JP2000243331A - 冷陰極電子放出素子の駆動方法並びに製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子放出素子の電子放出特性をより安定化す
る。 【解決手段】 通常の駆動電圧がＶ_f 以下の電圧にて駆
動される冷陰極電子放出素子を、通常の駆動に先立ち、
最初に、波高値が波高値がＶ_f 以下の電圧Ｖ_s であるパ
ルス電圧を印加し、その後、波高値がＶ_f 以上の電圧Ｖ
_max となるまで、波高値が変化するパルス電圧を印加
し、波高値がＶ_max であるパルス電圧を１回以上印加し
た後、通常の駆動を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷陰極電子放出素
子の駆動方法及び製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子放出素子としては大別し
て熱電子放出素子と冷陰極電子放出素子を用いた２種類
のものが知られている。冷陰極電子放出素子には電界放
出型（以下、「ＦＥ型」という）、金属／絶縁層／金属
型（以下、「ＭＩＭ型」という）や表面伝導型電子放出
素子型等がある。

【０００３】ＦＥ型の例としてはＷ．Ｐ．Ｄｙｋｅ ＆
Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ， ”Ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉ
ｏｎ”， Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｐｈｙｓｉｃｓ， ８， ８９（１９５６）あるいは
Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ， ”ＰＨＹＳＩＣＡＬ Ｐｒｏ
ｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌ
ｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ
ｍｏｌｙｂｄｅｎｉｕｍｃｏｎｅｓ”， Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）等に開示
されたものが知られている。

【０００４】ＭＩＭ型の例としてはＣ．Ａ．Ｍｅａ
ｄ，”Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｕｎｎｅｌ−Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌｙ．Ｐ
ｈｙｓ．，３２，６４６ （１９６１）等に開示された
ものが知られている。

【０００５】表面伝導型電子放出素子の例としては、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ， Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ．Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓ．，１０，１２９０，（１９６
５）等に開示されたものがある。

【０００６】表面伝導型電子放出素子は、基板上に形成
された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことに
より、電子放出が生ずる現象を利用するものである。こ
の表面伝導型電子放出素子としては、前記エリンソン等
によるＳｎＯ₂ 薄膜を用いたもの［Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓ
ｏｎ， Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ． ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈ
ｙｓ．，１０，１２９０，（１９６５）］、Ａｕ薄膜に
よるもの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ， ”Ｔｈｉｎ Ｓｏｌ
ｉｄ Ｆｉｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ
₂ Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌ
ｌ ａｎｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ， ”ＩＥＥＥ Ｔ
ｒａｎｓ． ＥＤ Ｃｏｎｆ．”，５１９（１９７
５）］、カーボン薄膜によるもの［荒木久 他：真空、
第２６巻、第１号、２２頁（１９８３）］等が報告され
ている。

【０００７】上述のＦＥ型、ＭＩＭ型、表面伝導型等の
電子放出素子は、基板上に多数素子を配列形成できる利
点があり、これらを応用した様々な画像表示装置の提案
がなされている。

【０００８】基板上に形成された小面積の導電性薄膜
に、膜面に平行に電流を流すことにより、導電性薄膜内
に形成された電子放出部より電子を放出する表面伝導型
電子放出素子は、構造が単純で製造も容易であることか
ら、大面積にわたり多数の素子を形成することができ、
例えば画像表示装置等への応用が研究されている。

【０００９】表面伝導型電子放出素子を画像表示装置へ
と応用した例としては、本出願人によるＵＳＰ５，０６
６，８８３や特開平６−３４２６３６号公報等が挙げら
れる。これらの公報では、基板上に設けられた一対の素
子電極とこれら素子電極対に接続する導電膜と、導電膜
内に形成した電子放出部からなる表面伝導型電子放出素
子を２次元的に複数配置し、それぞれの電子放出素子か
ら放出される放出電子を個別に選択するように電気的な
選択手段を設け、入力信号に応じて画像を形成する手段
と製造方法が記載されている。

【００１０】また、本出願人による特開平７−２３５２
５５では、有機物の存在下において表面伝導型電子放出
素子に電圧を印加する等により、電子放出部近傍に炭素
を主成分とする堆積物を形成し、表面伝導型電子放出素
子の電子放出特性を向上させるための手法が開示されて
いる。

【００１１】また、本出願人による特開平７−２３５２
７５では、電子放出素子が形成された環境における有機
物の残留分圧を、１．３×１０^-6Ｐａ以下にするなどの
手段により、電子放出特性を安定化する手法が開示され
ている。

【００１２】また、本出願人による特開平９−２５９７
５３では、２次元的に複数配置したそれぞれの表面伝導
型電子放出素子に対し、有機ガスの分圧が１．３×１０
^-6Ｐａ以下の雰囲気中で、予め通常の駆動電圧の最大値
と、表面伝導型電子放出素子に入り得るノイズ電圧とを
加算した電圧よりも高い電圧パルスを印加することで、
通常駆動時の駆動回路の温度特性や外乱によって発生す
る放出電流の不可逆的な不安定性を抑制し、輝度むらを
低減する手法が開示されている。

【００１３】上述の手法を応用して作成される表面伝導
型電子放出素子を用いた画像表示装置は、従来の他の方
式の画像表示装置よりも優れた特性が期待されている。
例えば、近年普及してきた液晶表示装置と比較しても、
自発光型であるためバックライトを必要としない点や、
視野角が広い点が優れている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、表面
伝導型電子放出素子は構造が単純で製造も容易であり、
また、優れた電子放出特性を有するため、画像形成部材
として螢光体を用いた画像形成装置、例えば、大型の自
発光型フラットディスプレイを構成するのに好適な電子
放出素子である。また、電子源を利用した、各種分析装
置、加工装置等への応用も期待される。このように、画
像形成装置等への応用を考慮すると、電子放出素子に対
しては、期待される電子ビーム量を安定して放出し続け
ることが求められる。更に信頼性の高い画像形成装置や
分析装置等を提供するためには、従来の電子放出素子に
対し、更に安定した電子放出特性を有する電子放出素子
が求められてきた。

【００１５】従って、本発明の目的は、電子放出素子の
電子放出特性を更に安定化する、電子放出素子の駆動方
法並びに製造方法を提供することにある。

【００１６】

【発明を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の駆動方法並びに製造方法は以下の通りであ
る。即ち、本発明の駆動方法は、冷陰極電子放出素子の
駆動方法であり、通常の駆動電圧がＶ_f 以下の電圧にて
駆動される冷陰極電子放出素子の駆動方法であって、通
常の駆動に先立ち、最初に、波高値がＶ_s であるパルス
電圧を印加し、その後、波高値がＶ_f 以上の電圧Ｖ_max
となるまで、波高値が変化するパルス電圧を印加し、波
高値がＶ_max であるパルス電圧を１回以上印加した後、
通常の駆動を行う電子放出素子の駆動方法である。

【００１７】ここで、電圧Ｖ_s はＶ_f 以下、前記電子放
出素子の電子放出しきい値電圧以上の電圧であることが
好ましい。また、前記パルス電圧の波高値がＶ_s からＶ
_max まで変化する間の各パルス電圧の波高値を、Ｎを２
以上の整数として、Ｖ₁ 、Ｖ₂ 、・・・、Ｖ_N とする
時、１≦ｉ＜Ｎなるｉについて、各パルス電圧の波高値
が

【００１８】

【数２】 となっても良い。

【００１９】また、Ｖ_max の波高値で印加される各パル
スの印加時間の合計が、５００μｓｅｃ以上であっても
良く、６０ｓｅｃ以下であっても良く、また、５００μ
ｓｅｃ以上で且つ６０ｓｅｃ以下であっても良い。ま
た、波高値がＶ_s からＶ_max まで変化する間に印加され
る各パルスの印加時間の合計が、５００μｓｅｃ以上で
あっても良く、６０ｓｅｃ以下であっても良く、また、
５００μｓｅｃ以上で且つ６０ｓｅｃ以下であっても良
い。また、波高値がＶ_s からＶ_max まで変化する間に印
加される各パルスの印加時間の合計と、Ｖ_max の波高値
で印加されるパルスの印加時間の合計との和が、５００
μｓｅｃ以上であっても良く、６０ｓｅｃ以下であって
も良く、また、５００μｓｅｃ以上で且つ６０ｓｅｃ以
下であっても良い。

【００２０】また、上記駆動方法が電子放出部に炭素乃
至炭素化合物を有する冷陰極電子放出素子の駆動方法で
あっても良く、基体上に、対向する一対の素子電極と、
該素子電極に連絡して形成された導電性薄膜と、前記一
対の素子電極間の前記導電性薄膜の一部に形成された電
子放出部を有する表面伝導型電子放出素子の駆動方法で
あっても良い。

【００２１】また、本発明の冷陰極素子の製造方法は、
電子放出部を形成する工程と、電子放出部に炭素乃至炭
素化合物を有する膜を形成する工程を有し、前記炭素乃
至炭素化合物を有する膜を形成した後、上記駆動方法を
適用する製造方法である。

【００２２】また、本発明は、表面伝導型電子放出素子
の予備駆動及び製造に好適に適用される。この表面伝導
型電子放出素子の製造方法は、基体上に、対向する一対
の素子電極と該素子電極に連絡する導電性薄膜を形成す
る工程と、前記電極対を介して前記導電性薄膜に通電す
ることにより前記表面伝導型電子放出素子の電子放出部
を形成するフォーミング工程と、前記フォーミング工程
の終了後に、有機物質が存在する環境下で、前記表面伝
導型電子放出素子に通電する活性化工程と、前記活性化
工程の終了後に、前記表面伝導型電子放出素子が存在す
る環境から、前記有機物質の分圧を１×１０^-6Ｐａ以下
まで低減する安定化工程とを有し、この安定化工程後
に、上記駆動方法を適用する製造方法である。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に、上記課題を解決するため
の手段を詳しく説明する。本発明の駆動方法の説明に先
立ち、本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素子が有
する電気特性について説明する。図２に、本発明を適用
可能な表面伝導型電子放出素子の典型的な構成例の概略
図を示す。図２（ａ）は平面型表面伝導型電子放出素子
の平面図、図２（ｂ）は平面型表面伝導型電子放出素子
の断面図、図２（ｃ）は垂直型表面伝導型電子放出素子
の断面図である。図２（ａ）〜（ｃ）中、同一の記号は
同種の構成部材を示す。図２において、１は絶縁性の基
板、２及び３は素子電極、４は素子電極２、３に電気的
に連絡した導電性薄膜、５は導電性薄膜中に形成した電
子放出部、２１は絶縁性の材料からなる段差形成部であ
る。

【００２４】図６は、次に説明する表面伝導型電子放出
素子の電気特性を測定するための測定系を示す概略図で
あり、図６中、図２と同一の記号で示したものは、図２
と同一の構成部材を示す。尚、図６に示す装置は、後述
する表面伝導型電子放出素子の製造工程で使用される場
合もある。ここで、５４は電子放出部５から放出した電
子を捕捉するためのアノード電極、５１は素子電極２、
３間に印加する電圧（以降、素子電圧Ｖ_f と呼ぶ）を発
生するための電源、５０は素子電極２、３間を流れる素
子電流Ｉ_f を計測するための電流計、５３はアノード電
極に印加する高電圧を発生するための高圧電源、５２は
アノード電極に流れる放出電流Ｉ_e を計測するための電
流計、５５は真空槽、５７は真空槽５５と真空ポンプ５
６との間に設けたゲートバルブである。また、当該装置
を後述する活性化工程でも使用する場合は、活性化物質
の収容容器５８と、活性化物質の真空槽への導入量を制
御する制御バルブ５９を有する。

【００２５】表面伝導型電子放出素子の電気特性は、通
常、放出電流Ｉ_e と素子電圧Ｖ_f との関係、並びに、素
子電流Ｉ_f と素子電圧Ｖ_f との関係により代表される。
これらの関係を求めるためには、図６に示すように、表
面伝導型電子放出素子を真空に排気された環境下に配置
し、素子の２ｍｍ〜８ｍｍ上方にアノード電極を配置す
る。そして、アノード電極に対して１００Ｖ〜１０ｋＶ
程度の電圧を印加し、素子電極間には素子電圧Ｖ_f を印
加して、この時流れる素子電流Ｉ_f と放出電流Ｉ_e を計
測する。

【００２６】以上のようにして求めた電気特性の代表的
な例を図７に示す。ここで、放出電流Ｉ_e は素子電流Ｉ
_f に比べて著しく小さいので、任意単位で示している。
なお、縦軸・横軸ともリニアスケールである。図中に示
されるように、表面伝導型電子放出素子はある電圧（し
きい値電圧Ｖ _th）以上の素子電圧Ｖ_f を印加すると、急
激に放出電流Ｉ_e が単調増加し、また、後述する安定化
処理を行った表面伝導型電子放出素子においては、素子
電流Ｉ _f も素子電圧Ｖ_f の増加に伴い急激に単調増加す
る。

【００２７】安定化処理とは、後述する活性化処理時に
見られるような、表面伝導型電子放出素子への通電によ
って電子放出部やその近傍に更に新たな炭素もしくは炭
素化合物が堆積する現象を抑制するため、表面伝導型電
子放出素子周辺の空間に存在する、もしくは表面上に吸
着している、有機ガスの残留量を低減させる処理であ
る。安定化処理の具体的な手法としては、新たな有機ガ
スの流入がない状態で、例えば、真空槽並びに表面伝導
型電子放出素子を加熱しながら真空排気を継続すること
で行うことができる。

【００２８】上述の電気特性について、図７に示した手
法とは異なる表示手法にて、表示した例を図８に示す。
図８に示すグラフの表現方法は、所謂Ｆｏｗｌｅｒ−Ｎ
ｏｒｄｈｅｉｍプロットと呼ばれる表現方法であり、電
子放出素子から放出される電子が電界放出によるもので
ある時、右下がりの直線となる。

【００２９】本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素
子の電気特性を、図８のＦｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉ
ｍプロットで表現すると、図８中に示すように、放出電
流Ｉ _e および素子電流Ｉ_f 共に右下がりの直線となって
表される。尚、素子電流から求めた直線と、放出電流か
ら求めた直線の傾きは、ほぼ同じ値となる。これより、
素子電流Ｉ_f の伝導機構は電界放出によるものであるこ
と、また、Ａ．Ａｓａｉら〔ＳＩＤ Ｉｎｔｌ．Ｓｙｍ
ｐ．Ｄｉｇｅｓｔ Ｔｅｃｈ．Ｐａｐｅｒｓ，１２７
（１９９７）〕によれば、放出電流Ｉ_e は素子電流Ｉ_f
の一部が多重の弾性散乱を行った後にアノード電極へ到
達したものであるから、電界放出による素子電流Ｉ_f の
伝導機構を反映して、放出電流Ｉ_e もＦｏｗｌｅｒ−Ｎ
ｏｒｄｈｅｉｍプロットで右下がりの直線として表され
ることが言える。素子電流Ｉ_f は電界放出によるので、
φを電子放出部の仕事関数とすると、

【００３０】

【数３】 と表すことができる。ここで、αは電子放出領域であ
り、βは電界換算係数であって、電子放出部近傍の形状
を反映するパラメータである。尚、βＶ_f が電界放出を
行う領域の電界強度に相当する。従って、仕事関数φの
値を指定すれば、図８の直線の傾きとｙ軸との切片か
ら、放出領域αと電界換算係数βを得ることができる。

【００３１】ここで、電子放出素子を一定の素子電圧Ｖ
_f で駆動する時、駆動中に仕事関数φと電界換算係数β
が変化しないならば、素子電流Ｉ_f の変動は放出領域α
の変動であるということができる。更に、放出電流Ｉ_e
は素子電流Ｉ_f の一部であるので、放出電流Ｉ_e の変動
は放出領域αの変動に起因すると言ってもよい。詳しく
は後述するが、本発明の駆動方法はこの放出領域αの変
動を抑えることで、放出電流Ｉ_e を安定化させる駆動方
法である。

【００３２】次に、本発明を適用可能な表面伝導型電子
放出素子が有する別の特性である「メモリ特性」につい
て説明する。「メモリ特性」とは、表面伝導型電子放出
素子の電気特性カーブ（放出電流と駆動電圧、並びに素
子電流と駆動電圧の関係）が、それまで経験した印加電
圧の最大値よりも大きな電圧を新たに経験すると、異な
る特性へとシフトし、以降、更に大きな駆動電圧を経験
するまでそれが維持されるという特性である。

【００３３】メモリ特性は、先述した安定化処理を施し
た表面伝導型電子放出素子に顕著に見られる特性であ
る。これを、図９を用いて説明する。図９（ａ）は、表
面伝導型電子放出素子に印加する素子電圧Ｖ_f と、アノ
ード電極にて捕捉される放出電流Ｉ_e との関係を表す図
である。図中、グラフの横軸は素子電圧Ｖ_f を、縦軸は
放出電流Ｉ_e の大きさを表す。図中の電気特性曲線Ａ
は、安定化処理後に初めて印加される素子電圧の最大値
（以降、最大素子電圧Ｖ _max と呼ぶ）がＶ_f3Ｖ_f1である
時の特性曲線であり、同様に、特性曲線ＢはＶ_{ma x} がＶ
_f2（＞Ｖ_f1）の時、特性曲線ＣはＶ_max がＶ_f3（＞
Ｖ_f2）の時の特性曲線である。

【００３４】図で示すように、最大素子電圧がＶ_f1であ
る時、印加電圧がＶ_f1以下であれば、経時劣化が無視で
きる範囲の時間において、素子電圧Ｖ_f と放出電流Ｉ_e
の関係は常に特性曲線Ａ上にある。ところが、ひとたび
Ｖ_f1以上の最大素子電圧、例えばＶ_f2を経験させると、
特性曲線はＢにシフトし、再びＶ_f1以下の素子電圧を印
加しても、放出電流Ｉ_e は特性曲線Ａで得られた時の値
よりも小さな値になる。更に大きな最大素子電圧、例え
ばＶ_f3を経験させると、特性曲線はＣにシフトし同様の
傾向を示す。尚、素子電流Ｉ_f と素子電圧Ｖ_f との関係
においても、同様の特性を有している。

【００３５】上記特性曲線Ａ、Ｂ、Ｃに対応する素子電
流Ｉ_f と素子電圧Ｖ_f の関係をＦｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄ
ｈｅｉｍプロットで表し、その傾きから電界換算係数β
_A 、β_B 、β_C 、を求めたところ、β_A ＞β_B ＞β_C で
あり、更に、β_A Ｖ_f1≒β_BＶ_f2≒β_C Ｖ_f3という結果
が得られる。これは即ち、最大素子電圧Ｖ_max が大きく
なるに伴い、電子放出部近傍の最大電界強度βＶ_max が
一定となるように、電子放出部近傍の形状が変化し、そ
れがβの変化となって現れていることを表している。

【００３６】このように、安定化工程後に、それまで経
験したことの無いＶ_max を初めて経験する時、電子放出
部近傍の形状変化を伴う。尚、一度Ｖ_max を経験した
後、Ｖ _max 以下の素子電圧Ｖ_f にて駆動を行うと、電界
換算係数βの変化はほとんど無く、従って、電子放出部
近傍の形状変化も少ない。また、Ｖ_f ＜Ｖ_max なる素子
電圧で駆動するため、電気放出部近傍に印加される電界
強度βＶ_f は、最大素子電圧印加時に規定される電界強
度βＶ_max よりも低くなる。

【００３７】一方で、電子放出部に炭素ないし炭素化合
物の膜を有する冷陰極電子放出素子、とりわけ、表面伝
導型電子放出素子において、電子放出部が経験する最大
電界強度を維持した状態で駆動を継続すると、強い電界
強度の影響で、駆動に伴い電子放出領域αが減少してい
く。

【００３８】本発明の駆動方法で行われるように、電子
放出素子の駆動を、最大電界強度βＶ_max よりも低い電
界強度で駆動すると、駆動に伴う放出領域αの減少を抑
えることができるため、放出電流Ｉ_e を安定させること
ができる。

【００３９】一方で、安定化工程後に最初に経験するＶ
_max がある値以上（例えば、電子放出しきい値電圧以
上）である時、瞬間的に大きな素子電流Ｉ_f 並びに、放
出電流Ｉ_e が流れる場合がある。この様子を図１０に示
す。図１０（ａ）は、素子電圧Ｖ_f の時間変化であり、
図１０（ｂ）はこれに対応する素子電流Ｉ_f の時間変化
である。なお、図中には示していないが、放出電流Ｉ_e
も素子電流Ｉ_f と同様な傾向を示す。このように、電圧
印加の初期に極めて大きな電流が流れると、電子放出部
近傍にダメージを与え、放出電流の減少や素子の破壊等
を引き起こす場合がある。

【００４０】これに対し、本発明の駆動方法は、上記電
圧印加初期の瞬間的な電流増大を抑制し、最大素子電圧
Ｖ_max を経験させた後、Ｖ_max よりも低い素子電圧で駆
動を行うことで放出電流を安定させる駆動方法である。
以下、図１を用いて本発明の駆動方法を説明する。図１
は、本発明の駆動方法の一例を示す図であり、安定化工
程を経た電子放出素子に対して、通常の駆動に先立ち印
加する、パルス状電圧を示す図である。図で示すよう
に、最初Ｖ_s なる波高値のパルス電圧を印加した後、Ｖ
_max まで、徐々に波高値を上昇させながらパルスを印加
し、パルスの波高値がＶ_max に達した時点で波高値の上
昇を止め、Ｖ_max の波高値で１回以上パルス印加を繰り
返す。この時点までの電圧パルス印加を総称して、以
降、予備駆動と呼ぶ。この予備駆動を行った後、Ｖ_max
よりも低く、且つ電子放出しきい値電圧以上の素子電圧
Ｖ_drv の波高値のパルスで駆動を行うことで、安定して
電子放出を行うことができる。

【００４１】ここで、Ｖ_s の値は最終的な駆動電圧Ｖ
_drv 並びに、活性化時に最終的に印加した電圧よりも低
い電圧であることが好ましい。これにより、従来電圧印
加初期に流れていた大きな電流を抑制することができ
る。なお、Ｖ_s は電子放出しきい値電圧Ｖ_th以上に設定
してもよい。安定化工程後に初めて印加される電圧の値
がＶ_th以下である場合、電圧印加の有無は、予備駆動並
びにその後の電子放出素子の特性にほとんど影響を与え
ないからである。また、波高値をＶ_s からＶ_max まで変
化させる際の、１回毎の波高値の変化量は２０％以内で
あることが好ましい。即ち、波高値がＶ_s からＶ_max ま
でＮ個のパルス、Ｖ₁ ≦Ｖ₂ ≦Ｖ₃ ≦…≦Ｖ _N で構成さ
れるとすると、１≦ｉ≦Ｎ−１なる任意のｉについて、
Ｖ_i+1 ／Ｖ_i≦１．２であることが好ましい。これによ
り、各パルス印加毎の電子放出部近傍における急激な電
界強度の変化を抑え、素子へのダメージを抑制できる。
また、Ｖ_max の値は、表面伝導型電子放出素子を損傷さ
せない程度の値を上限とする。

【００４２】予備駆動中、波高値がＶ_max にて駆動され
る時間の総和、例えば、（パルス幅）×（パルス数）
は、５００μｓｅｃ以上であることが望ましい。これに
より、Ｖ_drv による通常駆動時において放出領域αが安
定し、従って、放出電流Ｉ_e が安定する。また、波高値
がＶ_max にて駆動される時間の総和は、６０ｓｅｃ以下
であることが好ましい。この値以上の時間Ｖ_max による
駆動を行うと、予備駆動中に放出領域αが大きく減少
し、通常駆動時の放出電流Ｉ_e が少なくなってしまうた
めである。尚、波高値がＶ_s からＶ_max まで変化する間
のパルスの印加時間の総和も、５００μｓｅｃ以上で６
０ｓｅｃ以下であることが好ましい。

【００４３】以下、本発明を適用可能な表面伝導型電子
放出素子の構成と作成方法、これを用いた電子源の構
成、並びにこの電子源を用いた画像表示装置について述
べた後、本発明の特徴である予備駆動処理を、上記電子
源並びに画像表示装置に対して適用するための方法につ
いて述べる。

【００４４】＜表面伝導型電子放出素子の構成と製法＞
図２を用いて、本発明を適用可能な表面伝導型電子放出
素子について説明する。本発明を適用し得る表面伝導型
電子放出素子の基本的構成には大別して、平面型及び垂
直型の２つがある。先ず、平面型表面伝導型電子放出素
子について説明する。図２は、本発明を適用可能な平面
型表面伝導型電子放出素子の構成を示す模式図であり、
図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は断面図である。

【００４５】図２において、１は基板、２と３は素子電
極、４は導電性薄膜、５は電子放出部である。基板１と
しては、石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少した
ガラス、ソーダライムガラス、及びソーダライムガラス
にスパッタ法等により形成したＳｉＯ ₂ を積層したガラ
ス基板、アルミナ等のセラミックス基板、並びにＳｉ基
板等を用いることができる。

【００４６】対向する素子電極２、３の材料としては、
一般的な導体材料を用いることができる。これは例えば
Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃ
ｕ、Ｐｄ等の金属或は合金及びＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ
Ｏ₂ 、Ｐｄ−Ａｇ等の金属或は金属酸化物とガラス等か
ら構成されるの印刷導体、Ｉｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ 等の透
明導電体及びポリシリコン等の半導体導体材料等から適
宜選択することができる。

【００４７】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、導電性
薄膜４の形状等は、応用される形態等を考慮して設計さ
れる。素子電極間隔Ｌは、好ましくは数百ｎｍから数百
μｍの範囲とすることができ、より好ましくは、数μｍ
から数十μｍの範囲とすることができる。素子電極長さ
Ｗは、電極の抵抗値、電子放出特性を考慮して、数μｍ
から数百μｍの範囲とすることができる。素子電極２、
３の膜厚ｄは、数十ｎｍから数μｍの範囲とすることが
できる。尚、図２に示した構成だけでなく、基板１上
に、導電性薄膜４、対向する素子電極２、３の順に積層
した構成とすることもできる。

【００４８】導電性薄膜４には、良好な電子放出特性を
得るために、微粒子で構成された微粒子膜を用いるのが
好ましい。その膜厚は、素子電極２、３へのステップカ
バレージ、素子電極２、３間の抵抗値及び後述するフォ
ーミング条件等を考慮して適宜設定されるが、通常は、
数百ｐｍから数百ｎｍの範囲とするのが好ましく、より
好ましくは１ｎｍより５０ｎｍの範囲とするのが良い。
その抵抗値は、Ｒｓが１０² から１０⁷ Ω／□の値であ
る。なおＲｓは、厚さがｔ、幅がｗで長さがｌの薄膜の
抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ（ｌ／ｗ）とおいたときに現れる量
である。本明細書において、フォーミング処理について
は、通電処理を例に挙げて説明するが、フォーミング処
理はこれに限られるものではなく、膜に亀裂を生じさせ
て高抵抗状態を形成する処理を包含するものである。

【００４９】導電性薄膜４を構成する材料は、Ｐｄ、Ｐ
ｔ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆ
ｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｄ等の金属、ＰｄＯ、Ｓ
ｎＯ₂、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 、ＰｂＯ、Ｓｂ₂ Ｏ₃ 等の酸化物、
ＨｆＢ₂ 、ＺｒＢ₂ 、ＬａＢ₆、ＣｅＢ₆ 、ＹＢ₄ 、Ｇ
ｄＢ₄ 等の硼化物、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、Ｔａ、
Ｃ、ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ
等の窒化物、Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体、カーボン等の中か
ら適宜選択される。

【００５０】ここで述べる微粒子膜とは、複数の微粒子
が集合した膜であり、その微細構造は、微粒子が個々に
分散配置した状態あるいは微粒子が互いに隣接、あるい
は重なり合った状態（いくつかの微粒子が集合し、全体
として島状構造を形成している場合も含む）をとってい
る。微粒子の粒径は、０．１ｎｍの数倍から数百ｎｍの
範囲、好ましくは、１ｎｍから２０ｎｍの範囲である。

【００５１】電子放出部５は、導電性薄膜４の一部に形
成された高抵抗の亀裂により構成され、導電性薄膜４の
膜厚、膜質、材料及び後述する通電フォーミング等の手
法等に依存したものとなる。電子放出部５の内部には、
０．１ｎｍの数倍から数十ｎｍの範囲の粒径の導電性微
粒子が存在する場合もある。この導電性微粒子は、導電
性薄膜４を構成する材料の元素の一部、あるいは全ての
元素を含有するものとなる。電子放出部５及びその近傍
の導電性薄膜４には、炭素及び炭素化合物を有すること
もできる。

【００５２】次に、垂直型表面伝導型電子放出素子につ
いて説明する。図２（ｃ）は、本発明の表面伝導型電子
放出素子を適用できる垂直型表面伝導型電子放出素子の
一例を示す模式図である。図２（ｃ）においては、図２
（ａ）ならび（ｂ）に示した部位と同じ部位には図２
（ａ）ならび（ｂ）に付した符号と同一の符号を付して
いる。図において、２１は段差形成部である。基板１、
素子電極２及び３、導電性薄膜４、電子放出部５は、前
述した平面型表面伝導型電子放出素子の場合と同様の材
料で構成することができる。段差形成部２１は、真空蒸
着法、印刷法、スパッタ法等で形成されたＳｉＯ₂ 等の
絶縁性材料で構成することができる。段差形成部２１の
膜厚は、先に述べた平面型表面伝導型電子放出素子の素
子電極間隔Ｌに対応し、数百ｎｍから数十μｍの範囲と
することができる。この膜厚は、段差形成部の製法、及
び、素子電極間に印加する電圧を考慮して設定される
が、数十ｎｍから数μｍの範囲が好ましい。

【００５３】導電性薄膜４は、素子電極２及び３と段差
形成部２１作成後に、該素子電極２、３の上に積層され
る。電子放出部５は、図２（ｃ）においては、段差形成
部２１に形成されているが、作成条件、フォーミング条
件等に依存し、形状、位置ともこれに限られるものでな
い。

【００５４】上述の表面伝導型電子放出素子の製造方法
としては様々な方法があるが、その一例を図３に模式的
に示す。以下、図２及び図３を参照しながら製造方法の
一例について説明する。図３においても、図２に示した
部位と同じ部位には図２に付した符号と同一の符号を付
している。 １）基板１を洗剤、純水および有機溶剤等を用いて十分
に洗浄し、真空蒸着法、スパッタ法等により素子電極材
料を堆積後、例えばフォトリソグラフィー技術を用いて
基板１上に素子電極２、３を形成する（図３（ａ））。 ２）素子電極２、３を設けた基板１に、有機金属溶液を
塗布して、有機金属薄膜を形成する。有機金属溶液に
は、前述の導電性膜４の材料の金属を主元素とする有機
金属化合物の溶液を用いることができる。有機金属薄膜
を加熱焼成処理し、例えば導電性薄膜形状に対応したマ
スクを用いてリフトオフを行う方法や、エッチング等に
よりパターニングし、導電性薄膜４を形成する（図３
（ｃ））。ここでは、有機金属溶液の塗布法を挙げて説
明したが、導電性薄膜４の形成法はこれに限られるもの
でなく、真空蒸着法、スパッタ法、化学的気相堆積法、
分散塗布法、ディッピング法、スピンナー法等を用いる
こともでき、インクジェット法等により直接パターニン
グを行うことも出来る。

【００５５】３）続いて、フォーミング工程を施す。こ
のフォーミング工程の方法の一例として、図６を用いて
真空容器内での通電処理による方法を説明する。図６に
おいて、５５は真空容器であり、ゲートバルブ５７を通
じてターボ分子ポンプやスパッターイオンポンプ、クラ
イオポンプなどからなる真空ポンプ５６により排気され
る。なお、必要に応じてスクロールポンプやロータリー
ポンプ、ソープションポンプ等からなる補助ポンプが設
けられる場合もある。５８は以降で説明する活性化工程
で用いる活性化ガスを収容する容器であり、バリアブル
リークバルブやニードルバルブ等のスローリークバルブ
からなる調節バルブ５９を通じて真空容器５５に接続し
ている。

【００５６】素子電極２、３には電圧印加手段を接続す
る。例えば、図６に示すように、素子電極２をグランド
電位に接続し、素子電極３を電流導入端子を通じて電源
５１に接続する。尚、素子電極２、３間を流れる電流値
をモニターするために、電流計５０を設ける。５４はこ
の後の工程で用いられるアノード電極であり、電流計５
２を通じて高圧電源５３に接続している。

【００５７】真空容器内を排気した後、素子電極２、３
間に、電源５１を用いて通電を行うと、導電性薄膜４の
部位に、構造の変化した電子放出部５が形成される（図
３（ｃ））。通電フォーミングによれば導電性薄膜４に
局所的に破壊、変形もしくは変質等の構造の変化した部
位が形成される。該部位が電子放出部５を構成する。通
電フォーミングの電圧波形の例を図４に示す。電圧波形
は、パルス波形が、好ましい。これにはパルス波高値を
定電圧としたパルスを連続的に印加する図４（ａ）に示
した手法とパルス波高値を増加させながら、電圧パルス
を印加する図４（ｂ）に示した手法がある。

【００５８】図４（ａ）におけるＴ１及びＴ２は電圧波
形のパルス幅とパルス間隔である。通常Ｔ１は１μｓｅ
ｃ〜１０ｍｓｅｃ、Ｔ２は、１０μｓｅｃ〜１０ｍｓｅ
ｃの範囲で設定される。パルスの波高値は、表面伝導型
電子放出素形態に応じて適宜選択される。このような条
件のもと、例えば、数秒から数十分間電圧を印加する。
パルス波形は矩形波に限定されるものではなく、三角波
など所望の波形を採用することができる。

【００５９】図４（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図４
（ａ）に示したのと同様とすることができる。パルスの
波高値は、例えば０．１Ｖステップ程度ずつ、増加させ
ることができる。通電フォーミング処理の終了は、例え
ば導電性薄膜２が局所的に破壊、変形することによって
生じる抵抗値の変化を読み取ることで判断することが出
来、一例として、パルス間隔Ｔ２中に、導電性薄膜２を
局所的に破壊、変形しない程度の電圧を印加し、電流を
測定して検知することができる。例えば０．１Ｖ程度の
電圧印加により流れる素子電流を測定し、抵抗値を求め
て、１ＭΩ以上の抵抗を示した時、通電フォーミングを
終了させる。

【００６０】４）フォーミングを終えた素子には活性化
工程と呼ばれる処理を施すのが好ましい。活性化工程と
は、この工程により、素子電流Ｉ_f 及び放出電流Ｉ_e が
著しく変化する工程である。活性化工程は、例えば、有
機物質のガスを含有する雰囲気下で、通電フォーミング
と同様に、パルスの印加を繰り返すことで行うことがで
きる。パルス電圧としては、図４（ａ）に示した電圧パ
ルスの他、図５に示す両極性の電圧パルスを用いること
ができる。

【００６１】活性化工程時の真空容器内の雰囲気は、例
えば油拡散ポンプやロータリーポンプなどを用いて真空
容器内を排気した場合に雰囲気内に残留する有機ガスを
利用して形成することができる他、イオンポンプなどに
より一旦十分に排気した真空中に適当な有機物質のガス
を導入することによっても得られる。このときの好まし
い有機物質のガス圧は、前述の応用の形態、真空容器の
形状や、有機物質の種類などにより異なるため場合に応
じ適宜設定される。適当な有機物質としては、アルカ
ン、アルケン、アルキンの脂肪族炭化水素類、芳香族炭
化水素類、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、ア
ミン類、フェノール、カルボン、スルホン酸等の有機酸
類等を挙げることが出来、具体的には、メタン、エタ
ン、プロパン等の飽和炭化水素、エチレン、プロピレン
等の不飽和炭化水素、ブタジエン、ｎ−ヘキサン、ｌ−
ヘキセン、ベンゼン、トルエン、Ｏ−キシレン、ベンゾ
ニトリル、トルニトリル、クロロエチレン、トリクロロ
エチレン、メタノール、エタノール、イソプロパノー
ル、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、
メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルアミン、
エチルアミン、酢酸、プロピオン酸等あるいはこれらの
混合物が使用できる。この処理により、雰囲気中に存在
する有機物質から、炭素あるいは炭素化合物が素子上に
堆積し、素子電流Ｉ _f 、及び放出電流Ｉ_e が著しく変化
するようになる。活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉ
_f や放出電流Ｉ_e を測定しながら、適宜行う。なおパル
ス幅、パルス間隔、パルス波高値などは適宜設定され
る。

【００６２】５）このような工程を経て得られた電子放
出素子に対して、安定化工程を行うことが好ましい。こ
の工程は、真空容器内の有機物質を排気する工程であ
る。真空容器を排気する真空排気装置は、装置から発生
するオイル等の有機物質が素子の特性に影響を与えない
ように、オイルを使用しないものを用いるのが好まし
い。具体的には、磁気浮上型ターボ分子ポンプ、クライ
オポンプ、ソープションポンプ、イオンポンプ等の真空
排気装置を挙げることが出来る。

【００６３】前記活性化の工程で、排気装置として油拡
散ポンプやロータリーポンプを用い、これから発生する
オイル成分に由来する有機ガスを用いた場合は、この成
分の分圧を極力低く抑える必要がある。真空容器内の有
機成分の分圧は、上記の炭素及び炭素化合物がほぼ新た
に堆積しない分圧で１×１０^-6Ｐａ以下が好ましく、さ
らには１×１０^-8Ｐａ以下が特に好ましい。さらに真空
容器内を排気するときには、真空容器全体を加熱して、
真空容器内壁や、電子放出素子に吸着した有機物質分子
を排気しやすくするのが好ましい。このときの加熱条件
は、８０〜２５０℃好ましくは１５０℃以上で、できる
だけ長時間処理するのが望ましいが、特にこの条件に限
るものではなく、真空容器の大きさや形状、電子放出素
子の構成などの諸条件により適宜選ばれる条件により行
う。真空容器内の圧力は極力低くすることが必要で、１
×１０^-5Ｐａ以下が好ましく、さらに１×１０^-6Ｐａ以
下が特に好ましい。

【００６４】安定化工程を行った後の、駆動時の雰囲気
は、上記安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが好ま
しいが、これに限るものではなく、有機物質が十分除去
されていれば、真空容器の圧力は多少上昇してもある程
度安定な特性を維持することが出来る。このような真空
雰囲気を採用することにより、新たな炭素あるいは炭素
化合物の堆積を抑制でき、また真空容器や基板などに吸
着したＨ₂ ＯやＯ₂ なども除去でき、結果として素子電
流Ｉ_f 、放出電流Ｉ_e が安定する。

【００６５】６）上記安定化工程を行った後、通常の駆
動を行う前に、素子電極２、３間に先述した予備駆動電
圧パルスを印加する予備駆動工程を行う。以上により、
本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素子の製造工程
を終了する。

【００６６】完成した電子放出素子に対して、素子電極
２、３間に、予備駆動工程で印加したＶ_max 以下の駆動
電圧Ｖ_drv を印加し、電子放出素子の上方に配置したア
ノード電極５４に高圧電源５３を用いて高電圧を印加す
ることで、安定した電子放出を得ることができる。

【００６７】なお、この予備駆動は、通常、製造工程の
最終段階、例えば安定化工程の後または安定化工程の一
環として行われるが、在庫後出荷前のリフレッシュ工程
として、または電子放出素子の使用開始後的適宜のリフ
レッシュモードとして行うことも可能である。

【００６８】

【実施例】以下に、具体的な実施例を挙げて本発明を説
明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものでは
なく、本発明の目的が達成される範囲内で、各要素の置
換えや設計変更がなされたものを包含するものである。 ［実施例１］本実施例は、図２に模式的に示したものと
同様の構成を有する表面伝導型電子放出素子に対して、
本発明の駆動方法を適用した例である。図３に基づき、
本実施例で用いられる電子放出素子の製造方法を説明す
る。

【００６９】工程−ａ（図３の（ａ）） 石英基板からなる基板１を洗浄後、スパッタ法により基
板１上に５ｎｍのＴｉと５０ｎｍのＰｔを堆積した。そ
の後、堆積膜上にフォトレジストを塗布し、素子電極対
２並びに３に対応する形状のパターンを形成した後、エ
ッチングにより不要な部分のＰｔとＴｉを除去し、その
後レジストを除去することで基板１上に素子電極２、３
を形成した。尚、素子電極２、３間の間隔Ｌは３μｍ、
素子電極の長さＷは５００μｍとした。

【００７０】工程−ｂ（図３の（ｂ）） 素子電極２、３を設けた基板１上に、真空蒸着により厚
さ５０ｎｍのＣｒを堆積し、このＣｒ膜に対してフォト
リソグラフィー技術を用いて導電性薄膜を形成する位置
に対応した開口部を形成する。その後、有機Ｐｄ化合物
の溶液（ｃｃｐ−４２３０：奥野製薬（株）製）を塗布
し、大気中で３００℃の加熱処理を施した。 工程−ｃ（図３の（ｃ）） 次に、工程−ｂで形成したＣｒ膜をウエットエッチによ
り除去し、純水で洗浄後乾燥し、導電性薄膜４を形成し
た。

【００７１】以降の工程は、図６に示すように、製造工
程中の電子放出素子を真空容器５５内に配置し、電気的
接続を行った後実施した。図に示すように、素子電極２
はグランド電位に接続し、素子電極３は電流導入端子を
通じて電流計５０並びに素子電圧電源５１に接続してい
る。また、基板１の５ｍｍ上方にアノード電極５４を配
置し、アノード電極５４は電流導入端子を通じて電流計
５２並びに高圧電源５３に接続している。 工程−ｄ 真空容器５５内を、スクロールポンプ（不図示）並びに
磁気浮上型ターボ分子ポンプ５６を用いて、１×１０^-3
Ｐａ以下程度まで排気した後、素子電圧電源５１で発生
させた電圧を素子電極３に印加し、フォーミング処理を
施し電子放出部５を形成した。印加した電圧は図４の
（ｂ）に示すようにパルス状の電圧であり、時間の経過
とともに波高値の漸増するパルスである。パルス幅Ｔ１
は１ｍｓｅｃとし、パルス間隔Ｔ２は１６．７ｍｓｅｃ
とした。フォーミング処理中、パルス波高値が５Ｖに達
した時点で電流計５０を流れる電流値が激減した。その
後、パルス波高値が５．５Ｖになるまでパルス電圧を印
加した後、電圧の印加を停止し、素子電極２、３間の抵
抗値を測定したところ、１ＭΩ以上の値を示したため、
フォーミング処理を終了した。

【００７２】工程−ｅ 真空容器５５内の排気を更に継続し、容器内圧力が１０
^-6Ｐａ以下まで減少した後、スローリークバルブ５９を
調節して、活性化ガス収容容器５８より真空容器５５内
にベンゾニトリルガスを導入して活性化工程を行った。
活性化工程は、活性化ガスを導入した真空容器内圧力が
１０^-4Ｐａになるように調節し、素子電圧電源５１で発
生させた電圧を素子電極３に印加することで行った。印
加した電圧は図５に示すように両極性のパルス状の電圧
であり、Ｖ_fpとＶ_fnの絶対値が等しい一定のパルスであ
る。パルス波高値は１６Ｖとし、パルス幅Ｔ３は１ｍｓ
ｅｃとし、パルス間隔Ｔ４は１６．７ｍｓｅｃとした。
活性化処理は１時間行い、その後電圧の印加を停止し、
活性化ガスの導入を停止して真空容器内より活性化ガス
を排気した。

【００７３】工程−ｆ 不図示のヒーターを用いて真空容器５５全体並びに電子
放出素子を一旦２５０℃に１０時間加熱し更に排気を継
続することで、その後の室温時における真空容器内圧力
を１×１０^-8Ｐａ程度まで低下させた。

【００７４】以上のように、真空容器内圧力を調整した
後、本発明の駆動方法の特徴である予備駆動を行った。
予備駆動時のパルス電圧波形を図１に示す。図１中、Ｖ
_s は１Ｖとし、Ｖ_max は１６Ｖとした。パルス波高値が
Ｖ_s からＶ _max に変化する間、パルス幅は２０μｓｅｃ
とし、パルス間隔は１００ｍｓｅｃとした。また、パル
ス波高値は０．２Ｖステップで１パルス毎に増加させ
た。パルス波高値がＶ_s からＶ_max まで変化する間に印
加された各パルスの印加時間の合計は、５００μｓｅｃ
である。パルス波高値がＶ_max に達した後、波高値をＶ
_max のまま維持してパルス電圧の印加を行った。ここ
で、パルス幅を１００μｓｅｃ、パルス間隔を１００ｍ
ｓｅｃとし、パルス波高値がＶ_max であるパルス電圧を
合計５発印加した。

【００７５】その後、素子電圧をＶ_f ＝１５Ｖに設定し
て駆動を行った。一方、比較のために、全く同様の製法
にて作成した電子放出素子に対して、予備駆動を行わず
に最初から駆動電圧を１５Ｖに設定して駆動を行った。
両者を比較したところ、予備駆動を行った素子は、予備
駆動を行わなかった素子に比べて、駆動中の放出電流並
びに素子電流の減少と変動が少なく安定な電子放出特性
が得られた。

【００７６】尚、電子放出素子の駆動中の素子電流の電
気特性から、放出領域αと電界換算係数βを観測したと
ころ、本発明を適用した電子放出素子は、駆動期間内に
おいて、両者とも変動が少なく安定しており、とりわけ
放出領域αの安定性が、比較対象の電子放出素子に比べ
優れていた。

【００７７】［実施例２］本実施例は、実施例１の工程
−ｆまで同様の工程を行った素子に対して、本発明の駆
動方法を適用した第２の例である。実施例１の安定化工
程（工程−ｆ）まで終了した素子に対し、以下の予備駆
動を適用した。尚、工程−ｄで行われた活性化工程中に
印加するパルス電圧波高値は１５Ｖとした。

【００７８】予備駆動時のパルス電圧波形を図１に示
す。図１中、Ｖ_s は８Ｖとし、Ｖ_max は１５．５Ｖとし
た。パルス波高値がＶ_s からＶ_max に変化する間、パル
ス幅は１ｍｓｅｃとし、パルス間隔は１０ｍｓｅｃとし
た。また、パルス波高値は０．１Ｖステップで８００パ
ルス毎に増加させた。パルス波高値がＶ_s からＶ_max ま
で変化する間に印加された各パルスの印加時間の合計
は、６０ｓｅｃである。

【００７９】パルス波高値がＶ_max に達した後、波高値
をＶ_max のまま維持してパルス電圧の印加を行った。こ
こで、パルス幅を１ｍｓｅｃ、パルス間隔を１０ｍｓｅ
ｃとし、パルス波高値がＶ_max であるパルス電圧を合計
６００００発印加した。パルス波高値がＶ_max であるパ
ルス印加時間の合計は、６０ｓｅｃである。

【００８０】その後、素子電圧をＶ_f ＝１５Ｖに設定し
て駆動を行った。一方、比較のために、全く同様の製法
にて作成した電子放出素子に対して、予備駆動を行わず
に最初から駆動電圧を１５Ｖに設定して駆動を行った。
両者を比較したところ、予備駆動を行った素子は、予備
駆動を行わなかった素子に比べて、駆動中の放出電流並
びに素子電流の減少と変動が少なく安定な電子放出特性
が得られた。

【００８１】尚、電子放出素子の駆動中の素子電流の電
気特性から、放出領域αと電界換算係数βを観測したと
ころ、本発明を適用した電子放出素子は、駆動期間内に
おいて、両者とも変動が少なく安定しており、とりわけ
放出領域αの安定性が、比較対象の電子放出素子に比べ
優れていた。

【００８２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電子放出素子からの放出電流を、長期に渡り安定させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の駆動方法並びに製造方法で使用され
る電圧パルスを説明する図である。

【図２】 本発明を適用可能な電子放出素子を示す概略
平面図、並びに概略断面図である。

【図３】 本発明を適用可能な電子放出素子の製造工程
を示す図である。

【図４】 本発明を適用可能な電子放出素子のフォーミ
ング工程中に使用する電圧パルスを示す図である。

【図５】 本発明を適用可能な電子放出素子の活性化工
程中に使用する電圧パルスを示す図である。

【図６】 本発明を適用可能な電子放出素子の製造なら
びに電気特性の測定に使用する真空装置並びに駆動及び
測定装置を示す図である。

【図７】 本発明を適用可能な電子放出素子の電気特性
を示す図である。

【図８】 本発明を適用可能な電子放出素子の電気特性
を示す図である。

【図９】 本発明を適用可能な電子放出素子のメモリ特
性を説明する図である。

【図１０】 本発明を適用可能な電子放出素子に電圧を
印加した際の素子電流の変化を説明する図である。

【符号の説明】

１：基板、２及び３：素子電極、４：導電性薄、５：電
子放出部、２１：段差形成部、５０：電流計、５１：電
源、５２：電流計、５３：高圧電源、５４：アノード電
極、５５：真空容器、５６：真空ポンプ、５７：ゲート
バルブ、５８：活性化ガス収容容器、５９：スローリー
クバルブ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 敬介 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 Ｆターム(参考） 5C036 EE01 EE02 EE14 EF01 EF06 EF09 EG12 EG48 EH26 5C080 AA08 BB05 CC03 DD05 DD29 FF10 HH17 JJ04 JJ06 KK02 KK43

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通常の駆動電圧としてＶ_f 以下の電圧を
   印加される冷陰極電子放出素子の駆動方法であって、 通常の駆動に先立ち、最初に、波高値がＶ_s であるパル
   ス電圧を印加し、その後、波高値がＶ_s 及びＶ_f より高
   い電圧Ｖ_max となるまで、波高値が変化するパルス電圧
   を印加し、 波高値がＶ_max であるパルス電圧を１回以上印加した
   後、 通常の駆動を行うことを特徴とする、電子放出素子の駆
   動方法。
2. 【請求項２】 前記電圧Ｖ_s がＶ_f 以下の電圧であるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子の駆動方
   法。
3. 【請求項３】 前記パルス電圧波高値Ｖ_s が、前記電子
   放出素子の電子放出しきい値電圧以上であることを特徴
   とする請求項１に記載の電子放出素子の駆動方法。
4. 【請求項４】 前記パルス電圧の波高値がＶ_s からＶ
   _max まで変化する間の各パルス電圧の波高値を、Ｎを２
   以上の整数として、Ｖ₁ 、Ｖ₂ 、・・・、Ｖ_Nとする
   時、１≦ｉ＜Ｎなるｉについて、各パルス電圧の波高値
   が 【数１】 の関係を満たすことを特徴とする請求項２または３に記
   載の電子放出素子の駆動方法。
5. 【請求項５】 波高値がＶ_max である単数または複数個
   のパルスの印加時間の合計が、５００μｓｅｃ以上であ
   ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載
   の電子放出素子の駆動方法。
6. 【請求項６】 波高値がＶ_max である単数または複数個
   のパルスの印加時間の合計が、６０ｓｅｃ以下であるこ
   とを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の電
   子放出素子の駆動方法。
7. 【請求項７】 波高値がＶ_s からＶ_max まで変化する間
   に印加される各パルスの印加時間の合計が、５００μｓ
   ｅｃ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれ
   か１つに記載の電子放出素子の駆動方法。
8. 【請求項８】 波高値がＶ_s からＶ_max まで変化する間
   に印加される各パルスの印加時間の合計が、６０ｓｅｃ
   以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１
   つに記載の電子放出素子の駆動方法。
9. 【請求項９】 波高値がＶ_s からＶ_max まで変化する間
   に印加される各パルスの印加時間の合計が、５００μｓ
   ｅｃ以上で且つ６０ｓｅｃ以下であることを特徴とする
   請求項１〜４のいずれか１つに記載の電子放出素子の駆
   動方法。
10. 【請求項１０】 波高値がＶ_s からＶ_max まで変化する
    間に印加される各パルスの印加時間の合計と、Ｖ_max の
    波高値で印加される単数または複数個のパルスの印加時
    間の合計との和が、５００μｓｅｃ以上であることを特
    徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の電子放出
    素子の駆動方法。
11. 【請求項１１】 波高値がＶ_s からＶ_max まで変化する
    間に印加される各パルスの印加時間の合計と、Ｖ_max の
    波高値で印加される単数または複数個のパルスの印加時
    間の合計との和が、６０ｓｅｃ以下であることを特徴と
    する請求項１〜４のいずれか１つに記載の電子放出素子
    の駆動方法。
12. 【請求項１２】 波高値がＶ_s からＶ_max まで変化する
    間に印加される各パルスの印加時間の合計と、Ｖ_max の
    波高値で印加される単数または複数個のパルスの印加時
    間の合計との和が、５００μｓｅｃ以上で且つ６０ｓｅ
    ｃ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか
    １つに記載の電子放出素子の駆動方法。
13. 【請求項１３】 前記冷陰極電子放出素子が、基体上
    に、対向する一対の素子電極と、該素子電極に連絡して
    形成された導電性薄膜と、前記一対の素子電極間の前記
    導電性薄膜の一部に形成された電子放出部を有する表面
    伝導型電子放出素子であることを特徴とする請求項１〜
    １２のいずれか１つに記載の電子放出素子の駆動方法。
14. 【請求項１４】 前記冷陰極電子放出素子が、電子放出
    部に炭素乃至炭素化合物を有する冷陰極電子放出素子で
    あることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つに
    記載の電子放出素子の駆動方法。
15. 【請求項１５】 冷陰極電子放出素子の製造方法であっ
    て、 電子放出部を形成する工程と、電子放出部に炭素乃至炭
    素化合物を有する膜を形成する工程を有し、 前記炭素乃至炭素化合物を有する膜を形成した後、請求
    項１〜１２のいずれか１つに記載の駆動方法による通電
    を行うことを特徴とする冷陰極電子放出素子の製造方
    法。
16. 【請求項１６】 冷陰極電子放出素子の１種である表面
    伝導型電子放出素子の製造方法であって、 基体上に、対向する一対の素子電極と、該素子電極に連
    絡する導電性薄膜を形成する工程と、 前記電極対を介して前記導電性薄膜に通電することによ
    り前記表面伝導型電子放出素子の電子放出部を形成する
    フォーミング工程と、 前記フォーミング工程の終了後に、有機物質が存在する
    環境下で、前記表面伝導型電子放出素子に通電する活性
    化工程と、 前記活性化工程の終了後に、前記表面伝導型電子放出素
    子が存在する環境から、前記有機物質の分圧を１×１０
    ^-6Ｐａ以下まで低減する安定化工程とを有し、前記安定
    化工程後に、請求項１〜１２のいずれか１つに記載の駆
    動方法による通電を行うことを特徴とする冷陰極電子放
    出素子の製造方法。