JPH06203742A - 電子放出素子、電子線発生装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 画像形成装置の電子放出源として用いられる
表面伝導形電子放出素子を提供する。 【構成】 基板１１上の電極１２，１３間に電子放出部
を形成する微粒子１６が分散配置された電子放出素子に
おいて、微粒子１６表面に、該微粒子に含有される元素
よりも原子量の大きな元素を含む被覆部材１７を配し、
且つ、該被覆部材が、これを通過する電子の平均自由行
程以上の厚さを有している電子放出素子。 【効果】 電子放出量及び電子放出効率が増大し、且
つ、素子ごとの均一性，再現性が改良される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子放出源として用い
られる冷陰極型の電子放出素子及び該素子を用いた電子
線発生装置並びに画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、簡単な構造で電子の放出が得られ
る素子として、例えばエム アイ エリンソン（Ｍ．
Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ）等によって発表された冷陰極素子
が知られている［ラジオ エンジニアリング エレクト
ロン フィジックス（ＲａｄｉｏＥｎｇ．Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ Ｐｈｙｓ．）第１０巻，１２９０〜１２９６頁，
１９６５年］。

【０００３】これは、基板上に形成された小面積の薄膜
に、膜内に平行に電流を流すことにより、電子放出が生
ずる現象を利用するもので、一般には表面伝導形電子放
出素子と呼ばれている。

【０００４】この表面伝導形電子放出素子としては、前
記エリンソン等により開発されたＳｎＯ₂ （Ｓｂ）薄膜
を用いたもの、Ａｕ薄膜によるもの［ジー・ディトマー
“スイン ソリド フィルムス”（Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅ
ｒ：“Ｔｈｉｎ ＳｏｌｉｄＦｉｌｍｓ”），９巻 ３
１７頁，（１９７２年）］、ＩＴＯ薄膜によるもの［エ
ム ハートウェル アンド シージーフォンスタッド
“アイイーイーイートランス”イーディーコンファレン
ス（Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎｄ Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓ
ｔａｄ；“ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ＥＤ Ｃｏｎ
ｆ．”）５１９頁，（１９７５年）］、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年）］などが報告されている。

【０００５】これらの表面伝導形電子放出素子の典型的
な素子構成を図６に示す。同図において、６２及び６３
は電気的接続を得るための電極、６５は電子放出材料で
形成される薄膜、６１は基板、６６は電子放出部を示
す。

【０００６】従来、これらの表面伝導形電子放出素子に
おいては、電子放出を行う前に予めフォーミングと呼ば
れる通電加熱処理によって電子放出部を形成する。即
ち、前記電極６２と電極６３の間に電圧を印加する事に
より、薄膜６５に通電し、これにより発生するジュール
熱で薄膜６５を局所的に破壊、変形もしくは変質せし
め、電気的に高抵抗な状態にした電子放出部６６を形成
することにより電子放出機能を得ている。

【０００７】なお、電気的に高抵抗状態とは、薄膜６５
の一部に、０．５μｍ〜５μｍの亀裂を有し、かつ亀裂
内が、いわゆる島構造を有する不連続状態膜であって、
空間的に不連続で電気的に連続な膜を形成している。

【０００８】従来、表面伝導形電子放出素子は上述の高
抵抗不連続膜に電極６２，６３により電圧を印加し、素
子表面に電流を流すことにより、上述微粒子より電子を
放出せしめるものである。

【０００９】しかしながら、上記の様な従来の通電加熱
によるフォーミング処理によって製造された電子放出素
子には、次のような問題点があった。 （１）加熱による薄膜の溶融と通電終了による温度低
下、溶融した薄膜の凝固といった過程を経て不連続な電
子放出部を形成するため、電子放出部を構成する島状微
粒子の大きさ、密度、配置、配列といった素子特性に関
わる構造設計は事実上不可能なため、素子の改良が難し
く、素子間のばらつきも生じやすい。 （２）フォーミング工程で発生するジュール熱が大きい
為、素子を形成する基板に多大な影響を与え、素子を構
成する薄膜の材料によっては基板破壊を生じやすく、マ
ルチ化が難しい。 （３）島の材料が金、銀、ＳｎＯ₂ 、ＩＴＯ等に限定さ
れ、仕事関数の小さい材料が使えないため、大電流を得
ることができない。

【００１０】以上のような問題点があるため、表面伝導
形電子放出素子は、素子構造が簡単であるという利点が
あるにもかかわらず、産業上積極的に応用されるには至
っていなかった。

【００１１】本発明者等は上記問題点を鑑みて検討した
結果、特願昭６３−１０７５７０号、特願昭６３−１１
０４８０号に於いて電極間に微粒子膜を配置しこれに通
電処理を施すことにより電子放出部を設ける新規な表面
伝導形電子放出素子を提案した。この新規な電子放出素
子の構成図を図７に示す。

【００１２】同図において、７２及び７３は電極、７５
は微粒子膜、７６は電子放出部、７１は基板である。

【００１３】この電子放出素子の特徴としては次のよう
なことが挙げられる。 （１）微粒子膜７５に非常に少ない電流を流すことで電
子放出部７６を形成できるので素子劣化のない素子が形
成でき、さらに電極の形状を任意に設計できる。 （２）微粒子膜を形成する微粒子自身が電子放出の構成
材となる為、微粒子の材料や形状等の設計が可能とな
り、電子放出特性を変えることができる。 （３）素子の構成材である基板７１や電極の材料の選択
性が広がる。

【００１４】また、従来より、面状に展開した複数の電
子放出素子とこの電子放出素子から放出された電子線の
照射を各々受ける蛍光体ターゲットとを各々相対向させ
た薄形の画像表示装置が存在する。これら電子線ディス
プレイ装置は、基本的に次のような構造からなる。

【００１５】図８は従来のディスプレイ装置の概要を示
すものである。同図において８１は基板、８２は支持
体、８３は素子配線電極、８４は電子放出部、８５は電
子通過孔、８６は変調電極（グリッド電極）、８７はガ
ラス板、８８は画像形成部材で、例えば蛍光体、レジス
ト材等、電子が衝突することにより発光，変色，帯電，
変質等する部材から成る。８９は蛍光体の輝点である。

【００１６】ここで、電子放出部８４は薄膜技術により
形成され、ガラス基板８１とは接触することがない中空
構造を成すものである。素子配線電極８３は電子放出部
材と同一の材料を用いて形成しても、別材料を用いても
良く、一般に融点が高く電気抵抗の小さいものが用いら
れる。支持体８２は絶縁体材料もしくは導電体材料で形
成されている。

【００１７】上記電子線ディスプレイ装置は、素子配線
電極８３に電圧を印加せしめ、中空構造をなす電子放出
部より電子を放出させ、これら電子流を情報信号に応じ
て変調する変調電極８６に電圧を印加することにより電
子を取り出し、取り出した電子を加速させ蛍光体８８に
衝突させるものである。また、素子配線電極８３と変調
電極８６でＸＹマトリックスを形成せしめ、画像形成部
材たる蛍光体８８上に画像表示を行うものである。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】先述したように、図６
に示したような従来の通電加熱処理を必要とする表面伝
導形放出素子では、素子の電子放出部形状の改良が困難
であると共に、素子特性の向上もまた事実上不可能であ
った。具体的には、電子放出効率、放出電流の安定性、
素子ごとの均一性、再現性等、電子放出素子としての基
本的な特性改良が困難であった。また、通電加熱に要す
るパワーが大きいため、電子放出部や基板の劣化が著し
く、かかる素子を複数、面状に展開した電子源への応用
は事実上不可能であった。

【００１９】また、図８に示したような画像表示装置の
電子源として従来の表面伝導形電子放出素子を応用する
と、各素子の電子放出効率の違いにより蛍光体の発光輝
度がばらつき、表示むらを生じていた。

【００２０】即ち、本発明の目的とするところは、上述
のような問題点を解消し得る電子放出素子及び該素子を
用いた電子線発生装置並びに画像形成装置を提供するこ
とにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するために、本発明で講じられた手段は、基板上の電極
間に、電子放出部を形成する微粒子が分散配置された電
子放出素子において、該微粒子表面に、該微粒子に含有
される元素よりも原子量の大きな元素及び／または低仕
事関数材料を含む被覆部材を有し、且つ、該被覆部材
が、該被覆部材を通過する電子の平均自由行程以上の厚
さを有することとした。

【００２２】また、本発明の電子線発生装置では、上記
本発明の電子放出素子の複数と、該電子放出素子から放
出される電子線を情報信号に応じて変調する変調手段と
を有することとした。

【００２３】また、本発明の画像形成装置では、上記本
発明の電子放出素子の複数と、該電子放出素子から放出
される電子線を情報信号に応じて変調する変調手段と、
該電子線の照射により画像を形成する画像形成部材とを
有することとした。

【００２４】以下に本発明の構成要素及び作用について
詳述する。

【００２５】図１に本発明の電子放出素子の一実施態様
を示す上面図を、図２に図１のＡ−Ａ断面の概略的部分
断面図を示す。

【００２６】これらの図において、１１は素子形成基
板、１２，１３は基板１１上に形成された一対の電極、
１４は電極１２，１３間の微小間隔部、１５は電極１
２，１３間に分散配置された微粒子膜、１６は微粒子膜
１５の材料からなり電子放出部を形成している微粒子、
１７は微粒子１６の表面を被覆している被覆部材であ
る。

【００２７】本発明に用いられる素子構成基板１１は、
概平坦な表面を持つものであればいかなる材料のもので
も良いが、導電性の高い材料からなる基板を用いた場合
には素子駆動時に基板を流れる電流が多くなるため、効
率の点で好ましくない。従って、絶縁性材料を用いるこ
とが望ましく、具体的には通常のガラス、ＳｉＯ₂ 薄
膜、シリコン等が適当である。

【００２８】また、電極１２，１３は電子放出部に電圧
を供給するものであり、通常使われる電極材料であれば
いかなるものを用いても良い。更に、微小電極間隔部１
４は０．１μｍ〜１００μｍ程度の範囲が可能である
が、実用的には０．５μｍ〜２０μｍ程度の範囲が好ま
しい。かかる電極の形成方法は通常のリソグラフィー、
印刷等いかなる方法を用いても良い。

【００２９】電極１２，１３間に設ける微粒子膜１５は
本発明の電子放出素子において、通電処理あるいは通電
加熱処理により電子放出部を形成するものであり、かか
る微粒子は粒径が十数Åから数μｍの導電性材料が使用
できる。具体的には、ＬａＢ₆ ，Ｃ₈ Ｂ₆ ，ＹＢ₄ ，Ｇ
ｄＢ₄ 等のホウ化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，Ｔａ
Ｃ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ
等の窒化物、Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｈ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒ
ｅ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ａ
ｌ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｐｂ，Ｐｄ，Ｃａ，Ｂａ等の金
属、等が挙げられるが、これらに限定されるものではな
い。また、上記の微粒子膜の形成方法としては、分散塗
布後焼成を行って微粒子化する、あるいはガスデポジシ
ョン法によって形成する等適当な手法を用いれば良く、
該微粒子膜のシート抵抗は５×１０³ 〜１×１０⁷ Ω／
□程度が望ましい。

【００３０】次に、本発明の特徴であるところの、上記
微粒子表面に付設した被覆部材について詳述する。

【００３１】本発明に係る被覆部材１７は、例えば図２
に示すように電子放出部を形成する微粒子１６の表面を
被覆するように付設される。上記被覆部材には導電体、
半導体、絶縁体等のいかなる材料を用いても構わない
が、本発明においては、特に、電子放出部を構成する微
粒子１６に含有される元素よりも原子量の大きい元素及
び／または低仕事関数材料を含むものが用いられる。

【００３２】かかる被覆部材の材料としては、具体的に
はＲｕ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｔｅ，Ｔａ，
Ｗ，Ｒｅ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｂ，Ｂｉ，Ｃｓ，Ｂａ等の金
属材料及びこれらの化合物が挙げられる。本発明におい
て、例えば、電子放出部にＰｄ微粒子を用いた場合、被
覆部材はＰｄよりも原子量の大きいＰｂ，Ｐｔ等の材料
で形成すれば良い。

【００３３】本発明の電子放出素子では、上記のように
電子放出部を形成する微粒子の表面に、該微粒子材料を
構成している元素よりも原子量の大きい元素を含む材料
からなる被覆部材を設けることにより、高い電子放出効
率を得ることができる。実際、上記被覆部材が電子放出
効率の向上にいかなる役割を果しているかは不明である
が、本発明者等は被覆部材が電子放出部の微粒子表面で
の電子の屈折、回折、あるいは散乱等の効率を向上させ
ているものと考えている。即ち、微粒子膜内で加速され
た電子は、外部から印加された電圧程度のエネルギーを
持って、通電処理，通電加熱処理等により形成された電
子放出部の微粒子に衝突し、屈折、回折あるいは散乱等
の効果により電子放出素子の概鉛直方向に向きを変化さ
せ、素子外部に脱出するものと考えられる。従って、微
粒子材料よりも原子量の大きい材料、即ち原子内部の電
子密度の高い材料を用いて被覆部材を形成することで電
子の放出効率を向上させているものと推測される。

【００３４】また、先述した低仕事関数材料、例えばＣ
ｓ，Ｂａ等の材料を被覆部材に用いた場合には、被覆部
材による屈折、回折あるいは散乱等の効果に加え、微粒
子表面の仕事関数の低下により、より一層、高い電子放
出効率が得られる。

【００３５】本発明において、上記被覆部材の膜厚は、
該被覆部材を通過する電子の平均自由行程以上の厚さを
有する。このことにより、上述した微粒子表面での電子
の屈折、回折、散乱等の効率がより一層高まり、電子放
出量及び電子放出効率を高めることができると共に、電
子放出量の時間的な変動を低減し、放出電流の安定化を
実現できる。

【００３６】一般に、固体内部で運動する電子は固体を
形成する原子の原子核、あるいは電子等に衝突すること
によってその運動エネルギーを失う。その衝突と衝突の
間に電子の進む距離、言い替えれば、固体内部を運動す
る電子がエネルギーを失うことなく進むことのできる距
離を電子の平均自由行程（ｍｅａｎ ｆｒｅｅ ｐａｔ
ｈ）と呼ぶ。

【００３７】電子の平均自由行程は固体を形成する原子
の種類にはあまり依存せず、電子の持っているエネルギ
ーに強く依存しており、数ｅＶ〜数千ｅＶのエネルギー
を持った電子の平均自由行程はほぼ数Åから１００Å程
度である。特に、電子のエネルギーが１００ｅＶ程度の
場合に平均自由行程は極小値をとることが知られてい
る。（Ｇ．Ｓｏｍｅｒｉａｉ，Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｉ
ｎ Ｔｗｏ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ：Ｓｕｒｆａｃｅ
Ｃｏｒｎｅｌｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，
Ｉｔｈａｃａ，Ｎ．Ｙ，１９８１） 従って、本発明に用いられる被覆部材は、電子放出部を
形成する超微粒子材料よりも原子量の大きい材料を用
い、更に放出部を通過する電子の持っているエネルギー
によって決まる平均自由行程以上の厚みを持たせること
で電子放出効率を向上させることが可能となる。

【００３８】電子の平均自由行程の測定方法としては、
Ｘ線を励起光源として固体表面から脱出する電子の運動
エネルギーを測定するＸ線光電子分光（ＸＰＳ）、紫外
線を励起光源とする紫外線光電子分光（ＵＰＳ）、電子
線励起によるオージェ電子の運動エネルギーを測定する
オージェ電子分光（ＡＥＳ）等があげられ、これらよ
り、本発明に用いられる被覆部材中の電子の平均自由行
程を直接測定することができる。

【００３９】また、被覆部材の膜厚は素子の駆動電圧に
よっても異なるが、一般的には数十Åから数百Åが適用
可能であり、本発明においては、上記の電子放出特性の
向上のために、３００Å以上であるのが好ましい。

【００４０】また、本発明に用いられる被覆部材は、必
ずしも連続膜である必要はなく、粒径数十Åから数百Å
の微粒子からなる不連続膜であっても上記と同様の効果
がある。この場合においても、上記不連続膜を構成して
いる膜部分の膜厚は前記平均自由行程以上であり、より
好ましくは被覆部材を構成している微粒子の粒径が前記
平均自由行程以上であるのが望ましい。

【００４１】被覆部材の形成方法は通常の真空蒸着、有
機錯体の塗布焼成、等いかなる手法を用いても良い。ま
た、被覆部材の形成手順としては微粒子膜１５形成後、
直ちに形成する、あるいは通電処理等を行い微粒子１６
から成る不連続な電子放出部を形成した後、形成する等
どちらでも構わない。

【００４２】また、微粒子１６から成る不連続膜部分の
表面を覆う被覆部材の領域の形状（幅や長さ等）を制御
することにより、実効的な電子放出部の形状を容易に制
御することができ、素子ごとの放出電流の均一性，再現
性を向上できる。

【００４３】以上のごとく、本発明による電子放出素子
では、通電処理等により形成されるところの電子放出部
を構成する微粒子の位置、配列等の制御を行うことな
く、電子放出量及び電子放出効率等の素子特性の向上を
図るものであり、これにより、安定且つ再現性良く均一
な素子特性を有する電子放出素子を提供できる。

【００４４】以上述べたように、本発明は相対向する電
極と、該電極間に設けられた不連続な電子放出部からな
る表面伝導形電子放出素子に適用可能であり、従来の連
続膜を通電加熱することにより電子放出部を形成するい
わゆるフォーミング素子、及び電極間に予め不連続膜を
設けてなる表面伝導形電子放出素子、どちらにも応用で
きるものであり、特に、後者の素子に適用した場合に
は、微粒子膜に非常に少ない電流を流すことで電子放出
させることができ、かかる素子を複数面状に展開した電
子源への応用に好適である。

【００４５】更にまた、本発明の電子放出素子を面状に
複数配置した面状電子源を用いた電子線発生装置及び画
像形成装置では、各素子の電子放出効率が向上すると共
に、各素子の素子特性を均一にできるため、低電力駆動
可能で且つ均一な発光輝度を有する画像表示が得られ
る。

【００４６】本発明の画像形成装置において、上記電子
源からの電子線の照射により画像を形成する画像形成部
材としては、従来のように、例えば蛍光体、レジスト材
等、電子が衝突することにより発光，変色，帯電，変質
等する部材を用いることができ、特に、前記電子線の照
射により発光するレッド、グリーン、ブルーの三原色発
光体を用いた場合には、カラー画像の表示が可能とな
る。

【００４７】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００４８】実施例１ 図１は本実施例の素子構成図であり、図２は図１のＡ−
Ａ断面図、図３はその製造方法を示した説明図である。

【００４９】先ず、これらの図を用いて、本実施例の電
子放出素子の製造方法を説明する。

【００５０】．絶縁性基板１１として石英基板を用
い、有機溶剤等により充分洗浄し、真空蒸着技術、フォ
トリソグラフィー技術により電極１２，１３を形成す
る。電極の材料としては導電性を有するものであればど
のようなものであっても構わないが、本実施例ではＮｉ
金属を用いて形成した。この電極間隔１４は、実用的に
は０．５μｍから２０μｍに形成されることが望まし
く、本実施例では６μｍ間隔とし、膜厚は１０００Åと
した（図３（ａ）参照）。

【００５１】．次に、有機パラジウムを電極１２と１
３の間に分散塗布する。有機パラジウムは奥野製薬
（株）ＣＣＰ−４２３０を用いた。

【００５２】微粒子を分散したくないところにはテープ
又はレジスト膜を設け、その後ディッピング法又はスピ
ナー法で有機パラジウムを塗布する。次に、テープ又は
レジスト膜を剥離することにより所定の位置に微粒子膜
１５を作成した。次に、З００℃で１時間焼成し有機パ
ラジウムを分散し、パラジウムと酸化パラジウムの混合
した微粒子膜を形成する。微粒子膜の幅Ｗはどのような
値のものでも構わないが本実施例では１ｍｍとした。こ
のとき、パラジウムと酸化パラジウムの微粒子の径は共
に１０Å〜１５０Åであったが本発明はこれに限るもの
ではない（図３（ｂ）参照）。

【００５３】．こうして得られた素子を１０^-6ｔｏｒ
ｒ〜１０^-7ｔｏｒｒの真空度に維持された真空容器中に
入れ、通電処理を行い電子放出部１６を形成し、電子放
出を行ったところ、電極１２，１３間に印加する電圧が
１４Ｖのとき、素子を流れる電流がほぼ５ｍＡ、素子か
ら放出される電流がほぼ３μＡであった（図３（ｃ）参
照）。

【００５４】こうして得られた電子放出素子の電子放出
部をＳＥＭ観察したところ、粒径５０〜１００Å程度の
不連続な微粒子膜が形成されていた。 ．次に、上記素子のパラジウムを含有する微粒子膜形
成部分に、プラチナの有機錯体溶液を分散塗布し、５０
０℃−１０分間の焼成を行い、プラチナからなる被覆部
材１７を設けて素子を完成した（図３（ｄ）参照）。

【００５５】こうして得られた電子放出素子の電子放出
部をＳＥＭ観察したところ、前記微粒子膜の表面を覆う
ように、被覆部材が形成されており、その膜厚はほぼ３
００Åであった。

【００５６】こうして形成された被覆部材中での電子の
平均自由行程を測定するために、プラチナ膜のＵＰＳ、
ＡＥＳ測定を行ったところ、初速度１０〜２０ｅＶ程度
のエネルギーを持った電子のプラチナ中での平均自由行
程は１００〜１５０Å程度であった。また、本実施例に
おいて作製された電子放出素子の電子放出部表面に形成
されたプラチナ膜の膜厚を測定したところ、ほぼ３００
Åであることが確認された。

【００５７】また、電子放出部の組成分析を行ったとこ
ろ、パラジウムとプラチナが検出され、その強度比か
ら、放出部最表面はプラチナ、内部はパラジウムとなっ
ていることが確認された。

【００５８】上記素子を再度１０^-6〜１０^-7ｔｏｒｒの
真空中に入れ、素子印加電圧１４Ｖとして電子放出させ
たところ、素子電流がほぼ５ｍＡで、放出電流がほぼ１
０μＡであった。また、放出電流の安定性及び経時変化
を測定したところ、放出電流の時間的変動幅はほぼ±３
％以内、１００時間連続駆動後の放出電流の増減はほぼ
−５％という結果が得られた。

【００５９】一方、パラジウムからなる微粒子膜を電子
放出部に用いた素子の場合の放出電流の時間的変動幅は
ほぼ±７％程度であり、前記微粒子膜表面に被覆部材を
形成することで、電子放出効率の向上と共に、放出電流
の安定化も同時に実現できることが示された。

【００６０】実施例２ 図４は本実施例で作製した本発明の素子構成図である。
同図において４１は絶縁性ガラス基板、４２，４３は相
対向する一対の電極、４４は電子放出部を構成する微粒
子からなる不連続膜、４６は本発明の特徴である被覆部
材である。図中不図示ではあるが、通電処理後は微粒子
膜４４は不連続膜となっている。

【００６１】本実施例では、実施例１同様充分脱脂洗浄
したガラス基板４１上に通常のフォトリソグラフィー技
術と真空蒸着技術を用いて、ほぼ２μｍの電極間隔を有
する一対の電極４２，４３を形成した。次に、上記電極
間に有機金属ルテニウム錯体を含有する有機溶媒を回転
塗布した後、４５０℃−１０分間の焼成を行い、電極間
にルテニウム及び酸化ルテニウムからなる微粒子不連続
膜を形成した。更に、上記素子上に有機金属からなる金
を含有する有機溶媒を回転塗布後、４５０℃−１０分間
の焼成を行い素子を完成した。

【００６２】こうして得られた素子をほぼ２×１０^-6ｔ
ｏｒｒの真空度に保たれた真空容器中に入れ、通電処理
を行った後、素子鉛直上方５ｍｍの位置に直流電圧１ｋ
Ｖを印加したアノード電極を設けて素子を駆動し、放出
電流の測定を行ったところ、素子駆動電圧１４Ｖ時に素
子電流６ｍＡ、放出電流１５μＡが得られた。これは、
通常の表面伝導形素子において、放出部材料にルテニウ
ムを用いた場合と比較して、ほぼ５倍程度の放出電流量
であり、素子電流はほぼ同等であることから、およそ５
倍程度の電子放出効率の向上が見られたことになる。

【００６３】また、上記素子の電子放出部の形態及び組
成を実施例１同様に確認したところ、放出部を形成して
いる微粒子は金で被覆されたルテニウム微粒子であるこ
とが確認された。

【００６４】また、被覆部材の膜厚は約３００Åであ
り、該被覆部材を通過する約２０ｅＶのエネルギーを持
った電子の平均自由行程は１５０Å以上であることが確
認された。

【００６５】以上の結果から、本発明は電極間に放出部
材料と被覆部材となる材料を予め積層した後、通電処理
を施しても実施例１と同等の効果があることが確認され
た。

【００６６】実施例３ 本実施例では、本発明に係る被覆部材に低仕事関数材料
であるセシウムを用いた。本実施例の素子作製方法は実
施例１と同様である。また、電子放出部を形成する微粒
子膜も実施例１と同様に有機金属パラジウムの回転塗布
／焼成により形成した。

【００６７】本実施例では、上記素子を５×１０^-8ｔｏ
ｒｒの真空中に入れ、通電処理を行って電子放出素子と
しての機能及び特性確認後、同一真空容器中でセシウム
の蒸着を行った。

【００６８】その結果、セシウム蒸着前の放出電流は１
μＡ以下、電子放出効率０．１％以下であったが、セシ
ウム蒸着後の放出電流は２０μＡ以上、電子放出効率１
０％以上となり、放出電流、放出効率共に激増した。こ
れは、被覆部材による屈折、回折あるいは散乱等の効率
上昇と共にセシウム蒸着による微粒子表面の仕事関数の
低下が有効に働いていることを示している。

【００６９】また、上記素子の電子放出部の形態及び組
成を実施例１同様に確認したところ、放出部を形成して
いる微粒子はセシウムで被覆されたパラジウム微粒子で
あった。また、被覆部材の膜厚は約３００Åであり、該
被覆部材を通過する電子の平均自由行程は１５０Å以上
であることが確認された。

【００７０】実施例４ 図５は、本実施例の画像形成装置を示す構成図である。
本実施例の面状電子源は、実施例１の電子放出素子を複
数配列したもので、特に、電極５０２と電極５０３の間
に電子放出素子を並列に配置した線電子源を複数本基板
に規則正しく設けたものである。

【００７１】同図において、５０１は絶縁性基板、５０
５は微粒子膜、５０６は電子放出部、５０７はグリッド
電極、５０８は電子通過孔であり、上記線電子源を複数
本設けた面状電子源と、該電子源から放出される電子線
を情報信号に応じて変調するグリッド電極５０７により
電子線発生装置が構成されている。

【００７２】また、５０９はアルミニウム材からなるメ
タルバック、５１０は画像形成部材であるところの蛍光
体、５１１はガラス板であり、これらによってフェース
プレート５１３を構成している。尚、５１２は蛍光体の
輝点である。

【００７３】本実施例において、グリッド電極５０７は
複数のライン電極群からなり、面状電子源の電極群と直
角方向に配置される。電子通過孔５０８は電子放出部５
０６のほぼ鉛直上に設けられ、グリッド電極５０７を信
号電極、線電子源群を走査電極として、ＸＹマトリック
ス駆動を行い画像を形成するものである。

【００７４】フェースプレート５１３は透明なガラス板
５１１の上に蛍光体５１０が一様に塗布され、さらにそ
の上にメタルバック５０９を設けたものである。

【００７５】本実施例の画像形成装置に於いて、電極５
０２と電極５０３に１４Ｖの電圧を印加することにより
各電子放出部５０６から電子を放出させ、グリッド電極
５０７に適当な電圧を印加することにより電子を引き出
し蛍光体５１０に電子を衝突させた。尚、本画像形成装
置は、当然ながら真空度１×１０^-5ｔｏｒｒ〜１×１０
^-7ｔｏｒｒの環境下に置かれ、蛍光体に５００〜５００
０Ｖの電圧を印加した。

【００７６】本発明の特徴である被覆部材を設けた電子
放出素子を用いて形成した本実施例の画像形成装置と、
被覆部材を設けない同様の電子放出素子を用いて形成し
た従来の画像形成装置とを比較検討したところ、次のよ
うな結果が得られた。 （１）本実施例の画像形成装置は、各電子放出部から放
出される電流量が、従来装置に比べ２〜３倍増加し、極
めて明るい表示画像が得られた。 （２）本実施例の画像形成装置は、明るさのばらつき及
び各発光輝点のチラツキの少ない良好な表示画像が得ら
れた。 （３）本実施例の画像形成装置は、従来装置より明るい
表示画像が得られるにもかかわらず、消費電力は従来装
置とほぼ同等であった。

【００７７】以上のことから、本発明の電子放出素子を
用いた画像形成装置は、カラー画像、高精細画像を得る
のに好適に用いることができる。

【００７８】以上、本実施例は画像形成装置についての
み説明してきたが、電子ビーム応用装置としては、記録
装置，記憶装置，電子ビーム描画装置等の様々な装置が
あり、本発明は電子放出素子が複数配置された面状電子
源を用いた装置であれば同等の効果がある。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、電子放出部を形成
する微粒子表面に被覆部材を付設した本発明の電子放出
素子及び、該素子を用いて構成した電子線発生装置並び
に画像形成装置は以下の効果を奏する。 （１）電子放出部を構成する微粒子の位置，配列等の制
御を行うことなく、電子放出量及び電子放出効率等の素
子特性を大幅に向上させることができる。 （２）放出電流の時間的変動（ゆらぎ）を低減すること
ができる。 （３）安定且つ再現性良い電子放出素子を提供でき、該
素子を複数面状に展開した電子線発生装置は、均一な電
子放出量が得られる。 （４）画像形成装置として、均一な発光輝度の画像表示
が得られる。 （５）画像形成装置として、低消費電力化が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面伝導形電子放出素子の構成図であ
る。

【図２】図１のＡ−Ａ断面の概略図である。

【図３】実施例１における本発明の電子放出素子の製造
工程を説明するための工程図である。

【図４】実施例２で作製した本発明の電子放出素子の概
略図である。

【図５】本発明の電子放出素子を用いた画像形成装置の
構成図である。

【図６】従来の通電加熱によって作製された電子放出素
子の構成図である。

【図７】従来の微粒子膜を通電処理することにより作製
された電子放出素子の構成図である。

【図８】従来型電子源を用いた画像形成装置の構成図で
ある。

【符号の説明】

１１ 素子形成基板 １２，１３ 電極 １４ 電極間隔部 １５ 微粒子膜 １６ 電子放出部を形成する微粒子 １７ 被覆部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 一郎 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 (72)発明者 鱸 英俊 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 (72)発明者 浜元 康弘 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上の電極間に、電子放出部を形成す
   る微粒子が分散配置された電子放出素子において、該微
   粒子表面に、該微粒子に含有される元素よりも原子量の
   大きな元素を含む被覆部材を有し、且つ、該被覆部材
   が、該被覆部材を通過する電子の平均自由行程以上の厚
   さを有することを特徴とする電子放出素子。
2. 【請求項２】 基板上の電極間に、電子放出部を形成す
   る微粒子が分散配置された電子放出素子において、該微
   粒子表面に、低仕事関数材料を含む被覆部材を有し、且
   つ、該被覆部材が、該被覆部材を通過する電子の平均自
   由行程以上の厚さを有することを特徴とする電子放出素
   子。
3. 【請求項３】 前記被覆部材の厚さが、前記平均自由行
   程以上で、且つ、３００Å以上であることを特徴とする
   請求項１又は２に記載の電子放出素子。
4. 【請求項４】 前記被覆部材が、微粒子で構成される不
   連続膜よりなることを特徴とする請求項１又は２に記載
   の電子放出素子。
5. 【請求項５】 前記被覆部材を構成する微粒子の粒径
   が、前記平均自由行程以上であることを特徴とする請求
   項４記載の電子放出素子。
6. 【請求項６】 請求項１〜５いずれかに記載の電子放出
   素子の複数と、該電子放出素子から放出される電子線を
   情報信号に応じて変調する変調手段とを有することを特
   徴とする電子線発生装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜５いずれかに記載の電子放出
   素子の複数と、該電子放出素子から放出される電子線を
   情報信号に応じて変調する変調手段と、該電子線の照射
   により画像を形成する画像形成部材とを有することを特
   徴とする画像形成装置。
8. 【請求項８】 前記画像形成部材が、前記電子線の照射
   により発光する発光体であることを特徴とする請求項７
   記載の画像形成装置。
9. 【請求項９】 前記画像形成部材が、前記電子線の照射
   により発光するレッド、グリーン、ブルーの三原色発光
   体であることを特徴とする請求項７記載の画像形成装
   置。