JP2000243258A

JP2000243258A - 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: JP2000243258A
Application number: JP4409699A
Authority: JP
Inventors: Toyoko Kobayashi; 登代子小林
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-02-23
Filing date: 1999-02-23
Publication date: 2000-09-08

Abstract

(57)【要約】【課題】長時間駆動時における導電性薄膜の亀裂幅の
広がりや変形を抑え素子の耐久性を向上させ、安定した
表示品位の画像形成装置を提供すること。【解決手段】絶緑性基板１上の対向する電極間２，３
に、導電性薄膜形成用材料を付与して導電性薄膜を形成
し、該導電性薄膜に電子放出部を形成する電子放出素子
の製造方法において、導電性薄膜が少なくとも上下２層
４ａ，４ｂからなり、第１層の薄膜４ａは上記電極間の
略中間に亀裂を有し、第２層の薄膜４ｂは、その酸化物
の標準生成自由エネルギーが第１層の薄膜４ａを構成す
る元素より小さいものからなり、第１層の薄膜４ａ及び
亀裂上に形成され、且つ第１層の亀裂の内側に第２層の
薄膜の亀裂が形成され、電子放出部５を形成しているこ
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、電子源およびその
応用である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
および、その応用である表示装置等の画像形成装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子放出素子としては大別し
て熱電子放出素子と冷陰極電子放出素子を用いた２種類
のものが知られている。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、「ＭＩＭ型」と称す。）や表面伝導型電子
放出素子等がある。

【０００３】ＦＥ型の例としては、Ｗ．Ｐ．Ｄｙｋｅ
ａｎｄＷ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“ＦｉｅｌｄＥｍｉｓ
ｓｉｏｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎ
Ｐｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）あるいはＣ．
Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“ＰｈｙｓｉｃａｌＰｒｏｐｅｒ
ｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍ
ｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈｍｏｌｙ
ｂｄｅｎｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，４７，５２４８（１９７６）等に開示されたもの
が知られている。

【０００４】ＭＩＭ型の例としては、Ｃ．Ａ．Ｍｅａ
ｄ，“ＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＴｕｎｎｅｌ−Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．，３２，６４６（１９６１）等に開示されたもの
が知られている。

【０００５】表面伝導型電子放出素子の例としては、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，ＲａｄｉｏＥｎｇ．Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１０，１２９０（１９６５）等
に開示されたものがある。

【０００６】表面伝導型電子放出素子は、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：“ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉ
ｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／Ｓ
ｎＯ₂ 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌａｎｄ
Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．
ＥＤＣｏｎｆ．”，５１９（１９７５）］、カーボン
薄膜によるもの［荒木久他：真空、第２６巻、第１
号、２２頁（１９８３）］等が報告されている。

【０００７】これらの表面伝導型電子放出素子の典型的
な例として、前述のＭ．ハートウェルの素子構成を図１
８に模式的に示す。同図において１は基板である。４は
導電性薄膜で、Ｈ型形状のパターンに形成された金属酸
化物薄膜等からなり、後述の通電フォーミングと呼ばれ
る通電処理により電子放出部５が形成される。

【０００８】尚、図中の素子電極間隔Ｌは、０．５〜１
ｍｍ、Ｗ’は、０．１ｍｍで設定されている。また、電
子放出部５の位置及び形状については、模式図中の５と
して表わした。

【０００９】従来、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薄膜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。すなわち、通電フォーミ
ングとは、前記導電性薄膜４の両端に直流電圧あるいは
非常にゆっくりとした昇電圧、例えば１Ｖ／分程度を印
加通電し、導電性薄膜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。

【００１０】このように通電フォーミングにより導電性
薄膜を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、構造の
変化した部位を電子放出部５と呼び、この電子放出部５
では導電性薄膜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。またフォーミングによ
り電子放出部５が形成された導電性薄膜４を電子放出部
５を含む導電性薄膜４と呼ぶ。前記通電フォーミング処
理を施した表面伝導型電子放出素子は、上述の電子放出
部５を含む導電性薄膜４に電圧を印加し、該素子に電流
を流すことにより、電子放出部５より電子を放出せしめ
るものである。

【００１１】表面伝導型電子放出素子としては、上述の
Ｍ．ハートウェルの素子の他、本出願人は、絶縁性の基
体上に、導電体により形成された対向する一対の素子電
極を形成、これらの電極とは別に両電極をつないで導電
性薄膜を形成し、通電フォーミングにより電子放出部を
形成した構成の素子を報告している。通電フォーミング
の方法としては、上述のようなゆっくりとした昇電圧を
印加し、このパルスの波高値を漸増させる方法が適用で
きることも報告している。また、導電性薄膜の形成方法
としては、有機金属化合物の溶液を塗布し、熱処理によ
り金属または金属酸化物の微粒子膜とする方法が採用し
うることも報告している。これらの構成および方法につ
いては、例えば、特開平７−２３５２５５号公報にその
一例が記載されている。

【００１２】また、ここに開示されているように、フォ
ーミングを終えた素子に対して活性化処理と呼ばれる処
理を施す場合がある。活性化工程は、有機物質のガスを
含有する雰囲気下で、フォーミング処理同様、素子にパ
ルス電圧の印加を繰り返すことで行なうもので、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。

【００１３】このようにして製作する電子放出素子につ
いては、電子放出素子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、高い効率で安定し
た電子放出特性を長時間保持し続けられる技術が切望さ
れている。ここで、効率とは、表面伝導型電子放出素子
の一対の対抗する素子電極に電圧を印加した時、流れる
電流（以下、素子電流Ｉ_f と呼ぶ）に対する真空中に放
出される電流（以下、放出電流Ｉ_e と呼ぶ）との電流比
をさす。つまり、素子電流はできるだけ小さく、放出電
流はできるだけ大きいことが望ましい。

【００１４】高効率な電子放出特性を長時間にわたり安
定的に制御することができれば、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。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】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。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。

【００１６】表面伝導型電子放出素子においては、上述
のフォーミングにより形成された亀裂より電子を放出さ
せるため、該亀裂の幅等により電子放出特性が左右され
る。そのため、理想的には均一な狭い幅の亀裂が形成さ
れることが望ましく、亀裂がある程度以上大きくなると
電子放出を行なえなくなる。従来の表面伝導型電子放出
素子は長時間駆動すると、強電界もしくはジュール熱に
よる電子放出部の自己発熱により、導電性膜の微粒子同
士が凝集することによって、電子放出部近傍の導電性膜
に形成される亀裂の幅が広がるという現象が生じること
があった。そのため、素子の寿命が低下し、該素子を複
数用いてなる電子源を利用した画像形成装置においては
表示品位の低下を引き起こす結果となった。

【００１７】そこで本発明は、上記のような長時間駆動
時における導電性薄膜の亀裂幅の広がりや変形を抑え素
子の耐久性を向上させ、安定した表示品位の画像形成装
置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するために鋭意検討を行って成されたものであ
り、下述する構成のものである。

【００１９】すなわち、本発明の第１は、絶緑性基板上
の対向する電極間に、導電性薄膜形成用材料を付与して
導電性薄膜を形成し、該導電性薄膜に電子放出部を形成
する電子放出素子の製造方法において、導電性薄膜が少
なくとも上下２層からなり、第１層の薄膜は上記電極間
の略中間に亀裂を有し、第２層の薄膜は、その酸化物の
標準生成自由エネルギーが第１層の薄膜を構成する元素
より小さいものからなり、第１層の薄膜及び亀裂上に形
成され、且つ第１層の亀裂の内側に第２層の薄膜の亀裂
が形成され、電子放出部を形成していることを特徴とす
る電子放出素子の製造方法にある。

【００２０】上記本発明の第１は、さらなる特徴とし
て、上記第２層は、その層の中に第1 層の薄膜元素との
複合酸化物を含むこと、そして、第1 層の薄膜材料とし
て、ＰｄＯ、Ｐｄあるいはこれらの混合体を用いるこ
と、また、第２層の薄膜材料として、Ｍｇ、Ｃａ、Ｃr
、Ｓr 、Ｂａ、Ｐｂ、Ｌa 、Ｃｅ等の元素化合物を用
いること、また、前記元素化合物が、１重量％以上の上
記元素を含有する有機金属化合物であること、さらに前
記有機金属化合物が、蓚酸塩、ステアリン酸塩、ナフテ
ン酸塩、オクチル酸塩、オレイン酸塩、乳酸塩、アセチ
ルアセトン化合物であることをそれぞれ包含する。

【００２１】本発明の第２は、上記本発明の第１の方法
により製造されたことを特徴とする電子放出素子にあ
る。

【００２２】本発明の第３は、電子放出素子と、該素子
への電圧印加手段とを具備した電子源の製造方法であっ
て、前記複数の電子放出素子を、上記本発明の第１の方
法によって製造することを特徴とする電子源の製造方法
にある。

【００２３】本発明の第４は、上記本発明の第３により
製造されたことを特徴とする電子源にある。

【００２４】本発明の第５は、電子放出素子および該素
子への電圧印加手段とを具備した電子源と、前記素子か
ら放出される電子を受けて発光する蛍光膜とを具備する
表示パネルの製造方法であって、上記本発明の各方法に
より製造されたことを特徴とする表示パネルの製造方法
である。

【００２５】本発明の第６は、上記本発明の第５により
製造されたことを特徴とする表示パネルにある。

【００２６】本発明の第７は、電子放出素子および該素
子への電圧印加手段とを具備した電子源と、前記素子か
ら放出される電子を受けて発光する蛍光膜と、外部信号
を用いて前記素子へ印加する電圧を制御する駆動回路と
を具備する画像形成装置の製造方法であって、前記素子
を上記本発明の各方法によって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。

【００２７】本発明の第８は、上記本発明の第７により
製造されたことを特徴とする画像形成装置にある。

【００２８】［作用］本発明の表面伝導型電子放出素子
は、導電性薄膜材料上に安定な酸化物膜を形成すること
により、急激な体積変化による薄膜の広がりを抑制する
ことを特徴とするものである。すなわち、上記方法によ
り、導電性薄膜は複合酸化物を含む膜で覆われるため、
熱的ダメージ等による薄膜微粒子同士の凝集を防ぐこと
ができる。そのため、前記フォーミングにより形成され
る亀裂部の、長時間駆動による広がりや変形を防ぐこと
ができる。しかし、この方法では急激な体積変化を抑制
するため、前記フォーミングにより電子放出部を形成す
る際、電子放出部が形成されにくいことが考えられる。

【００２９】そのため本発明では、あらかじめ第１層に
亀裂を形成しておき、その上に安定な酸化物の第２層を
設けて、２回目のフォーミングを容易に行なえるような
構成としている。詳しくは、まず絶縁性基板上に形成さ
れた、対向する一対の素子電極間に、少なくとも上下２
層からなる導電性薄膜を形成し、第１層の薄膜は該電極
間の略中間に亀裂を有し、第２層の薄膜は、その酸化物
の標準生成自由エネルギーが第１層の薄膜を構成する元
素より小さいものからなり、第１層の膜厚より薄くし、
第１層の薄膜上及び第１層の亀裂内に形成され、且つ第
１層の亀裂の内側に第２層の薄膜の亀裂が形成され、電
子放出部を形成している。また、この第２層の薄膜は、
高温焼成によりその層の一部に第１層の薄膜との複合酸
化物を形成している。

【００３０】従って、第２層に複合酸化物を含む安定な
酸化物層を設けているため、形成される第２層の亀裂
は、第１層の亀裂幅よりも狭く、第１層の亀裂の内部に
形成される。このように、第１層の導電性薄膜は、第２
層の複合酸化物を含む膜で覆われるため、長時間駆動に
よる熱的ダメージ等による薄膜微粒子同士の凝集を低減
させ、最初に形成された亀裂が広がりや変形を防ぐこと
ができ、素子の耐久性をを向上させ、安定した電子放出
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、該素子を複数用いてなる電子源を利用し
た画像形成装置においては、表示品位の低下を防止する
ことができる。

【００３１】更に、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出来る。

【００３２】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態について図面を
参照しながら説明する。

【００３３】図１（ａ）、（ｂ）は、本発明が適用され
る表面伝導型電子放出素子の平面図およびその断面図で
ある。図１（ａ）、（ｂ）において、１は絶縁性基板、
２と３は素子電極、４は導電性薄膜で、第１層が４ａ、
第２層が４ｂである。また、５は電子放出部である。

【００３４】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 を積層したガラス基板
及びアルミナ等のセラミックス及びＳｉ基板等を用いる
ことができる。

【００３５】基板１上に対向する素子電極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，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃ
ｕ，Ｐｄ等の金属、或は合金及びＰｄ，Ａｇ，Ａｕ，Ｒ
ｕＯ₂ ，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、並びにポリシリコン等の半導体導体材料等か
ら適宜選択することができる。

【００３６】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、素子電
極２、３の形状等は、応用される形態等に応じて適宜設
計される。素子電極間隔Ｌは、好ましくは、数十ｎｍか
ら数百μｍの範囲とすることができ、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。

【００３７】本発明において、導電性薄膜４は、第１層
４ａと第２層４ｂとの少なくとも２層からなる。

【００３８】第１層４ａ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によって適宜設定され、好ま
しくは０．１ｎｍの数倍から数百ｎｍで、特に好ましく
は１ｎｍから５０ｎｍであり、そのＲｓ（シート抵抗）
が１０² から１０⁷ Ω／□の抵抗値（Ｒｓ）を示す膜厚
で形成したものが好ましく用いられる。第２層４ｂの膜
厚は、後述するフォーミング条件等によって適宜選択さ
れるが、１ｎｍから５０ｎｍの範囲で第１層よりも薄い
ことが好ましい。また、抵抗値は第１層と同様の値が好
ましい。

【００３９】なおＲｓは、幅がｗで長さがｌの薄膜の抵
抗Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ（ｌ／ｗ）とおいたときに現れる値
で、薄膜材料の抵抗率をρとするとＲｓ＝ρ／ｔで表わ
される。上記抵抗値を示す膜厚は、およそ５ｎｍから５
０ｎｍの範囲にある。

【００４０】第１層４ａの導電性薄膜を構成する材料と
しては、ＰｄＯ、Ｐｄ、あるいはこれらの混合体が好ま
しく用いられる。第２層４ｂの導電性薄膜を構成する材
料としては、ＰｄＯよりも標準生成自由エネルギーの小
さい酸化物であり、その中の一部は高温焼成によりＰｄ
との複合酸化物を形成するものが用いられる。Ｐｄとの
複合酸化物としては、ＢａＰｄＯ₂ やＢａ₂ ＰｄＯ₃ 、
Ｓｒ₂ ＰｄＯ₃ やＳｒＰｄ₃ Ｏ₄ 等が挙げられる。

【００４１】これら、複合酸化物を形成する元素として
は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂ、Ｌａ、Ｃｅ
等が挙げられるが、酸化物の仕事関数が低いＢａあるい
はＳｒ等が好ましい。これら元素を含む化合物は、使用
する溶媒に可溶な有機金属化合物であればどのようなも
のでも良く、これらの元素を１重量％以上含有する、蓚
酸塩、ステアリン酸塩、ナフテン酸塩、オクチル酸塩、
オレイン酸塩、乳酸塩、アセチルアセトン化合物等が挙
げられる。

【００４２】通常、上記第１層を形成した上にすぐに第
２層を形成して、後述する通電フォーミングを行なって
電子放出部を形成する際には、大きな電力が必要とな
る。そのため、本発明では、あらかじめ第１層をフォー
ミングして亀裂を形成しておき、その上に第２層を設け
て、２回目のフォーミングを容易に行なえるような構成
とした。

【００４３】このようにして形成された電子放出部５
は、導電性薄膜４の一部に形成された高抵抗の亀裂によ
り構成され、導電性薄膜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、０．１ｎｍの数倍から数
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、導電性薄膜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、前記導電性微粒子は、導電性薄膜４を構成す
る材料の元素の一部あるいは全てと同様のものである。

【００４４】また、電子放出部５の一部には、さらには
電子放出部５の近傍の導電性薄膜４には、後述する活性
化工程を経ることにより、炭素及び炭素化合物を有す
る。この炭素及び炭素化合物の役割については、導電性
薄膜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わかってい
る。

【００４５】以下、図１及び２を参照しながら製造方法
の一例について説明する。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。

【００４６】工程１）基板１を洗剤、純水および有機溶
剤等を用いて十分に洗浄後、純水及び有機溶剤により十
分に洗浄する（図２（ａ））。

【００４７】工程２）次に、真空蒸着法、スパツタ法等
により素子電極材料を堆積させた後、フォトリソグラフ
ィー技術により基板１の面に素子電極２、３を形成する
（図２（ｂ））。

【００４８】工程３）素子電極２、３を設けた基板１上
に、第１層の有機金属化合物溶液の液滴を付与し放置す
ることにより、素子電極２と３の間を連絡して有機金属
薄膜を形成する。この時、ドット（液滴）の中心は、電
極２と３の中央に位置させることが好ましい。また、ド
ットが電極と重なる部分の長さＷ’は、素子電極の長さ
Ｗ以下とすることが好ましい。

【００４９】尚、有機金属化合物溶液とは、前述の導電
性薄膜４の構成材料の金属を主元素とする有機化合物の
溶液である。液滴付与手段としては、任意の液滴を形成
できる装置であればどのような装置でも良いが、特に十
数ｎｇから数十ｎｇ程度の範囲で制御可能で、且つ数十
ｎｇ程度以上の微小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。

【００５０】工程４）以上の方法で、導電性薄膜を構成
する材料を含む溶液の液滴を付与した後、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され
た導電性薄膜の第１層４ａを形成する（図２（ｃ））。
なおここでは、有機金属溶液の塗布方法により説明した
が、これに限るものではなく、真空蒸着法、スパッタ
法、ＣＶＤ法、分散塗布法、ディッピング法、スピンナ
ー法等によって形成される場合もある。

【００５１】工程５）続いて、１回目の、フォーミング
と呼ばれる処理を施す。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。

【００５２】素子電極２、３間に、不図示の電源を用い
て、通電を行うと、導電性薄膜４ａ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
（図２（ｄ））。

【００５３】通電フォーミングの電圧波形の例を図３に
示す。

【００５４】電圧波形は、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
せながら電圧パルスを印加する図３（ｂ）に示した手法
がある。

【００５５】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〜１００ｍ秒の範囲で設定
される。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、矩形波など所望の波形を採用することが
できる。

【００５６】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。

【００５７】通電フォーミング処理の終了は、パルス間
隔Ｔ₂ 中に、導電性薄膜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素子
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。

【００５８】工程６）次に、亀裂を設けた第１層４ａ上
に、第２の有機金属化合物溶液を塗布し、複合酸化物を
含む酸化膜層を形成するための高温焼成、パターニング
により、第１層４ａと同様に、第２層４ｂを形成する
（図２（ｅ））。ここでの液滴の付与方法は塗布法が好
ましく用いられる。

【００５９】工程７）工程４と同様にして第２層４ｂに
２回目のフォーミング処理を施し、第１層４ａの亀裂上
に亀裂を形成し、電子放出部５を形成する（図２
（ｆ）。

【００６０】工程８）フォーミングを終えた素子に前述
の活性化処理を施す。活性化工程とは、この工程によ
り、素子電流Ｉ_f 、放出電流Ｉ_e が、著しく変化する工
程である。

【００６１】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、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がス圧は、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。

【００６２】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。

【００６３】この処理により、雰囲気中に存在する有機
物質から、炭素或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。

【００６４】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。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｛（ＨＯＰＧ（ＨｉｇｈｌｙＯｒｉｅｎｔｅｄＰ
ｙｒｏｌｙ（ｉｃＧｒａｐｈｉｔｅ），ＰＧ（Ｐｙｒｏ
ｌｙｔｉｃＧｒａｐｈｉｔｅ），ＧＣ（Ｇｌａｓｓｙ
Ｃａｒｂｏｎ）｝、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、５０ｎ
ｍ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。なお、ＨＯＰＧはほぼ完全
な結晶構造をもつグラファイト、ＰＧは結晶粒が２０ｎ
ｍ程度で結晶構造がやや乱れたグラファイト、ＧＣは結
晶粒が２ｎｍ程度で結晶購造の乱れがさらに大きくなっ
たものを指す。

【００６６】工程９）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。

【００６７】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、上記の炭素及び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。

【００６８】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。真空容器内の圧
力は極力低くすることが必要で、１．３〜４．０×１０
^-5Ｐａ以下が好ましく、さらに１．３×１０^-6Ｐａ以下
が特に好ましい，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、真空度自体は多少低下しても十分安
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Ｉ_f 、放出電
流Ｉ_e 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４、図５を参
照しながら説明する。

【００７０】図４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。図４の真空容器内には電子放出素子が配されて
いる。即ち、１は電子放出素子を構成する基体であり、
２及び３は素子電極、４は導電性薄膜、５は電子放出部
である。

【００７１】４１は電子放出素子に素子電圧Ｖ_f を印加
するための電源、４０は素子電極２、３間の導電性薄膜
４を流れる素子電流Ｉ_f を測定するための電流計、４４
は素子の電子放出部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である。４３はアノード電極
４４に電圧を印加するための高圧電源、４２は素子の電
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、アノード電極の電圧を１
ｋＶ〜１０ｋＶの範囲とし、アノード電極と電子放出素
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般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。
排気ポンプは、ターボポンプ、ロータリーポンプからな
る通常の高真空装置系と更に、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
電子源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２００℃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。

【００７３】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 、素子電流ｌ_f と素子電圧Ｖ
_f 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。なお、縦・横軸ともリニア
スケールである。

【００７４】図５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
て対する三つの特徴的性質を有する。

【００７５】即ち、（ｉ）本素子はある電圧（しきい値
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、一方しきい値電庄Ｖ_th以
下では放出電流Ｉ_e がほとんど検出されない。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。（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。（ｉｉｉ）アノード電極４４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４４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。

【００７６】以上の説明より理解されるように、本発明
を適用可能な表面伝導型電子放出素子は、入力信号に応
じて、電子放出持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。

【００７７】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（以下、「ＭＩ特性」とい
う。）例を実線に示した。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（以下、「ＶＣＮＲ特
性」という。）を示す場合もある（不図示）。これら特
性は、前述の工程を制御することで制御できる。

【００７８】従来の表面伝導型電子放出素子の亀裂の形
態を走査電子顕微鏡で観察すると、亀裂の幅の狭い部分
と広い部分が存在している。局所的な電子放出量、電流
量は亀裂の幅に依存して様々に変化するものと考えら
れ、おそらくは、亀裂の狭い部分が電子放出に寄与して
いると考えられる。このような亀裂幅の分布が生じる原
因は次のようなものと考えられる。

【００７９】通電された電流が導電性薄膜の膜厚に応じ
て分布し、それによるジュール熱による温度上昇がある
しきい値を超えたところから亀裂が発生し始める。一旦
亀裂ができ始めるとその端部に電力の集中が起こり、一
気に広い亀裂ができるが、ある程度進行すると徐々に亀
裂は膜厚の大きなところにさしかかり、電流密度がしき
い値を下回るため亀裂は狭くなって停止する。

【００８０】電圧を上昇させると次の進行が再び始ま
り、この繰り返しにより亀裂幅の広い場所と狭い場所が
交互に現れる。

【００８１】本発明の表面伝導型電子放出素子において
は、第１層の導電性薄膜の亀裂の広い場所では、第２層
の通電処理の際、抵抗が大きくなっているため、電流が
集中しない。むしろ、第１層の亀裂の小さい場所に電流
が集中してここから亀裂が進行し始める。更に本発明に
おいては、第２層に複合酸化物を含む安定な酸化物層を
設けているため、形成される第２層の亀裂は、第１層の
亀裂幅よりも狭く、第１層の亀裂の内部に形成される。
このように、第１層の導電性薄膜は、第２層の複合酸化
物を含む膜で覆われるため、長時間駆動による熱的ダメ
ージ等による薄膜微粒子同士の凝集を低減させ、最初に
形成された亀裂が広がりや変形を防ぐことができ、素子
の耐久性を向上させることができる。さらに、該素子を
複数用いてなる電子源を利用した画像形成装置において
は、表示品位の低下を防止することができる。

【００８２】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
電子放出素子の複数個を基板上に配列し、例えば電子源
あるいは、画像形成装置が構成できる。

【００８３】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はしご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。

【００８４】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、前述したとおり（ｉ）〜（ｉｉｉ）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巾で制御できる。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。

【００８５】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、６１は電子
源基板、６２はＸ方向配線、６３はＹ方向配線である。
６４は表面伝導型電子放出素子、６５は結線である。
尚、表面伝導型電子放出素６４は、前述した平面型ある
いは垂直型のどちらであってもよい。

【００８６】ｍ本のＸ方向配線６２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６３は、Ｄ_y1，Ｄ_y2，……，Ｄ_ynのｎ本の配線よりな
り、Ｘ方向配線６２と同様に形成される。これらｍ本の
Ｘ方向配線６２とｎ本のＹ方向配線６３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）。

【００８７】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６２を形成した基板６１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６２とＹ方向配線６３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
６２とＹ方向配線６３は、それぞれ外部端子として引き
出されている。

【００８８】表面伝導型電子放出素子６４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
６２とｎ本のＹ方向配線６３に、導電性金属等からなる
結線６５によって電気的に接続されている。

【００８９】配線６２と配線６３を構成する材料、結線
６５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。

【００９０】Ｘ方向配線６２には、Ｘ方向に配列した表
面伝導型電子放出素子６４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６３には、Ｙ方向に配列した表面伝導
型電子放出素子６４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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】図７において、６１は電子放出素子を複数
配した電子源基板、７１は電子源基板６１を固定したリ
アプレート、７６はガラス基板７３の内面に蛍光膜７４
とメタルバック７５等が形成されたフェースプレートで
ある。７２は支持枠であり、該支持枠７２には、リアプ
レート７１、フェースプレート７６がフリットガラス等
を用いて接続されている。７８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。

【００９４】６４は、図１に示したような電子放出素子
である。６２，６３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。

【００９５】外囲器７８は、上述の如く、フェースプレ
ート７６、支持枠７２、リアプレート７１で構成され
る。リアプレート７１は主に基板６１の強度を補強する
目的で設けられるため、基板６１自体で十分な強度を持
つ場合は別体のリアプレート７１は不要とすることがで
きる。すなわち、基板６１に直接支持枠７２を封着し、
フェースプレート７６、支持枠７２及び基板６１で外囲
器７８を構成してもよい。一方、フェースプレート７６
とリアプレート７１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７８を構成することもできる。

【００９６】図８は、蛍光膜を示す模式図である。蛍光
膜７４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８１と蛍光体８２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
８２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７４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８１
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。

【００９７】ガラス基板７３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７４の内面側には、通常メタルバ
ック７５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７
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。

【００９８】フェースプレート７６には、更に蛍光膜７
４の導電性を高めるため、蛍光膜７４の外面側に透明電
極（不図示）を設けてもよい。

【００９９】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。

【０１００】外囲器７８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、１．３×１０^-5Ｐａ程度の真空度
の有機物質の十分に少ない雰囲気にした後、封止が成さ
れる。外囲器７８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７８
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７８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１．３×
１０^-3〜１．３×１０^-5Ｐａ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
処理の工程は、適宜設定出来る。

【０１０１】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、９１
は画像表示パネル、９２は走査回路、９３は制御回路、
９４はシフトレジスタ、９５はラインメモリ、９６は同
期信号分離回路、９７は変調信号発生器、Ｖｘ及びＶａ
は直流電圧源である。

【０１０２】表示パネル９１は、端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ
_oxm 、端子Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn 及び高圧端子７７を介して
外部の電気回路と接続している。端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm
には、表示パネル９１内に設けられている電子源、すな
わち、ｍ行ｎ列の行列状にマトリクス配線された電子放
出素子群を一行（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Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn には、前記走査
信号により選択された一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７７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。

【０１０３】走査回路９２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９１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
９３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。

【０１０４】直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には電子放
出素子の特性（電子放出しきい値電圧）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しき
い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。

【０１０５】制御回路９３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９３は、同期信
号分離回路９６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。

【０１０６】同期信号分離回路９６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９６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９４に入力さ
れる。

【０１０７】シフトレジスタ９４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９３より送られる制御信号Ｔ_sft に基づいて動作す
る（すなわち、制御信号Ｔ_sft は、シフトレジスタ９４
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個の並列信号として前記シフトレジスタ９４よ
り出力される。

【０１０８】ラインメモリ９５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９３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９７に
入力される。

【０１０９】変調信号発生器９７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Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn を通じて表示パネル９１内の電子放
出素子に印加される。

【０１１０】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。す
なわち、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Ｐ
ｗ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。

【０１１１】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９７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９７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。

【０１１２】シフトレジスタ９４やラインメモリ９５
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。

【０１１３】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路９６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９６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９５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９７に用いられる回路が若干
異なったものとなる。すなわち、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９７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９７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。

【０１１４】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９７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。

【０１１５】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７７を介
してメタルバック７５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７４に衝突し、発光が生じて画像が形成され
る。

【０１１６】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。

【０１１７】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。

【０１１８】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、６１は電子源基板、
６４は電子放出素子である。１０２、Ｄ_x1〜Ｄ_x10 は、
電子放出素子６４を接続するための共通配線であり、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
６４は、基板６１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。すなわち、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とを一体の
同一配線とすることもできる。

【０１１９】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。１１０はグリッド電極、１１１は電子が通過するた
めの空孔、１１２，Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm は容器外端子、１
１３はグリッド電極１１０と接続された、Ｇ₁ 乃至Ｇ_n
からなる容器外端子である。１１４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６１とフ
ェースプレート７６の間にグリッド電極１１０を備えて
いるか否かである。

【０１２０】図１１においては、基板６１とフェースプ
レート７６の間には、グリッド電極１１０が設けられて
いる。グリッド電極１１０は、電子放出素子から放出さ
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１１１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。

【０１２１】容器外端子１１２及びグリッド容器外端子
１１３は、不図示の制御回路と電気的に接続されてい
る。

【０１２２】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。

【０１２３】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。

【０１２４】

【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。

【０１２５】［実施例１］表面伝導型電子放出素子とし
て、図１に示す様な素子を作成した。図１（ａ）は平面
図、（ｂ）は断面図である。図１において１は基板、
２、３は素子電極、４は導電性薄膜、５は電子放出部、
Ｌは素子電極間隔、Ｗは素子電極長さ、Ｗ’はドットの
電極と重なる部分の長さを示す。

【０１２６】以下、図１および図２を用いて、本発明に
かかわる素子の基本的な構成および製造方法を説明す
る。なお、図２において図１と同一の符号は同一のもの
を示す。

【０１２７】１）まず絶縁基板として石英ガラスを用
い、これを有機溶剤等により十分に洗浄後、１２０℃で
乾燥させた（図２（ａ））。

【０１２８】２）次に、この基板上に、フォトリソグラ
フィー技術によりＮｉからなる素子電極２、３を形成し
た（図２（ｂ））。この時電極間隔Ｌが２０μｍ、素子
電極長さＷ₁ が１００μｍ、厚さが約３００ｎｍとなる
ように形成した。

【０１２９】３）次に、バブルジェット方式のインクジ
ェツト装置（キヤノン製ＢＪ−１０Ｖ）を用いて、水７
０Ｗｔ％でＩＰＡ＋エチレングリコール＋ＰＶＡが３０
Ｗｔ％の液にパラジウムモノエタノールアミン（以下Ｐ
ＡＭＥと略す）が１Ｗｔ％となるように調整したもの
を、上記のように処理した素子電極上に付与し乾燥し
た。これを３００℃、１０分加熱して、ＰｄＯからなる
導電性薄膜第１層４ａを形成した（図２（ｃ））。この
電子放出部形成用薄膜４ａの膜厚は１８ｎｍ、シート抵
抗値は１．５×１０⁴ Ω／□であった。

【０１３０】４）次に、図４の測定評価装置に設置し、
真空ポンプにて排気し、２．６×１０^-3Ｐａの真空度に
達した後、素子に電圧Ｖ_f を印加するための電源１０１
より、素子の素子電極２、３間に電圧を印加し、電子放
出部形成用薄膜４ａを通電処理（フォーミング処理）す
ることにより、亀裂を形成した（図２（ｄ））。フォー
ミング処理の電圧波形は図３の（ｂ）に示したものであ
る。

【０１３１】図３の（ｂ）中、Ｔ₁ 及びＴ₂ は、電圧波
形のパルス幅とパルス間隔であり、本実施例ではＴ₁ を
１ｍｓｅｃ、Ｔ₂ を１０ｍｓｅｃとし、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なった。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１Ｍ
Ω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。

【０１３２】５）上記のように処理した素子上に、工程
３）と同様バブルジェット方式のインクジェット装置を
用いて、水７０Ｗｔ％でＩＰＡ＋エレングリコール＋Ｐ
ＶＡが３０Ｗｔ％の液に、ステアリン酸バリウム（Ｂａ
（Ｃ₁₇Ｈ₃₅ＣＯＯ）₂ 、金属分１９Ｗｔ％）の１Ｗｔ％
の水溶液を付与した。

【０１３３】これを乾燥し、次に第１層の焼成温度より
も高温の５００℃で３時間加熱焼成して、ＢａＯ₂ やＢ
ａＣＯ₃ さらにＰｄとの複合酸化物ＢａＰｄＯ₂ の混合
膜からなる第２層４ｂを形成した（図２（ｅ））。この
時の第１層と第２層を合わせた膜厚は３０ｎｍであっ
た。この条件での複合酸化物の存在は、あらかじめ同条
件で作成しておいたものをＸ線回折測定することによ
り、構造確認されている。

【０１３４】６）工程４）と同様にして、第２層４ｂに
亀裂を形成し、電子放出部５とした（図２（ｆ））。こ
の後、素子を真空中に保持したまま、１５０℃で５時間
のアニーリングをして安定化工程を施した。なお、この
安定化工程後、評価装置の真空度は１．３×１０^-7Ｐａ
程度まで達した。

【０１３５】７）続いて活性化工程を行なうために、あ
らかじめ有機物質をアンプルに封じたものをスローリー
クバルブを通して真空内に導入し、１．３×１０^-4Ｐａ
を維持した。次に、フォーミング処理した素子に、図１
２に示した波形で波高値を１４Ｖで活性化処理をした。
すなわち、測定評価装置内で、素子電流Ｉ_f を測定しな
がら、素子電極間にパルス電圧を印加した。約３０分で
Ｉ_f 値がほぼ飽和したため、通電を停止し、スローリー
クバルブを閉め、活性化処理を終了した。

【０１３６】こうして、電子放出部５を形成し電子放出
素子を作製し、電子放出特性を評価した。なお、アノー
ド電極と電子放出素子間の距離を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１．３×１０^-7Ｐａとし、素子の電極２及び３の
間に素子電圧を１４Ｖ印加した。本実施例の素子は、測
定開始直後に５ｍＡ程度の素子電流Ｉ_f 、及び１２μＡ
程度の放出電流Ｉ_e が観測され、電子放出効率η＝Ｉ_e
／Ｉ_f ×１００（％）は、０．２４％であった。さらに
本実施例の素子を駆動し続けたところ、特性は数分で安
定化し、長時間駆勤しても、素子電流Ｉ_f ＝４ｍＡ、放
出電流Ｉ_e ＝１０μＡ、効率η＝０．２５％の特性を維
持した。

【０１３７】（実施例２）実施例１の場合と同様に図２
を用いて本実施例を説明する。

【０１３８】１）実施例１と同様の基板を用いて同様に
洗浄し、同様に乾燥させた（図２（ａ））後、実施例１
と同様の素子電極を形成した（図２（ｂ））。

【０１３９】２）次に、実施例１と同様の溶液の液滴
を、実施例１と同様の液滴付与手段を用いて電極２、３
間に付与し、実施例１と同様に加熱処理し、ＰｄＯから
なる導電性薄膜第１層４ａを形成した（図２（ｃ））。
さらに実施例１と同様に通電処理を行ない、亀裂を形成
した（図２（ｄ））。

【０１４０】３）上記のように処理した素子上に、実施
例１と同様の波滴付与手段を用いて、水７０Ｗｔ％でＩ
ＰＡ＋エチレングリコール＋ＰＶＡが３０Ｗｔ％の液、
蓚酸ストロンチウム（ＳｒＣ₂ Ｏ₄ ・Ｈ₂ Ｏ、金属分４
５Ｗｔ％）の０．５Ｗｔ％の水溶液を付与した。これを
乾燥し、次に５５０℃で３時間加熱焼成して、ＳｒＯ₂
とＳｒＣＯ₃ さらにＰｄとの複合酸化ＳｒＰｄ₃ Ｏ₄ の
混合物からなる第２層４ｂを形成した。この条件での複
合酸化物は、あらかじめ同条件で作成されたものをＸ線
回折測定することにより構造確認されている。

【０１４１】４）次に、これを実施例１と同様に、２回
目の通電処理を行ない電子放出部５を形成した。

【０１４２】５）以上のような工程を繰り返して複数の
素子を形成した。

【０１４３】６）このような方法で作成した複数の電子
放出素子を実施例１と同様に、活性化処理を行ない、電
子放出素子を作製し、実施例１と同様に電子放出特性を
評価した。

【０１４４】その結果、本実施例の素子は、測定開始直
後に素子電流Ｉ_f ＝５ｍＡ、放出電流Ｉ_e ＝１２μＡが
観測され、電子放出効率η＝Ｉ_e ／Ｉ_f ×１００（％）
は、０．２４％であった。さらに本実施例の素子を駆動
し続けたところ、特性は数分で安定し、長時間駆動して
も、素子電流Ｉ_f ＝４ｍＡ、放出電流Ｉ_e ＝９μＡ、効
率η＝０．２３％の持性を維持した。

【０１４５】［比較例］石英基板上に実施例１の第１層
の素子膜材料からなる素子で、実施例１と同様の３０ｎ
ｍの膜厚になるよう形成した。次にこれを、実施例１と
同様にフォーミング、活性化処理を行なった。この素子
の電子放出特性を実施例１と同様に測定したところ、測
定開始直後には、５ｍＡ程度の素子電流Ｉ_f 、及び１０
μＡ程度の放出電流が観測され、電子放出効率η＝Ｉ_e
／Ｉ_f ×１００（％）は０．２０％であった。さらに、
この素子を駆動し続けたところ、特性は数十分で安定し
たが、素子電流Ｉ_f ＝２．５ｍＡ、Ｉ_e ＝４．５μＡ、
効率η＝０．１８％の特性となった。

【０１４６】また、上記工程で作製した本実施例の素
子、及び比較例の素子の電子放出部５を含む領域につい
て、長時間駆動後のそれぞれの素子に対して、走査電子
顕微鏡観察を行なった。

【０１４７】その結果、本実施例の素子では亀裂部分の
膜の広がりは全く見られなかったが、比較例の素子では
微粒子同士の凝集が見られ、素子膜の広がりが観察され
た。

【０１４８】これらの結果から、本実施例の素子では、
比較例の素子に比べ、第１層の導電性薄膜を複合酸化物
を含む膜で覆うことにより、亀裂形成の際に発生するジ
ュール熱による熱的ダメージを低減させ、その結果、薄
膜を構成する微粒子同士の凝集を抑制し、亀裂部の広が
りを防ぐことができた。それ故に、本実施例では長時間
にわたり安定な電子放出特性が得られた。

【０１４９】［実施例３］本実施例では以下のようにし
て画像形成装置を作製した。図１３〜図１６を用いて本
実施例の画像形成装置の電子源の作製方法を説明する。

【０１５０】電子源の一部の平面図を図１３に、図１３
中のＡ−Ａ’断面図を図１４に示す。図１３〜図ｌ６に
おいて、同じ記号を付したものは同じものを表わす。こ
こで、１は基板、２、３は素子電極、４は導電性薄膜、
６２は図６におけるＤ_xmに対応するＸ方向配線（下配線
とも呼ぶ）、６３は図６におけるＤ_ynに対応するＹ方向
配線（上配線とも呼ぶ）、１４１は層間絶縁層、ｌ４２
は素子電極と下配線６２との電気的接続のためのコンタ
クトホールである。

【０１５１】工程−ａ清浄化した石英ガラス上に厚さ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の厚さ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６２のレジストパター
ンを形成し、次いで、Ａｕ／Ｃｒ堆積膜をウェットエッ
チングして、所望の形状の下配線６２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１４１をＲＦスパッタ法により堆積した。

【０１５３】工程−ｃ上記工程−ｂで堆積したシリコン酸化膜にコンタクトホ
ール１４２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１４１をエッチング
してコンタクトホール１４２を形成した。エッチングは
ＣＦ₄ とＨ₂ ガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ
ｌｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）法によった。

【０１５４】工程−ｄその後、素子電極２、３と素子電極間隔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Ｔ
ｉ、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、素子電極長さＷ
が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６３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６３を形成し
た（図１６（ｅ））。

【０１５６】工程−ｆ実施例１で用いた有機パラジウム含有溶液を、実施例ｔ
と同様の液滴付与手段（不図示）を用いて素子電極２、
３間に付与し、３００℃で１０分間の加熱焼成処理を施
した。こうして形成された第１層の導電性薄膜４ａは主
としてＰｄよりなる薄膜であり、その膜厚は１８ｎｍ、
シート抵抗値Ｒｓはｌ．５×１０⁴ Ω／□であった（図
１６（ｆ））。

【０１５７】工程−ｇ次に、図６に示すような、Ｙ方向配線（上配線）６３を
共通接続として、Ｘ方向配線（下配線）６２に接続され
た素子に１ラインずつ１回目の通電処理を施して、第１
層の亀裂を形成した。上配線、下配線は共通電極を介し
てグランドに落とされている。上配線、下配線の各交点
に対応して、本発明の電子放出素子６４が１つずつ配置
されている。ここで印加したパルスは実施例１で説明し
たものと同様である。次に、工程−ｆと同様にして、パ
ターンを作成後、実施例１で用いた第２層の溶液を、実
施例１と同様に第１層の上に付与し、５００℃で３時間
加熱焼成処理を施した。こうして形成された導電膜層４
ｂはＰｄとＣａの複合酸化物ＣａＰｄ₃ Ｏ₄ を含む層で
あり、その膜厚は第１層と合わせて３０ｎｍであった
（図１６（ｇ））。

【０１５８】工程−ｈコンタクトホール１４２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た後、真空蒸着により厚さ５ｎ
ｍ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１４２を埋め込んだ（図１６（ｈ））。

【０１５９】以上の工程により絶縁性基板１上に下配線
６２、層間絶縁層１４１、上配線６３、素子電極２、
３、導電性膜４（４ａ＋４ｂ）等を形成した。

【０１６０】次に、以上のようにして作製した電子源を
用いて表示パネルを構成した。図７と図８を用いて本実
施例の画像形成装置の表示パネルの製造方法を説明す
る。両図中の各符号は前述の通りである。

【０１６１】上記のようにして多数の平面型電子放出素
子を作製した基板６１をリアプレート７１上に固定した
後、基板６１の５ｍｍ上方に、フエースプレート７６
（ガラス基板７３の内面に蛍光膜７４とメタルバック７
５が形成されて構成される）を支持枠７２を介して配置
し、フェースプレート７６、支持枠７２、リアプレート
７１の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中４００
℃で１０分焼成することで封着した（図７）。またリア
プレート７１への基板６１の固定はフリットガラスで行
なった。

【０１６２】蛍光膜７４は、モノクロームの場合は蛍光
体からのみなるが、本実施例では蛍光体はストライプ形
状を採用し、先にブラックストライプを形成し、その間
隙部に各色蛍体を塗布し、蛍光膜７４を作製した。ブラ
ックストライプの材料として通常良く用いられている黒
鉛を主成分とする材料を用い、ガラス基板に蛍光体を塗
布する方法としてはスラリー法を用いた。

【０１６３】また、蛍光膜７４の内面側には通常、メタ
ルバック７５が設けられる。メタルバックは、蛍光膜作
製後、蛍光膜７４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）を行ない、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７６には、さらに蛍光膜
７４の導電性を高めるため、蛍光膜７４の外面側に透明
電極が設けられる場合もあるが、本実施例ではメタルバ
ックのみで十分な導電性が得られたので省略した。

【０１６５】前述の封着を行なう際、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なくてはいけない
ため、十分な位置合わせを行なった。

【０１６６】以上のようにして完成したガラス容器（外
囲器）内の雰囲気を排気管（不図示）を通じで真空ポン
プにて排気し、十分な真空度に達した後、容器外端子Ｄ
_ox1からＤ_oxm とＤ_oy1 からＤ_oyn を通じて電子放出素
子６４の電極２、３間に電圧を印加し、導電性薄膜４
（４ａ＋４ｂ）に２回目の通電処理（フォーミング処
理）を施すことにより電子放出部５を作した。フォーミ
ング処理の電圧波形を図３に示す。

【０１６７】図３中、Ｔ₁ およびＴ₂ は電圧波形のパル
ス幅とパルス間隔であり、本実施例ではＴ₁ を１ｍ秒、
Ｔ₂ を１０ｍ秒とし、三角波の波高値（フォーミング時
のピーク電圧）は５Ｖとし、フォーミング処理は約１．
３×１０^-4Ｐａの真空雰囲気下で６０秒間行なった。

【０１６８】次に図１２に示した波形で波高値１４Ｖで
活性化処理をした。すなわち、素子電流Ｉ_f を測定しな
がら、素子電極間にパルス電圧を印加した。約３０分で
Ｉ_f値がほぼ飽和したため、通電を停止し、スローリー
クバルプを閉め、活性化処理を終了した。

【０１６９】次に、１０^-5Ｐａ程度に減圧してから、不
図示の排気管をガスバーナーで熱することで溶着し、外
囲器の封止を行なった。

【０１７０】以上のように完成した表示パネルを用いて
画像形成装置を形成し（駆動回路は図示せず）、各電子
放出素子に容器外端子Ｄ_ox1 〜Ｄ_oxm 、Ｄ_oy1 〜Ｄ_oyn
を通じて走査信号およ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って電子放出させ、高
圧端子Ｈｖを通じてメタルバック７５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７４に衝突さ
せて蛍光膜７４を励起・発光させることによって画像を
表示した。

【０１７１】（実施例４）図１７は、前記説明の表面伝
導型放出素子を電子ビーム源として用いたディスプレイ
パネルに、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ための図である。図中
６１００はディスプレイパネル、６１０１はディスプレ
イパネルの駆動回路、６１０２はディスプレパネルコン
トローラー、６１０３はマルチプレクサ、６１０４はデ
コーダ、６１０５は人出力インターフェイス回路、６１
０６はＣＰＵ、６１０７は画像生成回路、６１０８、６
１０９および６１１０は画像メモリーインターフェイス
回路、６１１１は画像入力インターフェース回路、６１
１２および６１１３はＴＶ信号受信回路、６１１４は入
力部である。

【０１７２】なお本表示装置は、例えばテレビジョン信
号のように映像情報と音声情報の両方を含む信号を受信
する場合には、当然映像の表示と同時に音声を再生する
ものであるが、本発明の特徴と直接関係しない音声情報
の受信、分離、再生、処理、記憶などに関する回路やス
ピーカーなどについては説明を省略する。

【０１７３】以下、画像信号の流れに沿って各部の機能
を説明していく。

【０１７４】まず、ＴＶ信号受信回路６１１３は、例え
ば電波や空間光通信などのような無線伝送系を用いて伝
送されるＴＶ画像信号を受信するための回路である。受
信するＴＶ信号の方式は特に限られるものではなく、例
えば、ＮＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式、ＳＥＣＡＭ方式など
の諸方式でもよい。

【０１７５】また、これらよりさらに多数の走査線より
なるＴＶ信号（例えばＭＵＳＥ方式をはじめとするいわ
ゆる高品位ＴＶ）は、大面積化や大画素数化に適した前
記ディスプレイパネルの利点を生かすのに好適な信号源
である。ＴＶ信号受信回路６１１３で受信されたＴＶ信
号は、デコーダ６１０４に出力される。

【０１７６】また、ＴＶ信号受信回路６１１２は、例え
ば同軸ケーブルや光ファイバーなどのような有線伝送系
を用いて伝送されるＴＶ画像信号を受信するための回路
である。前記ＴＶ信号受信回路６１１３と同様に、受信
するＴＶ信号の方式は特に限られるものではなく、ま
た、本回路で受信されたＴＶ信号もデローダ６１０４に
出力される。

【０１７７】また、画像入カインターフェイス回路６１
１１は、例えばＴＶカメラや画像読み取りスキャナーな
どの画像入力装置から供給される画像信号を取り込むた
めの回路で、取り込まれた画像信号はデコーダ６１０４
に出力される。

【０１７８】画像メモリーインターフェイス回路６１１
１は、ビデオテープレコーダー（以下、ＶＴＲと略す）
に記憶されている画像信号を取り込むための回路で取り
込まれた画像信号はデコーダ６１０４に出力される。

【０１７９】画像メモリーインターフェース回路６１０
９は、ビデオディスクに記憶されている画像信号を取り
込むための回路で取り込まれた画像信号はデコーダ６１
０４に出力される。

【０１８０】また、画像メモリーインターフェイス回路
６１０８は、いわゆる静止画ディスクのように、静止画
像データを記憶している装置から画像信号を取り込むた
めの回路で、取り込まれた静止画像はデコーダ６１０４
に入力される。

【０１８１】また、人出カインターフエイス回路６１０
５は、本表示装置と、外部のコンピュータもしくはコン
ピュータネツトワークもしくはプリンターなどの出力装
置とを接続するための回路である。画像データや文字・
図形情報の入出力を行なうのはもちろんのこと、場合に
よっては本表示装置の備えるＣＰＵ６１０６と外部との
間で制御信号や数値データの入出力などを行なうことも
可能である。

【０１８２】また、画像生成回路６１０７は、前記人出
力インターフェイス回路６１０５を介して外部から入力
される画像データや文字・図形情報に基づき表示用画像
データを生成するための回路である。本回路の内部に
は、例えば画像データや文字・図形情報蓄積するための
書き換え可能メモリーや、文字コードに対応する画像パ
ターンが記憶されている読み出し専用メモりーや、画像
処理を行なうためのプロセッサーなどをはじめとして画
像の生成に必要な回路が組み込まれている。

【０１８３】本回路により生成された表示装置用画像デ
ータは、デコーダ６１０４に出力されるが、場合によっ
ては前記入出力インターフェイス回路６１０５を介して
外部のコンピュータネットワークやプリンターに出力す
ることも可能である。

【０１８４】また、ＣＰＵ６１０６は、主として本表示
装置の動作制御や、表示画像の生成や選択や編集に関わ
る作業を行なう。例えば、マルチプレクサ６１０３に制
御信号を出力し、ディスプレイパネルに表示する画像信
号を適宜選択したり組み合わせたりする。また、その際
には表示する画像信号に応じてデイスプレイパネルコン
トローラ６１０２に対して制御信号を発生し、画像表示
周波数や走査方法（例えばインターレースかノンインタ
ーレースか）や一画面の走査線の数など表示装置の動作
を適宜制御する。

【０１８５】また、前記画像生成回路６１０７に対して
画像データや文字・図形情報を直接出力したり、あるい
は前記人出カインターフェイス回路６１０５を介して外
部のコンピュータやメモりーをアクセスして画像データ
や文字・図形情報を入力する。なお、ＣＰＵ６１０６
は、むろんこれ以外の目的の作業にも関わるものであっ
てよい。例えばパーソナルコンピュータやワードプロセ
ッサーなどのように、情報を生成したり処理する機能に
直接関わってもよい。あるいは、前述したように人出カ
インターフェイス回路６１０５を介して外部のコンピュ
ータネットワークと接続し、例えば数値計算などの作業
を外部機器と共同して行なってもよい。

【０１８６】また、入出力部６１１４は、前記ＣＰＵ６
１０６に使用者が命令やプログラム、あるいはデータな
どを入力するためのものであり、例えばキーボードやマ
ウスの他、ジョイスティック、バーコードリーダー、音
声認識装置など多様な入力機器を用いることが可能であ
る。

【０１８７】また、デコーダ６１０４は、前記６１０７
ないし６１１３より入力される種々の画像信号を３原色
信号、又は輝度信号とＩ信号、Ｑ信号に逆数変換するた
めの回路である。なお、同図中に点で示すように、デコ
ーダ６１０４は内部に画像メモリーを備えるのが望まし
い。これは例えばＭＵＳＥ方式をはじめとして、逆変換
するに際し画像メモリーを備えることにより静止画の表
示が容易になるか、あるいは前記画像生成回路６１０７
およびＣＰＵ６１０６と共同して画像の間引き、補間、
拡大、縮小、合成をはじめとする画像処理や編集が容易
に行なえるようになるという利点が生まれるからであ
る。

【０１８８】また、マルチプレクサ６１０３は、前記Ｃ
ＰＵ６１０６より入力される制御信号に基づき表示画像
を適宜選択するものである。すなわち、マルチプレクサ
６１０３はデコーダ６１０４から入力される逆変換され
た画像信号のうちから所望の画像信号を選択して駆動回
路６１０１に出力する。

【０１８９】その場合には、一画面表示時間内で画像信
号を切り替えて選択することにより、いわゆる多画面テ
レビのように、一画面を複数の領域に分けて領域によっ
て異なる画像を表示することも可能である。

【０１９０】また、ディスプレイパネルコトローラ６１
０２は、前記ＣＰＵ６１０６より入力される制御信号に
基づき駆動回路６１０１の動作を制御するための回路で
ある。

【０１９１】まず、ディスプレイパネルの基本的な動作
に関わるものとして、例えはディスプレイパネルの駆動
用電源（図示せず）の動作シーケンスを制御するための
信号を駆動回路６１０１に対して出力する。また、ディ
スプレイパネルの駆動方法に関わるものとして、例えは
画像表示周波数や走査方法（例えばインターレースかノ
ンインターレースかを制御するための信号を駆動回路６
１０１に対して出力する。

【０１９２】また、場合によっては表示画像の輝度やコ
ントラストや色調やシャープネスといった画質の調整に
関わる制御信号を駆動回路６１０１に対して出力する場
合もある。

【０１９３】また、駆動回路６１０１は、ディスプレイ
パネル６１００に印加する駆動信号を発生するための回
路であり、前記マルチプレクサ６１０３から入力される
画像信号と、前記ディスプレイパネルコントローラ６１
０２より入力される制御信号に基づいて動作するもので
ある。

【０１９４】以上、各部の機能を説明したが、図１７に
例示した構成により本表示装置においては多様な画像情
報源より入力される画像情報をディスプレイパネル６１
００に表示することが可能である。すなわち、テレビジ
ョン放送をはじめとする各種の画像信号はデコーダ６１
０４において逆変換された後、マルチプレクサ６１０３
において適宜選択され、駆動回路６１０１に入力され
る。一方、ディスプレイパネルコトローラ６１０２は、
表示する画像信号に応じて駆動回路６１０１の動作を制
御するための制御信号を発生する。駆動回路６１０１
は、上記画像信号と制御信号に基づいてディスプレイパ
ネル６１００に駆動信号を印加する。これにより、ディ
スプレイパネル６１００において画像が表示される。こ
れらの一連の動作は、ＣＰＵ６１０６により統括的に制
御される。

【０１９５】また、本表示装置においては、前記デコー
ダ６１０４に内臓する画像メモリや、画像生成回路６１
０７および情報の中から選択したものを表示するだけで
なく、表示する画像情報に対して、例えば拡大、縮小、
回転、移動、エッジ強調、間引き、補間、色変換、画像
の縦横比変換などをはじめとする画像処理や、合成、消
去、接続、入れ換え、はめ込みなどをはじめとする画像
編集を行なうことも可能である。また、本実施例の説明
では特に触れなかったが、上記画像処理や画像編集と同
様に、音声情報に関しても処理や編集を行なうための専
用回路を設けてもよい。

【０１９６】従って、本表示装置は、テレビジョン放送
の表示機器、テレビ会議の端末機器、静止画像および動
画像を扱う画像編集機器、コンピュータの端末機器、ワ
ードプロセッサをはじめとする事務よう端末機器、ゲー
ム器などの機能を一台で兼ね備えることが可能で、産業
用あるいは民主用として極めて応用範囲が広い。

【０１９７】なお、上記図１７は、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を用いた表示
装置の構成の一例を示したに過ぎず、これのみに限定さ
れるものでないことは言うまでもない。例えば、図ｌ７
の構成要素のうち使用目的上必要のない機能に関わる回
路は省いても差し支えない。またこれとは逆に、使用目
的によってはさらに構成要素を追加してもよい。例え
ば、本表示装置をテレビ電話機として応用する場合に
は、テレビカメラ、音声マイク、照明機、モデムを含む
送受信回路などを構成要素に追加するのが好適である。

【０１９８】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イスプレイパネルの
薄型化が容易なため、表示装置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
ーム源とするデイ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
感あふれる迫力に富んだ画像を視認性良く表示すること
が可能である，

【０１９９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
導電性膜材料上に複合酸化物を含む安定な酸化物層を形
成することにより、長時間駆動による熱的ダメージ等に
よる導電性膜の広がりや変形を低減させることができ、
耐久性を向上させることが可能な電子放出素子を提供で
きる。

【０２００】さらに、入力信号においては、画像形成部
材と前記電子源より構成され、入力信号に基づいて画像
を形成するため、電子放出特性の安定性と寿命の向土が
なされ、例えば蛍光体を画像形成部とする画像形成装置
においては、高品位な画像形成装置例えば、カラーフラ
ットテレビが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素子の
構成を示す模式図である。

【図２】本発明の表面伝導型電子放出素子の作製方法を
示す模式図である。

【図３】本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素子の
製造に際して採用できる通電フォーミング処理における
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】本発明に好適な活性化パルスの形状を示す図
である。

【図１３】本発明に係る電子源の部分平面図である。

【図１４】図１３の電子源のＡ−Ａ’断面図である。

【図１５】図１３の電子源の製造工程（ａ）から（ｄ）
を示す断面図である。

【図１６】図１３の電子源の製造工程（ｅ）から（ｈ）
を示す断面図である。

【図１７】本発明の実施例４の画像形成装置のブロック
図である。

【図１８】従来の電子放出素子の一例を示す平面図であ
る。

【符号の説明】

１基板２、３素子電極４導電性薄膜４ａ第１層４ｂ第２層５電子放出部４０素子電極２、３間の導電性薄膜４を流れる素子電
流Ｉｆを測定するための電流計４１電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電
源４２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４３アノード電極４４に電圧を印加するための高圧電
源４４素子の電子放出部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６１電子源基板６２Ｘ方向配線６３Ｙ方向配線６４表面伝導型電子放出素子６５結線７１リアプレート７２支持枠７３ガラス基板７４蛍光膜７５メタルバック７６フェースプレート７７高圧端子７８外囲器８１黒色導電材８２蛍光体９１表示パネル９２走査回路９３制御回路９４シフトレジスタ９５ラインメモリ９６同期信号分離回路９７変調信号発生器Ｖｘ及びＶａ直流電圧源１０２電子放出素子６４を配線するための共通配線１１０グリッド電極１１１電子が通過するため空孔１１２容器外端子１１３グリッド容器外端子１１４電子源１４１層間絶縁層ｌ４２コンタクトホール６１０５入出力インターフェイス回路６１０６ＣＰＵ６１０７画像生成回路６１０８、６１０９、６１１０画像メモリーインター
フェイス回路６１１１画像入力インターフェイス回路６１１２、６１１３ＴＶ信号受信回路６１１４入力部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶緑性基板上の対向する電極間に、導電
性薄膜形成用材料を付与して導電性薄膜を形成し、該導
電性薄膜に電子放出部を形成する電子放出素子の製造方
法において、導電性薄膜が少なくとも上下２層からな
り、第１層の薄膜は上記電極間の略中間に亀裂を有し、
第２層の薄膜は、その酸化物の標準生成自由エネルギー
が第１層の薄膜を構成する元素より小さいものからな
り、第１層の薄膜及び亀裂上に形成され、且つ第１層の
亀裂の内側に第２層の薄膜の亀裂が形成され、電子放出
部を形成していることを特徴とする電子放出素子の製造
方法。
【請求項２】上記第２層は、その層の中に第１層の薄
膜元素との複合酸化物を含む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】第１層の薄膜材料として、ＰｄＯ、Ｐｄ
あるいはこれらの混合体を用い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の製造方法。
【請求項４】第２層の薄膜材料として、少なくともＭ
ｇ、Ｃａ、Ｃr 、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂ、Ｌａ、Ｃｅのいず
れかの化合物を用いる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】前記化合物が、１重量％以上の上記元素
を含有する有機金属化合物であることを特徴とする請求
項４に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項６】前記有機金属化合物が、蓚酸塩、ステア
リン酸塩、ナフテン酸塩、オクチル酸塩、オレイン酸
塩、乳酸塩、アセチルアセトン化合物のいずれかである
ことを特徴とする請求項５に記載の電子放出素子の製造
方法。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の方法に
より製造されたことを特徴とする電子放出素子。
【請求項８】電子放出素子と、該素子への電圧印加手
段とを具備した電子源の製造方法であって、前記電子放
出素子を請求項１〜６のいずれかに記載の方法で製造す
ることを特徴とする電子源の製造方法。
【請求項９】請求項８に記載の方法により製造された
ことを特徴とする電子源。
【請求項１０】電子放出素子および該素子への電圧印
加手段とを具備した電子源と、前記電子放出素子から放
出される電子を受けて発光する蛍光膜とを具備する表示
パネルの製造方法であって、前記電子放出素子を請求項
１〜６のいずれかに記載の方法で製造することを特徴と
する表示パネルの製造方法。
【請求項１１】請求項１０に記載の方法により製造さ
れたことを特徴とする表示パネル。
【請求項１２】電子放出素子および該素子への電圧印
加手段とを具備した電子源と、前記電子放出素子から放
出される電子を受けて発光する蛍光膜と、外部信号を用
いて前記電子放出素子へ印加する電圧を制御する駆動回
路とを具備する画像形成装置の製造方法であって、前記
電子放出素子を請求項１〜６のいずれかに記載の方法で
製造することを特徴とする画像形成装置の製造方法。
【請求項１３】請求項１２に記載の方法により製造さ
れたことを特徴とする画像形成装置。