JPH10284286A - 帯電防止膜およびその成膜方法及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 ＣｒとＡｌの合金ターゲットをスパッタ
して成膜されたＣｒとＡｌとの合金窒化膜からなる帯電
防止膜である。また、複数の冷陰極型電子放出素子１を
形成した基板２と、発光材料を５形成した基板７とを、
スペーサ１０を介して対向させた構造を有する表示装置
に用いられる前記スペーサ１０の表面に形成される帯電
防止膜１０ｃであって、該帯電防止膜１０ｃは、Ｃｒと
Ａｌの合金ターゲットをスパッタして成膜されたＣｒと
Ａｌとの合金窒化膜からなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、帯電防止膜及びそ
の成膜方法、及び帯電防止膜を応用した画像表示装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】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
であるために高品位な画像の表示が可能である。

【０００３】図１３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は、リアプレー
ト５２上に形成された電子源、５４は、蛍光体５５が形
成された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素子あるいは表面伝導型放出素子な
どの冷陰極電子放出素子が開発されている。この図は電
子源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、基板および前面ガラス板を厚くする必要
がある。これはディスプレイの重量を増加させるのみな
らず、斜めから見たときに画像のひずみをもたらす。そ
こで、比較的薄いガラス板を使用して大気圧を支えるた
め基板と前面ガラス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基板と
蛍光体が形成された前面ガラス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。

【０００５】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。

【０００６】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
ラスを介して見たとき、スペーサ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。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、スペーサ表面には微小電流が
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。

【０００８】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。

【０００９】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。

【００１０】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ことを目的とす
るものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するための手段として、ＣｒとＡｌの合金ターゲ
ットをスパッタして得られるＣｒとＡｌとの合金窒化膜
からなることを特徴とする帯電防止膜でもある。

【００１２】また、上記ターゲットは、Ｃｒの組成が１
５ａｔ％より小さいＣｒ−Ａｌ合金ターゲットであるこ
とが好適である。

【００１３】また、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用いられる前
記スペーサの表面に形成される帯電防止膜であって、該
帯電防止膜は、ＣｒとＡｌの合金ターゲットをスパッタ
して成膜されたＣｒ−ＡｌＮ合金窒化膜からなることを
特徴とする帯電防止膜でもある。

【００１４】また、上記ＣｒとＡｌとの合金窒化膜は、
その膜厚が１０ｎｍから１μｍであり、比抵抗値が、電
子の加速電圧をＶａとした時、１０^-5×Ｖａ² から１０
⁷ Ωｃｍ、抵抗温度係数が負であり、該抵抗温度係数の
値が１％以下であることが好適である。

【００１５】また、上記ＣｒとＡｌとの合金窒化膜は、
該膜中のＡｌの表面窒化率（「窒化アルミニウム」／
「アルミニウム」）が３０％以上であることが好適であ
る。

【００１６】これは、表１〜３にも示されるように、表
面の原子をＥＳＣＡ（ＸＰＳ）で測定し、ＡｌＮとなっ
ているＮの原子数とＡｌの原子数とを比較した割合であ
り、表中、約０．３以上で結果が良好となっている。

【００１７】また、本発明は、上述した課題を解決する
ための手段として、遷移金属とＡｌとの合金窒化膜から
なる帯電防止膜を成膜する成膜方法において、ＣｒとＡ
ｌとの合金窒化膜からなる帯電防止膜を成膜する成膜方
法において、前記帯電防止膜は、ＣｒとＡｌの合金ター
ゲットをスパッタして成膜することを特徴とする成膜方
法でもある。

【００１８】また、上記ターゲットは、Ｃｒの組成が１
５ａｔ％より小さいＣｒ−Ａｌ合金ターゲットを用いる
ことが好適である。

【００１９】また、ＣｒとＡｌの合金ターゲットをスパ
ッタしてＣｒとＡｌとの合金窒化膜を成膜する成膜方法
において、スパッタガスとしてＡｒとＮ₂ を用いて、Ｃ
ｒとＡｌとの合金窒化膜の比抵抗値を制御する手段とし
て、 上記比抵抗値を大きくするために、スパッタ全圧を
大きく、またはＮ₂ 分圧を大きくする； 上記比抵抗値を小さくするために、スパッタ全圧を
小さく、またはＮ₂ 分圧を小さくする；ことを特徴とす
る成膜方法でもある。

【００２０】また、上記Ｎ₂ 分圧を５０％以下にするこ
とが好適である。また、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表示装置におい
て、上記帯電防止膜を、少なくとも前記スペーサの表面
に有することを特徴とする画像表示装置を実現するもの
である。

【００２１】［作用］帯電防止膜は、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。

【００２２】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、一般的には１
０ｎｍ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。

【００２３】従って、比抵抗値が金属導電体より大き
く、絶縁体よりは小さい範囲にある半導電性材料が好ま
しいのであるが、これらは抵抗温度係数が負の材料が多
い。抵抗温度係数が負であると、スペーサ表面で消費さ
れる電力による温度上昇で抵抗値が減少し、さらに発熱
し温度が上昇しつづけ、過大な電流が流れる。いわゆる
熱暴走を引き起こす。しかし、発熱量すなわち消費電力
と放熱がバランスした状況では熱暴走は発生しない。ま
た、帯電防止膜材料の抵抗温度係数ＴＣＲの絶対値が小
さいければ熱暴走しにくくなる。

【００２４】ＴＣＲが−１％の帯電防止膜を用いた条件
でスペーサ１平方ｃｍ当たりの消費電力がおよそ０．１
Ｗを越えるようになるとスペーサに流れる電流が増加し
つづけ、熱暴走状態となることが実験で認められた。こ
れはもちろんスペーサ形状とスペーサ間に印加される電
圧Ｖａおよび帯電防止膜の抵抗温度係数により左右され
るが、以上の条件から、消費電力が１平方ｃｍあたり
０．１Ｗを越えないＲｓの値は１０×Ｖａ² Ω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×Ｖａ² Ωから１１乗Ωの範囲に設定
される必要がある。

【００２５】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。

【００２６】比抵抗ρはシート抵抗Ｒｓと膜厚ｔの積で
あり、以上に述べたＲｓとｔの好ましい範囲から、帯電
防止膜の比抵抗ρは１０^-5×Ｖａ² 〜１０⁷ Ωｃｍ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、ρは（２×１０^-5）Ｖａ² 〜
５×１０⁶ Ωｃｍとするのが良い。

【００２７】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１ｋ
Ｖの電圧を要する。Ｖａ＝１ｋＶの条件においては、帯
電防止膜の比抵抗は１０〜１０⁷ Ωｃｍが好ましい範囲
である。

【００２８】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、アルミと遷移金属合金窒化膜
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。遷移金属はＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ等の中か
ら選ばれるものであり、これらを単独で使用しても良い
が、２種以上の遷移金属を合わせて用いることも可能で
ある。遷移金属窒化物は金属的な良導電体であり、窒化
アルミは絶縁体である。

【００２９】アルミ遷移金属合金窒化膜はアルミと遷移
金属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。さらに
は後述する表示装置作製の工程において抵抗値の変化が
少なく安定な材料であることがわかった。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。

【００３０】帯電防止膜であるアルミと遷移金属合金窒
化膜は、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。

【００３１】たとえば、スパッタ法の場合は、アルミお
よび遷移金属のターゲットを窒素あるいはアンモニアを
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、アルミ遷移金属合金窒化膜が得られる。こ
の際、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。

【００３２】本発明によれば、あらかじめ組成を調整し
たアルミと遷移金属との合金のターゲットを用いてスパ
ッタすることにより、上述したアルミ及び遷移金属のタ
ーゲットを用いるスパッタに比較して、成膜組成の調整
が、より正確に容易にできるようになる。また、短時間
で成膜することができる。

【００３３】以上、ディスプレイ用スペーサ帯電防止膜
に関して説明したが、アルミ遷移金属合金窒化物は高融
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他の用途に対しても有用性
が高い材料である。

【００３４】

【発明の実施の形態】本発明の帯電防止膜を適用した表
示装置について具体的に述べる。

【００３５】図１は、スペーサ１０を中心とした表示装
置断面模式図である。１は電子源、２はリアプレート、
３は側壁（支持枠）、７はフェースプレートであり、
２、３、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。

【００３６】スペーサ１０は絶縁性基材１０ａの表面に
本発明帯電防止膜１０ｃが形成されている。スペーサ１
０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。

【００３７】図１２は、このようなスペーサの一例を示
す図であり、（ａ）は、複数の電子源上にマトリクス状
に開口した板状のスペーサを示す斜視図であり、（ｂ）
は、同様に、ライン状に開口したスペーサを示す斜視図
である。

【００３８】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、リアプレートの材質と
してガラスを用いた場合、表示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。

【００３９】絶縁性基板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
Ｓｉ、酸化Ａｌ等のＮａブロック層１０ｂを絶縁性基材
と帯電防止膜の中間に形成することでＮａ等アルカリイ
オンの帯電防止膜への侵入を抑制することができる。

【００４０】帯電防止膜１０ｃは、ＣｒとＡｌの合金窒
化膜であり、遷移金属としてＣｒ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（遷移金属／アル
ミ）比率はＣｒの場合で６ａｔ％〜１５ａｔ％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。遷移金属とアルミの合金窒化膜を帯電防止膜として
用いる提案は、すでに本出願人によってなされている。

【００４１】スペーサ１０はメタルバック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
接続されてもよい。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。

【００４２】Ａｌ、Ａｕ等良導電性である電極１１をス
ペーサの両端に形成すると、帯電防止膜とフェースプレ
ート上の電極およびリアプレート上の電極との電気的接
続の向上に効果がある。

【００４３】次に、上記説明したスペーサを用いた表示
装置について説明する。図２は、実施例に用いた表示パ
ネルの斜視図であり、内部構造を示すためにパネルの１
部を切り欠いて示している。

【００４４】図２において、２はリアプレート、３は側
壁（支持枠）、７はフェースプレートであり、２、３、
７により表示パネルの内部を真空に維持するための気密
容器（外囲器８）を形成している。気密容器を組み立て
るにあたっては、各部材の接合部に十分な強度と気密性
を保持させるため封着する必要があるが、たとえばフリ
ットガラスを接合部に塗布し、大気中あるいは窒素雰囲
気中で、摂氏４００〜５００度で１０分以上焼成するこ
とにより封着する。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。

【００４５】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素子１がＮ×Ｍ個形成さ
れている（Ｎ，Ｍは２以上の正の整数であり、目的とす
る表示画素数に応じて適宜設定される。たとえば、高品
位テレビジョンの表示を目的とした表示装置において
は、Ｎ＝３０００、Ｍ＝１０００以上の数を設定するこ
とが望ましい。本実施例においては、Ｎ＝３０７２、Ｍ
＝１０２４とした。）。

【００４６】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１、９、１２、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。

【００４７】本実施例においては、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。

【００４８】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。本実施例はカラー表示装置で
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３の（ａ）に示すようにス
トライプ状に塗り分けられ、蛍光体のストライプの間に
は黒色の導電体５ｂが設けてある。黒色の導電体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
ビームによる蛍光膜のチャー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。

【００４９】また、３原色の蛍光体の塗り分け方は前記
図３（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３（ｂ）に示すようなＲ，Ｇ，Ｂ
のデルタ状配列や、それ以外の配列であってもよい。

【００５０】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。

【００５１】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、電子ビーム
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。

【００５２】また、本実施例では用いなかったが、加速
電圧の印加用や蛍光膜の導電性向上を目的として、フェ
ースプレート基板４と蛍光膜５との間に、たとえばＩＴ
Ｏを材料とする透明電極を設けてもよい。

【００５３】また、Ｄｘ１〜ＤｘｍおよびＤｙ１〜Ｄｙ
ｎおよびＨｖは、当該表示パネルと不図示の電気回路と
を電気的に接続するために設けた気密構造の電気接続用
端子である。Ｄｘ１〜Ｄｘｍはマルチ電子ビーム源のＸ
方向配線と、、Ｄｙ１〜Ｄｙｎはマルチ電子ビーム源の
Ｙ方向配線と、Ｈｖはフェースプレートのメタルバック
６と電気的に接続している。

【００５４】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のマイナス７乗［Ｔ
ｏｒｒ］程度の真空度まで排気する。その後、排気管を
封止するが、気密容器内の真空度を維持するために、封
止の直前あるいは封止後に気密容器内の所定の位置にゲ
ッター膜（不図示）を形成する。ゲッター膜とは、たと
えばＢａを主成分とするゲッター材料をヒーターもしく
は高周波加熱により加熱し蒸着して形成した膜であり、
該ゲッター膜の吸着作用により気密容器内は１×１０マ
イナス５乗ないしは１×１０マイナス７乗［Ｔｏｒｒ］
の真空度に維持される。

【００５５】以上、本発明実施例の表示パネルの基本構
成を説明した。

【００５６】次に、前記実施例の表示パネルに用いたマ
ルチ電子ビーム源の製造方法について説明する。本発明
の画像表示装置に用いるマルチ電子ビーム源は、冷陰極
素子を単純マトリクス配線した電子源であれば、冷陰極
素子の材料や形状あるいは製法に制限はない。したがっ
て、たとえば表面伝導型放出素子やＦＥ型、あるいはＭ
ＩＭ型などの冷陰極素子を用いることができる。

【００５７】ただし、表示画面が大きくてしかも安価な
表示装置が求められる状況のもとでは、これらの冷陰極
素子の中でも、表面伝導型放出素子が特に好ましい。す
なわち、ＦＥ型ではエミッタコーンとゲート電極の相対
位置や形状が電子放出特性を大きく左右するため、極め
て高精度の製造技術を必要とするが、これは大面積化や
製造コストの低減を達成するには不利な要因となる。ま
た、ＭＩＭ型では、絶縁層と上電極の膜厚を薄くしてし
かも均一にする必要があるが、これも大面積化や製造コ
ストの低減を達成するには不利な要因となる。その点、
表面伝導型放出素子は、比較的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ーム源に用いるには、最も好適で
あると言える。そこで、上記実施例の表示パネルにおい
ては、電子放出部もしくはその周辺部を微粒子膜から形
成した表面伝導型放出素子を用いた。そこで、まず好適
な表面伝導型放出素子について基本的な構成と製法およ
び特性を説明し、その後で多数の素子を単純マトリクス
配線したマルチ電子ビーム源の構造について述べる。

【００５８】（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。

【００５９】（平面型の表面伝導型放出素子）まず最初
に、平面型の表面伝導型放出素子の素子構成と製法につ
いて説明する。図４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）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。

【００６０】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。

【００６１】また、基板１３上に基板面と平行に対向し
て設けられた素子電極１４と１５は、導電性を有する材
料によって形成されている。たとえば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａ
ｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｇ等をはじ
めとする金属、あるいはこれらの金属の合金、あるいは
Ｉｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ をはじめとする金属酸化物、ポリ
シリコンなどの半導体などの中から適宜材料を選択して
用いればよい。電極を形成するには、たとえば真空蒸着
などの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（たとえば印刷技術）を用
いて形成してもさしつかえない。

【００６２】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は通常数十ｎｍから数十μｍの範囲から
適当な数値を選んで設計されるが、なかでも表示装置に
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
十ｎｍから数μｍの範囲から適当な数値が選ばれる。

【００６３】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。

【００６４】微粒子膜に用いた微粒子の粒径は、１０分
の数ｎｍから数百ｎｍの範囲に含まれるものであるが、
なかでも好ましいのは１ｎｍから２０ｎｍの範囲のもの
である。また、微粒子膜の膜厚は、以下に述べるような
諸条件を考慮して適宜設定される。すなわち、素子電極
１４あるいは１５と電気的に良好に接続するのに必要な
条件、後述する通電フォーミングを良好に行うのに必要
な条件、微粒子膜自身の電気抵抗を後述する適宜の値に
するために必要な条件などである。具体的には、十分の
数ｎｍから数百ｎｍの範囲のなかで設定するが、なかで
も好ましいのは１ｎｍから５０ｎｍの間である。

【００６５】また、微粒子膜を形成するのに用いられう
る材料としては、たとえば、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｇ、
Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔ
ａ、Ｗ、Ｐｂなどをはじめとする金属や、ＰｄＯ、Ｓｎ
Ｏ₂ 、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 、ＰｂＯ、Ｓｂ₂ Ｏ₃ などをはじめと
する酸化物や、ＨｆＢ₂ 、ＺｒＢ₂ 、ＬａＢ₆ 、ＣｅＢ
₆ 、ＹＢ₄ 、ＧｄＢ₄ などをはじめとする硼化物や、Ｔ
ｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣなどをは
じめとする炭化物や、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮなどをは
じめとする窒化物や、Ｓｉ、Ｇｅなどをはじめとする半
導体や、カーボンなどが上げられ、これらの中から適宜
選択される。

【００６６】以上述べたように、導電性薄膜１６を微粒
子膜で形成したが、そのシート抵抗値については、１０
の３乗から１０の７乗［Ω／ｓｑ］の範囲に含まれるよ
う設定した。

【００６７】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、素子電極の順で積層して
もさしつかえない。

【００６８】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、十分
の数ｎｍから数十ｎｍの粒径の微粒子を配置する場合が
ある。なお、実際の電子放出部の位置や形状を精密かつ
正確に図示するのは困難なため、図４においては模式的
に示した。

【００６９】また、薄膜１８は、炭素もしくは炭素化合
物よりなる薄膜で、電子放出部１７およびその近傍を被
覆している。薄膜１８は、通電フォーミング処理後に、
後述する通電活性化の処理を行うことにより形成する。

【００７０】薄膜１８は、単結晶グラファイト、多結晶
グラファイト、非晶質カーボンのいずれかか、もしくは
その混合物であり、膜厚は５０ｎｍ以下とするが、３０
ｎｍ以下とするのがさらに好ましい。

【００７１】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４においては模式的に示
した。また、平面図（ａ）においては、薄膜１８の一部
を除去した素子を図示した。

【００７２】以上、好ましい素子の基本構成を述べた
が、実施例においては以下のような素子を用いた。

【００７３】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。

【００７４】微粒子膜の主要材料としてＰｄもしくはＰ
ｄＯを用い、微粒子膜の厚さは約１０ｎｍ、幅Ｗは１０
ｎｍとした。

【００７５】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５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４と同一である。

【００７６】１）まず、図５（ａ）に示すように、基板
１３上に素子電極１４および１５を形成する。形成する
にあたっては、あらかじめ基板１３を洗剤、純水、有機
溶剤を用いて十分に洗浄後、素子電極の材料を堆積させ
る。（堆積する方法としては、たとえば、蒸着法やスパ
ッタ法などの真空成膜技術を用いればよい。）その後、
堆積した電極材料を、フォトリソグラフィー・エッチン
グ技術を用いてパターニングし、（ａ）に示した一対の
素子電極（１４と１５）を形成する。

【００７７】２）次に、同図（ｂ）に示すように、導電
性薄膜１６を形成する。

【００７８】形成するにあたっては、まず前記（ａ）の
基板に有機金属溶液を塗布して乾燥し、加熱焼成処理し
て微粒子膜を成膜した後、フォトリソグラフィー・エッ
チングにより所定の形状にパターニングする。ここで、
有機金属溶液とは、導電性薄膜に用いる微粒子の材料を
主要元素とする有機金属化合物の溶液である（具体的に
は、本実施例では主要元素としてＰｄを用いた。また、
実施例では塗布方法として、ディッピング法を用いた
が、それ以外のたとえばスピンナー法やスプレー法を用
いてもよい。）。また、微粒子膜で作られる導電性薄膜
の成膜方法としては、本実施例で用いた有機金属溶液の
塗布による方法以外の、たとえば真空蒸着法やスパッタ
法、あるいは化学的気相堆積法などを用いる場合もあ
る。

【００７９】３）次に、同図（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１５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。

【００８０】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１５の間で計測される電気抵抗は大幅
に増加する。

【００８１】通電方法をより詳しく説明するために、図
６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。

【００８２】実施例においては、たとえば１０のマイナ
ス５乗ｔｏｒｒ程度の真空雰囲気下において、たとえば
パルス幅Ｔ１を１ミリ秒、パルス間隔Ｔ２を１０ミリ秒
とし、波高値Ｖｐｆを１パルスごとに０．１Ｖずつ昇圧
した。そして、三角波を５パルス印加するたびに１回の
割りで、モニターパルスＰｍを挿入した。フォーミング
処理に悪影響を及ぼすことがないように、モニターパル
スの電圧Ｖｐｍは０．１Ｖに設定した。そして、素子電
極１４と１５の間の電気抵抗が１×１０の６乗オームに
なった段階、すなわちモニターパルス印加時に電流計２
０で計測される電流が１×１０のマイナス７乗Ａ以下に
なった段階で、フォーミング処理にかかわる通電を終了
した。

【００８３】なお、上記の方法は、本実施例の表面伝導
型放出素子に関する好ましい方法であり、たとえば微粒
子膜の材料や膜厚、あるいは素子電極間隔Ｌなど表面伝
導型放出素子の設計を変更した場合には、それに応じて
通電の条件を適宜変更するのが望ましい。

【００８４】４）次に、図５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。

【００８５】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。

【００８６】具体的には、１０のマイナス４乗ないし１
０のマイナス５乗Ｔｏｒｒ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。

【００８７】通電方法をより詳しく説明するために、図
７の（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Ｔ
３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、本実施例の表面伝導型放出素子
に関する好ましい条件であり、表面伝導型放出素子の設
計を変更した場合には、それに応じて条件を適宜変更す
るのが望ましい。

【００８８】図５の（ｄ）に示す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
ノード電極で、直流高電圧電源２３および電流計２４が
接続されている（なお、基板１３を、表示パネルの中に
組み込んでから活性化処理を行う場合には、表示パネル
の蛍光面をアノード電極２２として用いる。）。

【００８９】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
７（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。

【００９０】なお、上述の通電条件は、本実施例の表面
伝導型放出素子に関する好ましい条件であり、表面伝導
型放出素子の設計を変更した場合には、それに応じて条
件を適宜変更するのが望ましい。

【００９１】以上のようにして、図５（ｅ）に示す平面
型の表面伝導型放出素子を製造した。

【００９２】図８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８は、垂直型の基本構成を説明するための模式
的な断面図であり、図中の２５は基板、２６と２７は素
子電極、２８は段差形成部材、２９は微粒子膜を用いた
導電性薄膜、３０は通電フォーミング処理により形成し
た電子放出部、３１は通電活性化処理により形成した薄
膜である。

【００９３】垂直型が先に説明した平面型と異なる点
は、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２
８の側面を被覆している点にある。したがって、前記図
４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。

【００９４】（表示装置に用いた表面伝導型放出素子の
特性）以上、平面型と垂直型の表面伝導型放出素子につ
いて素子構成と製法を説明したが、次に表示装置に用い
た素子の特性いについて述べる。

【００９５】図９に、表示装置に用いた素子の、（放出
電流Ｉｅ）対（素子印加電圧Ｖｆ）特性、および（素子
電流Ｉｆ）対（素子印加電圧Ｖｆ）特性の典型的な例を
示す。なお、放出電流Ｉｅは素子電流Ｉｆに比べて著し
く小さく、同一尺度で図示するのが困難であるうえ、こ
れらの特性は素子の大きさや形状等の設計パラメータを
変更することにより変化するものであるため、２本のグ
ラフは各々任意単位で図示した。

【００９６】表示装置に用いた素子は、放出電流Ｉｅに
関して以下に述べる３つの特性を有している。

【００９７】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。

【００９８】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。

【００９９】第二に、放出電流Ｉｅは素子に印加する電
圧Ｖｆに依存して変化するため、電圧Ｖｆで放出電流Ｉ
ｅの大きさを制御できる。

【０１００】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。

【０１０１】以上のような特性を有するため、表面伝導
型放出素子を表示装置に好適に用いることができた。た
とえば多数の素子を表示画面の画素に対応して設けた表
示装置において、第一の特性を利用すれば、表示画面を
順次走査して表示を行うことが可能である。すなわち、
駆動中の素子には所望の発光輝度に応じて閾値電圧Ｖｔ
ｈ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。

【０１０２】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、諧調表示を行うことが可能である。

【０１０３】（多数素子を単純マトリクス配線したマル
チ電子ビーム源の構造）次に、上述の表面伝導型放出素
子を基板上に配列して単純マトリクス配線したマルチ電
子ビーム源の構造について述べる。

【０１０４】図１０に示すのは、前記図４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４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。

【０１０５】図１０のＡ−Ａ′に沿った断面を、図１１
に示す。

【０１０６】なお、このような構成のマルチ電子源は、
あらかじめ基板上に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
素子の素子電極と導電性薄膜を形成した後、Ｘ方向配線
電極１２およびＹ方向配線電極９を介して各素子に給電
通電フォーミング処理と通電活性化処理を行うことによ
り製造した。

【０１０７】

【実施例】

（実施例１）本実施例では、まず、未フォーミングの複
数の表面伝導型電子源１（図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４に示した表面伝導型電子放出素子を１
６０個、７２０個マトリクト状に形成した。素子電極１
４，１５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。

【０１０８】画像形成部材であるところの蛍光膜５は図
３ｂに示すように、各色蛍光体Ｒ，Ｇ，Ｂ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７ａを塗布し蛍光膜５を作成した。ブラックストラ
イプの材料として通常よく用いられている黒鉛を主成分
とする材料を用いた。ガラス基板４に蛍光体５ａを塗布
する方法はスラリー法を用いた。

【０１０９】また、蛍光膜５の内面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を真空蒸着する事で作成した。フェー
スプレート７には、更に蛍光膜５の導電性を高めるた
め、蛍光膜５の外面側に透明電極が設けられる場合もあ
るが、本実施例ではメタルバックのみで十分な導電性が
得られたので省略した。スペーサ１０は、清浄化したソ
ーダライムガラスからなる絶縁性基材１０ａ（高さ３．
８ｍｍ、板厚２００μｍ、長さ４０ｍｍ）上に、Ｎａブ
ロック層として窒化シリコン膜を０．５μｍ成膜し、そ
の上にＣｒとＡｌ合金窒化膜５ｃを真空成膜法により形
成し成膜した。

【０１１０】本実施例で用いたＣｒとＡｌ合金窒化膜
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（６ａｔ％）：Ａｌ（９４ａｔ％）の合金
ターゲットをスパッタする事により成膜した。

【０１１１】スパッタチャンバーの背圧は７×１０のマ
イナス５乗Ｐａであった。スパッタ時には、Ｎ₂ 分圧が
２０％になるように、ＡｒとＮ₂ の混合ガスを流した。
スパタガス全圧は０．４Ｐａであった。

【０１１２】５インチの大きさのターゲットを備え、基
板ホルダーとの距離は１２０ｍｍであった。

【０１１３】ソーダライムガラスからなる絶縁性基材１
０ａは、耐熱テープもしくは固定治具を用いて基板ホル
ダーに固定された。３５０℃までの基板加熱は膜質を良
くするために行ってもよい。

【０１１４】今回は基板加熱は行わなかった。ターゲッ
トに５００Ｗの高周波電力を投入し、５０分間で膜厚が
２００ｎｍのＣｒとＡｌの合金窒素膜を設けた。

【０１１５】このＣｒとＡｌの合金窒素膜の比抵抗値
は、７．００×１０の６乗Ωｃｍ、抵抗温度係数はマイ
ナス０．３％であった。

【０１１６】膜の表面組成分析は、以下の装置を使用し
て各構成元素の組成や表面窒化率などの較正を行った。
１０のマイナス８乗Ｐａ以上の高真空を保った同一真空
室内に、スパッタ成膜機構およびＲＨＥＥＤ（反射高速
電子回折パターン計測機構）とＸＰＳ（Ｘ線光電子分光
分析機構）を備えた装置を使用してまずスパッタリング
によりＣｒとＡｌ合金窒化膜１０ｃを形成後ＲＨＥＥＤ
法によりＣｒとＡｌ合金窒化膜が形成されたことを確
認。その後ＸＰＳ測定を行った。この時のＡ１２Ｐスペ
クトルおよびＮ１Ｓスペクトルのピーク面積比を用い
て、ＡｌとＣｒ合金窒化膜の表面組成を較正した。

【０１１７】Ｃｒ元素とＡｌ元素の割合「Ｃｒ」／「Ａ
ｌ」は０．０５で、ほぼターゲットの組成比と同じであ
った。

【０１１８】またＣｒは表面ではほとんど酸化物である
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」／「窒化アルミ
ニウム＋酸化アルミニウム」）が０．８２であった。

【０１１９】次に、この実施例１のスペーサ１０は、Ｘ
方向配線あるいはメタルバックとの接続を確実にするた
めにその接続部にＡｌによる電極１１を設けた。

【０１２０】この電極１１はＸ方向配線からフェースプ
レートに向かって２００μｍ、メタルバックからリアプ
レートに向かって２００μｍの範囲で外囲器８内に露出
するスペーサ１０の４面を完全に被覆した。

【０１２１】ここでＡｌによる電極１１両端に５００Ｖ
の電圧を印加、電流値を測定してスペーサ１０の抵抗値
を測定したところ１．６×１０の９乗Ωであった。

【０１２２】このＣｒとＡｌ合金窒化膜１０ｃを成膜し
た実施例１のスペーサ１０を、等間隔でＸ方向配線９上
に固定した。

【０１２３】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を介して配置し、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。

【０１２４】電子源１とリアプレート２の接合部、リア
プレート２と支持枠３の接合部及びフェースプレート７
と支持枠３の接合部はフリットガラスを塗布し、空気中
で４３０℃で１０分以上焼成する事で封着した。

【０１２５】この封着処理後、ＣｒとＡｌ合金窒化１０
ｃの比抵抗値は７．２×１０の６乗Ωｃｍとほとんど変
化しなかった。

【０１２６】また本実施例の実験後、このスペーサ１０
を一部取り外して、ＣｒとＡｌ合金窒化膜１０ｃの表面
組成分析を行った。

【０１２７】Ｃｒ元素とＡｌ元素の割合「Ｃｒ」／「Ａ
ｌ」は０．０５で、ほぼターゲットの組成比と同じであ
った。

【０１２８】またＣｒは表面ではほとんど酸化物である
が、Ａｌは窒化物と酸化物が混在しており、窒化率
（「窒化アルミニウム」／「窒化アルミニウム＋酸化ア
ルミニウム」）は、０．４９に低下していた。

【０１２９】この表面分析値は、スパッタリング形成後
（アズデポ：ａｓ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（成膜後））
のＣｒとＡｌ合金窒化膜を、封着温度４３０℃１０分間
以上焼成処理を行った後同様に表面分析を行った値（ア
ニール値）と同じであった。

【０１３０】スペーサ１０は、フェースプレート７側で
は黒色導電材５ｂ（線幅３００μｍ）上に、Ａｕを被覆
シリカ球を含有した導電性フリットガラスを用いること
により、帯電防止膜とフェースプレートとの導通を確保
した。

【０１３１】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て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を通じ電子放出素子１の素子電極１４，１５間に
電圧を印加し、電子放出部形成用薄膜１６を通電処理
（フォーミング処理）する事により電子放出部１８を形
成した。フォーミング処理は、図６に示した波形の電圧
を印加する事により行った。

【０１３２】次に排気管を通してアセトンを１ｍＴｏｒ
ｒとなるように真空容器に導入し、容器外端子Ｄｘ１〜
ＤｘｍとＤｙ１〜Ｄｙｎに電圧パルスを定期的に印加す
る事により、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７に示すような波
形を印加する事により行った。

【０１３３】次に、容器全体を２００℃に加熱しつつ１
０時間真空排気した後、１０^-6Ｔｏｒｒ程度の真空度
で、排気管をガスバーナーで熱することで溶着し外囲器
８の封止を行った。

【０１３４】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。

【０１３５】以上のように完成した画像形成装置におい
て、各電子放出素子１には、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘ
ｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎを通じ走査信号及び変調信号を不図
示の信号発生手段よりそれぞれ印加する事により電子を
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Ｖ
ａは１ｋＶ〜５ｋＶ、素子電極１４，１５間への印加電
圧Ｖｆは１４Ｖとした。

【０１３６】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。なお、表−１〜３に
おいて、ｍＥ＋ｎの表記は、ｍ×１０ⁿ を示すものとす
る。また、「アズデポ」は、ａｓ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ（成膜後）を意味し、また、各実施例の結果を示す欄
において、「良好」とは画像の乱れが少なく良好である
状態を示し、「なし」とは画像の乱れが無く、画像乱れ
を極度に起こす帯電状態でないことを示している。

【０１３７】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。

【０１３８】このことはＣｒとＡｌ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。

【０１３９】（実施例２〜９）実施例２〜９は、Ｃｒ
（６ａｔ％）：Ａｌ（９４ａｔ％）合金ターゲットを用
いたものである。

【０１４０】実施例１と全く同様にＣｒ（６ａｔ％）：
Ａｌ（９４ａｔ％）合金ターゲットを用いて、導電膜１
０Ｃとして、ＣｒとＡｌの合金窒化膜を形成した。ただ
し表−１に示すように、成膜の際に、スパッタ全圧を
０．４から１．０Ｐａまで、Ｎ ₂ 分圧を１０％から５０
％まで変化させた。

【０１４１】導電膜１０Ｃを形成後は実施例１と同様に
画像形成装置に組み込みカラー画像を表示、スペーサ近
傍の画像の乱れを調べた。

【０１４２】表−１に、各実施例のスペーサ１０につい
て測定した結果をまとめて示す。

【０１４３】（実施例１〜５）実施例１〜５は、全圧
０．４Ｐａに固定、Ｎ₂ 分圧を変化させたものである。
Ｎ₂ 分圧を大きくすると、Ｃｒ−ＡｌＮ膜の比抵抗値は
増大する。アニール処理によって表面の酸化が起こって
も、比抵抗値はほとんど変化せずこのＣｒ−ＡｌＮ膜は
耐熱性に優れていることが分かる。ただしＡｌＮの表面
窒化率（「窒化アルミニウム」／「窒化アルミニウム＋
酸化アルミニウム」）は、アニール処理によって低下す
る。特にＮ₂ 分圧が３０％以上になると低下が大きいこ
とが分かる（表面の酸化）。

【０１４４】（実施例６〜９）実施例６〜９は、全圧
０．６Ｐａ、１．０Ｐａと増加させたものである。全圧
を増加させると、同じＮ₂ 分圧でもＣｒ−ＡｌＮ膜の比
抵抗値は増大する。ただし全圧、Ｎ₂ 分圧を増加させる
ほどＡｌＮの表面窒化率は低下することが分かる。

【０１４５】実施例７，９のスペーサ１０を組み込んだ
画像形成装置では、帯電によるスペーサ近傍の画像乱れ
（影）が見られた。

【０１４６】これはＡｌＮの表面窒化率が低下しＣｒ−
ＡｌＮ膜の除電能力が低下したため、および比抵抗値が
大きくなりすぎたためである。

【０１４７】（実施例１０〜１５）実施例１０〜１５
（表−２）は、ターゲットをＣｒ（３ａｔ％）：Ａｌ
（９７ａｔ％）合金に変えたものである。

【０１４８】実施例１〜９と同様に全圧、分圧を増加さ
せるほどＣｒ−ＡｌＮ膜の比抵抗値は増大する。Ｃｒ
（６ａｔ％）のターゲットに比べて同じ成膜条件でも、
ＡｌＮの表面窒化率が高い膜が得られた。ただし比抵抗
値が１０の８乗Ωｃｍぐらいまで大きくなると除電能力
が不足し帯電によるスペーサ近傍の画像乱れ（影）が見
られた。

【０１４９】（実施例１６〜１９）実施例１６〜１９
は、ターゲットをＣｒ（９ａｔ％）：Ａｌ（９１ａｔ
％）合金に変えたものである。

【０１５０】実施例１〜９と同様に全圧、分圧を増加さ
せるほどＣｒ−ＡｌＮ膜の比抵抗値は増大する。ただし
実施例１〜９と同様に全圧、分圧を増加させるほどＡｌ
Ｎ膜の表面窒化率は低下する。実施例１９は比抵抗値
は、１０の６乗で適正であったが、ＡｌＮ膜の表面窒化
率が０．３３と低くなり、除電能力不足し帯電によるス
ペーサ近傍の画像乱れ（影）が見られた。

【０１５１】（実施例２０〜２２）実施例２０〜２２
は、合金ターゲットのＣｒ量を１５％から５０％まで変
えたものを用いたものである。

【０１５２】Ｃｒ−Ａｌ膜の比抵抗値が１０の４乗Ωｃ
ｍより小さくなると、Ｖａを１ｋＶまで印加することが
できなかった。さらに長い時間カラー画像表示を行うと
スペーサ１０からの発熱によってさらにＣｒ−ＡｌＮ膜
の比抵抗値が小さくなる、熱暴走が起こった。

【０１５３】またＣｒ量が９％までは、形成された膜の
Ｃｒ／Ａｌ比率はターゲットの組成にほぼ等しいが、１
５％以上では形成された膜のＣｒ量がターゲット組成よ
り大きくなる。

【０１５４】これは長時間成膜を続けると形成される膜
のＣｒ量が変化する（しだいにＣｒ量が減少する）可能
性を示唆するもので、合金ターゲットのＣｒ量は１５％
よりも少なくするべきである。

【０１５５】（実施例２３〜２６）実施例１において
は、Ｃｒ−Ａｌ合金ターゲットをスパッタしてＣｒ−Ａ
ｌＮ膜を形成したが、実施例２３〜２６では、Ａｌター
ゲットとＣｒ合金ターゲットを共にスパッタしてＣｒ−
ＡｌＮ膜を形成した。

【０１５６】図１４は、このときのスパッタ装置の構成
例を示す模式図であり、Ａｌターゲット４３と、Ｃｒ合
金ターゲット４４とを備えている。

【０１５７】表−３に成膜条件および、各実施例のスペ
ーサ１０について測定した結果をまとめて示す。

【０１５８】実施例２３〜２６は、Ｃｒ量１５％と９％
のＣｒ−Ａｌ合金ターゲットを用いた例である。それぞ
れのターゲットに投入する高周波電力を調整することで
Ｃｒ−ＡｌＮ膜のＣｒ含有量を調整した。実施例１〜２
２と同様に、全圧、Ｎ₂ 分圧を調整することで同じＣｒ
含有量のＣｒ−ＡｌＮ膜の比抵抗値を増減することが可
能である。

【０１５９】（比較例１〜６）比較例１〜６では、Ａｌ
ターゲットとＣｒターゲットを共にスパッタしてＣｒ−
ＡｌＮ膜を形成した。表−３に成膜条件および、各実施
例のスペーサ１０について測定した結果をまとめて示
す。

【０１６０】比較例１〜３はスパッタチャンバーの背圧
がこれまでの実施例と同じ７．０×１０のマイナス５乗
Ｐａであった。

【０１６１】比較例４〜６は、スパッタチャンバーの背
圧が１．３×１０のマイナス３乗Ｐａで成膜を行った
（この背圧は予備排気室を持たずに、成膜ごとにスパッ
タチャンバーを大気開放するバッチ型の成膜装置での通
常の背圧に相当するものである。）。

【０１６２】適正な比抵抗値１０の５から８乗Ωｃｍを
得るには、Ｃｒ／Ａｌ（原子）比が０．０３〜０．１２
程度である。Ｃｒ元素は、Ａｌ元素に比べてＡｒ＋Ｎ₂
スパッタガスでのスパッタ速度が大きいので、膜中の少
量のＣｒ含有量を精度良く制御するには、ターゲットに
投入する高周波電力を小さな値で、しかも精度良く制御
する必要がある（通常設定精度は電源容量の１％程度で
ある。）。

【０１６３】これに比べて実施例２３〜２６では、Ｃｒ
−Ａｌ合金ターゲットのターゲットのＣｒ量を調整する
ことで、Ａｌターゲットとほぼ同等の投入高周波電力に
できる。そこでＣｒ含有量を正確に調整し、短い時間で
膜成形するには、この比較例１〜６に比べて実施例２３
〜２６のほうが優れていることが分かる。

【０１６４】比較例１〜３はスペーサ近傍の画像の乱れ
もなく、これまでの実施例と同等の良好な除電能力を示
した。

【０１６５】比較例４〜６は、比較例１〜３と比べて膜
形成中にチャンバー中の残留ガスによって、Ｃｒ元素の
酸化が起こるためか、比抵抗値がやや大きくなった。

【０１６６】さらにアニールによって膜表面の窒化度が
大きく低下し、除電能力が不足し、帯電によるスペーサ
近傍の画像乱れ（影）が見られた。

【０１６７】このように膜形成時の背圧が低下するとア
ニールによって表面の窒化度が大きく低下しやすい膜と
なることが分かった。

【０１６８】（実施例２７〜２９）実施例１〜２６は、
膜形成時の背圧が７．０×１０のマイナス５乗Ｐａであ
ったが、実施例２７では、比較例４〜６と同じ背圧１．
３×１０のマイナス３乗Ｐａで成膜を行った。

【０１６９】ＡｌとＣｒターゲットからの共スパッタ成
膜の比較例１〜６では、背圧が高くなるとアニール後の
表面窒化度の低下が著しかったが、実施例２７〜２９で
は、表面窒化度の低下が少なく、良好な除電能力を示し
た。

【０１７０】この様に、Ｃｒ−Ａｌの合金ターゲットを
用いると、スパッタチャンバーの背圧が高い装置条件で
も良好な除電能力の膜を得られることが分かった。

【０１７１】実施例の画像表示は、高圧端子Ｈｖへの印
加電圧Ｖａを１ｋｖ〜５ｋｖ、素子電極への印加電圧は
１４Ｖの条件で行なった。印加電圧Ｖａが大きい程、表
示される画像は明るく、スペーサ近傍の画像乱れは見え
にくくなったが、画像の評価は変わらなかった。素子電
極への印加電圧を１３Ｖ〜１５Ｖまで変化させると、１
３Ｖではやや画像が暗くなり、１５Ｖでは、表示画像は
明るくなったが、スペーサ近傍の画像乱れは、やや大き
くなる傾向があった。しかし、画像乱れについての各実
施例の比較では、傾向として変わらなかった。以上、説
明した実施例では、遷移金属としてＣｒを例に挙げて実
施しているが、同様に、他の遷移金属として前述したも
のを用いても、本発明の効果が得られることは明白であ
る。

【０１７２】

【表１】

【０１７３】

【表２】

【０１７４】

【表３】

【０１７５】

【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、アルミと
遷移金属との合金窒化膜として、例えば、クロム−アル
ミ合金ターゲットから形成された金属クロムとアルミ合
金窒化膜を帯電防止膜として用いることにより、組立て
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。

【０１７６】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。

【０１７７】また、ターゲットに、アルミと遷移金属と
の合金として、例えば、Ｃｒ−Ａｌ合金を用いることに
より、予め、Ｃｒ−Ａｌ合金ターゲットのＣｒ量を調整
することで、成膜中のＣｒ含有量を正確に調整すること
ができるとともに、短い時間で成膜することができるよ
うになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の帯電防止膜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】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４】平面型表面伝導型電子放出素子の構成を示す模
式的平面図及び断面図である。

【図５】平面型表面伝導型電子放出素子の形成工程図で
ある。

【図６】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７】通電活性化工程印加パルス波形図である。

【図８】垂直型表面伝導型電子放出素子の断面図であ
る。

【図９】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１０】単純マトリクス配置したマルチ電子源の構成
を示す平面図である。

【図１１】単純マトリクス配置したマルチ電子源の構成
を示す断面図である。

【図１２】他のスペーサ形状の例を示す斜視図である。

【図１３】従来例の平面型画像表示装置を示す模式的断
面図である。

【図１４】本発明の他の実施例に用いられるスパッタ装
置の構成を示す模式図である。

【符号の説明】

１ 電子源 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 １１ 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 通電活性化処理により形成した薄膜 １９ フォーミング用電源 ２０ 電流計 ２１ 活性化用電源 ２２ 表面伝導型放出素子から放出される放出電流Ｉ
ｅを捕捉するためのアノード電極 ２３ 直流電圧電源 ２４ 電流計 ２５ 基板 ２６，２７ 素子電極 ２８ 段差形成部材 ２９ 微粒子膜を用いた導電性薄膜 ３０ 通電フォーミング処理により形成した電子放出
部 ３１ 通電活性化処理により形成した薄膜

フロントページの続き (72)発明者 高木 博嗣 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＣｒとＡｌの合金ターゲットをスパッタ
   して得られるＣｒとＡｌとの合金窒化膜からなることを
   特徴とする帯電防止膜。
2. 【請求項２】 上記ターゲットは、Ｃｒの組成が１５ａ
   ｔ％より小さいＣｒ−Ａｌ合金ターゲットであることを
   特徴とする請求項１記載の帯電防止膜。
3. 【請求項３】 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用いられる前記ス
   ペーサの表面に形成される帯電防止膜であって、該帯電
   防止膜は、ＣｒとＡｌの合金ターゲットをスパッタして
   成膜されたＣｒとＡｌとの合金窒化膜からなることを特
   徴とする帯電防止膜。
4. 【請求項４】 上記ＣｒとＡｌとの合金窒化膜は、その
   膜厚が１０ｎｍから１μｍであり、比抵抗値が、電子の
   加速電圧をＶａとした時、１０^-5×Ｖａ² から１０⁷ Ω
   ｃｍ、抵抗温度係数が負であり、該抵抗温度係数の値が
   １％以下であることを特徴とする請求項３記載の帯電防
   止膜。
5. 【請求項５】 上記ＣｒとＡｌとの合金窒化膜は、該膜
   中のＡｌの表面窒化率が３０％以上であることを特徴と
   する請求項３記載の帯電防止膜。
6. 【請求項６】 ＣｒとＡｌとの合金窒化膜からなる帯電
   防止膜を成膜する成膜方法において、 前記帯電防止膜は、ＣｒとＡｌの合金ターゲットをスパ
   ッタして成膜することを特徴とする成膜方法。
7. 【請求項７】 上記ターゲットは、Ｃｒの組成が１５ａ
   ｔ％より小さいＣｒ−Ａｌ合金ターゲットを用いること
   を特徴とする請求項６記載の成膜方法。
8. 【請求項８】 ＣｒとＡｌの合金ターゲットをスパッタ
   してＣｒとＡｌとの合金窒化膜を成膜する成膜方法にお
   いて、 スパッタガスとしてＡｒとＮ₂ を用いて、ＣｒとＡｌと
   の合金窒化膜の比抵抗値を制御する手段として、 上記比抵抗値を大きくするために、スパッタ全圧を
   大きく、またはＮ₂ 分圧を大きくする； 上記比抵抗値を小さくするために、スパッタ全圧を
   小さく、またはＮ₂ 分圧を小さくする；ことを特徴とす
   る成膜方法。
9. 【請求項９】 上記Ｎ₂ 分圧を５０％以下にすることを
   特徴とする請求項８記載の成膜方法。
10. 【請求項１０】 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表示装置において、 請求項１〜５のいずれか１項記載の帯電防止膜を、少な
    くとも前記スペーサの表面に有することを特徴とする画
    像表示装置。