上説明した表示パネルを用いた画像表示装置は、容器外端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ、Ｄｙ１ないしＤｙｎを通じて各冷陰極素子１２に電圧を印加すると、各冷陰極素子１２から電子が放出される。それと同時にメタルバック１９に容器外端子Ｈｖを通じて数１００［Ｖ］ないし数［ｋＶ］の高圧を印加して、上記放出された電子を加速し、フェースプレート１７の内面に衝突させる。これにより、蛍光膜１８をなす各色の蛍光体が励起されて発光し、画像が表示される。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の画像表示装置の表示パネルにおいては、以下のような問題点があった。
【００２６】
第１に、スペーサ２０の近傍から放出された電子の一部がスペーサ２０に当たることにより、あるいは放出電子の作用でイオン化したイオンがスペーサに付着することにより、スペーサ帯電をひきおこす可能性がある。このスペーサの帯電により冷陰極素子１２から放出された電子はその軌道を曲げられ、蛍光体上の正規な位置とは異なる場所に到達し、スペーサ近傍の画像がゆがんで表示される。
【００２７】
第２に、冷陰極素子１２からの放出電子を加速するためにマルチビーム電子源とフェースプレート１７との間には数１００Ｖ以上の高電圧（即ち１ｋＶ／ｍｍ以上の高電界）が印加されるため、スペーサ２０表面での沿面放電が懸念される。特に、上記のようにスペーサが帯電している場合は、放電が誘発される可能性がある。
【００２８】
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。
【００２９】
スペーサ帯電防止膜の帯電特性は表面から１００Å程度までの深さの二次電子放出効率、及び表面形状により大きく影響される。しかし１００Å程度までの厚さの膜は成膜の再現性や安定性が問題になるために実際の膜厚は５００Å〜２０００Å程度に設定する必要がある。貴金属や一部の窒化物等は非常に二次電子放出係数が小さく帯電防止膜に適しているが、上記に述べた好ましい膜厚ではスペーサの帯電防止膜として適正な抵抗値に設定することが非常に困難である。
【００３０】
また、島状膜は形状的には二次電子放出による帯電防止に有効だと考えられるが、同様な理由でスペーサの帯電防止膜としては問題がある。
【００３１】
そこで、本発明は上記従来スペーサの欠点を克服するものであり、極端に膜厚を薄くする必要がなく、膜厚制御が容易で、かつ安定性が高いスペーサ用帯電防止膜及びそれを用いた画像表示装置を提供するものである。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明に係る帯電防止膜は、Ａｌ、Ｂ、Ｓｉから選ばれた少なくとも一つの元素と、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａからなる一群の遷移金属から選ばれた少なくとも一つの元素とからなる合金窒化膜であって、前記遷移金属の濃度が表面ほど高くなる濃度勾配を有している。
【００３３】
又、本発明に係る表示装置は、冷陰極型電子放出素子を配列した素子列を少なくとも一列以上有する電子源を駆動するための電子源駆動用配線を形成した基板と、発光材料を形成した透明基板とをスペーサを介して対抗させてなる表示装置であって、前記スペーサは、Ａｌ、Ｂ、Ｓｉから選ばれた少なくとも一つの元素と、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａからなる一群の遷移金属から選ばれた少なくとも一つの元素とからなる窒化膜で被覆された絶縁性部材を有し、該窒化膜は該遷移金属の濃度が該絶縁性部材表面ほど低くなる濃度勾配を有している。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る帯電防止膜は、はＡｌ、Ｂ、Ｓｉから選ばれる少なくとも一種と遷移金属としてＴｉ、Ｔａ、Ｃｒから選ばれる少なくとも一種を組み合わせた合金窒化膜において、該表面ほど遷移金属濃度が高くなる濃度勾配を膜厚方向に持つことを特徴とする帯電防止膜である。該合金窒化膜は成膜時の雰囲気の圧力を段階的に変え、かつ同時に雰囲気中の遷移金属の量を段階的に変えることにより膜厚方向に遷移金属の濃度勾配を形成することを特徴とする帯電防止膜である。該合金窒化膜は比抵抗が０．１〜１０8 Ωｃｍで膜厚が１０ｎｍ〜１μｍの帯電防止膜である。図２は本発明帯電防止膜の断面模式図であり、２０ａは帯電防止が施される絶縁性部材、２０ｂは絶縁性部材２０ａの表面に形成した帯電防止膜である。図３は本発明の帯電防止膜の構成を示すものであり、帯電防止膜２０ｂにおける遷移金属の濃度は絶縁性部材２０ａから帯電防止膜２０ｂの表面まで段階的に変化する構成である。
【００３５】
また、本発明に係る表示装置は、上記帯電防止膜をスペーサに用いた平面型の表示装置（電子線装置）であり、図１にその構造概略を示すように（詳細は後述）、複数の冷陰極素子１２を形成した基板１５と発光材料である蛍光膜１８を形成した透明なフェースプレート１７とをスペーサ２０を介して対向させた構造を有する表示装置であり、スペーサ２０が絶縁部材の表面に比抵抗が０．１〜１０8 Ωｃｍで遷移金属の濃度勾配を有する合金窒素化合物膜により被覆されていることを特徴とする表示装置である。
【００３６】
本発明表示装置において、上記スペーサ２０の一方の辺は冷陰極素子を形成した基板１１上の配線に電気的に接続されている。また、その対向する辺は冷陰極素子より放出した電子を高いエネルギで発光材料（蛍光膜１８）に衝突させるための加速電極（メタルバック１９）に電気的接続される。すなわち、スペーサの表面に形成された帯電防止膜にはほぼ加速電圧を帯電防止膜の抵抗値で除した電流が流される。
【００３７】
そこで、スペーサの抵抗値Ｒｓは帯電防止及び消費電力からその望ましい範囲に設定される。帯電防止の観点から表面抵抗Ｒ□は１０12Ω以下であることが好ましい。十分な帯電防止効果を得るためには１０11Ω以下がさらに好ましい。表面抵抗の下限はスペーサ形状とスペーサ間に印加される電圧により左右されるが、１０5 Ω以上であることが好ましい。絶縁材料上に形成された帯電防止膜の厚みｔは１０ｎｍ〜１μｍの範囲が望ましい。材料の表面エネルギー及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以下の薄膜は島状に形成され、抵抗が不安定で再現性に乏しい。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の危険性が高まり、かつ成膜時間が長くなるため生産性が悪い。従って、膜厚は５０〜５００ｎｍであることが望ましい。
【００３８】
表面抵抗Ｒ□はρ／ｔであり、以上に述べたＲ□とｔの好ましい範囲から、帯電防止膜の比抵抗ρは０．１〜１０8 Ωｃｍが好ましい。さらに表面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１０2 〜１０6 Ωｃｍとするのが良い。
【００３９】
スペーサは上述したようにその上に形成した帯電防止膜を電流が流れることにより、あるいはディスプレイ全体が動作中に発熱することによりその温度が上昇する。帯電防止膜の抵抗温度係数が大きな負の値であると温度が上昇した時に抵抗値が減少し、スペーサに流れる電流が増加し、さらに温度上昇をもたらす。そして電流は電源の限界を越えるまで増加しつづける。このような電流の暴走が発生する抵抗温度係数の値は経験的に負の値で絶対値が１％以上である。すなわち、帯電防止膜の抵抗温度係数は−１％未満であることが望ましい。
【００４０】
帯電防止膜特性を有する材料として、金属窒化物、金属酸化物が優れている。金属酸化物の中ではクロム、ニッケル、銅の酸化物が好ましい材料である。その理由はこれらの酸化物は二次電子放出効率が比較的小さく、電子放出素子から放出された電子がスペーサに当たった場合においても帯電しにくいためと考えられる。これら以外にも金属は二次電子放出効率が小さく好ましい。特にＰｔ、Ａｕ等貴金属は酸化しにくく、組立工程中に酸化しないという利点を持つ。
【００４１】
しかしながら、上記金属酸化物、あるいは金属はその抵抗値が帯電防止膜として望ましい比抵抗の範囲に調整することが難しかったり、雰囲気により抵抗が変化しやすいため、これらの材料のみで帯電防止膜を構成すると抵抗の制御性に問題がある。
【００４２】
二種以上の元素を組み合わせた合金の窒化物はその元素の選択、組成を調整することにより、良伝導体から絶縁体まで広い範囲に抵抗値を制御できる。さらには後述する表示装置作製の工程において抵抗値の変化が少なく安定な材料である。かつ、その抵抗温度係数が−１％未満であり、実用的に使いやすい材料である。元素の組み合わせとしてはＴｉ、Ｃｒ、Ｔａなどの低抵抗の窒化物を作る遷移金属の中から何種かと、Ａｌ、Ｂ、Ｓｉなどの高抵抗の窒化物を作る元素の中から何種かを選び出して組み合わせることが行われる。
【００４３】
これらの元素の混合比率を変えることにより抵抗値の調節を行うことが可能である。元素によって比率は異なるが、帯電防止膜として好ましい抵抗値を得るための比率はＴｉ、Ｃｒ、Ｔａが１ａｔ．％以上である。更にスペーサに用いた場合において好ましい組成範囲は１から２０ａｔ．％である。
【００４４】
本発明帯電防止膜は図２に示すように前述の合金窒化膜２０ａの膜厚方向に遷移金属の濃度分布を有する構成としているが、その理由を以下に述べる。
【００４５】
合金窒化膜はスパッタ、窒素ガス雰囲気中での反応性スパッタ、電子ビーム蒸着、イオンプレーティング、イオンアシスト蒸着法等の薄膜形成手段により絶縁性部材上に形成される。窒素ガス雰囲気中での反応性スパッタ、イオンプレーティング、イオンアシスト蒸着法等の手段により形成する場合には、成膜時の圧力を高めに設定する下で遷移金属のターゲットの投入電力を高くするなどで雰囲気中の遷移金属量を増加させることにより比抵抗を所望の値に維持したまま遷移金属の濃度が高い膜を作製できる。しかしこの場合、膜厚を厚く形成すると電子電流を多く流入させた場合に部分的な膜はがれを発生することがあるため、あらかじめ低圧下で遷移金属濃度の低い膜を作製し、表面近傍において成膜時の圧力と遷移金属濃度を高める方法が望ましい。
【００４６】
本発明帯電防止膜を平面型の表示装置のスペーサ帯電防止に対して説明したが、これに限らず他の用途における帯電防止膜として使用できることができる。
【００４７】
次に、本発明を適用した画像表示装置の表示パネルの構成と製造法について、具体的な例を示して説明する。
【００４８】
図１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。
【００４９】
図中、１５はリアプレート、１６は側壁、１７はフェースプレートであり、１５，１６，１７により表示パネルの内部を真空に維持するための気密容器を形成している。気密容器を組み立てるにあたっては、各部材の接合部に十分な強度と気密性を保持させるため封着する必要があるが、たとえばフリットガラスを接合部に塗布し、大気中ありは窒素雰囲気中で、４００〜５００℃で１０分以上焼成することにより封着を達成した。気密容器内部を真空に排気する方法については後述する。また、上記気密容器の内部は１０-3［Ｐａ］程度の真空に保持されるので、大気圧や不意の衝撃などによる気密容器の破壊を防止する目的で、耐大気圧構造体として、スペーサ２０が設けられている。
【００５０】
リアプレート１５には、基板１１が固定されているが、該基板上には冷陰極素子１２がｎ×ｍ個形成されている（ｎ、ｍは２以上の正の整数であり、目的とする表示画素数に応じて適宜設定される。たとえば、高品位テレビジョンの表示を目的とした表示装置においては、ｎ＝３０００、ｍ＝１０００以上の数を設定することが望ましい。）。前記Ｎ×Ｍ個の冷陰極素子は、ｍ本の行方向配線１３とｎ本の列方向配線１４により単純マトリクス配線されている。前記、１１，１２，１３，１４によって構成される部分をマルチ電子ビーム源と呼ぶ。
【００５１】
本発明の画像表示装置に用いるマルチ電子ビーム源は、冷陰極素子を単純マトリクス配線した電子源であれば、冷陰極素子の材料や形状あるいは製法に制限はない。したがって、たとえば表面伝導型放出素子やＦＥ型、あるいはＭＩＭ型などの冷陰極素子を用いることができる。
【００５２】
次に、冷陰極素子として表面伝導型放出素子（後述）を基板上に配列して単純マトリクス配線したマルチ電子ビーム源の構造について述べる。
【００５３】
図４に示すのは、図１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１１上には、後述の図５で示すものと同様な表面伝導型放出素子が配列され、これらの素子は行方向配線電極１３と列方向配線電極１４により単純マトリクス状に配線されている。行方向配線電極１３と列方向配線電極１４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。
【００５４】
図４のＤ−Ｄ′に沿った断面を図５に示す。
【００５５】
なお、このような構造のマルチ電子源は、あらかじめ基板上に行方向配線電極１１０３、列方向配線電極１１０４、電極間絶縁層（不図示）、及び表面伝導型放出素子の素子電極と導電性薄膜を形成した後、行方向配線電極１１０３及び列方向配線電極１１０４を介して各素子に給電して通電フォーミング処理（後述）と通電活性化処理（後述）を行うことにより製造した。
【００５６】
本実施例においては、気密容器のリアプレート１５にマルチ電子ビーム源の基板１１を固定する構成としたが、マルチ電子ビーム源の基板１１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１１自体を用いてもよい。
【００５７】
また、フェースプレート１７の下面には、蛍光膜１８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１８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６の（Ａ）に示すようにストライプ状に塗り分けられ、蛍光体のストライプの間には黒色の導電体２１ｂが設けてある。黒色の導電体２１ｂを設ける目的は、電子ビームの照射位置に多少のずれがあっても表示色にずれが生じないようにすることや、外光の反射を防止して表示コントラストの低下を防ぐこと、電子ビームによる蛍光膜のチャージアップを防止することなどである。黒色の導電体２１ｂ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。
【００５８】
また、３原色の蛍光体の塗り分け方は前記図６（Ａ）に示したストライプ状の配列に限られるものではなく、たとえば図６（Ｂ）に示すようなデルタ状配列や、それ以外の配列であってもよい。
【００５９】
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１８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。
【００６０】
また、蛍光膜１８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１９を設けてある。メタルバック１９を設けた目的は、蛍光膜１８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１８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１８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１９は、蛍光膜１８をフェースプレート基板１７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１８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１９は用いない。
【００６１】
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の導電性向上を目的として、フェースプレート基板１７と蛍光膜１８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。
【００６２】
図７は図１のＡ−Ａ′の断面模式図であり、各部の番号は図１に対応している。スペーサ２０は絶縁性部材２０ａの表面に帯電防止を目的とした高抵抗膜２０ｂを成膜し、かつフェースプレート１７の内側（メタルバック１９等）及び基板１１の表面（行方向配線１３または列方向配線１４）に面したスペーサの当接面に低抵抗膜２９を成膜した部材からなるもので、上記目的を達成するのに必要な数だけ、かつ必要な間隔をおいて配置され、フェースプレートの内側及び基板１１の表面に接合材４０により固定される。また、高抵抗膜２０ｂは、絶縁性部材２０ａの表面のうち、少なくとも気密容器内の真空中に露出している面に成膜されており、スペーサ２０上の低抵抗膜２９及び接合材４０を介して、フェースプレート１７の内側（メタルバック１９等）及び基板１１の表面（行方向配線１３または列方向配線１４）に電気的に接続される。ここで説明される態様においては、スペーサ２０の形状は薄板状とし、行方向配線１３に平行に配置され、行方向配線１４に電気的に接続されている。
【００６３】
スペーサ２０としては、基板１１上の行方向配線１３及び列方向配線１４とフェースプレート１７内面のメタルバック１９との間に印加される高電圧に耐えるだけの絶縁性を有し、かつスペーサ２０の表面への帯電を防止する程度の導電性を有する必要がある。この点に関しては、既に述べた通りである。
【００６４】
スペーサ２０の絶縁性部材２０ａとしては、例えば石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少したガラス、ソーダライムガラス、アルミナ等のセラミックス部材等が挙げられる。なお、絶縁性部材２０ａはその熱膨張率が気密容器及び基板１１を成す部材と近いものが好ましい。
【００６５】
また、高抵抗膜２０ｂとしては、既に述べたように帯電防止効果の維持及びリーク電流による消費電力抑制を考慮して、その表面抵抗値が１０5 ［Ω／□］から１０2 ［Ω／□］の範囲のものであることが好ましく、その材料としては、前述の各種の材料が用いられる。
【００６６】
また、低抵抗膜２９は、高抵抗膜２０ｂに比べ十分に低い抵抗値を選択すればよく、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属、あるいは合金、及びＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ2 、Ｐｄ−Ａｇ等の金属や金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体、あるいはＩｎ2 Ｏ3 −ＳｎＯ2 等の透明導体及びポリシリコン等の半導体材料等より適宜選択される。
【００６７】
接合材４０はスペーサ２０が行方向配線１３及びメタルバック１９と電気的に接続するように、導電性をもたせる必要がある。すなわち、導電性接着材や金属粒子や導電性フィラーを添加したフリットガラスが好適である。
【００６８】
また、Ｄｘ１〜Ｄｘｍ及びＤｙ１〜Ｄｙｎ及びＨｖは、当該表示パネルと不図示の電気回路とを電気的に接続するために設けた気密構造の電気接続用端子である。Ｄｘ１〜Ｄｘｍはマルチ電子ビーム源の行方向配線１３と、Ｄｙ１〜Ｄｙｎはマルチ電子ビーム源の列方向配線１４と、Ｈｖはフェースプレートのメタルバック１９と電気的に接続している。
【００６９】
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］程度の真空度まで排気する。その後、排気管を封止するが、気密容器内の真空度を維持するために、封止の直前あるいは封止後に気密容器内の所定の位置にゲッター膜（不図示）を形成する。ゲッター膜とは、たとえばＢａを主成分とするゲッター材料をヒーターもしくは高周波加熱により加熱し蒸着して形成した膜であり、該ゲッター膜の吸着作用により気密容器内は１×１０-3ないしは１×１０-5［Ｐａ］の真空度に維持される。
【００７０】
以上説明した表示パネルを用いた画像表示装置は、容器外端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ、Ｄｙ１ないしＤｙｎを通じて各冷陰極素子１２に電圧を印加すると、各冷陰極素子１２から電子が放出される。それと同時にメタルバック１９に容器外端子Ｈｖを通じて数１００［Ｖ］ないし数［ｋＶ］の高圧を印加して、上記放出された電子を加速し、フェースプレート１７の内面に衝突させる。これにより、蛍光膜１８をなす各色の蛍光体が励起されて発光し、画像が表示される。
【００７１】
通常、冷陰極素子である本発明の表面伝導型放出素子１２への印加電圧は１２〜１６［Ｖ］程度、メタルバック１９と冷陰極素子１２との距離ｄは０．１［ｍｍ］から８［ｍｍ］程度、メタルバック１９と冷陰極素子１２間の電圧０．１［ｋＶ］から１０［Ｋｖ］程度である。
【００７２】
以上、本発明の実施例の表示パネルの基本構成と製法、及び画像表示装置の概要を説明した。
【００７３】
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ＭＩＭ型などの冷陰極素子を用いることができる。
【００７４】
ただし、表示画面が大きくてしかも安価な表示装置が求められる状況のもとでは、これらの冷陰極素子の中でも、表面伝導型放出素子が特に好ましい。すなわち、ＦＥ型ではエミッタコーンとゲート電極の相対位置や形状が電子放出特性を大きく左右するため、極めて高精度の製造技術を必要とするが、これは大面積化や製造コストの低減を達成するには不利な要因となる。また、ＭＩＭ型では、絶縁層と上電極の膜厚を薄くてしかも均一にする必要があるが、これも大面積化や製造コストの低減を達成するには不利な要因となる。その点、表面伝導型放出素子は、比較的構造方法が単純なため、大面積化や製造コストの低減が容易である。また、発明者らは、表面伝導型放出素子の中でも、電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形成したものがとりわけ電子放出特性に優れ、しかも製造が容易に行えることを見いだしている。したがって、高輝度で大画面の画像表示装置のマルチ電子ビーム源に用いるには、最も好適であると言える。そこで、上記実施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及び特性を説明し、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。
【００７５】
（表面伝導型放出素子の好適な素子構成と製法）
電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形成する表面伝導型放出素子の代表的な構成には、平面型と垂直型の２種類があげられる。
【００７６】
（平面型の表面伝導型放出素子）
まず最初に、平面型の表面伝導型放出素子の素子構成と製法について説明する。図８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）及び断面図（ｂ）である。図中、１１は基板、２と３は素子電極、４は導電性薄膜、５は通電フォーミング処理により形成した電子放出部、６は通電活性化処理により形成した薄膜である。
【００７７】
基板１１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。
【００７８】
また、基板１１上に基板面と平行に対向して設けられた素子電極２と３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、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｇ等をはじめとする金属、あるいはこれらの金属の合金、あるいはＩｎ2 Ｏ3 −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。
【００７９】
素子電極２と３の形状は、当該電子放出素子の応用目的に合わせて適宜設計される。一般的には、電極間隔Ｌは通常は数１０ｎｍから数１００μｍの範囲から適当な数値を選んで設計されるが、なかでも表示装置に応用するために好ましいのは数μｍより数１０μｍの範囲である。また、素子電極の厚さｄについては、通常は数１０ｎｍから数μｍの範囲から適当な数値が選ばれる。
【００８０】
また、導電性薄膜４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。
【００８１】
微粒子膜に用いた微粒子の粒径は、１０分の数ｎｍから数１００ｎｍの範囲に含まれるものであるが、なかでも好ましいのは数ｎｍ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２あるいは３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、１０分の数ｎｍから数１００ｎｍの範囲の中で設定するが、中でも好ましいのは１ｎｍから５０ｎｍの間である。
【００８２】
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、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂなどをはじめとする金属や、ＰｄＯ、ＳｎＯ2 、Ｉｎ2 Ｏ3 、ＰｂＯ、Ｓｂ2 Ｏ3 などをはじめとする酸化物や、ＨｆＢ2 、ＺｒＢ2 、ＬａＢ6 、ＣｅＢ6 、ＹＢ4 、ＧｄＢ4 などをはじめとする硼化物や、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣなどをはじめとする炭化物や、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮなどをはじめとする窒化物や、Ｓｉ、Ｇｅなどをはじめとする半導体や、カーボンなどが挙げられ、これらの中から適宜選択される。
【００８３】
以上述べたように、導電性薄膜４を微粒子膜で形成したが、そのシート抵抗値Ｒｓについては、１０3 から１０7 ［オーム／□］の範囲に含まれるように設定した。
【００８４】
なお、導電性薄膜４と素子電極２及び３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７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。
【００８５】
また、電子放出部５は、導電性薄膜４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４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、１０分の数ｎｍから数１０ｎｍの粒径の微粒子を配置する場合がある。なお、実際の電子放出部の位置や形状を精密かつ正確に図示するのは困難なため、図８においては模式的に示した。
【００８６】
また、薄膜６は、炭素もしくは炭素化合物よりなる薄膜で、電子放出部５及びその近傍を被覆している。薄膜６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。
【００８７】
薄膜６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５０［ｎｍ］以下とするが、３０［ｎｍ］以下とするのがさらに好ましい。なお、実際の薄膜６の位置や形状を精密に図示するのは困難なため、図８においては模式的に示した。
【００８８】
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。
【００８９】
すなわち、基板１１には青板ガラスを用い、素子電極２と３にはＮｉ薄膜を用いた。素子電極の厚さｄは１００［ｎｍ］、電極間隔Ｌは２［μｍ］とした。
【００９０】
微粒子膜の主要材料としてＰｄもしくはＰｄＯを用い、微粒子膜の厚さは約１０［ｎｍ］、幅Ｗは１０［ｎｍ］とした。
【００９１】
次に、好適な平面型の表面伝導型放出素子の製造方法について説明する。図９の（ａ）〜（ｅ）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８と同一である。
【００９２】
１）まず、図９（ａ）に示すように、基板１１上に素子電極２及び３を形成する。
【００９３】
形成するにあたっては、あらかじめ基板１１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（２と３）を形成する。
【００９４】
２）次に、同図（ｂ）に示すように、導電性薄膜４を形成する。
【００９５】
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。）。
【００９６】
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。
【００９７】
３）次に、同図（ｃ）に示すように、フォーミング用電源２２から素子電極２と３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５を形成する。
【００９８】
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４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５）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５が形成される前と比較すると、形成された後は素子電極２と３の間で計測される電気抵抗は大幅に増加する。
【００９９】
通電方法をより詳しく説明するために、図１０に、フォーミング用電源２２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５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２３で計測した。
【０１００】
実施例においては、たとえば１０-3［Ｐａ］程度の真空雰囲気下において、たとえばパルス幅Ｔ１を１［ｍｓｅｃ］、パルス間隔Ｔ２を１０［ｍｓｅｃ］とし、波高値Ｖｐｆを１パルスごとに０．１［Ｖ］ずつ昇圧した。そして、三角波を５パルス印加するたびに１回の割りで、モニターパルスＰｍを挿入した。フォーミング処理に悪影響を及ぼすことがないように、モニターパルスの電圧Ｖｐｍは０．１［Ｖ］に設定した。そして、素子電極２と３の間の電気抵抗が１×１０6［Ω］になった段階、すなわちモニターパルス印加時に電流計２３で計測される電流が１×１０-7［Ａ］以下になった段階で、フォーミング処理にかかわる通電を終了した。
【０１０１】
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。
【０１０２】
４）次に、図８の（ｄ）に示すように、活性化用電源２４から素子電極２と３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。
【０１０３】
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５に適宜の条件で通電を行って、その近傍に炭素もしくは炭素化合物を堆積せしめる処理のことである（図においては、炭素もしくは炭素化合物よりなる堆積物を部材５′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。
【０１０４】
具体的には、１０-2ないし１０-3［Ｐａ］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５′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５０［ｎｍ］以下、より好ましくは３０［ｎｍ］以下である。
【０１０５】
通電方法をより詳しく説明するために、図１１（ａ）に、活性化用電源２４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１４［Ｖ］、パルス幅Ｔ３は１［ｍｓｅｃ］、パルス間隔Ｔ４は１０［ｍｓｅｃ］とした。なお、上述の通電条件は、本実施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。
【０１０６】
図９の（ｄ）に示す２５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２６及び電流計２７が接続されている（なお、基板１１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２５として用いる。）。活性化用電源２４から電圧を印加する間、電流計２７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２４の動作を制御する。電流計２７で計測された放出電流Ｉｅの一例を図１１（ｂ）に示すが、活性化用電源２４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２４からの電圧印加を停止し、通電活性化処理を終了する。
【０１０７】
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。
【０１０８】
以上のようにして、図９（ｅ）に示す平面型の表面伝導型放出素子を製造した。
【０１０９】
（垂直型の表面伝導型放出素子）
次に、電子放出部もしくはその周辺を微粒子膜から形成した表面伝導型放出素子のもうひとつの代表的な構成、すなわち垂直型の表面伝導型放出素子の構成について説明する。
【０１１０】
図１２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１１は基板、２と３は素子電極、２８は段差形成部材、４は微粒子膜を用いた導電性薄膜、５は通電フォーミング処理により形成した電子放出部、６は通電活性化処理により形成した薄膜である。
【０１１１】
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（３）が段差形成部材２８上に設けられており、導電性薄膜４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８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１１、素子電極３及び４、微粒子膜を用いた導電性薄膜５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。
【０１１２】
次に、垂直型の表面伝導型放出素子の製法について説明する。図１３の（ａ）〜（ｆ）は、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１１と同一である。
【０１１３】
１）まず、図１３（ａ）に示すように、基板１１上に素子電極４４を形成する。
【０１１４】
２）次に、同図（ｂ）に示すように、段差形成部材を形成するための絶縁層を積層する。絶縁層は、たとえばＳｉＯ2 をスパッタ法で積層すればよいが、たとえば真空蒸着法や印刷法などの他の成膜方法を用いてもよい。
【０１１５】
３）次に、同図（ｃ）に示すように、絶縁層の上に素子電極３を形成する。
【０１１６】
４）次に、同図（ｄ）に示すように、絶縁層の一部を、たとえばエッチング法を用いて除去し、素子電極４を露出させる。
【０１１７】
５）次に、同図（ｅ）に示すように、微粒子膜を用いた導電性薄膜５を形成する。形成するには、前記平面型の場合と同じく、たとえば塗布法などの成膜技術を用いればよい。
【０１１８】
６）次に、前記平面型の場合と同じく、通電フォーミング処理を行い、電子放出部を形成する（図９（ｃ）を用いて説明した平面型の通電フォーミング処理と同様の処理を行えばよい。）。
【０１１９】
７）次に、前記平面型の場合と同じく、通電活性化処理を行い、電子放出部近傍に炭素もしくは炭素化合物を堆積させる（図９（ｄ）を用いて説明した平面型の通電活性化処理と同様の処理を行えばよい。）。
【０１２０】
以上のようにして、図１３（ｆ）に示す垂直型の表面伝導型放出素子を製造した。
【０１２１】
（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。
【０１２２】
図１４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、及び（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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
第二に、放出電流Ｉｅは素子に印加する電圧Ｖｆに依存して変化するため、電圧Ｖｆで放出電流Ｉｅの大きさを制御できる。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
また、第二の特性かまたは第三の特性を利用することにより、発光輝度を制御することができるため、階調表示を行うことが可能である。
【０１３０】
（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。
【０１３１】
図４に示すのは、前記図１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８で示したものと同様な表面伝導型放出素子が配列され、これらの素子は行方向配線電極１３と列方向配線電極１４により単純マトリクス状に配線されている。行方向配線電極１３と列方向配線電極１４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。
【０１３２】
図４のＤ−Ｄ′に沿った断面を、図５に示す。
【０１３３】
なお、このような構造のマルチ電子源は、あらかじめ基板上に行方向配線電極１３、列方向配線電極１４、電極間絶縁層（不図示）、及び表面伝導型放出素子の素子電極と導電性薄膜を形成した後、行方向配線電極１３及び列方向配線電極１４を介して各素子に給電して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。
【０１３４】
図１５は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づいてテレビジョン表示を行うための駆動回路の概略構成をブロック図で示したものである。同図中、表示パネル１７０１は前述した表示パネルに相当するもので、前述したように製造され、動作する。また、走査回路１７０２は表示ラインを走査し、制御回路１７０３は走査回路へ入力する信号等を生成する。シフトレジスタ１７０４は１ライン毎のデータをシフトし、ラインメモリ１７０５は、シフトレジスタ１７０４からの１ライン分のデータを変調信号発生器１７０７に入力する。同期信号分離回路１７０６はＮＴＳＣ信号から同期信号を分離する。
【０１３５】
以下、図１５の装置各部の機能を詳しく説明する。
【０１３６】
まず表示パネル１７０１は、端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ及び端子Ｄｙ１ないしＤｙｎ、及び高圧端子Ｈｖを介して外部の電気回路と接続されている。このうち、端子Ｄｘ１ないしＤｘｍには、表示パネル１７０１内に設けられているマルチ電子ビーム源、すなわちｍ行ｎ列の行列状にマトリクス配線された冷陰極素子を１行（ｎ素子）ずつ順次駆動してゆくための走査信号が印加される。一方、端子Ｄｙ１ないしＤｙｎには、前記走査信号により選択された１行分のｎ個の各素子の出力電子ビームを制御するための変調信号が印加される。また、高圧端子Ｈｖには、直流電圧源Ｖａより、たとえば５［ｋＶ］の直流電圧が供給されるが、これはマルチ電子ビーム源より出力される電子ビームに蛍光体を励起するのに十分なエネルギーを付与するための加速電圧である。
【０１３７】
次に、走査回路１７０２について説明する。同回路は、内部にｍ個のスイッチング素子（図中、Ｓ１ないしＳｍで模式的に示されている）を備えるもので、各スイッチング素子は、直流電圧源Ｖｘの出力電圧もしくは０［Ｖ］（グランドレベル）のいずれか一方を選択し、表示パネル１７０１の端子Ｄｘ１ないしＤｘｍと電気的に接続するものである。Ｓ１ないしＳｍの各スイッチング素子は、制御回路１７０３が出力する制御信号Ｔscanに基づいて動作するものだが、実際にはたとえばＦＥＴのようなスイッチング素子を組合わせることにより容易に構成することが可能である。なお、前記直流電圧源Ｖｘは、図１４に例示した電子放出素子の特性に基づき走査されていない素子に印加される駆動電圧が電子放出しきい値電圧Ｖｔｈ電圧以下となるよう、一定電圧を出力するよう設定されている。
【０１３８】
また、制御回路１７０３は、外部より入力する画像信号に基づいて適切な表示が行われるように各部の動作を整合させる働きをもつものである。次に説明する同期信号分離回路１７０６より送られる同期信号Ｔsyncに基づいて、各部に対してＴscan及びＴsft 及びＴMRY の各制御信号を発生する。同期信号分離回路１７０６は、外部から入力されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から、同期信号成分と輝度信号成分とを分離するための回路で、良く知られているように周波数分離（フィルタ）回路を用いれば容易に構成できるものである。同期信号分離回路１７０６により分離された同期信号は、良く知られるように垂直同期信号と水平同期信号より成るが、ここでは説明の便宜上、ＴSYNC信号として図示した。一方、前記テレビ信号から分離された画像の輝度信号成分を便宜上ＤＡＴＡ信号と表すが、同信号はシフトレジスタ１７０４に入力される。
【０１３９】
シフトレジスタ１７０４は、時系列的にシリアルに入力される前記ＤＡＴＡ信号を、画像の１ライン毎にシリアル／パラレル変換するためのもので、前記制御回路１７０３より送られる制御信号ＴSFT に基づいて動作する。すなわち、制御信号ＴSFT は、シフトレジスタ１７０４のシフトクロックであると言い換えることもできる。シリアル／パラレル変換された画像１ライン分（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当する）のデータは、Ｉｄ１ないしＩｄｎのｎ個の信号として前記シフトレジスタ１７０４より出力される。
【０１４０】
ラインメモリ１７０５は、画像１ライン分のデータを必要時間の間だけ記憶するための記憶装置であり、制御回路１７０３より送られる制御信号ＴMRY にしたがって適宜Ｉｄ１ないしＩｄｎの内容を記憶する。記憶された内容は、Ｉ′ｄ１ないしＩ′ｄｎとして出力され、変調信号発生器１７０７に入力される。
【０１４１】
変調信号発生器１７０７は、前記画像データＩ′ｄ１ないしＩ′ｄｎの各々に応じて、電子放出素子１２の各々を適切に駆動変調するための信号源で、その出力信号は、端子Ｄｙ１ないしＤｙｎを通じて表示パネル１７０１内の電子放出素子１２に印加される。
【０１４２】
図１４を用いて説明したように、本発明に関わる表面伝導型放出素子は放出電流Ｉｅに対して以下の基本特性を有している。すなわち、電子放出には明確な閾値電圧Ｖｔｈ（後述する実施例の表面伝導型放出素子では８［Ｖ］）があり、閾値Ｖｔｈ以上の電圧を印加された時のみ電子放出が生じる。また電子放出閾値Ｖｔｈ以上の電圧に対しては、図１４のグラフのように電圧の変化に応じて放出電流Ｉｅも変化する。このことから、本素子にパルス状の電圧を印加する場合、たとえば電子放出閾値Ｖｔｈ以下の電圧を印加しても電子放出は生じないが、電子放出閾値Ｖｔｈ以上の電圧を印加する場合には表面伝導型放出素子から電子ビームが出力される。その際、パルスの波高値Ｖｍを変化させることにより出力電子ビームの強度を制御することが可能である。また、パルスの幅Ｐｗを変化させることにより出力される電子ビームの電荷の総量を制御することが可能である。
【０１４３】
従って、入力信号に応じて、電子放出素子を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅変調方式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際しては、変調信号発生器１７０７として、一定長さの電圧パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜パルスの波高値を変調するような電圧変調方式の回路を用いることができる。また、パルス幅変調方式を実施するに際しては、変調信号発生器１７０７として、一定の波高値の電圧パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パルスの幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を用いることができる。
【０１４４】
シフトレジスタ１７０４やラインメモリ１７０５は、デジタル信号式のものでもアナログ信号式のものでも採用できる。すなわち、画像信号のシリアル／パラレル変換や記憶が所定の速度で行われればよいからである。
【０１４５】
デジタル信号式を用いる場合には、同期信号分離回路１７０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化する必要があるが、これには同期信号分離回路１７０６の出力部にＡ／Ｄ変換器を設ければよい。これに関連してラインメモリ１７０５の出力信号がデジタル信号かアナログ信号かにより、変調信号発生器に用いられる回路が若干異なったものとなる。すなわち、デジタル信号を用いた電圧変調方式の場合、変調信号発生器１７０７には、例えばＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増幅回路などを付加する。パルス幅変調方式の場合、変調信号発生器１７０７には、例えば高速の発振器及び発振器の出力する波数を計数する計数器（カウンタ）及び計数器の出力値と前記メモリの出力値を比較する比較器（コンパレータ）を組み合せた回路を用いる。必要に応じて、比較器の出力するパルス幅変調された変調信号を電子放出素子の駆動電圧にまで電圧増幅するための増幅器を付加することもできる。
【０１４６】
アナログ信号を用いた電圧変調方式の場合、変調信号発生器１７０７には、例えばオペアンプなどを用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてシフトレベル回路などを付加することもできる。パルス幅変調方式の場合には、例えば、電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）を採用でき、必要に応じて電子放出素子の駆動電圧まで電圧増幅するための増幅器を付加することもできる。
【０１４７】
このような構成をとりうる本発明の適用可能な画像表示装置においては、各電子放出素子に、容器外端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを介して電圧を印加することにより、電子放出が生じる。高圧端子Ｈｖを介してメタルバック２１あるいは透明電極（不図示）に高圧を印加し、電子ビームを加速する。加速された電子は、蛍光膜１８に衝突し、発光が生じて画像が形成される。
【０１４８】
ここで述べた画像表示装置の構成は、本発明を適用可能な画像形成装置の一例であり、本発明の思想に基づいて種々の変形が可能である。入力信号についてはＮＴＳＣ方式を挙げたが、入力信号はこれに限るものではなく、ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭ方式など他、これらより多数の走査線からなるＴＶ信号（ＭＵＳＥ方式をはじめとする高品位ＴＶ）方式をも採用できる。
【０１４９】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳述する。
【０１５０】
以下に述べる各実施例においては、マルチ電子ビーム源として、前述した、電極間の導電性微粒子膜に電子放出部を有するタイプのＮ×Ｍ個（Ｎ＝３０７２、Ｍ＝１０２４）の表面伝導型放出素子を、Ｍ本の行方向配線とＮ本の列方向配線とによりマトリクス配線（図１及び図４参照）したマルチ電子ビーム源を用いた。
【０１５１】
〔実施例１〕
アルゴンと窒素の混合雰囲気中でＣｒ及びＡｌのターゲットを高周波電源で同時スパッタすることにより、Ｃｒ−Ａｌ合金窒化膜を形成した。Ａｌターゲットに加える高周波電力を６００Ｗとし、Ｃｒターゲットに加える高周波電力とスパッタガスの圧力を表１のように変化させた。
【表１】
すなわち最初の３０ｍｉｎ間を条件１、次の１０ｍｉｎ間を条件２で成膜した。トータルの膜厚は２００ｎｍであった。この時スパッタガスの分圧はＡｒ：Ｎ2 を７：３とし、絶縁性部材は青板ガラスを用いた。ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザー）によって各条件で個別に成膜された膜中のＣｒ濃度を測定した。条件１で成膜された膜中のＣｒ濃度は１．２ａｔｏｍ％、条件２で成膜された膜中のＣｒ濃度は１．６ａｔｏｍ％であった。このように作製された膜厚２００ｎｍの合金窒化膜のＣｒ濃度をＥＰＭＡによって測定したところ１．５ａｔｏｍ％であった。また、比抵抗は１×１０7Ωｃｍであった。これを試料Ａとした。
【０１５２】
〔実施例２〕
実施例１のＣｒに代えてＴｉターゲットを用い、青板ガラスにＴｉ−Ａｌ合金窒化膜を２００ｎｍ厚形成した。スパッタガスは実施例１と同じであり、Ａｌターゲットに加える高周波電力を６００Ｗとし、Ｔｉターゲットに加える高周波電力とスパッタガスの圧力を表２のように変化させた。
【表２】
その結果、比抵抗９×１０6 Ωｃｍの膜が得られた。ＥＰＭＡによって測定されたＴｉ濃度は６ａｔｏｍ％であった。これを試料Ｂとした。
【０１５３】
〔実施例３〕
実施例１のＣｒに代えてＴａターゲットを用い、青板ガラスにＴａ−Ａｌ合金窒化膜を２００ｎｍ厚形成した。スパッタガスは実施例１と同じであり、Ａｌターゲットに加える高周波電力を６００Ｗとし、Ｔａターゲットに加える高周波電力とスパッタガスの全圧を表３のように変化させた。
【表３】
その結果、比抵抗１．０×１０7 Ωｃｍ、ＥＰＭＡによって測定されたＴａ濃度は１．５ａｔｏｍ％の膜が得られた。これを試料Ｃとした。
【０１５４】
〔実施例４〕
アルゴンと窒素の混合雰囲気中でＣｒ及びＢＮのターゲットをＲＦを用いて同時スパッタをすることによりＣｒ−Ｂ合金窒化膜を成膜した。この時、ＢＮターゲットに加える高周波電力を６００Ｗとし、Ｃｒターゲットに加える高周波電力とスパッタガスの全圧を表４のように変化させた。
【表４】
スパッタガス分圧はＡｒ：Ｎ2 ＝８：２とした。絶縁性部材には青板ガラスを用い膜厚３７０ｎｍの合金窒化膜の比抵抗は１×１０8 Ωｃｍ、ＥＰＭＡによって測定されたＣｒ濃度は５．５ａｔｏｍ％であった。これを試料Ｄとした。
【０１５５】
〔実施例５〕
アルゴンと窒素の混合雰囲気中でＣｒとＳｉのターゲットをＲＦを用いて同時スパッタすることによりＣｒ−Ｓｉ合金窒化膜を形成した。この時、Ｓｉターゲットに加える高周波電力を６００Ｗとし、Ｃｒターゲットに加えるＤＣ電力とスパッタガスの全圧を表５のように変化させた。
【表５】
その際、基板温度を１５０℃とした。スパッタガス分圧はＡｒ：Ｎ2 ＝８．５：１．５とした。絶縁性部材は青板ガラスを用い膜厚２８０ｎｍの合金窒化膜の比抵抗は５．０×１０6 Ωｃｍ、ＥＰＭＡによって測定されたＣｒ濃度は４ａｔｏｍ％であった。これを試料Ｅとした。
【０１５６】
〔比較例１〕
実施例１と同様にＣｒ及びＡｌのターゲットをアルゴンと窒素の混合雰囲気中で高周波電源で同時スパッタすることにより、Ｃｒ−Ａｌ合金窒化膜を形成した。この時Ａｌターゲットに加える高周波電力を６００Ｗとし、Ｃｒターゲットに加える高周波電力を表６のように変化させた。
【表６】
その際、スパッタガスの分圧はＡｒ：Ｎ2を７：３とし、スパッタガスの全圧を０．４５Ｐａとした。絶縁性部材は青板ガラスを用いた。膜厚は２００ｎｍであった。ＥＰＭＡによって測定されたＣｒ濃度は０．９ａｔｏｍ％で、比抵抗は９×１０6 Ωｃｍであった。これを比較試料１とした。
【０１５７】
〔比較例２〕
実施例１と同様にＣｒ及びＡｌのターゲットをアルゴンと窒素の混合雰囲気中で高周波電源で同時スパッタすることにより、Ｃｒ−Ａｌ合金窒化膜を形成した。この時Ａｌ、Ｃｒターゲットに加える高周波電力をそれぞれ６００Ｗ、２１Ｗとし、スパッタガスの分圧はＡｒ：Ｎ2 を７：３とし、スパッタガスの全圧を１．５Ｐａとした。絶縁性部材は青板ガラスを用いた。膜厚は２００ｎｍであった。ＥＰＭＡによって測定されたＣｒ濃度は１．６ａｔｏｍ％、比抵抗は１×１０7 Ωｃｍであった。これを比較試料２とした。
【０１５８】
〔比較例３〕
絶縁体基板に青板ガラスを用い、スパッタ法により膜厚２００ｎｍの酸化クロム膜を形成した。比抵抗は２×１０6 Ωｃｍであった。これを比較試料３とした。
【０１５９】
〔比較例４〕
絶縁性部材として青板ガラス上に比較例１で述べたのと同じＣｒ−Ａｌ−Ｎを２００ｎｍ成膜し、さらに該Ｃｒ−Ａｌ−Ｎ膜上にＰｔを４０ｎｍ成膜した。これを比較試料４とする。
【０１６０】
以上本発明帯電防止膜を形成した試料Ａ〜Ｅ及び比較例の試料１、試料２、試料３及び比較試料４をそれぞれ、４２５℃熱処理、真空中、真空中２００℃熱処理後の抵抗値を測定した。比較試料３は抵抗値が大きく変動する。すなわち、比較例３で示した酸化クロムは比抵抗値が帯電防止膜として好ましい範囲にあるが、抵抗値の安定性が悪い。これに対し、本発明帯電防止膜は熱処理後も抵抗変化が小さいので、電子線ディスプレイのように使用環境が真空であったり、作製工程に高温熱処理、真空熱処理を含む用途に対して特に有効なものである。一方、比較試料１の抵抗値はプロセスを通して安定はしているものの絶対値にはバラツキが見られた。また、Ｐｔのトップコート層の膜厚を４０ｎｍにした比較試料４は比抵抗が１０5 Ωｃｍを示し、電子線ディスプレイのスペーサ帯電防止膜としては抵抗値が低すぎ、十分な高圧をかけることができない。さらに、成膜時の雰囲気の圧力を一貫して高く設定した比較試料２は照射する電子電流量が大きい場合に部分的な膜剥離が見られた。
【０１６１】
次に本発明を適用した表示装置の表示パネルの構成について、具体的な例を示して説明する。図１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。図中、１５はリアプレート、１６は支持枠、１７はフェースプレートであり、１５，１６，１７により表示パネルの内部は真空に維持されている。リアプレート１５には、基板１１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として表面伝導型放出素子１２が１９２０×４８０個形成されている。図１では個数は簡略化して表示してある。
【０１６２】
本実施例においては、気密容器のリアプレート１５にマルチ電子ビーム源の基板１１を固定する構成としたが、マルチ電子ビーム源の基板１１が十分な強度を有するものである場合は、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１１自体を用いてもよい。
【０１６３】
図４は前記図１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、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１３とＹ方向配線電極１４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１３とＹ方向配線電極１４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。
【０１６４】
図４のＤ−Ｄ′に沿った断面を、図５に示す。
【０１６５】
（平面型の表面伝導型放出素子）
本実施例に用いた平面型の表面伝導型放出素子の素子構成について図８を用いて説明する。図中、１１は基板、２と３は素子電極、４は導電性薄膜、５は通電フォーミング処理により形成した電子放出部、６は通電活性化処理により形成した薄膜である。
【０１６６】
基板１１は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ＳｉＯ2 等の絶縁層などを用いることができる。
【０１６７】
また、基板１１上に基板面と平行に対向して設けられた素子電極２と３は、導電性を有する材料によって形成されている。例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｇ等をはじめとする金属、あるいはこれらの金属の合金、あるいはＩｎ2 Ｏ3 −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、例えば真空蒸着などの成膜技術とフォトリソグラフィー、エッチングなどのパターニング技術を組み合わせて用いれば容易に形成できるが、それ以外の方法（例えば印刷技術）を用いて形成しても差し支えない。
【０１６８】
素子電極８１と８２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は通常数１０ｎｍから数１００μｍの範囲から適当な数値を選んで設計されるが、中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１０μｍの範囲から適当な数値が選ばれる。
【０１６９】
また、導電性薄膜４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）のことを指す。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、あるいは微粒子がたがいに重なり合った構造が観測される。
【０１７０】
微粒子膜に用いた微粒子の粒径は、１０分の数ｎｍから数１００ｎｍの範囲に含まれるものであるが、中でも好ましいのは１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２あるいは３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、１０分の数ｎｍから数１００ｎｍの範囲の中で設定するが、中でも好ましいのは１ｎｍから５０ｎｍの間である。
【０１７１】
また、微粒子膜を形成するのに用いられうる材料としては、例えば、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂなどをはじめとする金属や、ＰｄＯ、ＳｎＯ2 、Ｉｎ2 Ｏ3 、ＰｂＯ、Ｓｂ2 Ｏ3 などをはじめとする酸化物や、ＨｆＢ2 、ＺｒＢ2 、ＬａＢ6 、ＣｅＢ6 、ＹＢ4 、ＧｄＢ4 などをはじめとする硼化物や、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣなどをはじめとする炭化物や、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮなどをはじめとする窒化物や、Ｓｉ、Ｇｅなどをはじめとする半導体や、カーボンなどがあげられ、これらの中から適宜選択される。
【０１７２】
以上述べたように、導電性薄膜８４を微粒子膜で形成したが、その表面抵抗値については、１０3 から１０7 Ωの範囲に含まれるように設定した。なお、導電性薄膜４と素子電極２及び３とは電気的に良好に接続されるのが望ましいため、たがいの一部が重なり合うような構造をとっている。その重なりかたは、図８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構わない。
【０１７３】
また電子放出部５は、導電性薄膜４の一部に形成された亀裂上の部分であり、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４に対して、通電フォーミングの処理を行うことにより形成する。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４に対して、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５）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５が形成される前と比較すると、形成された後は素子電極２と３の間で計測される電気抵抗は大幅に増加する。薄膜６は、炭素もしくは炭素化合物よりなる薄膜で、電子放出部５及びその近傍を被覆している。薄膜６は通電フォーミング処理後に、通電活性化の処理を行うことにより形成した。薄膜６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、３０ｎｍ以下とするのが更に好ましい。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５に適宜の条件で通電を行って、その近傍に炭素もしくは炭素化合物を堆積せしめる処理のことである（図においては、炭素もしくは炭素化合物よりなる堆積物を部材６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。具体的には、１０-2Ｐａないし１０-3Ｐａ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６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。
【０１７４】
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。すなわち、基板１１には青板ガラスを用い、素子電極２と３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２０μｍとした。微粒子膜の主要材料としてＰｄもしくはＰｄＯを用い、微粒子膜の厚さは約１０ｎｍ、幅Ｗは１００μｍである。
【０１７５】
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１３、Ｙ方向配線電極１４、電極間絶縁層（不図示）及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１３及びＹ方向配線電極１４を介して、各素子に給電して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。
【０１７６】
（スペーサ）
長さ４０ｍｍ、幅２．８ｍｍ、厚み０．２ｍｍのリアプレートと同質のガラスを絶縁性部材として用いた。帯電防止膜として、実施例１に示したＣｒ−Ａｌ合金窒化膜を使用した。膜厚は２００ｎｍである。これに限らず本発明帯電防止膜を使用することが可能である。
【０１７７】
次に低抵抗膜２９として、フェースプレート、リアプレートとの接続部に接続部と平行に３０μｍの帯状に０．１μｍ厚みのＰｔ膜を形成した。
【０１７８】
スペーサはＸ方向配線上及びフェースプレート上のメタルバックと導電性フリットガラスを用いて接続されている。導電性フリットガラスはフリットガラスに、表面を金コーティングした導電性微粒子を混合したものを使用し、スペーサ表面の帯電防止膜とＸ方向配線あるいはフェースプレートと電気的に接続してある。
【０１７９】
以上の構造の表示装置のＸ方向配線とＹ方向配線を不図示の画像信号回路に接続し、テレビ画像を表示したところ、スペーサ近傍における発光位置ずれはわずかであり、実用上問題ないものであった。
【０１８０】
冷陰極型電子放出素子として上記平面型表面伝導型放出素子のほか、図１２にその断面模式図を示す垂直型の表面伝導型放出素子も使用可能である。この図において各部の番号は図８に対応するものである。表面伝導型放出素子以外の電界放出型電子放出素子も用いることができる。
【０１８１】
[本発明の他の実施形態]
本発明の電子線装置は、電子線を応用した装置であるので、以下のような形態を有するものであってもよい。
【０１８２】
１．前記電子線装置は、前記電極が前記電子源より放出された電子を加速する加速電極であり、入力信号に応じて前記冷陰極素子から放出された電子を前記ターゲットに照射して画像を形成する画像形成装置をなす。特に、前記ターゲットが蛍光体である画像表示装置をなす。
【０１８３】
２．前記冷陰極素子は、電子放出部を含む導電性膜を一対の電極間に有する冷陰極素子であり、特に好ましくは表面伝導型放出素子である。
【０１８４】
３．前記電子源は、複数の行方向配線と複数の列方向配線とでマトリクス配線された複数の冷陰極素子を有する単純マトリクス状配置の電子源をなす。
【０１８５】
４．前記電子源は、並列に配置した複数の冷陰極素子の個々を両端で接続した冷陰極素子の行を複数配し（行方向と呼ぶ）、この配線と直交する方向（列方向と呼ぶ）に沿って、冷陰極素子の上方に配した制御電極（グリッドとも呼ぶ）により、冷陰極素子からの電子を制御するはしご状配置の電子源をなす。
【０１８６】
５．また、本発明の思想によれば、表示用として好適な画像形成装置に限るものでなく、感光性ドラムと発光ダイオード等で構成された光プリンタの発光ダイオード等の代替の発光源として、上述の画像形成装置を用いることもできる。またこの際、上述のｍ本の行方向配線とｎ本の列方向配線を、適宜選択することで、ライン状発光源だけでなく、２次元状の発光源としても応用できる。この場合、画像形成部材としては、以下の実施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。
【０１８７】
また、本発明の技術的思想によれば、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取りうる。
【０１８８】
【発明の効果】
以上説明した本発明帯電防止膜によれば、この帯電防止膜は、成膜時の雰囲気の圧力を段階的に高くしながらかつ雰囲気中の遷移金属量を増加させて作製した帯電防止膜であり、表面ほど遷移金属とアルミの組成比が高くかつ比抵抗も１０6 Ωｃｍから１０8Ωｃｍ程度に制御可能であるので、耐高圧性も十分でありかつ安定性が高いものであり、帯電防止膜に電子が流入した場合の２次電子放出量を低下しかつ除電性を高めることができる。
【０１８９】
又、本発明表示装置は、この帯電防止膜をスペーサに応用しているので、各スペーサの帯電量を少なくすることができ、スペーサ部の放電をなくすことができる。そして、これに伴って、スペーサ近傍での電子ビーム軌道の乱れが抑止され、本来発光させる位置にある蛍光体に電子を当てることができ、画像コントラストの鮮明な画像表示が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である画像表示装置の、表示パネルの一部を切り欠いて示した斜視図。
【図２】本発明帯電防止膜の概略断面図。
【図３】本発明帯電防止膜における膜厚方向の遷移金属濃度変化の概略図。
【図４】実施例で用いたマルチ電子ビーム源の基板の平面図。
【図５】実施例で用いた平面型の表面伝導型放出素子の断面図。
【図６】表示パネルのフェースプレートの蛍光体配列を例示した平面図。
【図７】本発明表示装置のスペーサの断面図。
【図８】実施例で用いた平面型の表面伝導型放出素子の平面図（ａ）、断面図（ｂ）。
【図９】平面型の表面伝導型放出素子の製造工程を示す断面図。
【図１０】通電フォーミング処理の際の印加電圧波形。
【図１１】通電活性化処理の際の印加電圧波形（ａ）、放出電流Ｉｅの変化（ｂ）。
【図１２】垂直型の表面伝導型放出素子の断面図。
【図１３】垂直型の表面伝導型放出素子の製造工程を示す断面図。
【図１４】実施例で用いた表面伝導型放出素子の典型的な特性を示すグラフ。
【図１５】本発明の実施例である画像表示装置の駆動回路の概略構成を示すブロック図。
【図１６】従来知られた表面伝導型放出素子の一例。
【図１７】従来知られたＦＥ型素子の一例。
【図１８】従来知られたＭＩＭ型素子の一例。
【符号の説明】
１ 基板
２、３ 素子電極
４ 導電性薄膜
５ 電子放出部
６ 通電活性化処理により形成した薄膜
７ 絶縁層
１２ 冷陰極素子
１３ 行方向配線
１４ 列方向配線
１５ リアプレート
１６ 側壁
１７ フェースプレート
１８ 蛍光膜
１９ メタルバック
２０ スペーサ
２０ａ 絶縁性部材
２０ｂ 帯電防止膜
２３、２７ 電流計
２４ 活性化用電源
２５ アノード電極
２６ 直流高電圧電源
２８ 段差形成部材
【発明の属する技術分野】
本発明は帯電防止膜、及び帯電防止膜を応用した画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子放出素子として熱陰極素子と冷陰極素子の２種類が知られている。このうち冷陰極素子では、たとえば表面伝導型放出素子や、電界放出型素子（以下ＦＥ型と記す）や、金属／絶縁層／金属型放出素子（以下ＭＩＭ型と記す）などが知られている。
【０００３】
表面伝導型放出素子としては、たとえば、Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓ．，１０，１２９０，（１９６５）や、後述する他の例が知られている。
【０００４】
表面伝導型放出素子は、基板上に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことにより電子放出が生ずる現象を利用するものである。この表面伝導型放出素子としては、前記エリンソン等によるＳｎＯ2 薄膜を用いたものの他に、Ａｕ薄膜によるもの［G.Dittmer:“Thin Solid Films"，９，３１７（１９７２）］や、Ｉｎ2 Ｏ3 ／ＳｎＯ2 薄膜によるもの［M.Hartwell and C.G.Fonstad:“IEEE Trans.ED Conf."，５１９（１９７５）］や、カーボン薄膜によるもの［荒木久 他：真空、第２６巻、第１号、２２（１９８３）］等が報告されている。
【０００５】
これらの表面伝導型放出素子の素子構成の典型的な例として、図１６に前述のM.Hartwellらによる素子の平面図を示す。同図において、１は基板、４はスパッタで形成された金属酸化物よりなる導電性薄膜である。導電性薄膜４は図示のようにＨ字形の平面形状に形成されている。該導電性薄膜４に後述の通電フォーミングと呼ばれる通電処理を施すことにより、電子放出部５が形成される。図中の間隔Ｌは、０．５〜１［ｍｍ］、Ｗは、０．１［ｍｍ］で設定されている。尚、図示の便宜から、電子放出部５は導電性薄膜４の中央に矩形の形状で示したが、これは模式的なものであり、実際の電子放出部の位置や形状を忠実に表現しているわけではない。
【０００６】
M.Hartwellらによる素子をはじめとして上述の表面伝導型放出素子においては、電子放出を行う前に導電性薄膜４に通電フォーミングと呼ばれる通電処理を施すことにより電子放出部５を形成するのが一般的であった。すなわち、通電フォーミングとは、前記導電性薄膜４の両端に一定の直流電圧、もしくは、例えば１Ｖ／分程度の非常にゆっくりとしたレートで昇圧する直流電圧を印加して通電し、導電性薄膜４を局所的に破壊もしくは変形もしくは変質せしめ、電気的に高抵抗な状態の電子放出部５を形成することである。尚、局所的に破壊もしくは変形もしくは変質した導電性薄膜４の一部には、亀裂が発生する。前記通電フォーミング後に導電性薄膜４に適宜の電圧を印加した場合には、前記亀裂付近において電子放出が行われる。
【０００７】
また、ＦＥ型の例は、たとえば、W.P.Dyke&W.W.Dolan,“Field emission",Advance in Electron Physics,８，８９（１９５６）や、あるいは、C.A.Spindt,“Physical properties of thin-film field emission cathodes with molybdenium cones",J.Appl.Phys.，４７，５２４８（１９７６）などが知られている。
【０００８】
ＦＥ型の素子構成の典型的な例として、図１７に前述のＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔらによる素子の断面図を示す。同図において、４は基板で、５は導電材料よりなるエミッタ配線、６はエミッタコーン、７は絶縁層、８はゲート電極である。本素子は、エミッタコーン６とゲート電極８の間に適宜の電圧を印加することにより、エミッタコーン６の先端部より電界放出を起こさせるものである。
【０００９】
また、ＦＥ型の他の素子構成として、図１７のような積層構造ではなく、基板上に基板平面とほぼ平行にエミッタとゲート電極を配置した例もある。
【００１０】
また、ＭＩＭ型の例としては、たとえば、C.A.Mead,“Operation of tunnel-emission Devices,J.Appl.Phys.，３２，６４６（１９６１）などが知られている。ＭＩＭ型の素子構成の典型的な例を図１８に示す。同図は断面図であり、図において、９は基板で、１０は金属よりなる下電極、１１１は厚さ１００オングストローム程度の薄い絶縁層、１２は厚さ８０〜３００オングストローム程度の金属よりなる上電極である。ＭＩＭ型においては、上電極１２と下電極１０の間に適宜の電圧を印加することにより、上電極１２の表面より電子放出を起こさせるものである。
【００１１】
上述の冷陰極素子は、熱陰極素子と比較して低温で電子放出を得ることができるため、加熱用ヒーターを必要としない。したがって、熱陰極素子よりも構造が単純であり、微細な素子を作製可能である。また、基板上に多数の素子を高い密度で配置しても、基板の熱溶融などの問題が発生しにくい。また、熱陰極素子がヒーターの加熱により動作するため応答速度が遅いのとは異なり、冷陰極素子の場合には応答速度が速いという利点もある。
【００１２】
このため、冷陰極素子を応用するための研究が盛んに行われてきている。
【００１３】
たとえば、表面伝導型放出素子は、冷陰極素子のなかでも特に構造が単純で製造も容易であることから、大面積にわたり多数の素子を形成できる利点がある。そこで、たとえば本出願人による特開昭６４−３１３３２号公報において開示されるように、多数の素子を配列して駆動するための方法が研究されている。また、表面伝導型放出素子の応用については、たとえば、画像表示装置、画像記録装置などの画像形成装置や、荷電ビーム源等が研究されている。
【００１４】
特に、画像表示装置への応用としては、たとえば本出願人によるＵＳＰ５，０６６，８８３や特開平２−２５７５５１号公報や特開平４−２８１３７号公報において開示されているように、表面伝導型放出素子と電子ビームの照射により発光する蛍光体とを組み合わせて用いた画像表示装置が研究されている。表面伝導型放出素子と蛍光体とを組み合わせて用いた画像表示装置は、従来の他の方式の画像表示装置よりも優れた特性が期待されている。たとえば、近年普及してきた液晶表示装置と比較しても、自発光型であるためバックライトを必要としない点や、視野角が広い点が優れていると言える。
【００１５】
また、ＦＥ型を多数個ならべて駆動する方法は、たとえば本出願人によるＵＳＰ４，９０４，８９５に開示されている。また、ＦＥ型を画像表示装置に応用した例として、たとえば、R.Meyerらにより報告された平板型表示装置が知られている［R.Meyer:“Recent Development on Micro-tips Display at LETI",Tech.Digest of 4th Int.Vacuum Microelectronics Conf.,Nagahama，ｐｐ．６〜９（１９９１）］。
【００１６】
また、ＭＩＭ型を多数個並べて画像表示装置に応用した例は、たとえば本出願人による特開平３−５５７３８号公報に開示されている。
【００１７】
上記のような電子放出素子を用いた画像形成装置のうちで、奥行きの薄い平面型表示装置は省スペースかつ軽量であることから、ブラウン管型の表示装置に置き換わるものとして注目されている。
【００１８】
図１は平面型の画像表示装置をなす表示パネル部の一例を示す斜視図であり、内部構造を示すためにパネルの一部を切り欠いて示している。
【００１９】
図中、１５はリアプレート、１６は側壁、１７はフェースプレートであり、リアプレート１５、側壁１６及びフェースプレート１７により、表示パネルの内部を真空に維持するための外囲器（気密容器）を形成している。
【００２０】
リアプレート１５には基板１１が固定されているが、この基板１１上には冷陰極素子１２がＮ×Ｍ個形成されている（Ｎ、Ｍは２以上の正の整数であり、目的とする表示画素数に応じて適宜設定される。）。また、前記Ｎ×Ｍ個の冷陰極素子１２は、従来図５に示すとおり、Ｍ本の行方向配線１３とＮ本の列方向配線１４により配線されている。これら基板１１、冷陰極素子１２、行方向配線１３及び列方向配線１４によって構成される部分をマルチ電子ビーム源と呼ぶ。また、行方向配線１３と列方向配線１４の少なくとも交差する部分には、両配線間に絶縁層（不図示）が形成されており、電気的な絶縁が保たれている。
【００２１】
フェースプレート１７の下面には、蛍光体からなる蛍光膜１８が形成されており、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の蛍光体（不図示）が塗り分けられている。また、蛍光膜１８をなす上記各色蛍光体の間には黒色体（不図示）が設けてあり、さらに蛍光膜１８のリアプレート１５側の面には、Ａｌ等からなるメタルバック１９が形成されている。
【００２２】
Ｄｘ１〜Ｄｘｍ及びＤｙ１〜Ｄｙｎ及びＨｖは、当該表示パネルと不図示の電気回路とを電気的に接続するために設けた気密構造の電気接続用端子である。Ｄｘ１〜Ｄｘｍはマルチ電子ビーム源の行方向配線１３と、Ｄｙ１〜Ｄｙｎはマルチ電子ビーム源の列方向配線１４と、Ｈｖはメタルバック１９と各々電気的に接続している。
【００２３】
また、上記気密容器の内部は１０-3Ｐａ程度の真空に保持されており、画像表示装置の表示面積が大きくなるにしたがい、気密容器内部と外部の気圧差によるリアプレート１５及びフェースプレート１７の変形あるいは破壊を防止する手段が必要となる。リアプレート１５及びフェースプレート１７を厚くすることによる方法は、画像表示装置の重量を増加させるのみならず、斜め方向から見たときに画像のゆがみや視差を生ずる。これに対し、図１においては、比較的薄いガラス板からなり大気圧を支えるための構造支持体（スペーサあるいはリブと呼ばれる）２０が設けられている。このようにして、マルチビーム電子源が形成された基板１５と蛍光膜１８が形成されたフェースプレート１７間は通常サブミリないし数ミリに保たれ、前述したように気密容器内部は高真空に保持されている。
【００２４】
以上説明した表示パネルを用いた画像表示装置は、容器外端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ、Ｄｙ１ないしＤｙｎを通じて各冷陰極素子１２に電圧を印加すると、各冷陰極素子１２から電子が放出される。それと同時にメタルバック１９に容器外端子Ｈｖを通じて数１００［Ｖ］ないし数［ｋＶ］の高圧を印加して、上記放出された電子を加速し、フェースプレート１７の内面に衝突させる。これにより、蛍光膜１８をなす各色の蛍光体が励起されて発光し、画像が表示される。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の画像表示装置の表示パネルにおいては、以下のような問題点があった。
【００２６】
第１に、スペーサ２０の近傍から放出された電子の一部がスペーサ２０に当たることにより、あるいは放出電子の作用でイオン化したイオンがスペーサに付着することにより、スペーサ帯電をひきおこす可能性がある。このスペーサの帯電により冷陰極素子１２から放出された電子はその軌道を曲げられ、蛍光体上の正規な位置とは異なる場所に到達し、スペーサ近傍の画像がゆがんで表示される。
【００２７】
第２に、冷陰極素子１２からの放出電子を加速するためにマルチビーム電子源とフェースプレート１７との間には数１００Ｖ以上の高電圧（即ち１ｋＶ／ｍｍ以上の高電界）が印加されるため、スペーサ２０表面での沿面放電が懸念される。特に、上記のようにスペーサが帯電している場合は、放電が誘発される可能性がある。
【００２８】
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。
【００２９】
スペーサ帯電防止膜の帯電特性は表面から１００Å程度までの深さの二次電子放出効率、及び表面形状により大きく影響される。しかし１００Å程度までの厚さの膜は成膜の再現性や安定性が問題になるために実際の膜厚は５００Å〜２０００Å程度に設定する必要がある。貴金属や一部の窒化物等は非常に二次電子放出係数が小さく帯電防止膜に適しているが、上記に述べた好ましい膜厚ではスペーサの帯電防止膜として適正な抵抗値に設定することが非常に困難である。
【００３０】
また、島状膜は形状的には二次電子放出による帯電防止に有効だと考えられるが、同様な理由でスペーサの帯電防止膜としては問題がある。
【００３１】
そこで、本発明は上記従来スペーサの欠点を克服するものであり、極端に膜厚を薄くする必要がなく、膜厚制御が容易で、かつ安定性が高いスペーサ用帯電防止膜及びそれを用いた画像表示装置を提供するものである。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明に係る帯電防止膜は、Ａｌ、Ｂ、Ｓｉから選ばれた少なくとも一つの元素と、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａからなる一群の遷移金属から選ばれた少なくとも一つの元素とからなる合金窒化膜であって、前記遷移金属の濃度が表面ほど高くなる濃度勾配を有している。
【００３３】
又、本発明に係る表示装置は、冷陰極型電子放出素子を配列した素子列を少なくとも一列以上有する電子源を駆動するための電子源駆動用配線を形成した基板と、発光材料を形成した透明基板とをスペーサを介して対抗させてなる表示装置であって、前記スペーサは、Ａｌ、Ｂ、Ｓｉから選ばれた少なくとも一つの元素と、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａからなる一群の遷移金属から選ばれた少なくとも一つの元素とからなる窒化膜で被覆された絶縁性部材を有し、該窒化膜は該遷移金属の濃度が該絶縁性部材表面ほど低くなる濃度勾配を有している。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る帯電防止膜は、はＡｌ、Ｂ、Ｓｉから選ばれる少なくとも一種と遷移金属としてＴｉ、Ｔａ、Ｃｒから選ばれる少なくとも一種を組み合わせた合金窒化膜において、該表面ほど遷移金属濃度が高くなる濃度勾配を膜厚方向に持つことを特徴とする帯電防止膜である。該合金窒化膜は成膜時の雰囲気の圧力を段階的に変え、かつ同時に雰囲気中の遷移金属の量を段階的に変えることにより膜厚方向に遷移金属の濃度勾配を形成することを特徴とする帯電防止膜である。該合金窒化膜は比抵抗が０．１〜１０8 Ωｃｍで膜厚が１０ｎｍ〜１μｍの帯電防止膜である。図２は本発明帯電防止膜の断面模式図であり、２０ａは帯電防止が施される絶縁性部材、２０ｂは絶縁性部材２０ａの表面に形成した帯電防止膜である。図３は本発明の帯電防止膜の構成を示すものであり、帯電防止膜２０ｂにおける遷移金属の濃度は絶縁性部材２０ａから帯電防止膜２０ｂの表面まで段階的に変化する構成である。
【００３５】
また、本発明に係る表示装置は、上記帯電防止膜をスペーサに用いた平面型の表示装置（電子線装置）であり、図１にその構造概略を示すように（詳細は後述）、複数の冷陰極素子１２を形成した基板１５と発光材料である蛍光膜１８を形成した透明なフェースプレート１７とをスペーサ２０を介して対向させた構造を有する表示装置であり、スペーサ２０が絶縁部材の表面に比抵抗が０．１〜１０8 Ωｃｍで遷移金属の濃度勾配を有する合金窒素化合物膜により被覆されていることを特徴とする表示装置である。
【００３６】
本発明表示装置において、上記スペーサ２０の一方の辺は冷陰極素子を形成した基板１１上の配線に電気的に接続されている。また、その対向する辺は冷陰極素子より放出した電子を高いエネルギで発光材料（蛍光膜１８）に衝突させるための加速電極（メタルバック１９）に電気的接続される。すなわち、スペーサの表面に形成された帯電防止膜にはほぼ加速電圧を帯電防止膜の抵抗値で除した電流が流される。
【００３７】
そこで、スペーサの抵抗値Ｒｓは帯電防止及び消費電力からその望ましい範囲に設定される。帯電防止の観点から表面抵抗Ｒ□は１０12Ω以下であることが好ましい。十分な帯電防止効果を得るためには１０11Ω以下がさらに好ましい。表面抵抗の下限はスペーサ形状とスペーサ間に印加される電圧により左右されるが、１０5 Ω以上であることが好ましい。絶縁材料上に形成された帯電防止膜の厚みｔは１０ｎｍ〜１μｍの範囲が望ましい。材料の表面エネルギー及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以下の薄膜は島状に形成され、抵抗が不安定で再現性に乏しい。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の危険性が高まり、かつ成膜時間が長くなるため生産性が悪い。従って、膜厚は５０〜５００ｎｍであることが望ましい。
【００３８】
表面抵抗Ｒ□はρ／ｔであり、以上に述べたＲ□とｔの好ましい範囲から、帯電防止膜の比抵抗ρは０．１〜１０8 Ωｃｍが好ましい。さらに表面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１０2 〜１０6 Ωｃｍとするのが良い。
【００３９】
スペーサは上述したようにその上に形成した帯電防止膜を電流が流れることにより、あるいはディスプレイ全体が動作中に発熱することによりその温度が上昇する。帯電防止膜の抵抗温度係数が大きな負の値であると温度が上昇した時に抵抗値が減少し、スペーサに流れる電流が増加し、さらに温度上昇をもたらす。そして電流は電源の限界を越えるまで増加しつづける。このような電流の暴走が発生する抵抗温度係数の値は経験的に負の値で絶対値が１％以上である。すなわち、帯電防止膜の抵抗温度係数は−１％未満であることが望ましい。
【００４０】
帯電防止膜特性を有する材料として、金属窒化物、金属酸化物が優れている。金属酸化物の中ではクロム、ニッケル、銅の酸化物が好ましい材料である。その理由はこれらの酸化物は二次電子放出効率が比較的小さく、電子放出素子から放出された電子がスペーサに当たった場合においても帯電しにくいためと考えられる。これら以外にも金属は二次電子放出効率が小さく好ましい。特にＰｔ、Ａｕ等貴金属は酸化しにくく、組立工程中に酸化しないという利点を持つ。
【００４１】
しかしながら、上記金属酸化物、あるいは金属はその抵抗値が帯電防止膜として望ましい比抵抗の範囲に調整することが難しかったり、雰囲気により抵抗が変化しやすいため、これらの材料のみで帯電防止膜を構成すると抵抗の制御性に問題がある。
【００４２】
二種以上の元素を組み合わせた合金の窒化物はその元素の選択、組成を調整することにより、良伝導体から絶縁体まで広い範囲に抵抗値を制御できる。さらには後述する表示装置作製の工程において抵抗値の変化が少なく安定な材料である。かつ、その抵抗温度係数が−１％未満であり、実用的に使いやすい材料である。元素の組み合わせとしてはＴｉ、Ｃｒ、Ｔａなどの低抵抗の窒化物を作る遷移金属の中から何種かと、Ａｌ、Ｂ、Ｓｉなどの高抵抗の窒化物を作る元素の中から何種かを選び出して組み合わせることが行われる。
【００４３】
これらの元素の混合比率を変えることにより抵抗値の調節を行うことが可能である。元素によって比率は異なるが、帯電防止膜として好ましい抵抗値を得るための比率はＴｉ、Ｃｒ、Ｔａが１ａｔ．％以上である。更にスペーサに用いた場合において好ましい組成範囲は１から２０ａｔ．％である。
【００４４】
本発明帯電防止膜は図２に示すように前述の合金窒化膜２０ａの膜厚方向に遷移金属の濃度分布を有する構成としているが、その理由を以下に述べる。
【００４５】
合金窒化膜はスパッタ、窒素ガス雰囲気中での反応性スパッタ、電子ビーム蒸着、イオンプレーティング、イオンアシスト蒸着法等の薄膜形成手段により絶縁性部材上に形成される。窒素ガス雰囲気中での反応性スパッタ、イオンプレーティング、イオンアシスト蒸着法等の手段により形成する場合には、成膜時の圧力を高めに設定する下で遷移金属のターゲットの投入電力を高くするなどで雰囲気中の遷移金属量を増加させることにより比抵抗を所望の値に維持したまま遷移金属の濃度が高い膜を作製できる。しかしこの場合、膜厚を厚く形成すると電子電流を多く流入させた場合に部分的な膜はがれを発生することがあるため、あらかじめ低圧下で遷移金属濃度の低い膜を作製し、表面近傍において成膜時の圧力と遷移金属濃度を高める方法が望ましい。
【００４６】
本発明帯電防止膜を平面型の表示装置のスペーサ帯電防止に対して説明したが、これに限らず他の用途における帯電防止膜として使用できることができる。
【００４７】
次に、本発明を適用した画像表示装置の表示パネルの構成と製造法について、具体的な例を示して説明する。
【００４８】
図１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。
【００４９】
図中、１５はリアプレート、１６は側壁、１７はフェースプレートであり、１５，１６，１７により表示パネルの内部を真空に維持するための気密容器を形成している。気密容器を組み立てるにあたっては、各部材の接合部に十分な強度と気密性を保持させるため封着する必要があるが、たとえばフリットガラスを接合部に塗布し、大気中ありは窒素雰囲気中で、４００〜５００℃で１０分以上焼成することにより封着を達成した。気密容器内部を真空に排気する方法については後述する。また、上記気密容器の内部は１０-3［Ｐａ］程度の真空に保持されるので、大気圧や不意の衝撃などによる気密容器の破壊を防止する目的で、耐大気圧構造体として、スペーサ２０が設けられている。
【００５０】
リアプレート１５には、基板１１が固定されているが、該基板上には冷陰極素子１２がｎ×ｍ個形成されている（ｎ、ｍは２以上の正の整数であり、目的とする表示画素数に応じて適宜設定される。たとえば、高品位テレビジョンの表示を目的とした表示装置においては、ｎ＝３０００、ｍ＝１０００以上の数を設定することが望ましい。）。前記Ｎ×Ｍ個の冷陰極素子は、ｍ本の行方向配線１３とｎ本の列方向配線１４により単純マトリクス配線されている。前記、１１，１２，１３，１４によって構成される部分をマルチ電子ビーム源と呼ぶ。
【００５１】
本発明の画像表示装置に用いるマルチ電子ビーム源は、冷陰極素子を単純マトリクス配線した電子源であれば、冷陰極素子の材料や形状あるいは製法に制限はない。したがって、たとえば表面伝導型放出素子やＦＥ型、あるいはＭＩＭ型などの冷陰極素子を用いることができる。
【００５２】
次に、冷陰極素子として表面伝導型放出素子（後述）を基板上に配列して単純マトリクス配線したマルチ電子ビーム源の構造について述べる。
【００５３】
図４に示すのは、図１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１１上には、後述の図５で示すものと同様な表面伝導型放出素子が配列され、これらの素子は行方向配線電極１３と列方向配線電極１４により単純マトリクス状に配線されている。行方向配線電極１３と列方向配線電極１４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。
【００５４】
図４のＤ−Ｄ′に沿った断面を図５に示す。
【００５５】
なお、このような構造のマルチ電子源は、あらかじめ基板上に行方向配線電極１１０３、列方向配線電極１１０４、電極間絶縁層（不図示）、及び表面伝導型放出素子の素子電極と導電性薄膜を形成した後、行方向配線電極１１０３及び列方向配線電極１１０４を介して各素子に給電して通電フォーミング処理（後述）と通電活性化処理（後述）を行うことにより製造した。
【００５６】
本実施例においては、気密容器のリアプレート１５にマルチ電子ビーム源の基板１１を固定する構成としたが、マルチ電子ビーム源の基板１１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１１自体を用いてもよい。
【００５７】
また、フェースプレート１７の下面には、蛍光膜１８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１８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６の（Ａ）に示すようにストライプ状に塗り分けられ、蛍光体のストライプの間には黒色の導電体２１ｂが設けてある。黒色の導電体２１ｂを設ける目的は、電子ビームの照射位置に多少のずれがあっても表示色にずれが生じないようにすることや、外光の反射を防止して表示コントラストの低下を防ぐこと、電子ビームによる蛍光膜のチャージアップを防止することなどである。黒色の導電体２１ｂ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。
【００５８】
また、３原色の蛍光体の塗り分け方は前記図６（Ａ）に示したストライプ状の配列に限られるものではなく、たとえば図６（Ｂ）に示すようなデルタ状配列や、それ以外の配列であってもよい。
【００５９】
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１８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。
【００６０】
また、蛍光膜１８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１９を設けてある。メタルバック１９を設けた目的は、蛍光膜１８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１８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１８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１９は、蛍光膜１８をフェースプレート基板１７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１８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１９は用いない。
【００６１】
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の導電性向上を目的として、フェースプレート基板１７と蛍光膜１８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。
【００６２】
図７は図１のＡ−Ａ′の断面模式図であり、各部の番号は図１に対応している。スペーサ２０は絶縁性部材２０ａの表面に帯電防止を目的とした高抵抗膜２０ｂを成膜し、かつフェースプレート１７の内側（メタルバック１９等）及び基板１１の表面（行方向配線１３または列方向配線１４）に面したスペーサの当接面に低抵抗膜２９を成膜した部材からなるもので、上記目的を達成するのに必要な数だけ、かつ必要な間隔をおいて配置され、フェースプレートの内側及び基板１１の表面に接合材４０により固定される。また、高抵抗膜２０ｂは、絶縁性部材２０ａの表面のうち、少なくとも気密容器内の真空中に露出している面に成膜されており、スペーサ２０上の低抵抗膜２９及び接合材４０を介して、フェースプレート１７の内側（メタルバック１９等）及び基板１１の表面（行方向配線１３または列方向配線１４）に電気的に接続される。ここで説明される態様においては、スペーサ２０の形状は薄板状とし、行方向配線１３に平行に配置され、行方向配線１４に電気的に接続されている。
【００６３】
スペーサ２０としては、基板１１上の行方向配線１３及び列方向配線１４とフェースプレート１７内面のメタルバック１９との間に印加される高電圧に耐えるだけの絶縁性を有し、かつスペーサ２０の表面への帯電を防止する程度の導電性を有する必要がある。この点に関しては、既に述べた通りである。
【００６４】
スペーサ２０の絶縁性部材２０ａとしては、例えば石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少したガラス、ソーダライムガラス、アルミナ等のセラミックス部材等が挙げられる。なお、絶縁性部材２０ａはその熱膨張率が気密容器及び基板１１を成す部材と近いものが好ましい。
【００６５】
また、高抵抗膜２０ｂとしては、既に述べたように帯電防止効果の維持及びリーク電流による消費電力抑制を考慮して、その表面抵抗値が１０5 ［Ω／□］から１０2 ［Ω／□］の範囲のものであることが好ましく、その材料としては、前述の各種の材料が用いられる。
【００６６】
また、低抵抗膜２９は、高抵抗膜２０ｂに比べ十分に低い抵抗値を選択すればよく、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属、あるいは合金、及びＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ2 、Ｐｄ−Ａｇ等の金属や金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体、あるいはＩｎ2 Ｏ3 −ＳｎＯ2 等の透明導体及びポリシリコン等の半導体材料等より適宜選択される。
【００６７】
接合材４０はスペーサ２０が行方向配線１３及びメタルバック１９と電気的に接続するように、導電性をもたせる必要がある。すなわち、導電性接着材や金属粒子や導電性フィラーを添加したフリットガラスが好適である。
【００６８】
また、Ｄｘ１〜Ｄｘｍ及びＤｙ１〜Ｄｙｎ及びＨｖは、当該表示パネルと不図示の電気回路とを電気的に接続するために設けた気密構造の電気接続用端子である。Ｄｘ１〜Ｄｘｍはマルチ電子ビーム源の行方向配線１３と、Ｄｙ１〜Ｄｙｎはマルチ電子ビーム源の列方向配線１４と、Ｈｖはフェースプレートのメタルバック１９と電気的に接続している。
【００６９】
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］程度の真空度まで排気する。その後、排気管を封止するが、気密容器内の真空度を維持するために、封止の直前あるいは封止後に気密容器内の所定の位置にゲッター膜（不図示）を形成する。ゲッター膜とは、たとえばＢａを主成分とするゲッター材料をヒーターもしくは高周波加熱により加熱し蒸着して形成した膜であり、該ゲッター膜の吸着作用により気密容器内は１×１０-3ないしは１×１０-5［Ｐａ］の真空度に維持される。
【００７０】
以上説明した表示パネルを用いた画像表示装置は、容器外端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ、Ｄｙ１ないしＤｙｎを通じて各冷陰極素子１２に電圧を印加すると、各冷陰極素子１２から電子が放出される。それと同時にメタルバック１９に容器外端子Ｈｖを通じて数１００［Ｖ］ないし数［ｋＶ］の高圧を印加して、上記放出された電子を加速し、フェースプレート１７の内面に衝突させる。これにより、蛍光膜１８をなす各色の蛍光体が励起されて発光し、画像が表示される。
【００７１】
通常、冷陰極素子である本発明の表面伝導型放出素子１２への印加電圧は１２〜１６［Ｖ］程度、メタルバック１９と冷陰極素子１２との距離ｄは０．１［ｍｍ］から８［ｍｍ］程度、メタルバック１９と冷陰極素子１２間の電圧０．１［ｋＶ］から１０［Ｋｖ］程度である。
【００７２】
以上、本発明の実施例の表示パネルの基本構成と製法、及び画像表示装置の概要を説明した。
【００７３】
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ＭＩＭ型などの冷陰極素子を用いることができる。
【００７４】
ただし、表示画面が大きくてしかも安価な表示装置が求められる状況のもとでは、これらの冷陰極素子の中でも、表面伝導型放出素子が特に好ましい。すなわち、ＦＥ型ではエミッタコーンとゲート電極の相対位置や形状が電子放出特性を大きく左右するため、極めて高精度の製造技術を必要とするが、これは大面積化や製造コストの低減を達成するには不利な要因となる。また、ＭＩＭ型では、絶縁層と上電極の膜厚を薄くてしかも均一にする必要があるが、これも大面積化や製造コストの低減を達成するには不利な要因となる。その点、表面伝導型放出素子は、比較的構造方法が単純なため、大面積化や製造コストの低減が容易である。また、発明者らは、表面伝導型放出素子の中でも、電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形成したものがとりわけ電子放出特性に優れ、しかも製造が容易に行えることを見いだしている。したがって、高輝度で大画面の画像表示装置のマルチ電子ビーム源に用いるには、最も好適であると言える。そこで、上記実施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及び特性を説明し、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。
【００７５】
（表面伝導型放出素子の好適な素子構成と製法）
電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形成する表面伝導型放出素子の代表的な構成には、平面型と垂直型の２種類があげられる。
【００７６】
（平面型の表面伝導型放出素子）
まず最初に、平面型の表面伝導型放出素子の素子構成と製法について説明する。図８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）及び断面図（ｂ）である。図中、１１は基板、２と３は素子電極、４は導電性薄膜、５は通電フォーミング処理により形成した電子放出部、６は通電活性化処理により形成した薄膜である。
【００７７】
基板１１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。
【００７８】
また、基板１１上に基板面と平行に対向して設けられた素子電極２と３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、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｇ等をはじめとする金属、あるいはこれらの金属の合金、あるいはＩｎ2 Ｏ3 −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。
【００７９】
素子電極２と３の形状は、当該電子放出素子の応用目的に合わせて適宜設計される。一般的には、電極間隔Ｌは通常は数１０ｎｍから数１００μｍの範囲から適当な数値を選んで設計されるが、なかでも表示装置に応用するために好ましいのは数μｍより数１０μｍの範囲である。また、素子電極の厚さｄについては、通常は数１０ｎｍから数μｍの範囲から適当な数値が選ばれる。
【００８０】
また、導電性薄膜４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。
【００８１】
微粒子膜に用いた微粒子の粒径は、１０分の数ｎｍから数１００ｎｍの範囲に含まれるものであるが、なかでも好ましいのは数ｎｍ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２あるいは３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、１０分の数ｎｍから数１００ｎｍの範囲の中で設定するが、中でも好ましいのは１ｎｍから５０ｎｍの間である。
【００８２】
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、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂなどをはじめとする金属や、ＰｄＯ、ＳｎＯ2 、Ｉｎ2 Ｏ3 、ＰｂＯ、Ｓｂ2 Ｏ3 などをはじめとする酸化物や、ＨｆＢ2 、ＺｒＢ2 、ＬａＢ6 、ＣｅＢ6 、ＹＢ4 、ＧｄＢ4 などをはじめとする硼化物や、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣなどをはじめとする炭化物や、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮなどをはじめとする窒化物や、Ｓｉ、Ｇｅなどをはじめとする半導体や、カーボンなどが挙げられ、これらの中から適宜選択される。
【００８３】
以上述べたように、導電性薄膜４を微粒子膜で形成したが、そのシート抵抗値Ｒｓについては、１０3 から１０7 ［オーム／□］の範囲に含まれるように設定した。
【００８４】
なお、導電性薄膜４と素子電極２及び３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７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。
【００８５】
また、電子放出部５は、導電性薄膜４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４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、１０分の数ｎｍから数１０ｎｍの粒径の微粒子を配置する場合がある。なお、実際の電子放出部の位置や形状を精密かつ正確に図示するのは困難なため、図８においては模式的に示した。
【００８６】
また、薄膜６は、炭素もしくは炭素化合物よりなる薄膜で、電子放出部５及びその近傍を被覆している。薄膜６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。
【００８７】
薄膜６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５０［ｎｍ］以下とするが、３０［ｎｍ］以下とするのがさらに好ましい。なお、実際の薄膜６の位置や形状を精密に図示するのは困難なため、図８においては模式的に示した。
【００８８】
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。
【００８９】
すなわち、基板１１には青板ガラスを用い、素子電極２と３にはＮｉ薄膜を用いた。素子電極の厚さｄは１００［ｎｍ］、電極間隔Ｌは２［μｍ］とした。
【００９０】
微粒子膜の主要材料としてＰｄもしくはＰｄＯを用い、微粒子膜の厚さは約１０［ｎｍ］、幅Ｗは１０［ｎｍ］とした。
【００９１】
次に、好適な平面型の表面伝導型放出素子の製造方法について説明する。図９の（ａ）〜（ｅ）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８と同一である。
【００９２】
１）まず、図９（ａ）に示すように、基板１１上に素子電極２及び３を形成する。
【００９３】
形成するにあたっては、あらかじめ基板１１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（２と３）を形成する。
【００９４】
２）次に、同図（ｂ）に示すように、導電性薄膜４を形成する。
【００９５】
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。）。
【００９６】
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。
【００９７】
３）次に、同図（ｃ）に示すように、フォーミング用電源２２から素子電極２と３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５を形成する。
【００９８】
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４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５）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５が形成される前と比較すると、形成された後は素子電極２と３の間で計測される電気抵抗は大幅に増加する。
【００９９】
通電方法をより詳しく説明するために、図１０に、フォーミング用電源２２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５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２３で計測した。
【０１００】
実施例においては、たとえば１０-3［Ｐａ］程度の真空雰囲気下において、たとえばパルス幅Ｔ１を１［ｍｓｅｃ］、パルス間隔Ｔ２を１０［ｍｓｅｃ］とし、波高値Ｖｐｆを１パルスごとに０．１［Ｖ］ずつ昇圧した。そして、三角波を５パルス印加するたびに１回の割りで、モニターパルスＰｍを挿入した。フォーミング処理に悪影響を及ぼすことがないように、モニターパルスの電圧Ｖｐｍは０．１［Ｖ］に設定した。そして、素子電極２と３の間の電気抵抗が１×１０6［Ω］になった段階、すなわちモニターパルス印加時に電流計２３で計測される電流が１×１０-7［Ａ］以下になった段階で、フォーミング処理にかかわる通電を終了した。
【０１０１】
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。
【０１０２】
４）次に、図８の（ｄ）に示すように、活性化用電源２４から素子電極２と３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。
【０１０３】
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５に適宜の条件で通電を行って、その近傍に炭素もしくは炭素化合物を堆積せしめる処理のことである（図においては、炭素もしくは炭素化合物よりなる堆積物を部材５′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。
【０１０４】
具体的には、１０-2ないし１０-3［Ｐａ］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５′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５０［ｎｍ］以下、より好ましくは３０［ｎｍ］以下である。
【０１０５】
通電方法をより詳しく説明するために、図１１（ａ）に、活性化用電源２４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１４［Ｖ］、パルス幅Ｔ３は１［ｍｓｅｃ］、パルス間隔Ｔ４は１０［ｍｓｅｃ］とした。なお、上述の通電条件は、本実施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。
【０１０６】
図９の（ｄ）に示す２５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２６及び電流計２７が接続されている（なお、基板１１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２５として用いる。）。活性化用電源２４から電圧を印加する間、電流計２７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２４の動作を制御する。電流計２７で計測された放出電流Ｉｅの一例を図１１（ｂ）に示すが、活性化用電源２４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２４からの電圧印加を停止し、通電活性化処理を終了する。
【０１０７】
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。
【０１０８】
以上のようにして、図９（ｅ）に示す平面型の表面伝導型放出素子を製造した。
【０１０９】
（垂直型の表面伝導型放出素子）
次に、電子放出部もしくはその周辺を微粒子膜から形成した表面伝導型放出素子のもうひとつの代表的な構成、すなわち垂直型の表面伝導型放出素子の構成について説明する。
【０１１０】
図１２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１１は基板、２と３は素子電極、２８は段差形成部材、４は微粒子膜を用いた導電性薄膜、５は通電フォーミング処理により形成した電子放出部、６は通電活性化処理により形成した薄膜である。
【０１１１】
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（３）が段差形成部材２８上に設けられており、導電性薄膜４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８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１１、素子電極３及び４、微粒子膜を用いた導電性薄膜５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。
【０１１２】
次に、垂直型の表面伝導型放出素子の製法について説明する。図１３の（ａ）〜（ｆ）は、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１１と同一である。
【０１１３】
１）まず、図１３（ａ）に示すように、基板１１上に素子電極４４を形成する。
【０１１４】
２）次に、同図（ｂ）に示すように、段差形成部材を形成するための絶縁層を積層する。絶縁層は、たとえばＳｉＯ2 をスパッタ法で積層すればよいが、たとえば真空蒸着法や印刷法などの他の成膜方法を用いてもよい。
【０１１５】
３）次に、同図（ｃ）に示すように、絶縁層の上に素子電極３を形成する。
【０１１６】
４）次に、同図（ｄ）に示すように、絶縁層の一部を、たとえばエッチング法を用いて除去し、素子電極４を露出させる。
【０１１７】
５）次に、同図（ｅ）に示すように、微粒子膜を用いた導電性薄膜５を形成する。形成するには、前記平面型の場合と同じく、たとえば塗布法などの成膜技術を用いればよい。
【０１１８】
６）次に、前記平面型の場合と同じく、通電フォーミング処理を行い、電子放出部を形成する（図９（ｃ）を用いて説明した平面型の通電フォーミング処理と同様の処理を行えばよい。）。
【０１１９】
７）次に、前記平面型の場合と同じく、通電活性化処理を行い、電子放出部近傍に炭素もしくは炭素化合物を堆積させる（図９（ｄ）を用いて説明した平面型の通電活性化処理と同様の処理を行えばよい。）。
【０１２０】
以上のようにして、図１３（ｆ）に示す垂直型の表面伝導型放出素子を製造した。
【０１２１】
（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。
【０１２２】
図１４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、及び（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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
第二に、放出電流Ｉｅは素子に印加する電圧Ｖｆに依存して変化するため、電圧Ｖｆで放出電流Ｉｅの大きさを制御できる。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
また、第二の特性かまたは第三の特性を利用することにより、発光輝度を制御することができるため、階調表示を行うことが可能である。
【０１３０】
（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。
【０１３１】
図４に示すのは、前記図１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８で示したものと同様な表面伝導型放出素子が配列され、これらの素子は行方向配線電極１３と列方向配線電極１４により単純マトリクス状に配線されている。行方向配線電極１３と列方向配線電極１４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。
【０１３２】
図４のＤ−Ｄ′に沿った断面を、図５に示す。
【０１３３】
なお、このような構造のマルチ電子源は、あらかじめ基板上に行方向配線電極１３、列方向配線電極１４、電極間絶縁層（不図示）、及び表面伝導型放出素子の素子電極と導電性薄膜を形成した後、行方向配線電極１３及び列方向配線電極１４を介して各素子に給電して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。
【０１３４】
図１５は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づいてテレビジョン表示を行うための駆動回路の概略構成をブロック図で示したものである。同図中、表示パネル１７０１は前述した表示パネルに相当するもので、前述したように製造され、動作する。また、走査回路１７０２は表示ラインを走査し、制御回路１７０３は走査回路へ入力する信号等を生成する。シフトレジスタ１７０４は１ライン毎のデータをシフトし、ラインメモリ１７０５は、シフトレジスタ１７０４からの１ライン分のデータを変調信号発生器１７０７に入力する。同期信号分離回路１７０６はＮＴＳＣ信号から同期信号を分離する。
【０１３５】
以下、図１５の装置各部の機能を詳しく説明する。
【０１３６】
まず表示パネル１７０１は、端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ及び端子Ｄｙ１ないしＤｙｎ、及び高圧端子Ｈｖを介して外部の電気回路と接続されている。このうち、端子Ｄｘ１ないしＤｘｍには、表示パネル１７０１内に設けられているマルチ電子ビーム源、すなわちｍ行ｎ列の行列状にマトリクス配線された冷陰極素子を１行（ｎ素子）ずつ順次駆動してゆくための走査信号が印加される。一方、端子Ｄｙ１ないしＤｙｎには、前記走査信号により選択された１行分のｎ個の各素子の出力電子ビームを制御するための変調信号が印加される。また、高圧端子Ｈｖには、直流電圧源Ｖａより、たとえば５［ｋＶ］の直流電圧が供給されるが、これはマルチ電子ビーム源より出力される電子ビームに蛍光体を励起するのに十分なエネルギーを付与するための加速電圧である。
【０１３７】
次に、走査回路１７０２について説明する。同回路は、内部にｍ個のスイッチング素子（図中、Ｓ１ないしＳｍで模式的に示されている）を備えるもので、各スイッチング素子は、直流電圧源Ｖｘの出力電圧もしくは０［Ｖ］（グランドレベル）のいずれか一方を選択し、表示パネル１７０１の端子Ｄｘ１ないしＤｘｍと電気的に接続するものである。Ｓ１ないしＳｍの各スイッチング素子は、制御回路１７０３が出力する制御信号Ｔscanに基づいて動作するものだが、実際にはたとえばＦＥＴのようなスイッチング素子を組合わせることにより容易に構成することが可能である。なお、前記直流電圧源Ｖｘは、図１４に例示した電子放出素子の特性に基づき走査されていない素子に印加される駆動電圧が電子放出しきい値電圧Ｖｔｈ電圧以下となるよう、一定電圧を出力するよう設定されている。
【０１３８】
また、制御回路１７０３は、外部より入力する画像信号に基づいて適切な表示が行われるように各部の動作を整合させる働きをもつものである。次に説明する同期信号分離回路１７０６より送られる同期信号Ｔsyncに基づいて、各部に対してＴscan及びＴsft 及びＴMRY の各制御信号を発生する。同期信号分離回路１７０６は、外部から入力されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から、同期信号成分と輝度信号成分とを分離するための回路で、良く知られているように周波数分離（フィルタ）回路を用いれば容易に構成できるものである。同期信号分離回路１７０６により分離された同期信号は、良く知られるように垂直同期信号と水平同期信号より成るが、ここでは説明の便宜上、ＴSYNC信号として図示した。一方、前記テレビ信号から分離された画像の輝度信号成分を便宜上ＤＡＴＡ信号と表すが、同信号はシフトレジスタ１７０４に入力される。
【０１３９】
シフトレジスタ１７０４は、時系列的にシリアルに入力される前記ＤＡＴＡ信号を、画像の１ライン毎にシリアル／パラレル変換するためのもので、前記制御回路１７０３より送られる制御信号ＴSFT に基づいて動作する。すなわち、制御信号ＴSFT は、シフトレジスタ１７０４のシフトクロックであると言い換えることもできる。シリアル／パラレル変換された画像１ライン分（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当する）のデータは、Ｉｄ１ないしＩｄｎのｎ個の信号として前記シフトレジスタ１７０４より出力される。
【０１４０】
ラインメモリ１７０５は、画像１ライン分のデータを必要時間の間だけ記憶するための記憶装置であり、制御回路１７０３より送られる制御信号ＴMRY にしたがって適宜Ｉｄ１ないしＩｄｎの内容を記憶する。記憶された内容は、Ｉ′ｄ１ないしＩ′ｄｎとして出力され、変調信号発生器１７０７に入力される。
【０１４１】
変調信号発生器１７０７は、前記画像データＩ′ｄ１ないしＩ′ｄｎの各々に応じて、電子放出素子１２の各々を適切に駆動変調するための信号源で、その出力信号は、端子Ｄｙ１ないしＤｙｎを通じて表示パネル１７０１内の電子放出素子１２に印加される。
【０１４２】
図１４を用いて説明したように、本発明に関わる表面伝導型放出素子は放出電流Ｉｅに対して以下の基本特性を有している。すなわち、電子放出には明確な閾値電圧Ｖｔｈ（後述する実施例の表面伝導型放出素子では８［Ｖ］）があり、閾値Ｖｔｈ以上の電圧を印加された時のみ電子放出が生じる。また電子放出閾値Ｖｔｈ以上の電圧に対しては、図１４のグラフのように電圧の変化に応じて放出電流Ｉｅも変化する。このことから、本素子にパルス状の電圧を印加する場合、たとえば電子放出閾値Ｖｔｈ以下の電圧を印加しても電子放出は生じないが、電子放出閾値Ｖｔｈ以上の電圧を印加する場合には表面伝導型放出素子から電子ビームが出力される。その際、パルスの波高値Ｖｍを変化させることにより出力電子ビームの強度を制御することが可能である。また、パルスの幅Ｐｗを変化させることにより出力される電子ビームの電荷の総量を制御することが可能である。
【０１４３】
従って、入力信号に応じて、電子放出素子を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅変調方式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際しては、変調信号発生器１７０７として、一定長さの電圧パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜パルスの波高値を変調するような電圧変調方式の回路を用いることができる。また、パルス幅変調方式を実施するに際しては、変調信号発生器１７０７として、一定の波高値の電圧パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パルスの幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を用いることができる。
【０１４４】
シフトレジスタ１７０４やラインメモリ１７０５は、デジタル信号式のものでもアナログ信号式のものでも採用できる。すなわち、画像信号のシリアル／パラレル変換や記憶が所定の速度で行われればよいからである。
【０１４５】
デジタル信号式を用いる場合には、同期信号分離回路１７０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化する必要があるが、これには同期信号分離回路１７０６の出力部にＡ／Ｄ変換器を設ければよい。これに関連してラインメモリ１７０５の出力信号がデジタル信号かアナログ信号かにより、変調信号発生器に用いられる回路が若干異なったものとなる。すなわち、デジタル信号を用いた電圧変調方式の場合、変調信号発生器１７０７には、例えばＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増幅回路などを付加する。パルス幅変調方式の場合、変調信号発生器１７０７には、例えば高速の発振器及び発振器の出力する波数を計数する計数器（カウンタ）及び計数器の出力値と前記メモリの出力値を比較する比較器（コンパレータ）を組み合せた回路を用いる。必要に応じて、比較器の出力するパルス幅変調された変調信号を電子放出素子の駆動電圧にまで電圧増幅するための増幅器を付加することもできる。
【０１４６】
アナログ信号を用いた電圧変調方式の場合、変調信号発生器１７０７には、例えばオペアンプなどを用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてシフトレベル回路などを付加することもできる。パルス幅変調方式の場合には、例えば、電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）を採用でき、必要に応じて電子放出素子の駆動電圧まで電圧増幅するための増幅器を付加することもできる。
【０１４７】
このような構成をとりうる本発明の適用可能な画像表示装置においては、各電子放出素子に、容器外端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを介して電圧を印加することにより、電子放出が生じる。高圧端子Ｈｖを介してメタルバック２１あるいは透明電極（不図示）に高圧を印加し、電子ビームを加速する。加速された電子は、蛍光膜１８に衝突し、発光が生じて画像が形成される。
【０１４８】
ここで述べた画像表示装置の構成は、本発明を適用可能な画像形成装置の一例であり、本発明の思想に基づいて種々の変形が可能である。入力信号についてはＮＴＳＣ方式を挙げたが、入力信号はこれに限るものではなく、ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭ方式など他、これらより多数の走査線からなるＴＶ信号（ＭＵＳＥ方式をはじめとする高品位ＴＶ）方式をも採用できる。
【０１４９】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳述する。
【０１５０】
以下に述べる各実施例においては、マルチ電子ビーム源として、前述した、電極間の導電性微粒子膜に電子放出部を有するタイプのＮ×Ｍ個（Ｎ＝３０７２、Ｍ＝１０２４）の表面伝導型放出素子を、Ｍ本の行方向配線とＮ本の列方向配線とによりマトリクス配線（図１及び図４参照）したマルチ電子ビーム源を用いた。
【０１５１】
〔実施例１〕
アルゴンと窒素の混合雰囲気中でＣｒ及びＡｌのターゲットを高周波電源で同時スパッタすることにより、Ｃｒ−Ａｌ合金窒化膜を形成した。Ａｌターゲットに加える高周波電力を６００Ｗとし、Ｃｒターゲットに加える高周波電力とスパッタガスの圧力を表１のように変化させた。
【表１】
【０１５２】
〔実施例２〕
実施例１のＣｒに代えてＴｉターゲットを用い、青板ガラスにＴｉ−Ａｌ合金窒化膜を２００ｎｍ厚形成した。スパッタガスは実施例１と同じであり、Ａｌターゲットに加える高周波電力を６００Ｗとし、Ｔｉターゲットに加える高周波電力とスパッタガスの圧力を表２のように変化させた。
【表２】
【０１５３】
〔実施例３〕
実施例１のＣｒに代えてＴａターゲットを用い、青板ガラスにＴａ−Ａｌ合金窒化膜を２００ｎｍ厚形成した。スパッタガスは実施例１と同じであり、Ａｌターゲットに加える高周波電力を６００Ｗとし、Ｔａターゲットに加える高周波電力とスパッタガスの全圧を表３のように変化させた。
【表３】
【０１５４】
〔実施例４〕
アルゴンと窒素の混合雰囲気中でＣｒ及びＢＮのターゲットをＲＦを用いて同時スパッタをすることによりＣｒ−Ｂ合金窒化膜を成膜した。この時、ＢＮターゲットに加える高周波電力を６００Ｗとし、Ｃｒターゲットに加える高周波電力とスパッタガスの全圧を表４のように変化させた。
【表４】
【０１５５】
〔実施例５〕
アルゴンと窒素の混合雰囲気中でＣｒとＳｉのターゲットをＲＦを用いて同時スパッタすることによりＣｒ−Ｓｉ合金窒化膜を形成した。この時、Ｓｉターゲットに加える高周波電力を６００Ｗとし、Ｃｒターゲットに加えるＤＣ電力とスパッタガスの全圧を表５のように変化させた。
【表５】
【０１５６】
〔比較例１〕
実施例１と同様にＣｒ及びＡｌのターゲットをアルゴンと窒素の混合雰囲気中で高周波電源で同時スパッタすることにより、Ｃｒ−Ａｌ合金窒化膜を形成した。この時Ａｌターゲットに加える高周波電力を６００Ｗとし、Ｃｒターゲットに加える高周波電力を表６のように変化させた。
【表６】
【０１５７】
〔比較例２〕
実施例１と同様にＣｒ及びＡｌのターゲットをアルゴンと窒素の混合雰囲気中で高周波電源で同時スパッタすることにより、Ｃｒ−Ａｌ合金窒化膜を形成した。この時Ａｌ、Ｃｒターゲットに加える高周波電力をそれぞれ６００Ｗ、２１Ｗとし、スパッタガスの分圧はＡｒ：Ｎ2 を７：３とし、スパッタガスの全圧を１．５Ｐａとした。絶縁性部材は青板ガラスを用いた。膜厚は２００ｎｍであった。ＥＰＭＡによって測定されたＣｒ濃度は１．６ａｔｏｍ％、比抵抗は１×１０7 Ωｃｍであった。これを比較試料２とした。
【０１５８】
〔比較例３〕
絶縁体基板に青板ガラスを用い、スパッタ法により膜厚２００ｎｍの酸化クロム膜を形成した。比抵抗は２×１０6 Ωｃｍであった。これを比較試料３とした。
【０１５９】
〔比較例４〕
絶縁性部材として青板ガラス上に比較例１で述べたのと同じＣｒ−Ａｌ−Ｎを２００ｎｍ成膜し、さらに該Ｃｒ−Ａｌ−Ｎ膜上にＰｔを４０ｎｍ成膜した。これを比較試料４とする。
【０１６０】
以上本発明帯電防止膜を形成した試料Ａ〜Ｅ及び比較例の試料１、試料２、試料３及び比較試料４をそれぞれ、４２５℃熱処理、真空中、真空中２００℃熱処理後の抵抗値を測定した。比較試料３は抵抗値が大きく変動する。すなわち、比較例３で示した酸化クロムは比抵抗値が帯電防止膜として好ましい範囲にあるが、抵抗値の安定性が悪い。これに対し、本発明帯電防止膜は熱処理後も抵抗変化が小さいので、電子線ディスプレイのように使用環境が真空であったり、作製工程に高温熱処理、真空熱処理を含む用途に対して特に有効なものである。一方、比較試料１の抵抗値はプロセスを通して安定はしているものの絶対値にはバラツキが見られた。また、Ｐｔのトップコート層の膜厚を４０ｎｍにした比較試料４は比抵抗が１０5 Ωｃｍを示し、電子線ディスプレイのスペーサ帯電防止膜としては抵抗値が低すぎ、十分な高圧をかけることができない。さらに、成膜時の雰囲気の圧力を一貫して高く設定した比較試料２は照射する電子電流量が大きい場合に部分的な膜剥離が見られた。
【０１６１】
次に本発明を適用した表示装置の表示パネルの構成について、具体的な例を示して説明する。図１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。図中、１５はリアプレート、１６は支持枠、１７はフェースプレートであり、１５，１６，１７により表示パネルの内部は真空に維持されている。リアプレート１５には、基板１１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として表面伝導型放出素子１２が１９２０×４８０個形成されている。図１では個数は簡略化して表示してある。
【０１６２】
本実施例においては、気密容器のリアプレート１５にマルチ電子ビーム源の基板１１を固定する構成としたが、マルチ電子ビーム源の基板１１が十分な強度を有するものである場合は、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１１自体を用いてもよい。
【０１６３】
図４は前記図１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、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１３とＹ方向配線電極１４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１３とＹ方向配線電極１４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。
【０１６４】
図４のＤ−Ｄ′に沿った断面を、図５に示す。
【０１６５】
（平面型の表面伝導型放出素子）
本実施例に用いた平面型の表面伝導型放出素子の素子構成について図８を用いて説明する。図中、１１は基板、２と３は素子電極、４は導電性薄膜、５は通電フォーミング処理により形成した電子放出部、６は通電活性化処理により形成した薄膜である。
【０１６６】
基板１１は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ＳｉＯ2 等の絶縁層などを用いることができる。
【０１６７】
また、基板１１上に基板面と平行に対向して設けられた素子電極２と３は、導電性を有する材料によって形成されている。例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｇ等をはじめとする金属、あるいはこれらの金属の合金、あるいはＩｎ2 Ｏ3 −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、例えば真空蒸着などの成膜技術とフォトリソグラフィー、エッチングなどのパターニング技術を組み合わせて用いれば容易に形成できるが、それ以外の方法（例えば印刷技術）を用いて形成しても差し支えない。
【０１６８】
素子電極８１と８２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は通常数１０ｎｍから数１００μｍの範囲から適当な数値を選んで設計されるが、中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１０μｍの範囲から適当な数値が選ばれる。
【０１６９】
また、導電性薄膜４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）のことを指す。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、あるいは微粒子がたがいに重なり合った構造が観測される。
【０１７０】
微粒子膜に用いた微粒子の粒径は、１０分の数ｎｍから数１００ｎｍの範囲に含まれるものであるが、中でも好ましいのは１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２あるいは３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、１０分の数ｎｍから数１００ｎｍの範囲の中で設定するが、中でも好ましいのは１ｎｍから５０ｎｍの間である。
【０１７１】
また、微粒子膜を形成するのに用いられうる材料としては、例えば、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂなどをはじめとする金属や、ＰｄＯ、ＳｎＯ2 、Ｉｎ2 Ｏ3 、ＰｂＯ、Ｓｂ2 Ｏ3 などをはじめとする酸化物や、ＨｆＢ2 、ＺｒＢ2 、ＬａＢ6 、ＣｅＢ6 、ＹＢ4 、ＧｄＢ4 などをはじめとする硼化物や、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣなどをはじめとする炭化物や、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮなどをはじめとする窒化物や、Ｓｉ、Ｇｅなどをはじめとする半導体や、カーボンなどがあげられ、これらの中から適宜選択される。
【０１７２】
以上述べたように、導電性薄膜８４を微粒子膜で形成したが、その表面抵抗値については、１０3 から１０7 Ωの範囲に含まれるように設定した。なお、導電性薄膜４と素子電極２及び３とは電気的に良好に接続されるのが望ましいため、たがいの一部が重なり合うような構造をとっている。その重なりかたは、図８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構わない。
【０１７３】
また電子放出部５は、導電性薄膜４の一部に形成された亀裂上の部分であり、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４に対して、通電フォーミングの処理を行うことにより形成する。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４に対して、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５）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５が形成される前と比較すると、形成された後は素子電極２と３の間で計測される電気抵抗は大幅に増加する。薄膜６は、炭素もしくは炭素化合物よりなる薄膜で、電子放出部５及びその近傍を被覆している。薄膜６は通電フォーミング処理後に、通電活性化の処理を行うことにより形成した。薄膜６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、３０ｎｍ以下とするのが更に好ましい。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５に適宜の条件で通電を行って、その近傍に炭素もしくは炭素化合物を堆積せしめる処理のことである（図においては、炭素もしくは炭素化合物よりなる堆積物を部材６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。具体的には、１０-2Ｐａないし１０-3Ｐａ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６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。
【０１７４】
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。すなわち、基板１１には青板ガラスを用い、素子電極２と３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２０μｍとした。微粒子膜の主要材料としてＰｄもしくはＰｄＯを用い、微粒子膜の厚さは約１０ｎｍ、幅Ｗは１００μｍである。
【０１７５】
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１３、Ｙ方向配線電極１４、電極間絶縁層（不図示）及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１３及びＹ方向配線電極１４を介して、各素子に給電して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。
【０１７６】
（スペーサ）
長さ４０ｍｍ、幅２．８ｍｍ、厚み０．２ｍｍのリアプレートと同質のガラスを絶縁性部材として用いた。帯電防止膜として、実施例１に示したＣｒ−Ａｌ合金窒化膜を使用した。膜厚は２００ｎｍである。これに限らず本発明帯電防止膜を使用することが可能である。
【０１７７】
次に低抵抗膜２９として、フェースプレート、リアプレートとの接続部に接続部と平行に３０μｍの帯状に０．１μｍ厚みのＰｔ膜を形成した。
【０１７８】
スペーサはＸ方向配線上及びフェースプレート上のメタルバックと導電性フリットガラスを用いて接続されている。導電性フリットガラスはフリットガラスに、表面を金コーティングした導電性微粒子を混合したものを使用し、スペーサ表面の帯電防止膜とＸ方向配線あるいはフェースプレートと電気的に接続してある。
【０１７９】
以上の構造の表示装置のＸ方向配線とＹ方向配線を不図示の画像信号回路に接続し、テレビ画像を表示したところ、スペーサ近傍における発光位置ずれはわずかであり、実用上問題ないものであった。
【０１８０】
冷陰極型電子放出素子として上記平面型表面伝導型放出素子のほか、図１２にその断面模式図を示す垂直型の表面伝導型放出素子も使用可能である。この図において各部の番号は図８に対応するものである。表面伝導型放出素子以外の電界放出型電子放出素子も用いることができる。
【０１８１】
[本発明の他の実施形態]
本発明の電子線装置は、電子線を応用した装置であるので、以下のような形態を有するものであってもよい。
【０１８２】
１．前記電子線装置は、前記電極が前記電子源より放出された電子を加速する加速電極であり、入力信号に応じて前記冷陰極素子から放出された電子を前記ターゲットに照射して画像を形成する画像形成装置をなす。特に、前記ターゲットが蛍光体である画像表示装置をなす。
【０１８３】
２．前記冷陰極素子は、電子放出部を含む導電性膜を一対の電極間に有する冷陰極素子であり、特に好ましくは表面伝導型放出素子である。
【０１８４】
３．前記電子源は、複数の行方向配線と複数の列方向配線とでマトリクス配線された複数の冷陰極素子を有する単純マトリクス状配置の電子源をなす。
【０１８５】
４．前記電子源は、並列に配置した複数の冷陰極素子の個々を両端で接続した冷陰極素子の行を複数配し（行方向と呼ぶ）、この配線と直交する方向（列方向と呼ぶ）に沿って、冷陰極素子の上方に配した制御電極（グリッドとも呼ぶ）により、冷陰極素子からの電子を制御するはしご状配置の電子源をなす。
【０１８６】
５．また、本発明の思想によれば、表示用として好適な画像形成装置に限るものでなく、感光性ドラムと発光ダイオード等で構成された光プリンタの発光ダイオード等の代替の発光源として、上述の画像形成装置を用いることもできる。またこの際、上述のｍ本の行方向配線とｎ本の列方向配線を、適宜選択することで、ライン状発光源だけでなく、２次元状の発光源としても応用できる。この場合、画像形成部材としては、以下の実施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。
【０１８７】
また、本発明の技術的思想によれば、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取りうる。
【０１８８】
【発明の効果】
以上説明した本発明帯電防止膜によれば、この帯電防止膜は、成膜時の雰囲気の圧力を段階的に高くしながらかつ雰囲気中の遷移金属量を増加させて作製した帯電防止膜であり、表面ほど遷移金属とアルミの組成比が高くかつ比抵抗も１０6 Ωｃｍから１０8Ωｃｍ程度に制御可能であるので、耐高圧性も十分でありかつ安定性が高いものであり、帯電防止膜に電子が流入した場合の２次電子放出量を低下しかつ除電性を高めることができる。
【０１８９】
又、本発明表示装置は、この帯電防止膜をスペーサに応用しているので、各スペーサの帯電量を少なくすることができ、スペーサ部の放電をなくすことができる。そして、これに伴って、スペーサ近傍での電子ビーム軌道の乱れが抑止され、本来発光させる位置にある蛍光体に電子を当てることができ、画像コントラストの鮮明な画像表示が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である画像表示装置の、表示パネルの一部を切り欠いて示した斜視図。
【図２】本発明帯電防止膜の概略断面図。
【図３】本発明帯電防止膜における膜厚方向の遷移金属濃度変化の概略図。
【図４】実施例で用いたマルチ電子ビーム源の基板の平面図。
【図５】実施例で用いた平面型の表面伝導型放出素子の断面図。
【図６】表示パネルのフェースプレートの蛍光体配列を例示した平面図。
【図７】本発明表示装置のスペーサの断面図。
【図８】実施例で用いた平面型の表面伝導型放出素子の平面図（ａ）、断面図（ｂ）。
【図９】平面型の表面伝導型放出素子の製造工程を示す断面図。
【図１０】通電フォーミング処理の際の印加電圧波形。
【図１１】通電活性化処理の際の印加電圧波形（ａ）、放出電流Ｉｅの変化（ｂ）。
【図１２】垂直型の表面伝導型放出素子の断面図。
【図１３】垂直型の表面伝導型放出素子の製造工程を示す断面図。
【図１４】実施例で用いた表面伝導型放出素子の典型的な特性を示すグラフ。
【図１５】本発明の実施例である画像表示装置の駆動回路の概略構成を示すブロック図。
【図１６】従来知られた表面伝導型放出素子の一例。
【図１７】従来知られたＦＥ型素子の一例。
【図１８】従来知られたＭＩＭ型素子の一例。
【符号の説明】
１ 基板
２、３ 素子電極
４ 導電性薄膜
５ 電子放出部
６ 通電活性化処理により形成した薄膜
７ 絶縁層
１２ 冷陰極素子
１３ 行方向配線
１４ 列方向配線
１５ リアプレート
１６ 側壁
１７ フェースプレート
１８ 蛍光膜
１９ メタルバック
２０ スペーサ
２０ａ 絶縁性部材
２０ｂ 帯電防止膜
２３、２７ 電流計
２４ 活性化用電源
２５ アノード電極
２６ 直流高電圧電源
２８ 段差形成部材
Claims (7)
- Ａｌ、Ｂ、Ｓｉから選ばれた少なくとも一つの元素と、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａからなる一群の遷移金属から選ばれた少なくとも一つの元素とからなる合金窒化膜であって、該遷移金属の濃度が表面ほど高くなる濃度勾配を有することを特徴とする帯電防止膜。
- 前記遷移金属の濃度が１atom％以上１０atom％以下であることを特徴とする請求項１記載の帯電防止膜。
- 膜厚が１０ｎｍ以上で１μｍ以下であり、比抵抗が０．１Ωｃｍ以上で１０8Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の帯電防止膜。
- 冷陰極型電子放出素子を配列した素子列を少なくとも一列以上有する電子源を駆動するための電子源駆動用配線を形成した基板と、発光材料を形成した透明基板とをスペーサを介して対抗させてなる表示装置であって、前記スペーサは、Ａｌ、Ｂ、Ｓｉから選ばれた少なくとも一つの元素と、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａからなる一群の遷移金属から選ばれた少なくとも一つの元素とからなる窒化膜で被覆された絶縁性部材を有し、該窒化膜は該遷移金属の濃度が該絶縁性部材表面ほど低くなる濃度勾配を有することを特徴とする表示装置。
- 前記窒化膜は、前記遷移金属の濃度が１atom％以上１０atom%以下であることを特徴とする請求項４記載の表示装置。
- 前記窒化膜は、膜厚が１０ｎｍ以上で１μｍ以下であり、比抵抗が０．１Ωｃｍ以上で１０8Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項４又は５記載の表示装置。
- 前記スペーサが前記電子源駆動用配線に電気的に接続されている請求項４記載の表示装置。
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| JPH11335814A JPH11335814A (ja) | 1999-12-07 |
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