JP2000195417A

JP2000195417A - 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: JP2000195417A
Application number: JP36841298A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Mogi; 聡史茂木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1998-12-25
Publication date: 2000-07-14

Abstract

(57)【要約】【課題】帯電防止膜の被膜状態の制御を容易にして、
低コストで大面積化が図れ、安定な電子放出特性を有す
る電子放出素子の新規な構成、それを用いた電子源、画
像形成装置、及びこれらの製造方法を提供する。【解決手段】絶縁性基体１上の素子電極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の
製造に際し、電子放出部５の形成位置周辺の絶縁面に、
高導伝率材料を含有する溶液の液滴を付与して帯電防止
膜６を被膜する。

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，“ＦｉｅｌｄＥｍ
ｉｓｓｉｏｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔ
ｒｏｎＰｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）ある
いはＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ， “Ｐｈｙｓｉｃａｌ
Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉ
ｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔ
ｈｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａ
ｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，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−Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．，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．
ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１０，１２９０（１
９６５）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ＳｎＯ₂ 薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によ
るもの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“ＴｈｉｎＳｏｌｉｄ
Ｆｉｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂
Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ
ａｎｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥＴ
ｒａｎｓ．ＥＤＣｏｎｆ．”，５１９（１９７
５）］、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
５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、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】従来の表面伝導型放出
素子の場合、電子放出素子の形成されている絶縁基板の
電位が不安定であるため、放出された電子ビームの軌道
が不安定になるという問題を生じていた。この問題を解
決するために、電子放出素子周辺の基板表面に高導伝率
の材料を被膜し（以下、この被膜を「帯電防止膜」と呼
ぶ。）、基板表面の電位を安定させる方法が提案されて
いる（例えば、特開平１−２９８６２号公報）。さら
に、消費電力の低減という要求より、電子放出部の絶縁
面を１０⁴ 〜１０⁷ Ω／□程度の表面抵抗とし、一方、
電子放出部周辺の絶縁面を１０⁸ 〜１０¹⁰Ω／□程度の
表面抵抗となるよう帯電防止膜を形成するのが好ましい
と報告されている（例えば、特開平２−７２５３４号公
報）。

【００１３】上記の電子源装置には、電子放出部周辺の
絶縁面として、絶縁基板の他に層間絶縁層がある。これ
は、電子源を構成する電子放出素子の素子電極間に接続
する配線の交差部に形成される絶縁層である。絶縁基板
としては、石英ガラス、青板ガラス、ＳｉＯ₂ を表面に
形成したガラス基板等が用いられる。層間絶縁層として
は、多孔質なＳｉＯ₂ 、ＰｂＯなどが用いられ、数十μ
ｍの膜厚を有している。

【００１４】一方、帯電防止膜は微粒子の分散膜あるい
は連続膜として形成されている。層間絶縁層において
は、絶縁基板よりも微粒子を高密度に形成しなくては所
望の表面抵抗にならない。これらの絶縁面に、同一条件
で帯電防止膜を形成しても、これらの表面抵抗を所望の
値に制御できない。このため、前述のような抵抗分布を
持つ帯電防止膜を形成するには、所望の場所（数十μｍ
〜数百μｍの領域）で帯電防止膜の被膜状態を制御する
必要がある。

【００１５】しかしながら、従来の帯電防止膜の製膜方
法では、数十μｍの段差を有する基板上で精度良く所望
の場所の帯電防止膜の被膜状態を制御するのは困難であ
った。

【００１６】本発明の目的は、上記課題に鑑み、帯電防
止膜の被膜状態の制御を容易にして、低コストで大面積
化が図れ、安定な電子放出特性を有する電子放出素子の
新規な構成、それを用いた電子源、画像形成装置、及び
これらの製造方法を提供することにある。

【００１７】

【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。

【００１８】即ち、本発明の第一は、絶縁性基体上に一
対の電極と電子放出部を含む導電性膜を有する電子放出
素子の製造方法において、電子放出部の形成位置周辺の
絶縁面に、高導伝率材料を含有する溶液の液滴を付与し
て帯電防止膜を形成する工程を有することを特徴とする
電子放出素子の製造方法にある。

【００１９】また、本発明の第二は、上記本発明の第一
の方法で製造されたことを特徴とする電子放出素子にあ
る。

【００２０】さらに、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、基体上に、上記本発
明の第二の電子放出素子を複数配置したことを特徴とす
る電子源にある。

【００２１】そして、本発明の第四は、上記本発明の第
三の電子源を製造する方法であって、複数個の電子放出
素子を上記本発明の第一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。

【００２２】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
明の第三の電子源と、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こと
を特徴とする画像形成装置にある。

【００２３】さらに、本発明の第六は、上記本発明の第
五の画像形成装置を製造する方法であって、電子源を上
記本発明の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。

【００２４】

【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。

【００２５】図１は、本発明の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、６は
帯電防止膜である。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。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。

【００２９】尚、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。また、製法によっては、対向する素
子電極２，３間の全てが電子放出部として機能する場合
もある。

【００３０】導電性膜４を構成する材料としては、例え
ばＰｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，
Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属、Ｐ
ｄＯ，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
ン等が挙げられる。

【００３１】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 Ω／□から１０² 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。本明細書において、フォーミング処
理については通電処理を例に挙げて説明するが、フォー
ミング処理はこれに限るものではなく、膜に亀裂を生じ
させて高抵抗状態を形成する処理を包含するものであ
る。

【００３２】ここで述べる微粒子膜とは、複数の微粒子
が集合した膜であり、その微細構造は微粒子が個々に分
散配置した状態、あるいは微粒子が互いに隣接または重
なり合った状態（いくつかの微粒子が集合し、全体とし
て島状構造を形成している場合も含む）をとっている。
微粒子の粒径は、０．１ｎｍの数倍から数百ｎｍの範
囲、好ましくは、１ｎｍから２０ｎｍの範囲である。

【００３３】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。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。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。

【００３４】「実験物理学講座１４表面・微粒子」
（木下是雄編、共立出版１９８６年９月１日発行）で
は次のように記述されている。「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１０ｎ
ｍ程度から２〜３ｎｍ程度までを意味することにする。
両者を一括して単に微粒子と書くこともあってけっして
厳密なものではなく、だいたいの目安である。粒子を構
成する原子の数が２個から数十〜数百個程度の場合はク
ラスターと呼ぶ。」（１９５ページ２２〜２６行目）

【００３５】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。「創
造科学技術推進制度の“超微粒子プロジェクト（１９８
１〜１９８６）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”（ｕｌｔｒａｆ
ｉｎｅｐａｒｔｉｃｌｅ）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）

【００３６】上記のような一般的な呼び方をふまえて、
本明細書において「微粒子」とは多数の原子・分子の集
合体で、粒径の下限は０．１ｎｍの数倍から１ｎｍ程
度、上限は数μｍ程度のものを指すこととする。

【００３７】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、後述の活性化工程によって形成される炭素ある
いは炭素化合物を有することもできる。

【００３８】帯電防止膜６は、絶縁面よりも高導伝率を
有する材料を被膜したものである。ここで被膜とは、必
ずしも表面全体が覆われる状態を言うのではなく、高導
伝率材料の微粒子が、適当な間隔をもって分散配置され
た状態も指す。ここで用いられる微粒子の材料は非常に
広い範囲におよび、ホウ化物、炭化物、窒化物、金属、
金属酸化物、半導体、及び炭素等の材料等を使用するこ
とができる。

【００３９】本発明の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。

【００４０】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及び３を形成する（図
２（ａ））。

【００４１】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、前述の微粒子膜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。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。

【００４２】３）次に、帯電防止膜６を形成する（図２
（ｃ））。図２（ｃ）において、７は液滴付与装置、８
は液滴である。液滴付与装置７の具体例としては、任意
の液滴を形成できる装置であればどのような装置を用い
ても構わない。特に、素子電極２，３間で液滴の吐付量
を制御することができるように、数十ｎｇ程度以上の微
少量の液滴が容易に形成できるインクジェット方式の装
置が好ましい。インクジェット方式の装置としては、熱
エネルギーによって液体（インク）内に気泡を形成させ
てその液体（インク）を液滴として吐出させる方式（以
下、「バブルジェット方式」と称する。）による装置が
挙げられる。

【００４３】前述の高導伝性材料は液滴が形成できる状
態、すなわち水や溶剤等に分散または溶解した溶液であ
る必要がある。例えば、アルコール等から成る有機溶剤
に高伝導性材料の微粒子、微粒子の分散を促進する添加
材を加え、攪拌等により微粒子の分散状態を調整した溶
液等が挙げられる。

【００４４】液滴付与装置を用いることによって、基板
の数十μｍの段差によらず帯電防止膜６を形成すること
ができる。さらに、帯電防止膜６の導伝率を、溶液の濃
度、付与する液滴の量、付与する回数によって制御し、
所望の場所の絶縁面を前述の所望の表面抵抗に制御する
ことができる。

【００４５】４）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間に通電を行うと、
導電性膜４の部位に電子放出部５が形成される（図２
（ｄ））。

【００４６】フォーミング工程においては、導電性膜４
の一部に局所的に熱エネルギーが集中し、その部位に構
造の変化した電子放出部５が形成される。通電フォーミ
ングの電圧波形の例を図３に示す。

【００４７】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３（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３（ｂ）に示した手法
がある。

【００４８】まず、パルス波高値を定電圧とした場合に
ついて図３（ａ）で説明する。図３（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、
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。

【００４９】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３（ｂ）で説明する。
図３（ｂ）におけるＴ₁ 及びＴ₂ は、図３（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。

【００５０】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。

【００５１】フォーミング処理以降の電気的処理は、例
えば図４に示すような真空処理装置内で行うことができ
る。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４においても、図１に示した部位と
同じ部位には図１に付した符号と同一の符号を付してい
る。

【００５２】図４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Ｖ_f 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〜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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。このときの好ましい有機物質のガス
圧は、前述の素子の形態、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。

【００５７】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。

【００５８】炭素あるいは炭素化合物とは、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、Ｐ
Ｇは結晶粒が２０ｎｍ程度で結晶構造がやや乱れたも
の、ＧＣは結晶粒が２ｎｍ程度になり結晶構造の乱れが
さらに大きくなったものを指す。）、非晶質カーボン
（アモルファスカーボン及び、アモルファスカーボンと
前記グラファイトの微結晶の混合物を指す。）であり、
その膜厚は、５０ｎｍ以下の範囲とするのが好ましく、
３０ｎｍ以下の範囲とすることがより好ましい。

【００５９】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】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
くするのが好ましい。このときの加熱条件は、８０〜２
５０℃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^-5
Ｐａ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５を参照しながら説明
する。

【００６４】図５は、図４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５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。

【００６５】図５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。

【００６６】（ｉ）本素子はある電圧（閾値電圧と呼
ぶ；図５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、一方閾値電圧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
対する明確な閾値電圧Ｖ_thを持った非線形素子である。

【００６７】（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。

【００６８】（ｉｉｉ）アノード電極５４（図４参照）
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。

【００６９】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。

【００７０】図５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。

【００７１】次に、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
子源や画像形成装置が構成できる。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】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６を用いて説明する。図６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、７４は
電子放出素子、７５は結線である。

【００７５】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）。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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７と図８及び
図９を用いて説明する。図７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８は、図７の画像形
成装置に使用される蛍光膜の模式図である。図９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。

【００８２】図７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。

【００８３】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方向配線であ
る。

【００８４】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、スペ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。

【００８５】図８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８（ａ））あるいはブ
ラックマトリクス（図８（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。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】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。

【００８９】図７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。

【００９０】図９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に接続されてい
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（Ｑ−ｍａｓｓ）１３７等が取り付けら
れている。画像表示装置１３１の外囲器８８の内部圧力
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。

【００９１】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ボ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、それぞれ使用可能である。

【００９２】図９の装置により外囲器８８の内部を排気
し、フォーミングを行う。この際、例えば図１０に示す
ように、Ｙ方向配線７３を共通電極１４１に接続し、Ｘ
方向配線７２の内の一つに接続された素子に電源１４２
によって、同時に電圧パルスを印加して、フォーミング
を行うことができる。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ことも可能である。図
中、１４３は電流測定用抵抗を、１４４は電流測定用の
オシロスコープを示す。

【００９３】フォーミング終了後、活性化工程を行う。
外囲器８８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、既述のように、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。

【００９４】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。外囲器８８内
は、適宜加熱しなから、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、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。

【００９５】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、外囲器
８８内の雰囲気を維持するものである。

【００９６】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１１を用いて説明する。図１１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。

【００９７】表示パネル１０１は、端子Ｄｏｘ１乃至Ｄ
ｏｘｍ、端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎ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Ｄｏｘ１乃
至Ｄｏｘｍ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Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎに
は、前記走査信号により選択された１行の電子放出素子
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。

【００９８】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Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ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。

【００９９】直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には電子放
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。

【０１００】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。

【０１０１】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。

【０１０２】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
（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固の並列信号として前記シフトレジスタ１
０４より出力される。

【０１０３】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。

【０１０４】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、電子放出素子の各々を
適切に駆動変調する為の信号源であり、その出力信号
は、端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを通じて表示パネル１０
１内の電子放出素子に印加される。

【０１０５】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閾値電圧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。

【０１０６】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。

【０１０７】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。

【０１０８】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。

【０１０９】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。

【０１１０】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Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを
介して電圧を印加することにより、電子放出が生じる。
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。

【０１１１】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。

【０１１２】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１２及び図１３を用いて説明す
る。

【０１１３】図１２は、梯子型配置の電子源の一例を示
す模式図である。図１２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Ｄｘ１〜Ｄｘ１０
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Ｄｘ２〜Ｄｘ９は、例えばＤｘ２とＤｘ３、
Ｄｘ４とＤｘ５、Ｄｘ６とＤｘ７、Ｄｘ８とＤｘ９とを
とを夫々一体の同一配線とすることもできる。

【０１１４】図１３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、Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ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。１１０は各素子行間の共通配線を同一配線とした
電子源基板である。図１３においては、図７、図１２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７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。

【０１１５】図１３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、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１３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、グリッド電極を電子
放出素子の周囲や近傍に設けることもできる。

【０１１６】容器外端子Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ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。

【０１１７】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。

【０１１８】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。

【０１１９】

【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、本発明はこれらの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。

【０１２０】［実施例１］図１４は本実施例の電子源の
模式図を示しており、同図を用いて電子放出素子７４を
用いた電子源基板７１の作製について説明する１）基板７１として青板ガラスを用い、十分に洗浄した
後、素子電極２，３を厚膜スクリーン印刷法を用いて形
成した。厚膜ペースト材料はＭＯＤペースト（ＤＵ−２
１１０、ノリタケ（株）製）で、金属成分は金である。

【０１２１】印刷の後は１１０℃で２０分間乾燥し、次
に本焼成を実施した。焼成温度は５８０℃で、ピーク保
持時間は約８分である。印刷焼成後の膜厚は、０．３μ
ｍであった。素子電極間距離は５０μｍとした。

【０１２２】２）次に、Ｙ方向配線７３を厚膜スクリー
ン印刷法を用いて形成した。。ペースト材料はノリタケ
（株）製（ＮＰ−４０２８Ａ）で、金属成分は銀であ
る。焼成は、上記と同様に行った。このＹ方向配線７３
は、素子電極３の片側に接続した。

【０１２３】３）続いて、層間絶縁層（不図示）を厚膜
スクリーン印刷法を用いて形成した。ペースト材料はＰ
ｂＯを主成分としてガラスバインダーを混合したものを
使用した。焼成は上記と同様に行った。この層間絶縁層
は、Ｙ方向配線とＸ方向配線の交差部を含む領域に、Ｘ
方向配線と素子電極２が接続できるような形態で形成し
た。

【０１２４】４）次に、Ｘ方向配線７２をＹ方向配線７
３と同じ手順で形成した。Ｘ方向配線７２の一部は、素
子電極２と接続されている。

【０１２５】５）次に、導電性膜４を形成する。有機パ
ラジウム含有溶液を、バブルジェット方式のインクジェ
ット噴射装置を用いて、幅が２００μｍとなるように付
与した後、３００℃で１０分間の加熱処理を行って、酸
化パラジウム微粒子から成る導電性膜４を得た。

【０１２６】６）次に、帯電防止膜６を形成した。グラ
ファイト含有溶液を、バブルジェット方式のインクジェ
ット噴射装置を用いて付与した。溶液は、グラファイト
分散材料（平均粒径０．１μｍ）の水溶液（グラファイ
ト濃度０．１％）を、遠心分離器により最大粒径０．３
μｍ以下に調整した。

【０１２７】導電性膜４を除く素子電極２，３間の領域
７６、基板７１上の領域７７、層間絶縁層上の領域７８
に、それぞれ２回、１回、４回の液滴を付与した。液滴
を１つ（１ドット）付与すると円形となるが、これが絶
縁面全面を覆うように一定の間隔で１ドットずつ付与す
ることを１回の付与とした。２回以上の付与を行う場合
は、前に付与した液滴が流動性を失うまで一定時間（約
１秒）をおいて、付与を行った。

【０１２８】２００℃で１０分間の加熱処理を行って、
グラファイト微粒子から成る帯電防止膜を得た。領域７
６，７７，７８の各領域における表面抵抗は、それぞれ
４×１０⁷ Ω／□、３×１０⁸ Ω／□、７×１０⁹ Ω／
□であり、前述の所望の表面抵抗となった。

【０１２９】以上の工程により、絶縁性基板７１上に素
子電極２，３、Ｙ方向配線７３、層間絶縁層、Ｘ方向配
線７２、電子放出部形成用の導電性膜４、帯電防止膜等
を形成した。

【０１３０】こうして作製された電子源基板７１を用い
て、図７に示したようにフェースプレート８６、支持枠
８２、リアプレート８１とで外囲器８８を形成し、前述
のフォーミング工程、活性化工程及び安定化工程を行っ
た後、封止を行って表示パネル１０１を作製し、更に図
１１に示すようなＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づきテ
レビジョン表示を行うための駆動回路を接続して画像形
成装置を作製した。

【０１３１】その結果、本実施例の製造方法により作製
した電子放出素子、並びにこれを用いて作製した電子源
基板、表示パネル、画像形成装置は、画素の乱れのない
安定な画像が得られた。

【０１３２】［実施例２］本実施例では、工程１）〜
５）は実施例１と同様に行った。

【０１３３】６）実施例１の工程６) と同様の方法でグ
ラファイト含有溶液を調整し、導電性膜４を除く素子電
極２，３間の領域７６、基板７１上の領域７７、層間絶
縁層上の領域７８に、それぞれ１００マイクロ立方メー
トル、５０マイクロ立方メートル、２００マイクロ立方
メートルずつ液滴を１回付与した。

【０１３４】２００℃で１０分間の加熱処理を行って、
グラファイト微粒子から成る帯電防止膜を得た。領域７
６，７７，７８の各領域における表面抵抗は、それぞれ
３×１０⁷ Ω／□、８×１０⁸ Ω／□、２×１０¹⁰Ω／
□であり、前述の所望の表面抵抗となった。

【０１３５】こうして作製された電子源基板７１を用い
て、図７に示したようにフェースプレート８６、支持枠
８２、リアプレート８１とで外囲器８８を形成し、前述
のフォーミング工程、活性化工程及び安定化工程を行っ
た後、封止を行って表示パネル１０１を作製し、更に図
１１に示すようなＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づきテ
レビジョン表示を行うための駆動回路を接続して画像形
成装置を作製した。

【０１３６】その結果、実施例１と同様な効果を得るこ
とができた。さらに、本実施例の製造方法では、１回の
液滴付与で帯電防止膜を形成することができた。

【０１３７】［実施例３］本実施例では、工程１）〜
４）は実施例１と同様に行った。

【０１３８】５）実施例１の工程５）と同様の有機パラ
ジウム含有溶液を用意した。また、実施例１の工程６）
と同様の方法で、グラファイト含有溶液を調整した。た
だし、グラファイト濃度が、０．１％、０．２％、０．
４％の溶液を用意した。

【０１３９】素子電極２，３間に有機パラジウム含有溶
液を１ドット、有機パラジウム含有溶液を付与していな
い素子電極２，３間の領域７６、基板７１上の領域７
７、層間絶縁層上の領域７８に、それぞれ０．２％、
０．１％、０．４％のグラファイト含有溶液を１回付与
した。

【０１４０】３００℃で１０分間の加熱処理を行って、
酸化パラジウム微粒子から成る微粒子膜（導電性膜４）
およびグラファイト微粒子から成る帯電防止膜を得た。

【０１４１】導電性膜４の表面抵抗は２×１０⁴ Ω／
□、領域７６，７７，７８の各領域における表面抵抗
は、それぞれ１×１０⁷ Ω／□、３×１０⁸ Ω／□、９
×１０⁸Ω／□であり、前述の所望の表面抵抗となっ
た。

【０１４２】こうして作製された電子源基板７１を用い
て、図７に示したようにフェースプレート８６、支持枠
８２、リアプレート８１とで外囲器８８を形成し、前述
のフォーミング工程、活性化工程及び安定化工程を行っ
た後、封止を行って表示パネル１０１を作製し、更に図
１１に示すようなＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づきテ
レビジョン表示を行うための駆動回路を接続して画像形
成装置を作製した。

【０１４３】その結果、実施例１と同様な効果を得るこ
とができた。さらに、上記のように、本実施例の製造方
法では、電子放出部形成用の導電性膜４と帯電防止膜を
同時に形成することができた。これにより、製造工程を
低減することができ、低コストで画像形成装置を作製す
ることができた。

【０１４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
帯電防止膜を形成する高導伝材料を分散または溶解した
溶液を液滴の形態で付与することから、所定の位置に所
望の量を付与することができ、所望の特性の帯電防止膜
を有する電子放出素子が形成できた。また、溶液の濃度
を変えることによって、液滴の付与を１回で行うことが
できた。さらに、電子放出部形成用の導電性膜と帯電防
止膜を同時に形成することにより、製造工程を低減する
ことができた。

【０１４５】また、多数の電子放出素子を配列形成し、
入力信号に応じて電子を放出する電子源においては、安
定で、且つ、歩留りよく作製できると共に、電子放出効
率の向上により、消費電力が少なく周辺回路等の負担も
軽減され安価な装置が提供できる。

【０１４６】更に、かかる電子源を用いた画像形成装置
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】本発明に係る電子放出素子の一例を示す模式図
である。

【図２】本発明の電子放出素子の製造方法を説明するた
めの図である。

【図３】本発明の電子放出素子の製造に際して採用でき
る通電処理における電圧波形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５】本発明の電子放出素子の電子放出特性を示す図
である。

【図６】本発明の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７】本発明の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８】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９】本発明の画像形成装置のフォーミング工程、活
性化工程を行うための真空排気装置を示す模式図であ
る。

【図１０】本発明の画像形成装置のフォーミング工程、
活性化工程を行うための結線方法を示す模式図である。

【図１１】本発明の画像形成装置に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１２】本発明の梯子型配置の電子源の一例を示す模
式図である。

【図１３】本発明の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１４】実施例１の単純マトリクス配置した電子源を
示す模式図である。

【図１５】従来例の表面伝導型電子放出素子の模式図で
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帯電防止膜７液滴付与装置８液滴５０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電子放出素子７５結線７６導電性膜４を除く素子電極２，３間の絶縁面７７素子近傍の基板絶縁面７８層間絶縁層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１３７四重極質量分析器１３８ガス導入ライン１３９導入量制御手段１４０導入物質源１４１共通電極１４２電源１４３電流測定用抵抗１４４オシロスコープ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性基体上に一対の電極と電子放出部
を含む導電性膜を有する電子放出素子の製造方法におい
て、電子放出部の形成位置周辺の絶縁面に、高導伝率材料を
含有する溶液の液滴を付与して帯電防止膜を形成する工
程を有することを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項２】帯電防止膜の形成工程において、液滴付
与をインクジェット方式により行うことを特徴とする、
請求項１に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項３】インクジェット方式が、熱エネルギーに
よって溶液内に気泡を形成させて液滴として吐出させる
バブルジェット方式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の製造方法。
【請求項４】液滴付与を導電性膜の形成と同時に行う
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の電
子放出素子の製造方法。
【請求項５】絶縁面に付与する液滴の回数によって、
帯電防止膜の表面抵抗を制御す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の製造方
法。
【請求項６】絶縁面に付与する液滴量によって、帯電
防止膜の表面抵抗を制御す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の製造方法。
【請求項７】絶縁面に付与する液滴の濃度によって、
帯電防止膜の表面抵抗を制御す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の製造方
法。
【請求項８】請求項１〜７のいずれかの方法で製造さ
れたことを特徴とする電子放出素子。
【請求項９】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８に記載の電子放出
素子。
【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、絶縁性基体上に、請求項８又は９に記載の
電子放出素子を複数配置したことを特徴とする電子源。
【請求項１１】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１０に
記載の電子源。
【請求項１２】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
電子源を製造する方法であって、複数個の電子放出素子
を請求項１〜７のいずれか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、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を製
造する方法であって、電子源を請求項１３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。