JPH1050203A

JPH1050203A - 電子放出素子、それを用いた電子源、画像形成装置、及びそれらの製造方法

Info

Publication number: JPH1050203A
Application number: JP21814796A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Sugioka; 秀行杉岡
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-08-01
Filing date: 1996-08-01
Publication date: 1998-02-20

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間の導電性膜４、素子電
極２，３の対向面に略平行な複数の溝よりなる平行溝６
を付与したことを特徴とする。【効果】形状の揃った電子放出部を形成でき、素子毎
の特性のバラツキを低減できる。

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、及び該電子
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。

【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、特
開平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】従来、通電処理や加熱
処理等によって導電性膜に電子放出部を形成する場合、
同一の材料であっても、前駆体材料の違いや成膜条件等
の違いにより、導電性膜表面の微細構造が異なる畏れが
ある。そのために、導電性膜部分を構成する導電性材料
の表面被覆率が同じであっても、通電処理や加熱処理等
による電子放出部形成条件に違いが生じ、以下に述べる
ような様々な問題が生じていた。

【００１３】（１）フォーミング時の消費電力がおおき
くなったり小さくなったりする消費電力のバラツキが生
じる。

【００１４】（２）フォーミング時に形成される亀裂の
形状が直線的であったりジグザグ状であったりする亀裂
の形状バラツキが生じる。

【００１５】（３）フォーミング時に形成される亀裂の
幅が太くなったり狭くなったりする亀裂幅バラツキが生
じる。

【００１６】（４）フォーミング時のバラツキに起因し
て電子の放出効率のバラツキが生じ、電子放出素子をデ
ィスプレイとして応用する場合には、輝度むら等のバラ
ツキが発生する。

【００１７】電子放出効率を改善するうえでは、導電性
膜の材料そのものや前駆体材料の変更が不可欠となる可
能性があり、材料系固有の性質に起因して膜表面の微細
構造が異なるような場合でも、フォーミング時のバラツ
キや電子放出効率等の素子特性のバラツキの少ない電子
放出部を形成できる技術が望まれる。

【００１８】本発明は、上記事情を鑑み、電子放出部が
より均一な電子放出素子、電子放出素子を複数備え各素
子の電子放出部が均一な電子源、かかる電子源を備えよ
り高品位な画像を形成し得る画像形成装置の提供を目的
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、基板上の対向する
一対の電極間に、導電性膜を配置した電子放出素子にお
いて、前記電極間の基板部分又は／及び導電性膜部分
に、互いに略平行な複数の溝よりなる平行溝を有するこ
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、更にそ
の特徴として、「上記平行溝は、該溝中の少なくとも一
部に導電性材料が充填され、該導電性材料により、上記
導電性膜に導電性を付与するものである」こと、「上記
平行溝は、導電性膜の当該溝の両側の部分の間の電気抵
抗を増大させる、若しくは少なくとも一部を絶縁状態と
するものである」こと、「上記平行溝は、導電性膜を、
対向する電極間を結び互いに平行な短冊状の部分に分割
するものである」こと、「前記平行溝は、前記一対の電
極の対向面に垂直である」こと、「前記平行溝は、前記
一対の電極の対向面に平行である」こと、「前記平行溝
を２種類有し、各平行溝は互いに交差している」こと、
「一方の平行溝は前記一対の電極の対向面に垂直であ
り、他方の平行溝は前記一対の電極の対向面に平行であ
る」こと、「前記２種類の平行溝は、前記一対の電極の
対向面に対して斜めに形成されている」こと、「表面伝
導型電子放出素子である」こと、をも含むものである。

【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において、前記平行溝を形成す
る工程が、回転ローラーに前記電極間の基板又は導電性
膜を接触させながら、基板を回転ローラーに対して相対
的に移動させる工程であることを特徴とする電子放出素
子の製造方法にある。

【００２３】上記本発明第二の製造方法は、更にその特
徴として、「前記導電性膜を形成する工程において、該
導電性膜が前記平行溝のパターンに対応する表面被覆率
となるように制御する」ことを含むものである。

【００２４】また、本発明の第三は、基板上に、複数の
電子放出素子が配列された電子源において、前記電子放
出素子が、上記本発明第一の電子放出素子であることを
特徴とする電子源にある。

【００２５】上記本発明第三の電子源は、更にその特徴
として、「前記複数の電子放出素子が、マトリクス状に
配線されている」こと、「前記複数の電子放出素子が、
梯子状に配線されている」こと、をも含むものである。

【００２６】また、本発明の第四は、基板上に、複数の
電子放出素子が配列された電子源の製造方法において、
前記電子放出素子を、上記本発明第二の方法により製造
することを特徴とする電子源の製造方法にある。

【００２７】また、本発明の第五は、基板上に、複数の
電子放出素子が配列された電子源と、該電子源から放出
される電子線の照射により画像を形成する画像形成部材
とを有する画像形成装置において、前記電子源が、上記
本発明第三の電子源であることを特徴とする画像形成装
置にある。

【００２８】更に、本発明の第六は、基板上に、複数の
電子放出素子が配列された電子源と、該電子源から放出
される電子線の照射により画像を形成する画像形成部材
とを有する画像形成装置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により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。

【００２９】本発明によれば、電極間の基板部分又は／
及び導電性膜部分に、互いに平行な複数の溝よりなる平
行溝を付与し、導電性膜表面の微細構造を制御すること
により、フォーミング処理を施すことなく形成される亀
裂、又は、通電処理若しくは加熱処理等によるフォーミ
ング処理を施して形成される亀裂の形状を制御すること
ができ、電子放出効率等の素子特性のバラツキを低減し
得る。

【００３０】また、特に、回転ローラーに前記電極間の
基板又は導電性膜を接触させながら、基板を回転ローラ
ーに対して相対的に移動させる処理によって前記平行溝
を形成することにより、電子放出効率等の素子特性のバ
ラツキの少ない電子放出素子を効率よく量産し得る。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
を説明する。図１は、本発明を適用可能な表面伝導型電
子放出素子の基本的な構成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は電極（素子電極）、４は導
電性膜、５は電子放出部である。

【００３２】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、スパッタ
法等により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。

【００３３】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。

【００３４】素子電極間隔Ｌ、素子電極幅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から数百μｍの
範囲とすることができる。素子電極幅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。

【００３５】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。

【００３６】導電性膜４を構成する材料は、例えばＰ
ｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃ
ｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属、Ｐｄ
Ｏ，ＳｎＯ₂ ，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ，ＰｂＯ，Ｓｂ₂ Ｏ₃ 等の酸
化物、ＨｆＢ₂ ，ＺｒＢ₂ ，ＬａＢ₆ ，ＣｅＢ₆ ，ＹＢ
₄ ，ＧｄＢ₄ 等の硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，Ｔ
ａＣ，ＳｉＣ，ＷＣなどの炭化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，Ｈ
ｆＮ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。

【００３７】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。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〜数百ｎｍの範囲、好ましく
は、１ｎｍ〜２０ｎｍの範囲である。

【００３８】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、予め素子電極２，
３間の基板部分や導電性膜４に形成した平行溝のパター
ンに依存するものである。電子放出部５の内部には、数
Å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、後述する活性化工程を経た場合、その活性化工程を
行った気相中に含まれる一部あるいは全ての元素からな
る単体物質及び化合物を有する場合もある。

【００３９】次に、平行溝を素子電極２，３間の基板部
分や導電性膜４に形成した本発明の電子放出素子の形態
例について、図２〜図５の模式図を用いて説明する。
尚、図２〜図５において、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。ま
た、６，６ａ，６ｂは平行溝である。

【００４０】図２に示した素子は、素子電極２，３の対
向面に垂直な平行溝６を有する例であり、図２（ａ）は
平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＡ−Ａ’面に
おける断面図である。

【００４１】図３に示した素子は、素子電極２，３の対
向面に平行な平行溝６を有する例であり、図３（ａ）は
平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＢ−Ｂ’面に
おける断面図である。

【００４２】図４に示した素子は、素子電極２，３の対
向面に垂直な平行溝６ａと、素子電極２，３の対向面に
平行な平行溝６ｂを有する例であり、図４（ａ）は平面
図、図４（ｂ）及び（ｃ）は図４（ａ）におけるＣ−
Ｃ’面における断面図である。尚、図４（ｂ）は、素子
電極２，３間の導電性膜４部分に平行溝を付与した場合
を示し、図４（ｃ）は、素子電極２，３間の基板部分と
導電性膜４部分の両方に平行溝を付与した場合を示して
いる。

【００４３】図５に示した素子は、素子電極２，３の対
向面に対して斜めに形成された平行溝６ａ，６ｂを有す
る例である。

【００４４】本発明の表面伝導型電子放出素子の製造方
法の一例として、図２に示したような素子の製法につい
て、図６に基づいて説明する。

【００４５】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
前述の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６（ａ））。

【００４６】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、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
６（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、スピンナー等を用いるこ
ともできる。

【００４７】３）次に、素子電極２，３間の導電性膜４
に、平行溝６を付与する。具体的には、例えば図６
（ｃ）に示されるように、コア部分１２と布部分１３か
らなる回転ローラー１１と導電性膜４を接触させなが
ら、不図示の移動手段によって図中矢印方向に基板１を
移動させることによって、素子電極２，３の対向面に垂
直な平行溝６を形成する。

【００４８】上記の例では、導電性膜４に直接、平行溝
６を形成したが、本発明では予め基板１に平行溝を形成
しておき、この上に導電性膜４を形成することにより、
導電性膜４に平行溝６を付与することもできる。この様
な場合には、先に形成した平行溝のタイプに合わせて、
その表面における導電性材料の表面被覆率を制御して導
電性膜４を形成するのが好ましい。これにより、フォー
ミング処理を施すことなく、又は、フォーミング処理を
施すことにより形成される亀裂の形状を、一定のパター
ンに制御することができる。この点に関しては、後述す
る実施例において詳述する。

【００４９】４）次に、必要に応じてフォーミング処理
を施す。このフォーミング処理の一例として、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に、局所的に破壊，変
形もしくは変質等の構造の変化した亀裂が形成される。
この亀裂領域が電子放出部５を構成する（図６
（ｄ））。通電フォーミングの電圧波形の例を図７に示
す。

【００５０】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７（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７（ｂ）に示した手
法がある。

【００５１】まず、パルス波高値を定電圧とした場合に
ついて図７（ａ）で説明する。図７（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り、例
えば、Ｔ１を１μ秒〜１０ｍ秒、Ｔ２を１０μ秒〜１０
０ｍ秒とし、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。

【００５２】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７（ｂ）で説明する。
図７（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図７（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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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
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Ｉｅが、著しく変
化するようになる。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】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、８０〜２００℃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
×１０^-5Ｐａ以下が好ましく、さらには１×１０^-6Ｐａ
以下が特に好ましい。

【００６０】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、また真空容器や基板などに吸着したＨ₂
Ｏ，Ｏ₂ なども除去でき、結果として素子電流Ｉｆ，放
出電流Ｉｅが、安定する。

【００６１】上述した工程を経て得られた本発明の電子
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。

【００６２】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。

【００６３】図８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
の導電性膜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〜１０ＫＶ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２〜８ｍｍの範囲として測定を行
うことができる。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】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。尚、縦・横軸ともリニ
アスケールである。

【００６７】図９からも明らかなように、本発明の表面
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。

【００６８】即ち、第１に、本素子はある電圧（閾値電
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。

【００６９】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。

【００７０】第３に、アノード電極５４（図８参照）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。

【００７１】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。

【００７２】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（ＭＩ特性）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（ＶＣＮＲ特性）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。

【００７３】次に、本発明の電子放出素子の応用例につ
いて以下に述べる。本発明の表面伝導型電子放出素子を
複数個基板上に配列し、例えば電子源や画像形成装置が
構成できる。

【００７４】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。

【００７５】本発明の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。

【００７６】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。

【００７７】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）。

【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。

【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。

【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８
４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。

【００８５】７４は、図２〜図５に示したような本発明
の表面伝導型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。

【００８６】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。

【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１２（ａ））あるい
はブラックマトリクス（図１２（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。

【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。

【００８９】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。

【００９０】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。

【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^-5Ｐａ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^-5Ｐａ
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。

【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。

【００９４】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１０ＫＶ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。

【００９５】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。

【００９６】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。

【００９７】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。

【００９８】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。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】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。

【０１０２】前述したように、本発明の電子放出素子は
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。

【０１０３】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。

【０１０４】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。

【０１０５】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。

【０１０６】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。

【０１０７】このような構成をとり得る本発明の画像形
成装置においては、各電子放出素子に、容器外端子Ｄｘ
１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。

【０１０８】ここで述べた画像形成装置の構成は、本発
明の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Ｎ
ＴＳＣ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。

【０１０９】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１４及び図１５を用いて説明す
る。

【０１１０】図１４は、梯子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、Ｄ４とＤ５、
Ｄ６とＤ７、Ｄ８とＤ９とを夫々一体の同一配線とする
こともできる。

【０１１１】図１５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。

【０１１２】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
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。

【０１１３】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。

【０１１４】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。

【０１１５】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。

【０１１６】

【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。

【０１１７】［実施例１］図１６は本実施例の特徴を表
す図であり、基本的には図４に示した構成と同じであ
る。同図（ａ）において、１６１の実線と１６２の点線
からなる正方格子状の模様は、前記２種類の平行溝６
ａ，６ｂを交差させた微細溝構造である。また、１６２
の点線は、溝部分に導電性膜４の材料が不足して導電パ
スが形成されていない状態を示し、１６１の実線は溝部
分に導電性膜４の材料があり、導電パスが形成されてる
状態を示す。また、同図（ｂ）は微細溝構造が基板１に
形成されていることを示し、更に上記の実線１６１の溝
部分に導電性膜の材料があり、上記の点線１６２の溝部
分では導電性膜の材料が不足していることを概念的に示
している。

【０１１８】また、浸透（パーコレーション）理論によ
ると、１つのサイトからでているボンド数がｚであるよ
うなサイトとボンドから構成される適当な格子に対し
て、ボンドを確率ｐでランダムに占有状態（導電状態）
とし、確率（１−ｐ）で非占有状態（絶縁状態）とした
時の浸透しきい値ｐ_c(ｂ) は、次元数をｄとすると、ｐ
_c(ｂ) ＝ｄ／｛ｚ（ｄ−１）｝となることが知られてい
る。

【０１１９】それゆえ、適当な格子に相当する微細溝構
造を素子電極２，３間の基板表面に付与し、該基板表面
での導電性材料の表面被覆率を、上式で決定されるｐ
_c(ｂ)なる値に略等しい値に制御することによって、導
電性膜４の電気的性質を浸透しきい値付近の状態にする
ことができる。ここで、表面における導電性材料の表面
被覆率とは、素子電極２，３間の基板面積に対する、導
電性材料が覆う基板表面の面積比である。

【０１２０】本実施例では２次元の正方格子型の微細溝
構造であるため、ｚ＝４，ｄ＝２であり、上式より、ｐ
_c(ｂ) ＝０．５である。０．５なるボンド連結率は、正
方格子の全ボンド数の半分が導電状態となることで得ら
れる。それゆえ、確率０．５で正方格子型の微細溝構造
の溝を導電性材料で被覆することにより、導電性膜４の
電気的性質を、素子電極２，３間が導電状態から絶縁状
態に変化する浸透しきい値付近の状態に制御できる。こ
こで、素子を浸透しきい値付近の状態に制御すると、線
状の電界集中領域が形成されることを我々は見つけた。

【０１２１】すなわち、本実施例では、前記微細溝構造
のタイプに合わせて、表面における導電性材料の表面被
覆率を制御することによって、導電性膜４の電気的性質
を素子電極２，３間が導電状態から絶縁状態に変化する
浸透しきい値付近の状態に制御し、通電フォーミングが
不用、または、通電フォーミング時の消費電力が極めて
小さく、形状のバラツキの少ない亀裂を安定して形成す
ることができ、電子放出特性等の素子特性が均一な電子
放出素子を実現できる効果がある。

【０１２２】微細溝構造のタイプに合わせて、表面にお
ける導電性材料の表面被覆率を制御する方法としては、
例えば、（ｉ）薄膜部分２３を印刷で作成する際に、膜
厚を制御する方法、（ｉｉ）薄膜部分２３を蒸着で作成
する際に、蒸着量を制御する方法、（ｉｉｉ）導電性材
料に絶縁性材料を混ぜて膜を形成させる方法、等があ
る。

【０１２３】［実施例２］本実施例の素子は、図２に示
した構成であり、平行溝６が一次元的に形成されること
を除いて実施例１とほぼ同様である。

【０１２４】１次元の浸透しきい値ｐ_c(ｂ) は１．０で
あり、２次元の浸透しきい値より高い。また、素子電極
間隔Ｌが、素子電極幅Ｗに比べて極めて大きい帯状の
系、例えば、Ｎ_x ×Ｎ_y ，Ｎ_x ≫Ｎ_y なる帯状の正方格
子のサイト浸透問題に対して、サイトの占有確率をｐ，
サイトの非占有確率を（１−ｐ）とすると、第Ｌ列が全
て非占有となる確率は（１−ｐ）^Ny となり、帯の幅Ｎ_y
が小さい程、浸透しきい値が大きくなり、１次元の浸
透しきい値（１．０）に近付く。ただし、サイト間距離
をＳとするとき、Ｎ_x＝Ｌ／Ｓ，Ｎ_y＝Ｗ／Ｓである。

【０１２５】本実施例は、素子電極２，３の対向面に対
して略垂直な方向に形成した微細溝構造により、素子電
極２，３間に帯状の導電経路を形成し、導電性膜４の次
元性を減少させた電子放出素子である。これによって表
面被覆率の高い状態で導電性膜４に亀裂を形成すること
を可能にした。一般に表面被覆率が低い程、寄生抵抗が
増加する。本実施例では、表面被覆率の高い状態で亀裂
を形成することができるため、亀裂部以外の導電性膜の
寄生抵抗を低く抑えることができ、寄生抵抗による電圧
降下を抑制できる効果がある。

【０１２６】［実施例３］本実施例の素子は、図３に示
した構成であり、素子電極２，３の対向面に対して略平
行な方向に微細溝構造が付与されていることを除いて実
施例１とほぼ同様である。また、同図（ｂ）に示される
ように、微細溝構造が導電性膜４部分に形成され、膜厚
が周期的に変化している。それゆえ、抵抗も周期的に変
化し、先述の通電フォーミング処理を施すことにより、
最も抵抗の高い溝部に沿って、素子電極２，３の対向面
に略平行な直線的な亀裂を形成できる。

【０１２７】素子電極に平行な直線的にバラツキなく作
成することは困難であるが、多数の直線的な溝を用意す
ることにより、確実に亀裂を形成できる。すなわち、本
実施例では、亀裂が一定方向に沿って形成されるように
制御でき、素子特性のバラツキを抑制できる効果があ
る。［実施例４］本実施例の素子は、図５に示した構成であ
り、素子電極２，３の対向面に対して斜めに配置された
２種の平行溝６ａ，６ｂを交差させた微細溝構造が、導
電性膜４に付与されていることを除いて、実施例１とほ
ぼ同様である。

【０１２８】本実施例の微細溝構造は実施例３と同様に
導電性膜４に形成され、膜厚が斜め格子に沿って周期的
に変化している。それゆえ、抵抗も周期的に変化し、先
述の通電フォーミング処理を施すことにより、抵抗の高
い溝部に沿って、素子電極２，３の対向面に対して斜め
方向の２種類の直線からなるジグザグ型の亀裂が形成さ
れるように制御できる効果がある。特に２種の平行溝６
ａ，６ｂの交差角度を調整することにより、ジグザグの
角形状をある程度制御できる効果がある。

【０１２９】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明によれば、電
極間の基板部分又は／及び導電性膜部分に、互いに平行
な複数の溝よりなる平行溝を付与し、導電性膜表面の微
細構造を制御することにより、亀裂形成条件を制御する
ことができ、ひいては電子放出効率等の素子特性のバラ
ツキを低減することができる。

【０１３０】また、特に、回転ローラーに前記電極間の
基板又は導電性膜を接触させながら、基板を回転ローラ
ーに対して相対的に移動させる処理によって前記平行溝
を形成することにより、電子放出効率等の素子特性のバ
ラツキの少ない電子放出素子を効率よく量産することが
できる。

【０１３１】そのため、本発明により電子放出素子を同
一基板上に多数配列形成した電子源においては、製造効
率が高いばかりでなく、素子特性のバラツキの少ない安
定した電子線発生装置となる。また、上記電子源を用い
た画像形成装置は、輝度むらの少ない高品位な画像を安
定して表示することができ、高品位なカラーフラットテ
レビ等が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用可能な電子放出素子の一例である
表面伝導型電子放出素子を模式的に示した平面図及び縦
断面図である。

【図２】本発明の電子放出素子の一例を示す模式図であ
る。

【図３】本発明の電子放出素子の一例を示す模式図であ
る。

【図４】本発明の電子放出素子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一例を示す模式図であ
る。

【図６】本発明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７】フォーミング処理に用いる電圧波形の例であ
る。

【図８】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９】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１０】本発明の単純マトリクス配置の電子源の概略
構成図である。

【図１１】本発明の単純マトリクス配置の電子源を用い
た画像形成装置に用いる表示パネルの概略構成図である

【図１２】図１１の表示パネルにおける蛍光膜を示す図
である。

【図１３】図１１の表示パネルに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１４】本発明の梯子型配置の電子源の概略平面図で
ある。

【図１５】本発明の梯子型配置の電子源を用いた画像形
成装置に用いる表示パネルの概略構成図である。

【図１６】実施例１に係る電子放出素子を説明するため
の模式図である。

【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６，６ａ，６ｂ平行溝１１回転ローラー１２回転ローラーのコア部分１３回転ローラーの布部分５０導電性膜４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１６１導電状態にある溝部分１６２絶縁状態にある溝部分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上の対向する一対の電極間に、導電
性膜を配置した電子放出素子において、前記電極間の基
板部分又は／及び導電性膜部分に、互いに略平行な複数
の溝よりなる平行溝を有することを特徴とする電子放出
素子。
【請求項２】上記平行溝は、該溝中の少なくとも一部
に導電性材料が充填され、該導電性材料により、上記導
電性膜に導電性を付与するもの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。
【請求項３】上記平行溝は、導電性膜の当該溝の両側
の部分の間の電気抵抗を増大させる、若しくは少なくと
も一部を絶縁状態とするもの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。
【請求項４】上記平行溝は、導電性膜を、対向する電
極間を結び互いに平行な短冊状の部分に分割するもので
あることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項５】前記平行溝は、前記一対の電極の対向面
に垂直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。
【請求項６】前記平行溝は、前記一対の電極の対向面
に平行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。
【請求項７】前記平行溝を２種類有し、各平行溝は互
いに交差し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８】一方の平行溝は前記一対の電極の対向面
に垂直であり、他方の平行溝は前記一対の電極の対向面
に平行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２種類の平行溝は、前記一対の電極
の対向面に対して斜めに形成されていることを特徴とす
る請求項７に記載の電子放出素子。
【請求項１０】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１〜９のいずれ
かに記載の電子放出素子。
【請求項１１】請求項１〜１０のいずれかに記載の電
子放出素子の製造方法において、前記平行溝を形成する
工程が、回転ローラーに前記電極間の基板又は導電性膜
を接触させながら、基板を回転ローラーに対して相対的
に移動させる工程であることを特徴とする電子放出素子
の製造方法。
【請求項１２】前記導電性膜を形成する工程におい
て、該導電性膜が前記平行溝のパターンに対応する表面
被覆率となるように制御することを特徴とする請求項１
１に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１３】基板上に、複数の電子放出素子が配列
された電子源において、前記電子放出素子が、請求項１
〜１０のいずれかに記載の電子放出素子であることを特
徴とする電子源。
【請求項１４】前記複数の電子放出素子が、マトリク
ス状に配線されていることを特徴とする請求項１３に記
載の電子源。
【請求項１５】前記複数の電子放出素子が、梯子状に
配線されていることを特徴とする請求項１３に記載の電
子源。
【請求項１６】基板上に、複数の電子放出素子が配列
された電子源の製造方法において、前記電子放出素子
を、請求項１１又は１２に記載の方法により製造するこ
とを特徴とする電子源の製造方法。
【請求項１７】基板上に、複数の電子放出素子が配列
された電子源と、該電子源から放出される電子線の照射
により画像を形成する画像形成部材とを有する画像形成
装置において、前記電子源が、請求項１３〜１５のいず
れかに記載の電子源であることを特徴とする画像形成装
置。
【請求項１８】基板上に、複数の電子放出素子が配列
された電子源と、該電子源から放出される電子線の照射
により画像を形成する画像形成部材とを有する画像形成
装置の製造方法において、前記電子源を、請求項１６に
記載の方法により製造することを特徴とする画像形成装
置の製造方法。