電子放出素子、電子源および画像表示装置、並びに情報表示再生装置
【課題】低電界で高放出電流密度が得られる電子放出膜を提供する。
【解決手段】金属と炭素とを含む電子放出膜を備える電子放出素子であって、金属を除いた電子放出膜の密度を、１．２ｇ／ｃｍ3以上１．８ｇ／ｃｍ3以下とし、電子放出膜中における水素含有量が電子放出膜を構成する全原子に対し１５原子％以上４０原子％以下とする。さらに、電子放出膜の表面から１０ｎｍまでの範囲における金属の濃度を、電子放出膜中に含まれる炭素原子数に対し０．１原子％以上４０原子％以下とする。
【解決手段】金属と炭素とを含む電子放出膜を備える電子放出素子であって、金属を除いた電子放出膜の密度を、１．２ｇ／ｃｍ3以上１．８ｇ／ｃｍ3以下とし、電子放出膜中における水素含有量が電子放出膜を構成する全原子に対し１５原子％以上４０原子％以下とする。さらに、電子放出膜の表面から１０ｎｍまでの範囲における金属の濃度を、電子放出膜中に含まれる炭素原子数に対し０．１原子％以上４０原子％以下とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子放出膜を備える電子放出素子に関し、特に、テレビ受像機、コンピュータの表示装置、電子線描画装置などに用いられる電子源、画像表示装置、および映像受信表示装置に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、表面伝導型電子放出素子において、電子放出部を有する薄膜がアモルファスカーボンと導電性微粒子とを有する素子としては、特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１に記載された電子放出部は、アモルファスカーボンであり、薄膜部に導電性粒子を有するものである。
【０００３】
また、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の分野においては、ますます低消費電力化が望まれているとともに、ますます高精細化され高輝度化されたＦＰＤが要請されている。
【特許文献１】特開平８−５５５６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、電子放出材料としては、少しでも低電界で所望の電子放出密度が得られるものが求められている。また、ＦＰＤの構成からは、電子放出材料として、幾何形状を均一に制御しやすいものが求められている。
【０００５】
したがって、この発明の目的は、低電界で高放出電流密度が得られるほぼ平坦な電子放出膜を有する電子放出素子、および、この電子放出素子を備えた装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、この発明は、
金属および炭素を含む電子放出膜を有する電子放出素子であって、
前記金属を除いた前記電子放出膜の密度が１．２ｇ／ｃｍ3以上１．８ｇ／ｃｍ3以下であり、
前記電子放出膜における水素含有量が前記電子放出膜を構成する全原子に対し１５原子％以上４０原子％以下である
ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、低電界で高放出電流密度が得られる電子放出素子を提供することができる。そのため、駆動電圧を低減し消費電力を低減することが可能となる。さらに、同表示寸法における高精細化を実現でき、画素寸法が小さくなる場合と比較して放出電流密度を高くできるため、高輝度化されたパネルを提供可能な電子放出素子として使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【０００９】
以下、この発明の前提となる実施形態について図面を用いて説明する。図１に、この実施形態による電子放出膜を示す。図１に示すように、この実施形態による電子放出膜は、水素含有アモルファスカーボンからなるアモルファスカーボン層１１に金属粒子１２が分散されている。
【００１０】
また、この実施形態による電子放出素子は、金属と炭素を含む電子放出膜を備える電子放出素子である。そして、この金属以外の電子放出膜の密度は、１．２ｇ／ｃｍ3以上１
．８ｇ／ｃｍ3以下である。また、電子放出膜中における水素含有量は、電子放出膜を構
成する全原子に対して、１５原子％（atm％）以上４０原子％（atm％）以下である。
【００１１】
また、この電子放出膜の表面から１０ｎｍまでの範囲における上述の金属濃度は、電子放出膜中に含まれる炭素原子数に対して０．１原子％以上４０原子％以下である。なお、電子放出膜の表面から１０ｎｍを超える領域における金属の濃度に関しては、どのような濃度であっても良く、特に限定されるものではない。また、この実施形態による電子放出膜はほぼ平坦であり、具体的には、電子放出が行われる電子放出膜の表面における、表面平均二乗粗さＲｍｓが１０ｎｍ以下の電子放出膜である。
【００１２】
また、この実施形態による電子放出素子に形成された電子放出膜においては、電子放出膜中の電子伝導は、金属および炭素（カーボン）に依存して行われると考えられる。さらに、電子放出膜からの電子放出は、炭素（カーボン）、水素、金属に依存して行われると考えられる。そのため、電子放出膜内における炭素密度が低くなると、電子放出膜自体がスカスカの状態になり、電子放出部としての電子放出膜の表面への電子伝導パスが減少して、電子放出特性が悪化してしまう。他方、電子放出膜内における炭素密度が高くなると、炭素の結晶性が向上して炭素と水素との結合個所が極端に少なくなる。これにより、電子放出に効く混成軌道を形成しにくくなり、結果として、電子放出が行われるサイトが減少し、電子放出特性が悪くなってしまう。
【００１３】
以上のことを勘案すると、この実施形態による電子放出膜中の金属を除いた電子放出膜の密度は、１．２ｇ／ｃｍ3以上１．８ｇ／ｃｍ3以下が望ましい。さらに、電子放出膜中における水素含有率を、１５原子％以上４０原子％以下にすることによって、低電界で高放出の電流密度が得られる電子放出膜を形成することができる。
【００１４】
また、本発明者の知見によれば、電子放出素子にとって有効に機能する電子放出膜としては、表面近傍の金属濃度が、実用的な範囲として、炭素原子数に対して０．１原子％以上４０原子％以下であることが望ましい。これは、電子放出膜の表面付近における金属濃度が、電子放出部数に効いていることに起因すると考えられる。ここで、電子放出膜表面近傍とは、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ法）による測定時に、電子放出膜表面から１０ｎｍまでの範囲である。なお、電子放出膜の表面近傍外、すなわち１０ｎｍよりも深い領域においては、金属濃度が０．１原子％以下であっても４０原子％以上であってもよい。
【００１５】
また、この発明の電子放出素子が備える電子放出膜中の金属を除いた部分は、主成分として炭素と水素とから構成されている。含有される炭素と水素の量に対して、窒素や酸素などの不純物を微量に含有されていてもよいが、炭素や水素の量に対して、同等の量ほど含まれるものではない。さらに電子放出膜の表面は水素により終端（水素終端）され、水素化アモルファスカーボン（α−Ｃ：Ｈ）が構成されている。なお、電子放出膜の膜密度、含有水素量、炭素に対する金属の密度は、一般的な、Ｘ線反射率測定法、ラザフォード散乱分光法（ＲＢＳ）／水素前方散乱法（ＨＦＳ）、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定可能である。
【００１６】
（電子放出膜の製造方法）
以上説明したこの実施形態による電子放出膜の製造方法について以下に説明する。なお、この実施形態による電子放出膜においては、図１に示すように、電子放出膜中に金属粒子１２がある程度凝縮した状態で存在している。また、図１に示す電子放出膜の製造方法について図２を参照しつつ説明する。
【００１７】
（工程１）
すなわち、図２Ａに示すように、まず、表面が十分に洗浄された絶縁性基板２１上に、導電膜２２、金属薄膜２３およびアモルファスカーボン層１１を順次形成する。
【００１８】
ここで、絶縁性基板２１としては、例えば以下のようなものから適宜選択される。例えば、石英ガラス、ナトリウム（Ｎａ）などの不純物の含有量を減少させたガラス、青板ガラス、例えばシリコン（Ｓｉ）基板に酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜を積層させた積層体、
またはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などのセラミックスの絶縁性基板である。
【００１９】
また、導電膜２２としては、化学気相成長（ＣＶＤ）法、蒸着法またはスパッタリング法などの一般的な真空成膜法や、印刷技術が利用されて形成される。ここで、導電膜２２の材料としては、次のような材料から選択的に選ばれる。具体的には、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）などの金属や合金材料が挙げられる。また、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、白金（プラチナ（Ｐｔ））、バナジウム（Ｐｄ）などの金属や合金材料が挙げられる。また、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）、炭化ハフニウム（ＨｆＣ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、炭化タングステン（ＷＣ）などの炭化物を挙げることもできる。さらに、硼化ハフニウム（ＨｆＢ2）、硼化ジルコニウム（ＺｒＢ2）、硼化ランタン（ＬａＢ6）、硼化セレン（ＣｅＢ6）、硼化イットリウム（ＹＢ4）、硼化ガドリニウム（Ｇ
ｄＢ4）などの硼化物を挙げることもできる。また、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ジルコ
ニウム（ＺｒＮ）、窒化ハフニウム（ＨｆＮ）などの窒化物を挙げることもできる。また、Ｓｉ、ゲルマニウム（Ｇｅ）などの半導体などから適宜選択してもよい。また、導電膜２２の膜厚は、１０ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲で設定され、好ましくは１０ｎｍ以上１μｍ以下の範囲から選択される。
【００２０】
金属薄膜２３は、さまざまなＣＶＤ法、蒸着法、スパッタ法などの一般的な成膜法により形成される。金属薄膜２３の形成は、導電膜２２と同一の方法により形成することも、他の方法により形成することも可能である。また、金属薄膜２３の材料は、導電膜２２と同一の材料にすることも、異なる材料にすることも可能であるが、アモルファスカーボン層１１に拡散可能な材料を適宜選択する。この点から、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｎｉから適宜選択するのが好ましい。また、金属薄膜２３を導電膜２２と同一の材料で形成する場合には、導電膜２２に金属薄膜２３を兼用させることも可能である。この場合には、金属薄膜２３の形成工程を省略することが可能である。また、金属薄膜２３の膜厚としては、１μｍ以下の範囲内から設定され、好ましくは１００ｎｍ以下の範囲から選択される。また、金属薄膜２３は、アモルファスカーボン層１１の積層後に形成して、アモルファスカーボン層１１上に形成してもよい。この場合、金属薄膜２３の膜厚は、１０ｎｍ以下の範囲から設定され、好ましくは１ｎｍ以下の範囲から選択される。
【００２１】
アモルファスカーボン層１１は、さまざまなＣＶＤ法、スパッタリング法などの一般的な真空成膜法や、有機溶媒を加熱分解する技術により形成される。アモルファスカーボン層１１を構成する材料は、主に炭素および水素であるが、窒素や酸素などの元素が微量に混入することは許容される。ここで、アモルファスカーボン層１１の膜厚は、１０μｍ以
下の範囲から選択され、好ましくは１μｍ以下の範囲から選択される。
【００２２】
（工程２）
次に、炭化水素ガスを含む雰囲気中において加熱処理が行われる。これにより、図２Ｂに示すように、アモルファスカーボン層１１中に金属粒子１２が含まれた、この実施形態による電子放出膜が形成される。なお、炭化水素ガスを含む雰囲気中における加熱処理については、少なくとも一部の時間において炭化水素ガスを含む雰囲気中で加熱処理が行われる。すなわち、この加熱処理の工程中においては、継続して炭化水素ガスを含む雰囲気としてもよく、工程中の一部の時間のみ炭化水素ガスを含む雰囲気中で加熱処理を行うようにしてもよい。
【００２３】
また、炭化水素ガスの材料は、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ2、Ｃ2Ｈ4、Ｃ2Ｈ6、Ｃ3Ｈ6およびＣ7Ｈ8
などから適宜選択される。また、炭化水素ガスを含む雰囲気は、炭化水素ガスのみであってもよく、炭化水素と、Ｈ2、Ｎ2、Ａｒ、Ｈｅなどのガスとの混合ガスであってもよい。また、この工程２におけるアモルファスカーボン層１１の質について、工程１におけるアモルファスカーボン層１１の質と異なるようにしてもよく、同じであっても良い。
【００２４】
また、金属粒子１２は、この工程２中に、金属薄膜２３の原子がアモルファスカーボン層１１に拡散して形成される。金属粒子１２に関しては、金属薄膜２３の原子が凝集体を形成し、分散して存在していてもよい。
【００２５】
以上のようにして、この実施形態による電子放出膜が形成される。そして、この電子放出膜を設けることによって、電子銃などの電子源、電子放出素子などの電子放出を行う種々の素子を形成することができる。
【００２６】
（電子放出膜）
次に、上述したこの実施形態による電子放出膜を適用した応用例について説明する。この実施形態による電子放出膜は、引き出し電極などと組み合わせて用いることにより、例えば電子放出素子を構成することができる。さらに、例えば、これらの電子放出素子を基体上に複数個配列させることにより、例えば電子源や画像形成装置を構成することができる。
【００２７】
次に、この実施形態による電子放出膜を採用した電子放出素子を用いて構成される表示部としての画像表示装置について説明する。図３に、この実施形態による画像表示装置を示す。
【００２８】
図３に示すように、画像表示装置においては、この実施形態による電子放出素子１２０が並べられて構成される。この電子放出素子１２０には引き出し電極１２１が接続されている。また、この画像表示装置には、フェースプレート１２６および外囲器１２９が設けられている。このフェースプレート１２６は、ガラス基板１２３、蛍光膜１２４およびメタルバック１２５から構成されている。そして、外囲器１２９は、このフェースプレート１２６を用いて、さらに支持枠１２８および電子源基板１２７が設けられて構成されている。なお、この電子源基板１２７は、電子を出射する電子放出素子１２０が複数配置されて構成されている。
【００２９】
引出し電極１２１および陰極電極１２２は、それぞれ行方向配線および列方向配線としての機能を担わせることが可能である。他方、引出し電極１２１および陰極電極１２２に、それぞれ行方向配線および列方向配線を接続させて構成することも可能である。
【００３０】
また、支持枠１２８には、低融点のフリットガラスなどを用いてフェースプレート１２
６が接合されている。また、フェースプレート１２６と電子源基板１２７との間に、スペーサなどの支持体（図示せず）を少なくとも１つ設置させることも可能である。この支持体（スペーサ）を設けることによって、外囲器１２９を大気圧に対して十分な強度を維持させることができる。
【００３１】
画像表示装置は、電子源基板１２７上に縦横に配置された電子放出素子１２０、引出し電極１２１、陰極電極１２２および外囲器１２９から構成される。
【００３２】
図４に蛍光膜１２４の構成の一部を模式的に示す。図４に示すように、この蛍光膜１２４は、発光部材としての蛍光体４１および光吸収部材４２から構成される。蛍光体４１は、表示させたい発光色に対応して規則的に配置される。具体的には、例えば、蛍光体４１は、ｘ方向に、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の順に配置され、ｙ方向に同色の蛍光体４１が配置される。そして、これらの蛍光体４１のうちの必要な蛍光体４１を発光させることによって、ガラス基板１２３の外面に画像が表示される。
【００３３】
また、これらの蛍光体４１は、相互に光吸収部材４２によって仕切られている。この光吸収部材４２が設けられていることにより、カラー表示の場合に必要となる三原色の、それぞれの蛍光体４１での混色を抑制し、コントラストの低下を抑制することができる。
【００３４】
（映像受信表示装置）
次に、この発明の実施形態による情報表示再生装置としての映像受信表示装置について説明する。図５に、この実施形態による映像受信表示装置を示す。なお、この実施形態による映像受信表示装置には、図３に示す画像表示装置が用いられる。
【００３５】
図５に示すように、この実施形態による映像受信表示装置は、放送信号を受信する受信器としての映像情報受信装置５１、画像信号生成回路５２、駆動回路５３および電子放出素子を用いた画像表示装置５４を有して構成されている。
【００３６】
そして、映像情報受信装置５１によって受信された映像情報、文字情報および音声情報の信号（以下、映像情報信号）は、画像信号生成回路５２に供給され、画像信号が生成されて出力される。ここで、映像情報受信装置５１としては、例えば、無線放送、有線放送、インターネットを介した映像放送などを選局しつつ受信可能なチューナなどの受信器を挙げることができる。
【００３７】
その後、画像信号生成回路５２においては、映像情報から画像表示装置５４のそれぞれの画素に対応した画像信号が生成され、駆動回路５３に供給される。そして、駆動回路５３においては、入力された画像信号に基づいて画像表示装置５４に対する印加電圧を制御する。これにより、画像表示装置５４に画像が表示される。以上のようにして、この実施形態による映像受信表示装置が構成され、動作される。
【００３８】
（第１の実施例）
次に、上述した実施形態に基づいた第１の実施例について説明する。図１および図２については、上述した実施形態におけると同様であり、この第１の実施例に関して具体的に説明する。
【００３９】
（工程１）
すなわち、図２Ａに示すように、表面が十分に洗浄された石英基板からなる絶縁性基板２１上に、例えば真空蒸着法により、ＴｉＮ膜を蒸着させることにより、導電膜２２を形成する。この第１の実施例においては、導電膜２２の膜厚は２００ｎｍとする。
【００４０】
次に、例えばスパッタリング法により、導電膜２２上にＰｔを積層させることにより、金属薄膜２３を形成する。この金属薄膜２３の膜厚は、例えば２０ｎｍである。次に、マイクロ波ＣＶＤ法により、金属薄膜２３上にアモルファスカーボンを気相成長させることにより、アモルファスカーボン層１１を形成する。この第１の実施例において、アモルファスカーボン層１１の膜厚は、例えば３０ｎｍである。また、アモルファスカーボン層１１の形成条件としては、使用ガスとして炭化水素ガス（ＣＨ4：Ｈ2＝１：１）が用いられ、基板温度を例えば４５０℃、雰囲気圧を例えば１００Ｔｏｒｒ（１．３３×１０4Ｐａ
）、印加電力を例えば１５０Ｗとする。
【００４１】
（工程２）
次に、Ｃ2Ｈ2：１％Ｈ2／９９％Ａｒ＝１：１で、雰囲気圧が１０Ｔｏｒｒ（１．３３
×１０3Ｐａ）の炭化水素ガス雰囲気中において、５５０℃の基板温度で加熱処理を５時
間行う。これにより、図２Ｂに示すように、Ｐｔがアモルファスカーボン層１１中に熱拡散され、アモルファスカーボン層１１中に金属粒子１２を含んだ電子放出膜２５が形成される。なお、アモルファスカーボン層１１において、金属であるＰｔは凝集球を形成しつつ分散されている。
【００４２】
その後、この第１の実施例による電子放出膜２５のアモルファスカーボンの部分をＲＢＳ／ＨＦＳにより測定したところ、水素含有量が３５原子％であった。また、この第１の実施例による電子放出膜２５の金属粒子を除いたアモルファスカーボン部の膜密度は、Ｘ線反射率測定の結果とＸＰＳによる含有元素比の測定結果から、１．２ｇ/ｃｍ3であることがわかった。また、この第１の実施例の電子放出膜２５の表面付近のＰｔの密度は、ＸＰＳによる含有元素比の測定結果から０．１原子％であることがわかった。
【００４３】
そして、以上のように形成された電子放出膜２５の電子放出特性について測定を行った。図６に、その測定方法の模式図を示す。
【００４４】
図６に示すように、アノード電極６１と電子放出膜２５との間の距離Ｈに所定の電圧Ｖを印加して電子放出特性を測定した。アノード電極６１は、可視光を透過する石英ガラス上に、透明導電薄膜（ＩＴＯ、Indium Tin Oxide）と薄膜蛍光体層とが順次積層されて構成されている。そして、このアノード電極６１においては、石英ガラスを通して発光画像を観測可能に構成されている。また、この第１の実施例においては、Ｈは１００μｍ程度であり、印加電圧Ｖは、０〜５ｋＶである。
【００４５】
また、比較のため、電子放出膜の成膜条件を変えて、金属以外の部分の密度が１．１ｇ／ｃｍ3である比較用の電子放出膜を形成して、同様の電子放出特性を計測した。その結
果、この第１の実施例による電子放出膜２５は比較用の電子放出膜に対して、発光点が約１０００倍向上したことが確認された。すなわち、電子放出部が約１０００倍になったことに相当する効果が得られた。なお、比較用の電子放出膜に関しては、電子放出が不安定であるとともに、電圧の印加後、放電によって電子放出しなくなったことも併せて確認された。
【００４６】
（第２の実施例）
次に、上述の実施形態に基づいた第２の実施例について説明する。なお、この第２の実施例においては、第１の実施例におけると同様の構成については説明を省略する。図７に、この第２の実施例による電子源の製造方法を示す。
【００４７】
（工程１）
まず、図７Ａに示すように、あらかじめ表面が十分に洗浄された例えば石英基板からなる絶縁性基板２１上に、例えば真空蒸着法により窒化チタン（ＴｉＮ）を蒸着させて導電
膜２２を形成する。この第２の実施例においては、導電膜２２の膜厚は例えば２００ｎｍである。次に、例えばマイクロ波ＣＶＤ法により、導電膜２２上にアモルファスカーボン層１１を形成する。この第２の実施例においては、アモルファスカーボン層１１の膜厚は例えば５０ｎｍである。また、アモルファスカーボン層１１の形成条件としては、雰囲気ガスをアセチレン（Ｃ2Ｈ2）：水素（Ｈ2）＝３：１とし、この炭化水素ガスを含む雰囲
気圧を１００Ｔｏｒｒ（１．３３×１０4Ｐａ）とする。また、マイクロ波電力を２００
Ｗ、基板温度を８００℃、基板バイアスを−２００Ｖとする。その後、アモルファスカーボン層１１上に、例えばスパッタリング法によりコバルト（Ｃｏ）を、例えば３ｎｍ程度の膜厚で形成することにより、金属薄膜２３を形成する。
【００４８】
（工程２）
次に、圧力が１０-6Ｔｏｒｒ（１．３３×１０-4Ｐａ）の真空中において、基板温度を６５０℃として、加熱処理を４時間行うことによって、Ｃｏをアモルファスカーボン層１１中に熱拡散させる。続いて、加熱処理を３０分間行うことによって、図７Ｂに示すように、アモルファスカーボン層１１中に金属粒子１２を含んだ電子放出膜２５を形成する。なお、この加熱処理条件の一例を挙げると、雰囲気ガスとしてメタンガス（ＣＨ4）を用
い、圧力を５０Ｔｏｒｒ（６．６７×１０3Ｐａ）、基板温度を６５０℃とした。なお、
アモルファスカーボン層１１中において、金属であるＣｏは、凝集球を形成しつつ分散されている。
【００４９】
この第２の実施例による電子放出膜２５の、金属以外のアモルファスカーボンの部分の水素含有量は、２５原子％であった。また、この第２の実施例による電子放出膜２５において、金属粒子を除いたアモルファスカーボン部分の膜密度は１．８ｇ／ｃｍ3である。
また、この第２の実施例による電子放出膜２５の表面付近の金属であるＣｏの密度は４０原子％である。
【００５０】
また、比較のため、電子放出膜２５の成膜条件を変えて、金属以外の部分の密度が１．９ｇ／ｃｍ3である比較用の電子放出膜を形成して、同様の電子放出特性を計測した。そ
の結果、この第２の実施例による電子放出膜２５は、比較用の電子放出膜に対して、発光点が約１００倍向上したことが確認された。すなわち、電子放出部が約１００倍になったことに相当する効果が得られた。
【００５１】
（第３の実施例）
次に、上述の実施形態に基づいた第３の実施例について説明する。なお、この第３の実施例においては、第１および第２の実施例におけると同様の構成については説明を省略する。図８に、この第３の実施例による電子源の製造方法を示す。
【００５２】
（工程１）
まず、図８Ａに示すように、あらかじめ表面が十分に洗浄された例えば石英基板からなる絶縁性基板２１上に、例えば真空蒸着法によりプラチナ（Ｐｔ）を蒸着させて導電膜２２を形成する。この第３の実施例においては、導電膜２２の膜厚は例えば２００ｎｍである。次に、例えばマイクロ波ＣＶＤ法により、導電膜２２上にアモルファスカーボン層１１を形成する。この第３の実施例においては、アモルファスカーボン層１１の膜厚は例えば３０ｎｍである。また、アモルファスカーボン層１１の形成条件としては、雰囲気ガスをアセチレン（Ｃ2Ｈ2）：水素（Ｈ2）＝１：１とし、この炭化水素ガスを含む雰囲気圧
を５Ｔｏｒｒ（６．６７×１０2Ｐａ）とする。また、マイクロ波電力を２００Ｗ、基板
温度を８００℃、基板バイアスを−２００Ｖとする。
【００５３】
（工程２）
次に、雰囲気ガスとしてメタン（ＣＨ4）：水素（Ｈ2）＝１：１とした炭化水素ガスを
用い、雰囲気圧を１００Ｔｏｒｒ（１．３３×１０4Ｐａ）とした雰囲気中において、基
板温度を６５０℃として加熱処理を８時間行う。これにより、図８Ｂに示すように、Ｐｔがアモルファスカーボン層１１中に熱拡散され、アモルファスカーボン層１１中に金属粒子１２が含有されたこの第３の実施例による電子放出膜２５が形成される。なお、アモルファスカーボン層１１中において、金属であるＰｔは、凝集球を形成しつつ分散されている。
【００５４】
この第３の実施例による電子放出膜２５のアモルファスカーボンの部分における水素含有量は１５原子％である。また、この第３の実施例による電子放出膜２５の金属粒子を除いたアモルファスカーボンの部分の膜密度は１．７ｇ／ｃｍ3である。さらに、この第３
の実施例による電子放出膜２５の表面付近のプラチナ（Ｐｔ）の密度は３原子％である。
【００５５】
また、比較のため、電子放出膜２５の成膜条件を変えて、電子放出膜２５中のアモルファスカーボンの部分の水素含有量が１０原子％となる電子放出膜を形成して、同様の電子放出特性を計測した。その結果、この第３の実施例による電子放出膜２５は、比較用の電子放出膜に対して、発光点が約１００倍向上したことが確認された。すなわち、電子放出部が約１００倍になったことに相当する効果が得られた。
【００５６】
（第４の実施例）
次に、上述の実施形態に基づいた第４の実施例について説明する。なお、この第４の実施例においては、第１乃至第３の実施例におけると同様の構成については説明を省略する。また、この第４の実施例による電子源の製造方法は、第２の実施例におけると同様に、図７に示される。
【００５７】
（工程１）
まず、図７Ａに示すように、あらかじめ表面が十分に洗浄された例えば石英基板からなる絶縁性基板２１上に、例えば真空蒸着法によりタングステン（Ｗ）を蒸着させて導電膜２２を形成する。この第４の実施例においては、この第４の実施例においては、導電膜２２の膜厚は例えば３００ｎｍである。次に、例えばＲＦプラズマＣＶＤ法により、導電膜２２上にアモルファスカーボン層１１を形成する。この第４の実施例においては、アモルファスカーボン層１１の膜厚は例えば８０ｎｍである。また、アモルファスカーボン層１１の形成条件としては、雰囲気ガスとしてメタンガス（ＣＨ4）を用い、雰囲気圧を１０
０ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）とする。また、ＲＦ電力を４００Ｗ、ＲＦ周波数を１３．５６ＭＨｚ、基板温度を４５０℃、基板バイアスを−２００Ｖとする。その後、スパッタリング法により、アモルファスカーボン層１１上にニッケル（Ｎｉ）を３ｎｍの膜厚で積層させることにより、金属薄膜２３を形成する。
【００５８】
（工程２）
次に、圧力が例えば１０-6Ｔｏｒｒ（１．３３×１０-4Ｐａ）の真空中において、基板温度を６５０℃として加熱処理を５時間行うことにより、Ｎｉをアモルファスカーボン層１１中に熱拡散させる。次に、図７Ｂに示すように、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）：１％Ｈ2／
９９％Ａｒ＝１：１の炭化水素ガス雰囲気中において加熱処理を行うことにより、アモルファスカーボン層１１中のＮｉを凝集させる。ここで、加熱処理条件の一例を挙げると、基板温度を６５０℃とし、加熱時間を３０分とする。これにより、アモルファスカーボン層１１中において、金属としてのＮｉは、凝集球を形成しつつ分散される。
【００５９】
この第４の実施例による電子放出膜２５のアモルファスカーボンの部分の水素含有量は４０原子％であった。また、この第４の実施例による電子放出膜２５の金属粒子を除いたアモルファスカーボンの部分の膜密度は１．３ｇ／ｃｍ3である。さらに、この第４の実
施例による電子放出膜２５の表面付近のニッケル（Ｎｉ）の密度は１０原子％である。
【００６０】
また、比較のため、電子放出膜２５の成膜条件を変えて、電子放出膜２５中のアモルファスカーボンの部分の水素含有量が４０原子％以上の４５原子％とした電子放出膜を形成して、同様の電子放出特性を計測した。その結果、この第４の実施例による電子放出膜２５は比較用の電子放出膜に比して、発光点が約１００倍向上したことが確認された。すなわち、電子放出部が約１００倍になったことに相当する効果が得られた。
【００６１】
（第５の実施例）
次に、上述の実施形態および第１乃至第４の実施例に基づいた素子について説明する。すなわち、上述した第１乃至第４の実施例の電子放出膜２５を用いて電子放出素子（図示せず）を形成した。そして、この電子放出素子を例えば７２０×１６０のマトリクス状に配置して、図３に示すような外囲器１２９を作製した。さらに、これを用いて画像表示装置を製造したところ、マトリクス駆動が可能で高精細化された画像表示装置を製造可能となった。
【００６２】
以上、この発明の実施形態および実施例について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた数値、構成要素はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値、構成要素を用いてもよい。
【００６３】
例えば、上述の実施形態において、映像情報受信装置５１に音響装置（図示せず）などを接続して、画像信号生成回路５２、駆動回路５３および画像表示装置５４を有するテレビジョンセットを構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】この発明の実施形態による電子放出膜を示す断面図である。
【図２】この発明の実施形態による電子放出膜の製造方法を説明するための断面図である。
【図３】この発明の実施形態による画像表示装置の構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施形態による画像表示装置の蛍光膜の構成を示す略線図である。
【図５】この発明の実施形態による電子放出素子を用いた映像受信表示装置の概略構成を示す図である。
【図６】この発明の第１の実施例による電子放出膜の電子放出特性を評価する時の評価方法を説明するための略線図である。
【図７】この発明の第２の実施例による電子放出膜の製造方法を説明するための断面図である。
【図８】この発明の第３の実施例による電子放出膜の製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１１ アモルファスカーボン層
１２ 金属粒子
２１ 絶縁性基板
２２ 導電膜
２３ 金属薄膜
２５ 電子放出膜
４１ 蛍光体
４２ 光吸収部材
５１ 映像情報受信装置
５２ 画像信号生成回路
５３ 駆動回路
５４ 画像表示装置
６１ アノード電極
１２０ 電子放出素子
１２１ 電極
１２２ 陰極電極
１２３ ガラス基板
１２４ 蛍光膜
１２５ メタルバック
１２６ フェースプレート
１２７ 電子源基板
１２８ 支持枠
１２９ 外囲器
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子放出膜を備える電子放出素子に関し、特に、テレビ受像機、コンピュータの表示装置、電子線描画装置などに用いられる電子源、画像表示装置、および映像受信表示装置に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、表面伝導型電子放出素子において、電子放出部を有する薄膜がアモルファスカーボンと導電性微粒子とを有する素子としては、特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１に記載された電子放出部は、アモルファスカーボンであり、薄膜部に導電性粒子を有するものである。
【０００３】
また、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の分野においては、ますます低消費電力化が望まれているとともに、ますます高精細化され高輝度化されたＦＰＤが要請されている。
【特許文献１】特開平８−５５５６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、電子放出材料としては、少しでも低電界で所望の電子放出密度が得られるものが求められている。また、ＦＰＤの構成からは、電子放出材料として、幾何形状を均一に制御しやすいものが求められている。
【０００５】
したがって、この発明の目的は、低電界で高放出電流密度が得られるほぼ平坦な電子放出膜を有する電子放出素子、および、この電子放出素子を備えた装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、この発明は、
金属および炭素を含む電子放出膜を有する電子放出素子であって、
前記金属を除いた前記電子放出膜の密度が１．２ｇ／ｃｍ3以上１．８ｇ／ｃｍ3以下であり、
前記電子放出膜における水素含有量が前記電子放出膜を構成する全原子に対し１５原子％以上４０原子％以下である
ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、低電界で高放出電流密度が得られる電子放出素子を提供することができる。そのため、駆動電圧を低減し消費電力を低減することが可能となる。さらに、同表示寸法における高精細化を実現でき、画素寸法が小さくなる場合と比較して放出電流密度を高くできるため、高輝度化されたパネルを提供可能な電子放出素子として使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【０００９】
以下、この発明の前提となる実施形態について図面を用いて説明する。図１に、この実施形態による電子放出膜を示す。図１に示すように、この実施形態による電子放出膜は、水素含有アモルファスカーボンからなるアモルファスカーボン層１１に金属粒子１２が分散されている。
【００１０】
また、この実施形態による電子放出素子は、金属と炭素を含む電子放出膜を備える電子放出素子である。そして、この金属以外の電子放出膜の密度は、１．２ｇ／ｃｍ3以上１
．８ｇ／ｃｍ3以下である。また、電子放出膜中における水素含有量は、電子放出膜を構
成する全原子に対して、１５原子％（atm％）以上４０原子％（atm％）以下である。
【００１１】
また、この電子放出膜の表面から１０ｎｍまでの範囲における上述の金属濃度は、電子放出膜中に含まれる炭素原子数に対して０．１原子％以上４０原子％以下である。なお、電子放出膜の表面から１０ｎｍを超える領域における金属の濃度に関しては、どのような濃度であっても良く、特に限定されるものではない。また、この実施形態による電子放出膜はほぼ平坦であり、具体的には、電子放出が行われる電子放出膜の表面における、表面平均二乗粗さＲｍｓが１０ｎｍ以下の電子放出膜である。
【００１２】
また、この実施形態による電子放出素子に形成された電子放出膜においては、電子放出膜中の電子伝導は、金属および炭素（カーボン）に依存して行われると考えられる。さらに、電子放出膜からの電子放出は、炭素（カーボン）、水素、金属に依存して行われると考えられる。そのため、電子放出膜内における炭素密度が低くなると、電子放出膜自体がスカスカの状態になり、電子放出部としての電子放出膜の表面への電子伝導パスが減少して、電子放出特性が悪化してしまう。他方、電子放出膜内における炭素密度が高くなると、炭素の結晶性が向上して炭素と水素との結合個所が極端に少なくなる。これにより、電子放出に効く混成軌道を形成しにくくなり、結果として、電子放出が行われるサイトが減少し、電子放出特性が悪くなってしまう。
【００１３】
以上のことを勘案すると、この実施形態による電子放出膜中の金属を除いた電子放出膜の密度は、１．２ｇ／ｃｍ3以上１．８ｇ／ｃｍ3以下が望ましい。さらに、電子放出膜中における水素含有率を、１５原子％以上４０原子％以下にすることによって、低電界で高放出の電流密度が得られる電子放出膜を形成することができる。
【００１４】
また、本発明者の知見によれば、電子放出素子にとって有効に機能する電子放出膜としては、表面近傍の金属濃度が、実用的な範囲として、炭素原子数に対して０．１原子％以上４０原子％以下であることが望ましい。これは、電子放出膜の表面付近における金属濃度が、電子放出部数に効いていることに起因すると考えられる。ここで、電子放出膜表面近傍とは、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ法）による測定時に、電子放出膜表面から１０ｎｍまでの範囲である。なお、電子放出膜の表面近傍外、すなわち１０ｎｍよりも深い領域においては、金属濃度が０．１原子％以下であっても４０原子％以上であってもよい。
【００１５】
また、この発明の電子放出素子が備える電子放出膜中の金属を除いた部分は、主成分として炭素と水素とから構成されている。含有される炭素と水素の量に対して、窒素や酸素などの不純物を微量に含有されていてもよいが、炭素や水素の量に対して、同等の量ほど含まれるものではない。さらに電子放出膜の表面は水素により終端（水素終端）され、水素化アモルファスカーボン（α−Ｃ：Ｈ）が構成されている。なお、電子放出膜の膜密度、含有水素量、炭素に対する金属の密度は、一般的な、Ｘ線反射率測定法、ラザフォード散乱分光法（ＲＢＳ）／水素前方散乱法（ＨＦＳ）、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定可能である。
【００１６】
（電子放出膜の製造方法）
以上説明したこの実施形態による電子放出膜の製造方法について以下に説明する。なお、この実施形態による電子放出膜においては、図１に示すように、電子放出膜中に金属粒子１２がある程度凝縮した状態で存在している。また、図１に示す電子放出膜の製造方法について図２を参照しつつ説明する。
【００１７】
（工程１）
すなわち、図２Ａに示すように、まず、表面が十分に洗浄された絶縁性基板２１上に、導電膜２２、金属薄膜２３およびアモルファスカーボン層１１を順次形成する。
【００１８】
ここで、絶縁性基板２１としては、例えば以下のようなものから適宜選択される。例えば、石英ガラス、ナトリウム（Ｎａ）などの不純物の含有量を減少させたガラス、青板ガラス、例えばシリコン（Ｓｉ）基板に酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜を積層させた積層体、
またはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などのセラミックスの絶縁性基板である。
【００１９】
また、導電膜２２としては、化学気相成長（ＣＶＤ）法、蒸着法またはスパッタリング法などの一般的な真空成膜法や、印刷技術が利用されて形成される。ここで、導電膜２２の材料としては、次のような材料から選択的に選ばれる。具体的には、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）などの金属や合金材料が挙げられる。また、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、白金（プラチナ（Ｐｔ））、バナジウム（Ｐｄ）などの金属や合金材料が挙げられる。また、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）、炭化ハフニウム（ＨｆＣ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、炭化タングステン（ＷＣ）などの炭化物を挙げることもできる。さらに、硼化ハフニウム（ＨｆＢ2）、硼化ジルコニウム（ＺｒＢ2）、硼化ランタン（ＬａＢ6）、硼化セレン（ＣｅＢ6）、硼化イットリウム（ＹＢ4）、硼化ガドリニウム（Ｇ
ｄＢ4）などの硼化物を挙げることもできる。また、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ジルコ
ニウム（ＺｒＮ）、窒化ハフニウム（ＨｆＮ）などの窒化物を挙げることもできる。また、Ｓｉ、ゲルマニウム（Ｇｅ）などの半導体などから適宜選択してもよい。また、導電膜２２の膜厚は、１０ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲で設定され、好ましくは１０ｎｍ以上１μｍ以下の範囲から選択される。
【００２０】
金属薄膜２３は、さまざまなＣＶＤ法、蒸着法、スパッタ法などの一般的な成膜法により形成される。金属薄膜２３の形成は、導電膜２２と同一の方法により形成することも、他の方法により形成することも可能である。また、金属薄膜２３の材料は、導電膜２２と同一の材料にすることも、異なる材料にすることも可能であるが、アモルファスカーボン層１１に拡散可能な材料を適宜選択する。この点から、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｎｉから適宜選択するのが好ましい。また、金属薄膜２３を導電膜２２と同一の材料で形成する場合には、導電膜２２に金属薄膜２３を兼用させることも可能である。この場合には、金属薄膜２３の形成工程を省略することが可能である。また、金属薄膜２３の膜厚としては、１μｍ以下の範囲内から設定され、好ましくは１００ｎｍ以下の範囲から選択される。また、金属薄膜２３は、アモルファスカーボン層１１の積層後に形成して、アモルファスカーボン層１１上に形成してもよい。この場合、金属薄膜２３の膜厚は、１０ｎｍ以下の範囲から設定され、好ましくは１ｎｍ以下の範囲から選択される。
【００２１】
アモルファスカーボン層１１は、さまざまなＣＶＤ法、スパッタリング法などの一般的な真空成膜法や、有機溶媒を加熱分解する技術により形成される。アモルファスカーボン層１１を構成する材料は、主に炭素および水素であるが、窒素や酸素などの元素が微量に混入することは許容される。ここで、アモルファスカーボン層１１の膜厚は、１０μｍ以
下の範囲から選択され、好ましくは１μｍ以下の範囲から選択される。
【００２２】
（工程２）
次に、炭化水素ガスを含む雰囲気中において加熱処理が行われる。これにより、図２Ｂに示すように、アモルファスカーボン層１１中に金属粒子１２が含まれた、この実施形態による電子放出膜が形成される。なお、炭化水素ガスを含む雰囲気中における加熱処理については、少なくとも一部の時間において炭化水素ガスを含む雰囲気中で加熱処理が行われる。すなわち、この加熱処理の工程中においては、継続して炭化水素ガスを含む雰囲気としてもよく、工程中の一部の時間のみ炭化水素ガスを含む雰囲気中で加熱処理を行うようにしてもよい。
【００２３】
また、炭化水素ガスの材料は、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ2、Ｃ2Ｈ4、Ｃ2Ｈ6、Ｃ3Ｈ6およびＣ7Ｈ8
などから適宜選択される。また、炭化水素ガスを含む雰囲気は、炭化水素ガスのみであってもよく、炭化水素と、Ｈ2、Ｎ2、Ａｒ、Ｈｅなどのガスとの混合ガスであってもよい。また、この工程２におけるアモルファスカーボン層１１の質について、工程１におけるアモルファスカーボン層１１の質と異なるようにしてもよく、同じであっても良い。
【００２４】
また、金属粒子１２は、この工程２中に、金属薄膜２３の原子がアモルファスカーボン層１１に拡散して形成される。金属粒子１２に関しては、金属薄膜２３の原子が凝集体を形成し、分散して存在していてもよい。
【００２５】
以上のようにして、この実施形態による電子放出膜が形成される。そして、この電子放出膜を設けることによって、電子銃などの電子源、電子放出素子などの電子放出を行う種々の素子を形成することができる。
【００２６】
（電子放出膜）
次に、上述したこの実施形態による電子放出膜を適用した応用例について説明する。この実施形態による電子放出膜は、引き出し電極などと組み合わせて用いることにより、例えば電子放出素子を構成することができる。さらに、例えば、これらの電子放出素子を基体上に複数個配列させることにより、例えば電子源や画像形成装置を構成することができる。
【００２７】
次に、この実施形態による電子放出膜を採用した電子放出素子を用いて構成される表示部としての画像表示装置について説明する。図３に、この実施形態による画像表示装置を示す。
【００２８】
図３に示すように、画像表示装置においては、この実施形態による電子放出素子１２０が並べられて構成される。この電子放出素子１２０には引き出し電極１２１が接続されている。また、この画像表示装置には、フェースプレート１２６および外囲器１２９が設けられている。このフェースプレート１２６は、ガラス基板１２３、蛍光膜１２４およびメタルバック１２５から構成されている。そして、外囲器１２９は、このフェースプレート１２６を用いて、さらに支持枠１２８および電子源基板１２７が設けられて構成されている。なお、この電子源基板１２７は、電子を出射する電子放出素子１２０が複数配置されて構成されている。
【００２９】
引出し電極１２１および陰極電極１２２は、それぞれ行方向配線および列方向配線としての機能を担わせることが可能である。他方、引出し電極１２１および陰極電極１２２に、それぞれ行方向配線および列方向配線を接続させて構成することも可能である。
【００３０】
また、支持枠１２８には、低融点のフリットガラスなどを用いてフェースプレート１２
６が接合されている。また、フェースプレート１２６と電子源基板１２７との間に、スペーサなどの支持体（図示せず）を少なくとも１つ設置させることも可能である。この支持体（スペーサ）を設けることによって、外囲器１２９を大気圧に対して十分な強度を維持させることができる。
【００３１】
画像表示装置は、電子源基板１２７上に縦横に配置された電子放出素子１２０、引出し電極１２１、陰極電極１２２および外囲器１２９から構成される。
【００３２】
図４に蛍光膜１２４の構成の一部を模式的に示す。図４に示すように、この蛍光膜１２４は、発光部材としての蛍光体４１および光吸収部材４２から構成される。蛍光体４１は、表示させたい発光色に対応して規則的に配置される。具体的には、例えば、蛍光体４１は、ｘ方向に、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の順に配置され、ｙ方向に同色の蛍光体４１が配置される。そして、これらの蛍光体４１のうちの必要な蛍光体４１を発光させることによって、ガラス基板１２３の外面に画像が表示される。
【００３３】
また、これらの蛍光体４１は、相互に光吸収部材４２によって仕切られている。この光吸収部材４２が設けられていることにより、カラー表示の場合に必要となる三原色の、それぞれの蛍光体４１での混色を抑制し、コントラストの低下を抑制することができる。
【００３４】
（映像受信表示装置）
次に、この発明の実施形態による情報表示再生装置としての映像受信表示装置について説明する。図５に、この実施形態による映像受信表示装置を示す。なお、この実施形態による映像受信表示装置には、図３に示す画像表示装置が用いられる。
【００３５】
図５に示すように、この実施形態による映像受信表示装置は、放送信号を受信する受信器としての映像情報受信装置５１、画像信号生成回路５２、駆動回路５３および電子放出素子を用いた画像表示装置５４を有して構成されている。
【００３６】
そして、映像情報受信装置５１によって受信された映像情報、文字情報および音声情報の信号（以下、映像情報信号）は、画像信号生成回路５２に供給され、画像信号が生成されて出力される。ここで、映像情報受信装置５１としては、例えば、無線放送、有線放送、インターネットを介した映像放送などを選局しつつ受信可能なチューナなどの受信器を挙げることができる。
【００３７】
その後、画像信号生成回路５２においては、映像情報から画像表示装置５４のそれぞれの画素に対応した画像信号が生成され、駆動回路５３に供給される。そして、駆動回路５３においては、入力された画像信号に基づいて画像表示装置５４に対する印加電圧を制御する。これにより、画像表示装置５４に画像が表示される。以上のようにして、この実施形態による映像受信表示装置が構成され、動作される。
【００３８】
（第１の実施例）
次に、上述した実施形態に基づいた第１の実施例について説明する。図１および図２については、上述した実施形態におけると同様であり、この第１の実施例に関して具体的に説明する。
【００３９】
（工程１）
すなわち、図２Ａに示すように、表面が十分に洗浄された石英基板からなる絶縁性基板２１上に、例えば真空蒸着法により、ＴｉＮ膜を蒸着させることにより、導電膜２２を形成する。この第１の実施例においては、導電膜２２の膜厚は２００ｎｍとする。
【００４０】
次に、例えばスパッタリング法により、導電膜２２上にＰｔを積層させることにより、金属薄膜２３を形成する。この金属薄膜２３の膜厚は、例えば２０ｎｍである。次に、マイクロ波ＣＶＤ法により、金属薄膜２３上にアモルファスカーボンを気相成長させることにより、アモルファスカーボン層１１を形成する。この第１の実施例において、アモルファスカーボン層１１の膜厚は、例えば３０ｎｍである。また、アモルファスカーボン層１１の形成条件としては、使用ガスとして炭化水素ガス（ＣＨ4：Ｈ2＝１：１）が用いられ、基板温度を例えば４５０℃、雰囲気圧を例えば１００Ｔｏｒｒ（１．３３×１０4Ｐａ
）、印加電力を例えば１５０Ｗとする。
【００４１】
（工程２）
次に、Ｃ2Ｈ2：１％Ｈ2／９９％Ａｒ＝１：１で、雰囲気圧が１０Ｔｏｒｒ（１．３３
×１０3Ｐａ）の炭化水素ガス雰囲気中において、５５０℃の基板温度で加熱処理を５時
間行う。これにより、図２Ｂに示すように、Ｐｔがアモルファスカーボン層１１中に熱拡散され、アモルファスカーボン層１１中に金属粒子１２を含んだ電子放出膜２５が形成される。なお、アモルファスカーボン層１１において、金属であるＰｔは凝集球を形成しつつ分散されている。
【００４２】
その後、この第１の実施例による電子放出膜２５のアモルファスカーボンの部分をＲＢＳ／ＨＦＳにより測定したところ、水素含有量が３５原子％であった。また、この第１の実施例による電子放出膜２５の金属粒子を除いたアモルファスカーボン部の膜密度は、Ｘ線反射率測定の結果とＸＰＳによる含有元素比の測定結果から、１．２ｇ/ｃｍ3であることがわかった。また、この第１の実施例の電子放出膜２５の表面付近のＰｔの密度は、ＸＰＳによる含有元素比の測定結果から０．１原子％であることがわかった。
【００４３】
そして、以上のように形成された電子放出膜２５の電子放出特性について測定を行った。図６に、その測定方法の模式図を示す。
【００４４】
図６に示すように、アノード電極６１と電子放出膜２５との間の距離Ｈに所定の電圧Ｖを印加して電子放出特性を測定した。アノード電極６１は、可視光を透過する石英ガラス上に、透明導電薄膜（ＩＴＯ、Indium Tin Oxide）と薄膜蛍光体層とが順次積層されて構成されている。そして、このアノード電極６１においては、石英ガラスを通して発光画像を観測可能に構成されている。また、この第１の実施例においては、Ｈは１００μｍ程度であり、印加電圧Ｖは、０〜５ｋＶである。
【００４５】
また、比較のため、電子放出膜の成膜条件を変えて、金属以外の部分の密度が１．１ｇ／ｃｍ3である比較用の電子放出膜を形成して、同様の電子放出特性を計測した。その結
果、この第１の実施例による電子放出膜２５は比較用の電子放出膜に対して、発光点が約１０００倍向上したことが確認された。すなわち、電子放出部が約１０００倍になったことに相当する効果が得られた。なお、比較用の電子放出膜に関しては、電子放出が不安定であるとともに、電圧の印加後、放電によって電子放出しなくなったことも併せて確認された。
【００４６】
（第２の実施例）
次に、上述の実施形態に基づいた第２の実施例について説明する。なお、この第２の実施例においては、第１の実施例におけると同様の構成については説明を省略する。図７に、この第２の実施例による電子源の製造方法を示す。
【００４７】
（工程１）
まず、図７Ａに示すように、あらかじめ表面が十分に洗浄された例えば石英基板からなる絶縁性基板２１上に、例えば真空蒸着法により窒化チタン（ＴｉＮ）を蒸着させて導電
膜２２を形成する。この第２の実施例においては、導電膜２２の膜厚は例えば２００ｎｍである。次に、例えばマイクロ波ＣＶＤ法により、導電膜２２上にアモルファスカーボン層１１を形成する。この第２の実施例においては、アモルファスカーボン層１１の膜厚は例えば５０ｎｍである。また、アモルファスカーボン層１１の形成条件としては、雰囲気ガスをアセチレン（Ｃ2Ｈ2）：水素（Ｈ2）＝３：１とし、この炭化水素ガスを含む雰囲
気圧を１００Ｔｏｒｒ（１．３３×１０4Ｐａ）とする。また、マイクロ波電力を２００
Ｗ、基板温度を８００℃、基板バイアスを−２００Ｖとする。その後、アモルファスカーボン層１１上に、例えばスパッタリング法によりコバルト（Ｃｏ）を、例えば３ｎｍ程度の膜厚で形成することにより、金属薄膜２３を形成する。
【００４８】
（工程２）
次に、圧力が１０-6Ｔｏｒｒ（１．３３×１０-4Ｐａ）の真空中において、基板温度を６５０℃として、加熱処理を４時間行うことによって、Ｃｏをアモルファスカーボン層１１中に熱拡散させる。続いて、加熱処理を３０分間行うことによって、図７Ｂに示すように、アモルファスカーボン層１１中に金属粒子１２を含んだ電子放出膜２５を形成する。なお、この加熱処理条件の一例を挙げると、雰囲気ガスとしてメタンガス（ＣＨ4）を用
い、圧力を５０Ｔｏｒｒ（６．６７×１０3Ｐａ）、基板温度を６５０℃とした。なお、
アモルファスカーボン層１１中において、金属であるＣｏは、凝集球を形成しつつ分散されている。
【００４９】
この第２の実施例による電子放出膜２５の、金属以外のアモルファスカーボンの部分の水素含有量は、２５原子％であった。また、この第２の実施例による電子放出膜２５において、金属粒子を除いたアモルファスカーボン部分の膜密度は１．８ｇ／ｃｍ3である。
また、この第２の実施例による電子放出膜２５の表面付近の金属であるＣｏの密度は４０原子％である。
【００５０】
また、比較のため、電子放出膜２５の成膜条件を変えて、金属以外の部分の密度が１．９ｇ／ｃｍ3である比較用の電子放出膜を形成して、同様の電子放出特性を計測した。そ
の結果、この第２の実施例による電子放出膜２５は、比較用の電子放出膜に対して、発光点が約１００倍向上したことが確認された。すなわち、電子放出部が約１００倍になったことに相当する効果が得られた。
【００５１】
（第３の実施例）
次に、上述の実施形態に基づいた第３の実施例について説明する。なお、この第３の実施例においては、第１および第２の実施例におけると同様の構成については説明を省略する。図８に、この第３の実施例による電子源の製造方法を示す。
【００５２】
（工程１）
まず、図８Ａに示すように、あらかじめ表面が十分に洗浄された例えば石英基板からなる絶縁性基板２１上に、例えば真空蒸着法によりプラチナ（Ｐｔ）を蒸着させて導電膜２２を形成する。この第３の実施例においては、導電膜２２の膜厚は例えば２００ｎｍである。次に、例えばマイクロ波ＣＶＤ法により、導電膜２２上にアモルファスカーボン層１１を形成する。この第３の実施例においては、アモルファスカーボン層１１の膜厚は例えば３０ｎｍである。また、アモルファスカーボン層１１の形成条件としては、雰囲気ガスをアセチレン（Ｃ2Ｈ2）：水素（Ｈ2）＝１：１とし、この炭化水素ガスを含む雰囲気圧
を５Ｔｏｒｒ（６．６７×１０2Ｐａ）とする。また、マイクロ波電力を２００Ｗ、基板
温度を８００℃、基板バイアスを−２００Ｖとする。
【００５３】
（工程２）
次に、雰囲気ガスとしてメタン（ＣＨ4）：水素（Ｈ2）＝１：１とした炭化水素ガスを
用い、雰囲気圧を１００Ｔｏｒｒ（１．３３×１０4Ｐａ）とした雰囲気中において、基
板温度を６５０℃として加熱処理を８時間行う。これにより、図８Ｂに示すように、Ｐｔがアモルファスカーボン層１１中に熱拡散され、アモルファスカーボン層１１中に金属粒子１２が含有されたこの第３の実施例による電子放出膜２５が形成される。なお、アモルファスカーボン層１１中において、金属であるＰｔは、凝集球を形成しつつ分散されている。
【００５４】
この第３の実施例による電子放出膜２５のアモルファスカーボンの部分における水素含有量は１５原子％である。また、この第３の実施例による電子放出膜２５の金属粒子を除いたアモルファスカーボンの部分の膜密度は１．７ｇ／ｃｍ3である。さらに、この第３
の実施例による電子放出膜２５の表面付近のプラチナ（Ｐｔ）の密度は３原子％である。
【００５５】
また、比較のため、電子放出膜２５の成膜条件を変えて、電子放出膜２５中のアモルファスカーボンの部分の水素含有量が１０原子％となる電子放出膜を形成して、同様の電子放出特性を計測した。その結果、この第３の実施例による電子放出膜２５は、比較用の電子放出膜に対して、発光点が約１００倍向上したことが確認された。すなわち、電子放出部が約１００倍になったことに相当する効果が得られた。
【００５６】
（第４の実施例）
次に、上述の実施形態に基づいた第４の実施例について説明する。なお、この第４の実施例においては、第１乃至第３の実施例におけると同様の構成については説明を省略する。また、この第４の実施例による電子源の製造方法は、第２の実施例におけると同様に、図７に示される。
【００５７】
（工程１）
まず、図７Ａに示すように、あらかじめ表面が十分に洗浄された例えば石英基板からなる絶縁性基板２１上に、例えば真空蒸着法によりタングステン（Ｗ）を蒸着させて導電膜２２を形成する。この第４の実施例においては、この第４の実施例においては、導電膜２２の膜厚は例えば３００ｎｍである。次に、例えばＲＦプラズマＣＶＤ法により、導電膜２２上にアモルファスカーボン層１１を形成する。この第４の実施例においては、アモルファスカーボン層１１の膜厚は例えば８０ｎｍである。また、アモルファスカーボン層１１の形成条件としては、雰囲気ガスとしてメタンガス（ＣＨ4）を用い、雰囲気圧を１０
０ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）とする。また、ＲＦ電力を４００Ｗ、ＲＦ周波数を１３．５６ＭＨｚ、基板温度を４５０℃、基板バイアスを−２００Ｖとする。その後、スパッタリング法により、アモルファスカーボン層１１上にニッケル（Ｎｉ）を３ｎｍの膜厚で積層させることにより、金属薄膜２３を形成する。
【００５８】
（工程２）
次に、圧力が例えば１０-6Ｔｏｒｒ（１．３３×１０-4Ｐａ）の真空中において、基板温度を６５０℃として加熱処理を５時間行うことにより、Ｎｉをアモルファスカーボン層１１中に熱拡散させる。次に、図７Ｂに示すように、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）：１％Ｈ2／
９９％Ａｒ＝１：１の炭化水素ガス雰囲気中において加熱処理を行うことにより、アモルファスカーボン層１１中のＮｉを凝集させる。ここで、加熱処理条件の一例を挙げると、基板温度を６５０℃とし、加熱時間を３０分とする。これにより、アモルファスカーボン層１１中において、金属としてのＮｉは、凝集球を形成しつつ分散される。
【００５９】
この第４の実施例による電子放出膜２５のアモルファスカーボンの部分の水素含有量は４０原子％であった。また、この第４の実施例による電子放出膜２５の金属粒子を除いたアモルファスカーボンの部分の膜密度は１．３ｇ／ｃｍ3である。さらに、この第４の実
施例による電子放出膜２５の表面付近のニッケル（Ｎｉ）の密度は１０原子％である。
【００６０】
また、比較のため、電子放出膜２５の成膜条件を変えて、電子放出膜２５中のアモルファスカーボンの部分の水素含有量が４０原子％以上の４５原子％とした電子放出膜を形成して、同様の電子放出特性を計測した。その結果、この第４の実施例による電子放出膜２５は比較用の電子放出膜に比して、発光点が約１００倍向上したことが確認された。すなわち、電子放出部が約１００倍になったことに相当する効果が得られた。
【００６１】
（第５の実施例）
次に、上述の実施形態および第１乃至第４の実施例に基づいた素子について説明する。すなわち、上述した第１乃至第４の実施例の電子放出膜２５を用いて電子放出素子（図示せず）を形成した。そして、この電子放出素子を例えば７２０×１６０のマトリクス状に配置して、図３に示すような外囲器１２９を作製した。さらに、これを用いて画像表示装置を製造したところ、マトリクス駆動が可能で高精細化された画像表示装置を製造可能となった。
【００６２】
以上、この発明の実施形態および実施例について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた数値、構成要素はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値、構成要素を用いてもよい。
【００６３】
例えば、上述の実施形態において、映像情報受信装置５１に音響装置（図示せず）などを接続して、画像信号生成回路５２、駆動回路５３および画像表示装置５４を有するテレビジョンセットを構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】この発明の実施形態による電子放出膜を示す断面図である。
【図２】この発明の実施形態による電子放出膜の製造方法を説明するための断面図である。
【図３】この発明の実施形態による画像表示装置の構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施形態による画像表示装置の蛍光膜の構成を示す略線図である。
【図５】この発明の実施形態による電子放出素子を用いた映像受信表示装置の概略構成を示す図である。
【図６】この発明の第１の実施例による電子放出膜の電子放出特性を評価する時の評価方法を説明するための略線図である。
【図７】この発明の第２の実施例による電子放出膜の製造方法を説明するための断面図である。
【図８】この発明の第３の実施例による電子放出膜の製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１１ アモルファスカーボン層
１２ 金属粒子
２１ 絶縁性基板
２２ 導電膜
２３ 金属薄膜
２５ 電子放出膜
４１ 蛍光体
４２ 光吸収部材
５１ 映像情報受信装置
５２ 画像信号生成回路
５３ 駆動回路
５４ 画像表示装置
６１ アノード電極
１２０ 電子放出素子
１２１ 電極
１２２ 陰極電極
１２３ ガラス基板
１２４ 蛍光膜
１２５ メタルバック
１２６ フェースプレート
１２７ 電子源基板
１２８ 支持枠
１２９ 外囲器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属および炭素を含む電子放出膜を有する電子放出素子であって、
前記金属を除いた前記電子放出膜の密度が１．２ｇ／ｃｍ3以上１．８ｇ／ｃｍ3以下であり、
前記電子放出膜における水素含有量が前記電子放出膜を構成する全原子に対し１５原子％以上４０原子％以下である
ことを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
前記電子放出膜の表面から１０ｎｍまでの範囲における前記金属の濃度が、前記電子放出膜中に含まれる炭素原子数に対して０．１原子％以上４０原子％以下であることを特徴とする請求項１記載の電子放出素子。
【請求項３】
前記金属が、コバルト、白金、またはニッケルであることを特徴とする請求項１または２記載の電子放出素子。
【請求項４】
前記電子放出膜の表面が水素により終端されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の電子放出素子。
【請求項５】
電子を出射する電子源であって、
請求項１乃至４のいずれか１項記載の電子放出素子を有して構成されている
ことを特徴とする電子源。
【請求項６】
請求項５に記載の電子源と、
発光部材とを有する
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項７】
画像を表示する表示部をさらに有する請求項６に記載の画像表示装置と、
受信した放送信号に含まれる、映像情報、文字情報および音声情報のうちの少なくとも１つの情報を出力する受信器と、
前記受信器から出力された情報を前記表示部に表示させる駆動回路とを有する
ことを特徴とする情報表示再生装置。
【請求項１】
金属および炭素を含む電子放出膜を有する電子放出素子であって、
前記金属を除いた前記電子放出膜の密度が１．２ｇ／ｃｍ3以上１．８ｇ／ｃｍ3以下であり、
前記電子放出膜における水素含有量が前記電子放出膜を構成する全原子に対し１５原子％以上４０原子％以下である
ことを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
前記電子放出膜の表面から１０ｎｍまでの範囲における前記金属の濃度が、前記電子放出膜中に含まれる炭素原子数に対して０．１原子％以上４０原子％以下であることを特徴とする請求項１記載の電子放出素子。
【請求項３】
前記金属が、コバルト、白金、またはニッケルであることを特徴とする請求項１または２記載の電子放出素子。
【請求項４】
前記電子放出膜の表面が水素により終端されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の電子放出素子。
【請求項５】
電子を出射する電子源であって、
請求項１乃至４のいずれか１項記載の電子放出素子を有して構成されている
ことを特徴とする電子源。
【請求項６】
請求項５に記載の電子源と、
発光部材とを有する
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項７】
画像を表示する表示部をさらに有する請求項６に記載の画像表示装置と、
受信した放送信号に含まれる、映像情報、文字情報および音声情報のうちの少なくとも１つの情報を出力する受信器と、
前記受信器から出力された情報を前記表示部に表示させる駆動回路とを有する
ことを特徴とする情報表示再生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−３２４４３（Ｐ２００９−３２４４３Ａ）
【公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９３１６５（Ｐ２００７−１９３１６５）
【出願日】平成１９年７月２５日（２００７．７．２５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月２５日（２００７．７．２５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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