JP2000243224A - 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 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 導電性膜の電気的特性を向上させることによ
り、製造工程上の制限を緩和することができる電子放出
素子の新規な構成、並びに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を提供する。 【解決手段】 基体１上に対向する一対の素子電極２，
３と、素子電極２，３に電気的に接続された導電性膜４
と、導電性膜４の一部に形成された電子放出部５を有す
る電子放出素子であって、導電性膜４が貴金属および金
属酸化物を含有する。

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
ａｎｄ Ｗ．Ｗ． Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄ Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎ”， Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ８，８９（１９５６）ある
いはＣ．Ａ． Ｓｐｉｎｄｔ， “Ｐｈｙｓｉｃａｌ
Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉ
ｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔ
ｈ ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ ｃｏｎｅｓ”， 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， “Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆＴｕｎｎｅｌ−Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ”， 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， Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ．
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓ．， 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：“Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ
Ｆｉｌｍｓ”， ９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂
Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ
ａｎｄ Ｃ．Ｇ． Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥ Ｔ
ｒａｎｓ． ＥＤ Ｃｏｎｆ．”， 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
６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】本出願人は、例えば特
開平１０−６４４０８号公報において、電子放出素子の
電気的な耐熱温度および機械的な強度を高めることが好
ましいことを報告している。このような導電性膜の材料
としては、Ｐｄ等の白金族の金属またはその酸化物およ
び微量の金属酸化物（Ｂｉ酸化物等）の混合物が好まし
く用いられる。

【００１３】上述のような導電性膜材料を用いることに
よって、電子放出素子の電気的な耐熱温度は飛躍的に向
上したが、金属酸化物の種類や量によっては導電性膜の
抵抗値が上昇し、電子放出素子の作成に支障を来たす場
合があった。

【００１４】なお、本明細書において、「電気的な耐熱
温度」とは、導電性膜の凝集が進行し、導通がとれなく
なる温度のことを指す。

【００１５】本発明の目的は、上記問題を鑑み、導電性
膜の電気的特性を向上させることにより、製造工程上の
制限を緩和することができる電子放出素子の新規な構
成、並びにそれを用いた電子源、画像形成装置、及びそ
れらの製造方法を提供することにある。

【００１６】

【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。

【００１７】即ち、本発明の第一は、基体上に対向する
一対の素子電極と、該素子電極に電気的に接続された導
電性膜と、該導電性膜の一部に形成された電子放出部を
有する電子放出素子において、導電性膜が貴金属および
金属酸化物を含有することを特徴とする電子放出素子に
ある。

【００１８】また、本発明の第二は、上記本発明の第一
の電子放出素子を製造する方法であって、基体上に一対
の素子電極を形成する工程と、素子電極間に跨るように
貴金属および金属酸化物を含有する導電性膜を形成する
工程と、該導電性膜をフォーミングする工程とを有して
おり、電子放出部を除く導電性膜の比抵抗を電子放出素
子の製造過程を通じて１×１０^-3Ω・ｍ未満に維持する
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
の第一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。

【００２０】また、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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】本発明者は、特性の良い電子放出素子を簡
便に製造するために必要な導電性膜の物性について詳細
に検討した結果、従来の導電性膜にＢｉ、Ｃｒ、Ｚｎ、
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の金属酸化物を添加すると共に、貴
金属すなわちＰｔ、Ａｕ、Ａｇを添加することによっ
て、導電性膜の電気的な耐熱温度を向上させつつ、導電
性膜の電気抵抗値の上昇を抑制できることを見出した。

【００２４】すなわち、本発明の電子放出素子は、基体
上に対向する一対の素子電極と、該一対の素子電極に電
気的に接続された導電性膜と、導電性膜の一部に形成さ
れた電子放出部を有する電子放出素子において、導電性
膜が貴金属および金属酸化物を含有するものである。

【００２５】導電性膜の主成分である貴金属としては、
Ｐｄを主体とする合金または混合物が好ましく、Ｐｄよ
りも酸化しにくいＡｕ、Ｐｔ、Ａｇとの合金または混合
物が特に好ましい。

【００２６】また金属酸化物としては、絶縁性基体と導
電性膜の密着性を向上させ、容易に金属酸化物とするこ
とができ、導電性膜の主成分であるＰｄよりも還元しに
くいものであれば特に制約されないが、Ｂｉ、Ｃｒ、Ｚ
ｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの酸化物が特に好ましい。

【００２７】これら合金または混合物となる貴金属およ
び金属酸化物の含有量については、作成した導電性膜の
比抵抗が電子放出素子の製造過程を通じて１×１０^-3Ω
・ｍ未満であるならば、特に制約されない。具体的に
は、貴金属（Ｍ１）をＡｕ、Ｐｔ、Ａｇのいずれか、金
属酸化物（Ｍ２）をＢｉ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ
ｉの酸化物のいずれかとすると、Ｐｄ：Ｍ１：Ｍ２＝９
０：５：５乃至８０：１０：１０（モル分率）として導
電性膜を作成すると、上記の要件を満たすことができ
る。

【００２８】

【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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】上述のように、導電性膜４は、貴金属およ
び金属酸化物を含有している。

【００３５】導電性膜の主成分である貴金属としては、
Ｐｄを主体とする合金または混合物が好ましく、Ｐｄよ
りも酸化しにくいＡｕ、Ｐｔ、Ａｇとの合金または混合
物が特に好ましい。

【００３６】また金属酸化物としては、絶縁性基体と導
電性膜の密着性を向上させ、容易に金属酸化物とするこ
とができ、導電性膜の主成分であるＰｄよりも還元しに
くいものであれば特に制約されないが、Ｂｉ、Ｃｒ、Ｚ
ｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの酸化物が特に好ましい。

【００３７】これら合金または混合物となる貴金属およ
び金属酸化物の含有量については、作成した導電性膜の
比抵抗が電子放出素子の製造過程を通じて１×１０^-3Ω
・ｍ未満であるならば、特に制約されない。具体的に
は、貴金属（Ｍ１）をＡｕ、Ｐｔ、Ａｇのいずれか、金
属酸化物（Ｍ２）をＢｉ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ
ｉの酸化物のいずれかとすると、Ｐｄ：Ｍ１：Ｍ２＝９
０：５：５乃至８０：１０：１０（モル分率）として導
電性膜を作成すると、上記の要件を満たすことができ
る。

【００３８】導電性膜４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〜５０ｎ
ｍの範囲とするのが良い。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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））。

【００４３】２）素子電極２，３を設けた基板１上に、
金属化合物溶液を塗布して（図２（ｂ））、金属化合物
薄膜を形成する（図２（ｃ））。

【００４４】金属化合物溶液には、前述の導電性膜４の
材料と同様な組成の金属化合物の溶液を用いることがで
きる。この金属化合物薄膜を乾燥、焼成して、基体上に
電子放出のための導電性膜４を形成する。

【００４５】乾燥工程は、通常用いられる自然乾燥、送
風乾燥、熱乾燥等を用いれば良い。焼成工程は、通常用
いられる加熱手段を用いれば良い。乾燥工程と焼成工程
とは必ずしも区別された別工程として行う必要はなく、
連続して同時に行っても構わない。ここでは、金属化合
物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。

【００４６】３）次に、フォーミングと呼ばれる通電処
理を施す。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））。

【００４７】フォーミング工程においては、瞬間的に導
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。

【００４８】通電フォーミングの電圧波形の例を図３に
示す。

【００４９】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。

【００５０】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。通
常、Ｔ₁ は１μ秒〜１０ｍ秒、Ｔ₂ は１０μ秒〜１００
ｍ秒の範囲で設定される。三角波の波高値（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。

【００５１】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（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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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Ｖｆを印加するための電源、５０は素子電極２，３間
を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、５４は
素子の電子放出部５より放出される放出電流Ｉｅを捕捉
するためのアノード電極、５３はアノード電極５４に電
圧を印加するための高圧電源、５２は電子放出部５より
放出される放出電流Ｉｅを測定するための電流計であ
る。一例として、アノード電極５４の電圧を１ｋＶ〜１
０ｋＶの範囲とし、アノード電極５４と電子放出素子と
の距離Ｈを２ｍｍ〜８ｍｍの範囲として測定を行うこと
ができる。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】４）次に、フォーミングを終えた素子に活
性化工程と呼ばれる処理を施す。

【００５８】活性化工程は、例えば、有機物質のガスを
含有する雰囲気下で、通電フォーミングと同様に、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Ｉｆ，放出電流Ｉｅ
が、著しく変化するようになる。

【００５９】活性化工程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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】５）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。

【００６５】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１０
^-6Ｐａ以下が好ましく、さらには１０^-10 Ｐａ以下が特
に好ましい。さらに真空容器内を排気するときには、真
空容器全体を加熱して、真空容器内壁や、電子放出素子
に吸着した有機物質分子を排気しやすくするのが好まし
い。このときの加熱条件は、８０〜２５０℃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、１０^-5Ｐａ以下が好ましく、さら
には１０^-6Ｐａ以下が特に好ましい。

【００６６】安定化工程を行った後の、駆動時の雰囲気
は、上記安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが好ま
しいが、これに限るものではなく、有機物質が十分除去
されていれば、圧力自体は多少上昇しても十分安定な特
性を維持することが出来る。このような真空雰囲気を採
用することにより、新たな炭素あるいは炭素化合物の堆
積を抑制でき、結果として素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅ
が、安定する。

【００６７】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。

【００６８】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５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。

【００６９】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Ｉｅに関して次の３つの特徴的性
質を有する。

【００７０】即ち、第１に、本素子はある電圧（閾値電
圧と呼ぶ；図５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。

【００７１】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。

【００７２】第３に、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。

【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５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。

【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。

【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、７
２はＸ方向配線、７３はＹ方向配線である。７４は電子
放出素子、７５は結線である。

【００７９】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）。

【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。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】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。

【００９４】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、１０^-5
Ｐａ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、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。

【００９５】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９を用いて説明する。図９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。

【００９６】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。

【００９７】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。

【００９８】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。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】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固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。

【０１０２】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。

【０１０３】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、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１
０１内の電子放出素子に印加される。

【０１０４】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。

【０１０５】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。

【０１０６】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。

【０１０７】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路１０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化
する必要があるが、これには同期信号分離回路１０６の
出力部にＡ／Ｄ変換器を設ければ良い。これに関連して
ラインメモリ１０５の出力信号がデジタル信号かアナロ
グ信号かにより、変調信号発生器１０７に用いられる回
路が若干異なったものとなる。即ち、デジタル信号を用
いた電圧変調方式の場合、変調信号発生器１０７には、
例えばＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増幅回路等
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。

【０１０８】アナログ信号を用いた電圧変調方式の場
合、変調信号発生器１０７には、例えばオペアンプ等を
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。

【０１０９】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Ｄｏ
ｘ１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８
７を介してメタルバック８５あるいは透明電極（不図
示）に高圧を印加し、電子ビームを加速する。加速され
た電子は、蛍光膜８４に衝突し、発光が生じて画像が形
成される。

【０１１０】ここで述べた画像形成装置の構成は、本発
明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。

【０１１１】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１０及び図１１を用いて説明す
る。

【０１１２】図１０は、梯子型配置の電子源の一例を示
す模式図である。図１０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
夫々一体の同一配線とすることもできる。

【０１１３】図１１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１１においては、図７、図１０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。

【０１１４】図１１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１１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。

【０１１５】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。

【０１１６】本例の画像形成装置では、素子行を１列ず
つ順次駆動（走査）して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。

【０１１７】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。

【０１１８】

【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。

【０１１９】［実施例１］本実施例に係る電子放出素子
の基本的な構成は、図１と同様である。また、本実施例
における電子放出素子の製造法は、基本的には図２と同
様である。

【０１２０】以下、図１及び図２を用いて、本実施例に
おける電子放出素子の製造方法を順をおって説明する。

【０１２１】基体１として石英ガラス基体を用い、これ
を有機溶剤により充分に洗浄後、基体面上にＰｔからな
る素子電極２、３を形成した（図２（ａ））。素子電極
２、３の間隔Ｌは２０μｍとし、素子電極長さＷは５０
０μｍとし、その厚さｄは１０００Åとした。

【０１２２】エチレンジアミン四酢酸−パラジウム錯体
７２ｍｍｏｌ（５７．３ｇ）、エチレンジアミン四酢酸
−白金錯体４ｍｍｏｌ（１．９ｇ）、エチレンジアミン
四酢酸−ビスマス錯体４ｍｍｏｌ（２．１ｇ）を１リッ
トルの水に溶解させ、金属化合物溶液とした。この溶液
中に含まれる金属のモル比は、Ｐｄ：Ｐｔ：Ｂｉ＝９
０：５：５となる。

【０１２３】得られた金属化合物溶液を、スピンコート
装置によって素子電極２、３を形成した石英基体の上
に、素子電極２、３に跨るように塗布し（図２
（ｂ））、８０℃で２分間乾燥させた。

【０１２４】次に、３５０℃で１５分間焼成して導電性
膜４を形成した（図３（ｃ））。

【０１２５】導電性膜４の素子幅ｗ２を３００μｍにな
るように整形し、形成した素子の電気抵抗値を測定する
と、５２０Ωであった。また、導電性膜４の膜厚をＴＥ
ＮＣＯＲ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＮＴ社製アルファステッ
プで測定すると、９５Åであった。これらから、導電性
膜４の比抵抗は、７．４×１０^-5Ω・ｍとなる。

【０１２６】次に、真空容器中で素子電極２および３の
間に電圧を印加し、導電性膜４を通電処理（フォーミン
グ処理）することにより、電子放出部５を作成した（図
２（ｄ））。

【０１２７】フォーミング処理の電圧波形を図３（ｂ）
に示す。

【０１２８】本実施例では電圧波形のパルス幅Ｔ₁ を１
ｍ秒、パルス間隔Ｔ₂ を１０ｍ秒とし、三角波の波高値
（ピーク電圧）を漸増させ、フォーミング処理は約１．
３×１０^-4Ｐａの真空雰囲気下で行った。

【０１２９】以上のようにして作成された素子につい
て、その電子放出特性を図４の構成の測定評価装置によ
り測定した。本電子放出素子およびアノード電極５４は
真空装置５５内に設置されており、その真空装置には排
気ポンプ５６および不図示の真空計等の真空装置に必要
な機器が具備されており、所望の真空下で本素子の測定
評価を行えるようになっている。なお、本実施例では、
アノード電極と電子放出素子間の距離Ｈを４ｍｍ、アノ
ード電極の電位を１ｋＶ、電子放出特性測定時の真空装
置内の真空度を約１．３×１０^-4Ｐａとした。

【０１３０】以上のような測定評価装置を用いて、本電
子放出素子の素子電極２、３の間に電圧を印加し、その
時に流れる素子電流Ｉｆおよび放出電流Ｉｅを測定した
ところ、図５に示したような電流−電圧特性が得られ
た。本素子では、素子電圧７Ｖ程度から急激に放出電流
Ｉｅが増加し、素子電圧１２Ｖでは素子電流Ｉｆが０．
９ｍＡ、放出電流Ｉｅが０．４５μＡとなり、電子放出
効率η＝Ｉｅ／Ｉｆ（％）は０．０５％であった。

【０１３１】以上説明した実施例中、電子放出部を形成
する際に、素子の電極間に三角波パルスを印加してフォ
ーミング処理を行っているが、素子電極間に印加する波
形は三角波に限定することはなく、矩形波など所望の波
形を用いても良く、その波高値およびパルス幅・パルス
間隔等についても上述の値に限ることなく、電子放出部
が良好に形成されれば所望の値を選択することができ
る。

【０１３２】［参考例１］実施例１に用いたエチレンジ
アミン四酢酸−白金錯体を用いていないこと以外は、実
施例１と同様の方法で電子放出素子を作成した。この電
子放出素子の導電性膜の比抵抗は、１．４×１０^-3Ω・
ｍであった。

【０１３３】実施例１と同様に電子放出が確認された
が、フォーミング処理に要する時間は実施例１の３倍程
度が必要であった。

【０１３４】［実施例２〜６］実施例１に用いたエチレ
ンジアミン四酢酸−ビスマス錯体の代わりに、以下に示
す金属錯体を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法
で電子放出素子を作成した。それぞれの素子の導電性膜
の比抵抗をあわせて示す。いずれの場合も実施例１と同
様に電子放出が確認され、フォーミング処理に要する時
間は実施例１と同等であった。

【０１３５】 実施例２：金属錯体（エチレンジアミン四酢酸−ニッケル錯体） 比抵抗（８．３×１０^-5Ω・ｍ） 実施例３：金属錯体（エチレンジアミン四酢酸−クロム（ＩＩＩ）錯体） 比抵抗（２．１×１０^-4Ω・ｍ） 実施例４：金属錯体（エチレンジアミン四酢酸−亜鉛錯体） 比抵抗（９．８×１０^-5Ω・ｍ） 実施例５：金属錯体（エチレンジアミン四酢酸−鉄（ＩＩ）錯体 比抵抗（１．２×１０^-4Ω・ｍ） 実施例６：金属錯体（エチレンジアミン四酢酸−コバルト（ＩＩ）錯体） 比抵抗（１．６×１０^-4Ω・ｍ） ［実施例７］実施例１におけるエチレンジアミン四酢酸
−白金錯体の代わりに、ジシアノ金（Ｉ）酸アンモニウ
ムを用いたこと以外は、実施例１と同様の方法で電子放
出素子を作成した。この電子放出素子の導電性膜の比抵
抗は、６．９×１０^-5Ω・ｍであった。実施例１と同様
に電子放出が確認され、フォーミング処理に要する時間
は実施例１と同等であった。

【０１３６】［実施例８］実施例１におけるエチレンジ
アミン四酢酸−白金錯体の代わりに、ジシアノ銀（Ｉ）
酸アンモニウムを用いたこと以外は、実施例１と同様の
方法で電子放出素子を作成した。この電子放出素子の導
電性膜の比抵抗は、８．２×１０^-5Ω・ｍであった。実
施例１と同様に電子放出が確認され、フォーミング処理
に要する時間は実施例１と同等であった。

【０１３７】［実施例９］１６行×１６列の２５６個の
素子電極とマトリクス状配線７２、７３とを形成した電
子源基体７１（図６参照）の各対向電極に対して、実施
例１と同様にして金属化合物溶液を塗布し、焼成・成形
した後、フォーミング処理を行い電子源を作成した。こ
の電子源に、リアプレート８１、支持枠８２、フェース
プレート８６を接続し、真空封止して、図７の概念図に
従う画像形成装置を作成した。

【０１３８】端子Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘ１６と端子Ｄｏｙ１
〜Ｄｏｙ１６を通じて各素子に時分割で所定電圧を印加
し、端子８７を通じてメタルバック８５に高電圧を印加
することによって、任意のマトリクス画像パターンを表
示することができた。

【０１３９】［実施例１０］実施例１と同様の方法で、
素子電極間隔Ｌを１０μｍ、素子電極長さＷを３００μ
ｍとしたＰｔからなる素子電極を形成した石英基体上
に、実施例１と同様の方法で得られた金属化合物溶液を
基体に塗布し、８０℃で２分間乾燥させ、３５０℃で１
５分間焼成することによって、厚さ１００Å程度の導電
性膜を形成した。

【０１４０】この電子放出素子について電気的な耐熱温
度測定を行った。測定は、２％Ｈ₂／９８％Ｎ₂ ガス中
の大気圧還元雰囲気下で、素子を加熱しながら電気抵抗
値を測定することによって行った。耐熱温度は、素子の
電気抵抗値が急激に上昇し、初期値の１０倍となる温度
を薄膜凝集温度Ｔｍとすると、Ｔｍ＝５００℃であっ
た。

【０１４１】［参考例２］実施例１０に用いたエチレン
ジアミン四酢酸−白金錯体を用いていないこと以外は、
実施例１０と同様の方法で電子放出素子の電気的な耐熱
温度測定を行ったところ、Ｔｍ＝５１０℃であった。

【０１４２】［参考例３］参考例２に用いたエチレンジ
アミン四酢酸−ビスマス錯体を用いていないこと以外
は、参考例２と同様の方法で電子放出素子の電気的な耐
熱温度測定を行ったところ、Ｔｍ＝２７０℃であった。

【０１４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電子放出部が形成される導電性膜に金属酸化物および貴
金属を添加することによって、導電性膜の電気的な耐熱
温度を高めつつ、比抵抗を減少させることができるの
で、製造工程上の制限を緩和することが可能となる。

【０１４４】具体的には、電子放出素子を製造する際の
安定化工程や画像形成装置を製造する際に、耐熱温度付
近まで真空容器を加熱して容器内の有機物質を排気する
ことが可能となる。また、薄膜部分での電圧降下が抑え
られるので、電子放出部形成に必要な通電処理の際に電
力を節減することができ、さらに工程時間を短縮するこ
とができる。

【０１４５】したがって、素子の耐熱温度によって制限
されるような温度制御や工程を省くことによる製造コス
トの低減が図られたり、ベーキング（加熱）温度の高温
化による素子特性の安定化や長寿命化などの効果も奏す
る。

【０１４６】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、かつ歩留りよく作製できる。

【０１４７】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１０】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１１】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１２】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 ５０ 素子電流Ｉｆを測定するための電流計 ５１ 電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電
源 ５２ 電子放出部５より放出される放出電流Ｉｅを測定
するための電流計 ５３ アノード電極５４に電圧を印加するための高圧電
源 ５４ 電子放出部５より放出される電子を捕捉するため
のアノード電極 ５５ 真空容器 ５６ 排気ポンプ ７１ 電子源基板 ７２ Ｘ方向配線 ７３ Ｙ方向配線 ７４ 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

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基体上に対向する一対の素子電極と、該
   素子電極に電気的に接続された導電性膜と、該導電性膜
   の一部に形成された電子放出部を有する電子放出素子に
   おいて、 導電性膜が貴金属および金属酸化物を含有することを特
   徴とする電子放出素子。
2. 【請求項２】 前記貴金属がＰｄを含有し、かつＡｕ、
   Ｐｔ、Ａｇのうち少なくとも１つを含有することを特徴
   とする請求項１に記載の電子放出素子。
3. 【請求項３】 前記金属酸化物が、Ｂｉ、Ｃｒ、Ｚｎ、
   Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの酸化物のうち少なくとも１つを含有
   することを特徴とする請求項１または２に記載の電子放
   出素子。
4. 【請求項４】 貴金属（Ｍ１）をＡｕ、Ｐｔ、Ａｇのい
   ずれか、金属酸化物（Ｍ２）をＢｉ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｆ
   ｅ、Ｃｏ、Ｎｉの酸化物のいずれかとすると、Ｐｄ：Ｍ
   １：Ｍ２＝９０：５：５乃至８０：１０：１０（モル分
   率）として、導電性膜を作成することを特徴とする請求
   項１に記載の電子放出素子。
5. 【請求項５】 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１〜４のいずれかに記
   載の電子放出素子。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載の電子放
   出素子を製造する方法であって、基体上に一対の素子電
   極を形成する工程と、素子電極間に跨るように貴金属お
   よび金属酸化物を含有する導電性膜を形成する工程と、
   該導電性膜をフォーミングする工程とを有しており、 電子放出部を除く導電性膜の比抵抗を電子放出素子の製
   造過程を通じて１×１０^-3Ω・ｍ未満に維持することを
   特徴とする電子放出素子の製造方法。
7. 【請求項７】 フォーミング工程の後に、フォーミング
   工程より高い真空度下で電子放出素子に電圧を印加する
   安定化工程を有することを特徴とする請求項６に記載の
   電子放出素子の製造方法。
8. 【請求項８】 フォーミング工程の後に、有機物質の存
   在下で電子放出素子に電圧を印加する活性化工程を有す
   ることを特徴とする請求項６に記載の電子放出素子の製
   造方法。
9. 【請求項９】 活性化工程の後に、フォーミング工程及
   び活性化工程より高い真空度下で電子放出素子に電圧を
   印加する安定化工程を有することを特徴とする請求項８
   に記載の電子放出素子の製造方法。
10. 【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、基体上に、請求項１〜５のいずれかに記載
    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。
11. 【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。
12. 【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。
13. 【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１〜５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。
14. 【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。
15. 【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。