(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミ窒化物および貴金属から構成される膜であることを特徴とする帯電防止膜。
【請求項２】
アルミ窒化物、アルミ酸化物および貴金属から構成される膜であることを特徴とする帯電防止膜。
【請求項３】
前記貴金属が金、パラジウム、白金、銀、ロジウム、オスミウム、イリジウムから選ばれる少なくとも一種類の金属を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の帯電防止膜。
【請求項４】
絶縁性基材に、アルミ窒化物と貴金属から成る膜、又はアルミ窒化物とアルミ酸化物、貴金属とから成る膜を形成したことを特徴とする帯電防止基材。
【請求項５】
複数の冷陰極型電子放出素子を形成した基板と、発光材料を形成した透明基板とをスペーサを介して対向させた構造を有する表示装置において、
該スペーサが絶縁部材の表面にアルミ窒化物および貴金属から構成される膜が被覆されていることを特徴とする表示装置。
【請求項６】
複数の冷陰極型電子放出素子を形成した基板と、発光材料を形成した透明基板とをスペーサを介して対向させた構造を有する表示装置において、
該スペーサが絶縁部材の表面にアルミ窒化物、アルミ酸化物および貴金属から構成される膜が被覆されていることを特徴とする表示装置。
【請求項７】
前記貴金属が金、パラジウム、白金、銀、ロジウム、オスミウム、イリジウムから選ばれる少なくとも１種類の金属を含むことを特徴とする請求項５又は６に記載の表示装置。
【請求項８】
前記アルミ窒化物および前記貴金属から構成される膜の膜厚が１０ｎｍ〜１μｍであり、比抵抗が電子の加速電圧Ｖａのとき１０-5×Ｖａ2〜１０7Ωｃｍ、抵抗温度係数が−０.０１Ｋ-1であること特徴とする請求項５又は７に記載の表示装置。
【請求項９】
前記アルミ窒化物、アルミ酸化物および貴金属から構成される膜の膜厚が１０ｎｍ〜１μｍであり、比抵抗が電子の加速電圧Ｖａのとき１０-5×Ｖａ2〜１０7Ωｃｍ、抵抗温度係数が−０.０１Ｋ-1以下であること特徴とする請求項６又は７に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記絶縁部材とアルミ窒化物および貴金属から構成される膜との中間に窒化シリコン膜を設けることを特徴とする請求項５又は７に記載の表示装置。
【請求項１１】
前記絶縁部材とアルミ窒化物、アルミ酸化物および貴金属から構成される膜との中間に窒化シリコン膜を設けることを特徴とする請求項６又は７に記載の表示装置。
【請求項１２】
前記スペーサが前記冷陰極型電子放出素子の駆動用配線に電気的に接続されている請求項５乃至１１のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１３】
前記スペーサが放出電子加速電極を有する前記透明基板に電気的に接続されている請求項５乃至１２のいずれか１項に記載の表示装置
【請求項１４】
前記冷陰極型電子放出素子が表面伝導型電子放出素子である請求項５乃至１３のいずれか１項に記載の表示装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯電防止膜と表示装置に関し、特にアルミ窒化物、アルミ酸化物および貴金属からなる帯電防止膜と帯電防止基材及び該帯電防止膜を有するスペーサと複数の電子放出素子とを有する表示装置に関する。
【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。プラズマ発光型およびマルチ電子源ディスプレイは視野角が大きく、画質がブラウン管並みであるために高品位な画像の表示が可能である。同時に多数の人が共通の情報を分かち合えることから、早期実現が望まれている。
【０００３】
図１５は、多数の微小な電子源を使用したディスプレイの断面模式図であり、５１がリアプレート５２上に形成された電子源、５４が蛍光体５５や不図示の透明電極又はメタルバックが形成されたフェースプレートである。また、リアプレート５２とフェースプレート５４の間に外枠を支持する支持枠５３が設けられている。電子源５１は高密度化が可能な円錐状あるいは針状の先端から電子を電界放出させる電界放出型電子素子あるいは表面伝導型電子放出素子などの冷陰極電子放出素子が開発されている。なお、この図１５においては、電子源５１を駆動するための配線は省略してある。
【０００４】
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５２およびフェースプレート５４を厚くする必要がある。そうするとディスプレイの重量を増加させるのみならず、斜めから見たときに画像のひずみをもたらす。そこで、比較的薄いガラス板を使用して大気圧を支えるために、リアプレート５２とフェースプレート５４間はスペーサあるいはリブと呼ばれる構造支持体５６（以下、スペーサという。）が用いられる。電子源５１が形成されたリアプレート５２と蛍光体が形成されたフェースプレート５４間の間隔は通常サブミリないし数ミリに保たれ、前述したように内部は高真空に保持されている。電子源５１からの放出電子を加速するために電子源５１と蛍光体５５との間には数百Ｖ以上の高電圧が印加されている。
【０００５】
すなわち、蛍光体５５と電子源５１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５６の沿面部での放電が懸念される。また、スペーサ５６は近傍の電子源５１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５６に付着することにより帯電をひきおこす。スペーサ５６の帯電により電子源５１から放出された電子はその軌道を曲げられ、蛍光体５５上の正規な位置とは異なる場所に到達し、表示画像を前面ガラスを介して見たとき、スペーサ５６の近傍の画像がゆがんで表示される。この問題点を解決するために、スペーサ５６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。例えば、特開昭５７−１１８３５５号公報、特開昭６１−１２４０３１号公報に示されている。
【０００６】
これらの公報によれば、絶縁性のスペーサの表面に高抵抗薄膜を形成することにより、スペーサ表面に微小電流が流れるようにしている。ここで用いられている帯電防止膜は酸化スズ、あるいは酸化スズと酸化インジウム混晶薄膜や金属膜である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例に使用された酸化スズ等の半導体型薄膜は、ガスセンサに応用されるほど酸素等のガスに敏感なため、雰囲気でその抵抗値が変化しやすい。また、これらの材料や金属膜は、比抵抗が小さいために高抵抗化するには、島状に成膜したり、極めて薄膜化する必要がある。すなわち、従来の高抵抗膜は成膜の再現性が難しかったり、ディスプレイ作製工程でのフリット封着やベーキングといった熱工程で、抵抗値が変化しやすいという欠点がある。
【０００８】
本発明は、上記従来スペーサの欠点を克服し、安定性が高く、再現性が良いスペーサ用帯電防止膜およびそれを用いた表示装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像形成装置は、複数の電子放出素子を形成した基板と発光材料帯を形成した透明基板とをスペーサを介して対向させた構造を有する画像形成装置において、該スペーサは基材表面にアルミ窒化物、貴金属、アルミ酸化物が被覆されたスペーサであることを特徴とする。なお、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。
【００１０】
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と略す）、表面伝導型（以下、ＳＣＥと略す）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。ＳＣＥ型の例としては、M.I.Elinson,Radio Eng. Electron Phs. 10(1965)等がある。ＳＣＥ型は基板上に形成された小面積の薄膜に，薄膜の両端に接続した電極間に電流を流すことにより電子放出が生じる現象を利用するものである。例えば、前記Elinson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)］、Ｉｎ2Ｏ3／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巻、第１号、２２頁（１９８３）］等が報告されている。また、後述する実施形態で説明するような電子放出部に微粒子膜を用いたものもある。また、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 Property 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.Apply.Phys.,32,646(1961)等が知られている。
【００１１】
また、帯電防止膜は、一般に絶縁性材質の表面を導電性膜で被覆することにより、絶縁性材質表面に蓄積した電荷を除去するものであり、通常、帯電防止膜の表面抵抗（シート抵抗Ｒｓ）が１０12Ω以下であることが必要である。さらに、十分な帯電防止効果を得るためにはより低い抵抗値であればよく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。
【００１２】
この帯電防止膜を上記ディスプレイのスペーサに適応した場合においては、スペーサの表面抵抗値Ｒｓは帯電防止および消費電力からその望ましい範囲に設定される。シート抵抗の下限はスペーサにおける消費電力により制限される。低抵抗であるほどスペーサに蓄積する電荷を速やかに除去することが可能となるが、スペーサで消費される電力が大きくなる。スペーサに使用する帯電防止膜としては比抵抗が小さい金属膜よりは半導電性の材料であることが好ましい。その理由は比抵抗が小さい材料を用いた場合、表面抵抗Ｒｓを所望の値にするためには帯電防止膜の厚みを極めて薄くしなければならないからである。薄膜材料の表面エネルギーおよび基板との密着性や基板温度によっても異なるが、一般的に膜厚１０ｎｍ以下の薄膜は島状となり、抵抗が不安定で成膜再現性に乏しい。
【００１３】
従って、帯電防止膜の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、さらに発熱して温度が上昇しつづけ、過大な電流が流れる、いわゆる熱暴走を引き起こす。しかし、発熱量すなわち消費電力と放熱がバランスした状況では熱暴走は発生しない。また、帯電防止膜材料の抵抗温度係数ＴＣＲの絶対値が小さければ熱暴走しずらい。
【００１４】
帯電防止膜材料の抵抗温度係数ＴＣＲが−０．０１Ｋ-1の帯電防止膜を用いた条件で、スペーサ１平方ｃｍ当たりの消費電力がおよそ０.１Ｗを越えるようになると、スペーサに流れる電流が増加しつづけ、熱暴走状態となることが実験で認められた。これはもちろんスペーサ形状とスペーサ間に印加される電圧Ｖａおよび帯電防止膜の抵抗温度係数により左右されるが、以上の条件から、消費電力が１平方ｃｍあたり０.１Ｗを越えないＲｓの値は１０×Ｖａ2Ω以上である。すなわち、スペーサ上に形成した帯電防止膜のシート抵抗Ｒｓは１０×Ｖａ2Ωから１０11Ωの範囲に設定されるのが望ましい。
【００１５】
上述したように、絶縁性スペーサ上に形成された帯電防止膜の厚みｔは１０ｎｍ以上が望ましい。一方膜厚ｔが１μｍ以上では膜応力が大きくなって膜はがれの危険性が高まり、また成膜時間が長くなるため生産性が悪い。従って、膜厚は１０ｎｍ〜１μｍ、さらには２０〜５００ｎｍであることが望ましい。比抵抗ρはシート抵抗Ｒｓと膜厚ｔの積であり、以上に述べたシート抵抗Ｒｓと膜厚ｔの好ましい範囲から、帯電防止膜の比抵抗ρは１０-5×Ｖａ2〜１０7Ωｃｍである必要がある。さらにシート抵抗と膜厚のより好ましい範囲を実現するためには、比抵抗ρは（２×１０-5）Ｖａ2〜５×１０6Ωｃｍとするのが望ましい。
【００１６】
ディスプレイにおける電子の加速電圧Ｖａは１００Ｖ以上であり、十分な輝度を得るためには１ｋＶの電圧を要する。Ｖａ＝１０００Ｖの条件においては、帯電防止膜の比抵抗は１０〜１０7Ωｃｍが好ましい範囲である。
【００１７】
以上に述べた帯電防止膜の特性を実現する材料を鋭意検討した結果、本発明者らはアルミ窒化物、アルミ酸化物、貴金属から構成される膜が帯電防止膜として極めて優れていることを見いだした。貴金属はＡｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔの中から選ばれるものであり、これらを単独で使用しても良いが、２種以上の貴金属を合わせて用いることも可能である。貴金属は良導電体であり、アルミ窒化物、アルミ酸化物は絶縁体である。アルミ窒化物、アルミ酸化物、貴金属から構成される膜はアルミと貴金属の組成を調整することにより、良導電体からほぼ絶縁体まで広い範囲に比抵抗値を制御できる。すなわち、スペーサ用帯電防止膜として望ましい上述した比抵抗値を組成を変えることにより実現することができる。金属は酸化するとその抵抗が変化する場合があるが貴金属自身は酸化し難いため作製工程を履歴する過程でも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。また、アルミ窒化物は雰囲気からの吸着ガス等によってもその抵抗は変化しないことが分かった。さらには、その抵抗温度係数は−０.０１Ｋ-1より小さく熱暴走しにくい材料である。
【００１８】
また、上述の帯電防止膜であるアルミ窒化物と貴金属から成る膜、又はアルミ窒化物とアルミ酸化物、貴金属とから成る膜を、絶縁性基材に形成した帯電防止基材としても有効であることを見い出し、下記のスペーサに限らず、帯電を防止する基材にも適用できる。
【００１９】
一方、画像形成装置用のスペーサとしては、例えばＰＣＴ／ＵＳ９４／００６０２において、導電性のあるスペーサで、かつ、二次電子放出効率が１に近いものを用いて、極力スペーサの電位変化を抑えようとすることが記載されている。ここでは導電性のあるスペーサとして、シート抵抗が１０9〜１０14Ω、層厚が０．０５μｍ〜２０μｍ、材質がクロム酸化物、銅酸化物などの酸化物を用いることが記載されている。しかし、このような酸化物をスペーサの帯電防止膜として用いると、帯電防止膜として望ましい比抵抗にするのが困難であり、ディスプレー作製中の酸化雰囲気中でのフリット封着工程などの熱工程で抵抗値が変化し抵抗値の制御が難しいという課題がある。
【００２０】
本発明者らは、クロム酸化物を帯電防止膜とした場合の製造工程における抵抗値変化を測定したところ、その変化率が極めて大きく、抵抗値のバラツキも１００％を超えた。
【００２１】
本発明者らが見出したアルミ窒化物、アルミ酸化物、貴金属から構成される帯電防止膜はスパッタ法、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部材上に形成することができる。たとえばスパッタ法の場合は、アルミおよび貴金属のターゲットを窒素あるいはアンモニア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、アルミ窒化物、アルミ酸化物、貴金属から構成される膜が得られる。あらかじめ組成を調整したアルミ窒化物と貴金属のターゲットを用いることも可能である。ガス圧、窒素分圧、成膜速度等のスパッタ条件を調整することにより、窒化膜中の窒素量が変化するが、十分窒化させたほうが膜の安定性が良い。
【００２２】
【発明の実施の態様】
本発明による帯電防止膜を適応した表示装置について具体的に述べる。図１はスペーサ１０を中心とした表示装置の断面模式図である。図１において、１は電子源、２はリアプレ−ト、３は側壁、７はフェ−スプレ−トであり、リアプレ−ト２及び、側壁３、フェ−スプレ−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。フェ−スプレ−ト７は、高電圧を印加されるメタルバック６と、発光部材の蛍光体５と、ガラス基体４から構成される。蛍光体５には黒色の導電体５ｂが形成されている。また、リアプレート２上に、ガラス基体１３と、ガラス基体１３上に形成された電子放出素子１と、電子放出素子１の一方の電極に接続され且つ絶縁体上に形成されたＸ方向配線９とが形成される。なお、電子放出素子１が直接リアプレート２に形成されてもよく、その場合にはガラス基体１３は不要である。また、側壁３は各プレート２，７を囲む形態であってもよい。スペーサ１０は、一方端をガラス基体１３、絶縁層上の行配線９上に金属と被覆シリカ球とを含有した導電性フリットガラス５９とＡｌ，Ａｕ等良導電性である電極１１の上に固定され、他方端をメタルバック６下の導電性フリットガラス５９と電極１１とで固定され、電子源１と接続された行配線９とメタルバック６間が導通するようになっている。
【００２３】
図３はスペーサ１０の断面模式図である。スペーサ１０は絶縁性基材１０ａの表面に、本発明による帯電防止膜１０ｃが形成されている。スペーサ１０は外囲器８内を真空にすることにより大気圧を受けて、真空外囲器８が破損あるいは変形するのを避けるために設けられる。スペーサ１０の材質、形状、配置、配置本数は、外囲器８の形状ならびに熱膨張係数等、外囲器の受ける大気圧、熱等を考慮して決定される。スペーサ１０の形状には、平板型、十字型、Ｌ字型、円柱型等がある。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。
【００２４】
また、絶縁性基材１０ａはフェースプレート７およびリアプレート２にかかる大気圧を支持する必要からガラス、セラミクス等機械的強度の高く、耐熱性の高い材料が適する。フェースプレート７や、リアプレート２の材質としてガラスを用いた場合、表示装置の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。
【００２５】
さらに、絶縁性基材１０ａにソーダガラス等アルカリイオンを含むガラスを使用した場合、例えばＮａイオンにより帯電防止膜の導電性を変化させるおそれがある。窒化シリコン、酸化アルミ等のＮａブロック層１０ｂを絶縁性基材１０ａと帯電防止膜１０ｃの中間に形成することで、Ｎａ等アルカリイオンの帯電防止膜１０ｃへの侵入を抑制することができる。
【００２６】
また、帯電防止膜１０ｃの構成成分として、アルミ酸化物が存在する場合には、これ自身がＮａのブロック効果を有する為に、例えばＮａイオンによる帯電防止膜１０ｃの導電性が変化するのを抑制する。
【００２７】
また、帯電防止膜１０ｃは、アルミ窒化物、アルミ酸化物、貴金属から構成される膜であり、例えば貴金属としてＰｔを用いた。ディスプレイ用として好ましい比抵抗が得られる（貴金属／アルミ）比率はＰｔ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｒｈの場合で５ａｔ．％〜１０ａｔ．％、Ａｕ、Ａｇは１ａｔ．％〜５ａｔ．％、である。ディスプレイ以外の用途に使用する場合には上記の範囲に限ることなく広い合金比率の材料を用いることができる。
【００２８】
一方、帯電防止膜１０ｃを電子線を利用したディスプレイの材料とするには帯電の面から特性を規定する必要がある。アルミ窒化物の二次電子放出率〜１に対して、アルミ酸化物では二次電子放出率が〜３であるため、電子線を利用したディスプレイの材料とするにはガス圧、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、十分窒化させた方が良い。また、比抵抗を制御するために帯電防止膜１０ｃ中の貴金属量を変えても、アルミ窒化物とアルミ酸化物の比率は変化しないため、比抵抗の制御と帯電の制御を独立して行なうことができる。
【００２９】
スペーサ１０は、図１に示すように、メタルバック６およびＸ方向配線９と電気的に接続することにより、スペーサ１０の両端には、ほぼ加速電圧Ｖａが印加される。本例ではスペーサ１０は配線９上と接続されているが、別途形成した電極に接続させてもよい。さらに、フェースプレート７とリアプレート２の間に電子ビームの整形あるいは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１０が中間電極板等を貫通してもよいし、中間電極板等を介して別々に接続してもよい。
【００３０】
また、スペーサの両端にＡｌ，Ａｕ等良導電性である電極１１を形成すると、帯電防止膜１０ｃとフェースプレート７上の電極１９およびリアプレート２上の電極１９との電気的接続の向上に効果がある。
【００３１】
また、スペーサの形状について、特に限定する形状はないが、例えば図２の平板型の他、十字型、Ｌ字型、櫛型等があり、また図１５（ａ）（ｂ）のように、基板に各電子源又は複数の電子源に対応して、マトリクス状に、又はライン状に穴を開けた形状でもよく、適宜設定される。この図の場合、開口内部に上述の帯電防止膜を成膜すればよい。かかるスペーサは、画像形成装置の大型化に従って、その効果が顕著になる。
【００３２】
次に、上記説明したスペーサ１０を用いた表示装置について説明する。図２は、本実施形態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１部を切り欠いて示している。
【００３３】
図２において、２はリアプレ−ト、３は側壁、７はフェ−スプレ−トであり、リアプレ−ト２、側壁３、フェ−スプレ−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８を組み立てるにあたっては、各部材の接合部に十分な強度と気密性を保持させるため封着する必要があるが、たとえばフリットガラスを接合部に塗布し、大気中あるいは窒素雰囲気中で、４００〜５００℃で１０分以上焼成することにより封着する。気密容器８の内部を真空に排気する方法については後述する。
【００３４】
リアプレ−ト２には、基板１３が固定されているが、該基板１３上には冷陰極素子１がｎ×ｍ個形成されている。ここで、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。
【００３５】
本実施形態においては、ｎ＝３０７２，ｍ＝１０２４とした。前記ｎ×ｍ個の冷陰極素子は、ｍ本のＸ方向配線９とｎ本のＹ方向配線１２により単純マトリクス配線されている。前記冷陰極素子１及び、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−ム源と呼ぶ。なお、マルチ電子ビ−ム源の製造方法や構造については、後で詳しく述べる。
【００３６】
本実施形態においては、気密容器８のリアプレ−ト２にマルチ電子ビ−ム源の基板１３を固定する構成としたが、マルチ電子ビ−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８のリアプレ−トとしてマルチ電子ビ−ム源の基板１３自体を用いてもよい。
【００３７】
また、フェ−スプレ−ト７の下面には、蛍光膜５が形成されている。本実施形態はカラ−表示装置であるため、蛍光膜５の部分にはＣＲＴの分野で用いられる赤、緑、青、の３原色の蛍光体が塗り分けられている。各色の蛍光体は、たとえば図４（ａ）に示すようにストライプ状に塗り分けられ、ＲＧＢ蛍光体５ａのストライプの間には黒色の導電体５ｂが設けてある。黒色の導電体５ｂを設ける目的は、電子ビ−ムの照射位置に多少のずれがあっても表示色にずれが生じないようにする事や、外光の反射を防止して表示コントラストの低下を防ぐ事、電子ビ−ムによる蛍光膜のチャ−ジアップを防止する事などである。黒色の導電体５ｂには、黒鉛を主成分として用いたが、上記の目的に適するものであれば、これ以外の材料を用いても良い。
【００３８】
また、３原色の蛍光体の塗り分け方は、図４（ａ）に示したストライプ状の配列に限られるものではなく、たとえば図４（ｂ）に示すようなデルタ状配列や、それ以外の配列であってもよい。
【００３９】
なお、モノクロ−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体の蛍光膜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。
【００４０】
また、蛍光膜５のリアプレ−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事や、負イオンの衝突から蛍光膜５を保護する事や、電子ビ−ム加速電圧を印加するための電極として作用させる事や、蛍光膜５を励起した電子の導電路として作用させる事などである。メタルバック６は、蛍光膜５をフェ−スプレ−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は用いず、ガラス基体４と蛍光体５間に電子ビ−ム加速電圧を印加する透明電極を設ける。
【００４１】
また、本実施形態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−スプレ−ト基板４と蛍光膜５との間に、たとえばＩＴＯを材料とする透明電極を設けてもよい。
【００４２】
また、図２中、Ｄｘ１〜ＤｘｍおよびＤｙ１〜ＤｙｎおよびＨｖは、当該表示パネルと不図示の電気回路とを電気的に接続するために設けた気密構造の電気接続用端子である。Ｄｘ１〜Ｄｘｍはマルチ電子ビ−ム源のＸ方向配線と、Ｄｙ１〜Ｄｙｎはマルチ電子ビ−ム源のＹ方向配線と、Ｈｖはフェ−スプレ−トのメタルバック６と電気的に接続している。
【００４３】
また、気密容器８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８内を１０-5Ｐａ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−膜（不図示）を形成する。ゲッタ−膜とは、たとえばＢａを主成分とするゲッタ−材料をヒ−タ−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−膜の吸着作用により気密容器８内は１×１０-3Ｐａないしは１×１０-5Ｐａの真空度に維持される。
【００４４】
次に、本実施形態の表示パネルに用いたマルチ電子ビ−ム源の製造方法について説明する。本実施形態の画像表示装置に用いるマルチ電子ビ−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。
【００４５】
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−ンとゲ−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。
【００４６】
その点、表面伝導型放出素子は、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、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−ム源に用いるには、最も好適であると言える。そこで、本実施形態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および特性を説明し、その後で多数の素子を単純マトリクス配線したマルチ電子ビ−ム源の構造について述べる。
【００４７】
（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。
【００４８】
（平面型の表面伝導型放出素子の構成）
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５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）で、および断面図（ｂ）である。図中、１３は基板、１４と１５は素子電極、１６は導電性薄膜、１７は通電フォ−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。
【００４９】
基板１３としては、たとえば、石英ガラスや青板ガラスをはじめとする各種ガラス基板や、アルミナをはじめとする各種セラミクス基板、あるいは上述の各種基板上にたとえばＳｉＯ2を材料とする絶縁層を積層した基板、などを用いることができる。
【００５０】
また、基板１３上に基板面と平行に対向して設けられた素子電極１４と１５は、導電性を有する材料によって形成されている。たとえば、Ｎｉ，Ｃｒ，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Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2をはじめとする金属酸化物、ポリシリコンなどの半導体、などの中から適宜材料を選択して用いればよい。素子電極１４，１５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−、エッチングなどのパタ−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。
【００５１】
素子電極１４と１５の形状は、当該電子放出素子の応用目的に合わせて適宜設計される。一般的には、電極間隔Ｌは通常は数１０ｎｍから数１０μｍの範囲から適当な数値を選んで設計されるが、なかでも表示装置に応用するために好ましいのは数μｍより数十μｍの範囲である。また、素子電極の厚さｄについては、通常は数１０ｎｍから数μｍの範囲から適当な数値が選ばれる。
【００５２】
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。
【００５３】
当該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−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、微粒子の粒径は、１０分の数ｎｍから数１００ｎｍの範囲のなかで設定するが、なかでも好ましいのは、１ｎｍから５０ｎｍの間である。
【００５４】
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，Ｉｎ2Ｏ3  ，ＰｂＯ，Ｓｂ2Ｏ3，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−ボン、などがあげられ、これらの中から適宜選択される。
【００５５】
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−ト抵抗値については、１０3から１０7Ωの範囲に含まれるよう設定した。
【００５６】
なお、導電性薄膜１６と素子電極１４および１５とは、電気的に良好に接続されるのが望ましいため、互いの一部が重なりあうような構造をとっている。その重なり方は、図４（ｂ）の例においては、下から、基板１３、素子電極１４，１５、導電性薄膜１６の順序で積層したが、場合によっては下から基板１３、導電性薄膜１６、素子電極１４，１５、の順序で積層してもさしつかえない。
【００５７】
また、電子放出部１７は、導電性薄膜１６の一部に形成された亀裂状の部分であり、電気的には周囲の導電性薄膜１６よりも高抵抗な性質を有している。亀裂は、導電性薄膜１６に対して、後述する通電フォ−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１７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。
【００５８】
また、薄膜１８は、炭素もしくは炭素化合物よりなる薄膜で、電子放出部１７およびその導電性薄膜１６の近傍を被覆している。薄膜１８は、通電フォ−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。
【００５９】
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−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。
【００６０】
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。また、図５（ａ）の平面図においては、薄膜１８の一部を除去した素子を図示した。
【００６１】
以上、好ましい素子の基本構成を述べたが、本実施形態においては以下のような素子を用いた。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。
【００６２】
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。
【００６３】
（表面伝導型放出素子の好適な製法）
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６の（ａ）〜（ｄ）は、表面伝導型放出素子の製造工程を説明するための断面図で、各部材の表記は前記図５と同一である。
【００６４】
（１）まず、図６（ａ）に示すように、基板１３上に素子電極１４および１５を形成する。
【００６５】
形成するにあたっては、あらかじめ基板１３を洗剤、純水、有機溶剤を用いて十分に洗浄後、素子電極１４，１５の材料を堆積させる。（堆積する方法としては、たとえば、蒸着法やスパッタ法などの真空成膜技術を用ればよい。）その後、堆積した電極材料を、フォトリソグラフィ−・エッチング技術を用いてパタ−ニングし、（ａ）に示した一対の素子電極１４、１５を形成する。
【００６６】
（２）次に、同図（ｂ）に示すように、導電性薄膜１６を形成する。
【００６７】
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−・エッチングにより所定の形状にパタ−ニングする。ここで、有機金属溶液とは、導電性薄膜１６に用いる微粒子の材料を主要元素とする有機金属化合物の溶液である。具体的には、本実施形態では主要元素としてＰｄを用いた。また、実施形態例では塗布方法として、ディッピング法を用いたが、それ以外のたとえばスピンナ−法やスプレ−法を用いてもよい。
【００６８】
また、微粒子膜で作られる導電性薄膜１６の成膜方法としては、本実施形態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。
【００６９】
（３）次に、同図（ｃ）に示すように、フォ−ミング用電源１９から素子電極１４と１５の間に適宜の電圧を印加し、通電フォ−ミング処理を行って、電子放出部１７を形成する。
【００７０】
通電フォ−ミング処理とは、微粒子膜で作られた導電性薄膜１６に通電を行って、その一部を適宜に破壊、変形、もしくは変質せしめ、電子放出を行うのに好適な構造に変化させる処理のことである。微粒子膜で作られた導電性薄膜１６のうち電子放出を行うのに好適な構造に変化した部分（すなわち電子放出部１７）においては、薄膜に適当な亀裂が形成されている。なお、電子放出部１７が形成される前と比較すると、形成された後は素子電極１４と１５の間で計測される電気抵抗は大幅に増加する。
【００７１】
通電フォ−ミング処理における通電方法をより詳しく説明するために、図７に、フォ−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１６をフォ−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−するためのモニタ−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。
【００７２】
本実施形態においては、たとえば１０-3Ｐａ程度の真空雰囲気下において、たとえばパルス幅Ｔ１を１ミリ秒、パルス間隔Ｔ２を１０ミリ秒とし、波高値Ｖpfを１パルスごとに０.１Ｖずつ昇圧した。そして、三角波を５パルス印加するたびに１回の割りで、モニタ−パルスＰｍを挿入した。フォ−ミング処理に悪影響を及ぼすことがないように、モニタ−パルスの電圧Ｖｐｍは０.１Ｖに設定した。そして、素子電極１４と１５の間の電気抵抗が１×１０6Ωになった段階、すなわちモニタ−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−ミング処理にかかわる通電を終了した。
【００７３】
なお、上記の方法は、本実施形態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。
【００７４】
（４）次に、図６の（ｄ）に示すように、活性化用電源２１から素子電極１４と１５の間に適宜の電圧を印加し、通電活性化処理を行って、電子放出特性の改善を行う。
【００７５】
通電活性化処理とは、前記通電フォ−ミング処理により形成された電子放出部１７に適宜の条件で通電を行って、その近傍に炭素もしくは炭素化合物を堆積せしめる処理のことである。図においては、炭素もしくは炭素化合物よりなる堆積物を部材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。
【００７６】
具体的には、１０-2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１８は、単結晶グラファイト、多結晶グラファイト、非晶質カ−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。
【００７７】
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形状等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。
【００７８】
図６の（ｄ）に示す符号２２は該表面伝導型放出素子から放出される放出電流Ｉｅを捕捉するためのアノ−ド電極であり、直流高電圧電源２３および電流計２４が接続されている。なお、基板１３を、表示パネルの中に組み込んでから活性化処理を行う場合には、表示パネルの蛍光面をアノ−ド電極２２として用いる。
【００７９】
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−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。
【００８０】
なお、上述の通電条件は、本実施形態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。
【００８１】
以上のようにして、図６（ｅ）に示すように、基板１３上に素子電極１４，１５と導電性薄膜１６と電子放出部１７と堆積物１８とで形成される平面型の表面伝導型放出素子を製造した。
【００８２】
（垂直型の表面伝導型放出素子）
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放出素子のもうひとつの代表的な構成、すなわち垂直型の表面伝導型放出素子である。図９はまた、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−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。
【００８３】
垂直型が先に説明した平面型と異なる点は、素子電極のうちの片方（２６）が段差形成部材２８上に設けられており、導電性薄膜２９が段差形成部材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および２７、微粒子膜を用いた導電性薄膜２９については、前記平面型の説明中に列挙した材料を同様に用いることが可能である。また、段差形成部材２８には、たとえばＳｉＯ2のような電気的に絶縁性の材料を用いる。
【００８４】
（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、次に表示装置に用いた電子放出素子の特性について述べる。
【００８５】
図１０に、表示装置に用いた電子放出素子の、（放出電流Ｉｅ）対（素子印加電圧Ｖｆ）特性、および（素子電流Ｉｆ）対（素子印加電圧Ｖｆ）特性の典型的な例を示す。なお、フェースプレートに印加される高電圧による放出電流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−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。
【００８６】
表示装置に用いた電子放出素子は、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。
【００８７】
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Ｖｆを電子放出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。
【００８８】
第二に、放出電流Ｉｅは電子放出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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。たとえば多数の電子放出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。
【００９１】
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。
【００９２】
（多数素子を単純マトリクス配線したマルチ電子ビ−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−ム源の構造について述べる。
【００９３】
図１１に示すのは、前記図２の表示パネルに用いたマルチ電子ビ−ム源の平面図である。基板上には、前記図２で示したものと同様な表面伝導型放出素子が配列され、これらの素子はＸ方向配線電極１２とＹ方向配線電極９により単純マトリクス状に配線されている。Ｘ方向配線電極１２とＹ方向配線電極９の交差する部分には、電極間に絶縁層（不図示）が形成されており、電気的な絶縁が保たれている。
【００９４】
図１１のＡ−Ａ’に沿った断面を、図１２に示す。なお、このような構造のマルチ電子源は、あらかじめ基板１３上にＸ方向配線電極１２、Ｙ方向配線電極９、電極間絶縁層（不図示）、および表面伝導型放出素子の素子電極１４，１５と導電性薄膜１６を形成した後、Ｘ方向配線電極１２およびＹ方向配線電極９を介して各導電性薄膜１６に給電して、通電フォ−ミング処理と通電活性化処理を行うことにより、電子放出部１７と堆積物１８とを形成して、製造する。
【００９５】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例について図面を参照しつつ説明する。
【００９６】
［実施例１］
以下、図１を用いて説明をする。本実施例では、まず、未フォーミングの複数の表面伝導型電子源１をリアプレート２に形成した。リアプレート２として清浄化した青板ガラスを用い、これに図１２に示した表面伝導型電子放出素子を１６０個×７２０個マトリクス状に形成した。素子電極１４、１５はＰｔスパッタ膜であり、Ｘ方向配線９、Ｙ方向配線１２はスクリーン印刷法により形成したＡｇ配線である。導電性薄膜１６はＰｄアミン錯体溶液を焼成したＰｄＯ微粒子膜である。
【００９７】
画像形成部材であるところの蛍光膜５は図４（ａ）に示すように、各色蛍光体５ａがＹ方向にのびるストライプ形状を採用し、黒色導電材５ｂとしては各色蛍光体５ａ間だけでなく、Ｙ方向の画素間を分離しかつスペーサ１０を設置するための部分を加えた形状を用いた。先に黒色導電材５ｂを形成し、その間隙部に各色蛍光体５ａを塗布して蛍光膜５を作成した。ブラックストライプの黒色導電材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。
【００９８】
また、蛍光膜５の内面側に設けられるメタルバック６は、蛍光膜５の作製後、蛍光膜５の内面側表面の平滑化処理（通常フィルミングと呼ばれる）を行い、その後、Ａｌを真空蒸着する事で作製した。フェースプレート７には、更に蛍光膜５の導電性を高めるため、蛍光膜５の外面側に透明電極が設けられる場合もあるが、本実験例ではメタルバック６のみで十分な導電性が得られたので省略した。
【００９９】
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ブロック層として窒化シリコン膜を０.５μｍ成膜し、その上にＡｌＮ、Ｐｔから構成される膜１０ｃを真空成膜法により形成し成膜した。
【０１００】
本実施例で用いたＡｌＮ、Ｐｔから構成される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ＰｔとＡｌのターゲットを同時スパッタする事により成膜した。スパッタ装置の該略図を図１３に示した。図１３において、４１は成膜室、４２はスペーサ部材、４３、４４はそれぞれＰｔ、Ａｌのターゲット、４５、４７はターゲット４３、４４に高周波電圧を印加するため高周波電源、４６、４８はマッチングボックス、４９、５０は成膜室４１にアルゴン、窒素を導入する導入管である。それぞれのターゲット４３，４４にかける電力を変化することにより組成の調節を行ない、以下の三種のＡｌＮ、Ｐｔから構成される膜を成膜した。
（１）５インチΦのＡｌターゲットに５００Ｗ、５インチΦのＰｔターゲットに１０Ｗを投入しアルゴンと窒素の全圧を０.４Ｐａ、アルゴンと窒素の圧力比を１：１の条件で２０分成膜した。ＡｌＮ、Ｐｔから構成される膜は膜厚が２００ｎｍ、比抵抗が３×１０9Ωｃｍであった。
（２）５インチΦのＡｌターゲットに５００Ｗ、５インチΦのＰｔターゲットに１５Ｗを投入しアルゴンと窒素の全圧を０.４Ｐａ、アルゴンと窒素の圧力比を１：１の条件で２０分成膜した。ＡｌＮ、Ｐｔから構成される膜は膜厚が２００ｎｍ、比抵抗が８×１０6Ωｃｍであった。
（３）５インチΦのＡｌターゲットに５００Ｗ、５インチΦのＰｔターゲットに１００Ｗを投入しアルゴンと窒素の全圧を０.４Ｐａ、アルゴンと窒素の圧力比を１：１の条件で２０分成膜した。ＡｌＮ、Ｐｔから構成される膜は膜厚が２００ｎｍ、抵抗が膜厚２００ｎｍで比抵抗２×１０2Ωｃｍの３種であった。
【０１０１】
また、スペーサ１０は、Ｘ方向配線９あるいはメタルバック６との接続を確実にするためにその接続部にＡｌによる電極１１を設けた。この電極１１はＸ方向配線９からフェースプレートに向かって５０μｍ，メタルバック６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。ＡｌＮ、Ｐｔから構成される１０ｃを成膜したスペーサ１０を、等間隔でＸ方向配線９上に固定した。スペーサ１０はフェースプレート７側では黒色導電材５ｂ（線幅３００μｍ）上に、Ａｕを被覆シリカ球を含有した導電性フリットガラス５９を用いることにより、帯電防止膜とフェースプレトとの導通を確保した。
【０１０２】
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。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、４３０℃で１０分以上焼成する事で封着した。
【０１０３】
以上のようにして完成した外囲器８内の雰囲気を排気管を通じ真空ポンプにて排気し、十分な真空度に達した後、容器外端子Ｄｘ１〜ＤｘｍとＤｙ１〜Ｄｙｎを通じて電子放出素子１の素子電極１４、１５間に電圧を印加し、電子放出部１７を形成する導電性薄膜１６を、通電処理（フォーミング処理）する事により電子放出部１７を形成した。フォーミング処理は、図７に示した波形の電圧を印加する事により行った。
【０１０４】
次に排気管を通してアセトンを０.１Ｐａとなるように真空容器に導入し、容器外端子Ｄｘ〜ＤｘｍとＤｙ１〜Ｄｙｎに電圧パルスを定期的に印加する事により、炭素、あるいは炭素化合物を堆積する通電活性化処理を行った。通電活性化は図８に示すような波形を印加する事により行って、堆積物１８を形成した。
【０１０５】
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程度の真空度で、排気管をガスバーナーで熱することで溶着し外囲器８の封止を行った。
【０１０６】
最後に、封止後の真空度を維持するために、ゲッター処理を行った。
【０１０７】
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事により電子を放出させ、メタルバック６には、高圧端子Ｈｖを通じて高圧を印加する事により放出電子ビームを加速し、蛍光膜５に電子を衝突させ、蛍光体５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。
【０１０８】
スペーサ１０について帯電防止膜１０ｃの抵抗値および性能を表１に示す。作製後、フリット工程後、真空排気後、素子電極通電処理後等各工程での抵抗値を計測した結果を図１４に示した。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ＡｌＮ、Ｐｔから構成される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。
【０１０９】
【表１】
0003762031.tif 000002
比抵抗８×１０6Ωｃｍのスペーサについてはスペーサに近い位置にある電子放出素子１からの放出電子による発光スポットも含め、二次元上に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性の良いカラー画像表示ができた。このことはスペーサ１０を設置しても電子軌道に影響を及ぼすような電界の乱れは発生せず、スペーサ１０の帯電もおこっていないことを示している。また、本材料の抵抗温度係数は−０.００３Ｋ-1であり、Ｖａ＝５ｋＶにおいても熱暴走はみられなかった。
【０１１０】
比抵抗２×１０2ΩｃｍのスペーサのＶａ＝３.０ｋＶでの消費電力がほぼ１Ｗに達するため３.０ｋＶを印加することができなかった。また、比抵抗が３×１０9Ωｃｍと大きいスペーサについては、熱暴走はないものの、帯電防止の効果が弱く、電子ビームがスペーサに引き寄せられたためにスペーサ近傍の画像に乱れを生じた。
【０１１１】
［実施例２］
実施例１と異なるのはスペーサ１０のＡｌＮ、Ｐｔから構成される膜１０ｃの代わりとしてＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、Ｐｔから構成される膜を用いた。成膜方法については、実施例１と同じスパッタ装置を用い以下の条件で成膜した。
（４）５インチΦのＡｌターゲット上に２インチΦのＡｌ2Ｏ3ターゲットを置いて５００Ｗを投入し、５インチΦのＰｔターゲットに３０Ｗを投入しアルゴンと窒素の全圧を０.４Ｐａ、アルゴンと窒素の圧力比を１：１の条件で２０分成膜した。ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、Ｐｔから構成される膜１０ｃは膜厚が２５０ｎｍ、比抵抗が１×１０7Ωｃｍであった。また、抵抗温度係数は−０.００４Ｋ-1であった。
【０１１２】
上記スペーサ１０を用いた表示装置を作製し、実施例１と同様の評価を行った。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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小部分の抵抗値を測定したところ全組立工程を通過した後も場所による抵抗値の違いは生じず、膜全体が均一な抵抗値を持っていた。このときスペーサ１０に近い位置にある電子放出素子１からの放出電子による発光スポットも含め、二次元上に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性の良いカラー画像表示ができた。このことはスペーサ１０を設置しても電子軌道に影響を及ぼすような電界の乱れは発生せず、スペーサ１０の帯電もおこっていないことを示している。
【０１１６】
［実施例３］
実施例１のＡｌＮ、Ｐｔから構成される膜に代わり、ＡｌＮ、Ａｕから構成される膜膜を用いた。成膜方法については実験例１と同じスパッタ装置を用いて以下の条件で成膜を行った。
（５）５インチΦのＡｌターゲットに５００Ｗ、５インチΦのＡｕターゲットに１７Ｗを投入しアルゴンと窒素の全圧を０.４Ｐａ、アルゴンと窒素の圧力比を１：１の条件で２０分成膜した。ＡｌＮ、Ａｕから構成される膜は膜厚が２００ｎｍ、比抵抗が５×１０5Ωｃｍであった。抵抗温度係数は−０.００４Ｋ-1であった。
【０１１７】
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事により電子を放出させ、メタルバック６には、高圧端子Ｈｖを通じて高圧を印加する事により放出電子ビームを加速し、蛍光膜７に電子を衝突させ、蛍光体を励起・発光させることで画像を表示した。
【０１１８】
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。
【０１１９】
スペーサの抵抗値を組み込み前、フェースプレートへの封着後、リアプレートへの封着後、真空排気後、素子電極通電処理後等各工程で計測したところ全行程を通じて増加したものの、極端な抵抗値の変動が見られなかった。
【０１２０】
スペーサ１０についてリアプレート近傍からフェースプレート近傍まで各微少部分の抵抗値を測定したところ全組立工程を通過した後も場所による抵抗値の違いは生じず、膜全体が均一な抵抗値を持っていた。５×１０5Ωのスペーサに対してはスペーサに近い位置にある電子放出素子１からの放出電子による発光スポットも含め、二次元上に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性の良いカラー画像表示ができた。このことはスペーサ１０を設置しても電子軌道に影響を及ぼすような電界の乱れは発生せず、スペーサ１０の帯電もおこっていないことを示している。
【０１２１】
［実施例４］
実施例１と異なるのはスペーサ１０のＡｌＮ、Ｐｔから構成される膜１０ｃの代わりとしてＡｌＮ、Ｐｄから構成される膜を用いた。成膜方法については実施例１と同じスパッタ装置を用い以下の条件で成膜した。
（６）５インチΦのＡｌターゲットに５００Ｗを投入し、５インチΦのＰｄターゲットに１５Ｗを投入しアルゴンと窒素の全圧を０.４Ｐａ、アルゴンと窒素の圧力比を１：１の条件で２０分成膜した。ＡｌＮ、Ｐｄから構成される膜１０ｃは膜厚が２００ｎｍ、比抵抗が１×１０7Ωｃｍであった。また、抵抗温度係数は−０.００４Ｋ-1であった。
【０１２２】
上記スペーサ１０を用いた表示装置を作製し、実施例１と同様の評価を行った。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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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小部分の抵抗値を測定したところ全組立工程を通過した後も場所による抵抗値の違いは生じず、膜全体が均一な抵抗値を持っていた。このときスペーサ１０に近い位置にある電子放出素子１からの放出電子による発光スポットも含め、二次元上に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性の良いカラー画像表示ができた。このことはスペーサ１０を設置しても電子軌道に影響を及ぼすような電界の乱れは発生せず、スペーサ１０の帯電もおこっていないことを示している。
【０１２５】
［実施例５］
実施例１と異なるのはスペーサ１０のＡｌＮ、Ｐｔから構成される膜１０ｃの代わりとしてＡｌＮ、Ａｇから構成される膜を用いた。成膜方法については実験例１と同じスパッタ装置を用い以下の条件で成膜した。
（７）５インチΦのＡｌターゲットに５００Ｗを投入し、５インチΦのＡｇターゲットに１５Ｗを投入しアルゴンと窒素の全圧を０.４Ｐａ、アルゴンと窒素の圧力比を１：１の条件で２０分成膜した。ＡｌＮ、Ｐｄから構成される膜１０ｃは膜厚が２００ｎｍ、比抵抗が５×１０5Ωｃｍであった。また、抵抗温度係数は−０.００４Ｋ-1であった。
【０１２６】
上記スペーサ１０を用いた表示装置を作製し、実施例１と同様の評価を行った。
【０１２７】
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。
【０１２８】
スペーサ抵抗値を組み込む前、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。
【０１２９】
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小部分の抵抗値を測定したところ全組立工程を通過した後も場所による抵抗値の違いは生じず、膜全体が均一な抵抗値を持っていた。このときスペーサ１０に近い位置にある電子放出素子１からの放出電子による発光スポットも含め、二次元上に等間隔の発光スポット列が形成され、鮮明で色再現性の良いカラー画像表示ができた。このことはスペーサ１０を設置しても電子軌道に影響を及ぼすような電界の乱れは発生せず、スペーサ１０の帯電もおこっていないことを示している。
【０１３０】
［比較例］
比較例として、前記と同様な方法で導電膜に酸化クロムを用いたところ、組み立て工程において、スペーサの抵抗が大きく変動した。本比較例の酸化クロムの厚みは５０ｎｍ、比抵抗が５×１０5Ωｃｍであり、電子ビーム蒸着法により作製した。このように酸化クロム膜はディスプレー作製工程中に抵抗値が大きく変化し、その変化量も一定でないため、工程終了後の抵抗のバラツキが制御しにくい。すなわち同一ロットのスペーサも倍以上のバラツキがあり、ロット間のバラツキは１桁以上である。また、酸化クロム膜は膜全体が均一に抵抗変化せず、抵抗値は場所により５０％程度のバラツキを生じるため、スペーサ近傍で電界の歪みを生じてしまう。そのために、スペーサの抵抗値は好ましい範囲にあるにもかかわらず電子ビームの軌道にずれをもたらし、これが画像のひずみとなった。
【０１３１】
【発明の効果】
以上説明したように、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、アルミ窒化物、アルミ酸化物、貴金属から構成される膜を帯電防止膜として用いると、組立工程中に抵抗値の変化がほとんど起こらず、安定した値が得られた。これによりスペーサ近傍でのビームの電位の乱れは抑止され、ビームが蛍光体に衝突する位置と、本来発光するべき蛍光体との位置ずれの発生が防止され、輝度損失を防ぐことができ鮮明な画像表示が可能となった。
【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である。
【図３】本発明で用いたスペーサの概略断面図である。
【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および断面図である。
【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素子電圧と素子電流、放出電流の関係図である。
【図１１】単純マトリクス配線図である。
【図１２】平面型表面伝導型電子放出素子の断面図である。
【図１３】スパッタ装置の概略的構成図である。
【図１４】ディスプレイ作製工程中のスペーサ抵抗値変化を示す特性図である。
【図１５】スペーサの形状の概念図である。
【図１６】従来のディスプレイの一部断面図である。
【符号の説明】
１，５１  電子源（電子放出素子）
２，５２  リアプレート
３  側壁
４  ガラス基板
５，５５  蛍光膜
６  メタルバック
７，５４  フェースプレート
８  外囲器
９  Ｘ方向配線
１０，５６  スペーサ
１０ａ  絶縁性基板
１０ｂ  Ｎａブロック層
１０ｃ  帯電防止膜
１１  良導電性の電極
１２  Ｙ方向配線
１３  基板
１４，１５  素子電極
１６  導電性薄膜
１７  電子放出部
１８  堆積物
【図１】
0003762031.tif 000003
【図２】
0003762031.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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