Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP3762032B2 - Method for forming antistatic film and method for manufacturing image display device - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP3762032B2 - Method for forming antistatic film and method for manufacturing image display device - Google Patents

Method for forming antistatic film and method for manufacturing image display device Download PDF

Info

Publication number
JP3762032B2
JP3762032B2 JP08852097A JP8852097A JP3762032B2 JP 3762032 B2 JP3762032 B2 JP 3762032B2 JP 08852097 A JP08852097 A JP 08852097A JP 8852097 A JP8852097 A JP 8852097A JP 3762032 B2 JP3762032 B2 JP 3762032B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
spacer
electron
forming
sputtering
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP08852097A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH10284286A (en
Inventor
陽一 大里
貴生 日下
容子 小坂
博嗣 高木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP08852097A priority Critical patent/JP3762032B2/en
Publication of JPH10284286A publication Critical patent/JPH10284286A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3762032B2 publication Critical patent/JP3762032B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Manufacture Of Electron Tubes, Discharge Lamp Vessels, Lead-In Wires, And The Like (AREA)
  • Vessels, Lead-In Wires, Accessory Apparatuses For Cathode-Ray Tubes (AREA)
  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
  • Elimination Of Static Electricity (AREA)

Description

【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。
【0017】
【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ある。
【0018】
また、上記ターゲットは、Crの組成が15at%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、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、
▲1▼ 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;
▲2▼ 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、本発明は、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の製造方法において、前記スペーサの表面に上記成膜方法を用いて、帯電防止膜を成膜する工程を有することを特徴とする画像表示装置の製造方法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。
【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0.1W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×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1kV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、Ni、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ITO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〜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[Torr]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MIM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、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 3 −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、Ta、W、Pbなどをはじめとする金属や、PdO、SnO2 、In2 3 、PbO、Sb2 3 などをはじめとする酸化物や、HfB2 、ZrB2 、LaB6 、CeB6 、YB4 、GdB4 などをはじめとする硼化物や、TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC、WCなどをはじめとする炭化物や、TiN、ZrN、HfNなどをはじめとする窒化物や、Si、Geなどをはじめとする半導体や、カーボンなどが上げられ、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、30nm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PdOを用い、微粒子膜の厚さは約10nm、幅Wは10nm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20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10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28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Ie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。
【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160個、720個マトリクト状に形成した。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。
【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10a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」/「Al」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10c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」/「Al」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1mTorr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10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〜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。
【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 deposition(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10C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、N2 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AlN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Ωcm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、15%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−AlN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1〜22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、13V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】

Figure 0003762032
【0173】
【表2】
Figure 0003762032
【0174】
【表3】
Figure 0003762032
【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Ie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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an antistatic film, a film forming method thereof, and an image display device to which the antistatic film is applied.
[0002]
[Prior art]
Thin flat display is space-saving and lightweight, and is attracting attention as a replacement for CRT display. Currently, flat-panel displays include liquid crystal displays, plasma emission displays, and multi-electron sources. Plasma emission type and multi-electron source displays have a large viewing angle and image quality comparable to that of a cathode ray tube, so that high-quality images can be displayed.
[0003]
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a display using a large number of minute electron sources. 51 is an electron source formed on the rear plate 52, and 54 is a face plate on which a phosphor 55 is formed. As the electron source, cold cathode electron-emitting devices such as a field-emission electron device or a surface conduction electron-emitting device that emit electrons from a conical or needle-shaped tip capable of increasing the density have been developed. In this figure, wiring for driving the electron source is omitted.
[0004]
As the display area of the display increases, it is necessary to increase the thickness of the substrate and the front glass plate in order to suppress the deformation of the substrate due to the difference between the internal vacuum and the external atmospheric pressure. This not only increases the weight of the display, but also causes image distortion when viewed from an angle. Therefore, in order to support atmospheric pressure using a relatively thin glass plate, a structural support called a spacer or a rib is used between the substrate and the front glass. The space between the substrate on which the electron source is formed and the front glass on which the phosphor is formed is usually maintained at a submillimeter to several millimeters, and the interior is maintained at a high vacuum as described above.
[0005]
In order to accelerate the electrons emitted from the electron source, a high voltage of several hundred volts or more is applied between the electron source and the phosphor. That is, since a strong electric field exceeding 1 kV / mm is applied between the phosphor and the electron source, there is a concern about discharge at the spacer portion.
[0006]
In addition, the spacer causes charging when a part of electrons emitted from a nearby electron source hits or positive ions ionized by emitted electrons adhere to the spacer. The electrons emitted from the electron source due to the charging of the spacer are bent in their trajectories, reach a place different from the normal position on the phosphor, and when the display image is viewed through the front glass, the image near the spacer is Displayed distorted. In order to solve this problem, proposals have been made to remove the charge by allowing a minute current to flow through the spacer. There, a high resistance thin film is formed on the surface of the insulating spacer so that a minute current flows on the spacer surface. The antistatic film used here is tin oxide, or a mixed crystal thin film or metal film of tin oxide and indium oxide.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The semiconductor type thin film such as tin oxide used in the conventional example is more sensitive to a gas such as oxygen as it is applied to a gas sensor, so that its resistance value easily changes in the atmosphere.
[0008]
In addition, since these materials and metal films have a small specific resistance, it is necessary to form them into islands or to make them extremely thin in order to increase the resistance.
[0009]
That is, the conventional high-resistance film has drawbacks that the reproducibility of film formation is difficult, and the resistance value is likely to change in a heat process such as frit sealing or baking in a display manufacturing process.
[0010]
It is an object of the present invention to provide a spacer antistatic film that overcomes the drawbacks of the conventional spacers and has high stability and good reproducibility, and a display device using the same.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
  The present inventionAs a means to solve the above-mentioned problems, CrFilm forming method for forming an antistatic film made of an alloy nitride film of Al and Al, wherein the antistatic film is formed by sputtering an alloy target of Cr and Alsois there.
[0018]
The target is preferably a Cr—Al alloy target having a Cr composition of less than 15 at%.
[0019]
Further, in a film forming method of forming an alloy nitride film of Cr and Al by sputtering an alloy target of Cr and Al,
Ar and N as sputtering gas2As a means for controlling the specific resistance value of the alloy nitride film of Cr and Al using
(1) To increase the specific resistance value, increase the total sputtering pressure or N2Increase the partial pressure;
(2) In order to reduce the specific resistance value, the sputtering total pressure is reduced or N2Reduce the partial pressure;
It is also a film forming method characterized by this.
[0020]
  N2The partial pressure is preferably 50% or less. Also,The present inventionAn image display device having a structure in which a substrate on which a plurality of cold cathode electron-emitting devices are formed and a substrate on which a light emitting material is formed are opposed to each other via a spacerManufacturing methodInUsing the film formation method on the surface of the spacer,Antistatic filmThe process of film formationImage display apparatus characterized by havingManufacturing methodIs realized.
[0021]
[Action]
The antistatic film is a film that removes charges accumulated on the surface of the insulating material by covering the surface of the insulating material with a conductive film. Usually, the surface resistance (sheet resistance Rs) of the antistatic film is 1012Must be Ω or less. Furthermore, a lower resistance value is sufficient to obtain a sufficient antistatic effect.11The resistance is preferably Ω or less, and if the resistance is lower, the charge removal effect is improved.
[0022]
When the antistatic film is applied to the spacer of the display, the surface resistance value Rs of the spacer is set in a desirable range from the antistatic and power consumption. The lower limit of the sheet resistance is limited by the power consumption in the spacer. The lower the resistance, the quicker the charge accumulated in the spacer can be removed, but the power consumed by the spacer increases. The antistatic film used for the spacer is preferably a semiconductive material rather than a metal film having a small specific resistance. The reason is that when a material having a low resistance is used, the antistatic film must be made very thin in order to obtain the desired surface resistance Rs. Although it depends on the surface energy of the thin film material, the adhesion to the substrate, and the substrate temperature, generally, a thin film of 10 nm or less is island-shaped, the resistance is unstable, and the film formation reproducibility is poor.
[0023]
Therefore, a semiconductive material having a specific resistance value larger than that of the metal conductor and smaller than that of the insulator is preferable. However, many of these materials have a negative resistance temperature coefficient. If the temperature coefficient of resistance is negative, the resistance value decreases due to the temperature rise due to the power consumed on the spacer surface, further generates heat and the temperature continues to rise, and an excessive current flows. It causes so-called thermal runaway. However, thermal runaway does not occur in a situation where the amount of heat generated, that is, power consumption and heat dissipation are balanced. Further, if the absolute value of the resistance temperature coefficient TCR of the antistatic film material is small, thermal runaway is difficult.
[0024]
In the experiment, when the power consumption per square centimeter of the spacer exceeds about 0.1 W under the condition of using an antistatic film having a TCR of -1%, the current flowing through the spacer continues to increase, and a thermal runaway state occurs. Admitted. Of course, this depends on the spacer Va and the voltage Va applied between the spacers and the resistance temperature coefficient of the antistatic film. From the above conditions, the value of Rs whose power consumption does not exceed 0.1 W per square centimeter is 10 x Va2Ω or more. That is, the sheet resistance Rs of the antistatic film formed on the spacer is 10 × Va.2It is necessary to set the range from Ω to the 11th power Ω.
[0025]
As described above, the thickness t of the antistatic film formed on the insulating spacer is desirably 10 nm or more. On the other hand, when the film thickness t is 1 μm or more, the film stress increases and the risk of film peeling increases, and the film formation time increases, resulting in poor productivity. Therefore, the film thickness is desirably 10 nm to 1 μm, and more preferably 20 to 500 nm.
[0026]
The specific resistance ρ is the product of the sheet resistance Rs and the film thickness t. From the above-described preferable range of Rs and t, the specific resistance ρ of the antistatic film is 10-Five× Va2-107Must be Ωcm. Furthermore, in order to realize a more preferable range of sheet resistance and film thickness, ρ is (2 × 10-Five) Va2~ 5x106It is good to use Ωcm.
[0027]
The acceleration voltage Va of electrons in the display is 100 V or higher, and a voltage of 1 kV is required to obtain sufficient luminance. Under the condition of Va = 1 kV, the specific resistance of the antistatic film is 10-10.7Ωcm is a preferred range.
[0028]
As a result of intensive studies on the materials that realize the characteristics of the antistatic film described above, it has been found that aluminum and transition metal alloy nitride films are extremely excellent as antistatic films. The transition metal is selected from Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, etc., and these may be used alone. Two or more transition metals can be used in combination. Transition metal nitride is a good metallic conductor, and aluminum nitride is an insulator.
[0029]
The aluminum transition metal alloy nitride film can control the specific resistance value in a wide range from a good conductor to almost an insulator by adjusting the composition of aluminum and the transition metal. That is, the above-described specific resistance value desirable as the spacer antistatic film can be realized by changing the composition. Further, it was found that the material is a stable material with little change in resistance value in the process of manufacturing a display device described later. In addition, the temperature coefficient of resistance is negative, but the absolute value is less than 1%, and it is a material that is unlikely to cause thermal runaway. Furthermore, since nitride has a low secondary electron emission rate, it is difficult to be charged by electron irradiation, and is a material suitable for a display using an electron beam.
[0030]
Aluminum and transition metal alloy nitride film, which are antistatic films, are formed on an insulating member by thin film forming means such as sputtering, reactive sputtering, electron beam evaporation, ion plating, ion assisted evaporation, and CVD. Can be formed.
[0031]
For example, in the case of the sputtering method, an aluminum transition metal alloy nitride film is obtained by nitriding sputtered metal atoms by sputtering an aluminum and transition metal target in a gas containing nitrogen or ammonia. At this time, the amount of nitrogen in the nitride film changes by adjusting sputtering conditions such as gas pressure, nitrogen partial pressure, and deposition rate. However, sufficient nitridation results in better film stability.
[0032]
According to the present invention, by performing sputtering using an aluminum / transition metal alloy target whose composition has been adjusted in advance, the film-forming composition can be adjusted as compared to the above-described sputtering using an aluminum / transition metal target. Will be easier, more accurate. In addition, the film can be formed in a short time.
[0033]
As described above, the display spacer antistatic film has been described. However, since the aluminum transition metal alloy nitride is a high melting point material and has a high hardness, it is useful not only for display spacers but also for other applications. High material.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A display device to which the antistatic film of the present invention is applied will be specifically described.
[0035]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a display device with a spacer 10 as the center. Reference numeral 1 is an electron source, 2 is a rear plate, 3 is a side wall (support frame), 7 is a face plate, and 2, 3, 7 is an airtight container (envelope 8) for maintaining the inside of the display panel in a vacuum. Is forming.
[0036]
The spacer 10 has an antistatic film 10c of the present invention formed on the surface of an insulating substrate 10a. The spacer 10 is provided in order to prevent the vacuum envelope 8 from being damaged or deformed by receiving atmospheric pressure by evacuating the inside of the envelope 8. The material, shape, arrangement, and number of the spacers 10 are determined in consideration of the atmospheric pressure, heat, and the like received by the envelope, such as the shape of the envelope 8 and the thermal expansion coefficient. The shape of the spacer includes a flat plate shape, a cross shape, an L shape, and the like. The use of the spacer 10 becomes more significant as the image forming apparatus becomes larger.
[0037]
FIG. 12 is a view showing an example of such a spacer. FIG. 12A is a perspective view showing a plate-like spacer opened in a matrix on a plurality of electron sources, and FIG. It is a perspective view which shows the spacer opened in line shape.
[0038]
Since the insulating base material 10a needs to support the atmospheric pressure applied to the face plate 7 and the rear plate 2, a material having high mechanical strength and high heat resistance such as glass and ceramic is suitable. When glass is used as the material for the face plate and rear plate, the spacer insulating base material should be the same as these materials as much as possible, or a material with the same thermal expansion coefficient, in order to suppress thermal stress during the display device manufacturing process. It is desirable to be.
[0039]
When glass containing alkali ions such as soda glass is used for the insulating substrate, the conductivity of the antistatic film may be changed by, for example, Na ions. By forming the Na block layer 10b of Si nitride, Al oxide or the like between the insulating substrate and the antistatic film, it is possible to suppress the entry of alkali ions such as Na into the antistatic film.
[0040]
The antistatic film 10c is an alloy nitride film of Cr and Al, and Cr is used as a transition metal. The ratio (transition metal / aluminum) that provides a specific resistance for a display is 6 at% to 15 at% in the case of Cr. When used for applications other than displays, a material having a wide alloy ratio can be used without being limited to the above range. The applicant has already made a proposal to use an alloy nitride film of transition metal and aluminum as an antistatic film.
[0041]
The spacer 10 is electrically connected to the metal back 6 and the X-direction wiring 9 so that an acceleration voltage Va is applied to both ends of the spacer 10. In this example, the spacer is connected to the wiring, but may be connected to a separately formed electrode. Furthermore, in the configuration in which an intermediate electrode plate (grid electrode or the like) is installed between the face plate 7 and the rear plate 2 for the purpose of shaping the electron beam or preventing the charging of the substrate insulating portion, the spacer penetrates the intermediate electrode plate or the like. Alternatively, they may be connected separately via an intermediate electrode plate or the like.
[0042]
Forming the electrodes 11 having good conductivity such as Al and Au at both ends of the spacer is effective in improving electrical connection between the antistatic film and the electrodes on the face plate and the rear plate.
[0043]
Next, a display device using the above-described spacer will be described. FIG. 2 is a perspective view of the display panel used in the example, and a part of the panel is cut away to show the internal structure.
[0044]
In FIG. 2, 2 is a rear plate, 3 is a side wall (support frame), 7 is a face plate, and an airtight container (envelope 8) for keeping the inside of the display panel in a vacuum by 2, 3, and 7 is shown. Forming. When assembling an airtight container, it is necessary to seal the joints of each member in order to maintain sufficient strength and airtightness. For example, frit glass is applied to the joints, and in the air or in a nitrogen atmosphere, Celsius. It seals by baking for 10 minutes or more at 400-500 degree | times. A method for evacuating the inside of the hermetic container will be described later.
[0045]
A substrate 13 is fixed to the rear plate 2, and N × M cold cathode elements 1 are formed on the substrate (N and M are positive integers of 2 or more. For example, in a display device intended for display of a high-definition television, it is desirable to set the numbers N = 3000 and M = 1000 or more in this embodiment. N = 3072 and M = 1024.)
[0046]
The N × M cold cathode elements are simply matrix-wired by M X-direction wirings 9 and N Y-direction wirings 12. A portion constituted by the aforementioned 1, 9, 12, and 13 is called a multi-electron beam source. The manufacturing method and structure of the multi electron beam source will be described later in detail.
[0047]
In this embodiment, the multi-electron beam source substrate 13 is fixed to the rear plate 2 of the hermetic container. However, when the multi-electron beam source substrate 13 has sufficient strength, the hermetic container The substrate 13 itself of the multi-electron beam source may be used as the rear plate.
[0048]
A fluorescent film 5 is formed on the lower surface of the face plate 7. Since this embodiment is a color display device, the phosphor film 5 is coated with phosphors of three primary colors red, green, and blue used in the field of CRT. For example, as shown in FIG. 3A, the phosphors of the respective colors are applied in stripes, and a black conductor 5b is provided between the stripes of the phosphors. The purpose of providing the black conductor 5b is to prevent the display color from being shifted even if there is a slight shift in the irradiation position of the electron beam, and to prevent the reflection of external light and prevent a decrease in display contrast. This is to prevent the fluorescent film from being charged up by an electron beam. For the black conductor 5b, graphite is used as a main component, but other materials may be used as long as they are suitable for the above purpose.
[0049]
Further, the method of separately applying the phosphors of the three primary colors is not limited to the stripe arrangement shown in FIG. 3A, and for example, R, G, B delta shapes as shown in FIG. It may be an array or any other array.
[0050]
When producing a monochrome display panel, a monochromatic phosphor material may be used for the phosphor film 5, and a black conductive material is not necessarily used.
[0051]
Further, a metal back 6 known in the field of CRT is provided on the surface of the fluorescent film 5 on the rear plate side. The purpose of providing the metal back 6 is to improve the light utilization rate by specularly reflecting a part of the light emitted from the fluorescent film 5, to protect the fluorescent film 5 from negative ion collisions, and the electron beam acceleration voltage. For example, to act as an electrode for applying a voltage, or to act as a conductive path for excited electrons in the fluorescent film 5. The metal back 6 was formed by forming the fluorescent film 5 on the face plate substrate 4, smoothing the surface of the fluorescent film, and vacuum-depositing Al thereon. Note that when a low-voltage phosphor material is used for the phosphor film 5, the metal back 6 is not used.
[0052]
Although not used in this embodiment, a transparent electrode made of, for example, ITO is provided between the face plate substrate 4 and the fluorescent film 5 for the purpose of applying an acceleration voltage or improving the conductivity of the fluorescent film. May be.
[0053]
Dx1 to Dxm and Dy1 to Dyn and Hv are electrical connection terminals having an airtight structure provided for electrically connecting the display panel and an electric circuit (not shown). Dx1 to Dxm are electrically connected to the X direction wiring of the multi electron beam source, Dy1 to Dyn are electrically connected to the Y direction wiring of the multi electron beam source, and Hv is electrically connected to the metal back 6 of the face plate.
[0054]
Further, in order to evacuate the inside of the hermetic container to a vacuum, after assembling the hermetic container, an unillustrated exhaust pipe and a vacuum pump are connected, and the inside of the hermetic container is reduced to a degree of vacuum of about 10 7 [Torr]. Exhaust. Thereafter, the exhaust pipe is sealed. In order to maintain the degree of vacuum in the hermetic container, a getter film (not shown) is formed at a predetermined position in the hermetic container immediately before or after sealing. The getter film is, for example, a film formed by heating and vapor-depositing a getter material mainly composed of Ba by a heater or high-frequency heating, and the inside of the hermetic container is 1 × 10 minus 5 to 1 or 1 by the adsorption action of the getter film. The degree of vacuum is maintained at x10 minus 7 [Torr].
[0055]
The basic configuration of the display panel according to the embodiment of the present invention has been described above.
[0056]
Next, the manufacturing method of the multi electron beam source used for the display panel of the above embodiment will be described. The multi-electron beam source used in the image display apparatus of the present invention is not limited in the material, shape or manufacturing method of the cold cathode element as long as it is an electron source in which cold cathode elements are wired in a simple matrix. Therefore, for example, a cold cathode device such as a surface conduction electron-emitting device, FE type, or MIM type can be used.
[0057]
However, a surface conduction electron-emitting device is particularly preferable among these cold cathode devices under the circumstances where a display device having a large display screen and a low price is required. That is, in the FE type, the relative position and shape of the emitter cone and the gate electrode greatly affect the electron emission characteristics, and thus an extremely accurate manufacturing technique is required. This achieves a large area and a reduction in manufacturing cost. This is a disadvantageous factor. Further, in the MIM type, it is necessary to make the insulating layer and the upper electrode thin and uniform, but this is also a disadvantageous factor in achieving a large area and a reduction in manufacturing cost. In that respect, since the surface conduction electron-emitting device is relatively simple to manufacture, it is easy to increase the area and reduce the manufacturing cost. Further, the inventors have found that among the surface conduction electron-emitting devices, those in which the electron emission portion or its peripheral portion is formed of a fine particle film are particularly excellent in electron emission characteristics and can be easily manufactured. Therefore, it can be said that it is most suitable for use in a multi-electron beam source of a high-luminance and large-screen image display device. Therefore, in the display panel of the above embodiment, a surface conduction electron-emitting device in which the electron emitting portion or its peripheral portion is formed from a fine particle film is used. First, the basic configuration, manufacturing method and characteristics of a suitable surface conduction electron-emitting device will be described, and then the structure of a multi-electron beam source in which a number of devices are wired in a simple matrix will be described.
[0058]
(Suitable device configuration and manufacturing method for surface conduction electron-emitting devices)
There are two types of typical structures of the surface conduction electron-emitting device in which the electron emission portion or the peripheral portion thereof is formed of a fine particle film, a planar type and a vertical type.
[0059]
(Planar surface conduction electron-emitting devices)
First, the device configuration and manufacturing method of a planar surface conduction electron-emitting device will be described. FIG. 4 is a plan view (a) and a cross-sectional view (b) for explaining the configuration of a planar surface conduction electron-emitting device. In the figure, 13 is a substrate, 14 and 15 are element electrodes, 16 is a conductive thin film, 17 is an electron emission portion formed by energization forming treatment, and 18 is a thin film formed by energization activation treatment.
[0060]
As the substrate 13, for example, various glass substrates including quartz glass and blue plate glass, various ceramic substrates including alumina, or the above-mentioned various substrates such as SiO 22A substrate in which an insulating layer made of a material is stacked can be used.
[0061]
The device electrodes 14 and 15 provided on the substrate 13 so as to face the substrate surface in parallel are formed of a conductive material. For example, metals such as Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt, Ti, Cu, Pd, Ag, etc., or alloys of these metals, or In2OThree-SnO2The material may be appropriately selected from metal oxides such as silicon, semiconductors such as polysilicon, and the like. The electrode can be easily formed by using a combination of a film forming technique such as vacuum deposition and a patterning technique such as photolithography and etching. However, the electrode can be formed using other methods (for example, a printing technique). No problem.
[0062]
The shapes of the device electrodes 14 and 15 are appropriately designed according to the application purpose of the electron-emitting device. In general, the electrode interval L is usually designed by selecting an appropriate value from the range of several tens of nanometers to several tens of micrometers, but among them, the preferred one for application to a display device is several micrometers to several tens of micrometers. It is a range. For the element electrode thickness d, an appropriate value is usually selected from the range of several tens of nm to several μm.
[0063]
A fine particle film is used for the conductive thin film 16 portion. The fine particle film described here refers to a film (including an island-like aggregate) containing a large number of fine particles as a constituent element. If the fine particle film is examined microscopically, usually, a structure in which individual fine particles are arranged apart from each other, a structure in which the fine particles are adjacent to each other, or a structure in which the fine particles overlap each other is observed.
[0064]
The particle diameter of the fine particles used in the fine particle film is included in the range of several tenths of nanometers to several hundreds of nanometers, and the preferable range is 1 nm to 20 nm. The film thickness of the fine particle film is appropriately set in consideration of various conditions as described below. That is, the conditions necessary for a good electrical connection with the element electrode 14 or 15, the conditions necessary for a good energization forming described later, and the electric resistance of the fine particle film itself to an appropriate value described later. These are necessary conditions. Specifically, it is set within a sufficient range of several nm to several hundreds of nm. Among them, a range between 1 nm and 50 nm is preferable.
[0065]
Examples of materials that can be used to form the fine particle film include Pd, Pt, Ru, Ag, Au, Ti, In, Cu, Cr, Fe, Zn, Sn, Ta, W, and Pb. Metal, PdO, SnO2, In2OThree, PbO, Sb2OThreeOxides such as HfB2, ZrB2, LaB6, CeB6, YBFour, GdBFourBorides such as TiC, ZrC, HfC, TaC, SiC, WC, and other carbides, TiN, ZrN, HfN, and other nitrides, Si, Ge, etc. A semiconductor, carbon, etc. are raised and it selects from these suitably.
[0066]
As described above, the conductive thin film 16 is formed of a fine particle film, and the sheet resistance value is set so as to fall within the range of 10 3 to 10 7 [Ω / sq].
[0067]
In addition, since it is desirable that the conductive thin film 16 and the device electrodes 14 and 15 are electrically connected to each other well, the conductive thin film 16 and the device electrodes 14 and 15 have a structure in which a part of each other overlaps. In the example of FIG. 4, the layers are stacked in the order of the substrate, the device electrode, and the conductive thin film from the bottom. However, in some cases, the substrate, the conductive thin film, and the device electrode may be stacked in this order. There is no problem.
[0068]
Moreover, the electron emission part 17 is a crack-like part formed in a part of the conductive thin film 16, and has a property of being higher in resistance than the surrounding conductive thin film. The crack is formed by performing an energization forming process to be described later on the conductive thin film 16. In some cases, fine particles having a sufficient particle diameter of several nm to several tens of nm are arranged in the crack. In addition, since it is difficult to accurately and accurately illustrate the actual position and shape of the electron emission portion, it is schematically shown in FIG.
[0069]
The thin film 18 is a thin film made of carbon or a carbon compound and covers the electron emission portion 17 and the vicinity thereof. The thin film 18 is formed by performing an energization activation process to be described later after the energization forming process.
[0070]
The thin film 18 is any one of single crystal graphite, polycrystalline graphite, and amorphous carbon, or a mixture thereof, and the film thickness is 50 nm or less, more preferably 30 nm or less.
[0071]
In addition, since it is difficult to accurately illustrate the position and shape of the actual thin film 18, it is schematically shown in FIG. Further, in the plan view (a), an element from which a part of the thin film 18 is removed is shown.
[0072]
The basic configuration of the preferred element has been described above. In the examples, the following elements were used.
[0073]
That is, blue glass was used for the substrate 13 and Ni thin films were used for the device electrodes 14 and 15. The thickness d of the device electrode was 100 nm, and the electrode interval L was 2 μm.
[0074]
Pd or PdO was used as the main material of the fine particle film, the thickness of the fine particle film was about 10 nm, and the width W was 10 nm.
[0075]
Next, a preferred method for manufacturing a planar surface conduction electron-emitting device will be described. FIGS. 5A to 5D are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the surface conduction electron-emitting device, and the notations of the respective members are the same as those in FIG.
[0076]
1) First, as shown in FIG. 5A, device electrodes 14 and 15 are formed on a substrate 13. In the formation, the substrate 13 is sufficiently cleaned in advance using a detergent, pure water, and an organic solvent, and then a material for the element electrode is deposited. (For example, a vacuum film forming technique such as a vapor deposition method or a sputtering method may be used as a deposition method.) Thereafter, the deposited electrode material is patterned using a photolithography / etching technique, and is shown in (a). A pair of device electrodes (14 and 15) is formed.
[0077]
2) Next, as shown in FIG. 2B, the conductive thin film 16 is formed.
[0078]
In forming the film, first, an organic metal solution is applied to the substrate (a), dried, heated and fired to form a fine particle film, and then patterned into a predetermined shape by photolithography and etching. Here, the organometallic solution is a solution of an organometallic compound whose main element is a fine particle material used for the conductive thin film (specifically, in this embodiment, Pd is used as the main element. In the example, the dipping method is used as the coating method, but other methods such as a spinner method and a spray method may be used.
In addition, as a method for forming a conductive thin film made of a fine particle film, for example, a vacuum evaporation method, a sputtering method, a chemical vapor deposition method, or the like other than the method by application of an organometallic solution used in this embodiment is used. Sometimes used.
[0079]
3) Next, as shown in FIG. 4C, an appropriate voltage is applied between the forming power source 19 between the device electrodes 14 and 15 to perform energization forming processing, thereby forming the electron emission portion 17.
[0080]
The energization forming process is a process in which a conductive thin film 16 made of a fine particle film is energized, and a part thereof is appropriately destroyed, deformed or altered, and changed into a structure suitable for electron emission. That is. In the portion of the conductive thin film made of the fine particle film that has changed to a structure suitable for electron emission (that is, the electron emission portion 17), an appropriate crack is formed in the thin film. In addition, compared with before the electron emission part 17 is formed, the electrical resistance measured between the device electrodes 14 and 15 significantly increases after the formation.
[0081]
In order to explain the energization method in more detail, FIG. 6 shows an example of an appropriate voltage waveform applied from the forming power source 19. When forming a conductive thin film made of a fine particle film, a pulsed voltage is preferable. In this embodiment, a triangular wave pulse having a pulse width T1 is continuously applied at a pulse interval T2 as shown in FIG. Applied. At that time, the peak value Vpf of the triangular wave pulse was boosted sequentially. Further, a monitor pulse Pm for monitoring the formation state of the electron emission portion 17 was inserted between the triangular wave pulses at an appropriate interval, and the current flowing at that time was measured by the ammeter 20.
[0082]
In the embodiment, for example, in a vacuum atmosphere of about minus 5 torr, for example, the pulse width T1 is set to 1 millisecond, the pulse interval T2 is set to 10 milliseconds, and the peak value Vpf is increased by 0.1 V for each pulse. did. The monitor pulse Pm was inserted at a rate of once every time 5 pulses of the triangular wave were applied. The monitor pulse voltage Vpm was set to 0.1 V so as not to adversely affect the forming process. Then, when the electrical resistance between the device electrodes 14 and 15 becomes 1 × 10 6 ohms, that is, when the monitor pulse is applied, the current measured by the ammeter 20 becomes 1 × 10 minus 7 A or less. At this stage, the power supply related to the forming process was terminated.
[0083]
The above-described method is a preferable method for the surface conduction electron-emitting device of this embodiment. For example, when the design of the surface conduction electron-emitting device such as the material and film thickness of the fine particle film or the element electrode interval L is changed. Accordingly, it is desirable to change the energization conditions accordingly.
[0084]
4) Next, as shown in FIG. 5D, an appropriate voltage is applied between the activation power supply 21 between the device electrodes 14 and 15 to perform energization activation processing, thereby improving the electron emission characteristics. I do.
[0085]
The energization activation process is a process of energizing the electron emitting portion 17 formed by the energization forming process under appropriate conditions and depositing carbon or a carbon compound in the vicinity thereof (in the figure, carbon Or the deposit which consists of a carbon compound was typically shown as the member 18.) By performing the energization activation process, it is possible to increase the emission current at the same applied voltage typically 100 times or more compared to before the energization activation process.
[0086]
Specifically, carbon originating from an organic compound present in the vacuum atmosphere is obtained by periodically applying a voltage pulse in a vacuum atmosphere within the range of 10 4 to 10 5 torr. Alternatively, a carbon compound is deposited. The deposit 18 is any one of single crystal graphite, polycrystalline graphite, and amorphous carbon, or a mixture thereof, and has a film thickness of 50 nm or less, more preferably 30 nm or less.
[0087]
In order to explain the energization method in more detail, FIG. 7A shows an example of an appropriate voltage waveform applied from the activation power supply 21. FIG. In this embodiment, the energization activation process is performed by periodically applying a rectangular wave having a constant voltage. Specifically, the rectangular wave voltage Vac is 14 V, the pulse width T3 is 1 millisecond, and the pulse interval. T4 was 10 milliseconds. The energization conditions described above are preferable conditions for the surface conduction electron-emitting device according to the present embodiment. When the design of the surface conduction electron-emitting device is changed, it is desirable to change the conditions accordingly.
[0088]
Reference numeral 22 shown in FIG. 5 (d) denotes an anode electrode for capturing an emission current Ie emitted from the surface conduction electron-emitting device, to which a DC high voltage power source 23 and an ammeter 24 are connected (note that the substrate is a substrate). When the activation process is performed after 13 is incorporated into the display panel, the phosphor screen of the display panel is used as the anode electrode 22).
[0089]
While the voltage is applied from the activation power supply 21, the emission current Ie is measured by the ammeter 24 to monitor the progress of the energization activation process, and the operation of the activation power supply 21 is controlled. An example of the emission current Ie measured by the ammeter 24 is shown in FIG. 7B. When the pulse voltage is started to be applied from the activation power supply 21, the emission current Ie increases with time, but eventually becomes saturated. Almost no increase. As described above, when the emission current Ie is almost saturated, the voltage application from the activation power supply 21 is stopped, and the energization activation process is terminated.
[0090]
The energization conditions described above are preferable conditions for the surface conduction electron-emitting device according to the present embodiment. When the design of the surface conduction electron-emitting device is changed, it is desirable to change the conditions accordingly.
[0091]
As described above, the planar surface conduction electron-emitting device shown in FIG.
[0092]
FIG. 8 shows another typical configuration of a surface conduction electron-emitting device in which an electron emission portion or its periphery is formed of a fine particle film, that is, a vertical surface conduction electron-emitting device. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for explaining the basic structure of a vertical type, in which 25 is a substrate, 26 and 27 are element electrodes, 28 is a step forming member, and 29 is a conductive film using a fine particle film. , 30 is an electron emission portion formed by energization forming treatment, and 31 is a thin film formed by energization activation treatment.
[0093]
The vertical type is different from the planar type described above in that one of the element electrodes (26) is provided on the step forming member 28, and the conductive thin film 29 covers the side surface of the step forming member 28. There is in point. 4 is set as the step height Ls of the step forming member 28 in the vertical type. For the substrate 25, the device electrodes 26 and 27, and the conductive thin film 29 using the fine particle film, the materials listed in the description of the planar type can be used similarly. Further, the step forming member 28 includes, for example, SiO.2 An electrically insulating material such as
[0094]
(Characteristics of surface conduction electron-emitting devices used in display devices)
The element configuration and manufacturing method of the planar and vertical surface conduction electron-emitting devices have been described above. Next, the characteristics of the elements used in the display device will be described.
[0095]
FIG. 9 shows typical examples of (emission current Ie) vs. (element applied voltage Vf) characteristics and (element current If) vs. (element applied voltage Vf) characteristics of the elements used in the display device. The emission current Ie is remarkably smaller than the device current If and is difficult to show on the same scale, and these characteristics are changed by changing design parameters such as the size and shape of the device. Therefore, the two graphs are shown in arbitrary units.
[0096]
The element used in the display device has the following three characteristics with respect to the emission current Ie.
[0097]
First, when a voltage greater than a certain voltage (referred to as a threshold voltage Vth) is applied to the device, the emission current Ie increases abruptly. Not detected.
[0098]
That is, it is a nonlinear element having a clear threshold voltage Vth with respect to the emission current Ie.
[0099]
Second, since the emission current Ie changes depending on the voltage Vf applied to the device, the magnitude of the emission current Ie can be controlled by the voltage Vf.
[0100]
Third, since the response speed of the current Ie emitted from the element is high with respect to the voltage Vf applied to the element, the amount of electrons emitted from the element can be controlled by the length of time for which the voltage Vf is applied.
[0101]
Due to the above characteristics, the surface conduction electron-emitting device can be suitably used for a display device. For example, in a display device in which a large number of elements are provided corresponding to the pixels of the display screen, display can be performed by sequentially scanning the display screen by using the first characteristic. That is, a voltage equal to or higher than the threshold voltage Vth is appropriately applied to the driven element according to the desired light emission luminance, and a voltage lower than the threshold voltage Vth is applied to the non-selected element. By sequentially switching the elements to be driven, it is possible to display by sequentially scanning the display screen.
[0102]
Further, by using the second characteristic or the third characteristic, the light emission luminance can be controlled, so that gradation display can be performed.
[0103]
(Structure of multi-electron beam source with simple matrix wiring of many elements)
Next, the structure of a multi-electron beam source in which the above-described surface conduction electron-emitting devices are arranged on a substrate and simple matrix wiring is described.
[0104]
FIG. 10 is a plan view of the multi-electron beam source used in the display panel of FIG. The surface conduction electron-emitting devices similar to those shown in FIG. 4 are arranged on the substrate, and these devices are wired in a simple matrix by the X-direction wiring electrodes 12 and the Y-direction wiring electrodes 9. An insulating layer (not shown) is formed between the X-direction wiring electrode 12 and the Y-direction wiring electrode 9 so that electrical insulation is maintained.
[0105]
FIG. 11 shows a cross section taken along the line AA ′ of FIG.
[0106]
Note that the multi-electron source having such a configuration includes an X-direction wiring electrode 12, a Y-direction wiring electrode 9, an inter-electrode insulating layer (not shown), and a device electrode and a conductive thin film of a surface conduction electron-emitting device on a substrate in advance. After forming, the power supply energization forming process and the energization activation process were performed on each element via the X direction wiring electrode 12 and the Y direction wiring electrode 9.
[0107]
【Example】
(Example 1)
In this example, first, a plurality of unformed surface-conduction electron sources 1 (FIG. 1) were formed on the rear plate 2. A cleaned blue plate glass was used as the rear plate 2, and 160 or 720 surface conduction electron-emitting devices shown in FIG. 4 were formed in a matrix shape. The device electrodes 14 and 15 are Pt sputtered films, and the X direction wiring 9 and the Y direction wiring 12 are Ag wirings formed by a screen printing method. The conductive thin film 16 is a PdO fine particle film obtained by firing a Pd amine complex solution.
[0108]
As shown in FIG. 3b, the phosphor film 5 serving as an image forming member adopts a stripe shape in which each color phosphor R, G, B extends in the Y direction, and the black conductive material 5b is not only between each color phosphor. The shape which isolate | separated between the pixels of a Y direction and added the part for installing the spacer 10 was used. First, the black conductive material 5b was formed, and each color phosphor 7a was applied to the gap portion to form the phosphor film 5. A material mainly composed of graphite, which is commonly used as a black stripe material, was used. As a method of applying the phosphor 5a to the glass substrate 4, a slurry method was used.
[0109]
The metal back 6 provided on the inner surface side of the phosphor film 5 is subjected to a smoothing process (usually called filming) on the inner surface side of the phosphor film 5 after the phosphor film 5 is formed, and then Al is vacuum deposited. Created by doing. The face plate 7 may be provided with a transparent electrode on the outer surface side of the fluorescent film 5 in order to further increase the conductivity of the fluorescent film 5, but in this embodiment, sufficient conductivity was obtained with only the metal back. I omitted it.
The spacer 10 is formed by forming a silicon nitride film 0.5 μm as an Na block layer on an insulating base material 10a (height 3.8 mm, plate thickness 200 μm, length 40 mm) made of cleaned soda lime glass, A Cr and Al alloy nitride film 5c was formed thereon by a vacuum film formation method.
[0110]
The Cr and Al alloy nitride film used in this example was formed by sputtering an alloy target of Cr (6 at%): Al (94 at%) in an argon and nitrogen mixed atmosphere using a sputtering apparatus.
[0111]
The back pressure of the sputtering chamber was 7 × 10 −5 Pa. N during sputtering2 Ar and N so that the partial pressure is 20%.2 The mixed gas was flowed. The total pressure of the spatter gas was 0.4 Pa.
[0112]
A target having a size of 5 inches was provided, and the distance from the substrate holder was 120 mm.
[0113]
The insulating base material 10a made of soda lime glass was fixed to the substrate holder using heat-resistant tape or a fixing jig. The substrate heating up to 350 ° C. may be performed to improve the film quality.
[0114]
The substrate was not heated this time. A high frequency power of 500 W was applied to the target, and an alloy nitrogen film of Cr and Al having a thickness of 200 nm was provided for 50 minutes.
[0115]
The specific resistance value of the Cr and Al alloy nitrogen film was 7.00 × 10 6 Ωcm, and the temperature coefficient of resistance was −0.3%.
[0116]
The surface composition analysis of the film calibrated the composition of each constituent element and the surface nitridation rate using the following apparatus. In the same vacuum chamber with a high vacuum of 10 minus 8 Pa or more, an apparatus equipped with a sputter deposition mechanism, RHEED (reflection high-energy electron diffraction pattern measurement mechanism) and XPS (X-ray photoelectron spectroscopy analysis mechanism) is used. First, Cr and Al alloy nitride film 10c were formed by sputtering, and then it was confirmed that Cr and Al alloy nitride film was formed by RHEED method. Thereafter, XPS measurement was performed. The surface composition of the Al and Cr alloy nitride film was calibrated using the peak area ratio of the A12P spectrum and the N1S spectrum at this time.
[0117]
The ratio “Cr” / “Al” between the Cr element and the Al element was 0.05, which was almost the same as the composition ratio of the target.
[0118]
In addition, Cr is almost an oxide on the surface, but Al is a mixture of nitride and oxide, and the ratio existing as nitride (“aluminum nitride” / “aluminum nitride + aluminum oxide”) is 0.82. there were.
[0119]
Next, the spacer 10 of Example 1 was provided with an electrode 11 made of Al at the connection portion in order to ensure the connection with the X direction wiring or the metal back.
[0120]
The electrode 11 completely covered the four surfaces of the spacer 10 exposed in the envelope 8 within a range of 200 μm from the X-direction wiring to the face plate and 200 μm from the metal back to the rear plate.
[0121]
Here, a voltage of 500 V was applied to both ends of the electrode 11 made of Al, the current value was measured, and the resistance value of the spacer 10 was measured to be 1.6 × 10 9 Ω.
[0122]
The spacer 10 of Example 1 on which the Cr and Al alloy nitride film 10c was formed was fixed on the X-direction wiring 9 at equal intervals.
[0123]
After that, the face plate 7 was disposed 3.8 mm above the electron source 1 via the support frame 3, and the joint portion of the rear plate 2, face plate 7, support frame 3 and spacer 10 was fixed.
[0124]
The joint between the electron source 1 and the rear plate 2, the joint between the rear plate 2 and the support frame 3, and the joint between the face plate 7 and the support frame 3 are coated with frit glass and baked at 430 ° C. for 10 minutes or more in the air. Sealed with things.
[0125]
After this sealing treatment, the specific resistance value of Cr and Al alloy nitride 10c was almost unchanged at 7.2 × 10 6 Ωcm.
[0126]
Further, after the experiment of this example, a part of the spacer 10 was removed, and the surface composition analysis of Cr and Al alloy nitride film 10c was performed.
[0127]
The ratio “Cr” / “Al” between the Cr element and the Al element was 0.05, which was almost the same as the composition ratio of the target.
[0128]
Cr is almost an oxide on the surface, but Al is a mixture of nitride and oxide, and the nitriding rate (“aluminum nitride” / “aluminum nitride + aluminum oxide”) has dropped to 0.49. It was.
[0129]
This surface analysis value was obtained by subjecting Cr and Al alloy nitride film after sputtering formation (after deposition) to a firing temperature of 430 ° C. for 10 minutes or more, and then performing surface analysis in the same manner. Value (anneal value).
[0130]
On the face plate 7 side, the spacer 10 uses conductive frit glass containing silica spheres coated with Au on the black conductive material 5b (line width: 300 μm), thereby ensuring electrical connection between the antistatic film and the face plate. .
[0131]
The atmosphere in the envelope 8 completed as described above is exhausted by a vacuum pump through an exhaust pipe, and after reaching a sufficient degree of vacuum, the electron-emitting device 1 of the electron-emitting device 1 is passed through the container outer terminals Dx1 to Dxm and Dy1 to Dyn. An electron emission portion 18 was formed by applying a voltage between the device electrodes 14 and 15 and applying an energization process (forming process) to the electron emission portion forming thin film 16. The forming process was performed by applying a voltage having the waveform shown in FIG.
[0132]
Next, through the exhaust pipe, acetone is introduced into the vacuum container so that the pressure becomes 1 mTorr, and a voltage pulse is periodically applied to the external terminals Dx1 to Dxm and Dy1 to Dyn to deposit carbon or a carbon compound. The treatment was performed. The energization activation was performed by applying a waveform as shown in FIG.
[0133]
Next, the whole container was evacuated for 10 hours while being heated to 200 ° C.-6The envelope 8 was sealed by welding the exhaust pipe by heating it with a gas burner at a degree of vacuum of about Torr.
[0134]
Finally, in order to maintain the degree of vacuum after sealing, getter processing was performed.
[0135]
In the image forming apparatus completed as described above, electrons are applied to each electron-emitting device 1 by applying scanning signals and modulation signals from the signal generating means (not shown) through the container external terminals Dx1 to Dxm and Dy1 to Dyn, respectively. The emitted electron beam was accelerated by applying a high voltage to the metal back 6 through the high voltage terminal Hv, and the electron was collided with the fluorescent film 5 to excite and emit the phosphor, thereby displaying an image. The applied voltage Va to the high voltage terminal Hv was 1 kV to 5 kV, and the applied voltage Vf between the device electrodes 14 and 15 was 14V.
[0136]
Table 1 shows the resistance value and performance of the antistatic film 10 c for the spacer 10. In Tables 1 to 3, the notation of mE + n is m × 10.n It shall be shown. “As deposition” means as deposition (after film formation), and in the column showing the results of each example, “good” indicates that the image is less disturbed and “none”. Indicates that the image is not disturbed and is not in a charged state that causes the image to be extremely disturbed.
[0137]
Before the assembly, after sealing to the face plate, after sealing to the rear plate, after vacuum evacuation, and after the device electrode energization treatment, the resistance value hardly changed throughout the entire process.
[0138]
This indicates that Cr and Al alloy nitride film is very stable and suitable as an antistatic film.
[0139]
(Examples 2-9)
Examples 2 to 9 use a Cr (6 at%): Al (94 at%) alloy target.
[0140]
An alloy nitride film of Cr and Al was formed as the conductive film 10C using a Cr (6 at%): Al (94 at%) alloy target in exactly the same manner as in Example 1. However, as shown in Table 1, during the film formation, the total sputtering pressure is 0.4 to 1.0 Pa, N2 The partial pressure was varied from 10% to 50%.
[0141]
After the formation of the conductive film 10C, a color image was displayed in the image forming apparatus in the same manner as in Example 1, and the disturbance of the image near the spacer was examined.
[0142]
Table 1 summarizes the results of measurement for the spacer 10 of each example.
[0143]
(Examples 1-5)
Examples 1 to 5 are fixed at a total pressure of 0.4 Pa, N2 The partial pressure is changed. N2 When the partial pressure is increased, the specific resistance value of the Cr—AlN film increases. Even when the surface is oxidized by the annealing treatment, the specific resistance value hardly changes and it can be seen that this Cr—AlN film is excellent in heat resistance. However, the surface nitridation rate of AlN (“aluminum nitride” / “aluminum nitride + aluminum oxide”) is lowered by the annealing treatment. Especially N2 It can be seen that the decrease is large when the partial pressure is 30% or more (surface oxidation).
[0144]
(Examples 6 to 9)
In Examples 6 to 9, the total pressure was increased to 0.6 Pa and 1.0 Pa. If the total pressure is increased, the same N2 The specific resistance value of the Cr—AlN film increases even with partial pressure. However, total pressure, N2 It can be seen that the surface nitridation rate of AlN decreases as the partial pressure is increased.
[0145]
In the image forming apparatus incorporating the spacers 10 of Examples 7 and 9, image disturbance (shadows) in the vicinity of the spacers due to charging was observed.
[0146]
This is because the surface nitridation rate of AlN is lowered, the charge removal capability of the Cr—AlN film is lowered, and the specific resistance value is too large.
[0147]
(Examples 10 to 15)
In Examples 10 to 15 (Table-2), the target was changed to a Cr (3 at%): Al (97 at%) alloy.
[0148]
As in Examples 1 to 9, the specific resistance value of the Cr—AlN film increases as the total pressure and the partial pressure are increased. A film with a high surface nitridation rate of AlN was obtained even under the same film formation conditions as compared with a Cr (6 at%) target. However, when the specific resistance value increased to about 10 8 Ωcm, the ability to remove electricity was insufficient, and image disturbance (shadow) in the vicinity of the spacer due to charging was observed.
[0149]
(Examples 16 to 19)
In Examples 16 to 19, the target was changed to a Cr (9 at%): Al (91 at%) alloy.
[0150]
As in Examples 1 to 9, the specific resistance value of the Cr—AlN film increases as the total pressure and the partial pressure are increased. However, as in Examples 1 to 9, the surface nitridation rate of the AlN film decreases as the total pressure and partial pressure are increased. In Example 19, the specific resistance value was appropriate at the sixth power of 10, but the surface nitridation rate of the AlN film was as low as 0.33, the charge removal capability was insufficient, and image disturbance (shadow) near the spacer due to charging was observed. It was.
[0151]
(Examples 20 to 22)
Examples 20-22 use what changed the Cr amount of the alloy target from 15% to 50%.
[0152]
When the specific resistance value of the Cr—Al film was smaller than 10 4 Ωcm, Va could not be applied up to 1 kV. When a color image was displayed for a longer time, the specific resistance value of the Cr—AlN film was further reduced due to the heat generated from the spacer 10, and thermal runaway occurred.
[0153]
When the Cr content is up to 9%, the Cr / Al ratio of the formed film is almost equal to the composition of the target, but when it is 15% or more, the Cr content of the formed film is larger than the target composition.
[0154]
This suggests the possibility that the Cr amount of the formed film will change (the Cr amount will gradually decrease) when film formation is continued for a long time. The Cr amount of the alloy target should be less than 15%. is there.
[0155]
(Examples 23 to 26)
In Example 1, a Cr—AlN film was formed by sputtering a Cr—Al alloy target. In Examples 23 to 26, both an Al target and a Cr alloy target were sputtered to form a Cr—AlN film.
[0156]
FIG. 14 is a schematic diagram showing a configuration example of the sputtering apparatus at this time, and includes an Al target 43 and a Cr alloy target 44.
[0157]
Table 3 summarizes the film formation conditions and the results of measurements performed on the spacers 10 of each example.
[0158]
Examples 23 to 26 are examples using a Cr—Al alloy target with 15% Cr and 9% Cr. The Cr content of the Cr—AlN film was adjusted by adjusting the high-frequency power supplied to each target. Similar to Examples 1-22, total pressure, N2 It is possible to increase or decrease the specific resistance value of the Cr—AlN film having the same Cr content by adjusting the partial pressure.
[0159]
(Comparative Examples 1-6)
In Comparative Examples 1 to 6, both the Al target and the Cr target were sputtered to form a Cr—AlN film. Table 3 summarizes the film formation conditions and the results of measurements performed on the spacers 10 of each example.
[0160]
In Comparative Examples 1 to 3, the back pressure of the sputtering chamber was 7.0 × 10 −5 Pa, which is the same as the previous examples.
[0161]
In Comparative Examples 4 to 6, the film was formed at a sputtering chamber back pressure of 1.3 × 10 minus 3 Pa (this back pressure does not have a pre-exhaust chamber, and the sputtering chamber is kept in the atmosphere for each film formation. This corresponds to a normal back pressure in a batch type film forming apparatus that is opened.)
[0162]
In order to obtain an appropriate specific resistance value of 5 to the 8th power Ωcm, the Cr / Al (atomic) ratio is about 0.03 to 0.12. Cr element is more Ar + N than Al element2 Since the sputtering rate with the sputtering gas is large, in order to accurately control the small amount of Cr content in the film, it is necessary to accurately control the high-frequency power input to the target with a small value (normally, the setting accuracy is It is about 1% of the power capacity.)
[0163]
In contrast, in Examples 23 to 26, by adjusting the Cr amount of the target of the Cr—Al alloy target, it is possible to make the input high-frequency power substantially equivalent to that of the Al target. Therefore, it can be seen that Examples 23 to 26 are superior to Comparative Examples 1 to 6 in order to accurately adjust the Cr content and form the film in a short time.
[0164]
Comparative Examples 1 to 3 did not disturb the image in the vicinity of the spacer, and showed a good static elimination capability equivalent to the previous examples.
[0165]
In Comparative Examples 4 to 6, the specific resistance value was slightly higher than in Comparative Examples 1 to 3 because the Cr element was oxidized by the residual gas in the chamber during film formation.
[0166]
Furthermore, the nitridation degree of the film surface was greatly reduced by annealing, the charge removal capability was insufficient, and image disturbance (shadow) in the vicinity of the spacer due to charging was observed.
[0167]
Thus, it was found that when the back pressure at the time of film formation decreases, the film has a surface in which the degree of nitridation on the surface is likely to be greatly reduced by annealing.
[0168]
(Examples 27 to 29)
In Examples 1 to 26, the back pressure at the time of film formation was 7.0 × 10 minus 5th power Pa, but in Example 27, the same back pressure 1.3 × 10 minus negative pressure as in Comparative Examples 4 to 6 was used. Film formation was performed at the third power Pa.
[0169]
In Comparative Examples 1 to 6 of co-sputtering film formation from an Al and Cr target, the decrease in the surface nitridation degree after annealing was remarkable when the back pressure was high, but in Examples 27 to 29, the decrease in the surface nitridation degree was small. It showed good static elimination ability.
[0170]
Thus, it was found that when a Cr—Al alloy target was used, a film having a good charge removal capability could be obtained even under apparatus conditions where the back pressure of the sputtering chamber was high.
[0171]
In the image display of the example, the applied voltage Va to the high voltage terminal Hv was 1 kv to 5 kv, and the applied voltage to the device electrode was 14V. The larger the applied voltage Va, the brighter the displayed image and the less disturbed the image near the spacer, but the evaluation of the image did not change. When the voltage applied to the device electrode was changed from 13 V to 15 V, the image was slightly dark at 13 V, and the display image was bright at 15 V, but the image disturbance in the vicinity of the spacer tended to be slightly increased. However, the comparison of the respective examples regarding image disturbance did not change as a trend.
In the above-described embodiments, Cr is used as an example of the transition metal. However, similarly, it is obvious that the effects of the present invention can be obtained even if the above-described transition metals are used. is there.
[0172]
[Table 1]
Figure 0003762032
[0173]
[Table 2]
Figure 0003762032
[0174]
[Table 3]
Figure 0003762032
[0175]
【The invention's effect】
As described above, the alloy nitride film of aluminum and transition metal is formed on the surface of the insulating member disposed between the element substrate and the face plate, for example, metal chromium formed from a chromium-aluminum alloy target and aluminum alloy nitride. By using the film as an antistatic film, the resistance value hardly changed during the assembly process, and a stable value was obtained.
[0176]
As a result, disturbance of the potential of the beam near the spacer is suppressed, the occurrence of misalignment between the position where the beam collides with the phosphor and the phosphor that should originally emit light can be prevented, and brightness loss can be prevented and clear. Image display is now possible.
[0177]
In addition, by using, for example, a Cr—Al alloy as an alloy of aluminum and a transition metal as a target, the Cr content during film formation can be accurately adjusted by adjusting the Cr amount of the Cr—Al alloy target in advance. In addition, the film can be formed in a short time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of an antistatic film of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of the image display apparatus according to the embodiment of the present invention, with a part of the display panel cut away.
FIG. 3 is a plan view illustrating a phosphor array of a face plate of a display panel.
4A and 4B are a schematic plan view and a cross-sectional view showing a configuration of a planar surface conduction electron-emitting device.
FIG. 5 is a process diagram for forming a planar surface conduction electron-emitting device;
FIG. 6 is a waveform diagram of applied pulses for forming formation of an electron beam source.
FIG. 7 is a pulse waveform diagram applied to an energization activation process.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a vertical surface conduction electron-emitting device.
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the device voltage, device current, and emission current of a surface conduction electron-emitting device.
FIG. 10 is a plan view showing a configuration of a multi-electron source arranged in a simple matrix.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of a multi-electron source arranged in a simple matrix.
FIG. 12 is a perspective view showing another example of the spacer shape.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a conventional flat image display device.
FIG. 14 is a schematic view showing a configuration of a sputtering apparatus used in another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 electron source
2 Rear plate
3 Side wall (support frame)
4 Glass substrate
5 Fluorescent film
6 Metal back
7 Face plate
8 Envelope
9 X direction wiring
10 Spacer
11 electrodes
12 Y-direction wiring
13 Substrate
14,15 Element electrode
16 Conductive thin film
17 Electron emission part
18 Thin film formed by energization activation process
19 Power supply for forming
20 Ammeter
21 Power supply for activation
22 Anode electrode for capturing the emission current Ie emitted from the surface conduction electron-emitting device
23 DC voltage power supply
24 Ammeter
25 substrates
26, 27 Device electrodes
28 Step forming member
29 Conductive thin film using fine particle film
30 Electron emission part formed by energization forming process
31 Thin film formed by energization activation treatment

Claims (5)

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。
In a film forming method for forming an antistatic film made of an alloy nitride film of Cr and Al,
The antistatic film is formed by sputtering an alloy target of Cr and Al.
上記ターゲットは、Crの組成が15at%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記載の成膜方法。It said target film formation method according to claim 1, wherein the composition of Cr is characterized by using a 15 at% less than Cr-Al alloy target. 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、
1)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;
2)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。
In a film forming method for forming an alloy nitride film of Cr and Al by sputtering an alloy target of Cr and Al,
As means for controlling the specific resistance value of the alloy nitride film of Cr and Al using Ar and N 2 as the sputtering gas,
1) To increase the specific resistance value, increase the total sputtering pressure or increase the N 2 partial pressure;
2) A film forming method characterized by reducing the total sputtering pressure or the N 2 partial pressure in order to reduce the specific resistance value.
上記N2分圧を50%以下にすることを特徴とする請求項記載の成膜方法。The film forming method according to claim 3 , wherein the N 2 partial pressure is 50% or less. 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の製造方法において、
前記スペーサの表面に請求項1〜のいずれか1項記載の成膜方法を用いて、帯電防止膜を成膜する工程を有することを特徴とする画像表示装置の製造方法
In a method for manufacturing an image display device having a structure in which a substrate on which a plurality of cold cathode electron-emitting devices are formed and a substrate on which a light emitting material is formed are opposed to each other with a spacer interposed therebetween,
Method of manufacturing an image display device characterized by having a using the deposition method according to any one of claims 1-4 to a surface of the spacer, forming an antistatic film process.
JP08852097A 1997-04-07 1997-04-07 Method for forming antistatic film and method for manufacturing image display device Expired - Fee Related JP3762032B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP08852097A JP3762032B2 (en) 1997-04-07 1997-04-07 Method for forming antistatic film and method for manufacturing image display device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP08852097A JP3762032B2 (en) 1997-04-07 1997-04-07 Method for forming antistatic film and method for manufacturing image display device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH10284286A JPH10284286A (en) 1998-10-23
JP3762032B2 true JP3762032B2 (en) 2006-03-29

Family

ID=13945116

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP08852097A Expired - Fee Related JP3762032B2 (en) 1997-04-07 1997-04-07 Method for forming antistatic film and method for manufacturing image display device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3762032B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6366009B1 (en) * 1999-08-02 2002-04-02 Motorola, Inc. Method for fabricating a field emission display having a spacer with a passivation layer
JP4747401B2 (en) * 2000-08-07 2011-08-17 凸版印刷株式会社 Organic electroluminescence device and method for manufacturing the same
EP1998355A3 (en) * 2004-01-22 2009-02-25 Canon Kabushiki Kaisha Antistatic film, spacer using it and picture display unit
JP2008293960A (en) 2007-04-23 2008-12-04 Canon Inc Conductive member, spacer using the same, and image display device
CN116266968A (en) * 2021-12-17 2023-06-20 大毅科技股份有限公司 Static suppressor and manufacturing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JPH10284286A (en) 1998-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3302341B2 (en) Electrostatic beam device, image forming apparatus, and method of manufacturing image forming apparatus
JP3302313B2 (en) Antistatic film, image forming apparatus and method of manufacturing the same
US6265822B1 (en) Electron beam apparatus, image forming apparatus using the same, components for electron beam apparatus, and methods of manufacturing these apparatuses and components
US6566794B1 (en) Image forming apparatus having a spacer covered by heat resistant organic polymer film
JP3639785B2 (en) Electron beam apparatus and image forming apparatus
JP2002150979A (en) Electron beam generator and image forming apparatus
JP3762032B2 (en) Method for forming antistatic film and method for manufacturing image display device
JP3302298B2 (en) Image forming device and image display device
JP3805265B2 (en) Electron beam apparatus and image forming apparatus
JP3099003B2 (en) Image forming device
JP3740296B2 (en) Image forming apparatus
JP3762031B2 (en) Antistatic film, antistatic substrate and display device
JP4006110B2 (en) Method for producing antistatic film and display device
JP3825925B2 (en) Antistatic film and display device
JP3745078B2 (en) Image forming apparatus
JP2000248267A (en) Charge relaxation film, method of forming charge relaxation film, image forming apparatus, and method of manufacturing image forming apparatus
JP3478763B2 (en) Image forming device
EP0991102A1 (en) Charge-up suppressing film for spacer in image forming apparatus
JP2000082424A (en) Image forming device and spacer
JP2000082422A (en) Antistatic film for image display devices
JP2001332194A (en) Electron beam generator and image forming apparatus
JP2000248269A (en) Antistatic film and display device
JP2000154372A (en) Charge relaxation film, image forming apparatus, and method of manufacturing the same
JPH10284284A (en) Antistatic film and display device
JP2000021334A (en) Image forming device

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050901

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20051011

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20051208

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060105

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060112

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090120

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100120

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110120

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120120

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130120

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140120

Year of fee payment: 8

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees