JP2000133118A - 電子放出素子並びに該電子放出素子を用いた電子源および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長期にわたり安定した電子放出特性が得られ
る表面伝導型電子放出素子を提供する。 【解決手段】 一対の素子電極２，３間に電子放出部５
を含む導電性膜４を有する電子放出素子において、素子
を構成する一部もしくは全部の部材の上に、電子放出部
５を含む領域に開口８を有する絶縁膜６を形成し、この
絶縁膜６上に非蒸発型ゲッタ層７を配置したことを特徴
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、並
びにその応用である電子源及び表示装置等の画像形成装
置に係り、特に、新規な構成の表面伝導型電子放出素
子、それを用いた電子源及び画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】多数の電子放出素子により構成された電
子源から放出された電子ビームを、画像表示部材である
蛍光体に照射し、蛍光体を発光させて画像を表示する装
置においては、電子源と画像表示部材とを内包する真空
容器（外囲器）の内部を高真空に保持しなければならな
い。それは、真空容器内部にガスが発生し、圧力が上昇
すると、その影響の程度はガスの種類により異なるが、
電子源に悪影響を及ぼして電子放出量を低下させ、明る
い画像の表示ができなくなるためである。また、発生し
たガスが、電子ビームにより電離されてイオンとなり、
これが電子を加速するための電界により加速されて電子
源に衝突することで、電子源の損傷を与えることもあ
る。さらに、場合によっては、内部で放電を生じさせる
場合もあり、この場合は装置を破壊することもある。

【０００３】通常、画像表示装置の真空容器はガラス部
材を組み合わせて、接合部をフリットガラス等により接
着して形成されており、一旦接合が完了した後の圧力の
保持は、真空容器内に設置されたゲッタによって行われ
る。

【０００４】このようなゲッタとして、通常のＣＲＴで
は、Ｂａを主成分とする合金を、真空容器内で通電ある
いは高周波により加熱し、容器内壁に蒸着膜を形成し、
これにより内部で発生したガスを吸着して高真空を維持
している。

【０００５】一方、多数の電子放出素子を平面基板上に
配置した電子源を利用した平板状ディスプレイの開発が
進められているが、この場合、真空容器の容積はＣＲＴ
に比べ小さくなるのに対し、ガスを放出する壁面の面積
は減少せず、このためＣＲＴと同程度のガスの発生があ
った場合の容器内の圧力の上昇が大きくなり、これによ
る電子源への影響は深刻となる。さらに、ＣＲＴでは、
その特徴的な形状のために、真空容器内部に電子源や画
像形成部材の配置されていない壁面が十分にあって、こ
の部分に上述のようなゲッタ材を蒸着することができる
が、平板状ディスプレイの場合には、真空容器内面の面
積の多くを、電子源と画像形成部材が占めている。この
部分に上記のような蒸着型のゲッタ膜が付着すると、配
線のショートなどの悪影響が生ずるため、ゲッタ膜を形
成できる場所は電子源や画像形成部材の配置されていな
いところに限定される。そこで、真空容器内部の端など
をゲッタ膜の形成に用い、画像形成部材と電子源とで構
成される部分（以下「画像表示領域」と呼ぶ。）にゲッ
タ材が付着しないようにすることが考えられるが、平板
状ディスプレイの大きさがある程度大きくなると、ガス
放出量と比較して十分なゲッタ蒸着膜の面積を確保する
ことができなくなる。

【０００６】これを解決し、十分なゲッタ蒸着膜の面積
を確保するため、図１６に示すように、外囲器１００５
内に対向配置された蛍光体１００６と電界放出素子１０
０７との間の画像表示領域の外側、例えば外周部にワイ
ヤーゲッタ１００８を架張し、これにより外周部の壁面
にゲッタ膜１００９を蒸着して形成する方法（特開平５
−１５１９１６号公報）、図１７に示すようにフェース
プレート１０１４とリアプレート１０１２との間の空間
の側方に、ゲッタ膜を形成するためのゲッタ材１０１８
を有するゲッタ室１０１５を付随させる方法（特開平４
−２８９６４０号公報等）、電子源基板と真空容器のリ
アプレートの間に空間を設けて、ここにゲッタ膜を形成
する方法（特開平１−２３５１５２号公報など）などが
提案されている。

【０００７】平板状画像表示装置における、真空容器内
でのガス発生の問題には、上記のような問題のほか、局
所的に圧力が上昇しやすいという問題が生じる場合があ
る。電子源と画像形成部材とを有する画像表示装置にお
いて、真空容器内で、ガスを発生する部分は、主に電子
ビームにより照射される画像表示領域と、電子源それ自
体とである。従来のＣＲＴの場合、画像表示部材と電子
源は離れており、両者の間には真空容器内壁に形成され
たゲッタ蒸着膜があるため、画像表示部材で発生したガ
スは、電子源に到達するまでに広く拡散し、一部はゲッ
タ膜に吸着されて、電子源のところではそれほど極端に
圧力が高くならない。また、電子源自身の周りにもゲッ
タ膜があるため、電子源自体から放出されたガスによっ
ても極端な局所的な圧力上昇は生じない。ところが、平
板状画像表示装置においては、画像表示部材と電子源が
接近しているため、画像表示部材から発生したガスは、
十分拡散する前に電子源に到達して局所的な圧力上昇を
もたらす。特に、画像表示領域の中央部では、ゲッタ膜
を形成した領域まで拡散することができないため、周辺
部に比べ局所的な圧力上昇がより大きく現われるものと
考えられる。発生したガスは、電子源から放出された電
子によりイオン化され、電子源と画像表示部材との間に
形成された電界によって加速され、電子源に損傷を与え
たり、放電を生じせしめて電子源を破壊したりする場合
がある。

【０００８】このような事情を考慮して、特定の構造を
有する平板状画像形成装置では、画像表示領域内にゲッ
タ材を配置して、発生したガスを即座に吸着するように
した構成が開示されている。例えば、特開平４−１２４
３６号公報では、電子ビームを引き出すゲート電極を有
する電子源において、該ゲート電極をゲッタ材で形成す
る方法が開示されており、円錐状突起を陰極とする電界
放出型の陰極と、ｐｎ接合を有する半導体電子源が例示
されている。また、特開昭６３−１８１２４８号公報で
は、カソード（陰極）群と真空容器のフェースプレート
との間に、電子ビームを制御するための電極（グリッ
ド）等を配置する構造の平板状ディスプレイにおいて、
この制御用電極上にゲッタ材の膜を形成する方法が開示
されている。

【０００９】また、米国特許５４５３６５９号では、画
像表示部材（アノードプレート）上のストライプ状の蛍
光体同士の隙間にゲッタ部材を形成したものが開示され
ている。この例では、ゲッタ材は、蛍光体およびそれと
電気的に接続された導電体とは電気的に分離されてお
り、ゲッタに適当な電位を与えて電子源の放出した電子
を照射・加熱することで、ゲッタの活性化を行なう、あ
るいはゲッタを通電加熱して活性化を行なうものであ
る。

【００１０】また、特開平９‐８２２４５号公報では、
電子放出素子を駆動するために設けられた配線上や、電
子放出素子を配置する素子電極近くに、ゲッタ部材が設
けられ、専用の配線で通電してゲッタを活性化してい
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】平板状ディスプレイに
使用する電子源を構成する電子放出素子としては、構造
と製造方法が簡単なものが、生産技術、製造コスト等の
観点から望ましいことは言うまでもない。製造プロセス
が、薄膜の積層と簡単な加工で構成されているもの、あ
るいは、大型のものを製造する場合は、印刷法など真空
装置を必要としない技術により製造できるものが求めら
れる。

【００１２】この点で、上述の特開平４−１２４３６号
公報に開示された、ゲート電極をゲッタ材により構成し
た電子源は、円錐状の陰極チップの製造、あるいは半導
体の接合の製造などが真空装置中での煩雑な工程を要
し、また大型化するには製造装置による限界がある。

【００１３】また、特開昭６３−１８１２４８号公報の
ように、電子源とフェースプレートの間に制御電極など
を設けた装置では、構造が複雑になり、製造工程でこれ
ら部材の位置合わせなど煩雑な工程が伴うことになる。

【００１４】また、米国特許第５４５３６５９号に開示
されたゲッタ材をアノードプレート上に形成する方法は
ゲッタ材と蛍光体の間の電気的な絶縁を取ることが必要
で、精密な微細加工のために、フォトリソグラフィー技
術によるパターニングを繰り返し行なって形成される。
このため、工程が煩雑となり、またフォトリソグラフィ
ーに用いる装置の大きさなどから、製造できる画像表示
装置の大きさが制限される。

【００１５】製造工程が容易であるという上述の要求を
満たしうる構造を持った電子放出素子としては、横型の
電界放出素子や、表面伝導型電子放出素子を挙げること
ができる。横型の電界放出型電子放出素子は、平面基板
上に尖った電子放出部を有する陰極（カソード）と、カ
ソードに高電界を印加するための陽極（ゲート）を対向
させて形成したもので、蒸着、スパッタ、めっき法など
の薄膜堆積法と、通常のフォトリソグラフィー技術によ
り製造できる。また、表面伝導型電子放出素子は、一部
に高抵抗部を有する導電性薄膜に電流を流すことにより
電子が放出されるもので、本出願人らによる出願、特開
平７−２３５２５５号公報にその一例が示されている。

【００１６】これらの素子を用いた電子源では、特開平
４−１２４３６号公報に開示されたような形状のゲート
電極や、特開昭６３−１８１２４８号に開示されたよう
な制御電極を持たないため、これらと同様の手段で、画
像表示領域内にゲッタを配置することはできず、画像表
示領域の外側にゲッタを配置することになる。

【００１７】先にも記したように、画像表示装置におい
て、ガスの発生源として最も寄与の大きいものは高エネ
ルギーの電子によつて衝撃を受ける蛍光膜などの画像表
示部材と、電子源それ自身である。もちろん、高温で時
間をかけてベーキングを行なうなど、十分に脱ガス処理
が実行できれば、ガスの発生は避けられるが、実際の装
置では電子放出素子その他の部材が熱的なダメージを受
けるため、十分な脱ガス処理が行なえない場合が有り、
このような場合には、ガスが発生する可能性が高い。こ
のガスが電子源の電子放出部に吸着して特性に影響を及
ぼすほか、電子源から放出される電子によってイオン化
されたガス分子が、画像表示部材と電子源の間、または
電子源の正極と負極の間に印加された電圧によつて形成
された電界により加速され、電子源の正極または負極に
衝突してダメージを与えるおそれがある。

【００１８】また、局所的・瞬間的にガスの圧力が高く
なった場合には、電界により加速されたイオンが、別の
ガス分子に衝突して、次々にイオンを生成し、放電を生
じせしめるおそれがある。この場合には、電子源が部分
的に破壊され、電子放出特性の劣化を引き起こすおそれ
がある。画像表示部材からのガス発生は、画像表示装置
形成後に電子を放出させ、これにより蛍光体を発光させ
る際、蛍光体に含まれているＨ₂ Ｏ，Ｈ₂ ，ＣＯ，Ｏ
₂ ，ＣＯ₂ ，ＣＨ₄ 等のガスが急激に放出される。これ
により駆動開始初期に画像の輝度が目立って低下するな
どの現象を引き起こす場合がある。さらにこの後、駆動
を継続することにより、電子源周辺などからもガスが放
出され、徐々に特性が劣化する。従来のごとく、表示領
域の外側にゲッタ領域を設けた場合には、画像表示領域
の中央付近で発生したガスは、外側のゲッタ領域に到達
するまでに時間がかかるだけでなく、ゲッタに吸着され
る前に電子源に再吸着して、電子放出特性を劣化させる
ことを防止するのに、十分な効果を発揮できずに、特に
画像表示領域の中央で、画像の輝度低下が目立つ場合が
ある。従って、上記のようなゲート電極あるいは制御電
極を持たない構造の平板状画像表示装置において、発生
したガスが速やかに除去されるよう、画像表示領域内に
ゲッタ部材を配置しうる新規な構造の装置を創出するこ
とが求められていた。

【００１９】こうした要求に対し、特開平９‐８２２４
５号公報では、表面伝導型電子放出素子を用いた画像形
成装置の画像表示領域内にゲッタを配置することが開示
されている。しかし、ゲッタ活性化用の新たな配線が必
要なため、製造工程が煩雑になったり、電子放出素子近
傍にゲッタを設けるため、配線や、電極との電気的導通
が懸念される。さらには、ゲッタとして蒸発型Ｂａゲッ
タを例示しており、通常、Ｂａゲッタはコンテナ中に格
納されたものを加熱して蒸発させる事から、蒸発後コン
テナが残存してしまう上、Ｂａゲッタの位置合わせも必
要となる。

【００２０】本発明は、かかる課題を解決するためにな
されたものであり、本発明の画像形成装置は、特に、輝
度の経時的変化（経時的低下）の少ない画像形成装置の
提供を目的とする。また、本発明は、画像表示領域内で
の経時的な輝度バラツキの発生の少ない画像形成装置の
提供を目的とする。

【００２１】

【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。

【００２２】すなわち、本発明は、基体上に形成された
対向する一対の素子電極間に、電子放出部を含む導電性
膜を有する電子放出素子において、該電子放出素子上
に、電子放出部を含む領域に開口を有する絶縁膜が形成
されており、且つ、該絶縁膜上に非蒸発型ゲッタが配置
されていることを特徴としているものである。

【００２３】また、本発明の電子源は、入力信号に応じ
て電子を放出する電子源であり、同一基体上に、上記本
発明の電子放出素子を複数個配置したことを特徴として
いるものである。

【００２４】さらに、本発明の画像形成装置は、入力信
号に基づいて画像を形成する装置であり、外囲器内に、
上記本発明の電子源と、蛍光膜を有する画像形成部材と
を有することを特徴としているものである。

【００２５】本発明の電子放出素子によれば、電子放出
部の近傍にゲッタを配置できるため、電子放出部からの
放出ガスを効率よく排気することができ、局所的・瞬間
的なガス分圧の上昇を防いで、長時間にわたり電子放出
素子からの電子放出量を低下させることがなく、加え
て、ガス分子に電子が衝突することで生じるイオンによ
る放電現象も防止することができる。

【００２６】また、電子放出素子を構成する部材（導電
性膜、素子電極、配線等）を被覆している絶縁膜上にゲ
ッタを配置するため、ゲッタを作成する際に電気的導通
の可能性がなく、さらに簡便にゲッタを作成することが
できる。

【００２７】さらに、本発明の電子放出素子を複数個用
いた電子源では、各電子放出素子の電子放出部の近傍に
万遍なくゲッタを配置でき、局所的・瞬間的なガス分圧
の上昇を防いで、長時間にわたり各電子放出素子からの
電子放出量を低下させることがない。

【００２８】この結果として、本発明の画像形成装置に
おいては、画像表示領域内で局所的・瞬間的なガス分圧
の上昇が抑制され、残留ガス分子に電子が衝突すること
で生じるイオンが引き起こす放電現象も防止することが
できると共に、電子が衝突して画像を表示する蛍光体の
略直下にゲッタが配置されているので、電子が衝突した
際に蛍光体から放出されるガス分子も効率よく吸収で
き、明るく、面分布のない安定な画像を長時間にわた
り、提供できる。

【００２９】また、本発明は特開平９‐８２２４５号公
報に開示されている例と異なり、電子放出素子を構成す
る部材（導電性膜、素子電極、配線等）を被覆している
絶縁膜上にゲッタを配置するため、ゲッターを作成する
際に電気的導通の可能性がなく、さらに容易なプロセス
で大面積のゲッタを画像表示領域内に作成することがで
きる。

【００３０】

【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。

【００３１】図１は、本発明の電子放出素子の一構成例
を示す平面型の表面伝導型電子放出素子模式図であり、
図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は断面図である。

【００３２】図１において、１は絶縁性基板、２と３は
電極（素子電極）、４は導電性膜、５は電子放出部、６
は電子放出部５を含む領域に開口８を有する絶縁膜、７
は絶縁膜６上に形成された非蒸発型ゲッタ層である。

【００３３】基板１としては、石英ガラス、Ｎａ等の不
純物の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。

【００３４】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。

【００３５】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、数μ
ｍから数十μｍの範囲とすることができる。素子電極長
さＷは、電極の抵抗値、電子放出特性を考慮して、数μ
ｍから数百μｍの範囲とすることができる。素子電極
２，３の膜厚は、数十ｎｍから数μｍの範囲とすること
ができる。

【００３６】尚、素子電極２，３及び導電性膜４に関し
ては、図１に示した構成とは別に、基板１上に、導電性
膜４、素子電極２，３の順に形成した構成とすることも
できる。

【００３７】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
化物導電体、ＨｆＢ₂ ，ＺｒＢ₂，ＬａＢ₆ ，ＣｅＢ
₆ ，ＹＢ₄ ，ＧｄＢ₄ 等の硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，Ｈ
ｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ，Ｚｒ
Ｎ，ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体、カーボ
ン等の中から適宜選択される。

【００３８】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が、通常は、数
Å〜数百ｎｍの範囲とするのが好ましく、より好ましく
は１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲とするのが良い。その抵抗値
は、Ｒｓが１０² 〜１０⁷ Ω／□の値であるのが好まし
い。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）と置いたとき
に現れる値である。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】「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 ｆｉｎｅ 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）。

【００４６】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。

【００４７】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、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。また、電子放出部５及びその近傍の導電性膜
４には、炭素あるいは炭素化合物を有することもでき
る。

【００４８】絶縁膜６は、導電性膜４、素子電極２，
３、素子電極２，３に結線される配線（不図示）等の上
に、電子放出部５を含む領域に開口８を有するように形
成される。この絶縁膜６は、この上に形成される非蒸発
型ゲッタ７との間を電気的に絶縁するだけでなく、表面
に存在する微細な突起、微細なゴミなどをも被覆して表
面を滑らかにし、後述するエージング工程で、表面に存
在するこれらの突起やゴミなどが原因と考えられてい
る、放電現象の発生防止にも有用である。

【００４９】絶縁層６の上に形成される非蒸発型ゲッタ
層７は、開口８を通じて電子放出部５に近接し、また、
後述する画像形成装置においては、電子放出素子の上部
に配置される画像形成部材（蛍光体）の略直下に位置す
るゲッタである。なお、非蒸発型ゲッタ層７は、導電性
膜４あるいは素子電極２，３との絶縁が保たれていれ
ば、絶縁層６の開口８の側面に配置されていても良い。

【００５０】ここで、非蒸発型ゲッタについて説明す
る。ポンプなどの排気装置で排気した後の真空中で、真
空を保つために配置する材料を一般にゲッタという。

【００５１】ゲッタは、蒸発型と非蒸発型に大別でき、
蒸発型ゲッタは、高周波加熱、通電加熱などの手段によ
り文字どおり対向面に材料を蒸発させて金属薄膜を形成
し、真空中の残留ガスとの化学反応（吸着）により、残
留ガスの運動を妨げ、真空度を維持するものである。

【００５２】これに対し、非蒸発型ゲッタは、通電加熱
などの手段によりゲッタにエネルギーを与えることで、
その表面を被覆している金属酸化物、炭化物、窒化物な
どが、ゲッタ内部に拡散し、新たに金属面が表面に析出
して、真空中の残留ガスと反応できるようになり、真空
度を維持するものである。一般に、金属表面を出す作業
を活性化といい、この作業によりゲッタが真空維持の機
能を発現するようになる。

【００５３】蒸発型でも、非蒸発型でも、真空中の残留
ガスと反応して真空を維持する能力に大差はないが、蒸
発型は、対向する面に金属を蒸発させて金属面の面積を
稼ぐために、蒸発型ゲッタと対向面との間隔は比較的長
いほうが望ましい一方で、非蒸発型に、そのような制限
はない。また、非蒸発型は、表面に残留ガスが吸着して
吸着能力が飽和した後に、再度活性化を施せば、表面の
金属酸化物、炭化物、窒化物などが再度内部に拡散して
新たに金属面を析出させることが可能であり、活性化が
可能な範囲において繰り返し使用することができる。な
お、活性化が可能な範囲とは、ゲッタを使用する環境に
支配され、より高真空下で活性化を行うほうが望まし
い。

【００５４】さて、上述の表面伝導型電子放出素子の製
造方法としては様々な方法があるが、その一例を図２に
基づいて説明する。尚、図２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。

【００５５】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２
（ａ））。

【００５６】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。この
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２
（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。

【００５７】３）導電性膜４のパターニングを終えた素
子には、常圧ＣＶＤ法により絶縁膜６が成膜され、素子
電極の一部を通電印加用に残して表面が被覆される。成
膜する絶縁膜６の膜厚は、導電性膜４および素子電極
２，３が被覆されるものであれば、制限はないが、例え
ば１μｍの絶縁膜を被覆する。次いで、絶縁膜６で被覆
された表面に対し、スパッタリング法により、非蒸発型
ゲッタ層７を形成する（図２（ｃ））。非蒸発型ゲッタ
層７の膜厚には、特に制限がないが、ゲッタとしての機
能が十分に発揮できる１μｍ以上を設定する。ここで
は、スパッタリング法により非蒸発型ゲッタ層７を形成
したが、非蒸発型ゲッタ層７の作成法はこれに限るもの
でない。

【００５８】４）次に、後述のフォーミング処理によっ
て電子放出部５が形成される領域に開口８を設けるた
め、所定の開口を有するようなマスクを用いて、フォト
リソグラフィー法により開口をパターニングする。つい
で、エッチング法、リフトオフ法等により開口部分の非
蒸発型ゲッタ層７および絶縁膜６を除去して、導電性膜
４を表面に出す。続いて、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間に通電を行うと、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２（ｄ））。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。尚、通電フォーミング処理における電圧波形は、特
にパルス波形が好ましい。

【００５９】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
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、この処理によ
り、素子電流Ｉ_f ，放出電流Ｉ_e が、著しく変化するよ
うになる。活性化工程における有機物質のガスを含有す
る雰囲気は、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、オイ
ルを使用しない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。この処理により、雰囲気中に存在する
有機物質から、炭素あるいは炭素化合物が素子上に堆積
し、素子電流Ｉ_f ，放出電流Ｉ_e が、著しく変化するよ
うになる。活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉ_f と放
出電流Ｉ_e を測定しながら、適宜行うことができる。

【００６０】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。

【００６１】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１．３×１０^-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。この時、非蒸発型ゲッ
タ層７も同時に加熱されてゲッタとしての機能を発現で
きるようになる（ゲッタ活性化）。このときの加熱条件
は、８０〜２５０℃、好ましくは１５０℃以上で、でき
るだけ長時間処理するのが望ましいが、特にこの条件に
限るものではなく、真空容器の大きさや形状、電子放出
素子の構成、非蒸発型ゲッタの種類，膜厚などの諸条件
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^-5Ｐａ以下
が好ましく、さらには１．３×１０^-6Ｐａ以下が特に好
ましい。

【００６２】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されるのが好
ましい。すなわち、非蒸発型ゲッタの効果が十分に長く
持続し、電子放出部５から発生するガス分子や、電子放
出部５から放出される電子が衝突することによって発生
するガス分子を効率よく排気し、安定化処理後の状態を
長く保たれることが好ましい。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に吸着したＨ₂
Ｏ，Ｏ₂ なども除去でき、結果として素子電流Ｉ_f ，放
出電流Ｉ_e が、安定する。

【００６３】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３、図４を参照しなが
ら説明する。図３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。

【００６４】図３において、５５は真空容器であり、５
６は排気ポンプ、５７は活性化処理を施す場合に用いる
有機物質源、５８は有機物質を真空容器５５内に導入す
るためのスローリークバルブである。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Ｉ_f 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Ｉ_e 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Ｉ_e 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２ｍｍ〜８ｍｍの範囲として測定
を行うことができる。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】このような真空処理装置を用いると、前述
の通電フォーミング、活性化、安定化の各工程も行うこ
とができる。

【００６８】図４は、図３に示した真空処理装置を用い
て測定された放出電流Ｉ_e 及び素子電流Ｉ_f と、素子電
圧Ｖ_f との関係を模式的に示した図である。図４におい
ては、放出電流Ｉ_e が素子電流Ｉ_f に比べて著しく小さ
いので、任意単位で示している。尚、縦・横軸ともリニ
アスケールである。

【００６９】図４からも明らかなように、本発明の電子
放出素子は、放出電流Ｉ_e に関して次の３つの特徴的性
質を有する。

【００７０】（ｉ）本素子はある電圧（しきい値電圧と
呼ぶ；図４中のＶ_th）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Ｖ_th以下で
は放出電流Ｉ_e が殆ど検出されない。つまり、放出電流
Ｉ_e に対する明確なしきい値電圧Ｖ_thを持った非線形素
子である。

【００７１】（ｉｉ）放出電流Ｉ_e が素子電圧Ｖ_f に単
調増加依存するため、放出電流Ｉ_eは素子電圧Ｖ_f で制
御できる。

【００７２】（ｉｉｉ）アノード電極５４に捕捉される
放出電荷は、素子電圧Ｖ_f 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Ｖ_f を印加する時間により制御できる。

【００７３】以上の説明より理解されるように、本発明
の電子放出素子は、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。

【００７４】図４においては、素子電流Ｉ_f が素子電圧
Ｖ_f に対して単調増加する（ＭＩ特性）例を示したが、
素子電流Ｉ_f が素子電圧Ｖ_f 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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】本発明の電子放出素子については、前述し
たとおり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、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幅で制
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。

【００７８】以下この原理に基づき、本発明の電子放出
素子を複数配して得られる電子源について、図５を用い
て説明する。図５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は図１のよ
うな構成を持つ電子放出素子、７５は結線である。

【００７９】ｍ本のＸ方向配線７２は、Ｄ_x1，Ｄ_x2，…
…，Ｄ_xm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、Ｄ_y1，Ｄ_y2，……，Ｄ_yn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）。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】Ｘ方向配線７２には、Ｘ方向に配列した電
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。

【００８４】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。

【００８５】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６と図７及び
図８を用いて説明する。図６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７は、図６の画像形
成装置に使用される蛍光膜の模式図である。図８は、Ｎ
ＴＳＣ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。

【００８６】図６において、８０１は電子放出素子を複
数配した電子源基板でリアプレートとも称する。８０６
はガラス基板８０３の内面に蛍光膜８０４とメタルバッ
ク８０５等が形成されたフェースプレートである。８０
２は支持枠であり、該支持枠８０２には、リアプレート
８０１、フェースプレート８０６がフリットガラス等を
用いて、接合される。８０７は絶縁層及びその上に配置
した非蒸発型ゲッタ層、８０９は開口である。

【００８７】８１１は、図１の構成を持つ表面伝導型電
子放出素子である。８１２はＸ方向配線７２の容器外端
子（Ｄ_ox1 〜Ｄ_oxm ）であり、８１３はＹ方向配線７３
の容器外端子（Ｄ_oy1 〜Ｄ_oyn ）である。

【００８８】外囲器８０８は、上述の如く、フェースプ
レート８０６、支持枠８０２、リアプレート８０１で構
成される。なお、フェースプレート８０６とリアプレー
ト８０１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８０８を構成することもできる。

【００８９】図７は、蛍光膜を示す模式図である。蛍光
膜８０４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７（ａ））あるいは
ブラックマトリクス（図７（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８０４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。

【００９０】フェースプレート８０６には、更に蛍光膜
８０４の導電性を高めるため、蛍光膜８０４の外面側に
透明電極（不図示）を設けてもよい。

【００９１】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。

【００９２】図６に示した画像形成装置の製造方法の一
例を以下に説明する。

【００９３】図１１はこの工程に用いる装置の概要を示
す模式図である。画像形成装置１３１は、排気管１３２
を介して真空チャンバー１３３に連結され、さらにゲー
トバルブ１３４を介して排気装置１３５に援続されてい
る。真空チャンバー１３３には、内部の圧力及び雰囲気
中の各成分の分圧を測定するために、圧力計１３６、四
重極質量分析器１３７等が取り付けられている。画像表
示装置１３１の外囲器８０８内部の圧力などを直接測定
することは困難であるため、該真空チャンバー１３３内
の圧力などを測定し、処理条件を制御する。

【００９４】真空チャンバー１３３には、さらに必要な
ガスを真空チャンバー内に導入して雰囲気を制御するた
め、ガス導入ライン１３８が接続されている。該ガス導
入ライン１３８の他端には導入物質源１４０が接続され
ており、導入物質がアンプルやポンベなどに入れて貯蔵
されている。ガス導入ラインの途中には、導入物質を導
入するレートを制御するための導入制御手段１３９が設
けられている。該導入量制御手段としては具体的には、
スローリークバルブなど逃す流量を制御可能なバルブ
や、マスフローコントローラーなどが、導入物質の種類
に応じて、それぞれ使用が可能である。

【００９５】図１３の装置により外囲器８０８の内部を
排気し、フォーミングを行う。電圧印加することでフォ
ーミングを行なう場合には、印加パルスの形状や、処理
の終了の判定などの条件は、個別素子のフォーミングに
ついての既述の方法に準じて選択すればよい。また、複
数のＸ方向配線に、位相をずらせたパルスを順次印加
（スクロール）することにより、複数のＸ方向配線に接
続された素子をまとめてフォーミングする事も可能であ
る。

【００９６】フォーミング終了後、活性化工程を行う。
外囲器８０８内は、十分に排気した後有機物質がガス導
入ライン１３８から導入される。あるいは、個別素子の
活性化方法として記述のように、まず油拡散ポンプやロ
ータリーポンプで排気し、これによって真空雰囲気中に
残留する有機物質を用いても良い。また、必要に応じて
有機物質以外の物質も導入される場合がある。この様に
して形成した、有機物質を含む雰囲気中で、各電子放出
素子に電圧を印加することにより、炭素あるいは炭素化
合物、ないし両者の混合物が電子放出部に堆積し、電子
放出量がドラスティックに上昇するのは、個別素子の場
合と同様である。このときの電圧の印加方法は、上記フ
ォーミングの場合と同様の結線により、一つの方向配線
につながった素子に、同時の電圧パルスを印加すればよ
い。

【００９７】活性化工程終了後は、個別素子の場合と同
様に、安定化工程を行うことが好ましい。

【００９８】外囲器８０８を加熱して、２５０〜３５０
℃に保持しながら、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１３５によりの排気
管１３２を通じて排気し、有機物質の十分少ない雰囲気
にする。この際、画像形成装置１３１に配置した非蒸発
型ゲッタも加熱されて活性化し、排気能力を発現するよ
うになる。この後、排気管をバーナーで熱して溶解させ
て封じきる。

【００９９】外囲器８０８の封止後の圧力を維持するた
めに、さらにゲッタ処理を行うこともできる。これは外
囲器８０８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８
０８内の画像表示領域外の所定の位置に配置されたゲッ
タ８２０を加熱し、蒸着膜を形成する処理である。ゲッ
タ８２０は通常はＢａ等が主成分であり、該蒸着膜の吸
着作用により、外囲器８０８内の雰囲気を維持するもの
である。この際、蒸発したゲッタが画像表示領域内に飛
散しないように遮蔽板８２１を設けることもある。

【０１００】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８を用いて説明する。図８において、１０
１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。

【０１０１】表示パネル１０１は、端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ
_oxm 、端子Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn 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。

【０１０２】端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm には、表示パネル１
０１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。

【０１０３】端子Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn 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。

【０１０４】高圧端子Ｈｖ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。

【０１０５】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Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm と電気的に接
続される。各スイッチング素子Ｓ₁ 乃至Ｓ_m は、制御回
路１０３が出力する制御信号Ｔ_scan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。

【０１０６】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。

【０１０７】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Ｔ_syncに基
づいて、各部に対してＴ_scan，Ｔ_sft 及びＴ_mry の各制
御信号を発生する。

【０１０８】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Ｔ_sync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１０４に
入力される。

【０１０９】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Ｔ_sft に基づいて動
作する（即ち、制御信号Ｔ_sft は、シフトレジスタ１０
４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
（表面伝導型電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相
当）は、Ｉ_d1乃至Ｉ_dn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。

【０１１０】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Ｔ_mry に従っ
て適宜Ｉ_d1乃至Ｉ_dnの内容を記憶する。記憶された内容
は、Ｉ_d'1 乃至Ｉ_d'n として出力され、変調信号発生器
１０７に入力される。

【０１１１】変調信号発生器１０７は、画像データＩ
_d'1 乃至Ｉ_d'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Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn を通じて表示パネル
１０１内の電子放出素子に印加される。

【０１１２】前述したように、本発明の電子放出素子は
放出電流Ｉ_e 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しきい値電圧Ｖ_thがあり、Ｖ_th
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
しきい値電圧以下の電圧を印加しても電子放出は生じな
いが、電子放出しきい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。

【０１１３】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。

【０１１４】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。

【０１１５】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。

【０１１６】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。

【０１１７】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Ｄ
_ox1 乃至Ｄ_oxm 、Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn 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Ｈｖを介
してメタルバック８０５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８０４に衝突し、発光が生じて画像が形成さ
れる。

【０１１８】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。

【０１１９】次に、梯子型配置の電子源及び画像形成装
置について、図９及び図１０を用いて説明する。

【０１２０】図９は、梯子型配置の電子源の一例を示す
模式図である。図９において、１１０は電子源基板、１
１１は電子放出素子である。１１２は、電子放出素子１
１１を接続するための共通配線（Ｄ_x1〜Ｄ_x10 ）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、電子放出しきい値以上の電圧を
印加し、電子ビームを放出させたくない素子行には、電
子放出しきい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Ｄ_x2〜Ｄ_x9は、例えばＤ_x2とＤ_x3、Ｄ_x4
とＤ_x5、Ｄ_x6とＤ_x7、Ｄ_x8とＤ_x9とを夫々一体の同一配
線とすることもできる。

【０１２１】図１０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
めの空孔、１２２は共通配線１１２の容器外端子（Ｄ
_ox1 〜Ｄ_oxm ）は、１２３はグリッド電極１２０の容器
外端子（Ｇ₁ 〜Ｇ_n ）である。また、８０７は絶縁層及
び非蒸発型ゲッタ層、８０９は開口である。

【０１２２】図１０においては、図６、図９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６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８０６の間に
グリッド電極１２０を備えているか否かである。

【０１２３】図１０においては、基板１１０とフェース
プレート８０６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個ずつ円形の空孔１２１が設けられて
いる。グリッド電極の形状や設置位置は、図１０に示し
たものに限定されるものではない。例えば、空孔として
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。

【０１２４】容器外端子１２２及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。

【０１２５】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。

【０１２６】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。

【０１２７】

【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。

【０１２８】［実施例１］本実施例に係る表面伝導型電
子放出素子の構成は、図１と同様である。また、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２と同様である。これらの図において、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
は絶縁層、７は非蒸発型ゲッタ層、８は開口である。

【０１２９】以下、図１及び図２を用いて、本実施例に
係る表面伝導型電子放出素子の製造法を説明する。

【０１３０】＜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、素子電極２，３と素子電極間ギャップＬ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とし、
素子電極の幅Ｗが３００μｍの素子電極２，３を形成し
た（図２（ａ））。

【０１３１】＜工程−ｂ＞本工程に関わる電子放出素子
の導電性膜４のマスクは、素子電極間ギャップＬおよび
この近傍に開口を有するマスクであり、このマスクによ
り不図示の膜厚１００ｎｍのＣｒ膜を真空蒸着により堆
積・パターニングし、その上に有機Ｐｄ（ｃｃｐ４２３
０／奥野製薬（株）製）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した。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
性膜の膜厚は１０ｎｍ、シート抵抗値は２×１０⁴ Ω／
□であった。

【０１３２】＜工程−ｃ＞上記Ｃｒ膜および焼成後の導
電性膜を酸エッチャントによりエッチングして所望のパ
ターンを有する導電性膜４を形成した（図２（ｂ））。

【０１３３】以上の工程により、基板１上に、素子電極
２，３及び導電性膜４を形成した。

【０１３４】＜工程−ｄ＞素子電極２，３及び導電性膜
４を形成した基板１に、導電性膜４およびその近傍をＣ
ｒ膜で被覆するような成膜・パターニングを施した。こ
こで成膜したＣｒ膜は、後述する絶縁層のエッチングか
ら、導電性膜４を保護するためのものである。次いで、
常圧ＣＶＤ法により絶縁層６となるリン珪酸ガラス（Ｐ
ＳＧ）を約１μｍ成膜した。なおこの際、素子電極上の
通電印加するための部位には、ＰＳＧが成膜されないよ
うマスキングした。

【０１３５】＜工程−ｅ＞ＰＳＧ膜を作成した部分全面
に、スパッタリング法によりＺｒ−Ａｌ＝８６ｗｔ％：
１４ｗｔ％から成る合金（非蒸発型ゲッタ７）を約１μ
ｍの厚さとなるよう成膜した（図２（ｃ））。この時、
ＰＳＧ膜６上の非蒸発型ゲッタ７と、素子電極２，３の
間に電気的導通はないことを確認した。

【０１３６】＜工程−ｆ＞基板１上の導電性膜４の略直
上に開口を有するようなマスクを用いて、フォトリソグ
ラフィー法によりパターニングした。次いで、Ａｒおよ
びＣＦ₄ を用いて反応性エッチング（ＲＩＥ）を行い、
非蒸発型ゲッタ７と、ＰＳＧ膜６を取り除いた。ＲＩＥ
の終了は、ＣＦ₄ を用いた際にＰＳＧから発光するオレ
ンジ色がなくなることで判断した。さらに、工程−ｄで
導電性膜４上に形成したＣｒ膜を酸エッチャントにより
エッチングし、開口８を形成した。

【０１３７】＜工程−ｇ＞＜工程−ｆ＞まで終了した基
板を、図３に示したような真空処理装置に設置し、真空
ポンプにて排気し、２．７×１０^-3Ｐａの真空度に達し
た後、素子に素子電圧Ｖ_f を印加するための電源５１よ
り、素子の素子電極２，３間に電圧を印加して通電フォ
ーミングを行って、電子放出部５を形成した（図２
（ｄ））。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１ＭΩ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。このときのフォー
ミング電力は、約７０ｍＷであった。

【０１３８】この後、素子を真空中に保持したまま、１
５０℃でアニーリングし、導電性膜４を還元した。

【０１３９】＜工程−ｈ＞続いて、ｎ−ヘキサンをアン
プル５７に封じたものをスローリークバルブ５８を通し
て真空容器５５内に導入し、１．３×１０^-3Ｐａを維持
した。次にフォーミング処理した素子に矩形波の波高値
１４Ｖのパルス電圧を印加し、活性化処理をした。

【０１４０】電子放出効率η（Ｉ_e ／Ｉ_f ）が、約３０
分で最大になったため、通電を停止し、スローリークバ
ルブ５８を閉め、活性化処理を終了した。ついで、素子
や、真空容器５５の壁面に付着したヘキサンおよびヘキ
サン派生の有機物を除去するために、真空容器５５内を
２５０℃に加熱し、そのまま１０時間維持した後放冷し
た。

【０１４１】以上のようにして作成した本実施例の電子
放出素子の電子放出特性を、引き続き図３の真空処理装
置を用いて評価した。なお、アノード電極５４と電子放
出素子間の距離Ｈを４ｍｍ、アノード電極５４の電位を
１０００Ｖ、電子放出特性測定時の真空容器５５内の真
空度を１．３×１０^-6Ｐａとし、素子の電極２及び電極
３の間に素子電圧１４Ｖを印加した。

【０１４２】その結果、本実施例の素子は、比較として
用いた絶縁層６及び非蒸発型ゲッタ７を形成しない素子
（上記製造工程中、＜工程−ｄ＞〜＜工程−ｆ＞を実施
しない素子）に比べ、安定な電子放出特性を示し、比較
用素子の放出電流Ｉ_e が半減する駆動時間において、本
実施例の素子の放出電流Ｉ_e はほとんど低下しなかっ
た。このとき、真空容器５５に設けられた不図示の残留
ガス分析計では、本実施例の素子を駆動した場合、比較
用素子に比べて、Ｈ₂ Ｏ，ＣＯ，ＣＯ₂ などのガス分圧
が低く、Ｈ₂ が若干高いことがわかった。これは、＜工
程−ｈ＞における加熱ベーキングにより非蒸発型ゲッタ
が活性化されてＨ₂ を放出し、Ｈ₂ Ｏ，ＣＯ，ＣＯ₂ な
どのガスを排気したためと考えられる。

【０１４３】比較用素子との比較より、本実施例で絶縁
層６上に設けられた非蒸発型ゲッタ７が、＜工程−ｈ＞
における加熱ベーキングにより活性化し、駆動中の素子
の電子放出部５および、対向するアノードプレート５４
から発生するガスを効率よく排気していることが示され
た。

【０１４４】以上のように本発明により、長時間にわた
り安定な電子放出特性が得られた。

【０１４５】［実施例２］本実施例では、実施例１の＜
工程−ｇ＞を＜工程−ｄ＞の前に行った以外は、実施例
１と同様の工程によって表面伝導型電子放出素子を作成
した。すなわち、本実施例は、絶縁層６及び非蒸発型ゲ
ッタ７を形成する前に、フォーミング処理を行ったもの
である。

【０１４６】このようにして作成した本実施例の電子放
出素子の電子放出特性を、実施例１と同様に評価した。

【０１４７】その結果、本実施例の素子は、比較として
用いた絶縁層６及び非蒸発型ゲッタ７を形成しない素子
に比べ、安定な電子放出特性を示し、比較用素子の放出
電流Ｉ_e が半減する駆動時間において、本実施例の素子
の放出電流Ｉ_e はほとんど低下しなかった。このとき、
真空容器５５に設けられた不図示の残留ガス分析計で
は、本実施例の素子を駆動した場合、比較用素子に比べ
て、Ｈ₂ Ｏ，ＣＯ，ＣＯ₂ などのガス分圧が低く、Ｈ₂
が若干高いことがわかった。これは、＜工程−ｈ＞にお
ける加熱ベーキングにより非蒸発型ゲッタが活性化され
てＨ₂ を放出し、Ｈ₂ Ｏ，ＣＯ，ＣＯ₂ などのガスを排
気したためと考えられる。

【０１４８】比較用素子との比較より、本実施例で絶縁
層６上に設けられた非蒸発型ゲッタ７が、＜工程−ｈ＞
における加熱ベーキングにより活性化し、駆動中の素子
の電子放出部５および、対向するアノードプレート５４
から発生するガスを効率よく排気していることが示され
た。

【０１４９】以上のように本発明により、長時間にわた
り安定な電子放出特性が得られた。

【０１５０】［実施例３］本実施例では、実施例１の＜
工程−ｇ＞及び＜工程−ｈ＞を＜工程−ｄ＞の前に行っ
た以外は、実施例１と同様の工程によって表面伝導型電
子放出素子を作成した。すなわち、本実施例は、絶縁層
６及び非蒸発型ゲッタ７を形成する前に、フォーミング
処理及び活性化処理を行ったものである。

【０１５１】このようにして作成した本実施例の電子放
出素子の電子放出特性を、実施例１と同様に評価した。

【０１５２】その結果、本実施例の素子は、比較として
用いた絶縁層６及び非蒸発型ゲッタ７を形成しない素子
に比べ、安定な電子放出特性を示し、比較用素子の放出
電流Ｉ_e が半減する駆動時間において、本実施例の素子
の放出電流Ｉ_e はほとんど低下しなかった。このとき、
真空容器５５に設けられた不図示の残留ガス分析計で
は、本実施例の素子を駆動した場合、比較用素子に比べ
て、Ｈ₂ Ｏ，ＣＯ，ＣＯ₂ などのガス分圧が低く、Ｈ₂
が若干高いことがわかった。これは、＜工程−ｈ＞にお
ける加熱ベーキングにより非蒸発型ゲッタが活性化され
てＨ₂ を放出し、Ｈ₂ Ｏ，ＣＯ，ＣＯ₂ などのガスを排
気したためと考えられる。

【０１５３】比較用素子との比較より、本実施例で絶縁
層６上に設けられた非蒸発型ゲッタ７が、＜工程−ｈ＞
における加熱ベーキングにより活性化し、駆動中の素子
の電子放出部５および、対向するアノードプレート５４
から発生するガスを効率よく排気していることが示され
た。

【０１５４】以上のように本発明により、長時間にわた
り安定な電子放出特性が得られた。

【０１５５】［実施例４］本実施例では、実施例１の＜
工程−ｅ＞で、Ｚｒ−Ａｌ合金の代わりに、Ｚｒ−Ｖ−
Ｆｅ＝７０ｗｔ％：４．６ｗｔ％：５．４ｗｔ％の合金
を非蒸発型ゲッタ７として形成した以外は、実施例１と
同様の工程によって表面伝導型電子放出素子を作成し
た。

【０１５６】このようにして作成した本実施例の電子放
出素子の電子放出特性を、実施例１と同様に評価した。

【０１５７】その結果、本実施例の素子は、比較として
用いた絶縁層６及び非蒸発型ゲッタ７を形成しない素子
に比べ、安定な電子放出特性を示し、比較用素子の放出
電流Ｉ_e が半減する駆動時間において、本実施例の素子
の放出電流Ｉ_e はほとんど低下しなかった。このとき、
真空容器５５に設けられた不図示の残留ガス分析計で
は、本実施例の素子を駆動した場合、比較用素子に比べ
て、Ｈ₂ Ｏ，ＣＯ，ＣＯ₂ などのガス分圧が低く、Ｈ₂
が若干高いことがわかった。これは、＜工程−ｈ＞にお
ける加熱ベーキングにより非蒸発型ゲッタが活性化され
てＨ₂ を放出し、Ｈ₂ Ｏ，ＣＯ，ＣＯ₂ などのガスを排
気したためである。

【０１５８】比較用素子との比較より、本実施例で絶縁
層６上に設けられた非蒸発型ゲッタ７が、＜工程−ｈ＞
における加熱ベーキングにより活性化し、駆動中の素子
の電子放出部５および、対向するアノードプレート５４
から発生するガスを効率よく排気していることが示され
た。

【０１５９】以上のように本発明により、長時間にわた
り安定な電子放出特性が得られた。

【０１６０】［実施例５］本実施例では、実施例１の＜
工程−ｅ＞で、Ｚｒ−Ａｌ合金の代わりに、Ｚｒ−Ｖ−
Ｍｎ−Ａｌ＝８０ｗｔ％：１５．６ｗｔ％：４ｗｔ％：
０．４ｗｔ％の合金を非蒸発型ゲッタ７として形成した
以外は、実施例１と同様の工程によって表面伝導型電子
放出素子を作成した。

【０１６１】このようにして作成した本実施例の電子放
出素子の電子放出特性を、実施例１と同様に評価した。

【０１６２】その結果、本実施例の素子は、比較として
用いた絶縁層６及び非蒸発型ゲッタ７を形成しない素子
に比べ、安定な電子放出特性を示し、比較用素子の放出
電流Ｉ_e が半減する駆動時間において、本実施例の素子
の放出電流Ｉ_e はほとんど低下しなかった。このとき、
真空容器５５に設けられた不図示の残留ガス分析計で
は、本実施例の素子を駆動した場合、比較用素子に比べ
て、Ｈ₂ Ｏ，ＣＯ，ＣＯ₂ などのガス分圧が低く、Ｈ₂
が若干高いことがわかった。これは、＜工程−ｈ＞にお
ける加熱ベーキングにより非蒸発型ゲッタが活性化され
てＨ₂ を放出し、Ｈ₂ Ｏ，ＣＯ，ＣＯ₂ などのガスを排
気したためと考えられる。

【０１６３】比較用素子との比較より、本実施例で絶縁
層６上に設けられた非蒸発型ゲッタ７が、＜工程−ｈ＞
における加熱ベーキングにより活性化し、駆動中の素子
の電子放出部５および、対向するアノードプレート５４
から発生するガスを効率よく排気していることが示され
た。

【０１６４】以上のように本発明により、長時間にわた
り安定な電子放出特性が得られた。

【０１６５】［実施例６］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図５に示した
ような電子源を用いて、図６に示したような画像形成装
置を作成した例である。

【０１６６】電子源の一部の平面図を図１２に示す。ま
た、図中のＡ−Ａ’断面図を図１３に示す。ここで８０
１は基板、７２は図５のＤ_xmに対応するＸ方向配線（下
配線とも呼ぶ）、７３は図５のＤ_ynに対応するＹ方向配
線（上配線とも呼ぶ）、４は導電性膜、２，３は素子電
極、６は絶縁層、７は絶縁層６上に配置された非蒸発型
ゲッタ、８は開口である。１５１は層間絶縁層、１５２
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。

【０１６７】次に製造方法を図１６及び図１７により工
程順に従って具体的に説明する。

【０１６８】＜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８０１上に、ホトレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−４
１／日立化成社製）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する。その後、真空蒸着によ
り厚さ２０ｎｍのＣｒ、厚さ６００ｎｍのＣｕ、厚さ５
０ｎｍのＣｒを順次積層し、リフトオフによりＣｒ／Ｃ
ｕ／Ｃｒからなる下配線７２を形成する（図１４
（ａ））。

【０１６９】＜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１５１をＲＦスパッタ法に
より堆績する（図１４（ｂ））。

【０１７０】＜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１５２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１５１をエッチングしてコンタクトホール１５２
を形成する。エッチングはＣＦ₄ とＨ₂ ガスを用いたＲ
ＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法
によった（図１４（ｃ））。

【０１７１】＜工程−ｄ＞その後、素子電極となるべき
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５０ｎｍのＰｔ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、Ｐｔ／Ｔｉ堆積膜をリ
フトオフし、素子電極間隔Ｌが１０μｍ、素子電極の幅
Ｗが３００の素子電極２，３を形成した（図１４
（ｄ））。

【０１７２】＜工程−ｅ＞厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ１μ
ｍのＡｕを順次真空蒸着により堆積し、上配線７３のホ
トレジストパターンを形成した後、ウエットエッチング
によりＡｕを、ドライエッチングによりＴｉの、それぞ
れ不要の部分を除去して、Ａｕ／Ｔｉからなる上配線７
３を形成した（図１５（ｅ））。

【０１７３】＜工程−ｆ＞本工程に関わる電子放出素子
の導電性膜４のマスクは、素子電極間ギャップＬ及びこ
の近傍に開口を有するマスクであり、このマスクにより
膜厚１００ｎｍのＣｒ膜を真空蒸着により堆積・パター
ニングし、その上に有機Ｐｄ（ｃｃｐ４２３０／奥野製
薬（株）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。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膜４の膜
厚は１０ｎｍ、シート抵抗値は５×１０⁴ Ω／□であっ
た。上記Ｃｒ膜及び焼成後の導電性膜４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（図
１５（ｆ））。

【０１７４】＜工程−ｇ＞コンタクトホール１５２部分
に開口を有する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１μｍ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１５２を埋め込んだ（図１５
（ｇ））。

【０１７５】以上の工程により、複数の電子放出部形成
用の導電性膜４が配置され、この導電性膜が下配線７２
と上配線７３により単純マトリクス配線された電子源基
板（リアプレート）８０１を形成した。

【０１７６】＜工程−ｈ＞それぞれの導電性膜４と、そ
の周囲をＣｒ膜で被覆するような成膜およびパターニン
グを施した後、リアプレート全面に常圧ＣＶＤ法により
フォスフォシリケートガラス（ＰＳＧ）からなる絶縁層
６を約１μｍの厚さとなるように成膜した。なおこの
際、リアプレート端に設けた通電印加するための部位に
は、ＰＳＧが成膜されないようマスキングした。

【０１７７】＜工程−ｉ＞全面にスパッタリング法によ
りＺｒ−Ａｌ＝８６ｗｔ％：１４ｗｔ％から成る合金
（非蒸発型ゲッタ７）を約１μｍの厚さとなるよう成膜
した。この時、ＰＳＧ膜６上の非蒸発型ゲッタ７と、い
ずれの上配線、下配線も、電気的導通はないことを確認
した（図１５（ｈ））。

【０１７８】＜工程−ｊ＞導電性膜４の略直上に開口を
有するようなマスクを用いて、フォトリソグラフィー法
によりパターニングした。次いで、ＡｒおよびＣＦ₄ を
用いて反応性エッチング（ＲＩＥ）を行い、非蒸発型ゲ
ッタ７と、ＰＳＧ膜６を取り除いた。ＲＩＥの終了は、
ＣＦ₄ を用いた際にＰＳＧから発光するオレンジ色がな
くなることで判断した。さらに、工程−ｈで導電性膜４
上に形成したＣｒ膜を酸エッチャントによりエッチング
し、開口８を形成した（図１５（ｉ））。

【０１７９】＜工程−ｋ＞これと並行して、フェースプ
レート８０６を、次のように作製した。洗浄化されたガ
ラス基体８０３上に、スパッタリング法により酸化スズ
−酸化インジウム（ＩＴＯ）薄膜を作製し、その上に、
印刷法により蛍光膜８０４を作製した。ＩＴＯ薄膜は、
後述するように、電子放出素子からの放出電子を引き出
すために電位を与えるためのものである。なお、蛍光膜
８０４は、ストライプ状の蛍光体（Ｒ，Ｇ，Ｂ）９２と
黒色導電材（ブラックストライプ）９１とが交互に配列
された図７（ａ）に示される蛍光膜とした。さらに、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、蛍光膜８０４の上に、
Ａｌ薄膜からなるメタルバック８０５をスパッタリング
法により５０ｎｍの厚さになるように成膜した。以上の
工程により、フェースプレート８０６を作製した。

【０１８０】＜工程−ｌ＞多数の電子放出素子を作製し
たリアプレート８０１を固定した後、リアプレート８０
１の５ｍｍ上方に、フェースプレート８０６を支持枠８
０２を介して配置し、フェースプレート８０６、支持枠
８０２、リアプレート８０１の接合部にフリットガラス
を塗布した。ついで、大気中４００℃で１０分間焼成す
ることで封着し、外囲器８０８を作成した。なお、封着
を行うにあたり、カラー表示を正しく再現するため、各
色蛍光体と電子放出素子との十分な位置合わせを行っ
た。以上のように作製された外囲器の概観は、ほぼ図６
に示したようなものである。

【０１８１】続いて外囲器内の電子放出素子などに施す
処理について説明する。

【０１８２】＜工程−ｍ＞以上のようにして完成した外
囲器８０８を図１１に示したような真空排気装置に接続
し、外囲器８０８内の雰囲気を排気管１３２を通し真空
ポンプにて排気した。

【０１８３】なお、図１３において、画像表示装置１３
１は排気管１３２を介して真空チャンバー１３３に接続
され、該真空チャンバーには排気装置１３５が接続され
ており、その間にゲートバルブ１３４が設けられてい
る。排気管は図１１では、一本しか設けられていない
が、外囲器の大きさにもよるが、通常、複数本設けら
れ、真空チャンバー１３３に接続されている。真空チャ
ンバーには圧力計１３６、四重極型質量分祈器（Ｑ−ｍ
ａｓｓ）１３７が取りつけてあり、内部の圧力および、
残留ガスの各分圧をモニターすることができる。外囲器
内の圧力は直接測定することが困難なので、真空チャン
バー１３３の圧力とガス分圧を、便宜上、外囲器内の圧
力（あるいはガス分圧）とみなしている。排気装置１３
５はソープションポンプとイオンポンプとからなる超高
真空用排気装置である。真空チャンバー１３３には、複
数のガス導入装置が接統されており、図では導入物質源
１４０を入れるボンベあるいはアンプル、およびガス導
入制御装置（電磁弁など）１３９、ガス導入ライン１３
８は１種類ずつしか描かれていないが、実際には複数の
ガス導入経路が確保され、数種類のガスを外囲器内に導
入することができる。ガス導入制御手段１３９は、導入
物質の種類、流量、必要な制御精度などに応じて、電磁
弁、ニードルバルブ、マスフローコントローラ、スロー
リークバルブなどが用いられる。

【０１８４】外囲器８０８を排気装置１３５で排気し、
十分な真空度に達した後、外囲器外端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ
_oxm とＤ_oy1 乃至Ｄ_oyn を通じ電子放出素子の電極２，
３間に電圧を印加しフォーミング処理を行なった。フォ
ーミング処理の電圧波形は、三角波パルスで、波高値を
徐々に上昇させた。本実施例ではパルス幅を１ｍｓｅ
ｃ．、パルス間隔を１０ｍｓｅｃ．とし、三角波パルス
の間に、波高値０．１Ｖの矩形波パルスを挿入して電流
を測ることで選択した配線の抵抗を測定した。そして、
抵抗値が１素子あたり１ＭΩを超えたところで選択ライ
ンのフォーミング処理を終了し、次の配線に同様の処理
を施した。このような手順で、フォーミング処理をすべ
ての配線（すなわち電子放出素子）に対して行った。

【０１８５】＜工程−ｎ＞次に、導入物質源１４０より
アセトンをスローリークバルブを通して外囲器内に導入
し、１．３×１０^-3Ｐａを維持した。パルス波形は矩形
波で、波高値１４Ｖのパルスをフォーミング時と同様に
選択ラインに印加し、素子電流Ｉ_f ，放出電流Ｉ_e を測
定しながら、活性化処理を行った。

【０１８６】以上のようにフォーミング、活性化処理を
行い、電子源を完成させた。

【０１８７】＜工程−ｏ＞さらに外囲器内の排気を継続
し、１．３×１０^-4Ｐａ程度の真空度まで排気した後、
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。

【０１８８】最後に、封止後の真空度の維持をさらに確
実にするため、画像表示領域外に設けられたＢａゲッタ
を高周波加熱法で蒸発させた。

【０１８９】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Ｄ_ox1 乃
至Ｄ_oxm とＤ_oy1 乃至Ｄ_oyn 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を通し、メタル
バック８０５あるいは透明電極（ＩＴＯ）に数ｋＶ以上
の高圧を印加し、電子ビームを加速し、蛍光膜８０４に
衝突させ、励起・発光させることで画像を表示した。

【０１９０】［実施例７］本実施例では、実施例６の画
像形成装置を、例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。図６に示した画
像形成装置を図８に示した駆動回路を用いて、ＮＴＳＣ
方式のテレビ信号に応じて表示を行った。

【０１９１】本表示装置においては、とりわけ表面伝導
型放出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネルの
薄型化が容易なため、表示装置の奥行きを小さくするこ
とができる。それに加えて、表面伝導型放出素子を電子
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事
が可能である。

【０１９２】本実施例における表示装置は、ＮＴＳＣ方
式のテレビ信号に応じたテレビ画像を良好に、かつ長時
間安定して表示することができた。

【０１９３】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の電子放出素
子によれば、電子放出部の近傍にゲッタを配置できるた
め、電子放出部からの放出ガスを効率よく排気すること
ができ、局所的・瞬間的なガス分圧の上昇を防いで、長
時間にわたり電子放出量を低下させることがなく、加え
て、ガス分子に電子が衝突することで生じるイオンによ
る放電現象も防止することができ、良好な電子放出特性
を長時間にわたり安定して維持することができる。

【０１９４】さらには、入力信号に応じて電子を放出す
る本発明の電子源においては、上記の電子放出素子を、
基体上に複数個配置して電子源を構成することにより、
各電子放出素子の電子放出特性が安定で、かつ、ゲッタ
を作成する際に電気的導通の可能性がなく、歩留りよく
製造できる。

【０１９５】また、本発明の電子源を用い、入力信号に
基づいて画像を形成する画像形成装置においては、電子
放出特性の安定性と寿命の向上がなされ、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、明る
く、面分布のない安定な画像を長時間にわたり表示可能
な高品位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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子放出素子の一構成例を示す模式図
である。

【図２】本発明の電子放出素子の製造方法の一例を説明
するための断面図である。

【図３】本発明の電子放出素子の特性評価に用いる測定
評価装置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放出電流、素子電流、
及び素子電圧の関係の典型例を示す図である。

【図５】本発明に係る単純マトリクス配線された電子源
の構成を示す図である。

【図６】本発明の画像形成装置の一構成例を示す模式図
である。

【図７】本発明の画像形成装置に用いられる蛍光膜を示
す図である。

【図８】本発明の画像形成装置をＮＴＳＣ方式のテレビ
信号に応じて表示を行なう例の駆動回路のブロック図で
ある。

【図９】本発明に係る梯子状配線された電子源の構成を
示す図である。

【図１０】本発明の画像形成装置の別の構成例を示す模
式図である。

【図１１】本発明の画像表示装置の製造に使用する真空
処理装置の概要を示す模式図である。

【図１２】本発明の電子源の構成の一部を示す図であ
る。

【図１３】図１２のＡ―Ａ’断面図である。

【図１４】本発明の電子源の製造工程を説明するための
断面図である。

【図１５】本発明の電子源の製造工程を説明するための
断面図である。

【図１６】従来の平板状画像表示装置のゲッター処理に
関わる部分の断面図である。

【図１７】従来の別の平板状画像表示装置のゲッター処
理に関わる部分の断面図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２，３ 素子電極 ４ 電子放出部形成用の導電性膜 ５ 電子放出部 ６ 絶縁層 ７ 絶縁層６上に形成される非蒸発型ゲッタ ８ 絶縁層６および非蒸発型ゲッタ７に設けられた開口 ５０ 素子電極２，３間の導電薄膜４を流れる素子電流
Ｉ_f を測定するための電流計 ５１ 電子放出素子に素子電圧Ｖ_f を印加するための電
源 ５２ 素子の電子放出部より放出される放出電流Ｉ_e 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 アノード電極 ５５ 真空容器 ５６ 排気ポンプ ５７ 有機物質源 ５８ スローリークバルブ ７１ 電子源基板 ７２ Ｘ方向配線 ７３ Ｙ方向配線 ７４ 電子放出素子 ７５ 結線 ８０１ リアプレート ８０２ 支持枠 ８０３ ガラス基板 ８０４ 蛍光膜 ８０５ メタルバック ８０６ フェースプレート ８０７ 絶縁層および非蒸発型ゲッタ ８０８ 外囲器 ８０９ 開口 ８１１ 電子放出素子 ８１２ Ｘ方向配線の容器外端子 ８１３ Ｙ方向配線の容器外端子 ８２０ Ｂａゲッタ ８２１ 遮蔽板 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 共通配線 １２０ グリッド電極 １２１ グリッド上に設けられた空孔 １２２ 走査方向配線の容器外端子 １２３ グリッド容器外端子 １３１ 画像表示装置 １３２ 排気管 １３３ 真空チャンバー １３４ ゲートバルブ １３５ 排気装置 １３６ 圧力計 １３７ Ｑ―ｍａｓｓ ｌ３８ ガス導入ライン １３９ ガス導入制御装置 １４０ 導入源物質 １５１ 層間絶縁層 １５２ 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 １００５ 外囲器 １００６ 蛍光体 １００７ 電界放出素子 １００８ ワイヤーゲッタ １００９ ゲッタ膜 １０１２ リアプレート １０１４ フェースプレート １０１５ ゲッター室 １０１８ ゲッター材

フロントページの続き (72)発明者 五福 伊八郎 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 重岡 和也 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 浜元 康弘 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 5C031 DD17 5C032 JJ08 5C035 BB04 JJ10 5C036 EE02 EF01 EF06 EF09 EG12 EH26

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基体上に形成された対向する一対の素子
   電極間に、電子放出部を含む導電性膜を有する電子放出
   素子において、該電子放出素子上に、電子放出部を含む
   領域に開口を有する絶縁膜が形成されており、且つ、該
   絶縁膜上に非蒸発型ゲッタが配置されていることを特徴
   とする電子放出素子。
2. 【請求項２】 入力信号に応じて電子を放出する電子源
   であって、同一基体上に、請求項１に記載の電子放出素
   子を複数個配置したことを特徴とする電子源。
3. 【請求項３】 入力信号に基づいて画像を形成する装置
   であって、外囲器内に、請求項２に記載の電子源と、蛍
   光膜を有する画像形成部材とを有することを特徴とする
   画像形成装置