JPH01309242A - 電子放出素子及びその製造方法、及び該電子放出素子を用いた画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、冷陰極素子の一つである表面伝導形放出素子
及びそれを用いた画像表示装置に関するもので、特に電
子放出性能、ひいては画像の安定性及び寿命の向上に関
する。

［従来の技術］ 従来、簡単な構造で電子の放出が得られる素子として、
例えば、エム・アイ・エリンソン（Ｍ、　Ｉ。

Ｅｌｉｎｓｏｎｌ等によって発表された冷陰極素子が知
られている［ラジオ　エンジニアリング　エレクトロン
　フィジイッス（Ｒａｄｆｏ　Ｅｎｇ、　Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ。

Ｐｈｙｓ、）第１０巻、　　１２９０〜１２９６頁、　
　１９６５年］　。

これは、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、一般には表面伝導形放出素子と
呼ばれている。

この表面伝導形放出素子としては、前記エリンソン等に
より発表されたＳｎＯ□（Ｓｂ）ｉｉ＃膜を用いたもの
の他、Ａｕ薄膜によるもの［ジー・ディットマー０スイ
ン・ソリッド・フィルムス”（Ｇ。

Ｄｉｔｔｍｅｒ：“Ｔｈ１ｎ　５ｏｌｉｄ　Ｆｉｌｍｓ
”）、９巻、３１７頁、　（１９７２年）　］　、　Ｉ
ＴＯ薄膜によるもの［エム・ハートウェル・アンド・シ
ー・ジー・フォンスタッド”アイ・イー・イー・イー・
トランス・イー・デイ−・コンフ”　（１４，ｔｌａｒ
ｔｗｅｌｌ　ａｎｄ　Ｃ，Ｇ。

Ｆｏｎｓｔａｄ：　−ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ、　ＥＤ　
Ｃｏｎｆ、−）　５１９頁。

（１９７５年）］、カーボン凄膜によるもの［荒木久他
：　“真空”、第２６巻、第１号、２２頁、　　（１９
８３年）］などが報告されている。

これらの表面伝導水放出素子の典型的な素子構成を第７
図に示す、同第７図において、１および２は電気的接続
を得る為の電極、３は電子放出材料で形成される薄膜、
４は基板、５は電子放出部を示す。

従来、これらの表面伝導水放出素子に於ては、電子放出
を行なう前にあらかじめフォーミングと呼ばれる通電加
熱処理によって電子放出部を形成する。即ち、前記電極
１と電極２の間に電圧を印加する事により、薄膜３に通
電し、これにより発生するジュール熱で薄膜３を局所的
に破壊、変形もしくは変質せしめ、電気的に高抵抗な状
態にした電子放出部５を形成することにより電子放出機
能を得ている。

上記電気的に高抵抗な状態とは、薄膜３の一部に０．５
　ｇＩ１１〜５ｐｍの亀裂を有し、且つ亀裂内が所謂島
構造を有する不連続状態となっていることをいう、島構
造とは、一般に数十人から数ｈｍ径の微粒子が基板４上
にあり、各微粒子は空間的に不連続で電気的に連続な状
態をいう。

表面伝導水放出素子は上述高抵抗不連続状態の電子放出
部５を有する薄膜３に、電極１．２により電圧を印加し
、電流を流すことにより、上記微粒子より電子を放出せ
しめるものである。

こうした表面伝導水放出素子は、真空条件下で放出電子
を蛍光板で受けて発光させる画像表示装置への利用が試
みられている。特に画像表示装置としては、近年、情報
機器や家庭用ＴＶ受像器の分野で、薄型で高精細、高輝
度の視認性が良く、しかも信頼性の高いものが求められ
ており、表面伝導水放出素子はこのような画像表示装置
を可能にする電子源として期待されている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、表面伝導水放出素子は、一般に１０−６〜１
０−’Ｔｏｒｒ程度の高真空下において良好な電子放出
性能を示す一方、上記高真空状態が破壊されてガス存在
下にさらされると、電子放出性能が低下し、はなはだし
いときには電子放出を起さなくなることも生じる。従っ
て、表面伝導水放出素子を画像表示装置等に利用する場
合、表面伝導水放出素子を上記高真空下におきつつ、か
つ表面伝導形放出素子周囲の雰囲気を長期に亘って高真
空状態に維持できるよう製品を製造する必要がある。

しかしながら、全製造工程を通して、表面伝導形放出素
子周囲を厳格に高真空状態に維持し、かつ表面伝導形放
出素子周囲を長期に亘って高真空雰囲気に維持できる製
品とするのは、技術面及び手間の面のいずれからも大変
である。このため、表面伝導形放出素子自体の性能にバ
ラツキを生じやす（、また画像表示装置に利用したとき
に長期に亘る安定した画像が得にくい問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、ガスに対
する安定性に優れた表面伝導水放出素子及び、これを用
いることによって、長期に亘って安定した画像が得られ
る長寿命の画像表示装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記ガスに対する安定性に優れた表面伝導水放出素子と
するために、請求項第１項の発明においては、第１図（
ａｌ　、　（ｂｌに示されるように、電子放出部５に炭
素質被膜６゛を形成するという手段を講じているもので
ある。また、請求項第３項の発明においては、第２図（
ａｌ　、　ｆｂｌに示されるように、炭素質材料の微粒
子〇と他の電子放出材料の微粒子７の複合微粒子によっ
て電子放出部５を形成するという手段を講じているもの
である。

まず、請求項第１項の発明について説明すると、基板４
．電極１．２は、後述の請求項第３項の発明と同様なも
のであるが、電子放出部５に炭素質被膜６゛を形成した
ものとなっている。

本発明において電子放出部５を形成する電子放出材料は
、後述する請求項第３項の発明で用いる非炭素質電子放
出材料の他、炭素質の電子放出材料２例久ば、炭素の他
、Ｔｉｃ、　ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ。

Ｓｉ（：、　ＷＣなどの炭化物であってもよい、また本
発明で用いる炭素質は後述の請求項第３項の発明におけ
るものと同様で、特に有機質炭素を用いる場合、被膜化
後の熱処理等でその（炭素）／（水素）比を調整するこ
ともできる。

請求項第１項の発明に係る表面伝導形放出素子を、その
製法と共に更に説明する。

まず、洗浄された基板４上に、蒸着もしくはスパッタ法
、メツキ法等により電極１．２となる薄膜を形成する０
次いでフォトリソグラフィーにより電子放出部５となる
微小間隔を有する電極１゜２に形成する。

次に電子放出材料の島状構造体を形成するが、その方法
としては、フォーミングによる他、電子放出材料の微粒
子７°を吹き付けて直接堆積する方法や微粒子７°を分
散形成する方法、熱処理による局所的な析出現象を利用
する方法等が挙げられる。

フォーミング型素子を例にして説明すると、まず電子放
出材料の薄膜３をパターン形成し、次いで電極材料をマ
スク蒸着した後、電極１．２間に電圧を印加して、露出
している電子放出材料の薄膜３をジュール熱で局所的に
破壊、変形、もしくは変質せしめることで電気的に高抵
抗な状態の電子放出部５を形成できる。

上記電子放出部５上に炭素質を被覆形成する。

その方法としては、炭素質を適当な溶剤に溶解させて、
スピンコード法等で塗布乾燥させたり、抵抗加熱法やＥ
Ｂ蒸着法のように炭素質を蒸発させて被着させたり、ス
パッタ法やプラズマ重合法などの乾式のコーティング法
も適用でき、これらによって炭素質を電子放出部上に被
覆させることができる。

次に、炭素質被膜６°に高温熱処理を必要に応じて施す
、この熱処理は、素子そのものを所定の温度にまで適宜
加熱したり、画像表示装置の製造工程の高温加熱処理、
例λば脱ガス処理や低融点ガラスフリットによる封着等
の工程で行ってもよい、なお、抵抗加熱法やＥＢ蒸着法
、スパッタ法、プラズマ重合法等の条件によっては、上
記高温加熱処理を行わな（とも本発明の構成を実現する
ことは可能である。電子放出部５以外の部分にも炭素質
が被覆されることになるが、本発明の被覆厚では実際上
はぼ問題とならない、場合によっては電極１，２の表面
をマスクして被着する方法も可能である。

上記炭素質被膜６°の厚さは、炭素質が炭素又は金属炭
化物の場合３００Å以下、特に１０〜２００人が好まし
く、炭素質が有機質炭素の場合２００Å以下、特に５０
〜１００人が好ましい、いずれの場合も被覆厚が大き過
ぎると放出電流量や効率が損われやす（なり、逆に小さ
過ぎると被覆効果が得にくくなる。

次に、請求項第３項の発明について更に説明すると、基
本的には従来のものと同様で、基板４上に電極１．２を
設け、この電極１．２間に電子放出部５を形成したもの
であるが、本発明においては、電子放出部５が炭素質の
微粒子６と他の電子放出材料（以下「非炭素質電子放出
材料」という）の微粒子７の複合微粒子によって形成さ
れている。

非炭素質電子放出材料は、非常に広い範囲におよび、炭
素質以外であれば、通常の金属、半金属、半導体といっ
た導電性材料のほとんど全てを使用可能である。なかで
も低仕事関数で高融点かつ低蒸気圧という性質をもつ通
常の陰極材料や、フォーミング処理で表面伝導形放出素
子を形成する薄膜材料や、２次電子放出係数の大きな材
料などが好適である。

具体例としては、ＬａＢａ、　ＣｅＢａ、　ＹＢ４．　
ＧｄＢ４などの硼化物、ＴｉＮ、　ＺｒＮ、　ＨｆＮな
どの窒化物、Ｎｂ。

ＭＯ，Ｒｈ、　Ｈｆ、　Ｔａ、　Ｖｊ、　Ｒｅ、Ｉｒ、
　Ｐｔ、　Ｔｉ、　Ａｕ、　Ａｇ。

Ｃｕ、　Ｃｒ、Ａ−、Ｇｏ、　Ｎｉ、　Ｆｅ、　Ｐｂ、
　Ｐｄ、　Ｃｓ、　Ｂａなどの金属、ＩｎＪｓ、　Ｓｎ
ｏｗ、　５ｂｔＯｓなどの金属酸化物、Ｓｉ、　Ｇｅな
どの半導体、Ｊｌｌｇなどを挙げることができる。

電極１．２の材料としては、一般的な導電性材料、Ａｕ
、　Ｐｔ、　Ａｇ等の金属の他ＳｎＯ，，ＩＴＯ等の酸
化物導電性材料も使用できる。電極１．２の厚みは数１
００人から数μｍ程度が好ましい。また、電極１．２間
の間隔りは数１０００人〜数ＩＱＯｇｍ　、幅Ｗは数μ
ｍ〜数ｍｍ程度が好ましい。

基板４としては、例えば石英、ガラス等の電気的絶縁性
を有する材料が使用される。

本発明に３ける炭素質とは、純粋な炭素及び炭化物をい
い、特に有機質炭素をも含む。

有機質炭素とは、純粋なカーボンや金属炭化物のみで構
成されるものでなく、炭素元素を主体に含むものをさす
、一般的には、炭素と水素を含むものをさすが、一部の
水素のかわりにあるいは水素に加えてフッ素、塩素など
のハロゲン元素を含んでいてももちろん良い。

本発明で用いられる有機質炭素は、（炭素）／（水素）
の比が２以上であることが好ましい、この比が２以下で
あると特性のバラツキ防止や低真空下での安定性・寿命
の向上が得られにくい傾向にある。

有機質炭素は、上記（炭素）／（水素）比が２以上のも
のを選んで微粒子として複合微粒子化に用いてもよいが
、（炭素）／（水素）比が２以下であっても複合微粒子
化した有機質炭素を熱処理等によって（炭素）／（水素
）比が２以上になるよう調整してもよい、従って、有機
質炭素としては、微粒子化できる有機化合物であれば、
はとんど全ての有機化合物が使用可能である。

（炭素）／（水素）比は化学分析手段で分析できる０例
えば、試料を燃焼するＣＩＩＮ元素分析法による測定に
よれば０．１％のオーダーで測定が可能である。

次に、請求項第３項の発明に係る表面伝導形放出素子を
、その製法と共に更に説明する。

複合微粒子とは、複数種の微粒子が均質な組成をもつ状
態をいい、一般には、触媒用のＣｕ−Ｚｎ二元系超微粒
子がよく知られている。

本発明においては、上記複合微粒子を、少なくとも炭素
質の微粒子６を含む形態にするわけであるが、その製法
例を第３図に基づき説明する。勿論、この複合微粒子の
製法は以下の方法に限られるわけではない。

まず炭素質微粒子６の製造方法であるが、これには例え
ばマイクロ波分解法が利用できる。つまり原料ガスであ
る炭素質ガス（例えば１．ガス）を原料ガス導入口８か
ら、排気系９Ｉこより予め８　ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ以
下の真空度にひいておいた空胴共振器ｌＯ内へキャリア
ガス（例えば水素）と共に導入する。そしてマイクロ波
発振器１１でマイクロ波を導波管１２を通して空胴共振
器１０内へ石英ガラス窓（不図示）を通して導入する。

また、導波管１２の途中にパワーメータ１３を設置し、
投入マイクロ波パワーをモニターしておく。このとき生
成する炭素質微粒子６の粒径は前述のキャリアガスと原
料ガスの流量比、総流量並びに投入するマイクロ波のパ
ワーにより制御可能である。

非炭素質電子放出材料微粒子７の製造には、例λば抵抗
加熱法が利用できる６つまり微粒子生成室１４中に配置
されたるつぼ１５中に蒸発源として非炭素質電子放出材
料を入れ、外部電源１６を用いてるつぼ１５を蒸発源が
蒸発する温度まで加熱する。

るつぼ１５はカーボンるつぼ、アルミするつぼ等より目
的に応じて適宜選択される。このとき微粒子生成室１４
も前述と同様に排気系９により予め８×１０°’Ｔｏｒ
ｒ以下の真空度にひいてお（、更にこのときキャリアガ
スをキャリアガス導入口１７から導入する。

そして、両微粒子６．７を微粒子堆積室１８中に配置し
である基板４上の電極１．２間に分散堆積させるわけで
あるが、これには例えば微粒子ビーム吹き付は法を用い
ることができる。ここでいうビームとは、周囲の空間よ
りも高い密度で指向性をもって一定方向へ流れる微粒子
を含む噴流をいい、その断面形状は問わない、つまり炭
素質及び非炭素質の微粒子６．７をキャリアガスと共に
、空胴共振器１０及び微粒子生成室１４と微粒子堆積室
１８の圧力差を利用し、個々に微粒子ビームを形成し、
この微粒子ビームの広がりを利用して両ビームを目的と
する所で重ね合わせ、複合微粒子な形成し、電極１．２
間に分散堆積させる。

上記微粒子ビームを形成するために、空胴共振器１０と
微粒子堆積室１８及び微粒子生成室１４と微粒子堆積室
１８の間それぞれに縮小拡大ノズル１９．２０を目的と
する方向を向は取り付けておく、この時のノズル径は目
的に応じて適宜選択される。勿論微粒子ビーム形成手段
としては、上記縮小拡大ノズル１９．２０以外にも、末
広ノズル、先細ノズル。

オリフィス、輸送管等従来公知のものすべてが適用可能
である。ただし微粒子ビームの指向性。

ビームの収束性を考慮すると、縮小拡大ノズル１９、２
０がより好ましい。また１両ノズル１９．２０と基板間
距離は、目的に応じて適宜選定されるが、好ましくは１
０〜３００ｍｍである。

炭素質及び非炭素質電子放出材料微粒子６．７の粒径は
、炭素質微粒子６が非炭素質電子放出材料微粒子の１７
３以下であることが好ましい、炭素質微粒子６に関して
は、１００Å以下が好ましく、より好ましくは５０Å以
下である。非炭素質電子放出材料微粒子に関しては、５
０人〜１００ＯＡが好ましく、より好ましくは１００人
〜２００人である。

上記粒径の制御性に関しては、炭素質微粒子６は、前述
の様に、原料ガスとキャリアガスの流量比、総流量並び
に投入するマイクロ波パワーにより制御できる。つまり
マイクロ波パワーが大きい程、原料ガスの流量比が小さ
い程、更には総流量が少ない程粒径が小さくなる。非炭
素質電子放出材料微粒子７は、蒸発源温度、キャリアガ
ス流量により制御できる。つまり蒸発源温度が高い程、
キャリアガス流量が大きい程粒径が大きくなる。

いずれも比較的容易に粒径を制御することが可能である
。

この様にして形成された両ビームが、その広がりにより
重ね合わさり、複合微粒子を形成するわけであるが、炭
素質微粒子６が非炭素質電子放出材料微粒子７と複合化
し、その安定性で非炭素質電子放出材料微粒子７を不安
定性から保護する。

上記概念により作製した電子放出素子の断面模式図を第
２図（ａｌに示す、つまり炭素質微粒子６が非炭素質電
子放出材料微粒子７をおおう様な状態になっていると考
えられる。勿論、炭素質微粒子６同志及び非炭素質電子
放出材料微粒子７同志が凝集することはあるが、この確
率は炭素質微粒子６と非炭素質電子放出材料微粒子７が
複合化する確率に比べてきわめて低いので、実質上問題
とならない、多少の上記の凝集が起こったとしても、素
子特性上−切問題とはならない、また、この割合も両微
粒子生成量によりある程度制御可能である。

本発明の表面伝導形放出素子は、例えば画像表示装置の
電子源として利用されるもので、１個のみを用いて単一
の電子源による画像表示装置としてもよいが、複数個を
一列又は複数列に並べ、マルチ形の電子源を備久た画像
表示装置とした方が有利である。

［作　用］ 炭素質の微粒子６又は被膜６°によって、特性のバラツ
キが少なくなり、安定で、輝度ムラの少な（なる理由に
ついて詳細は不明であるが、電子放出を行う微粒子の表
面より上記炭素質の表面がガス分子の吸着等による電子
放出部５の表面変質が避けられ、その結果として特性変
化を防いでいると考えられる。

［実施例］ 第４図は本発明に係る画像表示装置の一実施例を示すも
ので、図中、後方から前方にかけて順に、氷表面伝導形
放出素子２】を多数並べて配置した背面基体２２、第１
のスペーサー２３．電子ビーム流を制御する制御電極２
４と電子ビームを蛍光体２５に集束させるための集束電
極２６とを具備し、一定の間隔で孔２７のおいている電
極基板２８、第２のスペーサー２９、各氷表面伝導形放
出素子２１に対向する蛍光体２５及び電子ビームの加速
電極（図示されていない）を具備した画像表示部となる
フェースプレート３０が設けられている。上記各構成部
品は、端部を低融点ガラスフリットにて封着され内部を
真空にして収納される。真空排気は、真空排気管３１に
て排気しつつ、前記フェースプレート３０、背面基体２
２、スペーサー２ｊ、　２９等の外囲器全体を加熱脱ガ
ス処理し、低融点ガラスフリットの軟化後封着して冷却
し、真空排気部３１を封止して終了する。即ちフェース
プレート３０、スペーサー２３、２９と背面基体２２と
で構成される内部空間は、融着した低融点ガラスにより
封着された気密構造となっている。

スペーサー２３．２９や電極基板２８はガラス、セラミ
ックス等を使用し、電極２４．２６はスクリーン印刷、
蒸着等により形成される。

上記画像表示装置によれば、制御電極２４で電子ビーム
をコントロールしつつ、集束電極２６と加速電極に電圧
を印加して、本表面伝導形放出素子２１から放出された
電子を任意の蛍光体２５に照射してこれを発光させ、画
像を形成することができる。

実施例１ 石英ガラスからなる絶縁性の基板４上に、膜厚１０００
人の５ｎＯｓからなる薄′ＭＡ３と、膜厚１０００人の
Ｎ１かうなる電極１，２を形成した。

次いで、電極１と電極２の間に約３０Ｖの電圧を印加し
、薄膜３に通電し、これにより発生するジュール熱で薄
膜３を局所的に、電気的に高抵抗な状態にした電子放出
部５を形成し、該電子放出部５の表面に炭素をアーク蒸
着して膜厚１００人に成膜し、炭素被膜を形成した電子
放出素子を得た。

この様にして得られた電子放出素子の電子放出特性を測
定した結果、１５Ｖの印加電圧で平均放出電流０．５．
Ａ　、放出電流の安定性±５％程度の安定した電子放出
が得られた。

実施例７ 第５図は炭素被膜の膜厚に対する放出電流の安定性を示
すグラフである。実施例１と同様の構造体において、絶
縁性の基板４に石英ガラスを用い、薄膜３に膜厚１００
０人のＩｎＪ＊　、電極１，２に膜厚１Ｇ００人のＮｉ
を用い、電極１と電極２の間に約３０Ｖの電圧を印加し
て薄膜３に通電し、これにより発生するジュール熱によ
り薄膜３を局所的に、電気的に高抵抗な状態にした電子
放出部５を形成し、該電子放出部５の表面に炭素をアー
ク蒸着により成膜し炭素被膜を形成して電子放出素子な
得た。

印加電圧１４Ｖ　、真空度、ｌ　Ｘ　ｔｏ−’Ｔｏｒｒ
程度の条件下において、炭素被膜の膜厚人に対する放出
電流の安定性の関係を求めたグラフを第５図に示す。

第５図から明らかなように、炭素被膜を用いた場合、炭
素被膜の膜厚は数人から３００人程度が最も好ましいこ
とが認められる。

さらに、炭化物の炭素質被膜材料からなる被膜を同様に
実験したところ、Ｔｉｃ、　ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ。

ＶＣ等の導体の炭素質被膜材料からなる被膜は膜厚数人
から３００人程度が最も好ましく、またＳｉＣ等の半導
体の炭素質被膜材料からなる被膜は膜厚数人から２５０
人程度が最も好ましい結果が得られた。

実施例３ 絶縁性の基板４に石英ガラスを用い、電極１と電極２に
膜厚１（１００人のＮＬをＥＢ蒸着し、フォトリソグラ
フィー技術により、電子放出部５を幅３００μｍ、間隔
１０μｍで形成した。

次に、電極１．２間へ電子放出材料を、１次粒径８０〜
２００人の５ｎＯｓ分散液（ＳｉＯ２：　１　ｇ、溶剤
：ＭＥＫ／シクロへキサノン＝　３／ｌ　１０００ｃｃ
、ブチラール：１ｇ）をスピンコードして塗布し、２５
０℃で加熱処理して電子放出部５を形成した１次いで、
炭素をアーク蒸着により膜厚１００人に成膜して炭素質
被膜６を形成した。

この様にして得られた電子放出素子の電子放出特性を測
定した結果、１４Ｖの印加電圧で平均放出電流０．８Ｐ
Ａ　、放出電流の安定性±４％程度の安定した電子放出
が得られた。

実施例４ 清浄な石英の基板４上にＮｉを３０００人蒸着し、フォ
トリソグラフィーの手法を使って電極パターンを形成し
た。Ｌはｉｏｐｍ、　Ｗは２５０ｇｍとした０次に基板
４を第６図に示した微粒子堆積用の真空装置にセットし
た。

第６図に示した装置は、微粒子生成室１４と微粒子堆積
室１８及びその２室をつなぐノズル２０から構成され、
基板４は微粒子堆積室１８内にノズル２０と向き合わせ
てセットした。排気系９で真空度を５　Ｘ　１０−’Ｔ
ｏｒｒまで排気した後、＾ｒガスをキャリアガス導入口
１７から微粒子生成室１４へ６０ＳＣＣＭ流した１作成
条件は微粒子生成室１４の圧力５×ｌＯ°諺Ｔｏｒｒ、
微粒子堆積室１８の圧力Ｉ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ、ノ
ズル径５ｍｍφ、ノズルと基板間距離１５０１Ｔｌｒａ
とした。

次にカーボン製るつぼ１５の蒸発源よりＰｄを前述条件
下で蒸発させて、生成したＰｄ微粒子をノズル２０より
吹き出させ、シャッタ３２の開閉により、所定量を堆積
させる。このとき、Ｐｄ微粒子の堆積厚は１００人であ
る。微粒子は基板４全面に配置されるが、形成される電
子放出部５以外のＰｄ微粒子は実質的に電圧が印加され
ない為何らの支障もない、　Ｐｄ微粒子の径は約５０〜
２００人で、中心粒径は１００　Ａであり、Ｐｄ微粒子
は基板４上で島状に散在していた。

さらに前記Ｐｄ微粒子上にプラズマ重合にて炭化水素膜
を成膜した。成膜条件はＣＨ４（メタン）流量：　１．
６ＳＣＣＭ　、放電形式：ＡＦ放電（周波数２０ｋ）Ｉ
ｚｌ　。

投入量カニ　１２０　Ｗ、　ＣＨ，圧カニ　３０ｍＴｏ
ｒｒ　、電極間距離：　５０ｍｍとした。

こうして１つの基板４上に１０個の素子を作製し、これ
を背面基体２２とし、第４図に示した様に背面基体２２
とスペーサー２３．２９とフェースプレート３０を５５
０℃で脱ガス処理した後、真空引きしながら低融点ガラ
ス（コーニング社半田ガラス７５７０）を用いて封着し
た。その後、真空引きしつつ冷却して、１．１　Ｘ　１
０−’Ｔｏｒｒで真空排気部３１を封止した。また、ダ
ミーとして、プラズマ重合膜を前記処理したものを分析
した結果、プラズマ重合膜は化学分析法によって、Ｃ／
１１比６．２、膜厚は１３０人であることがわかった。

こうして上記素子を上記低真空条件下で画像表示装置と
して評価した結果を第１表に示す。

実施例５ 実施例４のプラズマ重合膜の代わりに日本チバガイギー
社の顔料ｒ　Ｉｒｇａｚｉｎ　Ｒｅｄ　ＢＰＴ　Ｊを（
以下余白） 法（抵抗加熱法）で成膜した以外は実施例９と同様に画
像表示装置を製造した。画像表示装置の内部真空度は１
．ＯＸ　１０−’Ｔｏｒｒで、最終的な蒸着膜のＣ／Ｈ
比は８．７、膜厚は２００人であった。この素子を上記
低真空条件下で画像表示装置として評価した結果を第１
表に示す。

実施例６ 実施例４のプラズマ重合膜に代えて２アクリルアミド樹
脂をスピンコード法で塗布した以外は実施例４と同様に
画像表示装置を製造した。なお、アクリルアミド樹脂は
、アクリルアミド１５０、スチレン４００、アクリル酸
エチル４５０　、　ｎ−ブタノール１０００の重量比で
混合し、クメンハイドロパーオキシドとｔｅｒｔ−ドデ
シルメルカプタンのレドックス系でラジカル反応させて
、下式に示す三元共重合物を得た。

このコポリマーはブタノール溶液になっており、この溶
液よりスピンコード法で電子放出部５上に塗膜をつくっ
た。塗膜後２００　’Ｃｌ　ｈｒかけて熱硬化させて樹
脂の塗布を完了した。

この素子を用いて製造された画像表示装置の内部真空度
は１．２　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒで、最終的な有機化合
物膜の膜厚は約５０人、Ｃ／　ＩＩ比は２．１となって
いた。この評価結果を第１表に示す。

実施例７ 実施例４のｐｂ微粒子に代えて、１次粒径８０〜２００
人のＳｎ０ｗ分散液（Ｓｎｏｗ：　ｌ　ｇ　、溶剤：　
ＭＥＫ／シクロへキサノン＝３／ｌを１０００ｃｃ、ブ
チラール：ｔｇ）をスピンコード法 処理にてＳｎｏ！微粒子膜を形成した０次にこの上にポ
リフェニレンスルフィドを高周波スパッタ法で成膜した
。スパッタの方法としては、真空装置内をいったん１０
−　’Ｔｏｒｒの高真空にし、Ａｒを導入して２　Ｘ　
１０−”Ｔｏｒｒで１３．５６ＭＨｚの高周波を印加し
、ポリフェニレンスルフィドのターゲット側を負極、基
板４側を正極となるように正極バイアスをかけた。高周
波投入電力は３００Ｗである。これ以外は実施例４と同
様に画像表示装置を製造した。

画像表示装置の内部真空度は０．９５Ｘ　１０−’Ｔｏ
ｒｒとして、最終的なスパッタ膜の膜厚は１４０人で、
Ｃ／Ｈ比は５．３であった。この評価結果を第１表に示
す。

実施例８ 実施例７のスパッタ膜に代えて、アクリル酸メチルエス
テルのオリゴマー（分子盟約３０００）をトルエンに６
０００ｐｐｍの割合で溶解してスピンコードして乾燥さ
せた以外は実施例７と同様に画像表示装置を製造した０
画像表示装置の内部真空度は１．８　ｘ　１０”’Ｔｏ
ｒｒで、最終的な塗膜は膜厚約３０〜４０人、Ｃ／Ｈ比
は２．８となっていた。この評価結果を第１表に示す。

比較例１ 実施例４に於いて、プラズマ重合膜をっけなかった以外
は実施例４と同様に製造した素子を比較例１として評価
した９画像表示装置の内部真空度は１．２　Ｘ　１０−
’Ｔｏｒｒであった。評価結果を第１表に示す。

比較例２ 実施例７に於いて、ポリフェニレンサルファイドのスパ
ッタ膜をつけなかった以外は実施例７と同様に製造した
試料を比較例２として評価した。

画像表示装置の内部真空度は１．１×１０−Ｔｏｒｒで
あった。評価結果を第１表に示す。

比較例３ 実施例４に於いて、プラズマ重合膜の厚みを５００人に
した以外は実施例４と同様に製造した試料を比較例３と
して評価した。画像表示装置の内部真空度は１．２　Ｘ
　１０−’Ｔｏｒｒであった。評価結果を第１表に示す
。

比較例４ 実施例６に於いて、画像表示装置の製造工程で背面基体
２２とスペーサー２３．２９とフェースプレート３０を
４８０℃で脱ガス処理し、真空引きしながら低融点ガラ
ス（コーニング社半田ガラス７５７０）を用いて封着し
た以外は実施例６と同様に画像表示装置を製造した。こ
のときの画像表示装置の内部真空度は１．ＯＸ　１０−
’Ｔｏｒｒであり、最終的なプラズマ重合膜のＣ／Ｈ比
は１．３、膜厚は１８０人であった。評価結果を第１表
に示す。

（以下余白） なお、第１表中に３けるデータは、１０点の素子の平均
とそのバラツキを示しており、放出電流Ｉ。

に対し安定性とはΔ１．／１．で表わされる。また、電
子放出効率は、電子放出部をはさむ電極間電流ＴｒとＩ
・の比ｒ、／ｒ、の値である。連続電子放出寿命は、電
子放出部５をはさむ電極１．２間に１４Ｖを連続印加し
、電子放出が観測されなくなるまでの時間をさす、この
ときの電子ビーム加速電極の電位をＩＫＶ、ｉ！電子放
出部と蛍光体２５までの距離を６ｍｍとした。

第１表より次のことが読みとれる。まず原材料のＣ７Ｈ
比よりも画像表示装置製造工程を経た有機質炭素はＣ／
Ｈの比が大きくなっている。このような有機質炭素を被
覆した素子を画像表示装置に使用すると、素子として１
．を維持しつつバラツキを小さくし、安定性を増し、寿
命、信頼性を向上させている。つまり画像表示装置とし
てみれば、満足すべき輝度を保ち、チラッキを少なくし
、欠陥がない高精細性で高画質な装置が得ることができ
、低真空下でも特性劣化が見られず、１０−６〜１０−
’Ｔｏｒｒの真空下の特性と比較してもそん色ないこと
が読みとれる。

実施例９ 清浄した石英製の基板４上にＮｉの電極１．２を３００
０人厚で形成し、フォトリソグラフィーの手法を用いて
第１図に示した様なパターンを形成した。ただしＷは２
終ｍ、　Ｌは３００濤１とした。

次に上記基板４を第３図に示した真空装置内に入れるが
、真空装置は前述の様に空胴共振器ｌＯ１微粒子生成室
１４、微粒子堆積室１８およびそれらをつなぐ縮小拡大
ノズル１９．２０から構成されている。そして排気系９
で真空度が８　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ以下になるまで排
気した。

その後空胴共振器１０内に原料ガスであるＣ１１４ガス
を３５ＣＣＭ、キャリアである水素ガスを１４７ｓｅｃ
Ｍ混合後導入した。そして導波管１２よりマイクロ波を
１５０　Ｗ投入した。

また、微粒子生成室１４中のカーボンるつぼ１５にＰｄ
を入れ、外部電源１６により、るつぼ温度を１６００℃
に上昇し、Ｐｄを蒸発させた。このときキャリアガスと
してアルゴンガス６０ＳＣＣＭをキャリアガス導入口１
７より導入した。

こうして生成した炭素質微粒子６とＰｄである非炭素質
電子放出材料微粒子７をそれぞれノズル１９、２０から
基板４へ、圧力差を利用して吹きつけた。この時の空胴
共振器１Ｇ、微粒子生成室１４、微粒子生成室工８の圧
力はそれぞれ４　Ｘ　１０””、５Ｘ１、０−　”、２
．６　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒであった。またノズル径は
両者とも３ｍｍφ、ノズル基板間距離は２００ｍｍとし
た。更にノズル１９．２０はビームの中心方向が各々基
板４の中心を向くように調整した。勿論ビームの広がり
により、目的以外の場所にもビームが飛来するが、不必
要部には、電圧印加が起こらないので素子自体には何ら
影響はなかった。

この堆積物を高分解能ＦＥ−３Ｅ旧こより観察したとこ
ろ、粒径１２０〜１８０人の微粒子と粒径４０人程度以
下の粒径の微粒子の存在が確認された。また同様の条件
によりサンプルを作成し、ＴＥＭにより観察したところ
、粒径の大きいものがＰｄであることがわかった０以上
より目的とする複合微粒子を含む素子であることを確認
した。

次にこの素子を真空度５　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ以下で
、放出電子の引き出し用の電極を基板面に対し垂直方向
に５１８１１上方に配置し、１．５ｋＶの電圧をかけ、
電極１．２間に１４Ｖの電圧を印加して電子放出特性を
評価した。

この結果、平均放出電流０．７１＆Ａ　、放出電流の安
定性±５％程度の安定した電子放出が得られた。

またこの実験を複数回行ない、おおむね良好な再現性を
得た。

実施例１０ 空胴共振器１０に投入するマイクロ波パワーを１２０Ｗ
とした以外は実施例９と同様の実験を行なった。この堆
積物を実施例９と同様に高分解能ＦＥ−５ＥＭにより観
察した結果、粒径１２０〜１８０人の微粒子と粒径７０
人程度の微粒子の存在が確認された。

この素子に関しても同様に電子放出特性を評価した結果
、平均放出電流０．６μＡ、放出電流の安定性±７％程
度の安定した電子放出が得られた。

実施例１１ Ｐｄ微粒子のキャリアであるＡｒガス流量を３０３ＣＣ
Ｍとした以外は実施例９と同様の実験を行なった。

この堆積物を実施例９と同様に高分解能ＦＥ−３ＥＭに
より観察した結果、粒径が７０〜１００人の微粒子と粒
径４０人程度以下の微粒子の存在が確認された。

この素子に関しても同様に電子放出特性を評価した結果
、平均放出電流０．６．Ａ　、放出電流の安定性±ｌＯ
％程度の電子放出が得られた。

実施例１２ 蒸発源としてＰｄの代わりにＡｕ、るつぼ温度を１０８
０℃とした以外は実施例９と同様の実験を行なった。こ
の堆積物を実施例９と同様に高分解能ＦＥ−ＳＥＭによ
り観察した結果、粒径が１１０〜１６０人の微粒子と粒
径４０Å以下程度の微粒子の存在が認められた。また実
施例９と同様に、ＴＥＭ用のサンプルを作成し、粒径の
大きいものがＡｕであることを確認し、実施例９と同様
に目的とする複合微粒子素子が得られていることがわか
った。

この素子に関しても同様に電子放出特性を評価した結果
、平均放出電流０．８ｇＡ　、放出電流安定性±８％程
度の安定した電子放出が得られた。

実施例１３ 素子作製は実施例９と全く同様にして行ない、電子放出
特性の評価の際の真空度を４　Ｘ　Ｉ（１−’Ｔｏｒｒ
とした以外は実施例９と全く同様に電子放出特性を評価
した。その結果、平均放出電流０．６ｇＡ　、放出電流
の安定性±６％程度の安定した電子放出が得られた。

［発明の効果Ｊ 以上説明した通り、本発明によれば、特性のバラツキが
小さ（、低真空でも安定で寿命の長い表面伝導形放出素
子及び高精細で高画質の画像表示装置をつくることがで
き、極めて信頼度の高い製品提供に寄与することが期待
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項第１項の発明の説明図で、（ａｌは平面
図、ｆｂｌ　は電子放出特性近の拡大断面図、第２図は
請求項第４項の発明の説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ
）は断面図、第３図は請求項第３項の発明に係る表面伝
導形放出素子の製造方法の説明図、第４図は請求項第５
項の発明の一実施例を示す分解状態の斜視図、第５図は
実施例２で得られた炭素被膜の厚さと放出電流の安定性
の関係を示すグラフ、第６図は実施例４における素子の
製造方法の説明図、第７図は従来技術の説明図である。 １．２：ｉｉ極、　　３：薄膜、　４：基板、５：電子
放出部、　６：炭素質材料微粒子、７：非炭素質電子放
出材料微粒子、 ６°：炭素質被膜、　　７°：Ｍ１子放出材料微粒子。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子放出部に炭素質被膜が形成されていることを
   特徴とする表面伝導形放出素子。
2. （２）炭素質被膜が厚さ３００Å以下の炭素又は金属炭
   化物又は有機質炭素被膜であることを特徴とする請求項
   第１項の表面伝導形放出素子。
3. （３）炭素質の微粒子と他の電子放出材料の微粒子の複
   合微粒子によって電子放出部が形成されていることを特
   徴とする表面伝導形放出素子。
4. （４）炭素質が（炭素）／（水素）の比が２以上の有機
   質炭素であることを特徴とする請求項第１項又は第３項
   の表面伝導形放出素子。
5. （５）請求項第１項ないし第３項のいずれかの表面伝導
   形放出素子を、一又は二以上、電子源として有すること
   を特徴とする画像表示装置。