JPH09330648A

JPH09330648A - 電子放出素子、電子源、画像形成装置及びそれらの製造方法

Info

Publication number: JPH09330648A
Application number: JP8166697A
Authority: JP
Inventors: Hirotsugu Takagi; 博嗣高木; Hitoshi Oda; 仁織田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-06-07
Filing date: 1996-06-07
Publication date: 1997-12-22

Abstract

(57)【要約】【課題】高品位画像形成装置を実現し得る電子ビーム
源としての電子放出素子を提供する。【解決手段】素子電極２，３間に、電子放出部５を有
する導電性膜４を備える電子放出素子において、導電性
膜４が金属化合物の熱分解生成物６で被覆されているこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子、該
電子放出素子を多数個配置してなる電子源、該電子源を
用いて構成した表示装置や露光装置等の画像形成装置、
及びそれらの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子放出素子には大別して熱電子
放出素子と冷陰極電子放出素子の２種類が知られてい
る。冷陰極電子放出素子には電界放出型（以下、「ＦＥ
型」と称す。）、金属／絶縁層／金属型（以下、「ＭＩ
Ｍ型」と称す。）や表面伝導型電子放出素子等が有る。

【０００３】ＦＥ型の例としては、Ｗ．Ｐ．Ｄｙｋｅ
ａｎｄＷ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“ＦｉｅｌｄＥｍｉｓ
ｓｉｏｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎ
Ｐｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）あるいはＣ．
Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“ＰｈｙｓｉｃａｌＰｒｏｐｅｒ
ｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍ
ｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈｍｏｌｙｂ
ｄｅｎｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，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，“ＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＴｕｎｎｅｌ−Ｅｍｉ
ｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，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，ＲａｄｉｏＥｎｇ．Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１０，１２９０（１９６５）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、絶縁性基板上
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ＳｎＯ_２薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によ
るもの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“ＴｈｉｎＳｏｌｉｄ
Ｆｉｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ_２Ｏ_３
／ＳｎＯ_２薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌａ
ｎｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥＴｒａｎ
ｓ．ＥＤＣｏｎｆ．”，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。

【０００７】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１
７に模式的に示す。同図において１は基板である。４は
導電性膜で、Ｈ型形状のパターンに形成された金属酸化
物薄膜等からなり、後述の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、０．５〜１ｍｍ、Ｗ’は、０．１ｍ
ｍで設定されている。

【０００８】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膜４を予め通電フォーミ
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
るのが一般的である。即ち、通電フォーミングとは、前
記導電性膜４の両端に電圧を印加通電し、導電性膜４を
局所的に破壊、変形もしくは変質させて構造を変化さ
せ、電気的に高抵抗な状態の電子放出部５を形成する処
理である。尚、電子放出部５では導電性膜４の一部に亀
裂が発生しており、その亀裂付近から電子放出が行われ
る。

【０００９】上述の表面伝導型電子放出素子は、構造が
単純であることから、大面積に亙って多数素子を配列形
成できる利点がある。そこで、この特徴を活かすための
種々の応用が研究されている。例えば、荷電ビーム源、
表示装置等の画像形成装置への利用が挙げられる。

【００１０】従来、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、並列に表面伝導型電子放出素子
を配列し、個々の表面伝導型電子放出素子の両端（両素
子電極）を配線（共通配線とも呼ぶ）にて夫々結線した
行を多数行配列（梯子型配置とも呼ぶ）した電子源が挙
げられる（例えば、特開昭６４−３１３３２号公報、同
１−２８３７４９号公報、同２−２５７５５２号公
報）。

【００１１】また、特に表示装置においては、液晶を用
いた表示装置と同様の平板型表示装置とすることが可能
で、しかもバックライトが不要な自発光型の表示装置と
して、表面伝導型電子放出素子を多数配置した電子源
と、この電子源からの電子線の照射により可視光を発光
する蛍光体とを組み合わせた表示装置が提案されている
（アメリカ特許第５０６６８８３号明細書）。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前記電子源、画像形成
装置等に用いられる電子放出素子については、明るい表
示画像を安定して提供できるよう更に安定な電子放出特
性及び電子放出の効率向上が要望されている。

【００１３】上記電子放出の効率とは、例えば前述の表
面伝導型電子放出素子であれば、導電性膜の両端に電圧
を印加した際に、これに流れる電流（以下、「素子電
流」と称す。）と真空中に放出される電流（以下、「放
出電流」と称す。）との比で評価されるものであり、素
子電流が小さく、放出電流が大きい電子放出素子が望ま
れている。

【００１４】安定的に制御し得る電子放出特性と効率の
より一層の向上がなされれば、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、低電流で明るい高
品位な画像形成装置、例えばフラットテレビが実現され
る。また、低電流化に伴い、画像形成装置を構成する駆
動回路等のローコスト化も図れる。

【００１５】しかしながら、上述のＭ．ハートウェルの
電子放出素子にあっては、安定な電子放出特性及び電子
放出効率について、必ずしも満足のゆくものが得られて
おらず、これを用いて高輝度で動作安定性に優れた画像
形成装置を提供することは極めて難しいというのが実状
である。

【００１６】また、画像形成装置に用いる電子源のよう
に、同一基板上に多数の電子放出素子を作製する場合、
複数の電子放出素子（例えば１ライン）を同時にフォー
ミングできることが望ましいが、素子１個当たりのフォ
ーミング電力が大きいと、同時にフォーミングできる素
子数が制限されてしまうので好ましくない。このような
フォーミング電力を小さくする要請からは、導電性膜の
抵抗値は大きい方が良い。一方、装置完成後の駆動に際
しては、導電性膜での電圧降下、あるいは電力消費を抑
えるためには、導電性膜の抵抗値は小さい方が良い。

【００１７】上記の要求を満足すべく導電性膜の抵抗値
を所望の大きさに設定する場合には、通常、数〜数十ｎ
ｍのオーダーの膜厚制御、あるいは微粒子の集合体から
なる構造面での膜質制御が必要とされる。しかしなが
ら、そのどちらも、導電性膜作製時の制御性とその後の
熱安定性、化学的安定性に問題があった。

【００１８】本発明は、上記問題を鑑み、良好な電子放
出特性と長寿命化を、簡易な製造工程で実現し得る電子
放出素子を提供し、更には、より高品位な画像を形成し
得る画像形成装置を提供することを目的とするものであ
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成すべく
成された本発明の構成は、以下の通りである。

【００２０】即ち、本発明の第一は、基体上に対向して
設けられた一対の素子電極間に、電子放出部を有する導
電性膜を備える電子放出素子において、少なくとも該導
電性膜が金属化合物の熱分解生成物で被覆されているこ
とを特徴とする電子放出素子にある。

【００２１】上記本発明第一の電子放出素子は、さらに
その特徴として、「前記導電性膜が、前記金属化合物の
熱分解生成物の金属元素と同じ金属元素を含む」こと、
「前記金属元素が、Ｐｄである」こと、「前記導電性膜
が、微粒子集合体である」こと、「前記金属化合物が、
メタロセン、金属カルボニル、金属アセチルアセトナー
トの中から選ばれるいずれかである」こと、「前記金属
化合物は、３００℃における蒸気圧が０．１ｍＴｏｒｒ
以上である」こと、「前記電子放出部には、炭素又は／
及び炭素化合物が含まれている」こと、「表面伝導型電
子放出素子である」こと、をも含む。

【００２２】また、本発明の第二は、上記本発明第一の
電子放出素子の製造方法であって、少なくとも、前記導
電性膜に電子放出部を形成する工程と、金属化合物ガス
を含む雰囲気下で前記基体を加熱し、少なくとも前記導
電性膜上に金属化合物の熱分解生成物を選択性堆積条件
下で堆積させるを含むことを特徴とする電子放出素子の
製造方法にある。

【００２３】また、本発明の第三は、入力信号に応じて
電子を放出する電子源であって、上記本発明第一の電子
放出素子を、同一基板上に複数個配置したことを特徴と
する電子源にある。

【００２４】上記本発明第三の電子源は、さらにその特
徴として、「前記電子放出素子の複数が梯子状に配置さ
れており、個々の電子放出素子の両素子電極が並列に二
本の行配線に接続されており、更に変調手段を有する」
こと、「前記複数の電子放出素子がマトリクス状に配置
されており、個々の電子放出素子の一方の素子電極を行
配線に接続し、個々の電子放出素子の他方の素子電極を
前記行配線と直交する列配線に接続した」こと、をも含
む。

【００２５】また、本発明の第四は、上記本発明第三の
電子源の製造方法において、前記複数の電子放出素子を
上記本発明第二の方法で製造することを特徴とする電子
源の製造方法にある。

【００２６】また、本発明の第五は、入力信号に基づい
て画像を形成する装置であって、少なくとも、上記本発
明第三の電子源と、画像形成部材とによって構成された
ことを特徴とする画像形成装置にある。

【００２７】更に、本発明の第六は、上記本発明第五の
製造方法において、前記電子源を上記本発明第四の方法
で製造することを特徴とする画像形成装置の製造方法に
ある。

【００２８】本発明によれば、導電性膜として、比較的
低いフォーミング電力で電子放出部を形成できるものを
用いた場合であっても、フォーミング後に当該導電性膜
上に金属化合物の熱分解生成物、好ましくは十分な耐熱
性を有する熱分解生成物を被覆することによって、素子
駆動時の電圧降下や電力消費を抑えることができると共
に、安定した電子放出特性を長時間にわたって保持し得
る電子放出素子を実現でき、さらには長時間にわたり安
定で良好な画像を形成し得る画像形成装置を実現でき
る。

【００２９】また、上記金属化合物の熱分解生成物の堆
積は、導電性材料上には堆積し、絶縁性材料上には堆積
しにくい、いわゆる選択性堆積条件下で行うことができ
るため、絶縁性基板上に多数の素子を同時に形成する場
合にも、絶縁性が必要な部分に付着した堆積物を後で除
去すると云った工程が不要であるため、特に大画面の画
像形成装置を作製する際の製造工程を簡略化できるもの
である。

【００３０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好ましい実施態様
を示す。

【００３１】本発明を適用し得る電子放出素子は、先述
したような冷陰極型の電子放出素子の一種の表面伝導型
の電子放出素子である。

【００３２】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、平面型と垂直型がある。

【００３３】まず、平面型の表面伝導型電子放出素子に
ついて説明する。

【００３４】図１は、本発明の平面型表面伝導型電子放
出素子の一構成例を示す模式図であり、図１（ａ）は平
面図、図１（ｂ）は縦断面図である。図１において、１
は基板、２と３は素子電極、４は導電性膜、５は電子放
出部、６は金属化合物の熱分解生成物である。

【００３５】基板１としては、石英ガラス、Ｎａ等の不
純物含有量を減少させたガラス、青板ガラス、青板ガラ
スにスパッタ法等によりＳｉＯ₂ を積層した積層体、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。

【００３６】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、例えばＮｉ、Ｃ
ｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等
の金属或は合金及びＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ₂ 、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され
る。

【００３７】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、導電性
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、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。

【００３８】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。

【００３９】尚、図１に示した構成だけでなく、基板１
上に、導電性膜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。

【００４０】導電性膜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。通常０．１ｎ
ｍの数倍から数百ｎｍとするのが好ましく、より好まし
くは１ｎｍから５０ｎｍの範囲とするのが良い。

【００４１】一般的に、導電性膜４の熱的安定性は電子
放出特性の寿命を支配する重要なパラメータであり、導
電性膜４の材料としてより高融点な材料を用いるのが望
ましい。しかしながら、通常、導電性膜４の融点が高い
ほど後述する通電フォーミングが困難となり、電子放出
部形成のために大きな電力が必要となる。さらに、その
結果得られる電子放出部は、電子放出し得る印加電圧
（閾値値電圧）が上昇するという問題が生じる場合があ
る。

【００４２】本発明においては、導電性膜４の材料とし
て特に高融点のものを必要とはせず、比較的低いフォー
ミング電力で良好な電子放出部が形成可能な材料・形態
のものを選ぶことができる。上記条件を満たす材料の例
として、Ｎｉ，Ａｕ，ＰｄＯ，Ｐｄ，Ｐｔ等の導電材料
をＲｓが１０¹ から１０⁷ Ω／□の抵抗値を示す膜厚で
形成したものが好ましく用いられる。なおＲｓは、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量である。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
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（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、数Åから数百ｎｍの範囲、好ましくは、１ｎｍ
から２０ｎｍの範囲である。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】例えば、「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、「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２〜３ｎ
ｍ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）と記述されて
いる。

【００４７】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。

【００４８】「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”（ｕｌｔｒａｆｉｎｅｐａｒｔｉｃｌｅ）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事になる。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）。

【００４９】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、粒径の下限は数Å〜１ｎｍ程度、上限は数μｍ
程度のものを指すこととする。

【００５０】電子放出部５は、導電性膜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、１
ｎｍ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膜４に
は、後述の活性化工程を経た場合、炭素あるいは炭素化
合物を有する。

【００５１】金属化合物の熱分解生成物６は、少なくと
も導電性膜４を被覆している。この熱分解生成物６は、
素子駆動時に電子放出部近傍が素子電流によるジュール
熱のため高温となるため、素子の耐久性を考慮すると十
分な耐熱性を有することが望ましい。

【００５２】次に、垂直型の表面伝導型電子放出素子に
ついて説明する。

【００５３】図２は、本発明の垂直型の表面伝導型電子
放出素子の一構成例を示す模式図であり、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。２１は段差形成部である。基板１、素子電極
２及び３、導電性膜４、電子放出部５、金属化合物の熱
分解生成物６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。

【００５４】導電性膜４は、素子電極２及び３と段差形
成部２１作製後に、該素子電極２，３の上に積層され
る。電子放出部５は、図２においては、段差形成部２１
に形成されているが、作製条件、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はない。

【００５５】本発明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に基づ
いて説明する。尚、図３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。

【００５６】１）基板１を洗剤、純水及び有機溶剤等を
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））。

【００５７】２）素子電極２，３を設けた基板１上に、
有機金属溶液を塗布して、有機金属膜を形成する。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
とする有機化合物の溶液を用いることができる。有機金
属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、導電性膜４を形成する（図３
（ｂ））。ここでは、有機金属溶液の塗布法を挙げて説
明したが、導電性膜４の形成法はこれに限られるもので
はなく、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。

【００５８】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通電処理による
方法を説明する。素子電極２，３間に、不図示の電源よ
り通電すると、導電性膜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。

【００５９】電圧波形は、特に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
加させながらパルスを印加する図４（ｂ）に示した手法
がある。

【００６０】まず、パルス波高値を定電圧とした場合に
ついて図４（ａ）で説明する。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。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子の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、矩形波等の所望の波形を採用することがで
きる。

【００６１】次に、パルス波高値を増加させながら電圧
パルスを印加する場合について図４（ｂ）で説明する。
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。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０．１Ｖステ
ップ程度づつ、増加させることができる。

【００６２】通電フォーミング処理の終了は、パルス間
隔Ｔ２中に、導電性膜４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。

【００６３】４）以上のように通電により導電性膜４に
電子放出部５を形成した後、基板全体を加熱しつつ基板
上に金属化合物ガスを導入すると、該金属化合物ガスは
熱分解され、熱分解生成物６が堆積する（図３
（ｄ））。かかる熱分解生成物の堆積は、導電性材料上
には堆積し、絶縁性材料上には堆積しにくい、いわゆる
選択性堆積条件下で行うことにより、絶縁性が必要な部
分に付着した堆積物を後で除去すると云った工程が不要
であるため、製造工程が大幅に簡略化される。すなわ
ち、フォトリソグラフィー工程が不要となるため、特に
大画面の画像形成装置を作製する場合にその効果が大で
ある。

【００６４】上記工程で使用される金属化合物として
は、アルキル金属、メタロセン、ベンゼン錯体、アルケ
ン錯体で代表される有機金属錯体、アセチルアセトナー
ト錯体、ヘキサフルオロアセトナート錯体に代表される
キレート錯体、金属カルボニルなどがある。これらの金
属化合物は分解することにより、金属又は金属を主成分
とする薄膜を堆積する。本発明において使用される金属
錯体は、熱分解により導電性を有する薄膜が形成される
ものが好ましい。金属化合物はそれ自身の蒸気のみで又
は水素，窒素、あるいはアルゴンなどの不活性ガスとと
もに減圧下の基板上に送られる。金属化合物は３００℃
で１ｍＴｏｒｒ以上の蒸気圧を有することが好ましく、
さらには２５０℃で１ｍＴｏｒｒ以上であることが好ま
しい。

【００６５】具体的には、Ａｌ（ＣＨ₃ ）₃ ，Ａｌ（Ｃ
₂ Ｈ₅ ）₃ ，Ｃｏ（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₂ ，Ｆｅ（Ｃ₅ Ｈ₅ ）
₂ ，Ｃｒ（Ｃ₆ Ｈ₆ ）₂ ，Ｍｏ（Ｃ₆ Ｈ₆ ）₂ ，Ａｕ
（ＣＨ₃）₂ （Ｃ₅ Ｈ₇ Ｏ₂ ），Ｐｔ（Ｃ₅ Ｈ₇ Ｏ₂ ）₂
，Ａｕ（ＣＨ₃ ）₂ （Ｃ₅ ＨＦ₆ Ｏ₂ ），Ｗ（ＣＯ）₆
，Ｍｏ（ＣＯ）₆ 等が挙げられる。

【００６６】選択堆積条件とは、導電体上には堆積する
が、絶縁体上には堆積しない条件で膜堆積することをい
う。本発明においては、絶縁性基板１上には堆積せず、
導電性膜４上に堆積するように成膜条件が設定される。
この場合、導電性膜４と同じ金属を含む金属化合物を用
いたとき、特に導電性膜４上には金属が堆積しやすい。
これは堆積物と下地の結晶性又は格子定数が一致してい
るためと考えられる。また、分解温度も通常よりも低く
なるので選択堆積させやすい。

【００６７】先述したように、導電性膜４は、フォーミ
ング時の抵抗は大きく、その後の使用時（駆動時）には
抵抗が小さいことが好ましいが、金属化合物の熱分解生
成物６をフォーミング後に導電性膜４上に堆積させるこ
とにより、かかる要請を満足させることが可能である。

【００６８】５）フォーミング後に金属化合物の熱分解
生成物６を堆積した素子には、活性化工程と呼ばれる処
理を施すのが好ましい。この活性化工程により、素子電
流Ｉｆ，放出電流Ｉｅを、著しく変化させることができ
る。

【００６９】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、素子
電極２，３間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
述の素子電極の形態、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Ｃ_n Ｈ
_2n+2で表される飽和炭化水素、エチレン、プロピレンな
どＣ_n Ｈ_2n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Ｉ
ｅが、著しく変化するようになる。

【００７０】炭素及び炭素化合物とは、例えばグラファ
イト（いわゆるＨＯＰＧ，ＰＧ，ＧＣを包含するもの
で、ＨＯＰＧはほぼ完全なグラファイト結晶構造、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、３０ｎ
ｍ以下の範囲とすることがより好ましい。

【００７１】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、適宜行うことができる。
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。

【００７２】なお、活性化工程は、金属化合物の蒸気を
含有する雰囲気下で、上記と同様に電圧パルスを素子に
印加し、金属ないしその化合物を堆積させることにより
行うこともできる。このとき蒸気として使用しうる金属
化合物としては、前述の熱分解成分を堆積させる工程で
用いたのと同じものが挙げられる。

【００７３】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。

【００７４】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には、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、上記炭素あるいは炭素化合物がほぼ
新たに堆積しない分圧で１×１０^-8Ｔｏｒｒ以下が好ま
しく、さらには１×１０^-10 Ｔｏｒｒ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、８０〜２００℃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、１〜３×１０^-7Ｔｏｒｒ以下が好ましく、
さらには１×１０^-8Ｔｏｒｒ以下が特に好ましい。

【００７５】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、圧力自体は多少上昇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。

【００７６】上述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５，図６を
参照しながら説明する。

【００７７】図５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５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。

【００７８】図５において、５５は真空容器であり、５
６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。また、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２，３間
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５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、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は電子放出部５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５４の電圧を１ｋＶ〜１
０ｋＶの範囲とし、アノード電極５４と電子放出素子と
の距離Ｈを２ｍｍ〜８ｍｍの範囲として測定を行うこと
ができる。

【００７９】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。

【００８０】排気ポンプ５６は、ターボポンプ、ロータ
リーポンプ等からなる通常の高真空装置系と、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。ここに示した電子放出素子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。

【００８１】図６は、図５に示した真空処理装置を用い
て測定された放出電流Ｉｅ及び素子電流Ｉｆと、素子電
圧Ｖｆとの関係を模式的に示した図である。図６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。尚、縦・横軸ともリニ
アスケールである。

【００８２】図６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
て次の３つの特徴的性質を有する。

【００８３】即ち、第１に、本素子はある電圧（閾値電
圧と呼ぶ；図６中のＶｔｈ）以上の素子電圧を印加する
と急激に放出電流Ｉｅが増加し、一方閾値電圧Ｖｔｈ以
下では放出電流Ｉｅが殆ど検出されない。つまり、放出
電流Ｉｅに対する明確な閾値電圧Ｖｔｈを持った非線形
素子である。

【００８４】第２に、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。

【００８５】第３に、アノード電極５４（図５参照）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。

【００８６】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。

【００８７】図６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。）例を示したが、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）。これらの特性
は、前述の工程を制御することで制御できる。

【００８８】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
電子放出素子を複数個基板上に配列し、例えば電子源あ
るいは、画像形成装置が構成できる。

【００８９】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。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梯子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。

【００９０】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、前述した通り３つの特性がある。即ち、
表面伝導型電子放出素子からの放出電子は、閾値電圧以
上では、対向する素子電極間に印加するパルス状電圧の
波高値と幅で制御できる。一方、閾値電圧以下では、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。

【００９１】以下この原理に基づき、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７を用いて説明する。図７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。

【００９２】ｍ本のＸ方向配線７２は、Ｄｘ１，Ｄｘ
２，……，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、幅は適宜設計される。
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７
３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）。

【００９３】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。

【００９４】表面伝導型電子放出素子７４を構成する一
対の素子電極（不図示）は、それぞれｍ本のＸ方向配線
７２とｎ本のＹ方向配線７３に、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。

【００９５】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、また夫々異なってもよい。これらの材料は、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。

【００９６】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。

【００９７】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。

【００９８】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８と図９及び
図１０を用いて説明する。図８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９は、図８の画像
形成装置に使用される蛍光膜の模式図である。図１０
は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行うため
の駆動回路の一例を示すブロック図である。

【００９９】図８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℃の温度範囲
で１０分間以上焼成することで、封着して構成される。

【０１００】７４は、図１に示したような電子放出素子
である。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方向配線あ
る。

【０１０１】外囲器８８は、上述の如く、フェースプレ
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８
８を構成してもよい。一方、フェースプレート８６とリ
アプレート８１の間に、スぺーサーと呼ばれる不図示の
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。

【０１０２】図９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で構成する
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（図９（ａ））あるいはブ
ラックマトリクス（図９（ｂ））等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。黒色導電材９１
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。

【０１０３】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、沈澱法や印刷法等
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８
６側へ鏡面反射す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Ａｌを真空蒸着等を用いて堆積させることで作製でき
る。

【０１０４】フェースプレート８６には、更に蛍光膜８
４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。

【０１０５】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る必要があり、十分
な位置合わせが不可欠となる。

【０１０６】図８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。

【０１０７】外囲器８８内は、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
ンプ等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、１０^-7Ｔｏｒｒ程度の真空度の有
機物質の十分に少ない雰囲気にした後、封止が成され
る。外囲器８８の封止後の真空度を維持するために、ゲ
ッター処理を行うこともできる。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
位置に配置されたゲッター（不図示）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、例えば１×１０^-7
Ｔｏｒｒ以上の真空度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。

【０１０８】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１０を用いて説明する。図１０において、
１０１は画像表示パネル、１０２は走査回路、１０３は
制御回路、１０４はシフトレジスタ、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及びＶａは直流電圧源である。

【０１０９】表示パネル１０１は、端子Ｄｘ１乃至Ｄｘ
ｍ、端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｎ及び高圧端子８７を介して外
部の電気回路と接続している。端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍに
は、表示パネル１０１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１行（ｎ素子）づつ順次駆動する為
の走査信号が印加される。端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｎには、
前記走査信号により選択された１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８７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。

【０１１０】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（図中、Ｓ１乃至Ｓ
ｍで模式的に示している）を備えたものである。各スイ
ッチング素子は、直流電圧電源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Ｄｘ１乃至Ｄｘｍと電気的に接
続される。各スイッチング素子Ｓ１乃至Ｓｍ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。

【０１１１】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（電子放出閾値電圧）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
放出閾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。

【０１１２】制御回路１０３は、外部より入力される画
像信号に基づいて適切な表示が行われるように、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，Ｔｓｆｔ及びＴ
ｍｒｙの各制御信号を発生する。

【０１１３】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ための回路で、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。このＤＡＴＡ信号は、シフトレジスタ１０
４に入力される。

【０１１４】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言い換えてもよ
い。）。シリアル／パラレル変換された画像１ライン分
のデータ（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当）
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。

【０１１５】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、Ｉｄ’１乃至Ｉｄ’ｎとして出力され、変調
信号発生器１０７に入力される。

【０１１６】変調信号発生器１０７は、画像データＩ
ｄ’１乃至Ｉｄ’ｎ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Ｄｙ１乃至Ｄｙｎ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。

【０１１７】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に関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閾値電圧Ｖｔｈがあ
り、Ｖｔｈ以上の電圧が印加された時のみ電子放出が生
じる。電子放出閾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
子放出閾値電圧以下の電圧を印加しても電子放出は生じ
ないが、電子放出閾値電圧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Ｖ
ｍ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。

【０１１８】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、電圧変調方式とパルス幅変調方
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としては、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電圧パル
スの波高値を変調できるような電圧変調方式の回路を用
いることができる。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。

【０１１９】シフトレジスタ１０４やラインメモリ１０
５は、デジタル信号式のものでもアナログ信号式のもの
でも採用できる。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。

【０１２０】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等
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及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）を組み合わせた回路を用いる。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。

【０１２１】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、例えばオペアンプ等を
用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフト
回路等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。

【０１２２】このような構成をとり得る本発明を適用可
能な画像形成装置においては、各電子放出素子に、容器
外端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを介して電
圧を印加することにより、電子放出が生じる。高圧端子
８７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。

【０１２３】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方式等の他、
これら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。

【０１２４】次に、前述の梯子型配置の電子源及び画像
形成装置について、図１１及び図１２を用いて説明す
る。

【０１２５】図１１は、梯子型配置の電子源の一例を示
す模式図である。図１１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１１１を接続するための共通配線Ｄ１〜Ｄ１０であ
り、これらは外部端子として引き出されている。電子放
出素子１１１は、基板１１０上に、Ｘ方向に並列に複数
個配置されている（これを素子行と呼ぶ）。この素子行
が複数個配置されて、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、電子放出閾値以上の電圧を印加
し、電子ビームを放出させたくない素子行には、電子放
出閾値以下の電圧を印加する。各素子行間に位置する共
通配線Ｄ２〜Ｄ９は、例えばＤ２とＤ３を一体の同一配
線とすることもできる。

【０１２６】図１２は、梯子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
めの開口、Ｄ１乃至Ｄｍは容器外端子、Ｇ１乃至Ｇｎは
グリッド電極１２０と接続された容器外端子である。１
１０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１２においては、図８、図１１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８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。

【０１２７】図１２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１１１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、梯子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。グリッド電極の形状や配置位置は、図１２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
電極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。

【０１２８】容器外端子Ｄ１乃至Ｄｍ及びグリッド容器
外端子Ｇ１乃至Ｇｎは、不図示の制御回路と電気的に接
続されている。

【０１２９】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）して行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。

【０１３０】以上説明した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。

【０１３１】

【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。

【０１３２】［実施例１］本実施例に係わる基本的な表
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。図１において、１は基
板、２と３は素子電極、４は導電性膜、５は電子放出
部、６は金属化合物の熱分解生成物である。

【０１３３】本実施例に係る表面伝導型電子放出素子の
製造法は、基本的には図３と同様であり、以下、図１及
び図３を用いて、本実施例に係る素子の基本的な構成及
び製造法を順を追って説明する。

【０１３４】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、これを基板１として用い
る。かかる基板１上に、電極パターンに対応する開口部
を有するホトレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−４１／日立
化成社製）のマスクパターンを形成し、真空蒸着法によ
り、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ１００ｎｍのＮｉを順次堆
積した。ホトレジストを有機溶剤で溶解し、Ｎｉ／Ｔｉ
膜をリフトオフして、素子電極２，３を形成した（図３
（ａ））。素子電極の間隔Ｌは１０μｍ、素子電極幅Ｗ
は３００μｍである。

【０１３５】工程−ｂ上記素子に厚さ１００ｎｍのＣｒ膜を真空蒸着法により
形成し、フォトリソグラフィー技術により、導電性膜の
パターンに対応する開口部を設け、導電性膜形成のため
のＣｒマスクを形成した。その上に有機Ｐｄ化合物の溶
液（ｃｃｐ４２３０／奥野製薬（株）製）をスピンナー
を用いて塗布し、３００℃で１０分間の加熱焼成処理を
行い、ＰｄＯを主成分とする導電性膜を形成した。この
膜の厚さは、１０ｎｍであった。続いて、Ｃｒマスクを
ウエットエッチングで除去し、ＰｄＯ微粒子膜をリフト
オフすることにより所望のパターンを有する導電性膜４
を形成した（図３（ｂ））。該導電性膜４の抵抗値は、
Ｒｓ＝２×１０⁴ Ω／□であった。

【０１３６】工程−ｃ次に、上記基板１を図５の真空処理装置の真空容器５５
内の試料ホルダー（不図示）に設置し、排気ポンプ５６
にて排気し、真空容器５５内を１×１０^-5Ｔｏｒｒの真
空度とした。この後、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２，３間に電圧を印加し、
通電フォーミングを行い、電子放出部５を形成した（図
３（ｃ））。通電フォーミング処理の電圧波形は図４
（ｂ）に示したものである。

【０１３７】本実施例では、図４（ｂ）中のＴ１を１ｍ
ｓ、Ｔ２を１０ｍｓとし、波高値の漸増する三角波パル
スを用いた。また、フォーミング処理中は、フォーミン
グパルスの休止時間内に０．１Ｖの抵抗測定用パルスを
挿入し、抵抗値が１ＭΩを越えたところでフォーミング
処理を終了した。終了時のパルスの波高値は、代表的な
素子で約５．０Ｖ程度であった。

【０１３８】工程−ｄフォーミング後の基板１を１００℃に加熱し、Ｗ（Ｃ
Ｏ）₆ ガスを真空容器５５内に５ｍＴｏｒｒ、５分間導
入した。これにより素子電極２，３及び導電性膜４上に
はＷが堆積したが、その他の絶縁性基板表面上にはＷは
堆積しなかった（図３（ｄ））。

【０１３９】工程−ｅ続いて、Ｗ（ＣＯ）₆ ガスを十分排気した後、アセトン
蒸気を真空容器５５内に１ｍＴｏｒｒ導入し、フォーミ
ング処理した素子の電極間にパルス幅１ｍｓ、波高値１
４Ｖ、周波数１００Ｈｚのパルス電圧を２０分間印加し
た。

【０１４０】以上のように作製した電子放出素子の特性
を、素子上５ｍｍ離れたアノード電極５４に１ｋＶを印
加して測定した。以上の処理で用いた排気装置はソープ
ションポンプとイオンポンプよりなる超高真空用の排気
装置である。

【０１４１】測定後の電子放出素子を走査電子顕微鏡で
観察した結果、初期に見られた導電性膜４を構成する超
微粒子上に金属堆積物が見られた。また、この導電性膜
４の高電位側には黒い堆積物が付着していたが、これは
カーボンであった。

【０１４２】［実施例２］フォーミング工程（工程−
ｃ）まで実施例１と同様の材料を用いて同様に行い、導
電性膜４の一部に電子放出部５を有する素子を作製し
た。

【０１４３】工程−ｄとして、基板を１５０℃に加熱
し、真空容器内に１Ｔｏｒｒの有機Ｐｄ化合物（ｃｃｐ
４２３０／奥野製薬（株）製）の蒸気を１５分間導入す
ることにより、素子上に酸化Ｐｄを堆積させた。

【０１４４】上記、有機Ｐｄ化合物の蒸気を排気後、１
×１０^-5 Ｔｏｒｒの真空中で素子電極間にパルス幅１
ｍｓ、波高値１５Ｖ、周波数１００Ｈｚのパルス電圧を
３０分印加しつづけることにより活性化処理を行ったと
ころ、素子間に流れる電流値は２．５ｍＡまで増加し
た。以上の工程により表面伝導型電子放出素子を作製
し、その電気特性を、素子上５ｍｍ離れたアノード電極
に１ｋＶを印加して測定した。なお、本実施例において
は、排気装置として、ロータリーポンプと油拡散ポンプ
により構成される高真空用排気装置を用いた。

【０１４５】［実施例３］基板と素子電極形成工程（工
程−ａ）は、実施例１と同一の工程を採用した。

【０１４６】工程−ｂリフトオフ用のＣｒ膜を実施例１と同様に形成した後、
Ａｕを真空蒸着法により２ｎｍ堆積した。Ｃｒ膜をエッ
チング除去することによりＡｕの導電性膜を形成した。
この時、素子電極間の抵抗値は２０Ωであった。また、
このＡｕは、粒子状に堆積したいわゆる島状堆積膜であ
った。

【０１４７】工程−ｃ真空装置に基板を配置し、実施例１と同様にしてフォー
ミング処理によりＡｕ膜に電子放出部を形成した。

【０１４８】工程−ｄ基板を１２０℃に加熱し、真空容器内にジメチル金アセ
トナート蒸気を２Ｔｏｒｒ導入し、素子上に金を堆積さ
せた。

【０１４９】その後、活性化処理として、ジメチル金ア
セトナート蒸気を十分排気後、素子電極間にパルス幅１
ｍｓ、波高値１５Ｖ、周波数１００Ｈｚのパルス電圧を
３０分印加した。

【０１５０】以上の工程により表面伝導型電子放出素子
を作製し、その電気特性を、素子上５ｍｍ離れたアノー
ド電極に１ｋＶを印加して測定した。本実施例で用いた
排気装置は実施例２と同様である。

【０１５１】［実施例４］基板と素子電極形成工程（工
程−ａ）は、実施例１と同一の工程を採用した。

【０１５２】工程−ｂリフトオフ用のＣｒ膜を実施例１と同様に形成した後、
Ｍｏをスパッタリング法により３ｎｍ堆積した。Ｃｒ膜
をエッチング除去することによりＭｏの導電性膜を形成
した。この時、素子電極間の抵抗値は２５Ωであった。

【０１５３】工程−ｃ真空装置に基板を配置し、実施例１と同様にしてフォー
ミング処理によりＭｏ膜に電子放出部を形成した。

【０１５４】工程−ｄ基板を１７０℃に加熱し、真空容器内にビスベンゼンモ
リブデン蒸気を１Ｔｏｒｒで３０分間導入し、素子上に
Ｍｏを堆積させた。

【０１５５】その後、活性化処理として、ビスベンゼン
モリブデン蒸気を十分排気後、素子電極間にパルス幅１
ｍｓ、波高値１５Ｖ、周波数１００Ｈｚのパルス電圧を
３０分印加した。

【０１５６】以上の工程により表面伝導型電子放出素子
を作製し、その電気特性を、素子上５ｍｍ離れたアノー
ド電極に１ｋＶを印加して測定した。

【０１５７】［比較例］工程−ｄを省略した以外は、実
施例２と同一の材料及び工程により表面伝導型電子放出
素子を作製し、その電気特性を、素子上５ｍｍ離れたア
ノード電極に１ｋＶを印加して測定した。

【０１５８】以上の実施例１〜４及び比較例の素子特性
の測定初期と、一定時間駆動後の測定結果を、表１に示
す。

【０１５９】

【表１】

【０１６０】［実施例５］本実施例は、多数の表面伝導
型電子放出素子を単純マトリクス配置した電子源を用い
て、画像形成装置を作製した例である。

【０１６１】複数の導電性膜がマトリクス配線された基
板の一部の平面図を図１３に示す。また、図中のＡ−
Ａ’断面図を図１４に示す。但し、図１３、図１４で同
じ符号で示したものは、同じ部材を示す。ここで１は基
板、２と３は素子電極、４は導電性膜、６は金属化合物
の熱分解生成物である。７２は図７のＤｘｍに対応する
Ｘ方向配線（下配線とも呼ぶ）、７３は図７のＤｙｎに
対応するＹ方向配線（上配線とも呼ぶ）であり、夫々１
００本形成している。１４１は層間絶縁層、１４２は素
子電極２と下配線７２との電気的接続のためのコンタク
トホールである。

【０１６２】先ず、本実施例の電子源基板の製造方法
を、図１５及び図１６を用いて工程順に従って具体的に
説明する。尚、以下に説明する工程−ａ〜ｈは、それぞ
れ図１５の（ａ）〜（ｄ）及び図１６の（ｅ）〜（ｈ）
に対応する。

【０１６３】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１上に、真空蒸着法に
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を形成した。

【０１６４】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１４１をＲＦスパッタ法により堆積した。

【０１６５】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１
４２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１４１をエッチングしてコ
ンタクトホール１４２を形成した。エッチングはＣＦ₄
とＨ₂ ガスを用いたＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎ
Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によった。

【０１６６】工程−ｄその後、素子電極２，３と素子電極間ギャップとなるべ
きパターンをホトレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−４１／
日立化成社製）で形成し、真空蒸着法により、厚さ５ｎ
ｍのＴｉ、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Ｌが３μｍ、幅Ｗが３
００μｍの素子電極２，３を形成した。

【０１６７】工程−ｅ素子電極２，３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
要な部分を除去して、所望の形状の上配線７３を形成し
た。

【０１６８】工程−ｆ次に、膜厚３０ｎｍのＣｒ膜１６１を真空蒸着により堆
積、導電性膜４の形状の開口部を有するようにパターニ
ングし、その上に有機Ｐｄ化合物の溶液（ｃｃｐ−４２
３０）をスピンナーにより回転塗布、３００℃で１２分
間の加熱焼成処理を施してＰｄＯ微粒子からなる導電性
膜４を形成した。この膜の膜厚は７０ｎｍであった。

【０１６９】工程−ｇＣｒ膜１６１を酸エッチャントを用いてウエットエチイ
ングしてＰｄＯ微粒子よりなる導電性膜４の不要部分と
ともに除去し、所望の形状の導電性膜４を形成した。こ
の導電性膜４の抵抗値は、Ｒｓ＝４×１０⁴ Ω／□程度
であった。

【０１７０】工程−ｈコンタクトホール１４２部分以外にレジストパターンを
形成し、真空蒸着により厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ５００
ｎｍのＡｕを順次堆積した。リフトオフにより不要な部
分を除去することにより、コンタクトホール１４２を埋
め込んだ。

【０１７１】以上の工程により、絶縁性基板１上に下配
線７２、層間絶縁層１４１、上配線７３、素子電極２，
３、導電性膜４を形成した。

【０１７２】次に、以上のようにして作製した複数の導
電性膜４がマトリクス配線された基板１（図１３）を用
いて画像形成装置を作製した。作製手順を図８と図９を
用いて説明する。

【０１７３】工程−ｉ先ず、上記複数の導電性膜４がマトリクス配線された基
板１（図１３）をリアプレート８１上に固定した後、基
板１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を介して配置し、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４３０℃で１０
分以上焼成することで封着した（図８）。なお、リアプ
レート８１への基板１の固定もフリットガラスで行っ
た。

【０１７４】蛍光膜８４は、カラーを実現するために、
ストライプ形状（図９（ａ）参照）の蛍光体とし、先に
ブラックストライプを形成し、その間隙部にスラリー法
により各色蛍光体９２を塗布して蛍光膜８４を作製し
た。ブラックストライプの材料としては、通常よく用い
られている黒鉛を主成分とする材料を用いた。

【０１７５】また、蛍光膜８４の内面側にはメタルバッ
ク８５を設けた。メタルバック８５は、蛍光膜８４の作
製後、蛍光膜８４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。

【０１７６】フェースプレート８６には、更に蛍光膜８
４の導電性を高めるため、蛍光膜８４の外面側に透明電
極を設ける場合もあるが、本実施例ではメタルバック８
５のみで十分な導電性が得られたので省略した。

【０１７７】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体９２と電子放出素子７４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。

【０１７８】工程−ｊ以上のようにして完成した外囲器８８内の雰囲気を排気
管（不図示）を通じ真空ポンプにて１０^-4Ｐａ程度の真
空度まで排気した。Ｙ方向配線を共通結線して１ライン
毎にフォーミング処理を行った。尚、フォーミングは実
施例１で採用した条件で行った。

【０１７９】工程−ｋ次に、外囲器８８を恒温槽で１００℃に加熱しつつ、Ｗ
（ＣＯ）₆ ガスを排気管（不図示）を通じて５ｍＴｏｒ
ｒ導入した。

【０１８０】工程−ｌつづいて、活性化処理を行う。パネル（外囲器８８）の
排気管を活性化物質であるアセトンが充填されたアンプ
ルに接続する。アセトンをパネル内に導入し、圧力が１
ｍＴｏｒｒとなるように調整して、１８Ｖ矩形波パルス
を素子電極２，３間に印加する。パルス幅は１００μ
ｓ、パルス間隔は２０ｍｓとした。

【０１８１】活性化処理は、１行づつ実行した。一つの
行の素子に接続された１本のＸ方向配線に、波高値Ｖａ
ｃｔ＝１８Ｖの矩形波パルスを印加し、Ｙ方向配線は、
工程ｊと同様に共通電極に結線する。１分間毎にパルス
を三角波に変更し、素子電流−素子電圧特性（Ｉｆ−Ｖ
ｆ特性）を測定する。Ｖｆ２＝Ｖａｃｔ／２＝９Ｖにお
けるＩｆの値が、Ｉｆ（Ｖｆ２）≧Ｉｆ（Ｖａｃｔ）／
２２０であれば、３０秒間矩形波パルスの波高値を１９
Ｖに上昇させ、その後１８Ｖに戻して活性化処理を継続
する。

【０１８２】１素子あたりの素子電流がＩｆ（１８Ｖ）
≧２ｍＡとなったところでその行の活性化を終了し、次
の行の活性化処理に移って、同様の処理を繰り返した。

【０１８３】工程−ｍ全ての行の活性化が終了したところで、ガス導入装置の
バルブを閉じアセトンの導入を停止し、パネル全体を約
２００℃に加熱しながら５時間排気を続けたところで、
単純マトリクス駆動により、電子を放出させ、蛍光膜８
４を全面発光させ、正常に動作することを確認した後、
排気管を加熱溶着して封じ切った。最後に、高周波加熱
によりパネル内に設置したゲッター（不図示）をフラッ
シュさせた。

【０１８４】以上のようにして作製したパネルの容器外
端子Ｄｘ１乃至ＤｘｍとＤｙ１乃至Ｄｙｎ、及び高圧端
子８７を夫々必要な駆動系に接続し、画像形成装置を完
成した。各表面伝導型電子放出素子に、容器外端子Ｄｘ
１乃至ＤｘｍとＤｙ１乃至Ｄｙｎを通じて、走査信号及
び変調信号を不図示の信号発生手段より夫々印加するこ
とにより電子放出させ、高圧端子８７を通じてメタルバ
ック８５に数ｋＶ以上の高圧を印加して、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。

【０１８５】本実施例における画像形成装置は、高輝度
で動作安定性に優れた画像を安定して表示することがで
きた。

【０１８６】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、安
定な電子放出特性と高い電子放出効率とを有する電子放
出素子を実現できる。

【０１８７】また、本発明の画像形成装置においては、
高輝度で動作安定性に優れた画像を形成でき、例えばカ
ラーフラットテレビが実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子放出素子の一例である平面型表面
伝導型電子放出素子を模式的に示した図である。

【図２】本発明の電子放出素子の一例である垂直型表面
伝導型電子放出素子を模式的に示した図である。

【図３】図１の電子放出素子の製造方法の一例を説明す
るための図である。

【図４】本発明の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５】本発明の電子放出素子の製造に用いることので
きる真空処理装置（測定評価装置）の一例を示す概略構
成図である。

【図６】本発明の表面伝導型電子放出素子の放出電流Ｉ
ｅおよび素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関係の典型的な
例を示す図である。

【図７】本発明の適用可能な単純マトリクス配置の電子
源の一例を示す模式図である。

【図８】本発明の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９】表示パネルにおける蛍光膜の一例を示す模式図
である。

【図１０】画像形成装置にＮＴＳＣ方式のテレビ信号に
応じて表示を行うための駆動回路の一例を示すブロック
図である。

【図１１】本発明の適用可能な梯子型配置の電子源の一
例を示す模式図である。

【図１２】本発明の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１３】実施例５のマトリクス配線した電子源の模式
図である。

【図１４】図１３のＡ−Ａ’断面模式図である。

【図１５】実施例５に係る電子源の製造工程図である。

【図１６】実施例５に係る電子源の製造工程図である。

【図１７】従来例の表面伝導型電子放出素子の平面図で
ある。

【符号の説明】

１基板２，３素子電極４導電性膜５電子放出部６金属化合物の熱分解生成物２１段差形成部５０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５２電子放出部５より放出される放出電流Ｉｅを測定
するための電流計５３アノード電極５４に電圧を印加するための高圧電
源５４電子放出部５より放出される電子を捕捉するため
のアノード電極５５真空容器５６排気ポンプ７１電子源基板７２Ｘ方向配線７３Ｙ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，Ｖａ直流電圧源１１０電子源基板１１１電子放出素子１１２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の開口１４１層間絶縁層１４２コンタクトホール１６１Ｃｒ膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上に対向して設けられた一対の素子
電極間に、電子放出部を有する導電性膜を備える電子放
出素子において、少なくとも該導電性膜が金属化合物の
熱分解生成物で被覆されていることを特徴とする電子放
出素子。
【請求項２】前記導電性膜が、前記金属化合物の熱分
解生成物の金属元素と同じ金属元素を含むことを特徴と
する請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項３】前記金属元素が、Ｐｄであることを特徴
とする請求項２に記載の電子放出素子。
【請求項４】前記導電性膜が、微粒子集合体であるこ
とを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子放
出素子。
【請求項５】前記金属化合物が、メタロセン、金属カ
ルボニル、金属アセチルアセトナートの中から選ばれる
いずれかであることを特徴とする請求項１〜４のいずれ
かに記載の電子放出素子。
【請求項６】前記金属化合物は、３００℃における蒸
気圧が０．１ｍＴｏｒｒ以上であることを特徴とする請
求項１〜５のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項７】前記電子放出部には、炭素又は／及び炭
素化合物が含まれていることを特徴とする請求項１〜６
のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項８】前記電子放出素子が、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１〜７のいずれか
に記載の電子放出素子。
【請求項９】請求項１〜８のいずれかに記載の電子放
出素子の製造方法であって、少なくとも、前記導電性膜
に電子放出部を形成する工程と、金属錯体ガスを含む雰
囲気下で前記基体を加熱し、少なくとも前記導電性膜上
に金属化合物の熱分解生成物を選択性堆積条件下で堆積
させるを含むことを特徴とする電子放出素子の製造方
法。
【請求項１０】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１〜８のいずれかに記載の電子放出
素子を、同一基板上に複数個配置したことを特徴とする
電子源。
【請求項１１】前記電子放出素子の複数が梯子状に配
置されており、個々の電子放出素子の両素子電極が並列
に二本の行配線に接続されており、更に変調手段を有す
ることを特徴とする請求項１０に記載の電子源。
【請求項１２】前記複数の電子放出素子がマトリクス
状に配置されており、個々の電子放出素子の一方の素子
電極を行配線に接続し、個々の電子放出素子の他方の素
子電極を前記行配線と直交する列配線に接続したことを
特徴とする請求項１０に記載の電子源。
【請求項１３】請求項１０〜１２のいずれかに記載の
電子源の製造方法において、前記複数の電子放出素子を
請求項９に記載の方法で製造することを特徴とする電子
源の製造方法。
【請求項１４】入力信号に基づいて画像を形成する装
置であって、少なくとも、請求項１０〜１２のいずれか
に記載の電子源と、画像形成部材とによって構成された
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１５】請求項１４に記載の画像形成装置の製
造方法において、前記電子源を請求項１３に記載の方法
で製造することを特徴とする画像形成装置の製造方法。