JP2000251621A - 電子放出素子および該素子を用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像形成装置の電子ビーム源として好適な優
れた電子放出特性を有する電子放出素子を提供する。 【解決手段】 基体１上の素子電極２，３に電気的に接
続された導電性薄膜４を有する電子放出素子において、
この導電性薄膜４がＰｄを主成分とし、さらにＡｇ，Ａ
ｕ，Ｐｔのうち少なくとも１つおよび金属酸化物を含有
することを特徴とす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面伝導型電子放
出素子、該電子放出素子を用いた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、金属／絶
縁層／金属型や、表面伝導型電子放出素子等がある。

【０００３】表面伝導型電子放出素子は、基体上に形成
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。

【０００４】本出願人は、例えば特開平１０−６４４０
８号に開示されているように、電子放出素子の耐熱温度
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。このような導電性薄膜の材料としては、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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のような導電性薄
膜材料を用いることによって、電子放出素子の耐熱温度
は飛躍的に向上したが、添加する金属酸化物の種類・量
によっては導電性薄膜の抵抗値が上昇し、画像表示装置
作成に支障を来たしたり、導電性薄膜で電圧降下が発生
して電子放出素子の実駆動電圧が低下し、電子放出効率
が低下する場合があった。

【０００６】本発明は、電子放出素子中の導電性薄膜の
耐熱温度を向上させつつ、さらに抵抗上昇を抑制するこ
とにより、電気的特性が優れた電子放出素子および該素
子を用いた画像形成装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】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薄膜
の物性について詳細に検討した結果、導電性薄膜にＢ
ｉ，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のうち
少なくとも一種を添加することによって、導電性薄膜の
耐熱温度を向上させつつも、該薄膜の電気抵抗値の上昇
を効果的に抑制できることを見出した。

【０００８】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薄膜を有する電子放出素子におい
て、該導電性薄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。

【０００９】導電性薄膜の主成分は、Ｐｄが好ましい。
導電性薄膜の成分構成としては、ＰｄとＰｄよりも酸化
しにくいＡｕ，Ｐｔ，Ａｇとの合金または混合物を用い
るのが特に好ましく、Ｐｄより化学的に不活性であるＰ
ｔ，Ａｕとの合金または混合物を用いるのが更に良い。

【００１０】これら貴金属はその化学的不活性によって
導電性薄膜の焼成時にも酸化物となりにくく、導電性薄
膜の抵抗上昇を抑える効果を有する。

【００１１】また金属酸化物としては、導電性薄膜の主
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，Ｚｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉの
酸化物が特に好ましい。これらの金属酸化物は絶縁性基
体と導電性薄膜の密着性を向上させたり、導電性薄膜の
機械的強度を向上させることで、素子の耐熱温度を向上
させる作用を持つ。

【００１２】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、電子放出素子作成の
際に通電処理によって電子放出部が形成され、かつ耐熱
温度が４００℃程度の導電性薄膜となる組成比であるな
らば特に制約されないが、Ｐｄが５０ｍｏｌ％以上、Ａ
ｇ，Ａｕ，Ｐｔのうち少なくとも１つが４５ｍｏｌ％以
下、金属酸化物が５〜１５ｍｏｌ％からなることが好ま
しい。

【００１３】また、本出願にかかる画像形成装置は、前
記のいずれかに記載の電子放出素子を具備することを特
徴とするものである。

【００１４】前記構成による電子放出素子を具備するこ
とによって、素子を製造する際の安定化工程や画像形成
装置製造の際に、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、
導電性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。さらに
画像出力時の駆動電力を抑えることが出来る。このよう
に良好な特性を備えた画像形成装置を製造することが可
能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明を適用し得る電子放出素子
の好ましい形態、即ち表面伝導型電子放出素子の基本的
構成を、図面に基づいて説明する。図１は、本発明の表
面伝導型電子放出素子の構成を示す模式図であり、同図
中（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。また、１は
基体、２と３は素子電極、４は導電性薄膜、５は電子放
出部である。

【００１６】基体１としては、石英ガラス、Ｎａ等の不
純物含有量を減少したガラス、青板ガラス、青板ガラス
にスパッタ法等により形成したＳｉＯ₂ を積層したガラ
ス基体等及びアルミナ等のセラミックス及びＳｉ基体等
を用いることができる。

【００１７】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る。これは例えば
Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃ
ｕ，Ｐｄ等の金属或は合金および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
明導電体およびポリシリコン等の半導体材料等より適宜
選択することができる。

【００１８】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、導電性
薄膜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、数千Å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
て好ましくは数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、数百Åから数μｍの
範囲とすることができる。尚、図１に示した構成だけで
なく、基体１上に、導電性薄膜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。

【００１９】導電性薄膜４を構成する材料は前述の通り
である。その膜厚は、素子電極２、３へのステップカバ
レージ、素子電極２、３間の抵抗値及び後述するフォー
ミング条件等を考慮して適宜設定されるが、通常は数Å
から数千Åの範囲とすることが好ましく、より好ましく
は１０Åから５００Åの範囲とするのが良い。

【００２０】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、
数Åから数百Å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。電子放出部５及びその近傍の導電性薄膜４
には、炭素化合物を有することもできる。

【００２１】上述の表面伝導型電子放出素子の製造方法
としては様々な方法があるが、その一例を図２に模式的
に示す。以下、図１及び図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。

【００２２】１）基体１を洗剤、純水および有機溶剤等
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
技術を用いて基体１上に素子電極２、３を形成する（図
２（ａ））。

【００２３】２）素子電極２、３を設けた基体１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））。

【００２４】金属化合物溶液には、前述の導電性薄膜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、焼成することによ
り、基体上に電子放出のための導電性薄膜４を形成す
る。乾燥工程は通常用いられる自然乾燥、送風乾燥、熱
乾燥等を用いればよい。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
に行ってもかまわない。ここでは、金属化合物溶液の塗
布法を説明したが、導電性薄膜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、ディッピング法、スピンナー法等を用いるこ
ともできる。

【００２５】３）つづいて、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間に不図示の電源を
用いて通電を行うと、導電性薄膜４の部位に、構造の変
化した電子放出部５が形成される（図２（ｄ））。通電
フォーミングの電圧波形の例を図３に示す。

【００２６】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子の形態に応じて適宜選
択される。このような条件の下、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。

【００２７】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ステップ程度ずつ、増加させることができる。

【００２８】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に電圧を印加し、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１Ｍ
Ω以上の抵抗を示した時、通電フォーミングを終了させ
る。

【００２９】４）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。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。

【００３０】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。この
処理により、雰囲気中に存在する有機物質から炭素化合
物が素子上に堆積し、素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅが
著しく変化するようになる。活性化工程の終了判定は、
素子電流Ｉｆと放出電流Ｉｅ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。

【００３１】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。

【００３２】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には、この
成分の分圧を極力低く抑える必要がある。真空容器内の
有機成分の分圧は、上記炭素あるいは炭素化合物がほぼ
新たに堆積しない分圧で１．３×１０^-6Ｐａ以下が好ま
しく、さらには１．３×１０^-8Ｐａ以下が特に好まし
い。さらに真空容器内を排気するときには、真空容器全
体を加熱して、真空容器内壁や、電子放出素子に吸着し
た有機物質分子を排気しやすくするのが好ましい。この
とき、できるだけ高温で長時間処理するのが望ましい
が、真空容器の大きさや形状、電子放出素子の構成など
の諸条件により適宜選ばれる条件により行う。真空容器
内の圧力は極力低くすることが必要で、１．３×１０^-5
Ｐａ以下が好ましく、さらには１．３×１０^-6Ｐａ以下
が特に好ましい。

【００３３】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。

【００３４】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４及び図５を参照しな
がら説明する。

【００３５】図４は、真空処理装置の一例を示す模式図
である。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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】即ち、第１に、本素子はある電圧（閾値電
圧と呼ぶ；図１１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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。本発明の表面伝導型電子放出素子の
複数個を基体上に配列すると、例えば画像形成装置が構
成できる。

【００４７】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）、この配線と直行する方向
（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（グリッド電極とも呼ぶ）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
のはいわゆる単純マトリクス配置である。ここでは単純
マトリクス配置について以下に詳述する。

【００４８】以下本発明の電子放出素子を複数配して得
られる電子源について、図６を用いて説明する。図６に
おいて、７１は電子源基体、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、７
５は結線である。

【００４９】ｍ本のＸ方向配線７２はＤｘ１，Ｄｘ２，
・・・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、巾は、適宜設定される。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）。

【００５０】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を形成した基体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。

【００５１】表面伝導型放出素子７４を構成する一対の
素子電極（不図示）は、ｍ本のＸ方向配線７２とｎ本の
Ｙ方向配線７３と、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。

【００５２】配線７２と配線７３を構成する材料、結線
７５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、またそれぞれ異なってもよ
い。これら材料は、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。

【００５３】Ｘ方向配線７２には、Ｘ方向に配列した表
面伝導型放出素子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
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。

【００５４】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。

【００５５】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７〜９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。

【００５６】図７において、７１は電子放出素子を複数
配した電子源基体、８１は電子源基体７１を固定したリ
アプレート、８６はガラス基体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度の温度範
囲で１０分以上焼成することで、封着して構成される。

【００５７】７４は電子放出素子に相当する。７２、７
３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。

【００５８】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は主に基体７１の強度を補強する目的
で設けられるため、基体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、基体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及び基体７１で外囲器８８
を構成しても良い。一方、フェースプレート８６、リア
プレート８１間に、スペーサーとよ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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】外囲器８８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
ンプなど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（不図
示）に配置されたゲッターを加熱し、蒸着膜を形成する
処理である。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】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。）。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】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
する必要かあるが、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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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
もできる。

【００８３】

【実施例】以下に実施例および比較例に基づいて本発明
を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるもの
ではない。

【００８４】実施例１ 電子放出素子として図１に示すタイプの電子放出素子を
作成した。図１（ａ）は本素子の平面図を、図１（ｂ）
は断面図を示している。また、図１（ａ）、（ｂ）中の
符号１は基体、２および３は素子に電圧を印加するため
の１対の素子電極、４は導電性薄膜、５は電子放出部を
示す。なお、図中のＬは素子電極２と３の素子電極間
隔、Ｗは素子電極長さを表している。

【００８５】図２を用いて、本実施例の電子放出素子の
作成方法を述べる。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Ｐ
ｔからなる素子電極２、３を形成した（図２（ａ））。
素子電極間隔Ｌは２０μｍとし、素子電極長さＷを５０
０μｍ、その厚さｄを１０００Åとした。

【００８６】エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）−パ
ラジウム錯体７２ｍｍｏｌ（５７．３ｇ）、ＥＤＴＡ一
白金錯体４ｍｍｏｌ（１．９ｇ）、ＥＤＴＡ一ビスマス
錯体４ｍｍｏｌ（２．１ｇ）を１リットルの２５％ＩＰ
Ａ水溶液に溶解させ、金属化合物溶液Ａとした。この溶
液中に含まれる金属のモル比は、Ｐｄ：Ｐｔ：Ｂｉ＝８
０：１５：５となる。

【００８７】得られた溶液Ａ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にまたがるように塗布した（図２（ｂ））。次に
３５０℃で１５分間焼成して導電性薄膜４を形成した
（図２（ｃ））。

【００８８】導電性薄膜４の幅（径）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。

【００８９】この素子の一部について耐熱温度測定を行
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。

【００９０】次に、真空容器中で残りの素子の素子電極
２および３の間に電圧を印加し、導電性薄膜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））。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。

【００９１】本電子放出素子の素子電極２および３の間
に素子電圧を印加し、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、素子電圧１２Ｖでは
素子電流Ｉｆが０．９ｍＡ、放出電流Ｉｅが０．４５μ
Ａとなり、電子放出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆ（％）は０．５
％であった。

【００９２】実施例２〜６ 実施例１に用いたＥＤＴＡ―ビスマス錯体のかわりに、
表１に示す金属錯体を用いた以外は実施例１と同様の方
法で電子放出素子を作成し、それぞれの素子の電気抵抗
値および耐熱温度を測定した。表１に測定結果を併せて
示す。いずれの場合も実施例１と同様に電子放出が確認
された。

【００９３】

【表１】

【００９４】実施例７〜１２ 実施例１で用いた溶液Ａ中に含まれる金属およびそのモ
ル比を、表２に示す量および比率に変更した以外は実施
例１と同様の方法で電子放出素子を作成し、それぞれの
素子の電気抵抗値および耐熱温度を測定した。表２に測
定結果を併せて示す。実施例１と同様にこれらの素子も
電子放出が確認された。

【００９５】

【表２】

【００９６】実施例１３ 実施例１におけるＥＤＴＡ―白金錯体のかわりに、ジシ
アノ金（Ｉ）酸アンモニウムを用いた以外は実施例１と
同様の方法で電子放出素子を作成し、素子の電気抵抗値
および耐熱温度を測定したところ、電気抵抗値は４８０
Ω、耐熱温度は４７０℃であった。実施例１と同様に電
子放出が確認された。

【００９７】実施例１４ 実施例１におけるＥＤＴＡ―白金錯体のかわりに、ジシ
アノ銀（Ｉ）酸アンモニウムを用いた以外は実施例１と
同様の方法で電子放出素子を作成し、素子の電気抵抗値
および耐熱温度を測定したところ、電気抵抗値は４４０
Ω、耐熱温度は４６０℃であった。実施例１と同様に電
子放出が確認された。

【００９８】実施例１５ １６行×１６列の２５６個の素子電極とマトリクス状配
線とを形成した電子源基体（図６参照）の各対向電極に
対して、実施例１と同様にして溶液Ａを塗布し、焼成・
整形したのち、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、支持枠、フェースプ
レートを接続し、真空封止して、画像形成装置を作成し
た。各素子に時分割で所定電圧を印加し、メタルバック
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。

【００９９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電子放出
素子の電子放出部が形成される導電性薄膜に金属酸化物
および貴金属を添加することによって、導電性薄膜の耐
熱温度を高めつつも素子抵抗の増加を抑制させることが
できるので、電気的特性が優れた電子放出素子および該
素子を用いた画像形成装置を提供することが可能とな
る。具体的には、素子を製造する際の安定化工程や画像
形成装置製造の際に、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、導電性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の電力を節減するこ
とができ、さらに工程時間を短縮することができる。

【０１００】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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面伝導型電子放出素子の一例を示す
模式図である。

【図２】本発明の表面伝導型電子放出素子の製造方法の
一例を説明するための図である。

【図３】本発明の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】本発明の表面伝導型電子放出素子の電子放出特
性を評価するための測定評価系の一例を示す概略構成図
である。

【図５】本発明の表面伝導型電子放出素子の電子放出特
性を示す図である。

【図６】本発明の表面伝導型電子放出素子を用いて構成
した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。

【符号の説明】

１ 基板 ２，３ 素子電極 ４ 導電性薄膜 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

Claims (4)

【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薄膜を有する電子
   放出素子において、該導電性薄膜がＰｄを主成分とし、
   さらにＡｇ，Ａｕ，Ｐｔのうち少なくとも１つおよび金
   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】 前記金属酸化物が、Ｂｉ，Ｃｒ，Ｚｎ，
   Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ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に記載の電子放出素子。
3. 【請求項３】 前記導電性薄膜を構成する材料が、Ｐｄ
   が５０ｍｏｌ％以上、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔのうち少なくと
   も１つが４５ｍｏｌ％以下、金属酸化物が５〜１５ｍｏ
   ｌ％からなることを特徴とする請求項２に記載の電子放
   出素子。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の電子放
   出素子を具備することを特徴とする画像形成装置。