JPH09298031A

JPH09298031A - 電子放出素子、電子源、画像形成装置及び電子放出素子の製造方法

Info

Publication number: JPH09298031A
Application number: JP10935496A
Authority: JP
Inventors: Tamayo Hiroki; 珠代廣木; Akiyoshi Ishizaki; 明美石崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-04-30
Filing date: 1996-04-30
Publication date: 1997-11-18

Abstract

(57)【要約】【課題】電子放出部の形成される位置や形状の制御が
不十分。【解決手段】少なくとも一部に電子放出部15が形成さ
れた導電性薄膜14を有する電子放出素子において、導電
性薄膜14には他の領域とは抵抗値の異なる又は開口され
た一又は二以上の電気的特異点16を有し、電気的特異点
16を基準として電子放出部15が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面伝導型電子放
出素子、該電子放出素子を用いた電子源、該電子源を用
いた画像形成装置及び該電子放出素子の製造方法に関す
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
放出素子等がある。ＦＥ型の例としては W. P. Dyke&W.
W. Dolan、"Field emission"、Advance in Electron Phys
ics、8、89（1956）あるいはC.A.Spindt,"PHYSICAL Prop
erties of thin-film field emission cathodeswith mo
lybdenum cones",J.Appl.Phys.,47,5248(1976) 等に開
示されたものが知られている。

【０００３】ＭＩＭ型の例としてはC. A. Mead、"Operat
ion of Tunnel-Emission Devices"、J. Apply. Phys. 、3
2、646 （1961）等に開示されたものが知られている。

【０００４】表面伝導型電子放出素子型の例としては、
M. I. Elinson、Radio Eng. Electron Pys. 、10、1290,
（1965 ）等に開示されたものがある。

【０００５】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、Ａｕ薄膜によるもの
［G. Dittmer:"Thin Solid Films"、9、317(1972)］、In ₂O
₃/SnO₂薄膜によるもの［M. Hartwell and C. G. Fonsta
d:"IEEE Trans. ED Conf. "、519(1975)］、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。

【０００６】これらの表面伝導型電子放出素子の典型的
な例として前述のＭ．ハートウェルの素子構成を図２４
に模式的に示す。同図において１は基板である。４は導
電性薄膜で、Ｈ型形状のパターンに、スパッタで形成さ
れた金属酸化物薄膜等からなり、通電フォーミングと呼
ばれる通電処理により電子放出部５が形成される。尚、
図中の素子電極間隔Ｌは、0.5 〜1 ｍｍ、Ｗ’は、0.1
ｍｍで設定されている。

【０００７】表面伝導型電子放出素子としては、上記の
構成の他に、本出願人は、例えば特開平7-235255号公報
に開示されているように、電子放出部を含む導電性薄膜
を、素子電極とは別の、適当な材質により形成した構成
のものを報告している。この中で、導電性薄膜の形成手
法の好ましい例として、有機金属化合物の溶液を塗布・
乾燥後加熱焼成して有機成分を熱分解し、除去し、金属
もしくは金属酸化物とする手法が開示されている。

【０００８】この素子の構成の一例を図２３に模式的に
示す。図２３(a)は平面図を、図２３(b)は断面図を示し
ている。図中、２，３は導電性薄膜とは別に形成された
一対の素子電極である。

【０００９】従来、これらの表面伝導型電子放出素子に
おいては、電子放出を行う前に導電性薄膜４に予め通電
フォーミングと呼ばれる通電処理によって電子放出部５
を形成するのが一般的であった。ここで、通電フォーミ
ングとは前記導電性薄膜４の両端（素子電極を有する場
合には、両素子電極２，３間）に直流電圧あるいは非常
にゆっくりとした昇電圧、例えば1V/分程度、あるいは
パルス電圧を印加通電し、導電性薄膜を局所的に破壊、
変形もしくは変質せしめ、電気的に高抵抗な状態にした
電子放出部５を形成することである。尚、電子放出部５
は導電性薄膜４の一部に亀裂が発生しその亀裂付近から
電子放出が行われる。前記通電フォーミング処理をした
表面伝導型電子放出素子は、上述の導電性薄膜４に電圧
を印加し、素子に電流を流すことにより、上述の電子放
出部５より電子を放出せしめるものである。

【００１０】上述の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
素子を配列形成できる利点がある。そこで、この特徴を
生かせるような、いろいろな応用が研究されている。例
えば、荷電ビーム源、表示装置等があげられる。多数の
表面伝導型電子放出素子を配列形成した例としては、後
述する様に、並列に表面伝導型電子放出素子を配列し、
個々の素子の両端を配線（共通配線とも呼ぶ）で、それ
ぞれ結線した行を多数行配列した電子源があげられる
（例えば、特開平1-31332号公報、特開平1-283749号公
報、特開平2-257552号公報等）。また、特に表示装置等
の画像形成装置においては、近年、液晶を用いた平板型
表示装置が、ＣＲＴに替わって、普及してきたが、自発
光型でないため、バックライトを持たなければならない
等の問題点があり、自発光型の表示装置の開発が望まれ
てきた。自発光型表示装置としては、表面伝導型電子放
出素子を多数配置した電子源と電子源より放出された電
子によって、可視光を発光せしめる蛍光体とを組み合わ
せた表示装置である画像形成装置が挙げられる（例え
ば、米国特許第5066883号）。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】電子放出素子を実際の
用途に応用しようとする場合、多数の電子放出素子が同
じ特性を示すこと、すなわち特性の再現性がよいことが
求められる。また、多数の電子放出素子を配置して電子
源を構成する場合、例えば、画像形成装置に用いる場
合、品位の良い画像を表示するためには、それらの電子
放出素子が均一な特性を有することが求められる。

【００１２】しかしながら、従来の表面伝導型電子放出
素子においては、上述のような通電フォーミングにより
電子放出部の形成を行ったものでは、電子放出部の形成
される位置や形状の制御が不十分な場合があった。そし
て複数の素子を製造した場合の特性の再現性、複数の素
子を集積化した電子源、それを用いた画像形成装置など
では、その均一性が不充分な場合があった。

【００１３】本発明の目的は、従来の方法による、電子
放出部の位置及び形状の制御の不十分な点を改善し、所
望の位置、所望の形状に電子放出部を形成し、電子放出
特性の再現性、均一性の良い、電子放出素子、電子源、
画像形成装置、及び電子放出素子の製造方法を提供する
ことにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するために鋭意検討を行って成されたものであ
り、以下の構成のものである。

【００１５】即ち、本発明の電子放出素子は、少なくと
も一部に電子放出部が形成された導電性薄膜を有する電
子放出素子において、前記導電性薄膜には他の領域より
抵抗値の大きい又は開口された一又は二以上の電気的特
異点を有し、該電気的特異点を基準として前記電子放出
部が設けられていることを特徴とするものである。

【００１６】また、本発明の電子放出素子の製造方法
は、少なくとも一部に電子放出部が形成された導電性薄
膜を有する電子放出素子の製造方法において、前記導電
性薄膜に、他の領域より抵抗値の大きい又は開口された
一又は二以上の電気的特異点を形成する工程と、前記導
電性薄膜に通電し、該電気的特異点を基準として前記電
子放出部を形成する工程と、を有することを特徴とする
ものである。

【００１７】また、本発明の電子源及び画像形成装置
は、上記本発明の電子放出素子を用いたものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】上記本発明の電子放出素子によれ
ば、均一な電子放出特性を実現できる。また、本発明の
電子放出素子の製造方法によれば、容易に所望の位置に
所望の形状の電子放出部を形成できる。更に、本発明の
画像形成装置によれば、輝度むらの小さい画像を形成で
きる。

【００１９】以下、図面を参照しながら本発明の実施の
形態について説明する。図１は、本発明を用いた表面伝
導型電子放出素子の一実施形態例を示す模式図である。
図１において、11は基板、12、13は電極、14は導電性薄
膜、16は導電性薄膜中に設けられた電気的な特異点であ
る。

【００２０】図１の電極12、13間に電圧を印加すると、
導電性薄膜14に温度分布が生じ、更にそれに応じて、抵
抗分布が生じる。この抵抗変化と温度変化を繰り返し、
膜の電子放出部形成温度付近で最も温度の高い点から電
子放出部15の形成が進行すると考えられる。

【００２１】フォーミング中の温度分布に影響する現象
を挙げると、１）電極からの熱の逃げ２）温度による抵抗変化（温度によって増加する場合と
減少する場合がある）３）導電性薄膜の不均一４）導電性薄膜の表面状態等がある。これらによって、フォーミング工程中の最も
温度の高い点は、複雑に移動すると考えられる。従っ
て、従来の表面伝導型電子放出素子では、電子放出部位
置を特定するのは難しく、電子放出部が蛇行する場合が
あった。

【００２２】本発明では、導電性薄膜中に他の領域より
抵抗値の大きな電気的な特異点があるために、フォーミ
ング工程で電極間に電圧を印加すると、特異点のとなり
で電流密度が増加し、発熱量が他の部分に比べてかなり
大きくなるために、上記１）〜４）に影響されることな
く、所望の位置に直線性よく電子放出部を形成すること
ができる。更に、図１７に示すように、特異点長さ（図
１中のＬt）と発熱量はほぼ線形な関係にあるので、温
度分布の度合いによって、特異点長さを決めることによ
り、更に精度よく亀裂を形成することができる。

【００２３】なお、特異点は導電性薄膜を部分的に除去
して形成してもよいし、導電性薄膜の一部を変質させて
形成してもよい。また、基板面が露出するように開口し
て特異点を形成してもよい。

【００２４】図２は、本発明を用いた表面伝導型電子放
出素子の他の実施形態例を示す模式図である。図２にお
いて、11は基板、12、13は電極、14は導電性薄膜、16は
導電性薄膜中に設けられた電気的な複数の特異点であ
る。なお、特異点の配置は特に限定されず、必要に応じ
て配置することができる。図６，図７は特異点をジグザ
グ状に配置した場合を示す図である。

【００２５】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。

【００２６】まず、平面型表面伝導型電子放出素子につ
いて説明する。平面型表面伝導型電子放出素子は図１及
び図２を用いて説明したように、基板11上に素子電極1
2，13、導電性薄膜14 が設けられている。そして、電気
的特異点16に基づいて電子放出部15が形成される。

【００２７】基板11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，青板ガラス，青板ガラス
にスパッタ法等により形成したＳｉＯ₂を積層したガラ
ス基板及びアルミナ等のセラミックス及びSi基板等を用
いることができる。

【００２８】対向する素子電極12，13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、In₂O₃-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。

【００２９】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、導電性
薄膜の形状等は、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、数百nm（ナノメー
トル）から数百μm（マイクロメートル）の範囲とする
ことができ、より好ましくは、素子電極間に印加する電
圧等を考慮して数μmから数十μmの範囲とすることがで
きる。

【００３０】素子電極12，13の長さ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12、13の膜厚ｄは、数十
nmから数μmの範囲とすることができる。

【００３１】尚、図１や図２に示した構成だけでなく、
基板11上に、導電性薄膜14、対向する素子電極12，13の
順に積層した構成とすることもできる。

【００３２】導電性薄膜14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12，13 へのステップ
カバレージ、素子電極12，13 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、0.1nmの数倍から数百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10⁷Ω/□の値である。
なおRsは、厚さがt、幅がwで長さがlの薄膜の長さ方向
に測定した抵抗Rを、R=Rs(l/w)とおいたときに現れる値
である。

【００３３】導電性薄膜14を構成する材料は、Ｐｄ，Ｐ
ｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆ
ｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ，Ｓ
ｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＰｂＯ，Ｓｂ₂Ｏ₃等の酸化物、Ｈｆ
Ｂ₂，ＺｒＢ₂，ＬａＢ₆，ＣｅＢ₆，ＹＢ₄，ＧｄＢ₄等の
硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，Ｗ
Ｃ等の炭化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等の窒化物、Ｓ
ｉ，Ｇｅ等の半導体、カーボン等の中から適宜選択され
る。

【００３４】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。

【００３５】なお、本明細書では頻繁に「微粒子」とい
う言葉を用いるので、その意味について説明する。

【００３６】小さな粒子を「微粒子」と呼び、これより
も小さなものを「超微粒子」と呼ぶ。「超微粒子」より
もさらに小さく原子の数が数百個程度以下のものを「ク
ラスター」と呼ぶことは広く行われている。

【００３７】しかしながら、それぞれの境は厳密なもの
ではなく、どの様な性質に注目して分類するかにより変
化する。また「微粒子」と「超微粒子」を一括して「微
粒子」と呼ぶ場合もあり、本明細書中での記述はこれに
沿ったものである。

【００３８】「実験物理学講座14 表面・微粒子」（木
下是雄編、共立出版 1986年9月1日発行）では次のよ
うに記述されている。

【００３９】「本稿で微粒子と言うときにはその直径が
だいたい2〜3μm程度から10nm程度までとし、特に超微
粒子というときは粒径が10nm程度から2〜3nm程度までを
意味することにする。両者を一括して単に微粒子と書く
こともあってけっして厳密なものではなく、だいたいの
目安である。粒子を構成する原子の数が2個から数十〜
数百個程度の場合はクラスターと呼ぶ。」（195ページ
22〜26行目）付言すると、新技術開発事業団の”林・超微粒子プロジ
ェクト’での「超微粒子」の定義は、粒径の下限はさら
に小さく、次のようなものであった。

【００４０】「創造科学技術推進制度の”超微粒子プロ
ジェクト”（1981〜1986）では、粒子の大きさ（径）が
およそ1〜100nmの範囲のものを”超微粒子”(ultra fin
e particle)と呼ぶことにした。すると1個の超微粒子は
およそ100〜10⁸個くらいの原子の集合体ということにな
る。原子の尺度でみれば超微粒子は大〜巨大粒子であ
る。」（「超微粒子-創造科学技術-」林主税、上田良
二、田崎明編；三田出版1988年 2ページ1〜4行目）
「超微粒子よりさらに小さいもの、すなわち原子が数個
〜数百個で構成される1個の粒子は、ふつうクラスター
と呼ばれる」（同書2ページ12〜13行目）上記のような一般的な呼び方をふまえて、本明細書にお
いて「微粒子」とは多数の原子・分子の集合体で、粒径
の下限は0.1nmの数倍〜1nm程度、上限は数μm程度のも
のを指すこととする。

【００４１】図１又は図２に示した導電性薄膜中の電気
的特異点16は、電子放出部形成の始点となる点である。
その幅Ｗｔ（電子放出部の長さ方向と略垂直な方向（垂
直又は垂直に近い方向）の長さであり、ここでは電流に
平行な方向の長さとなる。）や長さＬｔ（電子放出部の
長さ方向と略平行な方向（平行又は平行に近い方向）の
長さであり、ここでは電流に垂直な方向の長さとな
る。）により、電気的特異点に隣接する部分の発熱量が
決まる。電気的特異点の幅は、大きすぎると、電子放出
部の位置制御の効果が損なわれてしまうため、１μｍ以
下が好ましく、さらに100nm以下とすると、後述の活性
化処理を施した結果として、電気的特異点自体も電子放
出を行うようにできるため、一層好ましい。電気的特異
点に長さは、短すぎると上述の特異点に隣接する部分で
の発熱量が小さくなり、電子放出部形成の制御性の効果
が損なわれるので、数百nm以上であることが好ましい。
電気的特異点の位置は図中のような膜中心に限らず、亀
裂を形成したい位置により、適宜決められる。また、電
気的特異点の抵抗値は、他の領域の倍以上が適してい
て、抵抗値が大きいほど、特異点隣での発熱量が増加す
るので、適宜設定することにより、亀裂を制御できる。

【００４２】電子放出部15 は、導電性薄膜14 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14
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。更に、前述の電気的特
異点により亀裂位置や亀裂形態を制御することができ
る。電子放出部15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14 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15 及びその近傍の導電性薄膜14 には、炭素
及び炭素化合物を有することもできる。

【００４３】次に、垂直型表面伝導型電子放出素子につ
いて説明する。

【００４４】図３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３においては、図１に示した部位と
同じ部位には図１に付した符号と同一の符号を付してい
る。図３において、21は段さ形成部である。基板11 、
素子電極12 及び13、導電性薄膜14、電子放出部15、導
電性薄膜中の電気的特異点16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。なお、図２に示した表面伝導型電子放出素子も
同様に垂直型表面伝導型電子放出素子を構成することが
できる。

【００４５】段さ形成部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。段さ形成部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、段さ形成部の製法、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。

【００４６】導電性薄膜14は、素子電極12 及び13と段
さ形成部21作成後に、該素子電極12，13の上に積層され
る。電子放出部15は、図３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。

【００４７】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、その一例を模式的に示
す。

【００４８】以下、図１及び図４を参照しながら説明す
る。図４においても、図１に示した部位と同じ部位には
図１に付した符号と同一の符号を付している。

【００４９】１）基板11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11上に素子電極12，13を形成する
（図４(a)）。

【００５０】２）素子電極12，13を設けた基板11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、前述の導電性薄膜14 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、リフトオフ、エッ
チング等によりパターニングし、導電性薄膜14を形成す
る（図４(b)）。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14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
用いることもできる。

【００５１】３）作製した導電性薄膜14中の所望の位
置に電気的特異点16を設ける。具体的には、フォトリソ
グラフィ、レーザ光照射、FIB（収束イオンビーム）加
工等によって部分的に膜厚を減少させる、あるいは部分
的に膜を取り去ってしまうことにより作製することがで
きる。

【００５２】４）つづいて、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通電処理
による方法を説明する。素子電極12，13間に、不図示の
電源を用いて、通電を行うと、導電性薄膜14の電気的特
異点を起点として、構造の変化した電子放出部15 が形
成される（図４(c)）。通電フォーミングによれば導電
性薄膜14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15を構
成する。通電フォーミングの電圧波形の例を図５に示
す。

【００５３】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５(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５(b)に示した手法が
ある。

【００５４】図５(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1マイクロ秒〜
10ミリ秒、Ｔ2は10マイクロ秒〜100ミリ秒の範囲で設定
される。三角波の波高値（通電フォーミング時のピーク
電圧）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。パルス波形は三角波に限定される
ものではなく、矩形波など所望の波形を採用することが
できる。

【００５５】図５(b)におけるＴ1及びＴ2は、図５(a)に
示したのと同様とすることができる。三角波の波高値
（通電フォーミング時のピーク電圧）は、例えば0.1 Ｖ
ステップ程度づつ、増加させることができる。

【００５６】通電フォーミング処理の終了は、パルス間
隔Ｔ2 中に、導電性薄膜14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0.1 Ｖ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、1 ＭΩ以上の抵抗を示し
た時、通電フォーミングを終了させる。

【００５７】５）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If、放出電流Ieが、著
しく変化する工程である。

【００５８】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。この雰囲
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、プロパンなどCnH2n+2で表される飽和炭化水
素、エチレン、プロピレンなどCnH2n等の組成式で表さ
れる不飽和炭化水素、ベンゼン、トルエン、メタノー
ル、エタノール、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、メチルアミン、エ
チルアミン、フェノール、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等
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If, 放出電流Ieが、著しく変化するように
なる。

【００５９】活性化工程の終了判定は、素子電流Ifと放
出電流Ie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。

【００６０】炭素及び炭素化合物とは、例えばグラファ
イト（いわいるHOPG ,PG ,GC を包含する。HOPGはほぼ
完全なグラファイトの結晶構造、PGは結晶粒が20nm程度
で結晶構造がやや乱れたもの、GCは結晶粒が2nm程度に
なり結晶構造の乱れがさらに大きくなったものを指
す。）、非晶質カーボン（アモルファスカーボン及び、
アモルファスカーボンと前記グラファイトの微結晶の混
合物を指す。）であり、その膜厚は、50nm以下の範囲と
するのが好ましく、30nm以下の範囲とすることがより好
ましい。

【００６１】６）このような工程を経て得られた電子
放出素子は、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、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。

【００６２】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1.3×10^-6Pa以下が好ましく、さら
には1.3×10^-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℃で、望ましくは150℃以上でできるだけ長時間
処理するのが望ましいが、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、1.3〜4.0×10^-5Pa以下が好ましく、さらに1.3×1
0^-6Pa以下が特に好ましい。

【００６３】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、真空度自体は多少低下しても十分安定な
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、結果として素子電流If, 放出電流Ie
が、安定する。

【００６４】以上、図１に示した表面伝導型電子放出素
子の製造方法の一例について説明したが、図２に示した
表面伝導型電子放出素子の製造方法についても、同様な
条件で製造することができる。

【００６５】以上説明した工程を経て得られた本発明を
適用可能な電子放出素子の基本特性について図８、図９
を参照しながら説明する。

【００６６】図８は、真空処理装置の一例を示す模式図
であり、この真空処理装置は測定評価装置としての機能
をも兼ね備えている。図８においても、図１に示した部
位と同じ部位には図１に付した符号と同一の符号を付し
ている。図８において、55は真空容器であり、56は排気
ポンプである。真空容器55内には電子放出素子が配され
ている。即ち、11は電子放出素子を構成する基体であ
り、12及び13は素子電極、14は導電性薄膜、15は電子放
出部である。51は、電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加
するための電源、50 は素子電極12・13間の導電性薄膜1
4を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、54 は
素子の電子放出部より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ある。53 はアノード電極54 に
電圧を印加するための高圧電源、52 は素子の電子放出
部15 より放出される放出電流Ｉｅを測定するための電
流計である。一例として、アノード電極の電圧を１ｋＶ
〜１０ｋＶの範囲とし、アノード電極と電子放出素子と
の距離Ｈを2 ｍｍ〜８ｍｍの範囲として測定を行うこと
ができる。

【００６７】真空容器55内には、不図示の真空計等の真
空雰囲気下での測定に必要な機器が設けられていて、所
望の真空雰囲気下での測定評価を行えるようになってい
る。排気ポンプ56は、ターボポンプ、ロータリーポンプ
からなる通常の高真空装置系と更に、イオンポンプ等か
らなる超高真空装置系とにより構成されている。ここに
示した電子源基板を配した真空処理装置の全体は、不図
示のヒーターにより加熱できる。従って、この真空処理
装置を用いると、前述の通電フォーミング以降の工程も
行うことができる。

【００６８】図９は、図８に示した真空処理装置を用い
て測定された放出電流Ｉｅ、素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖ
ｆの関係を模式的に示した図である。図９においては、
放出電流Ｉｅが素子電流Ｉｆ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・横軸ともリニア
スケールである。

【００６９】図９からも明らかなように、本発明を適用
可能な表面伝導型電子放出素子は、放出電流Ｉｅに関し
て対する三つの特徴的性質を有する。即ち、（ｉ）本素子はある電圧（しきい値電圧と呼ぶ、図９中
のＶth）以上の素子電圧を印加すると急激に放出電流Ｉ
ｅが増加し、一方しきい値電圧Ｖth以下では放出電流Ｉ
ｅがほとんど検出されない。つまり、放出電流Ｉｅに対
する明確なしきい値電圧Ｖthを持った非線形素子であ
る。 (ii)放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに単調増加依存するた
め、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御できる。 (iii)アノード電極54 に捕捉される放出電荷は、素子電
圧Ｖｆを印加する時間に依存する。つまり、アノード電
極54 に捕捉される電荷量は、素子電圧Ｖｆを印加する
時間により制御できる。

【００７０】以上の説明より理解されるように、本発明
を適用可能な表面伝導型電子放出素子は、入力信号に応
じて、電子放出特性を容易に制御できることになる。こ
の性質を利用すると複数の電子放出素子を配して構成し
た電子源、画像形成装置等、多方面への応用が可能とな
る。

【００７１】図９においては、素子電流Ｉｆが素子電圧
Ｖｆに対して単調増加する（以下、「ＭＩ特性」とい
う。）例を実線に示した。素子電流Ｉｆが素子電圧Ｖｆ
に対して電圧制御型負性抵抗特性（以下、「ＶＣＮＲ特
性」という。）を示す場合もある（不図示）。これら特
性は、前述の工程を制御することで制御できる。

【００７２】本発明を適用可能な電子放出素子の応用例
について以下に述べる。本発明を適用可能な表面伝導型
電子放出素子の複数個を基板上に配列し、例えば電子源
あるいは、画像形成装置が構成できる。

【００７３】電子放出素子の配列については、種々のも
のが採用できる。

【００７４】一例として、並列に配置した多数の電子放
出素子の個々を両端で接続し、電子放出素子の行を多数
個配し（行方向と呼ぶ）、この配線と直交する方向（列
方向と呼ぶ）で、該電子放出素子の上方に配した制御電
極（グリッドとも呼ぶ）により、電子放出素子からの電
子を制御駆動するはしご状配置のものがある。これとは
別に、電子放出素子をＸ方向及びＹ方向に行列状に複数
個配し、同じ行に配された複数の電子放出素子の電極の
一方を、Ｘ方向の配線に共通に接続し、同じ列に配され
た複数の電子放出素子の電極の他方を、Ｙ方向の配線に
共通に接続するものが挙げられる。このようなものは所
謂単純マトリクス配置である。まず単純マトリクス配置
について以下に詳述する。

【００７５】本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素
子については、前述したとおり（ｉ）乃至(iii)の特性
がある。即ち、表面伝導型電子放出素子からの放出電子
は、しきい値電圧以上では、対向する素子電極間に印加
するパルス状電圧の波高値と巾で制御できる。一方、し
きい値電圧以下では、殆ど放出されない。この特性によ
れば、多数の電子放出素子を配置した場合においても、
個々の素子に、パルス状電圧を適宜印加すれば、入力信
号に応じて、表面伝導型電子放出素子を選択して電子放
出量を制御できる。

【００７６】以下この原理に基ずき、本発明を適用可能
な電子放出素子を複数配して得られる電子源基板につい
て、図１０を用いて説明する。図１０において、71は電
子源基板、72はＸ方向配線、73はＹ方向配線である。74
は表面伝導型電子放出素子、75は結線である。尚、表面
伝導型電子放出素子74は、前述した平面型あるいは垂直
型のどちらであってもよい。

【００７７】ｍ本のＸ方向配線72は、Ｄx1，Ｄx2，・・
・，Ｄxmからなり、真空蒸着法，印刷法，スパッタ法等
を用いて形成された導電性金属等で構成することができ
る。配線の材料、膜厚、巾は、適宜設計される。Ｙ方向
配線73は、Ｄy1，Ｄy2，・・・,Ｄynのｎ本の配線よりな
り、Ｘ方向配線72と同様に形成される。これらｍ本のＸ
方向配線72とｎ本のＹ方向配線73との間には、不図示の
層間絶縁層が設けられており、両者を電気的に分離して
いる（ｍ，ｎは、共に正の整数）。

【００７８】不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法，印刷
法，スパッタ法等を用いて形成されたＳｉＯ₂等で構成
される。例えば、Ｘ方向配線72を形成した基板71の全面
或は一部に所望の形状で形成され、特に、Ｘ方向配線72
とＹ方向配線73の交差部の電位差に耐え得るように、膜
厚，材料，製法が、適宜設定される。Ｘ方向配線72とＹ
方向配線73は、それぞれ外部端子として引き出されてい
る。

【００７９】表面伝導型電子放出素子74を構成する一対
の電極（不図示）は、ｍ本のＸ方向配線72とｎ本のＹ方
向配線73と導電性金属等からなる結線75によって電気的
に接続されている。

【００８０】配線72と配線73を構成する材料、結線75を
構成する材料及び一対の素子電極を構成する材料は、そ
の構成元素の一部あるいは全部が同一であっても、また
それぞれ異なってもよい。これら材料は、例えば前述の
素子電極の材料より適宜選択される。素子電極を構成す
る材料と配線材料が同一である場合には、素子電極に接
続した配線は素子電極ということもできる。

【００８１】Ｘ方向配線72には、Ｘ方向に配列した表面
伝導型電子放出素子74の行を、選択するための走査信号
を印加する不図示の走査信号印加手段が接続される。一
方、Ｙ方向配線73には、Ｙ方向に配列した表面伝導型電
子放出素子74の各列を入力信号に応じて、変調するため
の不図示の変調信号発生手段が接続される。各電子放出
素子に印加される駆動電圧は、当該素子に印加される走
査信号と変調信号の差電圧として供給される。

【００８２】上記構成においては、単純なマトリクス配
線を用いて、個別の素子を選択し、独立に駆動可能とす
ることができる。

【００８３】このような単純マトリクス配置の電子源を
用いて構成した画像形成装置について、図１１と図１２
及び図１３を用いて説明する。図１１は、画像形成装置
の表示パネルの一例を示す模式図であり、図１２は、図
１１の画像形成装置に使用される蛍光膜の模式図であ
る。図１３は、ＮTSC 方式のテレビ信号に応じて表示を
行なうための駆動回路の一例を示すブロック図である。

【００８４】図１１において、71は電子放出素子を複数
配した電子源基板、81は電子源基板71 を固定したリア
プレート、86はガラス基板83の内面に蛍光膜84とメタル
バック85等が形成されたフェースプレートである。82は
支持枠であり、該支持枠82には、リアプレート81、フェ
ースプレート86がフリットガラス等を用いて接続されて
いる。88は外囲器であり、例えば大気中あるいは、窒素
中で、400 〜500 度の温度範囲で10分以上焼成すること
で、封着して構成される。

【００８５】74は、図１又は図２における電子放出部に
相当する。72，73 は、表面伝導型電子放出素子の一対
の素子電極と接続されたＸ方向配線及びＹ方向配線であ
る。

【００８６】外囲器88は、上述の如く、フェースープレ
ート86、支持枠82、リアプレート81で構成される。リア
プレート81は主に基板71 の強度を補強する目的で設け
られるため、基板71自体で十分な強度を持つ場合は別体
のリアプレート81は不要とすることができる。即ち、基
板71に直接支持枠82を封着し、フェースプレート86、支
持枠82及び基板71 で外囲器88を構成しても良い。一
方、フェースープレート86、リアプレート81間に、スペ
ーサーとよばれる不図示の支持体を設置することによ
り、大気圧に対して十分な強度をもつ外囲器88を構成す
ることもできる。

【００８７】図１２は、蛍光膜を示す模式図である。蛍
光膜84は、モノクロームの場合は蛍光体のみから構成す
ることができる。カラーの蛍光膜の場合は、蛍光体の配
列によりブラックストライプあるいはブラックマトリク
スなどと呼ばれる黒色導電材91と蛍光体92とから構成す
ることができる。ブラックストライプ、ブラックマトリ
クスを設ける目的は、カラー表示の場合、必要となる三
原色蛍光体の各蛍光体92間の塗り分け部を黒くすること
で混色等を目立たなくすることと、蛍光膜84における外
光反射によるコントラストの低下を抑制することにあ
る。ブラックストライプ等の材料としては、通常用いら
れている黒鉛を主成分とする材料の他、導電性があり、
光の透過及び反射が少ない材料を用いることができる。

【００８８】ガラス基板83に蛍光体を塗布する方法は、
モノクローム、カラーによらず、沈澱法、印刷法等が採
用できる。蛍光膜84の内面側には、通常メタルバック85
が設けられる。メタルバックを設ける目的は、蛍光体の
発光のうち内面側への光をフェースプレート86側へ鏡面
反射させることにより輝度を向上させること、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こ
と、外囲器内で発生した負イオンの衝突によるダメージ
から蛍光体を保護すること等である。メタルバックは、
蛍光膜作製後、蛍光膜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Ａ
ｌを真空蒸着等を用いて堆積させることで作製できる。

【００８９】フェースプレート86には、更に蛍光膜84の
導電性を高めるため、蛍光膜84の外面側に透明電極（不
図示）を設けてもよい。

【００９０】前述の封着を行う際には、カラーの場合は
各色蛍光体と電子放出素子とを対応させる必要があり、
十分な位置合わせが求められる。

【００９１】図１１に示した画像形成装置は、例えば以
下のようにして製造される。

【００９２】外囲器88は、前述の安定化工程と同様に、
適宜加熱しながら、イオンポンプ、ソープションポンプ
などのオイルを使用しない排気装置により不図示の排気
管を通じて排気し、1.3×10^-5Pa程度の圧力の有機物質
の十分少ない雰囲気にした後、封止が成される。外囲器
88の封止後の圧力を維持するために、ゲッター処理を行
なうこともできる。これは、外囲器88の封止を行う直前
あるいは封止後に、抵抗加熱あるいは高周波加熱等を用
いた加熱により、外囲器88内の所定の位置（不図示）に
配置されたゲッターを加熱し、蒸着膜を形成する処理で
ある。ゲッターは通常Ｂａ等が主成分であり、該蒸着膜
の吸着作用により、たとえば1.3×10^-3ないしは1.3×10
^-5Paの圧力を維持するものである。ここで、表面伝導型
電子放出素子のフォーミング処理以降の工程は、適宜設
定できる。

【００９３】次に、単純マトリクス配置の電子源を用い
て構成した表示パネルに、NTSC方式のテレビ信号に基づ
いたテレビジョン表示を行う為の駆動回路の構成例につ
いて、図１３を用いて説明する。図１３において、101
は画像表示表示パネル、102は走査回路、103は制御回
路、104はシフトレジスタである。105はラインメモリ、
106は同期信号分離回路、107は変調信号発生器、Vxおよ
びVaは直流電圧源である。

【００９４】表示パネル101は、端子Dox1乃至Doxm、端
子Doy1乃至Doyn、及び高圧端子Hvを介して外部の電気回
路と接続している。端子Dox1乃至Doxmには、表示パネル
内に設けられている電子源、即ち、M 行N 列の行列状に
マトリクス配線された表面伝導型電子放出素子群を一行
(N素子) ずつ順次駆動する為の走査信号が印加される。

【００９５】端子Doy1 乃至Doyn には、前記走査信号に
より選択された一行の表面伝導型電子放出素子の各素子
の出力電子ビームを制御する為の変調信号が印加され
る。高圧端子Hvには、直流電圧源Vaより、例えば10ｋ
[V]の直流電圧が供給されるが、これは表面伝導型電子
放出素子から放出される電子ビームに蛍光体を励起する
のに十分なエネルギーを付与する為の加速電圧である。

【００９６】走査回路102について説明する。同回路
は、内部にM 個のスイッチング素子を備えたもので（図
中、S1ないしSmで模式的に示している）ある。各スイッ
チング素子は、直流電圧源Vxの出力電圧もしくは0[V]
（グランドレベル）のいずれか一方を選択し、表示パネ
ル101の端子Dox1 ないしDoxm と電気的に接続される。
S1乃至Smの各スイッチング素子は、制御回路103が出力
する制御信号Tscan に基づいて動作するものであり、例
えばFET のようなスイッチング素子を組み合わせること
により構成することができる。

【００９７】直流電圧源Vxは、本例の場合には表面伝導
型電子放出素子の特性（電子放出しきい値電圧）に基づ
き走査されていない素子に印加される駆動電圧が電子放
出しきい値電圧以下となるような一定電圧を出力するよ
う設定されている。

【００９８】制御回路103は、外部より入力する画像信
号に基づいて適切な表示が行なわれるように各部の動作
を整合させる機能を有する。制御回路103は、同期信号
分離回路106より送られる同期信号Tsync に基づいて、
各部に対してTscan およびTsftおよびTmryの各制御信号
を発生する。

【００９９】同期信号分離回路106は、外部から入力さ
れるNTSC方式のテレビ信号から同期信号成分と輝度信号
成分とを分離する為の回路で、一般的な周波数分離（フ
ィルター）回路等を用いて構成できる。同期信号分離回
路106により分離された同期信号は、垂直同期信号と水
平同期信号より成るが、ここでは説明の便宜上Tsync信
号として図示した。前記テレビ信号から分離された画像
の輝度信号成分は便宜上DATA信号と表した。該DATA信号
はシフトレジスタ104に入力される。

【０１００】シフトレジスタ104は、時系列的にシリア
ルに入力される前記DATA信号を、画像の1 ライン毎にシ
リアル／パラレル変換するためのもので、前記制御回路
103より送られる制御信号Tsftに基づいて動作する（即
ち、制御信号Tsftは、シフトレジスタ104のシフトクロ
ックであるということもできる。）。シリアル／パラレ
ル変換された画像1 ライン分（電子放出素子N 素子分の
駆動データに相当）のデータは、Id1 乃至Idn のN 個の
並列信号として前記シフトレジスタ104より出力され
る。

【０１０１】ラインメモリ105は、画像1 ライン分のデ
ータを必要時間の間だけ記憶する為の記憶装置であり、
制御回路103より送られる制御信号Tmryに従って適宜Id1
乃至Idn の内容を記憶する。記憶された内容は、I'd1
乃至I'dnとして出力され、変調信号発生器107に入力さ
れる。

【０１０２】変調信号発生器107は、画像データI'd1乃
至I'dnの各々に応じて表面伝導型電子放出素子の各々を
適切に駆動変調する為の信号源であり、その出力信号
は、端子Doy1乃至Doynを通じて表示パネル101内の表面
伝導型電子放出素子に印加される。

【０１０３】前述したように、本発明を適用可能な電子
放出素子は放出電流Ieに対して以下の基本特性を有して
いる。即ち、電子放出には明確なしきい値電圧Ｖthがあ
り、Ｖth以上の電圧を印加された時のみ電子放出が生じ
る。電子放出しきい値以上の電圧に対しては、素子への
印加電圧の変化に応じて放出電流も変化する。このこと
から、本素子にパルス状の電圧を印加する場合、例えば
電子放出閾値以下の電圧を印加しても電子放出は生じな
いが、電子放出閾値以上の電圧を印加する場合には電子
ビームが出力される。その際、パルスの波高値Vmを変化
させることにより出力電子ビームの強度を制御すること
が可能である。また、パルスの幅Pwを変化させることに
より出力される電子ビームの電荷の総量を制御すること
が可能である。

【０１０４】従って、入力信号に応じて、電子放出素子
を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅変調
方式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際して
は、変調信号発生器107として、一定長さの電圧パルス
を発生し、入力されるデータに応じて適宜パルスの波高
値を変調するような電圧変調方式の回路を用いることが
できる。

【０１０５】パルス幅変調方式を実施するに際しては、
変調信号発生器107として、一定の波高値の電圧パルス
を発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パルスの
幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を用いるこ
とができる。

【０１０６】シフトレジスタ104やラインメモリ105は、
デジタル信号式のものをもアナログ信号式のものをも採
用できる。画像信号のシリアル／パラレル変換や記憶が
所定の速度で行なわれれば良いからである。

【０１０７】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路106の出力信号DATAをデジタル信号化する必
要があるが、これには同期信号分離回路106の出力部にA
/D変換器を設ければ良い。これに関連してラインメモリ
105の出力信号がデジタル信号かアナログ信号かによ
り、変調信号発生器107に用いられる回路が若干異なっ
たものとなる。即ち、デジタル信号を用いた電圧変調方
式の場合、変調信号発生器107には、例えばＤ／Ａ変換
回路を用い、必要に応じて増幅回路などを付加する。パ
ルス幅変調方式の場合、変調信号発生器107には、例え
ば高速の発振器および発振器の出力する波数を計数する
計数器（カウンタ）及び計数器の出力値と前記メモリの
出力値を比較する比較器（コンパレータ）を組み合せた
回路を用いる。必要に応じて、比較器の出力するパルス
幅変調された変調信号を表面伝導型電子放出素子の駆動
電圧にまで電圧増幅するための増幅器を付加することも
できる。

【０１０８】アナログ信号を用いた電圧変調方式の場
合、変調信号発生器107には、例えばオペアンプなどを
用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフト
回路などを付加することもできる。パルス幅変調方式の
場合には、例えば、電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）を採
用でき、必要に応じて表面伝導型電子放出素子の駆動電
圧まで電圧増幅するための増幅器を付加することもでき
る。

【０１０９】このような構成をとり得る本発明を適用可
能な画像表示装置においては、各電子放出素子に、容器
外端子Ｄox1乃至Ｄoxm、Ｄoy1乃至Ｄoynを介して電圧を
印加することにより、電子放出が生ずる。高圧端子Ｈｖ
を介してメタルバック85、あるいは透明電極（不図示）
に高圧を印加し、電子ビームを加速する。加速された電
子は、蛍光膜84に衝突し、発光が生じて画像が形成され
る。

【０１１０】ここで述べた画像形成装置の構成は、本発
明を適用可能な画像形成装置の一例であり、本発明の技
術思想に基づいて種々の変形が可能である。入力信号に
ついては、NTSC方式を挙げたが入力信号はこれに限られ
るものではなく、PAL,SECAM方式など他、これよりも、
多数の走査線からなるＴＶ信号（例えば、MUSE方式をは
じめとする高品位ＴＶ）方式をも採用できる。

【０１１１】次に、はしご型配置の電子源及び画像形成
装置について図１４及び図１５を用いて説明する。

【０１１２】図１４は、はしご型配置の電子源の一例を
示す模式図である。図１４において、110は電子源基
板、111は電子放出素子である。112は、電子放出素子11
1を接続するための共通配線（Ｄx1〜Ｄx10）である。電
子放出素子111は、基板110上に、X方向に並列に複数個
配されている（これを素子行と呼ぶ）。この素子行が複
数個配されて、電子源を構成している。各素子行の共通
配線間に駆動電圧を印加することで、各素子行を独立に
駆動させることができる。即ち、電子ビームを放出させ
たい素子行には、電子放出しきい値以上の電圧を、電子
ビームを放出しない素子行には、電子放出しきい値以下
の電圧を印加する。各素子行間の共通配線Dx2 〜Ｄx9
は、例えばＤx2、Ｄx3 を同一配線とすることもでき
る。

【０１１３】図１５は、はしご型配置の電子源を備えた
画像形成装置におけるパネル構造の一例を示す模式図で
ある。120 はグリッド電極、121 は電子が通過するため
空孔、122 はＤox1,Ｄox2,・・・,Ｄoxm よりなる容器外端
子である。123 は、グリッド電極120 と接続されたＧ1,
Ｇ2,・・・,Ｇnからなる容器外端子、110 は各素子行間の
共通配線を同一配線とした電子源基板である。図１５に
おいては、図１１、図１４に示した部位と同じ部位に
は、これらの図に付したのと同一の符号を付している。
ここに示した画像形成装置と、図１１に示した単純マト
リクス配置の画像形成装置との大きな違いは、電子源基
板110 とフェースプレート86の間にグリッド電極120 を
備えているか否かである。

【０１１４】図１５においては、基板110 とフェースプ
レート86の間には、グリッド電極120 が設けられてい
る。グリッド電極120 は、表面伝導型電子放出素子から
放出された電子ビームを変調するためのものであり、は
しご型配置の素子行と直交して設けられたストライプ状
の電極に電子ビームを通過させるため、各素子に対応し
て１個ずつ円形の開口121 が設けられている。グリッド
の形状や設置位置は図１５に示したものに限定されるも
のではない。例えば、開口としてメッシュ状に多数の通
過口を設けることもでき、グリッドを表面伝導型電子放
出素子の周囲や近傍に設けることもできる。

【０１１５】容器外端子122 およびグリッド容器外端子
123 は、不図示の制御回路と電気的に接続されている。

【０１１６】本例の画像形成装置では、素子行を１列ず
つ順次駆動（走査）していくのと同期してグリッド電極
列に画像１ライン分の変調信号を同時に印加する。これ
により、各電子ビームの蛍光体への照射を制御し、画像
を１ラインずつ表示することができる。

【０１１７】本発明の画像形成装置は、テレビジョン放
送の表示装置、テレビ会議システムやコンピューター等
の表示装置の他、感光性ドラム等を用いて構成された光
プリンターとしての画像形成装置等としても用いること
ができる。

【０１１８】本発明を用いた表面伝導型電子放出素子に
よれば、安定した電子放出特性と高い電子放出効率とを
有する電子放出素子を提供できる。本発明の画像形成装
置によれば、高輝度で動作安定性に優れた画像を形成可
能な画像形成装置を提供できる。

【０１１９】

【実施例】以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳し
く説明するが、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の各要素
の置換や設計変更がなされたものをも包含する。（実施例１）本実施例の表面伝導型電子放出素子の構成
は、図１(a),(b)の平面図及び断面図と同様である。本
実施例に係わる表面伝導型電子放出素子の製造方法は、
基本的には図４と同様である。以下に述べる方法により
同じ構成の素子を繰り返し作製した。以下、図１、図４
を用いて、本発明に関わる素子の基本的な構成及び製造
法を説明する。

【０１２０】図１において、11は基板、12と13は素子電
極、14は導電性薄膜、15は電子放出部、16 は電気的特
異点である。

【０１２１】以下、順をおって製造方法の説明を図１及
び図４に基づいて説明する。工程−ａ）清浄化した青板ガラス上に厚さ0.5μｍのシ
リコン酸化膜をスパッタ法で形成した基板11上に、素子
電極12，13と素子電極間ギャップＧとなるべきパターン
をホトレジスト（RD-2000N-41 日立化成社製）形成し、
真空蒸着法により、厚さ5nmのＴｉ、厚さ100 nmのＮｉ
を順次堆積した。ホトレジストパターンを有機溶剤で溶
解し、Ｎｉ／Ｔｉ堆積膜をリフトオフし、素子電極間隔
Ｌは10μｍとし、素子電極の幅Ｗを300μｍ、を有する
素子電極12,13を形成した。工程−ｂ）素子間電極ギャップおよびこの近傍に膜厚10
0 nmのＣｒ膜を真空蒸着により堆積し、フォトリソグラ
フィー技術により電子放出部を含む薄膜14の形状に対応
する開口を有するようにパターニングし、そのうえに有
機Ｐｄ（ｃｃｐ４２３０奥野製薬（株）社製）をスピ
ンナーにより回転塗布、３００℃で１０分間の加熱焼成
処理をした。また、こうして形成された主元素としてＰ
ｄよりなる微粒子からなる導電性薄膜14の膜厚は10 n
m、シート抵抗値は2×10⁴Ω／□であった。なおここで
述べる微粒子膜とは、上述したように、複数の微粒子が
集合した膜であり、その微細構造として、微粒子が個々
に分散配置した状態のみならず、微粒子が互いに隣接、
あるいは、重なり合った状態（島状も含む）の膜をさ
し、その粒径とは、前記状態で粒子形状が認識可能な微
粒子ついての径をいう。工程−ｃ）Ｃｒ膜および焼成後の導電性薄膜14を酸エッ
チャントによりエッチングして所望のパターンを形成し
た。その後、FIB（収束イオンビーム）により、膜中心
部において図１のように500nm×2μｍ（Ｗt＝500nm，Ｌ
t＝2μｍ）の大きさに膜を取り除いた。

【０１２２】以上の工程により基板11上に、素子電極1
2，13、導電性薄膜14等を形成した。工程-ｄ）次に、図８の測定評価装置に設置し、真空ポ
ンプにて排気し、2.6×10^-4Paの圧力に達した後、素子
に素子電圧Ｖｆを印加するための電源51より、素子電極
12，13間にそれぞれ、電圧を印加し、通電処理（フォー
ミング処理）した。フォーミング処理の電圧波形を図５
(b)に示す。図５(b)中、Ｔ1及びＴ2は電圧波形のパルス
幅とパルス間隔であり、本実施例ではＴ1を１ミリ秒、
Ｔ2を１０ミリ秒とし、三角波の波高値（フォーミング
時のピーク電圧）は0.1Ｖステップで昇圧し、フォーミ
ング処理を行なった。また、フォーミング処理中は、同
時に、0.1Ｖの電圧で、Ｔ2間に抵抗測定パルスを挿入
し、抵抗を測定した。尚フォーミング処理の終了は、抵
抗測定パルスでの測定値が、約1Ｍオーム以上になった
時とし、同時に、素子への電圧の印加を終了した。いず
れの素子のフォーミング電圧ＶFも、4.5Ｖ程度であっ
た。

【０１２３】本発明の素子では、膜中心付近に膜のない
部分（電気的特異点）があるため、その電気的特異点に
隣接する部分では電流密度及び発熱量が他の部分より増
加し、温度が上昇する。図１６に本実施例の構成での電
極間の膜の温度分布の計算例を示す。特異点がない場合
（「トリガ長さ」が０の場合）、PdO膜の還元による低
抵抗化に伴って温度分布が徐々に平坦になっていく。一
方、特異点を設けた場合、特異点から離れた部分では温
度分布が平坦になるが、特異点付近では温度が他の領域
より高くなっている。この傾向は特異点の電流に対して
垂直な方向の長さ（トリガ長さ）が長いほど顕著になっ
た。これは、図１７に示すように特異点の長さにより発
熱量が変化するためと考えられる。

【０１２４】続いて、フォーミング処理した素子に活性
化電圧印加駆動を行った。電圧パルス印加は、図５(a)
の波形で矩形波の波高値を14Ｖ，パルス幅１００μse
c，繰り返し周波数１０Ｈｚで行った。上述の工程で作
製した素子についてその電子放出特性の測定を上述の図
８の測定評価装置を用いて行った。

【０１２５】なお、アノード電極と電子放出素子間の距
離を４ｍｍ、アノード電極の電位を１ｋＶ、電子放出特
性測定時の真空装置内の圧力を1.3×10^-4Paとした。

【０１２６】放出電流Ｉｅのバラツキは１０％程度で電
子放出部は両素子電極間のほぼ中央に形成されていた。

【０１２７】以上説明した実施例中、電子放出部を形成
する際に素子の電極間に三角波パルスを印加してフォー
ミング処理を行い、矩形波パルスを印加して活性化を行
っているが、素子の電極間に印加する波形は上記に限定
することはなく、矩形波，三角波，台形波，正弦波など
所望の波形を用いても良く、その波高値及びパルス幅・
パルス間隔等についても上述の値に限ることなく、本発
明の範囲において電子放出部が良好に形成されれば所望
の値を選択することが出来る。

【０１２８】また、同様に導電性膜中の電気的特異点に
ついても、その大きさ及び位置は上述の値に限ることな
く、本発明の範囲において電子放出部が良好に形成され
れば所望の値を選択することができる。（実施例２）第２の実施例として、上記第１の実施例に
おける工程−ｃについて、特異点形成をＡｒイオンレー
ザーの照射によって行い、その形状が直径約１μｍのス
ポットとなる特異点を形成し、その他の工程は同一条件
で作製したものを作製した。なお、レーザーはパルス的
に照射し、スリットを透過させることで照射パワーを調
整して用いた。

【０１２９】そして、上述の図８の測定評価装置を用い
て、同様に電子放出特性を測定した。この電子放出素子
も放出電流Ｉｅのバラツキは１０％程度で電子放出部は
両素子電極間のほぼ中央に形成されていた。（実施例３）第３の実施例として、複数の特異点を直線
状に並べた場合について図２を用いて説明する。

【０１３０】図２において、11は基板、12と13は素子電
極、14は導電性薄膜、15は電子放出部、16は複数設けら
れた電気的な特異点である。特異点形成までの工程は実
施例１とほぼ同様である。以下、特異点形成以降の工程
を順を追って示す。工程−ｃ）Ｃｒ膜および焼成後の導電性薄膜14を酸エッ
チャントによりエッチングして所望のパターンを形成し
た。その後、FIBにより、電極間の中心位置において図
２に示すように60μｍ周期で500nm×2μｍ（Ｗt＝500n
m，Ｌt＝2μｍ）の大きさで、膜を取り除いた。工程-ｄ）次に、図８の測定評価装置に設置し、真空ポ
ンプにて排気し、2.6×10^-4Paの圧力に達した後、素子
に素子電圧Ｖfを印加するための電源51より、素子電極1
2，13間にそれぞれ電圧を印加し、通電処理（フォーミ
ング処理）した。フォーミング処理の電圧波形を図５
(b)に示す。図５(b)中、Ｔ1及びＴ2は電圧波形のパルス
幅とパルス間隔であり、本実施例ではＴ1を１ミリ秒、
Ｔ2を１０ミリ秒とし、矩形波の波高値（フォーミング
時のピーク電圧）は0.1Ｖステップで昇圧し、フォーミ
ング処理を行なった。また、フォーミング処理中は、同
時に、0.1Ｖの電圧で、Ｔ2間に抵抗測定パルスを挿入
し、抵抗を測定した。尚フォーミング処理の終了は、抵
抗測定パルスでの測定値が、約1Ｍオーム以上になった
時とし、同時に、素子への電圧の印加を終了した。それ
ぞれの素子のフォーミング電圧ＶＦは、4.5Ｖ程度であ
った。本発明の素子では、電極間の中心付近に複数の膜
のない部分（電気的特異点）があるため、その電気的特
異点に隣接する部分では電流密度及び発熱量が他の部分
より増加し、温度が上昇する。従って、実施例１よりも
更に精度よく電子放出部が電極間中心に直線的に形成で
きる。更に、特異点に隣接する部分での発熱量が増加す
る効果により、膜厚の不均一による膜の切れ残りも防ぐ
ことができる。特異点の存在により電流密度の増加する
領域は、数値計算により特異点長さの約半分の距離であ
った。従って、特異点と特異点の間隔は特異点長さ以
上、周期は特異点長さの２倍以上が良い。本実施例で
は、60μｍ周期とした。

【０１３１】続いて、実施例１と同様の条件で活性化電
圧印加駆動を行い、同様の条件で電子放出特性の測定を
行った。

【０１３２】放出電流Ｉｅのバラツキは８％程度で電子
放出部は両素子電極間のほぼ中央に形成されていた。（実施例４）工程−ｃにおいて、ＦＩＢ加工により、2.
5μｍ周期で、Wt=100nm,Lt=500nmの大きさで膜を取り除
いた点を除き、実施例３と同様に素子を作成した。素子
毎の放出電流Ｉｅのバラツキは６％程度であった。実施
例３では周期60μｍに対し、特異点の長さが２μｍと約
３％であるのに対し、本実施例では、２０％である。

【０１３３】測定終了後、走査電子顕微鏡により素子の
状態を観察したところ、電子放出部は両素子電極のほぼ
中央に、直線的に形成されており、活性化処理によると
思われる堆積物は、工程−ｃにおいて形成した電気的特
異点の部分でも、他の電子放出部と同じように堆積して
いるのが見られた。この点実施例３では、電気的特異点
の部分は、上記堆積物は明らかに少なかった。上記のよ
うに、電子放出部に対する電気的特異点の長さの比率が
大きいにも拘らず、実施例３と同程度の特性が得られた
のは、電気的特異点の部分にも活性化処理の効果が及
び、この部分でも電子放出が起こっているためと思われ
る。また、バラツキが小さくなったのは、電気的特異点
が密に存在するため、電子放出部形成の位置制御が、一
層効果的になされるためであろう。

【０１３４】従って、電気的特異点の幅を、１００nmな
いしそれ以下とすることは、電子放出特性を損なうこと
なく、電気的特異点の密度を高くして素子を作成するこ
とを可能とし、その結果、特性のバラツキを一層抑制す
ることができる。（実施例５）本実施例は特異点を複数の特異点をジグザ
グ状に配設して電子放出部を設けたものである。

【０１３５】図６及び図７は本実施例の表面伝導型電子
放出素子の作製工程を模式的に表したものであり、図６
は特異点を設けた状態を示す平面図、図７は亀裂を生じ
た状態を示す平面図を示す。これらの図において、11は
絶縁性基板、12と13は素子電極、14は導電性薄膜、15は
電極間の電子放出部である。以下、これらの図を用い
て、本実施例の作製工程を説明する。

【０１３６】１）石英ガラス基板11を用意し、これを
有機溶剤により充分に洗浄後、基板面上にＰｔからなる
素子電極12，13を形成した。ここで素子電極間隔Ｌ1は
１０μｍとし、素子電極の幅Ｗ1を５００μｍ、その厚
さｄ1を１００nmとした。

【０１３７】２）次にＰｄをスパッタしてから大気中
において３００℃で加熱して酸化させた後にフォトリソ
グラフィ、ドライエッチングによって導電性薄膜14を形
成した。ここで導電性薄膜14の幅Ｗ2を３００μｍと
し、その厚さｄ2を１５nmとした。

【０１３８】３）次に図６(a)，(b)に示すように前記
導電性薄膜14の中央部（ほぼ素子電極間の中央部）にＦ
ＩＢ加工を用いてＧａイオンを照射し、電極間において
図６のように10μｍ周期で500nm×500nmの大きさで、膜
を取り除いた。図６中、Ld＝6μｍ，Wd＝10μｍとし
た。本実施例では、実施例１〜３と異なり、このＦＩＢ
加工領域の配置を直線状ではなく、図６に示すようにジ
グザグ状に蛇行させた。

【０１３９】４）次に、真空容器中で素子電極12およ
び13の間に図５(b)に示すパルス波形電圧を印加し、電
子放出部形成用薄膜14を通電処理（フォーミング処理）
を行った。フォーミングの電圧波形は三角波を用い、パ
ルス幅Ｔ1を１ミリ秒、パルス間隔Ｔ2を１０ミリ秒と
し、三角波の波高値（フォーミング時のピーク電圧）は
漸増させ、約 1.3×10^-4Paの真空雰囲気下で行った。そ
の結果、図７(a)，(b)に示すように各ＦＩＢ加工部41を
つないで、蛇行した電子放出部が形成され、その全長は
素子幅Ｗ2のほぼ１．５倍になった。

【０１４０】続いて、実施例１と同様の条件で活性化電
圧印加駆動を行い、同様の条件で電子放出を行なわせた
ところ、蛇行した電子放出部から電子放出が行われてい
ることが確認された。このように、本発明によれば、必
要に応じて所望の形状の電子放出部を形成することが可
能である。（比較例１）特異点を設けない点を除き、導電性薄膜14
の形成までの工程およびフォーミング、活性化工程は実
施例１とまったく同様な方法により、表面伝導型電子放
出素子を作製した。

【０１４１】フォーミングおよび、活性化工程を終了し
た素子について、実施例１と同様に図８の測定評価系を
用い、電子放出特性を測定した。その結果、放出電流Ｉ
ｅのバラツキは１５％であった。（実施例６）導電性薄膜14以外は実施例１とまったく同
様な方法により、表面伝導型電子放出素子を作製した。
導電性薄膜の作製は次のように行った。

【０１４２】ジメチルスルホキシド４０重量％の水溶液
を調製し、これに酢酸パラジウムをパラジウム重量濃度
０．４％となるように溶解して暗赤色の溶液を得た後
に、この液の一部を別容器にとり減圧して赤褐色のペー
ストとなるまで溶媒を蒸発させたものを、バブルジェッ
ト方式のインクジェット装置によって、上記の暗赤色溶
液の液滴をＬ1＝１０μｍの素子電極間に付与した後
に、８０℃で２分乾燥させ、次に３５０℃で１２分焼成
して主として酸化パラジウムからなる膜厚１５nmの導電
性薄膜を形成した。その後、実施例１と同様に素子特性
の測定を行った結果、放出電流Ｉｅのバラツキは１２％
以内であった。（比較例２）実施例６と同様に、素子電極および導電性
薄膜の形成を行った後、ＦＩＢ加工をせずに、フォーミ
ング処理を行った。フォーミング処理の条件は実施例６
と同様である。この後、活性化処理も同様に行った。そ
の後、実施例１と同様に素子特性の測定を行った結果、
放出電流Ｉｅのバラツキは１８％であった。（実施例７）本実施例は、多数の表面伝導電子放出素子
を単純マトリクス配置した画像形成装置の例である。

【０１４３】電子源の一部の平面図を図１８に示す。ま
た、図中のＡ−Ａ’断面図を図１９に示す。また、電子
源の製造方法を図２０，図２１に示す。但し、図１８〜
図２１で、同じ記号を示したものは同じものを示す。こ
こで11は基板、72は図１０のＤx1〜Ｄxmに対応するＸ方
向配線（下配線とも呼ぶ）、73は図１０のＤy1〜Ｄynに
対応するＹ方向配線（上配線とも呼ぶ）、14は電子放出
部を含む薄膜、12，13は素子電極、131は層間絶縁層、1
32は素子電極12と下配線72と電気的接続のためのコンタ
クトホールである。

【０１４４】次に製造方法を図２０、図２１により工程
順に従って具体的に説明する。工程−ａ）清浄化した青板ガラス上に厚さ0.5μｍのシ
リコン酸化膜をスパッタ法で形成した基板11上に、真空
蒸着により厚さ５nmのＣｒ、厚さ６００nmのＡｕを順次
積層した後、ホトレジスト（AZ1370 ヘキスト社製）を
スピンナーにより回転塗布、ベークした後、ホトマスク
像を露光、現像して、下配線72のレジストパターンを形
成し、Ａｕ／Ｃｒ堆積膜をウエットエッチングして、所
望の形状の下配線72を形成する。工程−ｂ）次に厚さ１．０μｍのシリコン酸化膜からな
る層間絶縁層131をＲＦスパッタ法により堆積する。工程−ｃ）工程−ｂで堆積したシリコン酸化膜にコンタ
クトホール132を形成するためのホトレジストパターン
を作り、これをマスクとして層間絶縁層131をエッチン
グしてコンタクトホール132を形成する。エッチングは
ＣＦ₄とＨ₂ガスを用いたRIE（Reactive Ion Etching）
法によった。工程−ｄ）その後、素子電極13と素子電極間ギャップＧ
となるべきパターンをホトレジスト（RD-2000N-41 日立
化成社製）形成し、真空蒸着法により、厚さ５nmのＴ
ｉ、厚さ100nmのＮｉを順次堆積した。ホトレジストパ
ターンを有機溶剤で溶解し、Ｎｉ／Ｔｉ堆積膜をリフト
オフし、素子電極間隔Ｌ1は３μｍとし、素子電極の幅
Ｗ1を300μｍ、を有する素子電極12，13を形成した。工程−ｅ）素子電極12，13の上に上配線73のホトレジス
トパターンを形成した後、厚さ５nmのＴｉ、厚さ500nm
のＡｕを順次真空蒸着により堆積し、リフトオフにより
不要の部分を除去して、所望の形状の上配線73を形成し
た。工程−ｆ）真空蒸着法により、厚さ100nmのＣｒ膜を堆
積し、導電性薄膜14の形状に対応する形状の開口を有す
るようにパターニングして、Ｃｒマスク17を形成した。
そのうえに有機Ｐｄ（ｃｃｐ４２３０奥野製薬（株）社
製）をスピンナーにより回転塗布し、３００℃で１０分
間の加熱焼成処理をした。また、こうして形成された主
元素としてＰｄよりなる微粒子からなる導電性薄膜14の
膜厚は１０nm、シート抵抗値は５×１０⁴Ω／□であっ
た。なおここで述べる微粒子膜とは、上述したように、
複数の微粒子が集合した膜であり、その微細構造とし
て、微粒子が個々に分散配置した状態のみならず、微粒
子が互いに隣接、あるいは、重なり合った状態（島状も
含む）の膜をさし、その粒径とは、前記状態で粒子形状
が認識可能な微粒子についての径をいう。工程−ｇ）Ｃｒ膜および焼成後の電子放出部形成用薄膜
14を酸エッチャントによりエッチングして所望のパター
ンを形成した。その後、FIBにより、電極間の中心位置
において図２のように60μｍ周期で500nm×2μｍの大き
さに膜を取り除いた。工程−ｈ）コンタクトホール132部分以外にレジストを
塗布するようなパターンを形成し、真空蒸着により厚さ
５nmのＴｉ、厚さ５００nmのＡｕを順次堆積した。リフ
トオフにより不要の部分を除去することにより、コンタ
クトホール132を埋め込んだ。

【０１４５】以上の工程により絶縁性基板11上に下配線
72、層間絶縁層131、上配線73、素子電極12，13、電子
放出部形成用薄膜14等を形成した。

【０１４６】つぎに、以上のようにして作成した電子源
を用いて表示装置を構成した例を、図１１と図１２を用
いて説明する。

【０１４７】以上のようにして多数の平面型表面伝導電
子放出素子を作製した基板71をリアプレート81上に固定
した後、基板71の５ｍｍ上方に、フェースプレート86
（ガラス基板83の内面に蛍光膜84とメタルバック85が形
成されて構成される。）を支持枠82を介し配置し、フェ
ースプレート86、支持枠82、リアプレート81の接合部に
フリットガラスを塗布し、大気中で４００℃で１０分焼
成することで封着した（図１１）。また、リアプレート
81への基板71の固定もフリットガラスで行った。図１１
において、74は電子放出素子、72，73はそれぞれＸ方向
及びＹ方向の素子配線である。

【０１４８】蛍光膜84は、モノクロームの場合は蛍光体
のみから成るが、本実施例では蛍光体はストライプ形状
を採用し、先にブラックストライプを形成し、その間隙
部に各色蛍光体を塗布し、蛍光膜84を作製した。ブラッ
クストライプの材料として通常良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83に蛍光体を
塗布する方法はスラリー法を用いた。

【０１４９】また、蛍光膜84の内面側には通常メタルバ
ック85が設けられる。メタルバックは、蛍光膜作製後、
蛍光膜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を真空蒸着することで
作製した。フェースプレート86には、更に蛍光膜84の導
電性を高めるため、蛍光膜84の外面側に透明電極（不図
示）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。

【０１５０】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体と電子放出素子とを対応させなくてはいけないた
め、十分な位置合わせを行った。

【０１５１】以上のようにして完成したガラス容器内の
雰囲気を排気管（図示せず）を通じ真空ポンプにて排気
し、十分な圧力に達した後、酸素を1.3×10³Pa導入し、
酸素を導電性薄膜に吸着させた。ｐ型半導体に属する酸
化物では酸素の吸着に伴って抵抗は減少する。この吸着
工程の、吸着物の分圧と温度を制御することにより、導
電性薄膜の抵抗値を安定化することができた。容器外端
子Ｄx1ないしＤxmとＤy1ないしＤynを通じ電子放出素子
74の電極12、13間に電圧を印加し、電子放出部15を、電
子放出部形成用薄膜14をフォーミング処理することによ
り作成した。フォーミング処理の電圧波形は、図５(b)
と同様である。

【０１５２】本実施例ではＴ1を１ミリ秒、Ｔ2を１０ミ
リ秒とし、約1.3×10^-3Paの真空雰囲気下で行った。

【０１５３】フォーミングと同一の矩形波で、波高14Ｖ
で、素子電流If,放出電流Ieを測定しながら、活性化処
理をおこなった。電圧印加はフォーミングと同様に、容
器外端子Ｄx1ないしＤxmとＤy1ないしＤynを通じ電子放
出素子74の電極12、13間に電圧を印加し、電子放出部15
の周囲にカーボンを積層させる。

【０１５４】フォーミング、活性化処理を行い、電子放
出部5を形成し電子放出素子74を作製した。

【０１５５】次に1.3×10^-4Pa程度の圧力まで排気し、
不図示の排気管をガスバーナーで熱することで溶着し外
囲器の封止を行った。

【０１５６】最後に封止後の圧力を維持するために、高
周波加熱法でゲッター処理を行った。

【０１５７】以上のように完成した本発明の画像表示装
置において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄx1ない
しＤxm，Ｄy1ないし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、印加することに
より、電子放出させ、高圧端子Ｈｖを通じ、メタルバッ
ク85に数ｋＶ以上の高圧を印加し、電子ビームを加速
し、蛍光膜84に衝突させ、励起・発光させることで画像
を表示した。（実施例８）図２２は、前記説明の表面伝導型電子放出
素子を電子ビーム源として用いたディスプレイパネル
に、たとえばテレビジョン放送をはじめとする種々の画
像情報源より提供される画像情報を表示できるように構
成した表示装置の一例を示すための図である。

【０１５８】図中１７００はディスプレイパネル、１７
０１はディスプレイパネルの駆動回路、１７０２はディ
スプレイパネルコントローラ、１７０３はマルチプレク
サ、１７０４はデコーダ、１７０５は入出力インターフ
ェース回路、１７０６はＣＰＵ、１７０７は画像生成回
路、１７０８および１７０９および１７１０は画像メモ
リーインターフェース回路、１７１１は画像入力インタ
ーフェース回路、１７１２および１７１３はＴＶ信号受
信回路、１７１４は入力部である（なお、本表示装置
は、たとえばテレビジョン信号のように映像情報と音声
情報の両方を含む信号を受信する場合には、当然映像の
表示と同時に音声を再生するものであるが、本発明の特
徴と直接関係しない音声情報の受信，分離，再生, 処
理, 記憶などに関する回路やスピーカーなどについては
説明を省略する。）。

【０１５９】以下、画像信号の流れに沿って各部の機能
を説明してゆく。

【０１６０】まず、ＴＶ信号受信回路１７１３は、たと
えば電波や空間光通信などのような無線伝送系を用いて
伝送されるＴＶ画像信号を受信する為の回路である。受
信するＴＶ信号の方式は特に限られるものではなく、た
とえば、ＮＴＳＣ方式，ＰＡＬ方式，ＳＥＣＡＭ方式な
どの諸方式でもよい。また、これらよりさらに多数の走
査線よりなるＴＶ信号（たとえばＭＵＳＥ方式をはじめ
とするいわゆる高品位ＴＶ）は、大面積化や大画素数化
に適した前記ディスプレイパネルの利点を生かすのに好
適な信号源である。ＴＶ信号受信回路１７１３で受信さ
れたＴＶ信号は、デコーダ１７０４に出力される。

【０１６１】また、ＴＶ信号受信回路１７１２は、たと
えば同軸ケーブルや光ファイバーなどのような有線伝送
系を用いて伝送されるＴＶ画像信号を受信するための回
路である。前記ＴＶ信号受信回路１７１３と同様に、受
信するＴＶ信号の方式は特に限られるものではなく、ま
た本回路で受信されたＴＶ信号もデコーダ１７０４に出
力される。

【０１６２】また、画像入力インターフェース回路１７
１１は、たとえばＴＶカメラや画像読み取りスキャナー
などの画像入力装置から供給される画像信号を取り込む
ための回路で、取り込まれた画像信号はデコーダ１７０
４に出力される。

【０１６３】また、画像メモリーインターフェース回路
１７１０は、ビデオテープレコーダー（以下ＶＴＲと略
す）に記憶されている画像信号を取り込むための回路
で、取り込まれた画像信号はデコーダ１７０４に出力さ
れる。

【０１６４】また、画像メモリーインターフェース回路
１７０９は、ビデオディスクに記憶されている画像信号
を取り込むための回路で、取り込まれた画像信号はデコ
ーダ１７０４に出力される。

【０１６５】また、画像メモリーインターフェース回路
１７０８は、いわゆる静止画ディスクのように、静止画
像データを記憶している装置から画像信号取り込むため
の回路で、取り込まれた静止画像データはデコーダ１７
０４に入力される。

【０１６６】また、入出力インターフェース回路１７０
５は、本表示装置と、外部のコンピュータもしくはコン
ピュータネットワークもしくはプリンターなどの出力装
置とを接続するための回路である。画像データや文字・
図形情報の入出力を行うのはもちろんのこと、場合によ
っては本表示装置の備えるＣＰＵ１７０６と外部との間
で制御信号や数値データの入出力などを行うことも可能
である。

【０１６７】また、画像生成回路１７０７は、前記入出
力インターフェース回路１７０５を介して外部から入力
される画像データや文字・図形情報や、あるいはＣＰＵ
１７０６より出力される画像データや文字・図形情報に
もとずき表示用画像データを生成するための回路であ
る。本回路の内部には、たとえば画像データや文字・図
形情報を蓄積するための書き換え可能メモリーや、文字
コードに対応する画像パターンが記憶されている読み出
し専用メモリーや、画像処理を行うためのプロセッサー
などをはじめとして画像の生成に必要な回路が組み込ま
れている。

【０１６８】本回路により生成された表示用画像データ
は、デコーダ１７０４に出力されるが、場合によっては
前記入出力インターフェース回路１７０５を介して外部
のコンピュータネットワークやプリンターに出力するこ
とも可能である。

【０１６９】また、ＣＰＵ１７０６は、主として本表示
装置の動作制御や、表示画像の生成や選択や編集に関わ
る作業を行う。たとえば、マルチプレクサ１７０３に制
御信号を出力し、ディスプレイパネルに表示する画像信
号を適宜選択したり組み合わせたりする。また、その際
には表示する画像信号に応じてディスプレイパネルコン
トローラ１７０２に対して制御信号を発生し、画面表示
周波数や走査方法（たとえばインターレースかノンイン
ターレースか）や一画面の走査線の数など表示装置の動
作を適宜制御する。

【０１７０】また、前記画像生成回路１７０７に対して
画像データや文字・図形情報を直接出力したり、あるい
は前記入出力インターフェース回路１７０５を介して外
部のコンピュータやメモリーをアクセスして画像データ
や文字・図形情報を入力する。

【０１７１】なお、ＣＰＵ１７０６は、むろんこれ以外
の目的の作業にも関わるものであって良い。たとえば、
パーソナルコンピュータやワードプロセッサなどのよう
に、情報を生成したり処理する機能に直接関わっても良
い。あるいは、前述したように入出力インターフェース
回路１７０５を介して外部のコンピュータネットワーク
と接続し、たとえば数値計算などの作業を外部機器と協
同して行っても良い。

【０１７２】また、入力部１７１４は、前記ＣＰＵ１７
０６に使用者が命令やプログラム、あるいはデータなど
を入力するためのものであり、たとえばキーボードやマ
ウスのほか、ジョイスティック，バーコードリーダー，
音声認識装置など多様な入力機器を用いることが可能で
ある。

【０１７３】また、デコーダ１７０４は、前記画像生成
回路１７０７ないしＴＶ信号受信回路１７１３より入力
される種々の画像信号を３原色信号、または輝度信号と
Ｉ信号、Ｑ信号に逆変換するための回路である。なお、
同図中に点線で示すように、デコーダ１７０４は内部に
画像メモリーを備えるのが望ましい。これは、たとえば
ＭＵＳＥ方式をはじめとして、逆変換するに際して画像
メモリーを必要とするようなテレビ信号を扱うためであ
る。

【０１７４】また、画像メモリーを備えることにより、
静止画の表示が容易になる、あるいは前記画像生成回路
１７０７およびＣＰＵ１７０６と協同して画像の間引
き，補間，拡大，縮小，合成をはじめとする画像処理や
編集が容易に行えるようになるという利点が生まれるか
らである。

【０１７５】また、マルチプレクサ１７０３は、前記Ｃ
ＰＵ１７０６より入力される制御信号にもとずき表示画
像を適宜選択するものである。すなわち、マルチプレク
サ１７０３はデコーダ１７０４から入力される逆変換さ
れた画像信号のうちから所望の画像信号を選択して駆動
回路１７０１に出力する。その場合には、一画面表示時
間内で画像信号を切り替えて選択することにより、いわ
ゆる多画面テレビのように、一画面を複数の領域に分け
て領域によって異なる画像を表示することも可能であ
る。

【０１７６】また、ディスプレイパネルコントローラ１
７０２は、前記ＣＰＵ１７０６より入力される制御信号
にもとずき駆動回路１７０１の動作を制御するための回
路である。

【０１７７】まず、ディスプレイパネルの基本的な動作
に関わるものとして、たとえばディスプレイパネルの駆
動用電源（図示せず）の動作シーケンスを制御するため
の信号を駆動回路１７０１に対して出力する。

【０１７８】また、ディスプレイパネルの駆動方法に関
わるものとして、たとえば画面表示周波数や走査方法
（たとえばインターレースかノンインターレースか）を
制御するための信号を駆動回路１７０１に対して出力す
る。

【０１７９】また、場合によっては表示画像の輝度やコ
ントラストや色調やシャープネスといった画質の調整に
関わる制御信号を駆動回路１７０１に対して出力する場
合もある。

【０１８０】また、駆動回路１７０１は、ディスプレイ
パネル１７００に印加する駆動信号を発生するための回
路であり、前記マルチプレクサ１７０３から入力される
画像信号と、前記ディスプレイパネルコントローラ１７
０２より入力される制御信号にもとずいて動作するもの
である。

【０１８１】以上、各部の機能を説明したが、図２２に
例示した構成により、本表示装置においては多様な画像
情報源より入力される画像情報をディスプレイパネル１
７００に表示することが可能である。すなわち、テレビ
ジョン放送をはじめとする各種の画像信号はデコーダ１
７０４におて逆変換された後、マルチプレクサ１７０３
において適宜選択され、駆動回路１７０１に入力され
る。一方、デイスプレイパネルコントローラ１７０２
は、表示する画像信号に応じて駆動回路１７０１の動作
を制御するための制御信号を発生する。駆動回路１７０
１は、上記画像信号と制御信号にもとずいてディスプレ
イパネル１７００に駆動信号を印加する。これにより、
ディスプレイパネル１７００において画像が表示され
る。これらの一連の動作は、ＣＰＵ１７０６により統括
的に制御される。

【０１８２】また、本表示装置においては、前記デコー
ダ１７０４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路１７
０７および情報の中から選択したものを表示するだけで
なく、表示する画像情報に対して、たとえば拡大，縮
小，回転，移動，エッジ強調，間引き，補間，色変換，
画像の縦横比変換などをはじめとする画像処理や，合
成，消去，接続，入れ換え，はめ込みなどをはじめとす
る画像編集を行うことも可能である。また、本実施例の
説明では特に触れなかったが、上記画像処理や画像編集
と同様に、音声情報に関しても処理や編集を行なうため
の専用回路を設けても良い。

【０１８３】したがって、本表示装置は、テレビジョン
放送の表示機器，テレビ会議の端末機器，静止画像およ
び動画像を扱う画像編集機器，コンピュータの端末機
器，ワードプロセッサをはじめとする事務用端末機器，
ゲーム機などの機能を一台で兼ね備えることが可能で、
産業用あるいは民生用として極めて応用範囲が広い。

【０１８４】なお、上記図２２は、表面伝導型電子放出
素子を電子ビーム源とするディスプレイパネルを用いた
表示装置の構成の一例を示したにすぎず、これのみに限
定されるものでないことは言うまでもない。たとえば、
図２２の構成要素のうち使用目的上必要のない機能に関
わる回路は省いても差し支えない。またこれとは逆に、
使用目的によってはさらに構成要素を追加しても良い。
たとえば、本表示装置をテレビ電話機として応用する場
合には、テレビカメラ，音声マイク，照明機，モデムを
含む送受信回路などを構成要素に追加するのが好適であ
る。

【０１８５】本表示装置においては、とりわけ表面伝導
型電子放出素子を電子ビーム源とするデイスプレイパネ
ルの薄形化が容易なため、表示装置の奥行きを小さくす
ることができる。

【０１８６】それに加えて、表面伝導型電子放出素子を
電子ビーム源とするディスプレイパネルは大画面化が容
易で輝度が高く視野角特性にも優れるため、本表示装置
は臨場感にあふれ迫力に富んだ画像を視認性良く表示す
ることが可能である。

【０１８７】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、電
子放出部の位置、形状のより正確な制御が可能となっ
た。そのため、電子放出特性が均一になり、複数の素子
を集積した場合に、特性の再現性が向上した。

【０１８８】また本発明による電子源によれば、安定
で、かつ、歩どまりよく電子源を提供できるようになっ
た。また、均一性向上により、周辺回路等の負担も軽減
され安価な装置が提供できた。

【０１８９】また、本発明による画像形成装置によれ
ば、安定で制御された電子放出特性の向上がなされ、例
えば蛍光体を画像形成部材とする画像形成装置において
は、低電流で均一な画像形成装置例えば、カラーフラッ
トテレビが、実現された。したがって、本発明を画像形
成装置の電子源として適用した場合、輝度にムラのない
高画質の表示が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素子の
一実施形態を示す模式的平面図及び断面図である。

【図２】本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素子の
他の実施形態を示す模式的平面図及び断面図である。

【図３】本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素子の
他の実施形態を示す模式的断面図である。

【図４】本発明による表面伝導型電子放出素子の製造工
程を示す図である。

【図５】本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素子の
製造に際して採用できる通電フォーミング処理における
電圧波形の一例を示す模式図である。

【図６】本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素子の
製造工程を示す模式的平面図及び断面図である。

【図７】本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素子の
製造工程を示す模式的平面図及び断面図である。

【図８】測定評価機能を備えた真空処理装置の一例を示
す模式図である。

【図９】本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素子に
ついての放出電流Ie、素子電流Ifと素子電圧Vfの関係の
一例を示すグラフである。

【図１０】本発明を適用可能な単純マトリクス配置した
電子源の一例を示す模式図である。

【図１１】本発明を適用可能な画像形成装置の表示パネ
ルの一例を示す模式図である。

【図１２】蛍光膜一例を示す模式図である。

【図１３】画像形成装置にＮTSC 方式のテレビ信号に応
じて表示を行なうための駆動回路の一例を示すブロック
図である。

【図１４】本発明を適用可能な梯子配置の電子源の一例
を示す模式図である。

【図１５】本発明を適用可能な画像形成装置の表示パネ
ルの一例を示す模式図である。

【図１６】電極ギャップ間の温度分布を示す図である。

【図１７】電気的特異点長さと特異点隣の発熱量の関係
を示す図である。

【図１８】実施例７における電子源を示す概略的平面図
である。

【図１９】図１８におけるA-A'断面図である。

【図２０】実施例７における電子源の製造手順を示す図
である。

【図２１】実施例７における電子源の製造手順を示す図
である。

【図２２】実施例８における画像形成装置を示すブロッ
ク図である。

【図２３】従来の電子放出素子の製造工程を示す平面図
及び断面図である。

【図２４】従来の電子放出素子の構成を示す平面図であ
る。

【符号の説明】

11 基板、 12，13 素子電極、 14 導電性薄膜、
15 電子放出部、16 電気的特異点、 21 段さ形成
部、50 素子電極間の導電性薄膜を流れる素子電流Ifを
測定するための電流計 51 電子放出素子に素子電圧Vfを印加するための電源、
53 アノード電極に電圧を印加するための高圧電源、54
素子の電子放出部より放出される放出電流Ieを捕捉す
るためのアノード電極、52 素子の電子放出部15 より
放出される放出電流Ieを測定するための電流計、 55
真空装置、 56 排気ポンプ、 71 電子源基板、72
Ｘ方向配線、 73 Ｙ方向配線、 74 表面伝導型電子
放出素子、75 結線、 81 リアプレート、 82 支持
枠、 83 ガラス基板、84 蛍光膜、 85 メタルバッ
ク、 86 フェースプレート、87 高圧端子、 88 外
囲器、 91 黒色導電材、 92 蛍光体、101 表示パ
ネル、 102 走査回路、 103 制御回路、104 シフ
トレジスタ、 105 ラインメモリ、 106 同期信号分
離回路、107 変調信号発生器、 VxおよびVa 直流電
圧源、 110 電子源基板、111 電子放出素子、112
Ｄx1〜Ｄx10 は、前記電子放出素子を配線するための共
通配線、120 グリッド電極、 121 電子が通過するた
め空孔、122 Dox1,Dox2,...Doxm よりなる容器外端
子、123 グリッド電極120 と接続されたG1、G2。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一部に電子放出部が形成され
た導電性薄膜を有する電子放出素子において、前記導電性薄膜には他の領域とは抵抗値の異なる又は開
口された一又は二以上の電気的特異点を有し、該電気的
特異点を基準として前記電子放出部が設けられているこ
とを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】前記電気的特異点は他の部分より抵抗値
が高いことを特徴とする請求項１に記載の電子放出素
子。
【請求項３】前記電気的特異点は複数設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項４】前記電気的特異点は一方向に周期的に配
置されていることを特徴とする請求項３に記載の電子放
出素子。
【請求項５】前記電気的特異点の間隔が電気的特異点
の配列方向の長さ以上であり、前記電気的特異点の周期
が電気的特異点の配列方向の長さの２倍以上であること
を特徴とする請求項３又は請求項４に記載の電子放出素
子。
【請求項６】前記電子放出部の長さ方向と略垂直な方
向の、前記電気特異点の幅は１００ｎｍ以下であること
を特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかの請求項に
記載の電子放出素子。
【請求項７】前記電子放出素子は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〜請求項６のいず
れかの請求項に記載の電子放出素子。
【請求項８】前記表面伝導型電子放出素子は、平面型
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
７に記載の電子放出素子。
【請求項９】前記表面伝導型電子放出素子は、垂直型
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
７に記載の電子放出素子。
【請求項１０】少なくとも一部に電子放出部が形成さ
れた導電性薄膜を有する電子放出素子の製造方法におい
て、前記導電性薄膜に、他の領域とは抵抗値の異なる又は開
口された一又は二以上の電気的特異点を形成する工程
と、前記導電性薄膜に通電し、該電気的特異点を基準として
前記電子放出部を形成する工程と、を有することを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項１１】前記電子放出部の長さ方向と略垂直な
方向の、前記電気特異点の幅は１００ｎｍ以下であるこ
とを特徴とする請求項１０に記載の電子放出素子の製造
方法。
【請求項１２】前記電気的特異点は収束イオンビーム
技術により形成されたことを特徴とする請求項１０又は
請求項１１に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１３】前記電気的特異点はレーザー加工技術
により形成されたことを特徴とする請求項１０又は請求
項１１に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１４】入力信号に応じて電子を放出する電子
源であって、請求項１〜請求項９のいずれかの請求項に
記載の電子放出素子を、基体上に複数個配置した電子
源。
【請求項１５】請求項１４に記載の電子源において、
基体に複数の電子放出素子を複数個並列に配置し、個々
の素子の両端を配線に接続してなる電子放出素子の行を
複数個備えてなる電子源。
【請求項１６】請求項１４に記載の電子源において、
基体に、互いに電気的に絶縁されたｍ本のＸ方向配線と
ｎ本のＹ方向配線とを有し、該Ｘ方向配線と該Ｙ方向配
線とにそれぞれ素子の両端を接続した電子放出素子をｍ
×ｎ個配列したことを特徴とする電子源。
【請求項１７】入力信号にもとづいて画像を形成する
画像形成装置であって、少なくとも、請求項１４又は請
求項１６に記載の電子源と、該電子源から放出される電
子により画像を形成する画像形成部材とを設けた画像形
成装置。
【請求項１８】入力信号にもとづいて画像を形成する
画像形成装置であって、少なくとも、請求項１５に記載
の電子源と、該電子源から放出される電子を制御する制
御電極と、該制御電極により制御された電子により画像
を形成する画像形成部材とを設けた画像形成装置。