JP3805265B2 - 電子線装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願に係る発明は、帯電を緩和できる膜、特には、電子が当たった時に生じうる帯電の影響を緩和できる膜を用いた電子線装置及び画像形成装置に関する。
【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。プラズマ発光型及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膜式図であり、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及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、斜めから見た時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引き起こす。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時、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緩和膜は酸化スズ、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】
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】
【発明が解決しようとする課題】
本願に係る発明は、帯電を好適に抑制すること、帯電を好適に低減すること、の少なくともいずれかを実現でき、帯電による影響を緩和できる帯電緩和膜を用いた電子線装置、特には画像形成装置を実現することを目的とする。また本願は、再現性の高い膜を実現すること、安定な膜を実現すること、特には熱工程での抵抗値の変化しにくい膜を実現すること、の少なくともいずれかを目的とする発明も含む。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願に係る電子線装置の発明の一つは以下のように構成される。
【０００９】
外囲器内に、電子源と、該電子源に対向する対向部材と、該電子源と対向部材との間に設けられる第１の部材とを有する電子線装置であって、
前記第１の部材は、基材と、該基材上に設けられた帯電緩和膜とを有し、
前記帯電緩和膜は、酸化鉄、酸化コバルト、酸化銅、酸化ルテニウム、の少なくとも一種又は混合物を含む第１層と、ゲルマニウムの酸化物を少なくとも含む第２層とを有する電子線装置。
【００１０】
この構成においては、前記第１の部材が帯電することによる影響を抑制できるので、好適である。
【００１１】
ここで、前記基材は絶縁性を有するものであるとよい。
【００１２】
また前記第１の部材は、前記電子源と対向部材の間の間隔を維持するスペーサとして好適に用いることができる。
【００１３】
また、前記第１の部材の前記電子源側の端部と前記対向部材側の端部との間に印加される電圧をＶａとした時の、前記帯電緩和膜の比抵抗が１０−７×ＶａΩｍ以上１０５ Ωｍ以下であるとよい。
【００１４】
また、前記基材はＮａを含有する基材であり、前記基材と前記帯電緩和膜の間にＮａブロック層を有するとよい。前記基材と前記帯電緩和膜の間に、酸化珪素層、酸化ジルコニウム層、酸化アルミニウム層の少なくともいずれかを有するようにするとよい。
【００１５】
本願に係る画像形成装置の発明の一つは以下のように構成される。
【００１６】
外囲器内に、電子源と、該電子源に対向して設けられ電子照射により画像を形成する画像形成部材と、該電子源と画像形成部材との間に設けられる第１の部材とを有する画像形成装置であって、
前記第１の部材は、基材と、該基材上に設けられた帯電緩和膜とを有し、
前記帯電緩和膜は、酸化鉄、酸化コバルト、酸化銅、酸化ルテニウム、の少なくとも一種又は混合物を含む第１層と、ゲルマニウムの酸化物を少なくとも含む第２層とを有する画像形成装置。
【００１７】
この構成によれば、第１の部材が帯電することによる影響を抑制できるため、好適な画像形成が可能となる。
【００１８】
ここで、前記第１の部材は、前記外囲器内に配置された電極に接続されているとよく、特には、前記第１の部材は、前記外囲器内に配置され、それぞれ異なる電位が与えられる複数の電極に接続されているとよい。また、前記第１の部材は、前記外囲器内に配置された電極に接続される端部に、該端部に沿って設けられる電極を有していると好適である。
【００１９】
また、前記第１の部材は、前記電子源に設けられた電極と前記画像形成部材に設けられた電極とに接続されているとよい。画像形成部材に設けられた電極としては、例えば、電子源からの電子を加速する電位が与えられる加速電極を好適に用いることができる。
【００２０】
第１の部材を電子源に設けられた電極に接続する構成において、該電子源に設けられた電極としては、前記電子源が有する電子放出素子を駆動する電位を与える電極を好適に用いることができる。電子放出素子を駆動する電位を与えるための電極とは、例えば配線であったりする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の説明に先立って、まず参考例について説明する。
【００２２】
（参考例１）
以下に詳述される帯電緩和膜は、電子放出素子を用いた画像形成装置のスペーサ表面に適用されるのが本発明において好ましい態様であるが、該画像形成装置と同様に、容器内に電子放出素子を内包する装置で、上述同様の問題を生じるような場合においては、該容器内面あるいは容器内に配置された部材表面に適用することで、上述した帯電による放出電子の軌道への悪影響を低減でき、あるいは、装置の製造時の熱工程による該帯電緩和膜の特性変化を低減することができるといった同様の効果を得ることができる。
【００２３】
帯電緩和膜は絶縁性基材の表面を導電性膜で被覆することにより、絶縁性基材表面に蓄積した電荷を除去するものであり、通常、帯電緩和膜の表面抵抗（シート抵抗Ｒｓ）１０１４Ω／□以下であれば帯電を緩和できるが、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。
【００２４】
帯電緩和膜を上記ディスプレイのスペーサに適応した場合においては、スペーサの表面抵抗値Ｒｓは帯電防止及び消費電力からその望ましい範囲に設定される。シート抵抗の下限はスペーサにおける消費電力により制限される。低抵抗であるほどスペーサに蓄積する電荷を速やかに除去することが可能となるが、スペーサで消費される電力が大きくなる。スペーサに使用する帯電緩和膜としては比抵抗が小さい金属膜よりは半導電性の材料であることが好ましい。その理由は比抵抗が小さい材料を用いた場合、表面抵抗Ｒｓを所望の値にするためには帯電緩和膜の厚みを極めて薄くしなければならないからである。薄膜材料の表面エネルギー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。
【００２５】
したがって、比抵抗値が金属導電体より大きく、絶縁体よりは小さい範囲にある半導電性材料が好ましいのであるが、これらは抵抗温度係数が負の材料が多い。抵抗温度係数が負であると、スペーサ表面で消費される電力による温度上昇で抵抗値が減少し、さらに発熱し温度が上昇しつづけ、過大な電流が流れる、いわゆる熱暴走を引き起こす。しかし、発熱量すなわち消費電力と放熱がバランスした状況では熱暴走は発生しない。また、帯電緩和膜材料の抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値が小さければ熱暴走しにくい。
【００２６】
ＴＣＲが−１％の帯電緩和膜を用いた条件でスペーサ１平方ｃｍ当たりの消費電力がおよそ０．１Ｗを越えるようになるとスペーサに流れる電流が増加しつづけ、熱暴走状態となることが実験で認められた。これはもちろんスペーサ形状とスペーサ間に印加される電圧Ｖａ及び帯電緩和膜の抵抗温度係数により左右されるが、以上の条件から、消費電力が１平方ｃｍあたり０．１Ｗを越えないＲｓの値は１０×Ｖａ２／ｈ２Ω／□以上である。なお、ｈは該スペーサが配置される部材間距離で、上記ディスプレイにおいては、フェースプレートとリアプレート間の距離である。すなわち、平面型ディスプレイで代表される画像形成装置のｈは１ｃｍ以下に設定されるので、スペーサ上に形成した帯電緩和膜のシート抵抗Ｒｓは１０×Ｖａ２Ω／□から１０１１Ω／□の範囲に設定されることが望ましい。
【００２７】
上述したように絶縁性基材上に形成された帯電緩和膜の厚みｔは１０ｎｍ以上が望ましい。一方膜厚ｔが１μｍを超えると膜応力が大きくなって膜はがれの危険性が高まり、また成膜時間が長くなるため生産性が悪い。したがって、膜厚は１０ｎｍ〜１μｍ、さらに好適には２０〜５００ｎｍであることが望ましい。
【００２８】
比抵抗ρはシート抵抗Ｒｓと膜厚ｔの積であり、以上に述べたＲｓとｔの好ましい範囲から、帯電緩和膜の比抵抗ρは１０−７×Ｖａ２Ωｍ〜１０５Ωｍであることが望ましい。さらにシート抵抗と膜厚のより好ましい範囲を実現するためには、ρは（２×１０−７）Ｖａ２Ωｍ〜５×１０４Ωｍとするのがよい。
【００２９】
ディスプレイにおける電子の加速電圧Ｖａは１００Ｖ以上であり、ＣＲＴに通常用いられる高速電子用蛍光体を平面型ディスプレイに用いた場合に十分な輝度を得るためには１ｋＶ以上の電圧を要する。Ｖａ＝１ｋＶの条件においては、帯電緩和膜の比抵抗は０．１Ωｍ〜１０５ Ωｍが好ましい範囲である。
【００３０】
以上に述べた帯電緩和膜の特性を実現する材料を鋭意検討した結果、特に、ゲルマニウムと遷移金属との窒素化合物が、帯電緩和膜として極めて優れていることを見いだした。遷移金属はＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ等の中でもから選ばれるものであり、これらを単独で使用してもよいが、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、窒化ゲルマニウムは絶縁体である。よって、上記の窒素化合物膜は遷移金属とゲルマニウムとの組成を調整することにより、良導電体から絶縁体まで広い範囲に比抵抗値を制御できる。すなわち、スペーサ用帯電緩和膜として望ましい上述した比抵抗値を遷移金属組成を変えることにより実現することができる。
【００３１】
ここで、ゲルマニウムとＣｒ、Ｔｉ、Ｔａの窒化化合物では金属組成（遷移金属／ゲルマニウム）に対して比抵抗が変化する。上述した好ましい比抵抗が駆られる遷移金属比率はＣｒの場合およそ３ａｔ．％〜５０ａｔ．％、Ｔｉは３０ａｔ．％〜６８ａｔ．％、Ｔａは３５ａｔ．％〜８０ａｔ．％である。また、遷移金属がＭｏの場合Ｍｏの原子比（Ｍｏ／Ｇｅ）はおよそ３ａｔ．％〜５０ａｔ．％、Ｗの場合にはおよそ３〜６０ａｔ．％である。
【００３２】
さらに後述する画像形成装置作製の工程においてとりわけ、上述の遷移金属とゲルマニウムとの窒素化合物の帯電緩和膜は、抵抗値の変化が少なく安定な材料であることがわかった。かつ、その抵抗温度係数は負であるが絶対値は１％より小さく熱暴走しにくい材料である。さらに、窒化物は二次電子放出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】
本発明の帯電緩和膜である上述の遷移金属とゲルマニウム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。例えばスパッタ法の場合は、ゲルマニウム及び遷移金属のターゲットを窒素あるいはアンモニアの少なくとも一方を含むガス中でスパッタすることにより、スパッタ金属原子を窒化し、上述の遷移金属とゲルマニウム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ゲルマニウムと遷移金属の合金ターゲットを用いることも可能である。ガス圧、窒素分圧、成膜速度等のスパッタ条件を調整することにより、窒化膜中の窒素量が変化するが、十分窒化させた方が膜の安定性がよい。
【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方が抵抗値の安定性に優れたものとなりやすい。本発明でスペーサに用いられる帯電緩和膜はゲルマニウムは窒化物を形成し、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ゲルマニウム原子の５０ａｔ．％以上が窒化物であることが好ましく、特に、６０％以上が好ましい。
【００３５】
酸化を抑制する場合は、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とよい。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、結晶配向がよい方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。
【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、例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（窒化率）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、窒化率の向上は帯電緩和膜の性能向上をもたらすものである。本発明において、窒化率とはゲルマニウム元素に対し、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】
ただし、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】
以上、帯電緩和膜をディスプレイ用スペーサに用いた場合を説明したが、上述の窒素化合物は高融点材料でかつ硬度が高い性質を有するので、ディスプレイのスペーサ用途のみならず前述したように、容器内に電子放出素子を内包する装置の、容器内面あるいは容器内に配置された部材表面に被覆し、他は以上のスペーサの仕様と同様に用いるならば有用性が高い材料である。
【００３９】
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。
【００４０】
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ＳｎＯ２ 薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によるもの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ”、９、３１７（１９７２）］、Ｉｎ２ Ｏ３ ／ＳｎＯ２ 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎｄ Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ＥＤ Ｃｏｎｆ．”、５１９（１９７５）］、カーボン薄膜によるもの［荒木久 他：真空、第２６卷、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．Ｄｏｌａｎ、“Ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ”、Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ、８、８９（１９５６）あるいはＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“ＰＨＹＳＩＣＡＬ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｍｏｌｙｂｄｅｎｉｕｍ 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−ｅｍｉｓｓｉｏｎ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ”、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３２，６４６（１９６１）等が知られている。
【００４１】
本発明の画像形成装置は、以下のような形態を有するものであってもよい。
【００４２】
（１）画像形成装置は、入力信号に応じて電子放出素子から放出された電子を画像形成部材に照射して画像を形成するものである。特に、前記画像形成部材が蛍光体である画像表示装置を構成することができる。
【００４３】
（２）前記電子放出素子は、複数の行方向配線と複数の列方向配線とでマトリクス配線された複数の冷陰極素子を有する単純マトリクス状配置をとることができる。
【００４４】
（３）前記電子放出素子は、並列に配置した複数の冷陰極素子の個々を両端で接続した冷陰極素子の行を複数配し（行方向と呼ぶ）、この配線と直交する方向（列方向と呼ぶ）に沿って、冷陰極素子の上方に配した制御電極（グリッドとも呼ぶ）により、冷陰極素子からの電子を制御するはしご状配置をとることができる。
【００４５】
（４）また、本発明の思想によれば、画像表示装置に限るものでなく、感光性ドラムと発光ダイオード等で構成された光プリンタの発光ダイオード等の代替の発光源として用いることもできる。またこの際、上述のｍ本の行方向配線とｎ本の列方向配線を、適宜選択することで、ライン状発光源だけでなく、２次元状の発光源としても応用できる。この場合、画像形成部材としては、以下の参考例で用いる発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。
【００４６】
また、本発明の思想によれば、例えば電子顕微鏡のように、電子源からの放出電子の被照射部材が、蛍光体等の画像形成部材以外のものである場合についても、本発明は適用できる。したがって、本発明は被照射部材を特定しない一般的電子線装置としての形態もとりうる。
【００４７】
以下、本発明の帯電緩和膜及びその帯電緩和膜を用いたスペーサを備えた画像形成装置について図面を用いて具体的に述べる。
【００４８】
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。
【００４９】
スペーサ１０は絶縁性基材１０ａの表面に本発明に係る帯電緩和膜１０ｃが形成されている。スペーサ１０は外囲器８内を真空にすることにより大気圧を受けて、真空外囲器８が破損あるいは変形するのを避けるために設けられる。スペーサ１０の材質、形状、配置、配置本数は外囲器８の形状ならびに熱膨張係数等、外囲器の受ける大気圧、熱等を考慮して決定される。スペーサの形状には、平板型、十字型、Ｌ字型等があり、また図１５（ａ）、（ｂ）のように基板に各電子源また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。
【００５０】
絶縁性基材１０ａはフェースプレート７及びリアプレート２にかかる大気圧を支持する必要からガラス、セラミッ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。
【００５１】
絶縁性基材１０ａにソーダガラス等アルカリイオンを含むガラスを使用した場合、例えばＮａイオンにより帯電緩和膜の導電性等を変化させるおそれがあるが、窒化Ｓｉ、酸化Ａｌ等のＮａブロック層１０ｂを絶縁性基材１０ａと帯電緩和膜１０ｃの中間に形成することでＮａ等アルカリイオンの帯電緩和膜１０ｃへの侵入を抑制することができる。
【００５２】
帯電緩和膜１０ｃはゲルマニウムと遷移金属との窒化化合物膜であり、例えば遷移金属として、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａを用いた。
【００５３】
スペーサ１０はメタルバック６及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、帯電緩和膜とフェースプレート上の電極及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。
【００５６】
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一部を切り欠いて示している。
【００５７】
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当たっては、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、例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。
【００５８】
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。例えば、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１２、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。
【００５９】
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。
【００６０】
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、例えば図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よい。または黒色体５ｂを導電性としてもよい。
【００６１】
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、例えば図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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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、例えばＩＴＯを材料とする透明電極を設けてもよい。
【００６５】
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。
【００６６】
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の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、例えば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。
【００６７】
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、例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。
【００６８】
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成について述べる。
【００６９】
［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種類が挙げられる。
【００７０】
（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。
【００７１】
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１５は素子電極、１６は導電性薄膜、１７は通電フォーミング処理により形成した電子放出部、１８は通電活性化処理により形成した薄膜である。
【００７２】
基板１３としては、例えば、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ックス基板、あるいは上述の各種基板上に例えばＳｉＯ２を材料とする絶縁層を積層した基板、等を用いることができる。
【００７３】
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。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、等の中でも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さしつかえない。
【００７４】
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、中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。
【００７５】
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。
【００７６】
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、中でも好ましいのは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、等である。具体的には、数ｎｍの１／１０から数百ｎｍの範囲の中でもで設定するが、中でも好ましいのは１ｎｍから５０ｎｍの間である。
【００７７】
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、等をはじめとする金属や、ＰｄＯ、ＳｎＯ２、Ｉｎ２ Ｏ３、ＰｂＯ、Ｓｂ２ Ｏ３、等をはじめとする酸化物や、ＨｆＢ２、ＺｒＢ２、ＬａＢ６、ＣｅＢ６、ＹＢ４、ＧｄＢ４、等をはじめとする硼化物や、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣ、等をはじめとする炭化物や、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、等をはじめとする窒化物や、Ｓｉ、Ｇｅ、等をはじめとする半導体や、カーボン、等が挙げられ、これらの中から適宜選択される。
【００７８】
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、１０３ 〜１０７ ［オーム／ｓｑ］の範囲に含まれるよう設定した。
【００７９】
なお、導電性薄膜１６と素子電極１４及び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。
【００８０】
また、電子放出部１７は、導電性薄膜１６の一部に形成された亀裂状の部分であり、電気的には周囲の導電性薄膜よりも高抵抗な性質を有している。亀裂は、導電性薄膜１６に対して、後述する通電フォーミングの処理を行うことにより形成する。亀裂内には、数ｎｍの１／１０から数十ｎｍの粒径の微粒子を配置する場合がある。なお、実際の電子放出部の位置や形状を精密かつ正確に図示するのは困難なため、図５においては模式的に示した。
【００８１】
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及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。
【００８２】
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、３０ｎｍ以下とするのがさらに好ましい。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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１０ｎｍとした。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
１）まず、図６（ａ）に示すように、基板１３上に素子電極１４及び１５を形成する。形成するに当たっては、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、例えば、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、一対の素子電極１４，１５を形成する。
【００９０】
２）次に、図６（ｂ）に示すように、導電性薄膜１６を形成する。形成するに当たっては、まず素子電極１４，１５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、それ以外の例えばスピンナー法やスプレー法を用いてもよい。
【００９１】
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、例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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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Ｔ１の三角波パルスをパルス間隔Ｔ２で連続的に印加した。その際には、三角波パルスの波高値Ｖpfを、順次昇圧した。また、電子放出部１７の形成状況をモニターするためのモニターパルスＰｍを適宜の間隔で三角波パルスの間に挿入し、その際に流れる電流を電流計２０で計測した。
【００９５】
実施形態例においては、例えば１０−３Ｐａ程度の真空雰囲気下において、例えばパルス幅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関わる通電を終了した。
【００９６】
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、例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。
【００９７】
４）次に、図６（ｄ）に示すように、活性化用電源２１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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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た放出電流Ｉｅを捕捉するためのアノード電極で、直流高電圧電源２３及び電流計２４が接続されている。なお、基板１３を、表示パネルの中でも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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
（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。
【０１０６】
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２５、素子電極２６及び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、例えばＳｉＯ２のような電気的に絶縁性の材料を用いる。
【０１０７】
［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。
【０１０８】
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、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。
【０１０９】
画像形成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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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の画像形成装置に好適に用いることができた。例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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
［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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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１２、電極間絶縁層（不図示）、及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及び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。
【０１１８】
以下、本参考例のスペーサについて図面を用いて説明する。
【０１１９】
以下、図１を用いて説明する。本参考例では、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。
【０１２０】
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、各蛍光体５ａがＹ方向にのびるストライプ形状を採用し、黒色体５ｂとしては各色蛍光体５ａ間だけでなく、Ｘ方向にも設けることでＹ方向の画素間を分離しかつスペーサ１０を設置するための部分を加えた形状を用いた。先に黒色体（導電体）５ｂを形成し、その間隙部に各色蛍光体５ａを塗布して蛍光膜５を作成した。ブラックストライプ（黒色体５ｂ）の材料として通常よく用いられている黒鉛を主成分とする材料を用いた。ガラス基板４に蛍光体５ａを塗布する方法はスラリー法を用いた。
【０１２１】
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、さらに蛍光膜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、本参考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。
【０１２２】
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Ｇｅの窒化膜１０ｃを真空成膜法により形成し成膜した。
【０１２３】
本参考例で用いたＣｒとＧｅ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Ｇｅのターゲットを同時スパッタすることにより成膜した。
【０１２４】
スパッタ装置については図１３のようになっている。図１３において、４１はスパッタチャンバーもしくは成膜室、４２はスペーサ部材、４３，４４はそれぞれＣｒ、Ｇｅ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。
【０１２５】
スパッタチャンバーの背圧は、２×１０−５Ｐａであった。スパッタ時には窒素分圧が３０％になるように、アルゴンと窒素の混合ガスを流した。スパッタガス全圧は０．４５Ｐａであった。Ｃｒターゲットに１３Ｗ、Ｇｅターゲットに１５０Ｗの高周波電圧を投入し、スパッタ時間を調整することにより、ＣｒとＧｅの窒化膜を作製した。
【０１２６】
作製したＣｒとＧｅの窒化膜は、膜厚が４５ｎｍ、成膜後（ａｓ ｄｅｐｏ）の比抵抗が２．５Ωｍのもの、膜厚が２００ｎｍ、成膜後（ａｓ ｄｅｐｏ）の比抵抗は３．５×１０３Ωｍのもの、膜厚が８０ｎｍ、成膜後（ａｓ ｄｅｐｏ）の比抵抗は５．２×１０６Ωｍのものの３種類である。
【０１２７】
なお、本明細書中のスペーサ（対大気圧支持体）の抵抗値は以下の方法により測定した。
【０１２８】
スペーサの両端（フェースプレート側の端部とリアプレート側の端部）もしくはその端部近傍に電極を接触させ、ディスプレイ内に設置した時と同一の方向に電界が印加されるように直流電圧Ｖｉ（１００Ｖ）を印加した。雰囲気は１×１０のマイナス５乗torrよりも低い圧力下で、遮光し、温度は２０度で行った。スペーサの両端に接触させる電極として、電解研磨により鏡面仕上げを行ったステンレス基板を用いて、スペーサを一対の該ステンレス基板の間に挟んで測定を行うか、もしくはプローブ電極を用い、スペーサの両端もしくはその近傍にプローブ電極を接触させて行った。スペーサを表示装置内に組み込んだ後の測定においては、スペーサ端部は表示装置のパネルに当接するので、スペーサの端部と導通する導電部材である配線もしくはメタルバックの、スペーサ端部近傍にプローブを接触させた。配線もしくはメタルバックはスペーサの抵抗値に比べて十分に抵抗が低いので、スペーサの端部に直接測定用電極を接触させなくても問題はなかった。
【０１２９】
測定電極間に流れる電流Ｉｉを検出し、以下に示す一般式（１）によりスペーサの抵抗値Ｒｉを得る。
【０１３０】
Ｒｉ＝Ｖｉ／Ｉｉ[Ω] ・・・・・（１）
前記のスペーサ抵抗Ｒｉをもとにシート抵抗Ｒｓｉ、体積抵抗ρｉは、以下に示す一般式（２）、（３）により算出した。
【０１３１】
Ｒｓｉ＝Ｒｉ×ｗ／ｄ[Ω／□] ・・・・・（２）
ρｉ＝Ｒｉ×ｓ／ｄ[Ω／□] ・・・・・（３）
ただし、ｓはスペーサに流れる電流パスの断面積（ｃｍ２）であり、高抵抗膜が表面を被覆している場合は高抵抗膜の断面積に一致する。さらにｄはスペーサの電流パスの経路長（ｃｍ）を示し、スペーサの接合位置に電極が形成されている場合は、スペーサ電極間距離に一致する。
【０１３２】
さらに、ｗは電流パス経路の幅（ｃｍ）であり、高抵抗膜の膜厚がｔ（ｃｍ）のときｓ／ｔに一致する。
【０１３３】
前述の測定電圧は、測定部材の放電耐圧以下の範囲で、必要に応じて、アノード印加電圧程度（例えば数ｋＶ）まで昇圧して測定することにより、実使用状態に近い条件で測定可能となる。
【０１３４】
また、スペーサ１０は、Ｘ方向配線９及びメタルバック６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１０の４面を完全に被覆した。ただし、電極１１がなくても十分な電気的接続がとれる場合には電極１１を配さなくてもよい。ＣｒとＧｅ窒化膜１０ｃによる帯電緩和膜１０ｃを成膜したスペーサ１０を、等間隔でフェースプレート７のＸ方向配線９上に固定した。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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）、スペーサ表面のゲルマニウムと遷移金属との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。
【０１３７】
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、帯電緩和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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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Ｄx1〜ＤxmとＤy1〜Ｄynに電圧パルスを定期的に印加することにより、炭素、あるいは炭素化合物を堆積する通電活性化処理を行った。通電活性化は図８に示すような波形を印加することにより行った。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
スペーサ１０について帯電緩和膜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、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Ｇｅ窒化膜が非常に安定であり、帯電緩和膜として適していることを示している。
【０１４４】
比抵抗３．５×１０３ Ωｍのスペーサについてはスペーサに近い位置にある電子放出素子１からの放出電子による発光スポットも含め、二次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよ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−０．８％であり、Ｖａ＝５ｋＶにおいても熱暴走は見られなかった。
【０１４５】
比抵抗２．５ΩｍのスペーサについてはＶａ＝２ｋＶでの消費電力がほぼ１Ｗに達するものの２ｋＶまで印加できた。また、比抵抗が５．２×１０６ Ωｍ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画像は表示できたが、スペーサ近傍の画像に乱れを生じた。
【０１４６】
本参考例に用いたスペーサの窒化率（窒化ゲルマニウムを構成するゲルマニウムの原子濃度／ゲルマニウムの原子濃度）をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光分析機構）により測定した結果、７０，６５，５８％であった。
【０１４７】
（比較例１）
比較例として前記と同様な方法で導電性膜にＣｒとＧｅ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１３に示した装置を用い、金属ターゲットの代わりにＳｎＯ２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。
【０１４８】
各組立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１．８×１０６ Ω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。
【０１４９】
（参考例２）
参考例１と異なるのはスペーサ１０のＣｒとＧｅ窒化膜１０ｃの代わりとしてＴａとＧｅの窒化化合物膜を用いた。本参考例で用いたＴａとＧｅ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Ｇｅ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１３の装置を用いた。スパッタチャンバーの背圧は、２×１０−５Ｐａであった。スパッタ時には窒素分圧が３０％となるように、アルゴンと窒素の混合ガスを流した。スパッタガス全圧は０．４５Ｐａであった。Ｔａターゲットに１５０Ｗ、Ｇｅターゲットに１５０Ｗの高周波電圧を投入し、スパッタ時間を調整することにより、ＴａとＧｅの窒化膜を作製した。
【０１５０】
作製したＴａとＧｅの窒化膜１０ｃの膜厚はおよそ２００ｎｍ、比抵抗は８．４×１０３Ωｍであった。また、抵抗温度係数は−０．６％であった。
【０１５１】
上記スペーサ１０を用いた画像形成装置を作製し、参考例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。
【０１５２】
スペーサの抵抗値を、組み込み前（ａｓ ｄｅｐｏ）、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。
【０１５３】
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、二次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよ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。
【０１５４】
（参考例３）
参考例１のＣｒとＧｅ窒化膜に代わり、ＴｉとＧｅ窒化膜を用いた。本参考例で用いたＴｉとＧｅ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Ｇｅ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１３の装置を用いた。スパッタチャンバーの背圧は、２×１０−５Ｐａであった。スパッタ時には窒素分圧が３０％になるように、アルゴンと窒素の混合ガスを流した。スパッタガス全圧は０．４５Ｐａであった。Ｔｉターゲットに１２０Ｗ、Ｇｅターゲットに１５０Ｗの高周波電圧を投入し、スパッタ時間を調整することにより、ＴｉとＧｅの窒化膜を作製した。
【０１５５】
作製したＴｉとＧｅの窒化膜１０ｃは、膜厚がおよそ６０ｎｍ、比抵抗が７．４×１０３Ωｍのものと、膜厚がおよそ８０ｎｍ、比抵抗が２．２×１０５Ωｍのものの２種である。また、抵抗温度係数は−０．８％であった。
【０１５６】
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〜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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
スペーサの抵抗値は、組み込み前（ａｓ ｄｅｐｏ）、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。
【０１５９】
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。比抵抗が７．４×１０３Ωｍ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、二次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよ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。一方、比抵抗が大きいスペーサ（比抵抗が２．２×１０５Ωｍ）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。
【０１６０】
（参考例４）
参考例１と異なるのはスペーサ１０のＣｒとＧｅ窒化膜１０ｃの代わりとしてＭｏとＧｅの化合物膜を用いた。本参考例で用いたＭｏとＧｅ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ＭｏとＧｅ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１３の装置を用いた。スパッタチャンバーの背圧は、２×１０−５Ｐａであった。スパッタ時には窒素分圧が３０％になるように、アルゴンと窒素の混合ガスを流した。スパッタガス全圧は０．４５Ｐａであった。Ｍｏターゲットに１５Ｗ、Ｇｅターゲットに１５０Ｗの高周波電圧を投入し、スパッタ時間を調整することにより、ＭｏとＧｅの窒化膜を作製した。
【０１６１】
作製したＭｏとＧｅの窒化膜１０ｃは、膜厚がおよそ２００ｎｍ、比抵抗が６．４×１０３Ωｍである。また、抵抗温度係数は−０．６％であった。
【０１６２】
以上のスペーサ１０を使用した画像形成装置を参考例１と同様に作製し、参考例１と同様に画像の評価を行った。
【０１６３】
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。
【０１６４】
スペーサの抵抗値を、組み込み前（ａｓ ｄｅｐｏ）、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。
【０１６５】
また、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。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、二次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよ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。
【０１６６】
（参考例５）
参考例１と異なるのはスペーサ１０のＣｒとＧｅ窒化膜１０ｃの代わりとしてＷとＧｅの化合物膜を用いた。本参考例で用いたＷとＧｅ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ＷとＧｅ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１３の装置を用いた。スパッタチャンバーの背圧は、２×１０−５Ｐａであった。スパッタ時には窒素分圧が３０％になるように、アルゴンと窒素の混合ガスを流した。スパッタガス全圧は０．４５Ｐａであった。Ｗターゲットに１２Ｗ、Ｇｅターゲットに１５０Ｗの高周波電圧を投入し、スパッタ時間を調整することにより、ＷとＧｅの窒化膜を作製した。
【０１６７】
作製したＷとＧｅの窒化膜１０ｃは、膜厚がおよそ２００ｎｍ、比抵抗が５．０×１０３Ωｍである。また、抵抗温度係数は−０．４％であった。
【０１６８】
以上のスペーサ１０を使用した画像形成装置を参考例１と同様に作製し、参考例１と同様に画像の評価を行った。
【０１６９】
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。
【０１７０】
スペーサの抵抗値を、組み込み前（ａｓ ｄｅｐｏ）、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。
【０１７１】
また、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。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、二次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよ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】
（参考例６）
本参考例では電子放出素子として冷陰極型電子放出素子の一種である電界放出素子を用いた。
【０１７３】
図１６は本参考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１６において、６２はリアプレート、６３はフェースプレート、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ゲルマニウム（Ｇｅ）窒素化合物膜がスパッタ法で被覆されている。
【０１７４】
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。さらに、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、フェースプレート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。なお、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。
【０１７５】
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、幅３．８ｍｍ、厚み０．２ｍｍの青板ガラスであり、その表面に参考例５と同様の方法によりタングステンとゲルマニウムの窒素化合物膜を２００ｎｍ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１００μｍの領域に形成されている。
【０１７６】
本参考例におけるタングステンとゲルマニウムの窒素化合物膜の成膜後の比抵抗は７．９×１０３ Ωｍであり、スペーサの抵抗値は３．７×１０９Ωであった。
【０１７７】
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、排気管の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ー処理を行った。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
以上説明した帯電緩和膜によれば、酸素等の雰囲気でも抵抗値の変動が小さく、高抵抗化する場合でも島状としたり極めて薄膜化する必要がないので、安定性、再現性の優れた帯電緩和膜を形成することができる。また、高融点で、硬度が高いので安定性に優れる長所も有している。さらに、窒化ゲルマニウムは絶縁体で、遷移金属窒化物は良導電体なので、組成を調整することで任意の比抵抗値を得ることができる。本発明の帯電緩和膜は本願の実施形態等で述べた装置の他、ＣＲＴ、あるいは放電管等の電子管等に用いることができ、その他にも電荷の帯電が問題となる用途に広く用いることができる。
【０１８１】
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、ゲルマニウムとの窒化化合物膜を帯電緩和膜として用いることで、組立工程中に抵抗値の変化がほとんど起こらず、安定した抵抗値を得ることができる。これによりスペーサ近傍でのビームの電位の乱れは抑止され、ビームが蛍光体に衝突する位置と、本来発光するべき蛍光体との位置ずれの発生が防止され、輝度損失を防ぐことができ鮮明な画像表示が可能となった。
【０１８２】
（参考例７）
以下ではさらにＡｌを加えた帯電緩和膜（帯電防止膜ともいう）を用いた例を説明する。
【０１８３】
［膜表面組成の較正方法について］
スペーサの表面窒化率などの膜表面組成を求める際には、以下の装置を使用して較正を行った。１０−８Ｐａ以下の真空度を保った同一真空室内に、薄膜形成機構及びＲＨＥＥＤ（反射高速電子回折パターン計測機構）とＸＰＳ（Ｘ線光電子分光分析機構）を備えた装置を使用して、まず薄膜形成機構により窒化アルミニウム薄膜を成膜し、ＲＨＥＥＤ法によりＡｌＮが形成されたことを確認後、ＸＰＳ測定を行った。この時のＡｌ２ｐスペクトル及び Ｎｌｓスペクトルのピーク面積比を用いて、アルミニウムとゲルマニウムの遷移金属合金窒化膜の表面組成を較正した。
【０１８４】
参考例７−１１においては帯電防止膜１０ｃはアルミニウムとゲルマニウムの遷移金属合金窒化膜であり、例えば遷移金属としてＣｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗを用いた。
【０１８５】
Ｃｒ／（Ａｌ＋Ｇｅ）の比率は５ａｔ．％〜１８ａｔ．％（原子％）、
Ｔｉ／（Ａｌ＋Ｇｅ）の比率は２４ａｔ．％〜４０ａｔ．％（原子％）、
Ｔａ／（Ａｌ＋Ｇｅ）の比率は３６ａｔ．％〜５０ａｔ．％（原子％）、
Ｍｏ／（Ａｌ＋Ｇｅ）の比率は３ａｔ．％〜１８ａｔ．％（原子％）、
Ｗ／（Ａｌ＋Ｇｅ）の比率は３ａｔ．％〜２０ａｔ．％（原子％）、
とするのが好ましい。
【０１８６】
以下、本参考例の具体的な構成について説明する。
【０１８７】
スペーサ１０は清浄化したソーダライムガラスからなる平板絶縁性基材１０ａ（高さ３．８ｍｍ、板厚２００μｍ、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とＧｅの合金窒化膜１０ｃを真空成膜法により形成し成膜した。
【０１８８】
本参考例で用いたＣｒとＡｌとＧｅの合金窒化膜１０ｃ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とＧｅ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。
【０１８９】
詳述すると、各ガス圧と各電力は、Ａｒ＝２．４ｍＴｏｒｒ／Ｎ２ ＝０．６ｍＴｏｒｒ、Ｃｒ＝１８Ｗ、Ａｌ＝６００Ｗ、Ｇｅ＝４５Ｗ、であり、基板は室温でアースに接地されている。
【０１９０】
スパッタ装置については図１７のようになっている。図１７において、４１は成膜室、４２はスペーサ部材、４３，４４，１７０１はそれぞれＣｒ、Ａｌ、Ｇｅのターゲット、４５，４７，１７０３はターゲット４３，４４，１７０１にそれぞれ高周波電圧を印加するための高周波電源、４６，４８，１７０２はインピーダンスの整合用マッチングボックス、４９，５０はアルゴン、窒素を導入するための導入管である。成膜室４１にアルゴンと窒素を上記の分圧で導入し、ターゲット４３，４４，１７０１と、スペーサ部材４２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。
【０１９１】
作製したＣｒとＡｌとＧｅの合金窒化膜は、膜厚が２００ｎｍ、比抵抗が２．４×１０３ Ωｍであり、Ｃｒ／（Ａｌ＋Ｇｅ）組成比７ａｔ．％（原子％）、Ｇｅ／Ａｌ組成比１８ａｔ．％（原子％）である。
【０１９２】
以上のようにして、参考例１と同様に製造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。
【０１９３】
この時、スペーサに近い位置にある電子放出素子１からの放出電子による発光スポットも含め、二次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよ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見られなかった。
【０１９４】
また、スペーサ１０について帯電防止膜１０ｃの抵抗値は、組み込み前で１．１×１０９Ω、フェースプレート７、リアプレート２、封着後で、１．０×１０９Ω、真空排気後で１．３×１０９Ω、素子電極通電処理後で１．４×１０９Ωであった。このことはＣｒとＡｌとＧｅの合金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。
【０１９５】
また、このスペーサ１０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、Ｇｅは表面では酸化物であるが、Ａｌ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（［窒化アルミニウムを構成する窒素の原子濃度］／［アルミニウムの原子濃度］）が５１〜５５％であった。
【０１９６】
（比較例２）
比較例として前記と同様な方法で、導電膜にＣｒとＡｌとＧｅの合金窒化膜の代わりに、ＳｎＯ２を用いたところ、各組立工程において導電膜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９．５Ωｃｍ、抵抗値で４．１×１０６Ω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。
【０１９７】
製造方法は参考例１のスパッタリング装置で酸素とアルゴン混合雰囲気中で、ＳｎＯ２のターゲットをスパッタすることにより成膜した。詳述すると、Ａｒ０．８ｍＴｏｒｒ／Ｏ２ ０．２ｍＴｏｒｒ、ＳｎＯ２ ＝１００Ｗ、基板は室温でアースに接地されている。膜厚は２．２ｎｍである。抵抗値は組み込み前で２．７×１０９ Ω、フェースプレート、リアプレート封着後で４．４×１０５Ω、真空排気後で１．８×１０６Ω、素子電極通電処理後で４．１×１０６Ωであった。
【０１９８】
（参考例８）
参考例７と異なるのは、スペーサ１０のＣｒとＡｌとＧｅの合金窒化膜１０ｃの代わりとして、ＴａとＡｌとＧｅの合金窒化膜を用いた。成膜方法については参考例７と同様で、そのガス圧と各電力は、Ａｒ＝２．４ｍＴｏｒｒ／Ｎ２ ＝０．６ｍＴｏｒｒ、Ｔａ＝２００Ｗ、Ａｌ＝５００Ｗ、Ｇｅ＝５０Ｗである。この時のＴａとＡｌとＧｅの合金窒化膜１０ｃは膜厚がおよそ２３０ｎｍであり、比抵抗が５．２×１０３Ωｍである。また、抵抗温度係数は−０．３％であり、Ｔａ／（Ａｌ＋Ｇｅ）組成比４１ａｔ．％（原子％）、Ｇｅ／Ａｌ組成比２６ａｔ．％（原子％）である。
【０１９９】
上記スペーサ１０を用いた画像形成装置を作製し、参考例７と同様の評価を行った。
【０２００】
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。
【０２０１】
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。すなわち、抵抗値は組み込み前は２．１×１０９Ω、フェースプレート・リアプレートへの封着後は１．６×１０９Ω、真空排気後は２．３×１０９Ω、素子電極通電処理後は２．５×１０９Ωであった。
【０２０２】
また、スペーサ１０のリアプレート２近傍からフェースプレート７近傍まで、各微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。
【０２０３】
また、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、二次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよ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。
【０２０４】
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、ＴａとＧｅは表面では酸化物であるが、Ａｌ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（［窒化アルミニウムを構成する窒素の原子濃度］／［アルミニウムの原子濃度］）が５３〜５７％であった。
【０２０５】
（参考例９）
参考例７のＣｒとＡｌとＧｅの合金窒化膜に代わり、ＴｉとＡｌとＧｅの合金窒化膜を用いた。成膜方法については参考例７と同様で、Ａｒ＝２．４ｍＴｏｒｒ／Ｎ２ ＝０．６ｍＴｏｒｒ、Ｔｉ＝１２０Ｗ、Ａｌ＝４００Ｗ、Ｇｅ＝１００Ｗ（ＲＦ）である。この時のＴｉとＡｌとＧｅの合金窒化膜１０ｃは膜厚がおよそ１９０ｎｍであり、比抵抗が４．７×１０３ Ωｍである。また、抵抗温度係数は−０．５％であり、Ｔｉ／（Ａｌ＋Ｇｅ）組成比３１ａｔ．％（原子％）、Ｇｅ／Ａｌ組成比６３ａｔ．％（原子％）である。
【０２０６】
上記スペーサ１０を用いた画像形成装置を作製し、参考例１と同様の評価を行った。
【０２０７】
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。
【０２０８】
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。抵抗値は組み込み前は２．４×１０９Ω、フェースプレート・リアプレートへの封着後は１．９×１０９Ω、真空排気後は２．５×１０９Ω、素子電極通電処理後は２．７×１０９Ωであった。
【０２０９】
また、スペーサ１０のリアプレート２近傍からフェースプレート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。
【０２１０】
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、二次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよ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、ＴｉとＧｅは表面では酸化物であるが、Ａｌ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（［窒化アルミニウムを構成する窒素の原子濃度］／［アルミニウムの原子濃度］）が４９〜５４％であった。
【０２１２】
（参考例１０）
参考例７のＣｒとＡｌとＧｅの合金窒化膜に代わり、ＭｏとＡｌとＧｅの合金窒化膜を用いた。成膜方法については参考例７と同様で、Ａｒ＝２．４ｍＴｏｒｒ／Ｎ２ ＝０．６ｍＴｏｒｒ、Ｍｏ＝１０Ｗ、Ａｌ＝５００Ｗ、Ｇｅ＝２５Ｗ（ＲＦ）である。この時のＭｏとＡｌとＧｅの合金窒化膜１０ｃは膜厚がおよそ２５０ｎｍであり、比抵抗が５．３×１０３Ωｍである。また、抵抗温度係数は−０．３％であり、Ｍｏ／（Ａｌ＋Ｇｅ）組成比６ａｔ．％（原子％）、Ｇｅ／Ａｌ組成比１３ａｔ．％（原子％）である。
【０２１３】
上記スペーサ１０を用いた画像形成装置を作製し、参考例７と同様の評価を行った。
【０２１４】
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。
【０２１５】
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。すなわち、抵抗値は組み込み前は２．０×１０９Ω、フェースプレート・リアプレートへの封着後は１．４×１０９Ω、真空排気後は１．９×１０９Ω、素子電極通電処理後は２．４×１０９Ωであった。
【０２１６】
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。
【０２１７】
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、二次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよ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。
【０２１８】
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、ＭｏとＧｅは表面では酸化物であるが、Ａｌ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（［窒化アルミニウムを構成する窒素の原子濃度］／［アルミニウムの原子濃度］）が５６〜６１％であった。
【０２１９】
（参考例１１）
参考例７のＣｒとＡｌとＧｅの合金窒化膜に代わり、ＷとＡｌとＧｅの合金窒化膜を用いた。成膜方法については参考例７と同様で、Ａｒ＝２．４ｍＴｏｒｒ／Ｎ２ ＝０．６ｍＴｏｒｒ、Ｗ＝１８Ｗ、Ａｌ＝２００Ｗ、Ｇｅ＝２００Ｗ（ＲＦ）である。
【０２２０】
この時のＷとＡｌとＧｅの合金窒化膜１０ｃは膜厚がおよそ２１０ｎｍであり、比抵抗が６．２×１０３ Ωｍである。また、抵抗温度係数は−０．５％であり、Ｗ／（Ａｌ＋Ｇｅ）組成比１１ａｔ．％（原子％）、Ｇｅ／Ａｌ組成比１８０ａｔ．％（原子％）である。
【０２２１】
上記スペーサ１０を用いた画像形成装置を作製し、参考例７と同様の評価を行った。
【０２２２】
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。
【０２２３】
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。抵抗値は組み込み前は２．８×１０９Ω、フェースプレート・リアプレートへの封着後は２．２×１０９Ω、真空排気後は２．９×１０９Ω、素子電極通電処理後は３．４×１０９Ωであった。
【０２２４】
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。
【０２２５】
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、二次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよいカラー画像表示ができた。
【０２２６】
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。
【０２２７】
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、ＷとＧｅは表面では酸化物であるが、Ａｌ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（［窒化アルミニウムを構成する窒素の原子濃度］／［アルミニウムの原子濃度］）が５８〜６２％であった。
【０２２８】
以上説明したように、Ａｌを含む帯電防止膜によっても、製造工程での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く、熱暴走もしにくく、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、窒化アルミニウムと窒化ゲルマニウムは絶縁体で、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上述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。
【０２２９】
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、アルミニウムとゲルマニウムと遷移金属との合金窒化膜を帯電防止膜として用いると、組立工程中に抵抗値の変化がほとんど起こらず、安定した値が得られた。これによりスペーサ近傍でのビームの電位の乱れは抑止され、ビームが蛍光体に衝突する位置と、本来発光す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。
【０２３０】
さらに、アルミニウムとゲルマニウムと遷移金属との合金窒化膜を帯電防止膜として用いる場合、表面のアルミニウムの窒化率が高いほど帯電を抑制でき、大気中で封着を行っても３５％以上の窒化率（［窒化アルミニウムを構成する窒素の原子濃度］／［アルミニウムの原子濃度］）を維持することが可能となった。
【０２３１】
（実施例１）
以上の参考例では、遷移金属を含むゲルマニウムの窒化物を用いた構成を示したが本実施例では、ゲルマニウムの酸化物を用いた。さらに本実施例では、帯電を好適に低減するために、ゲルマニウム化合物の膜（第２層）と、金属、特には遷移金属を含む膜（第１層）とを積層して設けている。該第１層としては酸化物が好ましく、遷移金属としては、鉄、コバルト、銅、ルテニウムが好ましい。すなわち、第１層としては、酸化鉄、酸化コバルト、酸化銅、酸化ルテニウム、またはこれらと他の遷移金属との混合物が好ましい。また抵抗温度計数を好適に制御するという面からは、酸化鉄、酸化コバルト、酸化銅、酸化ルテニウム、及びこれらと酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化タングステン、酸化ルテニウム、酸化イットリウムの混合物が好ましい。
【０２３２】
このような積層構成、特には導電性を制御するための第１層をゲルマニウムの化合物層と合わせて用いる構成を採用することにより、ゲルマニウムの化合物層の仕様範囲を広げても好適な帯電抑制構造を実現することができる。
【０２３３】
本実施例の構成において、第１層、第２層の膜は、真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法でも成膜できるが、ディッピング法、スピンナー法、スプレー法、ポッティング法等の、簡便な薄膜形成手段により、特には絶縁部材上に形成することができる。例えば、金属酸化物の微粒子、好ましくは２００ミクロン以下の微粒子の分散液、または、金属アルコキシド、有機酸金属塩、及びそれらの誘導体などのゾルの溶液を、まず用途に合わせて混合し、塗布し、乾燥後に４００度から１０００度で焼成し、目的の帯電緩和膜を得ることができる。溶液の安定性を重視する場合は、金属アルコキシドと、有機酸金属塩は混合して用いない方がよい。
【０２３４】
以下本実施例で用いるスペーサの構成を詳細に述べる。
【０２３５】
スペーサ１０は清浄化したソーダライムガラスからなる絶縁性基材１０ａ（高さ２．８ｍｍ、板厚２００μｍ、長さ４０ｍｍ）上に帯電防止膜１０ｃとして第１層の酸化イットリウムと酸化銅の混合物（ディッピング法で成膜）、及び第２層の酸化ゲルマニウム（スプレー法で成膜）の膜を成膜した。
【０２３６】
本実施例で用いた酸化イットリウム及び酸化銅の膜は（株）高純度化学研究所のコート剤ＳＹＭ−Ｙ０１及びＳＹＭ−ＣＵ０４の混合物を用いて成膜した。まずＳＹＭ−Ｙ０１とＳＹＭ−ＣＵ０４の混合物をディッピング（引き上げ速度：２ｍｍ／ｓｅｃ）によりスペーサ上に塗布し、１２０℃で乾燥、４５０℃で焼成することにより第１層（膜厚１００ｎｍ）を成膜した後、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２ ；ＳＹＭ−ＧＥ０３を使用）からなる膜をスプレー法により１０ｎｍ成膜した。
【０２３７】
本実施例のスペーサは上記駆動条件において電子放出素子１からの放出電子による発光スポットのスペーサ近傍のずれはほとんどなく、テレビジョン画像として問題のない範囲であった。
【０２３８】
本実施例の帯電緩和膜の比抵抗値は、成膜後は７．２×１０３Ωｍ、組立工程後は８．５×１０３Ωｍ、真空排気後は８．３×１０３Ωｍ、抵抗温度係数は−０．６％であった。
【０２３９】
【発明の効果】
以上説明したように、ゲルマニウムの酸化物を用いることにより、帯電しにくい、また、帯電を低減しやすい、帯電緩和膜を実現することができる。また再現性が好適な膜を実現することができる。また安定性がよい膜を実現することができる。それにより電子線装置においては、帯電の影響の少ない構成を実現することができる。
【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】 単純マトリクスの配線図である。
【図１２】 平面型表面伝導型電子放出素子の断面図である。
【図１３】 スパッタ装置の概略的構成図である。
【図１４】 多数の微小な電子源を使用したディスプレイの断面模式図である。
【図１５】 本発明で用いるスペーサの他の形態を示す斜視図である。
【図１６】 参考例６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１７】 参考例７〜１１で用いるスパッタ装置の概略的構成図である。
【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
９ Ｘ方向配線
１０ スペーサ
１０ａ 絶縁性基材
１０ｂ Ｎａブロック層
１０ｃ 帯電緩和膜
１１ 良導電性の電極
１２ Ｙ方向配線
１３ 基板
【発明の属する技術分野】
本願に係る発明は、帯電を緩和できる膜、特には、電子が当たった時に生じうる帯電の影響を緩和できる膜を用いた電子線装置及び画像形成装置に関する。
【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。プラズマ発光型及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膜式図であり、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及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、斜めから見た時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引き起こす。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時、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緩和膜は酸化スズ、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】
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】
【発明が解決しようとする課題】
本願に係る発明は、帯電を好適に抑制すること、帯電を好適に低減すること、の少なくともいずれかを実現でき、帯電による影響を緩和できる帯電緩和膜を用いた電子線装置、特には画像形成装置を実現することを目的とする。また本願は、再現性の高い膜を実現すること、安定な膜を実現すること、特には熱工程での抵抗値の変化しにくい膜を実現すること、の少なくともいずれかを目的とする発明も含む。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願に係る電子線装置の発明の一つは以下のように構成される。
【０００９】
外囲器内に、電子源と、該電子源に対向する対向部材と、該電子源と対向部材との間に設けられる第１の部材とを有する電子線装置であって、
前記第１の部材は、基材と、該基材上に設けられた帯電緩和膜とを有し、
前記帯電緩和膜は、酸化鉄、酸化コバルト、酸化銅、酸化ルテニウム、の少なくとも一種又は混合物を含む第１層と、ゲルマニウムの酸化物を少なくとも含む第２層とを有する電子線装置。
【００１０】
この構成においては、前記第１の部材が帯電することによる影響を抑制できるので、好適である。
【００１１】
ここで、前記基材は絶縁性を有するものであるとよい。
【００１２】
また前記第１の部材は、前記電子源と対向部材の間の間隔を維持するスペーサとして好適に用いることができる。
【００１３】
また、前記第１の部材の前記電子源側の端部と前記対向部材側の端部との間に印加される電圧をＶａとした時の、前記帯電緩和膜の比抵抗が１０−７×ＶａΩｍ以上１０５ Ωｍ以下であるとよい。
【００１４】
また、前記基材はＮａを含有する基材であり、前記基材と前記帯電緩和膜の間にＮａブロック層を有するとよい。前記基材と前記帯電緩和膜の間に、酸化珪素層、酸化ジルコニウム層、酸化アルミニウム層の少なくともいずれかを有するようにするとよい。
【００１５】
本願に係る画像形成装置の発明の一つは以下のように構成される。
【００１６】
外囲器内に、電子源と、該電子源に対向して設けられ電子照射により画像を形成する画像形成部材と、該電子源と画像形成部材との間に設けられる第１の部材とを有する画像形成装置であって、
前記第１の部材は、基材と、該基材上に設けられた帯電緩和膜とを有し、
前記帯電緩和膜は、酸化鉄、酸化コバルト、酸化銅、酸化ルテニウム、の少なくとも一種又は混合物を含む第１層と、ゲルマニウムの酸化物を少なくとも含む第２層とを有する画像形成装置。
【００１７】
この構成によれば、第１の部材が帯電することによる影響を抑制できるため、好適な画像形成が可能となる。
【００１８】
ここで、前記第１の部材は、前記外囲器内に配置された電極に接続されているとよく、特には、前記第１の部材は、前記外囲器内に配置され、それぞれ異なる電位が与えられる複数の電極に接続されているとよい。また、前記第１の部材は、前記外囲器内に配置された電極に接続される端部に、該端部に沿って設けられる電極を有していると好適である。
【００１９】
また、前記第１の部材は、前記電子源に設けられた電極と前記画像形成部材に設けられた電極とに接続されているとよい。画像形成部材に設けられた電極としては、例えば、電子源からの電子を加速する電位が与えられる加速電極を好適に用いることができる。
【００２０】
第１の部材を電子源に設けられた電極に接続する構成において、該電子源に設けられた電極としては、前記電子源が有する電子放出素子を駆動する電位を与える電極を好適に用いることができる。電子放出素子を駆動する電位を与えるための電極とは、例えば配線であったりする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の説明に先立って、まず参考例について説明する。
【００２２】
（参考例１）
以下に詳述される帯電緩和膜は、電子放出素子を用いた画像形成装置のスペーサ表面に適用されるのが本発明において好ましい態様であるが、該画像形成装置と同様に、容器内に電子放出素子を内包する装置で、上述同様の問題を生じるような場合においては、該容器内面あるいは容器内に配置された部材表面に適用することで、上述した帯電による放出電子の軌道への悪影響を低減でき、あるいは、装置の製造時の熱工程による該帯電緩和膜の特性変化を低減することができるといった同様の効果を得ることができる。
【００２３】
帯電緩和膜は絶縁性基材の表面を導電性膜で被覆することにより、絶縁性基材表面に蓄積した電荷を除去するものであり、通常、帯電緩和膜の表面抵抗（シート抵抗Ｒｓ）１０１４Ω／□以下であれば帯電を緩和できるが、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。
【００２４】
帯電緩和膜を上記ディスプレイのスペーサに適応した場合においては、スペーサの表面抵抗値Ｒｓは帯電防止及び消費電力からその望ましい範囲に設定される。シート抵抗の下限はスペーサにおける消費電力により制限される。低抵抗であるほどスペーサに蓄積する電荷を速やかに除去することが可能となるが、スペーサで消費される電力が大きくなる。スペーサに使用する帯電緩和膜としては比抵抗が小さい金属膜よりは半導電性の材料であることが好ましい。その理由は比抵抗が小さい材料を用いた場合、表面抵抗Ｒｓを所望の値にするためには帯電緩和膜の厚みを極めて薄くしなければならないからである。薄膜材料の表面エネルギー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。
【００２５】
したがって、比抵抗値が金属導電体より大きく、絶縁体よりは小さい範囲にある半導電性材料が好ましいのであるが、これらは抵抗温度係数が負の材料が多い。抵抗温度係数が負であると、スペーサ表面で消費される電力による温度上昇で抵抗値が減少し、さらに発熱し温度が上昇しつづけ、過大な電流が流れる、いわゆる熱暴走を引き起こす。しかし、発熱量すなわち消費電力と放熱がバランスした状況では熱暴走は発生しない。また、帯電緩和膜材料の抵抗温度係数（ＴＣＲ）の絶対値が小さければ熱暴走しにくい。
【００２６】
ＴＣＲが−１％の帯電緩和膜を用いた条件でスペーサ１平方ｃｍ当たりの消費電力がおよそ０．１Ｗを越えるようになるとスペーサに流れる電流が増加しつづけ、熱暴走状態となることが実験で認められた。これはもちろんスペーサ形状とスペーサ間に印加される電圧Ｖａ及び帯電緩和膜の抵抗温度係数により左右されるが、以上の条件から、消費電力が１平方ｃｍあたり０．１Ｗを越えないＲｓの値は１０×Ｖａ２／ｈ２Ω／□以上である。なお、ｈは該スペーサが配置される部材間距離で、上記ディスプレイにおいては、フェースプレートとリアプレート間の距離である。すなわち、平面型ディスプレイで代表される画像形成装置のｈは１ｃｍ以下に設定されるので、スペーサ上に形成した帯電緩和膜のシート抵抗Ｒｓは１０×Ｖａ２Ω／□から１０１１Ω／□の範囲に設定されることが望ましい。
【００２７】
上述したように絶縁性基材上に形成された帯電緩和膜の厚みｔは１０ｎｍ以上が望ましい。一方膜厚ｔが１μｍを超えると膜応力が大きくなって膜はがれの危険性が高まり、また成膜時間が長くなるため生産性が悪い。したがって、膜厚は１０ｎｍ〜１μｍ、さらに好適には２０〜５００ｎｍであることが望ましい。
【００２８】
比抵抗ρはシート抵抗Ｒｓと膜厚ｔの積であり、以上に述べたＲｓとｔの好ましい範囲から、帯電緩和膜の比抵抗ρは１０−７×Ｖａ２Ωｍ〜１０５Ωｍであることが望ましい。さらにシート抵抗と膜厚のより好ましい範囲を実現するためには、ρは（２×１０−７）Ｖａ２Ωｍ〜５×１０４Ωｍとするのがよい。
【００２９】
ディスプレイにおける電子の加速電圧Ｖａは１００Ｖ以上であり、ＣＲＴに通常用いられる高速電子用蛍光体を平面型ディスプレイに用いた場合に十分な輝度を得るためには１ｋＶ以上の電圧を要する。Ｖａ＝１ｋＶの条件においては、帯電緩和膜の比抵抗は０．１Ωｍ〜１０５ Ωｍが好ましい範囲である。
【００３０】
以上に述べた帯電緩和膜の特性を実現する材料を鋭意検討した結果、特に、ゲルマニウムと遷移金属との窒素化合物が、帯電緩和膜として極めて優れていることを見いだした。遷移金属はＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ等の中でもから選ばれるものであり、これらを単独で使用してもよいが、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、窒化ゲルマニウムは絶縁体である。よって、上記の窒素化合物膜は遷移金属とゲルマニウムとの組成を調整することにより、良導電体から絶縁体まで広い範囲に比抵抗値を制御できる。すなわち、スペーサ用帯電緩和膜として望ましい上述した比抵抗値を遷移金属組成を変えることにより実現することができる。
【００３１】
ここで、ゲルマニウムとＣｒ、Ｔｉ、Ｔａの窒化化合物では金属組成（遷移金属／ゲルマニウム）に対して比抵抗が変化する。上述した好ましい比抵抗が駆られる遷移金属比率はＣｒの場合およそ３ａｔ．％〜５０ａｔ．％、Ｔｉは３０ａｔ．％〜６８ａｔ．％、Ｔａは３５ａｔ．％〜８０ａｔ．％である。また、遷移金属がＭｏの場合Ｍｏの原子比（Ｍｏ／Ｇｅ）はおよそ３ａｔ．％〜５０ａｔ．％、Ｗの場合にはおよそ３〜６０ａｔ．％である。
【００３２】
さらに後述する画像形成装置作製の工程においてとりわけ、上述の遷移金属とゲルマニウムとの窒素化合物の帯電緩和膜は、抵抗値の変化が少なく安定な材料であることがわかった。かつ、その抵抗温度係数は負であるが絶対値は１％より小さく熱暴走しにくい材料である。さらに、窒化物は二次電子放出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】
本発明の帯電緩和膜である上述の遷移金属とゲルマニウム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。例えばスパッタ法の場合は、ゲルマニウム及び遷移金属のターゲットを窒素あるいはアンモニアの少なくとも一方を含むガス中でスパッタすることにより、スパッタ金属原子を窒化し、上述の遷移金属とゲルマニウム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ゲルマニウムと遷移金属の合金ターゲットを用いることも可能である。ガス圧、窒素分圧、成膜速度等のスパッタ条件を調整することにより、窒化膜中の窒素量が変化するが、十分窒化させた方が膜の安定性がよい。
【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方が抵抗値の安定性に優れたものとなりやすい。本発明でスペーサに用いられる帯電緩和膜はゲルマニウムは窒化物を形成し、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ゲルマニウム原子の５０ａｔ．％以上が窒化物であることが好ましく、特に、６０％以上が好ましい。
【００３５】
酸化を抑制する場合は、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とよい。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、結晶配向がよい方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。
【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、例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（窒化率）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、窒化率の向上は帯電緩和膜の性能向上をもたらすものである。本発明において、窒化率とはゲルマニウム元素に対し、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】
ただし、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】
以上、帯電緩和膜をディスプレイ用スペーサに用いた場合を説明したが、上述の窒素化合物は高融点材料でかつ硬度が高い性質を有するので、ディスプレイのスペーサ用途のみならず前述したように、容器内に電子放出素子を内包する装置の、容器内面あるいは容器内に配置された部材表面に被覆し、他は以上のスペーサの仕様と同様に用いるならば有用性が高い材料である。
【００３９】
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。
【００４０】
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ＳｎＯ２ 薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によるもの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ”、９、３１７（１９７２）］、Ｉｎ２ Ｏ３ ／ＳｎＯ２ 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎｄ Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ＥＤ Ｃｏｎｆ．”、５１９（１９７５）］、カーボン薄膜によるもの［荒木久 他：真空、第２６卷、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．Ｄｏｌａｎ、“Ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ”、Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ、８、８９（１９５６）あるいはＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“ＰＨＹＳＩＣＡＬ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｍｏｌｙｂｄｅｎｉｕｍ 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−ｅｍｉｓｓｉｏｎ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ”、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３２，６４６（１９６１）等が知られている。
【００４１】
本発明の画像形成装置は、以下のような形態を有するものであってもよい。
【００４２】
（１）画像形成装置は、入力信号に応じて電子放出素子から放出された電子を画像形成部材に照射して画像を形成するものである。特に、前記画像形成部材が蛍光体である画像表示装置を構成することができる。
【００４３】
（２）前記電子放出素子は、複数の行方向配線と複数の列方向配線とでマトリクス配線された複数の冷陰極素子を有する単純マトリクス状配置をとることができる。
【００４４】
（３）前記電子放出素子は、並列に配置した複数の冷陰極素子の個々を両端で接続した冷陰極素子の行を複数配し（行方向と呼ぶ）、この配線と直交する方向（列方向と呼ぶ）に沿って、冷陰極素子の上方に配した制御電極（グリッドとも呼ぶ）により、冷陰極素子からの電子を制御するはしご状配置をとることができる。
【００４５】
（４）また、本発明の思想によれば、画像表示装置に限るものでなく、感光性ドラムと発光ダイオード等で構成された光プリンタの発光ダイオード等の代替の発光源として用いることもできる。またこの際、上述のｍ本の行方向配線とｎ本の列方向配線を、適宜選択することで、ライン状発光源だけでなく、２次元状の発光源としても応用できる。この場合、画像形成部材としては、以下の参考例で用いる発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。
【００４６】
また、本発明の思想によれば、例えば電子顕微鏡のように、電子源からの放出電子の被照射部材が、蛍光体等の画像形成部材以外のものである場合についても、本発明は適用できる。したがって、本発明は被照射部材を特定しない一般的電子線装置としての形態もとりうる。
【００４７】
以下、本発明の帯電緩和膜及びその帯電緩和膜を用いたスペーサを備えた画像形成装置について図面を用いて具体的に述べる。
【００４８】
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。
【００４９】
スペーサ１０は絶縁性基材１０ａの表面に本発明に係る帯電緩和膜１０ｃが形成されている。スペーサ１０は外囲器８内を真空にすることにより大気圧を受けて、真空外囲器８が破損あるいは変形するのを避けるために設けられる。スペーサ１０の材質、形状、配置、配置本数は外囲器８の形状ならびに熱膨張係数等、外囲器の受ける大気圧、熱等を考慮して決定される。スペーサの形状には、平板型、十字型、Ｌ字型等があり、また図１５（ａ）、（ｂ）のように基板に各電子源また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。
【００５０】
絶縁性基材１０ａはフェースプレート７及びリアプレート２にかかる大気圧を支持する必要からガラス、セラミッ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。
【００５１】
絶縁性基材１０ａにソーダガラス等アルカリイオンを含むガラスを使用した場合、例えばＮａイオンにより帯電緩和膜の導電性等を変化させるおそれがあるが、窒化Ｓｉ、酸化Ａｌ等のＮａブロック層１０ｂを絶縁性基材１０ａと帯電緩和膜１０ｃの中間に形成することでＮａ等アルカリイオンの帯電緩和膜１０ｃへの侵入を抑制することができる。
【００５２】
帯電緩和膜１０ｃはゲルマニウムと遷移金属との窒化化合物膜であり、例えば遷移金属として、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａを用いた。
【００５３】
スペーサ１０はメタルバック６及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、帯電緩和膜とフェースプレート上の電極及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。
【００５６】
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一部を切り欠いて示している。
【００５７】
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当たっては、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、例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。
【００５８】
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。例えば、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１２、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。
【００５９】
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。
【００６０】
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、例えば図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よい。または黒色体５ｂを導電性としてもよい。
【００６１】
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、例えば図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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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、例えばＩＴＯを材料とする透明電極を設けてもよい。
【００６５】
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。
【００６６】
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の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、例えば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。
【００６７】
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、例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。
【００６８】
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成について述べる。
【００６９】
［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種類が挙げられる。
【００７０】
（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。
【００７１】
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１５は素子電極、１６は導電性薄膜、１７は通電フォーミング処理により形成した電子放出部、１８は通電活性化処理により形成した薄膜である。
【００７２】
基板１３としては、例えば、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ックス基板、あるいは上述の各種基板上に例えばＳｉＯ２を材料とする絶縁層を積層した基板、等を用いることができる。
【００７３】
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。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、等の中でも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さしつかえない。
【００７４】
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、中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。
【００７５】
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。
【００７６】
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、中でも好ましいのは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、等である。具体的には、数ｎｍの１／１０から数百ｎｍの範囲の中でもで設定するが、中でも好ましいのは１ｎｍから５０ｎｍの間である。
【００７７】
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、等をはじめとする金属や、ＰｄＯ、ＳｎＯ２、Ｉｎ２ Ｏ３、ＰｂＯ、Ｓｂ２ Ｏ３、等をはじめとする酸化物や、ＨｆＢ２、ＺｒＢ２、ＬａＢ６、ＣｅＢ６、ＹＢ４、ＧｄＢ４、等をはじめとする硼化物や、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣ、等をはじめとする炭化物や、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、等をはじめとする窒化物や、Ｓｉ、Ｇｅ、等をはじめとする半導体や、カーボン、等が挙げられ、これらの中から適宜選択される。
【００７８】
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、１０３ 〜１０７ ［オーム／ｓｑ］の範囲に含まれるよう設定した。
【００７９】
なお、導電性薄膜１６と素子電極１４及び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。
【００８０】
また、電子放出部１７は、導電性薄膜１６の一部に形成された亀裂状の部分であり、電気的には周囲の導電性薄膜よりも高抵抗な性質を有している。亀裂は、導電性薄膜１６に対して、後述する通電フォーミングの処理を行うことにより形成する。亀裂内には、数ｎｍの１／１０から数十ｎｍの粒径の微粒子を配置する場合がある。なお、実際の電子放出部の位置や形状を精密かつ正確に図示するのは困難なため、図５においては模式的に示した。
【００８１】
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及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。
【００８２】
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、３０ｎｍ以下とするのがさらに好ましい。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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１０ｎｍとした。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
１）まず、図６（ａ）に示すように、基板１３上に素子電極１４及び１５を形成する。形成するに当たっては、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、例えば、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、一対の素子電極１４，１５を形成する。
【００９０】
２）次に、図６（ｂ）に示すように、導電性薄膜１６を形成する。形成するに当たっては、まず素子電極１４，１５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、それ以外の例えばスピンナー法やスプレー法を用いてもよい。
【００９１】
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、例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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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Ｔ１の三角波パルスをパルス間隔Ｔ２で連続的に印加した。その際には、三角波パルスの波高値Ｖpfを、順次昇圧した。また、電子放出部１７の形成状況をモニターするためのモニターパルスＰｍを適宜の間隔で三角波パルスの間に挿入し、その際に流れる電流を電流計２０で計測した。
【００９５】
実施形態例においては、例えば１０−３Ｐａ程度の真空雰囲気下において、例えばパルス幅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関わる通電を終了した。
【００９６】
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、例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。
【００９７】
４）次に、図６（ｄ）に示すように、活性化用電源２１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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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た放出電流Ｉｅを捕捉するためのアノード電極で、直流高電圧電源２３及び電流計２４が接続されている。なお、基板１３を、表示パネルの中でも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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
（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。
【０１０６】
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２５、素子電極２６及び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、例えばＳｉＯ２のような電気的に絶縁性の材料を用いる。
【０１０７】
［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。
【０１０８】
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、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。
【０１０９】
画像形成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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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の画像形成装置に好適に用いることができた。例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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
［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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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１２、電極間絶縁層（不図示）、及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及び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。
【０１１８】
以下、本参考例のスペーサについて図面を用いて説明する。
【０１１９】
以下、図１を用いて説明する。本参考例では、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。
【０１２０】
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、各蛍光体５ａがＹ方向にのびるストライプ形状を採用し、黒色体５ｂとしては各色蛍光体５ａ間だけでなく、Ｘ方向にも設けることでＹ方向の画素間を分離しかつスペーサ１０を設置するための部分を加えた形状を用いた。先に黒色体（導電体）５ｂを形成し、その間隙部に各色蛍光体５ａを塗布して蛍光膜５を作成した。ブラックストライプ（黒色体５ｂ）の材料として通常よく用いられている黒鉛を主成分とする材料を用いた。ガラス基板４に蛍光体５ａを塗布する方法はスラリー法を用いた。
【０１２１】
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、さらに蛍光膜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、本参考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。
【０１２２】
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Ｇｅの窒化膜１０ｃを真空成膜法により形成し成膜した。
【０１２３】
本参考例で用いたＣｒとＧｅ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Ｇｅのターゲットを同時スパッタすることにより成膜した。
【０１２４】
スパッタ装置については図１３のようになっている。図１３において、４１はスパッタチャンバーもしくは成膜室、４２はスペーサ部材、４３，４４はそれぞれＣｒ、Ｇｅ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。
【０１２５】
スパッタチャンバーの背圧は、２×１０−５Ｐａであった。スパッタ時には窒素分圧が３０％になるように、アルゴンと窒素の混合ガスを流した。スパッタガス全圧は０．４５Ｐａであった。Ｃｒターゲットに１３Ｗ、Ｇｅターゲットに１５０Ｗの高周波電圧を投入し、スパッタ時間を調整することにより、ＣｒとＧｅの窒化膜を作製した。
【０１２６】
作製したＣｒとＧｅの窒化膜は、膜厚が４５ｎｍ、成膜後（ａｓ ｄｅｐｏ）の比抵抗が２．５Ωｍのもの、膜厚が２００ｎｍ、成膜後（ａｓ ｄｅｐｏ）の比抵抗は３．５×１０３Ωｍのもの、膜厚が８０ｎｍ、成膜後（ａｓ ｄｅｐｏ）の比抵抗は５．２×１０６Ωｍのものの３種類である。
【０１２７】
なお、本明細書中のスペーサ（対大気圧支持体）の抵抗値は以下の方法により測定した。
【０１２８】
スペーサの両端（フェースプレート側の端部とリアプレート側の端部）もしくはその端部近傍に電極を接触させ、ディスプレイ内に設置した時と同一の方向に電界が印加されるように直流電圧Ｖｉ（１００Ｖ）を印加した。雰囲気は１×１０のマイナス５乗torrよりも低い圧力下で、遮光し、温度は２０度で行った。スペーサの両端に接触させる電極として、電解研磨により鏡面仕上げを行ったステンレス基板を用いて、スペーサを一対の該ステンレス基板の間に挟んで測定を行うか、もしくはプローブ電極を用い、スペーサの両端もしくはその近傍にプローブ電極を接触させて行った。スペーサを表示装置内に組み込んだ後の測定においては、スペーサ端部は表示装置のパネルに当接するので、スペーサの端部と導通する導電部材である配線もしくはメタルバックの、スペーサ端部近傍にプローブを接触させた。配線もしくはメタルバックはスペーサの抵抗値に比べて十分に抵抗が低いので、スペーサの端部に直接測定用電極を接触させなくても問題はなかった。
【０１２９】
測定電極間に流れる電流Ｉｉを検出し、以下に示す一般式（１）によりスペーサの抵抗値Ｒｉを得る。
【０１３０】
Ｒｉ＝Ｖｉ／Ｉｉ[Ω] ・・・・・（１）
前記のスペーサ抵抗Ｒｉをもとにシート抵抗Ｒｓｉ、体積抵抗ρｉは、以下に示す一般式（２）、（３）により算出した。
【０１３１】
Ｒｓｉ＝Ｒｉ×ｗ／ｄ[Ω／□] ・・・・・（２）
ρｉ＝Ｒｉ×ｓ／ｄ[Ω／□] ・・・・・（３）
ただし、ｓはスペーサに流れる電流パスの断面積（ｃｍ２）であり、高抵抗膜が表面を被覆している場合は高抵抗膜の断面積に一致する。さらにｄはスペーサの電流パスの経路長（ｃｍ）を示し、スペーサの接合位置に電極が形成されている場合は、スペーサ電極間距離に一致する。
【０１３２】
さらに、ｗは電流パス経路の幅（ｃｍ）であり、高抵抗膜の膜厚がｔ（ｃｍ）のときｓ／ｔに一致する。
【０１３３】
前述の測定電圧は、測定部材の放電耐圧以下の範囲で、必要に応じて、アノード印加電圧程度（例えば数ｋＶ）まで昇圧して測定することにより、実使用状態に近い条件で測定可能となる。
【０１３４】
また、スペーサ１０は、Ｘ方向配線９及びメタルバック６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１０の４面を完全に被覆した。ただし、電極１１がなくても十分な電気的接続がとれる場合には電極１１を配さなくてもよい。ＣｒとＧｅ窒化膜１０ｃによる帯電緩和膜１０ｃを成膜したスペーサ１０を、等間隔でフェースプレート７のＸ方向配線９上に固定した。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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）、スペーサ表面のゲルマニウムと遷移金属との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。
【０１３７】
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、帯電緩和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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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Ｄx1〜ＤxmとＤy1〜Ｄynに電圧パルスを定期的に印加することにより、炭素、あるいは炭素化合物を堆積する通電活性化処理を行った。通電活性化は図８に示すような波形を印加することにより行った。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
スペーサ１０について帯電緩和膜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、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Ｇｅ窒化膜が非常に安定であり、帯電緩和膜として適していることを示している。
【０１４４】
比抵抗３．５×１０３ Ωｍのスペーサについてはスペーサに近い位置にある電子放出素子１からの放出電子による発光スポットも含め、二次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよ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−０．８％であり、Ｖａ＝５ｋＶにおいても熱暴走は見られなかった。
【０１４５】
比抵抗２．５ΩｍのスペーサについてはＶａ＝２ｋＶでの消費電力がほぼ１Ｗに達するものの２ｋＶまで印加できた。また、比抵抗が５．２×１０６ Ωｍ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画像は表示できたが、スペーサ近傍の画像に乱れを生じた。
【０１４６】
本参考例に用いたスペーサの窒化率（窒化ゲルマニウムを構成するゲルマニウムの原子濃度／ゲルマニウムの原子濃度）をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光分析機構）により測定した結果、７０，６５，５８％であった。
【０１４７】
（比較例１）
比較例として前記と同様な方法で導電性膜にＣｒとＧｅ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１３に示した装置を用い、金属ターゲットの代わりにＳｎＯ２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。
【０１４８】
各組立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１．８×１０６ Ω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。
【０１４９】
（参考例２）
参考例１と異なるのはスペーサ１０のＣｒとＧｅ窒化膜１０ｃの代わりとしてＴａとＧｅの窒化化合物膜を用いた。本参考例で用いたＴａとＧｅ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Ｇｅ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１３の装置を用いた。スパッタチャンバーの背圧は、２×１０−５Ｐａであった。スパッタ時には窒素分圧が３０％となるように、アルゴンと窒素の混合ガスを流した。スパッタガス全圧は０．４５Ｐａであった。Ｔａターゲットに１５０Ｗ、Ｇｅターゲットに１５０Ｗの高周波電圧を投入し、スパッタ時間を調整することにより、ＴａとＧｅの窒化膜を作製した。
【０１５０】
作製したＴａとＧｅの窒化膜１０ｃの膜厚はおよそ２００ｎｍ、比抵抗は８．４×１０３Ωｍであった。また、抵抗温度係数は−０．６％であった。
【０１５１】
上記スペーサ１０を用いた画像形成装置を作製し、参考例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。
【０１５２】
スペーサの抵抗値を、組み込み前（ａｓ ｄｅｐｏ）、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。
【０１５３】
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、二次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよ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。
【０１５４】
（参考例３）
参考例１のＣｒとＧｅ窒化膜に代わり、ＴｉとＧｅ窒化膜を用いた。本参考例で用いたＴｉとＧｅ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Ｇｅ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１３の装置を用いた。スパッタチャンバーの背圧は、２×１０−５Ｐａであった。スパッタ時には窒素分圧が３０％になるように、アルゴンと窒素の混合ガスを流した。スパッタガス全圧は０．４５Ｐａであった。Ｔｉターゲットに１２０Ｗ、Ｇｅターゲットに１５０Ｗの高周波電圧を投入し、スパッタ時間を調整することにより、ＴｉとＧｅの窒化膜を作製した。
【０１５５】
作製したＴｉとＧｅの窒化膜１０ｃは、膜厚がおよそ６０ｎｍ、比抵抗が７．４×１０３Ωｍのものと、膜厚がおよそ８０ｎｍ、比抵抗が２．２×１０５Ωｍのものの２種である。また、抵抗温度係数は−０．８％であった。
【０１５６】
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〜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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
スペーサの抵抗値は、組み込み前（ａｓ ｄｅｐｏ）、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。
【０１５９】
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。比抵抗が７．４×１０３Ωｍ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、二次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよ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。一方、比抵抗が大きいスペーサ（比抵抗が２．２×１０５Ωｍ）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。
【０１６０】
（参考例４）
参考例１と異なるのはスペーサ１０のＣｒとＧｅ窒化膜１０ｃの代わりとしてＭｏとＧｅの化合物膜を用いた。本参考例で用いたＭｏとＧｅ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ＭｏとＧｅ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１３の装置を用いた。スパッタチャンバーの背圧は、２×１０−５Ｐａであった。スパッタ時には窒素分圧が３０％になるように、アルゴンと窒素の混合ガスを流した。スパッタガス全圧は０．４５Ｐａであった。Ｍｏターゲットに１５Ｗ、Ｇｅターゲットに１５０Ｗの高周波電圧を投入し、スパッタ時間を調整することにより、ＭｏとＧｅの窒化膜を作製した。
【０１６１】
作製したＭｏとＧｅの窒化膜１０ｃは、膜厚がおよそ２００ｎｍ、比抵抗が６．４×１０３Ωｍである。また、抵抗温度係数は−０．６％であった。
【０１６２】
以上のスペーサ１０を使用した画像形成装置を参考例１と同様に作製し、参考例１と同様に画像の評価を行った。
【０１６３】
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。
【０１６４】
スペーサの抵抗値を、組み込み前（ａｓ ｄｅｐｏ）、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。
【０１６５】
また、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。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、二次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよ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。
【０１６６】
（参考例５）
参考例１と異なるのはスペーサ１０のＣｒとＧｅ窒化膜１０ｃの代わりとしてＷとＧｅの化合物膜を用いた。本参考例で用いたＷとＧｅ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ＷとＧｅ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１３の装置を用いた。スパッタチャンバーの背圧は、２×１０−５Ｐａであった。スパッタ時には窒素分圧が３０％になるように、アルゴンと窒素の混合ガスを流した。スパッタガス全圧は０．４５Ｐａであった。Ｗターゲットに１２Ｗ、Ｇｅターゲットに１５０Ｗの高周波電圧を投入し、スパッタ時間を調整することにより、ＷとＧｅの窒化膜を作製した。
【０１６７】
作製したＷとＧｅの窒化膜１０ｃは、膜厚がおよそ２００ｎｍ、比抵抗が５．０×１０３Ωｍである。また、抵抗温度係数は−０．４％であった。
【０１６８】
以上のスペーサ１０を使用した画像形成装置を参考例１と同様に作製し、参考例１と同様に画像の評価を行った。
【０１６９】
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。
【０１７０】
スペーサの抵抗値を、組み込み前（ａｓ ｄｅｐｏ）、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。
【０１７１】
また、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。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、二次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよ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】
（参考例６）
本参考例では電子放出素子として冷陰極型電子放出素子の一種である電界放出素子を用いた。
【０１７３】
図１６は本参考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１６において、６２はリアプレート、６３はフェースプレート、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ゲルマニウム（Ｇｅ）窒素化合物膜がスパッタ法で被覆されている。
【０１７４】
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。さらに、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、フェースプレート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。なお、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。
【０１７５】
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、幅３．８ｍｍ、厚み０．２ｍｍの青板ガラスであり、その表面に参考例５と同様の方法によりタングステンとゲルマニウムの窒素化合物膜を２００ｎｍ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１００μｍの領域に形成されている。
【０１７６】
本参考例におけるタングステンとゲルマニウムの窒素化合物膜の成膜後の比抵抗は７．９×１０３ Ωｍであり、スペーサの抵抗値は３．７×１０９Ωであった。
【０１７７】
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、排気管の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ー処理を行った。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
以上説明した帯電緩和膜によれば、酸素等の雰囲気でも抵抗値の変動が小さく、高抵抗化する場合でも島状としたり極めて薄膜化する必要がないので、安定性、再現性の優れた帯電緩和膜を形成することができる。また、高融点で、硬度が高いので安定性に優れる長所も有している。さらに、窒化ゲルマニウムは絶縁体で、遷移金属窒化物は良導電体なので、組成を調整することで任意の比抵抗値を得ることができる。本発明の帯電緩和膜は本願の実施形態等で述べた装置の他、ＣＲＴ、あるいは放電管等の電子管等に用いることができ、その他にも電荷の帯電が問題となる用途に広く用いることができる。
【０１８１】
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、ゲルマニウムとの窒化化合物膜を帯電緩和膜として用いることで、組立工程中に抵抗値の変化がほとんど起こらず、安定した抵抗値を得ることができる。これによりスペーサ近傍でのビームの電位の乱れは抑止され、ビームが蛍光体に衝突する位置と、本来発光するべき蛍光体との位置ずれの発生が防止され、輝度損失を防ぐことができ鮮明な画像表示が可能となった。
【０１８２】
（参考例７）
以下ではさらにＡｌを加えた帯電緩和膜（帯電防止膜ともいう）を用いた例を説明する。
【０１８３】
［膜表面組成の較正方法について］
スペーサの表面窒化率などの膜表面組成を求める際には、以下の装置を使用して較正を行った。１０−８Ｐａ以下の真空度を保った同一真空室内に、薄膜形成機構及びＲＨＥＥＤ（反射高速電子回折パターン計測機構）とＸＰＳ（Ｘ線光電子分光分析機構）を備えた装置を使用して、まず薄膜形成機構により窒化アルミニウム薄膜を成膜し、ＲＨＥＥＤ法によりＡｌＮが形成されたことを確認後、ＸＰＳ測定を行った。この時のＡｌ２ｐスペクトル及び Ｎｌｓスペクトルのピーク面積比を用いて、アルミニウムとゲルマニウムの遷移金属合金窒化膜の表面組成を較正した。
【０１８４】
参考例７−１１においては帯電防止膜１０ｃはアルミニウムとゲルマニウムの遷移金属合金窒化膜であり、例えば遷移金属としてＣｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗを用いた。
【０１８５】
Ｃｒ／（Ａｌ＋Ｇｅ）の比率は５ａｔ．％〜１８ａｔ．％（原子％）、
Ｔｉ／（Ａｌ＋Ｇｅ）の比率は２４ａｔ．％〜４０ａｔ．％（原子％）、
Ｔａ／（Ａｌ＋Ｇｅ）の比率は３６ａｔ．％〜５０ａｔ．％（原子％）、
Ｍｏ／（Ａｌ＋Ｇｅ）の比率は３ａｔ．％〜１８ａｔ．％（原子％）、
Ｗ／（Ａｌ＋Ｇｅ）の比率は３ａｔ．％〜２０ａｔ．％（原子％）、
とするのが好ましい。
【０１８６】
以下、本参考例の具体的な構成について説明する。
【０１８７】
スペーサ１０は清浄化したソーダライムガラスからなる平板絶縁性基材１０ａ（高さ３．８ｍｍ、板厚２００μｍ、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とＧｅの合金窒化膜１０ｃを真空成膜法により形成し成膜した。
【０１８８】
本参考例で用いたＣｒとＡｌとＧｅの合金窒化膜１０ｃ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とＧｅ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。
【０１８９】
詳述すると、各ガス圧と各電力は、Ａｒ＝２．４ｍＴｏｒｒ／Ｎ２ ＝０．６ｍＴｏｒｒ、Ｃｒ＝１８Ｗ、Ａｌ＝６００Ｗ、Ｇｅ＝４５Ｗ、であり、基板は室温でアースに接地されている。
【０１９０】
スパッタ装置については図１７のようになっている。図１７において、４１は成膜室、４２はスペーサ部材、４３，４４，１７０１はそれぞれＣｒ、Ａｌ、Ｇｅのターゲット、４５，４７，１７０３はターゲット４３，４４，１７０１にそれぞれ高周波電圧を印加するための高周波電源、４６，４８，１７０２はインピーダンスの整合用マッチングボックス、４９，５０はアルゴン、窒素を導入するための導入管である。成膜室４１にアルゴンと窒素を上記の分圧で導入し、ターゲット４３，４４，１７０１と、スペーサ部材４２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。
【０１９１】
作製したＣｒとＡｌとＧｅの合金窒化膜は、膜厚が２００ｎｍ、比抵抗が２．４×１０３ Ωｍであり、Ｃｒ／（Ａｌ＋Ｇｅ）組成比７ａｔ．％（原子％）、Ｇｅ／Ａｌ組成比１８ａｔ．％（原子％）である。
【０１９２】
以上のようにして、参考例１と同様に製造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。
【０１９３】
この時、スペーサに近い位置にある電子放出素子１からの放出電子による発光スポットも含め、二次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよ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見られなかった。
【０１９４】
また、スペーサ１０について帯電防止膜１０ｃの抵抗値は、組み込み前で１．１×１０９Ω、フェースプレート７、リアプレート２、封着後で、１．０×１０９Ω、真空排気後で１．３×１０９Ω、素子電極通電処理後で１．４×１０９Ωであった。このことはＣｒとＡｌとＧｅの合金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。
【０１９５】
また、このスペーサ１０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、Ｇｅは表面では酸化物であるが、Ａｌ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（［窒化アルミニウムを構成する窒素の原子濃度］／［アルミニウムの原子濃度］）が５１〜５５％であった。
【０１９６】
（比較例２）
比較例として前記と同様な方法で、導電膜にＣｒとＡｌとＧｅの合金窒化膜の代わりに、ＳｎＯ２を用いたところ、各組立工程において導電膜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９．５Ωｃｍ、抵抗値で４．１×１０６Ω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。
【０１９７】
製造方法は参考例１のスパッタリング装置で酸素とアルゴン混合雰囲気中で、ＳｎＯ２のターゲットをスパッタすることにより成膜した。詳述すると、Ａｒ０．８ｍＴｏｒｒ／Ｏ２ ０．２ｍＴｏｒｒ、ＳｎＯ２ ＝１００Ｗ、基板は室温でアースに接地されている。膜厚は２．２ｎｍである。抵抗値は組み込み前で２．７×１０９ Ω、フェースプレート、リアプレート封着後で４．４×１０５Ω、真空排気後で１．８×１０６Ω、素子電極通電処理後で４．１×１０６Ωであった。
【０１９８】
（参考例８）
参考例７と異なるのは、スペーサ１０のＣｒとＡｌとＧｅの合金窒化膜１０ｃの代わりとして、ＴａとＡｌとＧｅの合金窒化膜を用いた。成膜方法については参考例７と同様で、そのガス圧と各電力は、Ａｒ＝２．４ｍＴｏｒｒ／Ｎ２ ＝０．６ｍＴｏｒｒ、Ｔａ＝２００Ｗ、Ａｌ＝５００Ｗ、Ｇｅ＝５０Ｗである。この時のＴａとＡｌとＧｅの合金窒化膜１０ｃは膜厚がおよそ２３０ｎｍであり、比抵抗が５．２×１０３Ωｍである。また、抵抗温度係数は−０．３％であり、Ｔａ／（Ａｌ＋Ｇｅ）組成比４１ａｔ．％（原子％）、Ｇｅ／Ａｌ組成比２６ａｔ．％（原子％）である。
【０１９９】
上記スペーサ１０を用いた画像形成装置を作製し、参考例７と同様の評価を行った。
【０２００】
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。
【０２０１】
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。すなわち、抵抗値は組み込み前は２．１×１０９Ω、フェースプレート・リアプレートへの封着後は１．６×１０９Ω、真空排気後は２．３×１０９Ω、素子電極通電処理後は２．５×１０９Ωであった。
【０２０２】
また、スペーサ１０のリアプレート２近傍からフェースプレート７近傍まで、各微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。
【０２０３】
また、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、二次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよ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。
【０２０４】
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、ＴａとＧｅは表面では酸化物であるが、Ａｌ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（［窒化アルミニウムを構成する窒素の原子濃度］／［アルミニウムの原子濃度］）が５３〜５７％であった。
【０２０５】
（参考例９）
参考例７のＣｒとＡｌとＧｅの合金窒化膜に代わり、ＴｉとＡｌとＧｅの合金窒化膜を用いた。成膜方法については参考例７と同様で、Ａｒ＝２．４ｍＴｏｒｒ／Ｎ２ ＝０．６ｍＴｏｒｒ、Ｔｉ＝１２０Ｗ、Ａｌ＝４００Ｗ、Ｇｅ＝１００Ｗ（ＲＦ）である。この時のＴｉとＡｌとＧｅの合金窒化膜１０ｃは膜厚がおよそ１９０ｎｍであり、比抵抗が４．７×１０３ Ωｍである。また、抵抗温度係数は−０．５％であり、Ｔｉ／（Ａｌ＋Ｇｅ）組成比３１ａｔ．％（原子％）、Ｇｅ／Ａｌ組成比６３ａｔ．％（原子％）である。
【０２０６】
上記スペーサ１０を用いた画像形成装置を作製し、参考例１と同様の評価を行った。
【０２０７】
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。
【０２０８】
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。抵抗値は組み込み前は２．４×１０９Ω、フェースプレート・リアプレートへの封着後は１．９×１０９Ω、真空排気後は２．５×１０９Ω、素子電極通電処理後は２．７×１０９Ωであった。
【０２０９】
また、スペーサ１０のリアプレート２近傍からフェースプレート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。
【０２１０】
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、二次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよ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、ＴｉとＧｅは表面では酸化物であるが、Ａｌ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（［窒化アルミニウムを構成する窒素の原子濃度］／［アルミニウムの原子濃度］）が４９〜５４％であった。
【０２１２】
（参考例１０）
参考例７のＣｒとＡｌとＧｅの合金窒化膜に代わり、ＭｏとＡｌとＧｅの合金窒化膜を用いた。成膜方法については参考例７と同様で、Ａｒ＝２．４ｍＴｏｒｒ／Ｎ２ ＝０．６ｍＴｏｒｒ、Ｍｏ＝１０Ｗ、Ａｌ＝５００Ｗ、Ｇｅ＝２５Ｗ（ＲＦ）である。この時のＭｏとＡｌとＧｅの合金窒化膜１０ｃは膜厚がおよそ２５０ｎｍであり、比抵抗が５．３×１０３Ωｍである。また、抵抗温度係数は−０．３％であり、Ｍｏ／（Ａｌ＋Ｇｅ）組成比６ａｔ．％（原子％）、Ｇｅ／Ａｌ組成比１３ａｔ．％（原子％）である。
【０２１３】
上記スペーサ１０を用いた画像形成装置を作製し、参考例７と同様の評価を行った。
【０２１４】
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。
【０２１５】
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。すなわち、抵抗値は組み込み前は２．０×１０９Ω、フェースプレート・リアプレートへの封着後は１．４×１０９Ω、真空排気後は１．９×１０９Ω、素子電極通電処理後は２．４×１０９Ωであった。
【０２１６】
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。
【０２１７】
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、二次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよ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。
【０２１８】
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、ＭｏとＧｅは表面では酸化物であるが、Ａｌ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（［窒化アルミニウムを構成する窒素の原子濃度］／［アルミニウムの原子濃度］）が５６〜６１％であった。
【０２１９】
（参考例１１）
参考例７のＣｒとＡｌとＧｅの合金窒化膜に代わり、ＷとＡｌとＧｅの合金窒化膜を用いた。成膜方法については参考例７と同様で、Ａｒ＝２．４ｍＴｏｒｒ／Ｎ２ ＝０．６ｍＴｏｒｒ、Ｗ＝１８Ｗ、Ａｌ＝２００Ｗ、Ｇｅ＝２００Ｗ（ＲＦ）である。
【０２２０】
この時のＷとＡｌとＧｅの合金窒化膜１０ｃは膜厚がおよそ２１０ｎｍであり、比抵抗が６．２×１０３ Ωｍである。また、抵抗温度係数は−０．５％であり、Ｗ／（Ａｌ＋Ｇｅ）組成比１１ａｔ．％（原子％）、Ｇｅ／Ａｌ組成比１８０ａｔ．％（原子％）である。
【０２２１】
上記スペーサ１０を用いた画像形成装置を作製し、参考例７と同様の評価を行った。
【０２２２】
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。
【０２２３】
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。抵抗値は組み込み前は２．８×１０９Ω、フェースプレート・リアプレートへの封着後は２．２×１０９Ω、真空排気後は２．９×１０９Ω、素子電極通電処理後は３．４×１０９Ωであった。
【０２２４】
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。
【０２２５】
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、二次元状に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性のよいカラー画像表示ができた。
【０２２６】
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。
【０２２７】
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、ＷとＧｅは表面では酸化物であるが、Ａｌ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（［窒化アルミニウムを構成する窒素の原子濃度］／［アルミニウムの原子濃度］）が５８〜６２％であった。
【０２２８】
以上説明したように、Ａｌを含む帯電防止膜によっても、製造工程での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く、熱暴走もしにくく、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、窒化アルミニウムと窒化ゲルマニウムは絶縁体で、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上述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。
【０２２９】
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、アルミニウムとゲルマニウムと遷移金属との合金窒化膜を帯電防止膜として用いると、組立工程中に抵抗値の変化がほとんど起こらず、安定した値が得られた。これによりスペーサ近傍でのビームの電位の乱れは抑止され、ビームが蛍光体に衝突する位置と、本来発光す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。
【０２３０】
さらに、アルミニウムとゲルマニウムと遷移金属との合金窒化膜を帯電防止膜として用いる場合、表面のアルミニウムの窒化率が高いほど帯電を抑制でき、大気中で封着を行っても３５％以上の窒化率（［窒化アルミニウムを構成する窒素の原子濃度］／［アルミニウムの原子濃度］）を維持することが可能となった。
【０２３１】
（実施例１）
以上の参考例では、遷移金属を含むゲルマニウムの窒化物を用いた構成を示したが本実施例では、ゲルマニウムの酸化物を用いた。さらに本実施例では、帯電を好適に低減するために、ゲルマニウム化合物の膜（第２層）と、金属、特には遷移金属を含む膜（第１層）とを積層して設けている。該第１層としては酸化物が好ましく、遷移金属としては、鉄、コバルト、銅、ルテニウムが好ましい。すなわち、第１層としては、酸化鉄、酸化コバルト、酸化銅、酸化ルテニウム、またはこれらと他の遷移金属との混合物が好ましい。また抵抗温度計数を好適に制御するという面からは、酸化鉄、酸化コバルト、酸化銅、酸化ルテニウム、及びこれらと酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化タングステン、酸化ルテニウム、酸化イットリウムの混合物が好ましい。
【０２３２】
このような積層構成、特には導電性を制御するための第１層をゲルマニウムの化合物層と合わせて用いる構成を採用することにより、ゲルマニウムの化合物層の仕様範囲を広げても好適な帯電抑制構造を実現することができる。
【０２３３】
本実施例の構成において、第１層、第２層の膜は、真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法でも成膜できるが、ディッピング法、スピンナー法、スプレー法、ポッティング法等の、簡便な薄膜形成手段により、特には絶縁部材上に形成することができる。例えば、金属酸化物の微粒子、好ましくは２００ミクロン以下の微粒子の分散液、または、金属アルコキシド、有機酸金属塩、及びそれらの誘導体などのゾルの溶液を、まず用途に合わせて混合し、塗布し、乾燥後に４００度から１０００度で焼成し、目的の帯電緩和膜を得ることができる。溶液の安定性を重視する場合は、金属アルコキシドと、有機酸金属塩は混合して用いない方がよい。
【０２３４】
以下本実施例で用いるスペーサの構成を詳細に述べる。
【０２３５】
スペーサ１０は清浄化したソーダライムガラスからなる絶縁性基材１０ａ（高さ２．８ｍｍ、板厚２００μｍ、長さ４０ｍｍ）上に帯電防止膜１０ｃとして第１層の酸化イットリウムと酸化銅の混合物（ディッピング法で成膜）、及び第２層の酸化ゲルマニウム（スプレー法で成膜）の膜を成膜した。
【０２３６】
本実施例で用いた酸化イットリウム及び酸化銅の膜は（株）高純度化学研究所のコート剤ＳＹＭ−Ｙ０１及びＳＹＭ−ＣＵ０４の混合物を用いて成膜した。まずＳＹＭ−Ｙ０１とＳＹＭ−ＣＵ０４の混合物をディッピング（引き上げ速度：２ｍｍ／ｓｅｃ）によりスペーサ上に塗布し、１２０℃で乾燥、４５０℃で焼成することにより第１層（膜厚１００ｎｍ）を成膜した後、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２ ；ＳＹＭ−ＧＥ０３を使用）からなる膜をスプレー法により１０ｎｍ成膜した。
【０２３７】
本実施例のスペーサは上記駆動条件において電子放出素子１からの放出電子による発光スポットのスペーサ近傍のずれはほとんどなく、テレビジョン画像として問題のない範囲であった。
【０２３８】
本実施例の帯電緩和膜の比抵抗値は、成膜後は７．２×１０３Ωｍ、組立工程後は８．５×１０３Ωｍ、真空排気後は８．３×１０３Ωｍ、抵抗温度係数は−０．６％であった。
【０２３９】
【発明の効果】
以上説明したように、ゲルマニウムの酸化物を用いることにより、帯電しにくい、また、帯電を低減しやすい、帯電緩和膜を実現することができる。また再現性が好適な膜を実現することができる。また安定性がよい膜を実現することができる。それにより電子線装置においては、帯電の影響の少ない構成を実現することができる。
【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】 単純マトリクスの配線図である。
【図１２】 平面型表面伝導型電子放出素子の断面図である。
【図１３】 スパッタ装置の概略的構成図である。
【図１４】 多数の微小な電子源を使用したディスプレイの断面模式図である。
【図１５】 本発明で用いるスペーサの他の形態を示す斜視図である。
【図１６】 参考例６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１７】 参考例７〜１１で用いるスパッタ装置の概略的構成図である。
【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
９ Ｘ方向配線
１０ スペーサ
１０ａ 絶縁性基材
１０ｂ Ｎａブロック層
１０ｃ 帯電緩和膜
１１ 良導電性の電極
１２ Ｙ方向配線
１３ 基板
Claims (18)
- 外囲器内に、電子源と、該電子源に対向する対向部材と、該電子源と対向部材との間に設けられる第１の部材とを有する電子線装置であって、
前記第１の部材は、基材と、該基材上に設けられた帯電緩和膜とを有し、
前記帯電緩和膜は、酸化鉄、酸化コバルト、酸化銅、酸化ルテニウム、の少なくとも一種又は混合物を含む第１層と、ゲルマニウムの酸化物を少なくとも含む第２層とを有する電子線装置。 - 前記基材は絶縁性を有する請求項１に記載の電子線装置。
- 前記第１の部材は、前記電子源と対向部材の間の間隔を維持するスペーサである請求項１もしくは２に記載の電子線装置。
- 前記第１の部材の前記電子源側の端部と前記対向部材側の端部との間に印加される電圧をＶａとした時の、前記帯電緩和膜の比抵抗が１０−７×ＶａΩｍ以上１０５ Ωｍ以下である請求項１乃至３のいずれかに記載の電子線装置。
- 前記基材はＮａを含有する基材であり、前記基材と前記帯電緩和膜の間にＮａブロック層を有する請求項１乃至４のいずれかに記載の電子線装置。
- 前記第１層は、酸化鉄、酸化コバルト、酸化銅、酸化ルテニウムの少なくとも一種と、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化タングステン、酸化イットリウムの少なくとも一種との混合物である請求項１乃至５のいずれかに記載の電子線装置。
- 外囲器内に、電子源と、該電子源に対向して設けられ電子照射により画像を形成する画像形成部材と、該電子源と画像形成部材との間に設けられる第１の部材とを有する画像形成装置であって、
前記第１の部材は、基材と、該基材上に設けられた帯電緩和膜とを有し、
前記帯電緩和膜は、酸化鉄、酸化コバルト、酸化銅、酸化ルテニウム、の少なくとも一種又は混合物を含む第１層と、ゲルマニウムの酸化物を少なくとも含む第２層とを有する画像形成装置。 - 前記基材は絶縁性を有する請求項７に記載の画像形成装置。
- 前記第１の部材は、前記電子源と画像形成部材の間の間隔を維持するスペーサである請求項７もしくは８に記載の画像形成装置。
- 前記第１の部材の前記電子源側の端部と前記画像形成部材側の端部との間に印加される電圧をＶａとした時の、前記帯電緩和膜の比抵抗が１０−７×ＶａΩｍ以上１０５ Ωｍ以下である請求項７乃至９のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記第１の部材は、前記外囲器内に配置された電極に接続されている請求項７乃至１０のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記第１の部材は、前記外囲器内に配置され、それぞれ異なる電位が与えられる複数の電極に接続されている請求項７乃至１１のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記第１の部材は、前記外囲器内に配置された電極に接続される端部に、該端部に沿って設けられる電極を有している請求項１１もしくは１２に記載の画像形成装置。
- 前記第１の部材は、前記電子源に設けられた電極と前記画像形成部材に設けられた電極とに接続されている請求項７乃至１３のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記電子源に設けられた電極は、前記電子源が有する電子放出素子を駆動する電位を与える電極である請求項１４に記載の画像形成装置。
- 前記画像形成部材に設けられた電極は、前記電子源からの電子を加速する電位が与えられる電極である請求項１４もしくは１５に記載の画像形成装置。
- 前記基材はＮａを含有する基材であり、前記基材と前記帯電緩和膜の間にＮａブロック層を有する請求項７乃至１６のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記第１層は、酸化鉄、酸化コバルト、酸化銅、酸化ルテニウムの少なくとも一種と、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化タングステン、酸化イットリウムの少なくとも一種との混合物である請求項７乃至１７のいずれかに記載の画像形成装置。
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