JP2000243235A - 電子放出素子、電子源、及び画像形成装置 - Google Patents

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】 絶縁性基板１上の素子電極２，３間に、
電子放出部５を有する導電性膜４を備える電子放出素子
において、該絶縁性基板１が金属酸化物からなる薄膜６
によって被覆されていることを特徴とする。 【効果】 導電性膜４が形成されていない領域を流れる
無効電流を抑えることができる。

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
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
８に模式的に示す。同図において１は基板である。４は
導電性膜で、Ｈ型形状のパターンに形成された金属酸化
物薄膜等からなり、後述の通電フォーミングと呼ばれる
通電処理により電子放出部５が形成される。尚、図中の
素子電極間隔Ｌは、０．５〜１ｍｍ、Ｗ’は、０．１ｍ
ｍで設定されている。

【０００８】これらの表面伝導型電子放出素子において
は、電子放出を行う前に導電性膜４を予め通電フォーミ
ングと呼ばれる通電処理によって電子放出部５を形成す
るのが一般的である。即ち、通電フォーミングとは、前
記導電性膜４の両端に電圧を印加通電し、導電性膜４を
局所的に破壊、変形もしくは変質させて構造を変化さ
せ、電気的に高抵抗な状態の電子放出部５を形成する処
理である。尚、電子放出部５では導電性膜４の一部に亀
裂が発生しており、その亀裂付近から電子放出が行われ
る。

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

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

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

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】電子放出素子について
は、これを適用した画像形成装置が、明るい表示画像を
安定して提供できるよう更に安定な電子放出特性及び電
子放出の効率向上が要望されている。ここでの効率は、
表面伝導型電子放出素子の導電性膜の両端に電圧を印加
した際に、導電性膜を流れる電流（以下、「素子電流」
という。）と真空中に放出される電子電流（以下、「放
出電流」という。）との比で評価されるものであり、素
子電流が小さく、放出電流が大きい電子放出素子が望ま
れている。安定的に制御し得る電子放出特性と効率向上
がなされれば、例えば蛍光体を画像形成部材とする画像
形成装置においては、低電流で明るい高品位な画像形成
装置、例えばフラットテレビが実現できる。また、低電
流化にともない、画像形成装置を構成する駆動回路等の
ローコスト化も図れる。

【００１３】しかしながら、上述のＭ．ハートウェルの
電子放出素子にあっては、安定な電子放出特性及び電子
放出効率について、必ずしも満足のゆくものが得られて
おらず、これを用いて高輝度で動作安定性に優れた画像
形成装置を提供するのは極めて難しいというのが実状で
ある。

【００１４】従って、上記のような応用に用いられる表
面伝導型電子放出素子は、実用的な印加電圧に対して良
好な電子放出特性を有し、長時間にわたってその特性を
保持し続けられることが必要である。

【００１５】本出願人は、詳細な検討の結果、表面伝導
型電子放出素子の電子放出効率は、後述する活性化工程
における素子電流の増加に支配されていることがわかっ
た。

【００１６】活性化工程とは、素子電流Ｉｆ及び放出電
流Ｉｅを著しく変化させ得る工程であり、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終了
後に、パルス電圧の印加を繰り返すことで行うものであ
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導電性膜上に堆積し、素
子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅが、著しく変化するようにな
る。

【００１７】しかしながら、上述の活性化工程において
堆積する炭素、あるいは炭素化合物が導電性膜が形成さ
れていない領域の絶縁性基板上にも堆積した場合は、そ
の炭素あるいは炭素化合物が電流パスとなり、電子放出
部と並列に抵抗が入ったのと等価となり、素子電流Ｉ
ｆ、放出電流Ｉｅの増加と共に素子電流Ｉｆの内の電子
放出に関与しない無効なリーク電流成分が増加し、電子
放出に関与しない無効電流が流れ、電子放出効率の低下
を招くことになる。

【００１８】本発明は、上記問題を鑑み、良好な電子放
出特性と高効率化を同時に実現する電子放出素子の新規
な構成と、それを用いた電子源及び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、絶縁性基体上に形
成された対向する一対の電極間に、電子放出部を有する
導電性膜を備える電子放出素子において、該絶縁性基体
の一部あるいは全部が、金属酸化物からなる薄膜によっ
て被覆されていることを特徴とする電子放出素子にあ
る。

【００２１】上記本発明第一の電子放出素子は、さらに
その特徴として、「前記金属酸化物からなる薄膜が、少
なくとも前記導電性膜の周囲の領域を被覆している」こ
と、「前記金属酸化物の融点が、前記導電性膜の融点よ
り高い」こと、「前記金属酸化物の蒸気圧が、少なくと
も大気圧から１０^-11 Ｔｏｒｒとなる温度範囲におい
て、ほぼ同一温度での該金属酸化物の蒸気圧が前記導電
性膜の構成材料の蒸気圧より低い」こと、「表面伝導型
電子放出素子である」こと、をも含む。

【００２２】また、本発明の第二は、絶縁性基体上に複
数の電子放出素子を備え、入力信号に応じて電子を放出
する電子源において、前記複数の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。

【００２３】上記本発明第二の電子源は、さらにその特
徴として、「前記電子放出素子の複数が梯子状に配置さ
れており、個々の電子放出素子の両電極が並列に二本の
行配線に接続されており、更に変調手段を有する」こ
と、「前記複数の電子放出素子がマトリクス状に配置さ
れており、個々の電子放出素子の一方の電極を行配線に
接続し、個々の電子放出素子の他方の電極を前記行配線
と直交する列配線に接続した」こと、をも含む。

【００２４】更に、本発明の第三は、真空容器内に、少
なくとも電子源と画像形成部材を備え、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、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。

【００２５】本発明の電子放出素子では、比較的炭化水
素ガスに対する付着係数の小さい金属酸化物からなる薄
膜により、絶縁性基体の一部あるいは全部を被覆してい
る、より具体的には少なくとも導電性膜の周囲の領域を
被覆しているため、先述した活性化処理において炭素お
よび炭素化合物が、導電性膜が形成されていない領域の
絶縁性基体上に吸着することが抑制され、無効な素子電
流の増加を抑えることが可能となる。これにより、安定
した高効率の電子放出特性を長時間にわたって保持し得
る電子放出素子を実現できる。また、本発明の画像形成
装置によれば、長時間にわたり安定で良好な画像を形成
できる。

【００２６】

【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。

【００２７】本発明を適用し得る電子放出素子は、先述
したような冷陰極型の電子放出素子に分類されるもの
で、それらの中でも電子放出特性等の観点から特に表面
伝導型の電子放出素子が好適である。このため、以下で
は表面伝導型電子放出素子を例に挙げて説明する。

【００２８】本発明の表面伝導型電子放出素子の基本的
構成には、大別して、平面型と垂直型の２つがある。ま
ず、平面型の表面伝導型電子放出素子の基本的な構成に
ついて説明する。

【００２９】図１は、本発明の平面型表面伝導型電子放
出素子の一構成例を示す模式図であり、図１（ａ）は平
面図、図１（ｂ）は縦断面図である。図１において、１
は基板、２と３は電極（素子電極）、４は導電性膜、５
は電子放出部、６は金属酸化物からなる薄膜（以下、
「金属酸化物薄膜」と記す）である。

【００３０】基板１としては、石英ガラス、青板ガラス
等の絶縁性基板を用いることができる。

【００３１】金属酸化物薄膜６は、その組成の少なくと
も半分が金属酸化物からなり、これに用いられる金属酸
化物は、単一金属元素の酸化物に限らず、複数の金属元
素を含む複合酸化物であってもよく、導電性膜４の構成
材料に比べ融点が高いものが好ましく、その蒸気圧が、
少なくとも大気圧から１０^-11 Ｔｏｒｒとなる温度範囲
において、ほぼ同一温度での導電性膜４の構成材料の蒸
気圧より低いことが望ましい。

【００３２】また、金属酸化物薄膜６に用いられる金属
材料としてはＭｇ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓ
ｎ、Ｐｂ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅ等の炭化水素
系ガスに対する付着係数の小さいものが望ましく、Ａ
ｌ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｆ
ｅ、Ｍｏ、Ｗ等の付着係数の大きい材料は適当ではな
い。

【００３３】金属酸化物薄膜６の厚みは特に限定される
ものではないが、基板１表面上で連続膜として存在可能
な厚み以上が適当である。具体的には、数ｎｍ以上から
が実用的な膜厚である。

【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、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。

【００３６】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。

【００３７】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、ＨｆＢ₂ ，ＺｒＢ₂，ＬａＢ₆ ，ＣｅＢ₆ ，Ｙ
Ｂ₄ ，ＧｄＢ₄ 等の硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，
ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣなどの炭化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，
ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体、カーボン等
が挙げられる。

【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。この導電性膜
４の膜厚は、好ましくは数Åから数百ｎｍであり、その
抵抗値Ｒｓが、１０² 〜１０⁷ Ω／□の抵抗値を示す膜
厚で形成したものが好ましく用いられる。なおＲｓは、
幅がｗで長さがｌの薄膜の、長さ方向に測定した抵抗Ｒ
を、Ｒ＝Ｒｓ（ｌ／ｗ）と置いたときの値である。上記
抵抗値を示す膜厚はおよそ５ｎｍから５０ｎｍの範囲に
あり、この膜厚範囲において、それぞれの材料の薄膜は
微粒子膜の形態を有している。ここで述べる微粒子膜と
は、複数の微粒子が集合した膜であり、その微細構造
は、微粒子が個々に分散配置した状態のみならず、微粒
子が互いに隣接、あるいは重なり合った状態（いくつか
の微粒子が集合し、全体として島状構造を形成している
場合も含む）をとっている。微粒子の粒径は、数Åから
数百ｎｍの範囲、好ましくは、１ｎｍから２０ｎｍの範
囲である。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】「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）。

【００４５】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。

【００４６】さて、先に例示した導電性膜材料のなかで
も、ＰｄＯは、有機Ｐｄ化合物の大気中焼成により容易
に薄膜形成できること、半導体であるため比較的電気伝
導度が低く上記範囲の抵抗値Ｒｓを得るための膜厚のプ
ロセスマージンが広いこと、電子放出部形成後、容易に
還元して金属Ｐｄとすることができるので膜抵抗を低減
し耐熱性も上昇すること、等から好適な材料である。し
かしながら、本発明の効果はＰｄＯに限られることな
く、また、上記例示した材料に限られるものではない。

【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。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。この単体物質及
び化合物の役割については、導電性膜４の一部として機
能し、また、電子放出部５を構成する物質として電子放
出特性を支配することが分かっているが、詳細は明らか
ではない。

【００４８】尚、図１に示した構成だけでなく、基板１
上に、金属酸化物薄膜６、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。

【００４９】次に、垂直型の表面伝導型電子放出素子に
ついて説明する。

【００５０】図２は、本発明の垂直型の表面伝導型電子
放出素子の一構成例を示す模式図であり、図１に示した
部位と同じ部位には図１に付した符号と同一の符号を付
している。２１は段さ形成部である。基板１、素子電極
２及び３、導電性膜４、電子放出部５、金属酸化物薄膜
６は、前述した平面型表面伝導型電子放出素子の場合と
同様の材料で構成することができる。段さ形成部２１
は、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等で形成されたＳ
ｉＯ₂ 等の絶縁性材料で構成することができる。段さ形
成部２１の膜厚は、先に述べた平面型表面伝導型電子放
出素子の素子電極間隔Ｌに対応し、数百ｎｍから数百μ
ｍの範囲とすることができる。この膜厚は、段さ形成部
の製法、及び、素子電極間に印加する電圧を考慮して設
定されるが、数十ｎｍから数十μｍの範囲が好ましい。

【００５１】導電性膜４は、段さ形成部２１，金属酸化
物薄膜６，素子電極２及び３の作製後に、該素子電極
２，３の上に積層される。電子放出部５は、図２におい
ては、段さ形成部２１に形成されているが、作成条件、
フォーミング条件等に依存し、形状、位置ともこれに限
られるものではない。

【００５２】図１に示した構成の本発明の表面伝導型電
子放出素子を例に、図３の製造工程図に基づいてその製
造方法の一例を以下に説明する。尚、図３においても図
１に示した部位と同じ部位には図１に付した符号と同一
の符号を付している。

【００５３】１）絶縁性基板１を洗剤、純水及び有機溶
剤等を用いて十分に洗浄した後、真空蒸着法、スパッタ
法等により金属酸化物薄膜６を基板１表面上全面、ある
いは後に導電性膜を形成する領域に形成する（図３
（ａ））。

【００５４】２）次に真空蒸着法、スパッタ法等により
素子電極材料を堆積後、例えばフォトリソグラフィー技
術を用いて基板１上に素子電極２，３を形成する（図３
（ｂ））。

【００５５】３）素子電極２，３を設けた基板１上に、
有機金属溶液を塗布して、有機金属膜を形成する。有機
金属溶液には、前述の導電性膜４の材料の金属を主元素
とする有機化合物の溶液を用いることができる。有機金
属膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッチング等によ
りパターニングし、導電性膜４を形成する（図３
（ｃ））。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。

【００５６】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、不図示の電源よ
り通電すると、導電性膜４には局所的に破壊，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（図３（ｄ））。

【００５７】通電フォーミングの電圧波形の例を図４に
示す。

【００５８】電圧波形は、特にパルス波形が好ましい。
これにはパルス波高値を定電圧としたパルスを連続的に
印加する図４（ａ）に示した手法と、パルス波高値を増
加させながらパルスを印加する図４（ｂ）に示した手法
がある。

【００５９】まず、パルス波高値を定電圧とした場合に
ついて図４（ａ）で説明する。図４（ａ）におけるＴ１
及びＴ２は電圧波形のパルス幅とパルス間隔である。三
角波の波高値（通電フォーミング時のピーク電圧）は、
表面伝導型電子放出素子の形態に応じて適宜選択され
る。このような条件のもと、例えば、数秒から数十分間
電圧を印加する。パルス波形は、三角波に限定されるも
のではなく、矩形波等の所望の波形を採用することがで
きる。

【００６０】次に、パルス波高値を増加させながら電圧
パルスを印加する場合について図４（ｂ）で説明する。
図４（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図４（ａ）に示し
たのと同様とすることができる。三角波の波高値（通電
フォーミング時のピーク電圧）は、例えば０．１Ｖステ
ップ程度づつ、増加させることができる。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】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、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。

【００６４】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。

【００６５】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。）、炭化水素（Ｃ
_m Ｈ_n で表される化合物、ないしこの他にＮ，Ｏ，Ｃｌ
などの他の元素を有する化合物を含む。）であり、その
膜厚は、５０ｎｍ以下の範囲とするのが好ましく、３０
ｎｍ以下の範囲とすることがより好ましい。

【００６６】本発明の電子放出素子では、炭化水素ガス
に対する付着係数の小さい金属酸化物薄膜６を、絶縁性
基体１の一部あるいは全部を被覆しているため、上記の
活性化処理において、炭素および炭素化合物が、導電性
膜が形成されていない領域の絶縁性基体１上に吸着する
ことが抑制される。このため、導電性膜４以外を流れる
無効電流の増加を抑えることが可能となる。

【００６７】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
容器内の圧力は極力低くすることが必要で、１〜３×１
０^-7Ｔｏｒｒ以下が好ましく、さらに１×１０^-8Ｔｏｒ
ｒ以下が特に好ましい。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。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℃で５時間以上が望ましいが、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。

【００６８】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。

【００６９】上述した工程を経て得られた本発明を適用
可能な電子放出素子の基本特性について、図５，図６を
参照しながら説明する。

【００７０】図５は、真空処理装置の一例を示す模式図
であり、この真空処理装置は測定評価装置としての機能
をも兼ね備えている。図５においても、図１に示した部
位と同じ部位には図１に付した符号と同一の符号を付し
ている。

【００７１】図５において、５５は真空容器であり、５
６は排気ポンプである。真空容器５５内には電子放出素
子が配されている。また、５１は電子放出素子に素子電
圧Ｖｆを印加するための電源、５０は素子電極２，３間
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２ｍｍ〜８ｍｍの範囲として測定
を行うことができる。

【００７２】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。

【００７３】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２５０℃まで加熱
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。ま
た、電子ビーム蒸着装置やスパッタ装置等の酸化物成膜
装置を取付けてもよい。

【００７４】図６は、図５に示した真空処理装置を用い
て測定された放出電流Ｉｅ及び素子電流Ｉｆと、素子電
圧Ｖｆとの関係を模式的に示した図である。図６におい
ては、放出電流Ｉｅが素子電流Ｉｆに比べて著しく小さ
いので、任意単位で示している。尚、縦・横軸ともリニ
アスケールである。

【００７５】図６からも明らかなように、本発明を適用
可能な表面伝導型電子放出素子は、放出電流Ｉｅに関し
て次の３つの特徴的性質を有する。

【００７６】即ち、第１に、本素子はある電圧（閾値電
圧と呼ぶ；図６中のＶｔｈ）以上の素子電圧を印加する
と急激に放出電流Ｉｅが増加し、一方閾値電圧Ｖｔｈ以
下では放出電流Ｉｅが殆ど検出されない。つまり、放出
電流Ｉｅに対する明確な閾値電圧Ｖｔｈを持った非線形
素子である。

【００７７】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。

【００７８】第３に、アノード電極５４（図５参照）に
捕捉される放出電荷は、素子電圧Ｖｆを印加する時間に
依存する。つまり、アノード電極５４に捕捉される電荷
量は、素子電圧Ｖｆを印加する時間により制御できる。

【００７９】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、放出電子量を容易に制御できることになる。

【００８０】図６においては、素子電流Ｉｆが素子電圧
Ｖｆに対して単調増加する（以下、「ＭＩ特性」とい
う。）例を示したが、素子電流Ｉｆが素子電圧Ｖｆに対
して電圧制御型負性抵抗特性（以下、「ＶＣＮＲ特性」
という。）を示す場合もある（不図示）。これらの特性
は、前述の工程を制御することで制御できる。

【００８１】また、本発明によれば、金属酸化物薄膜を
基板上に形成したことで、素子駆動過程における炭素及
び炭素化合物の基板上への堆積も抑制できるため、無効
な素子電流の増加を抑えることができ、電子放出特性、
とりわけ電子放出効率が長時間にわたり安定に保持され
る。

【００８２】以上のように本発明に係る電子放出素子
は、長時間にわたって安定な電子放出特性を有するた
め、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。

【００８３】本発明を適用可能な電子放出素子の応用例
について以下に述べる。本発明を適用可能な表面伝導型
電子放出素子を複数個基板上に配列し、例えば電子源あ
るいは、画像形成装置が構成できる。

【００８４】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。

【００８５】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。

【００８６】以下この原理に基づき、本発明を適用可能
な電子放出素子を複数配して得られる電子源基板につい
て、図７を用いて説明する。図７において、７１は電子
源基板、７２はＸ方向配線、７３はＹ方向配線である。
７４は表面伝導型電子放出素子、７５は結線である。

【００８７】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）。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】このような単純マトリクス配置の電子源を
用いて構成した画像形成装置について、図８と図９及び
図１０を用いて説明する。図８は、画像形成装置の表示
パネルの一例を示す模式図であり、図９は、図８の画像
形成装置に使用される蛍光膜の模式図である。図１０
は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行うため
の駆動回路の一例を示すブロック図である。

【００９４】図８において、７１は電子放出素子を複数
配した電子源基板、８１は電子源基板７１を固定したリ
アプレート、８６はガラス基板８３の内面に蛍光膜８４
とメタルバック８５等が形成されたフェースプレートで
ある。８２は支持枠であり、該支持枠８２には、リアプ
レート８１、フェースプレート８６がフリットガラス等
を用いて接続されている。８８は外囲器であり、例えば
大気中あるいは窒素中で、４００〜５００℃の温度範囲
で１０分間以上焼成することで、封着して構成される。

【００９５】７４は、図１に示したような電子放出素子
である。７２，７３は、表面伝導型電子放出素子の一対
の素子電極と接続されたＸ方向配線及びＹ方向配線あ
る。

【００９６】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。

【００９７】図９は、蛍光膜を示す模式図である。蛍光
膜８４は、モノクロームの場合は蛍光体のみで構成する
ことができる。カラーの蛍光膜の場合は、蛍光体の配列
により、ブラックストライプ（図９（ａ））あるいはブ
ラックマトリクス（図９（ｂ））等と呼ばれる黒色導電
材９１と蛍光体９２とから構成することができる。ブラ
ックストライプ、ブラックマトリクスを設ける目的は、
カラー表示の場合、必要となる三原色蛍光体の各蛍光体
９２間の塗り分け部を黒くすることで混色等を目立たな
くすることと、蛍光膜８４における外光反射によるコン
トラストの低下を抑制することにある。黒色導電材９１
の材料としては、通常用いられている黒鉛を主成分とす
る材料の他、導電性があり、光の透過及び反射が少ない
材料を用いることができる。

【００９８】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。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】図８に示した画像形成装置は、例えば以下
のようにして製造される。

【０１０２】外囲器８８内は、前述の安定化工程と同様
に、適宜加熱しながら、イオンポンプ、ソープションポ
ンプ等のオイルを使用しない排気装置により不図示の排
気管を通じて排気し、１０^-7Ｔｏｒｒ程度の真空度の有
機物質の十分に少ない雰囲気にした後、封止が成され
る。外囲器８８の封止後の真空度を維持するために、ゲ
ッター処理を行うこともできる。これは、外囲器８８の
封止を行う直前あるいは封止後に、抵抗加熱あるいは高
周波加熱等を用いた加熱により、外囲器８８内の所定の
位置に配置されたゲッター（不図示）を加熱し、蒸着膜
を形成する処理である。ゲッターは通常Ｂａ等が主成分
であり、該蒸着膜の吸着作用により、例えば１×１０^-7
Ｔｏｒｒ以上の真空度を維持するものである。ここで、
表面伝導型電子放出素子のフォーミング処理以降の工程
は適宜設定できる。

【０１０３】次に、単純マトリクス配置の電子源を用い
て構成した表示パネルに、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に
基づいたテレビジョン表示を行う為の駆動回路の構成例
について、図１０を用いて説明する。図１０において、
１０１は画像表示パネル、１０２は走査回路、１０３は
制御回路、１０４はシフトレジスタ、１０５はラインメ
モリ、１０６は同期信号分離回路、１０７は変調信号発
生器、Ｖｘ及びＶａは直流電圧源である。

【０１０４】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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【０１１１】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。

【０１１２】前述したように、本発明を適用可能な電子
放出素子は放出電流Ｉｅに関して以下の基本特性を有し
ている。即ち、電子放出には明確な閾値電圧Ｖｔｈがあ
り、Ｖｔｈ以上の電圧が印加された時のみ電子放出が生
じる。電子放出閾値以上の電圧に対しては、素子への印
加電圧の変化に応じて放出電流も変化する。このことか
ら、本素子にパルス状の電圧を印加する場合、例えば電
子放出閾値電圧以下の電圧を印加しても電子放出は生じ
ないが、電子放出閾値電圧以上の電圧を印加する場合に
は電子ビームが出力される。その際、パルスの波高値Ｖ
ｍを変化させることにより、出力電子ビームの強度を制
御することが可能である。また、パルスの幅Ｐｗを変化
させることにより、出力される電子ビームの電荷の総量
を制御することが可能である。

【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。

【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を適用可
能な画像形成装置においては、各電子放出素子に、容器
外端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを介して電
圧を印加することにより、電子放出が生じる。高圧端子
８７を介してメタルバック８５あるいは透明電極（不図
示）に高圧を印加し、電子ビームを加速する。加速され
た電子は、蛍光膜８４に衝突し、発光が生じて画像が形
成される。

【０１１８】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。

【０１１９】次に、前述の梯子型配置の電子源及び画像
形成装置について、図１１及び図１２を用いて説明す
る。

【０１２０】図１１は、梯子型配置の電子源の一例を示
す模式図である。図１１において、１１０は電子源基
板、１１１は電子放出素子である。１１２は、電子放出
素子１１１を接続するための共通配線Ｄ１〜Ｄ１０であ
り、これらは外部端子として引き出されている。電子放
出素子１１１は、基板１１０上に、Ｘ方向に並列に複数
個配置されている（これを素子行と呼ぶ）。この素子行
が複数個配置されて、電子源を構成している。各素子行
の共通配線間に駆動電圧を印加することで、各素子行を
独立に駆動させることができる。即ち、電子ビームを放
出させたい素子行には、電子放出閾値以上の電圧を印加
し、電子ビームを放出させたくない素子行には、電子放
出閾値以下の電圧を印加する。各素子行間に位置する共
通配線Ｄ２〜Ｄ９は、例えばＤ２とＤ３を一体の同一配
線とすることもできる。

【０１２１】図１２は、梯子型配置の電子源を備えた画
像形成装置におけるパネル構造の一例を示す模式図であ
る。１２０はグリッド電極、１２１は電子が通過するた
めの開口、Ｄ１乃至Ｄｍは容器外端子、Ｇ１乃至Ｇｎは
グリッド電極１２０と接続された容器外端子である。１
１０は各素子行間の共通配線を同一配線とした電子源基
板である。図１２においては、図８、図１１に示した部
位と同じ部位には、これらの図に付したのと同一の符号
を付している。ここに示した画像形成装置と、図８に示
した単純マトリクス配置の画像形成装置との大きな違い
は、電子源基板１１０とフェースプレート８６の間にグ
リッド電極１２０を備えているか否かである。

【０１２２】図１２においては、基板１１０とフェース
プレート８６の間には、グリッド電極１２０が設けられ
ている。グリッド電極１２０は、表面伝導型電子放出素
子１１１から放出された電子ビームを変調するためのも
のであり、梯子型配置の素子行と直交して設けられたス
トライプ状の電極に電子ビームを通過させるため、各素
子に対応して１個ずつ円形の開口１２１が設けられてい
る。グリッド電極の形状や配置位置は、図１２に示した
ものに限定されるものではない。例えば、開口としてメ
ッシュ状に多数の通過口を設けることもでき、グリッド
電極を表面伝導型電子放出素子の周囲や近傍に設けるこ
ともできる。

【０１２３】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。

【０１２４】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。

【０１２５】以上説明した本発明を適用可能な画像形成
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。

【０１２６】

【実施例】以下に、具体的な実施例を挙げて本発明を説
明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものでは
なく、本発明の目的が達成される範囲内での各要素の置
換や設計変更がなされたものをも包含する。

【０１２７】［実施例１］本実施例に係わる基本的な表
面伝導型電子放出素子の構成は、図１（ａ），（ｂ）の
平面図及び断面図と同様である。図１において、１は基
板、２と３は素子電極、４は導電性膜、５は電子放出
部、６は金属酸化物薄膜である。

【０１２８】本実施例に係わる表面伝導型電子放出素子
の製造法は、基本的には図３と同様であり、以下、図１
及び図３を用いて、本実施例に係わる素子の基本的な構
成及び製造法を順を追って説明する。

【０１２９】工程−ａ 清浄化した青板ガラス基板１上に、電子ビーム蒸着装置
に設置し、１０^-8Ｔｏｒｒの真空度に達した後、酸化マ
グネシウムを蒸着源として電子ビーム蒸着による成膜を
行った。ここで、成膜される薄膜の厚さが２ｎｍとなる
様、膜厚モニターでチェックした。一方、同一条件でシ
リコン基板上に成膜されたサンプルをＸ線光電子分光法
により調べたところ、酸化マグネシウムの薄膜が形成さ
れていることが確認された。以上の工程により、基板１
上全面に金属酸化物薄膜６を形成した（図３（ａ））。
なお、金属酸化物薄膜６の厚さを０．５、１、５、１
０、２０、３０ｎｍに種々変えたものの他に、比較用素
子として金属酸化物薄膜６を形成しないものも作製し
た。

【０１３０】工程−ｂ 次に、上記基板１上に素子電極２，３と所望の素子電極
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
は３μｍとし、素子電極の幅Ｗを３００μｍ、を有する
素子電極２，３を形成した（図３（ｂ））。

【０１３１】工程−ｃ 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、そのう
えに有機Ｐｄ（ｃｃｐ４２３０；奥野製薬（株）製）を
スピンナーにより回転塗布、３００℃で１２分間の加熱
焼成処理をした。また、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１０
ｎｍ、シート抵抗値は２×１０⁴Ω／□であった。なお
ここで述べる微粒子膜とは、前述したように、複数の微
粒子が集合した膜であり、その微細構造として、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（島状も含む）の膜
を指し、その粒径とは、前記状態で粒子形状が認識可能
な微粒子についての径をいう。

【０１３２】工程−ｄ 上記Ｃｒ膜およ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３
（ｃ））。

【０１３３】以上の工程により基板１上に、金属酸化物
薄膜６、素子電極２，３、導電性膜４を形成した。

【０１３４】工程−ｅ 次に、上記基板１を図５の真空処理装置の真空容器５５
内に設置し、排気ポンプ５６にて排気し、２×１０^-5Ｔ
ｏｒｒの真空度に達した後、素子に素子電圧Ｖｆを印加
するための不図示の電源より、素子の素子電極２，３間
に電圧を印加し、通電フォーミングを行って電子放出部
５を形成した（図３（ｄ））。通電フォーミング処理の
電圧波形は図４（ｂ）に示したものである。

【０１３５】本実施例では、図４（ｂ）中のＴ１を１ｍ
ｓ、Ｔ２を１０ｍｓとし、三角波ではなく矩形波を用
い、矩形波の波高値（フォーミング時のピーク電圧）は
０．１Ｖステップで昇圧し、フォーミング処理を行っ
た。また、フォーミング処理中は、同時に、０．１Ｖの
電圧でＴ２間に抵抗測定パルスを挿入し、抵抗を測定し
た。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であり、金属酸化物薄膜６を形成し
ない比較用素子のフォーミング電力の１．５倍程度であ
った。

【０１３６】工程−ｆ 続いて、ｎ−ヘキサンをアンプルに封じたものをスロー
リークバルブ（不図示）を通して真空容器５５内に導入
し、１．０×１０^-5Ｔｏｒｒを維持した。次にフォーミ
ング処理した素子の素子電極２，３間に、図４（ａ）に
示したパルス波形で波高値を１４Ｖで印加し、活性化処
理をした。この時、素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅを測
定しながら、印加した。約６０分間の活性化を行った
後、通電を停止し、不図示のスローリークバルブを閉
め、活性化処理を終了した。

【０１３７】この後、素子を真空中に保持したまま、１
５０℃で５時間のアニーリングをして安定化工程を施し
た。このとき、ＰｄＯの導電性膜４は熱的に還元された
が、酸化マグネシウムの金属酸化物薄膜６は還元されな
かった。

【０１３８】工程−ｇ 以上の様にして作製した電子放出素子の電子放出特性
を、引き続き上記の真空処理装置を用いて評価した。

【０１３９】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１ＫＶ、
電子放出特性測定時の真空容器５５内の真空度を１×１
０^-8Ｔｏｒｒとし、素子電極２及び３の間に素子電圧を
１４Ｖ印加した。本実施例の金属酸化物薄膜６の厚みを
変えて形成した７種類の素子はいずれも、金属酸化物薄
膜６を形成しない比較用素子に比べ、安定な電子放出特
性を示し、図１３に示す様に比較用素子の素子電流Ｉｆ
が増加し、放出効率が低下する程度の駆動時間において
も、素子電流Ｉｆが増加することがなく、放出効率の低
下はみられなかった。

【０１４０】さらに、導電性膜４の材料として上記Ｐｄ
Ｏの他、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕのスパッタ膜を用い、
また金属酸化物薄膜６として上記ＭｇＯの他、Ａｌ₂ Ｏ
₃ 、ＺｒＯ₂ の高融点酸化物を電子ビーム蒸着ないしＣ
ＶＤ法で形成した薄膜を用いた種々の組み合わせによっ
ても、同様の効果が得られた。

【０１４１】以上のように本実施例の電子放出素子で
は、長時間にわたり高効率かつ安定な電子放出特性が得
られた。

【０１４２】［実施例２］本実施例では、実施例１同様
に青板ガラス基板１上に、電子ビーム蒸着によりイット
リウム酸化物薄膜（Ｙ₂ Ｏ₃ ）６を形成し、さらに電子
放出部５を形成する導電性膜４部分を含む領域にのみＹ
₂ Ｏ₃ 薄膜６を残すようにエッチングを行い部分的にＹ
₂ Ｏ₃ 薄膜６を形成した。Ｙ₂ Ｏ₃ 薄膜６の膜厚はほぼ
５０ｎｍである。

【０１４３】以下、実施例１の工程ｂから工程ｆと同様
の手法により表面伝導型電子放出素子を作製した。ただ
し、本実施例における活性化の工程は、脱水処理を行っ
たアセトンガスを用いた。導入したアセトンの分圧はほ
ぼ１ｍＴｏｒｒ、活性化時間はほぼ３０分とした。

【０１４４】こうして得られた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。

【０１４５】本実施例の素子は、実施例１の素子に比べ
電子放出量が非常に多く、１０Ｖの駆動電圧でも安定に
放出電流Ｉｅの評価ができた。また、実施例１同様に、
長時間駆動においても放出電流Ｉｅはほとんど変化せ
ず、また無効な素子電流Ｉｆの増加も見られず、良好な
電子放出効率を維持できることが確認できた。

【０１４６】さらに、導電性膜４の材料としてＰｄＯの
他、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕのスパッタ膜を用い、また
金属酸化物薄膜６として上記Ｙ₂ Ｏ₃ の他、Ａｌ₂ Ｏ
₃ 、ＭｇＯ、ＺｒＯ₂ の高融点酸化物を電子ビーム蒸着
ないしＣＶＤ法で形成した薄膜を用いた種々の組み合わ
せを検討したところ、電子放出効率に関して同様の効果
が得られた。また、金属酸化物薄膜６として、比較的仕
事関数の低い材料であるＺｒＯ₂ 、ＭｇＯを用いたもの
は、金属酸化物薄膜６を形成しない比較用素子に比べ、
大きい放出電流が得られた。

【０１４７】以上のように本実施例の電子放出素子にお
いても、長時間にわたり高効率かつ安定な電子放出特性
が得られた。

【０１４８】［実施例３］本実施例は、多数の表面伝導
型電子放出素子を単純マトリクス配置した電子源を用い
て、画像形成装置を作製した例である。

【０１４９】複数の導電性膜がマトリクス配線された基
板の一部の平面図を図１４に示す。また、図中のＡ−
Ａ’断面図を図１５に示す。但し、図１４、図１５で同
じ符号で示したものは、同じ部材を示す。ここで１は基
板、７２は図７のＤｘｍに対応するＸ方向配線（下配線
とも呼ぶ）、７３は図７のＤｙｎに対応するＹ方向配線
（上配線とも呼ぶ）、４は導電性膜、２と３は素子電
極、１６１は層間絶縁層、１６２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。

【０１５０】先ず、本実施例の電子源基板の製造方法
を、図１６及び図１７を用いて工程順に従って具体的に
説明する。尚、以下に説明する工程−ａ〜ｈは、それぞ
れ図１６の（ａ）〜（ｄ）及び図１７の（ｅ）〜（ｈ）
に対応する。

【０１５１】工程−ａ 清浄化した青板ガラス上に厚さ０．５μｍのシリコン酸
化膜をスパッタ法で形成した基板１上に、真空蒸着によ
り厚さ５ｎｍのＣｒ、厚さ６００ｎｍのＡｕを順次積層
した後、ホトレジスト（ＡＺ１３７０；ヘキスト社製）
をスピンナーにより回転塗布、ベークした後、ホトマス
ク像を露光、現像して、下配線７２のレジストパターン
を形成し、Ａｕ／Ｃｒ堆積膜をウエットエッチングし
て、所望の形状の下配線７２を形成した。

【０１５２】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１６１をＲＦスパッタ法により堆積し、さらに酸化マ
グネシウムを蒸着源として電子ビーム蒸着により金属酸
化物薄膜６を成膜した。この金属酸化物薄膜６の膜厚
は、２ｎｍとした。

【０１５３】工程−ｃ 工程ｂで堆積したシリコン酸化膜にコンタクトホール１
６２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１６１をエッチングしてコ
ンタクトホール１６２を形成した。エッチングはＣＦ₄
とＨ₂ ガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ
Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によった。

【０１５４】工程−ｄ その後、素子電極パターンをホトレジスト（ＲＤ−２０
００Ｎ−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、Ｎ
ｉ／Ｔｉ堆積膜をリフトオフし、素子電極間隔Ｌ＝３μ
ｍ、素子電極の幅Ｗ＝３００μｍの素子電極２，３を形
成した。

【０１５５】工程−ｅ 素子電極２，３の上に上配線７３のホトレジストパター
ンを形成した後、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ５００ｎｍの
Ａｕを順次真空蒸着により堆積し、リフトオフにより不
要の部分を除去して所望の形状の上配線７３を形成し
た。

【０１５６】工程−ｆ 次に、導電性膜４を形成するために、素子電極間ギャッ
プ及びこの近傍に開口を有するマスクにより、膜厚１０
０ｎｍのＣｒ膜１６３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し、３００℃で
１０分間の加熱焼成処理をした。こうして形成された、
Ｐｄを主元素として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。なお、ここで述べる微粒子膜とは、先述したよう
に、複数の微粒子が集合した膜であり、その微細構造と
して、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（島状
も含む）の膜を指す。

【０１５７】工程−ｇ Ｃｒ膜１６３およ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、所望のパターンを有する導
電性膜４を形成した。

【０１５８】工程−ｈ コンタクトホール１６２部分以外にレジストを塗布する
ようなパターンを形成し、真空蒸着により厚さ５ｎｍの
Ｔｉ、厚さ５００ｎｍ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１６２を埋め込んだ。

【０１５９】以上の工程により、絶縁性基板１上に下配
線７２、層間絶縁層１６１、金属酸化物薄膜６、素子電
極２，３、上配線７３、導電性膜４を形成した。

【０１６０】次に、以上のようにして作製した複数の導
電性膜４がマトリクス配線された基板１（図１４）を用
いて画像形成装置を作製した。作製手順を図８と図９を
用いて説明する。

【０１６１】先ず、上記複数の導電性膜４がマトリクス
配線された基板１（図１４）をリアプレート８１上に固
定した後、基板１の５ｍｍ上方に、フェースプレート８
６（ガラス基板８３の内面に蛍光膜８４とメタルバック
８５が形成されて構成される）を支持枠８２を介して配
置し、フェースプレート８６、支持枠８２、リアプレー
ト８１の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中で４
３０℃で１０分以上焼成することで封着した（図８）。
なお、リアプレート８１への基板１の固定もフリットガ
ラスで行った。

【０１６２】蛍光膜８４は、カラーを実現するために、
ストライプ形状（図１１（ａ）参照）の蛍光体とし、先
にブラックストライプを形成し、その間隙部にスラリー
法により各色蛍光体９２を塗布して蛍光膜８４を作製し
た。ブラックストライプの材料としては、通常よく用い
られている黒鉛を主成分とする材料を用いた。

【０１６３】また、蛍光膜８４の内面側にはメタルバッ
ク８５を設けた。メタルバック８５は、蛍光膜８４の作
製後、蛍光膜８４の内面側表面の平滑化処理（通常、フ
ィルミングと呼ばれる）を行い、その後、Ａｌを真空蒸
着することで作製した。

【０１６４】フェースプレート８６には、更に蛍光膜８
４の導電性を高めるため、蛍光膜８４の外面側に透明電
極を設ける場合もあるが、本実施例ではメタルバック８
５のみで十分な導電性が得られたので省略した。

【０１６５】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体９２と電子放出素子７４とを対応させなくてはい
けないため、十分な位置合わせを行った。

【０１６６】以上のようにして完成した外囲器８８内の
雰囲気を排気管（不図示）を通じ真空ポンプにて排気
し、十分な真空度に達した後、容器外端子Ｄｘ１乃至Ｄ
ｘｍとＤｙ１乃至Ｄｙｎを通じ素子電極２，３間に電圧
を印加し、導電性膜４をフォーミング処理することによ
り、電子放出部５を形成した。フォーミング処理の電圧
波形は、図４（ｂ）に示した電圧波形（但し、三角波で
はなく矩形波）を用いた。本実施例ではＴ１を１ｍｓ、
Ｔ２を１０ｍｓとし、約１×１０^-5Ｔｏｒｒの真空雰囲
気下で行った。

【０１６７】このようにして形成された電子放出部５
は、パラジウム元素を主成分とする微粒子が分散配置さ
れた状態となり、その微粒子の平均粒径は３ｎｍであっ
た。

【０１６８】次に、パネル（外囲器８８）の排気管より
ｎ−ヘキサンをスローリークバルブを通してパネル内に
導入し、１×１０^-5Ｔｏｒｒを維持した。フォーミング
と同一の矩形波で、波高１４Ｖで、素子電流Ｉｆ及び放
出電流Ｉｅを測定しながら、活性化処理を行った。

【０１６９】この後、不図示の排気管を通じ、外囲器８
８内を１０^-6Ｔｏｒｒ程度の真空度まで排気し、該排気
管をガスバーナーで熱することで溶着し、外囲器８８の
封止を行った。最後に、封止後の真空度を維持するため
に、高周波加熱法でゲッター処理を行った。

【０１７０】以上のようにして完成した本発明の画像形
成装置において、容器外端子Ｄｘ１乃至ＤｘｍとＤｙ１
乃至Ｄｙｎを通じ、走査信号及び変調信号を不図示の信
号発生手段より夫々印加することにより電子放出させ、
高圧端子８７を通じてメタルバック８４に数ｋＶ以上の
高圧を印加して、電子ビームを加速し、蛍光膜８４に衝
突させ、励起・発光させることで画像を表示した。

【０１７１】本実施例における画像表示装置は、良好な
画像を長時間にわたって安定に表示することができた。

【０１７２】［実施例４］本実施例では、実施例３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。具体的には、図
８に示した画像形成装置を図１０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。

【０１７３】本表示装置においては、とりわけ表面伝導
型電子放出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネ
ルの薄形化が容易なため、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、表面伝導型電子放出素
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。

【０１７４】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。

【０１７５】

【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、良好な電子放出特性を長時間にわたり保持
し得る電子放出素子を提供できる。

【０１７６】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、各
電子放出素子が良好な電子放出特性を長時間にわたり保
持し得、さらに、かかる電子源を用いた画像形成装置に
おいては、電子放出特性の安定性と寿命の向上がなさ
れ、高品位な画像を長期にわたり表示することが可能と
なった。

【０１７７】以上のように、本発明によれば、カラー画
像にも対応可能で、高輝度且つ高コントラストで表示品
位の高い大面積カラーフラットディスプレーが実現され
る。

【図面の簡単な説明】

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

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

【図３】図１の表面伝導型電子放出素子の製造方法の一
例を説明するための図である。

【図４】フォーミング処理に用いる電圧波形の一例であ
る。

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

【図６】本発明に好適な表面伝導型電子放出素子の放出
電流Ｉｅおよび素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関係の典
型的な例を示す図である。

【図７】単純マトリクス配置の本発明の電子源の概略構
成図である。

【図８】単純マトリクス配置の電子源を用いた本発明の
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９】図８の表示パネルにおける蛍光膜を示す図であ
る。

【図１０】図８の表示パネルを駆動する駆動回路の一例
を示す図である。

【図１１】梯子型配置の本発明の電子源の概略平面図で
ある。

【図１２】梯子型配置の電子源を用いた本発明の画像形
成装置に用いる表示パネルの概略構成図である。

【図１３】実施例１に係る電子放出素子の、駆動時間に
よる素子電流Ｉｆと放出電流Ｉｅの変化の典型的な例を
示す図である。

【図１４】実施例４に係る単純マトリクス配置の電子源
の部分平面図である。

【図１５】図１４の電子源の部分断面図である。

【図１６】図１４の電子源の製造方法を説明するための
図である。

【図１７】図１４の電子源の製造方法を説明するための
図である。

【図１８】従来例の表面伝導型電子放出素子の平面図で
ある。

【符号の説明】

１ 基板 ２，３ 素子電極 ４ 導電性膜 ５ 電子放出部 ６ 金属酸化物薄膜 ２１ 段さ形成部 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 ７２ Ｘ方向配線 ７３ Ｙ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 層間絶縁層 １６２ コンタクトホール １６３ Ｃｒ膜

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性基体上に形成された対向する一対
   の電極間に、電子放出部を有する導電性膜を備える電子
   放出素子において、該絶縁性基体の一部あるいは全部
   が、金属酸化物からなる薄膜によって被覆されているこ
   とを特徴とする電子放出素子。
2. 【請求項２】 前記金属酸化物からなる薄膜が、少なく
   とも前記導電性膜の周囲の領域を被覆していることを特
   徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
3. 【請求項３】 前記金属酸化物の融点が、前記導電性膜
   の融点より高いことを特徴とする請求項１又は２に記載
   の電子放出素子。
4. 【請求項４】 前記金属酸化物の蒸気圧が、少なくとも
   大気圧から１０^-11Ｔｏｒｒとなる温度範囲において、
   ほぼ同一温度での該金属酸化物の蒸気圧が前記導電性膜
   の構成材料の蒸気圧より低いことを特徴とする請求項３
   に記載の電子放出素子。
5. 【請求項５】 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１〜４のいずれか
   に記載の電子放出素子。
6. 【請求項６】 絶縁性基体上に複数の電子放出素子を備
   え、入力信号に応じて電子を放出する電子源において、 前記複数の電子放出素子が請求項１〜５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。
7. 【請求項７】 前記電子放出素子の複数が梯子状に配置
   されており、個々の電子放出素子の両電極が並列に二本
   の行配線に接続されており、更に変調手段を有すること
   を特徴とする請求項６に記載の電子源。
8. 【請求項８】 前記複数の電子放出素子がマトリクス状
   に配置されており、個々の電子放出素子の一方の電極を
   行配線に接続し、個々の電子放出素子の他方の電極を前
   記行配線と直交する列配線に接続したことを特徴とする
   請求項６に記載の電子源。
9. 【請求項９】 真空容器内に、少なくとも電子源と画像
   形成部材を備え、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、 前記電子源が請求項６〜８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。