JP2000251639A

JP2000251639A - 電子放出素子、その製造方法、電子源及び画像形成装置

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Publication number: JP2000251639A
Application number: JP4938199A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Yamamoto; 敬介山本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2000-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】高速な応答特性を有する電子放出特性と高輝
度を長時間にわたり実現する電子放出素子、その製法、
及びそれを用いた電子源及び画像形成装置を提供する。【解決手段】アルカリガラスを用いた基体１上に形成
された、対向する一対の素子電極２、３と、炭素を主成
分としてなる電子放出部５と、該電子放出部を含む導電
性薄膜４とを有してなる電子放出素子であって、前記ア
ルカリガラスを用いた基体１と、少なくとも前記電子放
出部５との接する界面に、誘電率の低い高分子絶縁薄膜
６を形成する。

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、電
子源及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
を用いた電子源及び、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、電子放出素子として熱電子源と冷
陰極電子源の２種類が知られている。冷陰極電子源には
電界放出型（以下ＦＥ型と略す）、金属／絶縁層／金属
型（以下ＭＩＭ型と略す）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＆
Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏ
ｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈ
ｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）あるいはＣ．Ａ．Ｓ
ｐｉｎｄｔ，“ＰｈｙｓｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓ
ｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈｍｏｌｙｂｄｅ
ｎｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４
７，５２４８（１９７６）等が知られている。

【０００４】ＭＩＭ型の例としては、Ｃ．Ａ．Ｍｅａ
ｄ、“ＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＴｕｎｎｅｌ−Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌｙ．Ｐ
ｈｙｓ．３２，６４６（１９６１）等が知られている。

【０００５】表面伝導型電子放出素子型の例としては、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，ＲａｄｉｏＥｎｇ．Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１０，１２９０（１９６
５）等がある。

【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．Ｄｉｔｍｍｅｒ，ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉｌ
ｍｓ，９，３１７（１９７２）］，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／ＳｎＯ
₂ 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌａｎｄ
Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔｅｄ：ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ＥＤ
Ｃｏｎｆ．，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
な素子構成として前述のＭ．ハートウェルの素子構成を
図１８に示す。同図において１は絶縁性基板である。４
は導電性薄膜で、Ｈ型形状のパターンに、スパッタで形
成された金属酸化物薄膜等からなり、後述のフォーミン
グと呼ばれる通電処理により線状の電子放出部５が形成
される。尚、図中の素子電極間隔Ｌは、０．５〜１ｍ
ｍ、Ｗは、０．１ｍｍで設定されている。

【０００８】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った。即ち、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
性薄膜を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、電気
的に高抵抗な状態にした電子放出部５を形成することで
ある。尚、電子放出部５は導電性薄膜４の一部に亀裂が
発生しその亀裂付近から電子放出が行われる。前記フォ
ーミング処理をした表面伝導型電子放出素子は、上述導
電性薄膜４に電圧を印加し、素子に電流を流すことによ
り、上述電子放出部５より電子を放出せしめるものであ
る。

【０００９】一方、例えば特開平７−２３５２５５号公
報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。
活性化処理工程とは、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。

【００１０】活性化工程は、有機物質を含有する雰囲気
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うことができる。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
合物が素子の少なくとも電子放出部に堆積し、素子電流
Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、著しく変化し、より良好な素子
放出特性を得ることができる。

【００１１】以上のような電子放出素子を複数個形成し
た電子源基板を用い、蛍光体などからなる画像形成部材
と組み合わせることで画像形成装置を構成できる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年の
情報の高度化に伴うマルチメディア化の急激な進展によ
り、ディスプレイ等の画像形成装置に対して、更に高い
性能が求められてきている。すなわち、表示装置の大画
面化、省電力化、高精細化、高画質化、省スペース化、
低コスト化等である。

【００１３】したがって、前述の電子放出素子において
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、高効率でかつ高速に応
答する電子放出特性を更に長時間保持し続けられる技術
が望まれている。

【００１４】ここで効率とは、表面伝導型電子放出素子
の一対の対向する素子電極に電圧を印加したとき、流れ
る電流（以下、素子電流Ｉｆと呼ぶ）に対する真空中に
放出される電流（以下、放出電流Ｉｅと呼ぶ）との電流
比を指す。つまり、素子電流Ｉｆはできるだけ小さく、
放出電流Ｉｅはできるだけ大きいことが望ましい。

【００１５】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、低電力で明るい
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。

【００１６】しかしながら、上述のＭ．ハートウエルの
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。

【００１７】すなわち、このような応用に用いるために
は、実用的な電圧（例えば１０Ｖないし２０Ｖ）で十分
な放出電流Ｉｅが得られること、放出電流Ｉｅ及び素子
電流Ｉｆが駆動中に大きく変動しないこと、長時間にわ
たり放出電流Ｉｅ及び素子電流Ｉｆが劣化しないこと、
が必要であるが、従来の表面伝導型電子放出素子には以
下のような問題点があった。

【００１８】図１８に示したように、表面伝導型電子放
出素子は、電圧印加方向にほぼ直行する線状の電子放出
部５を有している。

【００１９】電子放出部５は前述のようにフォーミング
により形成されるが、必ずしも図１８に示したような全
域にわたって一様な幅、形状で形成されるとは限らな
い。電子放出部５の幅、形状が不均一であると、電子放
出部５にかかる電界は一様とはならず、場合によって
は、電界が弱いために電子放出の起こらない領域や、局
所的に大きな電界がかかる領域が生じることがある。こ
の様な不均一な電子放出部形態の場合、十分な放出電流
Ｉｅが得られなかったり、駆動中の特性の変動や劣化が
著しくなる。

【００２０】一方、前述の活性化工程によれば、炭素あ
るいは炭素化合物が電子放出部５及びその近傍に堆積し
て新たに電子放出部５を構成するようになる。それによ
り、放出電流Ｉｅ及び素子電流Ｉｆが増大するが、電子
放出効率、寿命等の素子特性は、活性化工程によって堆
積した炭素あるいは炭素化合物の構造や安定性によって
左右される。また、大型ディスプレーの低コスト化にお
いては、安価なアルカリガラスを使用できれば好まし
い。また大型基板を用いた場合、基板の反り等が問題と
なり、残留応力が問題となってくる。また、アルカリガ
ラスを基体として用いた場合、一般的にアルカリガラス
は誘電率が比較的高く、素子特性に、基板間の浮遊容量
成分がみられるという問題があった。このために、高速
に電子放出を行おうとすると、浮遊容量成分により、最
初、充電電流が流れて、安定した電子放出が得られなか
った。

【００２１】したがって、表面伝導型電子放出素子を用
いた、フラットテレビ等に応用可能な高品位な画像形成
装置を低コストで実現するためには、該電子放出素子の
電子放出部を、アルカリガラスを用いても、浮遊容量が
少なくかつ高速動作する最適な構造と安定性を有する炭
素あるいは炭素化合物により形成する必要がある。

【００２２】本発明は、上記問題を鑑み、高速な応答特
性を有する電子放出特性と高輝度を長時間にわたり実現
する表面伝導型電子放出素子の構成とその製造方法、及
びそれを用いた電子源及び画像形成装置を提供するもの
である。

【００２３】

【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。

【００２４】本発明の電子放出素子は、アルカリガラス
を用いた基体上に形成された、対向する一対の素子電極
と、炭素を主成分としてなる電子放出部と、該電子放出
部を含む導電性薄膜からなる電子放出素子であって、ア
ルカリガラス上と、少なくとも該電子放出部との接する
界面には、誘電率の低い高分子絶縁薄膜が形成されてい
ることを特徴とする。

【００２５】上記誘電率の低い高分子絶縁薄膜は、比誘
電率が２乃至５程度であることが好ましい。

【００２６】また上記誘電率の低い高分子絶縁薄膜は、
ヤング率が１×１０ｅ８ｇｆ／ｃｍ² 以下であることが
好ましい。

【００２７】さらに、上記高分子絶縁薄膜は、耐熱温度
が４００℃以上あることが好ましい。

【００２８】また上記高分子絶縁薄膜は、厚さが０．５
μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。

【００２９】次に、本発明の電子放出素子の製造方法
は、上記本発明の電子放出素子を製造する方法であっ
て、少なくとも、アルカリガラス上に高分子薄膜を形成
する工程と、一対の素子電極を形成する工程と、導電性
薄膜を形成する工程と、フォーミング工程と、活性化工
程とを有することを特徴とする。

【００３０】上記高分子絶縁薄膜を形成する工程は、ス
ピンコート法、エアロコート法、ディッピング法、印刷
法、インクジェット法のうち、いずれかの手法を用いる
ことができる。

【００３１】更に本発明は、電子源、画像形成装置及び
表示装置を包含する。

【００３２】本発明の電子源は、入力信号に応じて電子
を放出する電子源であって、上記本発明のの電子放出素
子を、基板上に複数個配置したことを特徴とする。

【００３３】この電子源の好ましい形態は、基板に複数
の電子放出素子を複数個並列に配置し、個々の素子の両
端を配線に接続した電子放出素子の行を複数有し、更
に、変調手段を有するものである。更に好ましくは、基
板に、互いに電気的に絶縁されたｍ本のＸ方向配線とｎ
本のＹ方向配線とに、該電子放出素子の一対の素子電極
とを接続した電子放出素子を、複数個配列したものであ
る。

【００３４】本発明の画像形成装置は、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、画像
形成部材と上記本発明の電子源とを具備して構成された
ことを特徴とするものである。この画像形成装置を用い
ることにより、画像形成装置を含むテレビジョン放送用
の表示装置を構成することができる。

【００３５】本発明の表面伝導型電子放出素子によれ
ば、高速応答に適応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。

【００３６】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できる。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好ましい実施形
態について述べる。

【００３８】まず、本発明にかかわる表面伝導型電子放
出素子の基本的な構成について説明する。

【００３９】図１の（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発
明にかかわる基本的な平面型の表面伝導型電子放出素子
の構成を示す平面図及び断面図である。図２の（ａ）、
（ｂ）は、それぞれ、本発明にかかわる表面伝導型電子
放出素子の電子放出部近傍の構造を拡大して模式的に示
す平面図及び断面図である。図１、図２を用いて、本発
明に係る素子の基本的な構成を説明する。

【００４０】図１において、１は基板、２と３は素子電
極、４は導電性薄膜、５は電子放出部、６は高分子絶縁
体薄膜である。

【００４１】図２において、１は基板、２と３は素子電
極、４は導電性薄膜、５は電子放出部、６は高分子絶縁
体薄膜、２１は炭素を主成分とする堆積物である。

【００４２】基板１としては、Ｎａ等の不純物含有量を
減少したガラス、青板ガラス、等の比較的入手しやすく
かつ安価なアルカリガラス基板が挙げられる。

【００４３】対向する素子電極２、３の材料としては、
導電性を有するものであればどのようなものであっても
構わないが、例えばＮｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐ
ｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属或は合金及びＰ
ｄ、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 Ｏ
₃−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することができる。

【００４４】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、この素子の応用形態等によって適宜
設計され、例えば、後述するテレビジョン等の表示装置
では、画面サイズに対応した画素サイズが設計され、と
りわけ、高品位テレビでは画素サイズが小さく高精細さ
が要求される。そのため、電子放出素子のサイズが限定
されたなかで十分な輝度を得るためには、十分な放出電
流が得られるように設計される。

【００４５】素子電極間隔Ｌは、数十ｎｍより数百μｍ
であり、素子電極の製法の基本となるフォトリソグラフ
ィー技術、即ち、露光機の性能とエッチング方法等、及
び、素子電極間に印加する電圧により設定されるが、好
ましくは、数μｍより数十μｍである。

【００４６】素子電極長さＷ、及び、素子電２、３の膜
厚ｄは、電極の抵抗値、前述したＸ、Ｙ配線との結線、
多数配置された電子源の配置上の問題より適宜設計さ
れ、通常は、素子電極の長さＷは、数μｍから数百μｍ
であり、素子電極２、３の膜厚ｄは、数ｎｍより数μｍ
である。

【００４７】尚、図１に示した構成だけでなく、基板１
上に、高分子絶縁体薄膜６、導電性性薄膜４、対向する
素子電極２、３の順や、基板１上に、対向する素子電極
２、３、高分子絶縁薄膜６、導電性薄膜４の順に積層し
た構成とすることもできる。

【００４８】導電性薄膜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。一般に、導電性薄膜４の熱的安定性は電子放出特性
の寿命を支配する重要なパラメータであり、導電性薄膜
４の材料としてより高融点な材料を用いるのが望まし
い。しかしながら、通常、導電性薄膜４の融点が高いほ
ど後述する通電フォーミングが困難となり、電子放出部
形成のためにより大きな電力が必要となる。さらに、そ
の結果得られる電子放出部の形態によって、電子放出し
得る印加電圧（しきい値電圧）が上昇する等、電子放出
特性に問題が生じる場合がある。

【００４９】本発明においては、導電性薄膜４の材料と
して特に高融点のものを必要とはせず、比較的低いフォ
ーミング電力で良好な電子放出部が形成可能な材料・形
態のものを選ぶことができる。上記条件を満たす材料の
例として、Ｎｉ、Ａｕ、ＰｄＯ、Ｐｄ、Ｐｔ等の導電材
料をＲｓ（シート抵抗）が１０² から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、厚さがｔ、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、
抵抗率をρとすれば、Ｒｓ＝ρ／ｔである。上記抵抗値
を示す膜厚はおよそ５ｎｍから５０ｎｍの範囲にある。

【００５０】さて、前に例示した材料のなかでも、Ｐｄ
Ｏ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得るこ
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。

【００５１】電子放出部５は、導電性薄膜４の一部に形
成された、例えば亀裂等の高抵抗部であるが、後述する
活性化工程を経ることにより、図２に示すように、炭素
を主成分とした堆積物２１で構成される。

【００５２】電子放出部５を構成する炭素を主成分とし
た堆積物２１は基板１の表面に形成された高分子絶縁膜
に接している。本発明では、詳しくは後述するが、活性
化工程における有機物質からの炭素堆積過程中に、誘電
率の高いアルカリガラスを単独で用いると、微少領域に
おけるアルカリガラス及び炭素を主成分とした堆積物と
の界面で、ガラス基板内で高い電界強度を有し、結果と
して、浮遊容量成分となることがある。

【００５３】本発明では、前述のように、炭素の堆積及
び、アルカリガラス基板上に作製した高分子絶縁体で、
かつ比誘電率の低いものを有するので、浮遊容量成分が
全くみられない。このために高分子絶縁体薄膜層６とし
て、いろいろな形態を用いることができる。また、一般
的に高分子薄膜を使用しているために、ヤング率が低い
ために残留応力が低く、大型アルカリガラス基板にコー
トしても反り等の問題がすくないことも、もう一つの特
徴でもある。また、後述する、画像形成装置に適応する
場合には、高分子絶縁薄膜の特性として、封着時や、ベ
ーキング時等で、温度履歴が多く、耐熱性も要求され
る。

【００５４】図３は、アルカリガラス基板上に電子放出
素子を形成した場合（ｂ）と、本発明における高分子絶
縁体薄膜をコートした基板上に電子放出素子を形成した
場合（ｃ）の印加波形（ａ）に対する素子の応答波形で
ある。アルカリガラス基板上に電子放出素子を形成した
場合、図（ｂ）のように、浮遊容量成分による応答波形
が得られる場合がある。これは、一般的にアルカリガラ
スは、比誘電率が大きいために電子放出素子を形成する
際に浮遊容量成分が形成されることが考えられる。

【００５５】図３（ｂ）に示した応答波形を示すと、電
子放出電流と寄生容量の充電電流が共存するので、応答
特性として、高速応答させると、よけいな充電電流がな
がれてしまい。結果として電子放出効率が低下するので
好ましくない。

【００５６】一方、本発明において、アルカリガラス基
板上に低誘電率を有する高分子絶縁体をコートした基板
上で電子放出素子を形成した場合には、図３（ｃ）のよ
うな印加波形（ａ）に対して良好に応答する。その結果
高速動作を可能とする電子放出素子を実現できる。

【００５７】本発明において、高分子絶縁体を種々検討
した結果、好ましくは比誘電率が、２乃至５程度のもの
を用いることで、図３（ｃ）の応答波形が容易に得られ
ることが判った。

【００５８】基板の反りを問題にした場合、一般的に高
分子絶縁薄膜は、残留応力が低いことがしられている。
このために本発明においては、高分子絶縁薄膜を使用し
ている特徴もある。

【００５９】基板の反り等を詳細に検討した結果、高分
子絶縁薄膜のヤング率は１×１０ｅ８ｇｆ／ｃｍ² 以下
で厚さは、０．５μｍ以上１０μｍ以下であると反り等
は大型アルカリガラス基板を用いても問題無いことが判
った。

【００６０】また、画像形成装置においては、種々の熱
プロセスを経るので、高分子絶縁薄膜の耐熱性が要求さ
れる。このため、耐熱性が４００℃以上あることが好ま
しい。

【００６１】以上のことを両立させる、高分子絶縁薄膜
としては、一般的には、半導体用ポリイミドが良好であ
る。この半導体用ポリイミドに関しては、種々のメーカ
ーから市販されており、多様な特性を有するものが入手
可能である。

【００６２】また、これらの高分子絶縁薄膜の形成方法
は、スピンコートが一般的であるが、さらにエアロコー
ト、ディッピング、印刷、インクジェット等の手法で塗
布し、焼成により容易に作製することができる。特に、
印刷、インクジェット法では、任意の所望の位置に作製
できるので、好ましい。

【００６３】以上述べたように、本発明では、電子放出
部５を誘電率の低い高分子絶縁体薄膜上で形成するの
で、浮遊容量のない素子が形成できるので、高速動作可
能となり、かつ安定性に優れ、長時間にわたり安定な電
子放出特性を得ることができる。

【００６４】次に、本発明に係る別な構成の表面伝導型
電子放出素子である垂直型表面伝導型電子放出素子につ
いて説明する。

【００６５】図４は、基本的な垂直型表面伝導型電子放
出素子の構成を示す模式的図面である。

【００６６】図４においては、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。
４１は段差形成部である。基板１、素子電極２及び３、
導電性薄膜４、電子放出部５、高分子絶縁体薄膜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。段差形成部４１は、アル
カリガラスをエッチングにより形成し、段差形成部４１
の膜厚が、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、数十ｎｍから数十μｍの範囲
とすることができる。この膜厚は、段差形成部の製法、
及び、素子電極間に印加する電圧と電子放出し得る電界
強度を考慮して設定されるが、数十ｎｍから数μｍの範
囲が好ましい。

【００６７】導電性薄膜４は、段差形成部４１、高分子
絶縁体薄膜６、素子電極２及び３の作製後に形成される
ため、素子電極２、３の上に積層される。なお、電子放
出部５は、図４においては、段差形成部４１に形成され
ているが、作製条件、通電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ない。

【００６８】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考えられるが、その一例を図５に
示す。

【００６９】以下、図１及び図５を参照しながら製造方
法の一例について説明する。

【００７０】１）アルカリガラス基板１を洗剤、純水及
び有機溶剤により十分に洗浄後、スピンコート法によ
り、高分子絶縁体薄膜６を形成する。その後３５０℃で
焼成する（図５（ａ））。

【００７１】２）つづいて、高分子絶縁体薄膜６を形成
したアルカリガラス基板１に、素子電極材料を、真空蒸
着法、スパッタ法等により堆積後、フォトリソグラフィ
ー技術により素子電極２、３を形成する（図５
（ｂ））。

【００７２】３）高分子絶縁体薄膜６を形成したアルカ
リガラス基板１上に設けられた素子電極２と素子電極３
との間に、有機金属溶液を塗布して乾燥することによ
り、有機金属膜を形成する。なお、有機金属液とは、前
記Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ等の金属を主元元素とする有
機金属化合物の溶液である。この後、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、導電性薄膜４を形成する（図５（ｃ））。な
お、ここでは、有機金属溶液の塗布法により説明した
が、これに限るものでなく、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、インクジェット法等によって形成される場合もあ
る。

【００７３】４）つづいて、フォーミングと呼ばれる通
電処理を、素子電極２、３間に電圧を不図示の電源によ
りパルス状電圧あるいは、昇電圧の印加により行うと、
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５（ｄ））。この通電処理により導電性薄
膜４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（高抵抗部位）を電子放出部５と呼ぶ。

【００７４】フォーミング処理以降の電気的処理は、図
６に示す測定評価装置内で行う。以下に測定評価装置を
脱明する。

【００７５】図６は、図１で示した構成を有する素子の
口子放出特性を測定するための測定評価装置の概略構成
図である。図６において、１は基体、２及び３は素子電
極、４は導電性薄膜、５は電子放出部、６は高分子絶縁
体薄膜を示す。また、６１は素子に素子電圧Ｖｆを印加
するための電源、６０は素子電極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、６４
は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、６３はアノード電極６４に電
圧を印加するための高圧電源、６２は素子の電子放出部
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。

【００７６】電子放出素子の上記素子電流Ｉｆ、放出電
流Ｉｅの測定にあたっては、素子電極２、３に電源６１
と電流計６０とを接続し、該電子放出素子の上方に電源
６３と電流計６２とを接続したアノード電極６４を配置
している。また、電子放出素子及びアノード電極６４は
真空装置内に設置され、その真空装置には不図示の排気
ポンプ及び真空計等の真空装置に必要な機器が具備され
ており、所望の真空下で素子の測定評価を行えるように
なっている。なお、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あるいは、オ
イルを使用しない、磁気浮上ターボポンプ、ドライポン
プ等の高真空装置系と更に、イオンポンプからなる超高
真空装置系からなる。また、真空装置全体、及び電子放
出素子は、不図示のヒータにより加熱できる。

【００７７】なお、アノード電極の電圧を１ｋＶ〜１０
ｋＶ、アノード電極と電子放出素子との距離Ｈは２ｍｍ
〜８ｍｍの範囲で測定した。

【００７８】フォーミング処理はパルス波高値が定電圧
のパルスを印加する場合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場合とがある。まず、パルス
波高値が定電圧のパルスを印加の場合の電圧波形を図７
の（ａ）に示す。

【００７９】図７の（ａ）中、Ｔ１及びＴ２は電圧波形
のパルス幅とパルス間隔であり、Ｔ１を１μｓｅｃ〜１
０ｍｓｅｃ、Ｔ２を１０μｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃと
し、三角波の波高値（フォーミング時のピーク電圧）は
適宜選択する。

【００８０】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の電圧波形を、図７の（ｂ）に
示す。

【００８１】図７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、Ｔ１を１μｓｅｃ〜１
０ｍｓｅｃ、Ｔ２を１０μｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃと
し、三角波の波高値（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。

【００８２】なお、フォーミング処理の終了は、フォー
ミング用パルスの間に、導電性薄膜２を局所的に破壊、
変形しない程度の電圧例えば０．１Ｖ程度のパルス電圧
を挿入して素子電流を測定し、抵抗値を求め、例えば、
１ＭΩ以上の抵抗を示した時、フォーミングを終了とし
た。

【００８３】以上説明した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、素子の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
てもよく、その波高値及びパルス幅、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
成されるように、電子放出素子の抵抗値等にあわせて、
適当な値を選択する。

【００８４】５）次に、フォーミングが終了した素子に
活性化処理を施す。活性化処理の工程は、有機物質を含
有する雰囲気下で行うが、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物質を利用して形
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圧力
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。

【００８５】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、ニトリル類、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、ベンゾニトリル、アセトニ
トリル、トルニトリル、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等が
使用できる。

【００８６】この処理により、雰囲気中に存在する有機
物質から、炭素が素子上に堆積し、素子電流Ｉｆ、放出
電流Ｉｅが、著しく変化するようになる。

【００８７】本発明においては、フォーミング処理及び
活性化処理によって導電性薄膜４が局所的に破壌、変形
した部位（すなわち電子放出部５）において高分子絶縁
体薄膜６があるので、寄生容量の少ない素子が形成でき
る。

【００８８】尚、高分子絶縁体薄膜６のないアルカリガ
ラス（例えばソーダライムガラス（比誘電率９）を用い
ると局所的に変形した部位及び、形成された炭素近傍に
電界が集中しガラスによる寄生容量成分が大きくなる。

【００８９】なお、活性化工程の終了判定は、素子電流
Ｉｆ及び／または放出電流Ｉｅを測定しながら、適宜行
う。パルス幅、パルス間隔、パルス波高値などは適宜設
定することができる。

【００９０】本発明におけるグラファイト状の炭素と
は、完全なグラファイトの結晶構造を有するもの（いわ
ゆるＨＯＰＣ）、結晶粒が２０ｎｍ程度で結晶構造がや
や乱れたもの（ＰＧ）、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（ＧＣ）を包含す
るが、グラファイト層間隔として、０．３８ｎｍ以下
（完全なグラファイトでは０．３３５ｎｍ）の炭素が含
まれているものが好ましい。すなわち、グラファイト粒
子間の粒界などの層の乱れが存在していても好ましく用
いることができる。

【００９１】なお、上記グラファイト状炭素の膜厚は、
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。

【００９２】６）こうして作製した電子放出素子に、好
ましくは、安定化工程を行う。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、１．３×１０^-5Ｐａ以下が好ましく、さらに１×１
０^-6Ｐａ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、８０〜３５０℃、好ましくは２００℃以上で
できるだけ長時間行なうのが望ましいが、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。

【００９３】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堆持するのが好ま
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。

【００９４】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。

【００９５】上述のような製造方法によって作製された
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
６、図８を用いて脱明する。

【００９６】図８は、図６に示した測定評価装置により
測定された放出電流Ｉｅ、素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆ
の関係の典型例を模式的に示した図である。なお、図８
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。なお、縦・横軸と
もリニアスケールである。

【００９７】図８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
て三つの特徴的性質を有する。

【００９８】まず第１に、本素子はある電圧（しきい値
電圧と呼ぶ、図８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、一方しきい値電圧Ｖ
ｔｈ以下では放出電流Ｉｅがほとんど検出されない。す
なわち、放出電流Ｉｅに対する明確なしきい値電圧Ｖｔ
ｈを持った非線形素子である。

【００９９】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。

【０１００】第３に、アノード電極４４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４４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。

【０１０１】図８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）例を実線に示した。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）。これら特
性は、前述の工程を制御することで制御できる。

【０１０２】以上のような表面伝導型電子放出素子の特
性を用いると、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。さらに、本発明にかかわる電子
放出素子は、長時間にわたって安定かつ高輝度な電子放
出特性を有するため、多方面への応用が期待できる。

【０１０３】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。

【０１０４】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。

【０１０５】基板上の素子の配列については、例えば、
多数の電子放出素子を並列に配置し、個々の素子の両端
を配線にて結線した、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に（列方向
と呼ぶ）、該電子源の上方の空間に設置された制御電極
（グリツドと呼ぶ）により電子を制御駆動する配列形態
（はしご型という）、及び次に述べるｍ本のＸ方向配線
の上にｎ本のＹ方向配線を、層間絶縁層を介して設置
し、表面伝導型電子放出素子の一対の素子電極にそれぞ
れ、Ｘ方向配線、Ｙ方向配線を接続した配列形態が挙げ
られる。以降これを単純マトリクス配置と呼ぶ。

【０１０６】次に、この単純マトリクス配置について詳
述する。

【０１０７】本発明にかかわる表面伝導型電子放出素子
の前述した３つの基本的特性の特徴によれば、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、個々の素子に上記パルス
状電圧を適宜印加すれれば、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こ
ととなる。

【０１０８】以下この原理に基づき構成した電子源基板
について、図９を用いて説明する。ｍ本のＸ方向配線９
２は、ＤＸ１、ＤＸ２、…ＤＸｍからなり、上記基板１
上に、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等で形成し、所
望のパターンとした導電性金属等からなり、多数の表面
伝導型電子放出素子にほぼ均等な電圧が供給されるよう
に、配線の材料、膜厚、幅が設計される。Ｙ方向配線９
３は、ＤＹ１、ＤＹ２…ＤＹｎのｎ本の配線よりなり、
Ｘ方向配線９２と同様に形成される。これらｍ本のＸ方
向配線９２とｎ本のＹ方向配線９３との間には、不図示
の層間絶縁層が設置され、両者を電気的に分離して、マ
トリックス配線を構成している（ｍ、ｎは、共に正の整
数）。

【０１０９】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９２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９２とＹ方向配線９３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
９２とＹ方向配線９３は、それぞれ外部端子として引き
出されている。

【０１１０】なお、表面伝導型放出素子９４の直下に、
高分子絶縁体薄膜及び、アルカリガラス基板１は形成さ
れている（不図示）。

【０１１１】さらに、前述と同様にして、表面伝導型放
出素子９４を構成する一対の電極（不図示）が、ｍ本の
Ｘ方向配線９２（ＤＸ１、ＤＸ２、…ＤＸｍ）とｎ本の
Ｙ方向配線９３（ＤＹ１、ＤＹ２、…ＤＹｎ）と導電性
金属等からなる結線９５によって電気的に接続されてい
る。

【０１１２】ここで、ｍ本のＸ方向配線９２とｎ本のＹ
方向配線９３を構成する材料、結線９５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。

【０１１３】また、詳しくは後述するが、前記Ｘ方向配
線９２には、Ｘ方向に配列する表面伝導型放出素子９４
の行を、入力信号に応じて、走査するための走査信号を
印加するための不図示の走査信号印加手段と電気的に接
続される。一方、Ｙ方向配線９３には、Ｙ方向に配列す
る表面伝導型放出素子９４の各列を入力信号に応じて、
変調するための変調信号を印加するための不図示の変調
信号発生手段と電気的に接続される。

【０１１４】更に、表面伝導型放出素子の各素子に印加
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ものである。

【０１１５】次に、以上のようにして作製した電子源基
板を用いた電子源、及び、表示等に用いる画像形成装置
について、図１０と図１１を用いて説明する。図１０
は、画像形成装置の基本構成図であり、図１１は蛍光膜
である。

【０１１６】図１０において、９１は電子放出素子を複
数配した電子源基板、１０１は電子源基板９１を固定し
たリアプレート、１０６はガラス基板１０３の内面に蛍
光膜１０４とメタルバック１０５等が形成されたフェー
スプレートである。１０２は支持枠であり、該支持枠１
０２には、リアプレート１０１、フェースプレート１０
６が、フリットガラス等を塗布し、大気中あるいは窒素
中で、４００〜５００℃の温度範囲で１０分以上焼成す
ることで、封着され、以て外囲器１０８を構成してい
る。

【０１１７】図１０において、９４は、図１あるいは図
２に示された表面伝導型電子放出部に相当する。９２、
９３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。また、これ
ら素子電極への配線は、素子電極と配線材料が同一であ
る場合は、素子電極と呼ぶ場合もある。

【０１１８】外囲器１０８は、上述の如く、フェースー
プレート１０６、支持枠１０２、リアプレート１０１で
構成したが、リアプレート１０１は主に基板９１の強度
を補強する目的で設けられるため、基板９１自体で十分
な強度を持つ場合は別体のリアプレート１０１は不要で
ある。即ち、基板９１に直接支持枠１０２を封着し、フ
ェースプレート１０６、支持枠１０２及び基板９１で外
囲器１０８を構成しても良い。一方、フェースープレー
ト１０６、リアプレート１０１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１０８を構成することもで
きる。

【０１１９】図１１は、蛍光膜を示す模式図である。蛍
光膜１０４は、モノクロームの場合は蛍光体のみから成
るが、カラーの蛍光膜の場合は、蛍光体の配列によりブ
ラックストライプあるいはブラックマトリクスなどと呼
ばれる黒色導電材１１１と蛍光体１１２とで構成され
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１１２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１０４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。ブ
ラックストライプの材料としては、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。

【０１２０】ガラス基板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、印刷法等が採用
できる。蛍光膜１０４の内面側には、通常メタルバック
１０５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１０
６側へ鏡面反射させ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。

【０１２１】フェースプレート１０６には、更に蛍光膜
１０４の導電性を高めるため、蛍光膜１０４の外面側に
透明電極（不図示）を設けてもよい。前述の封着を行う
際には、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、十分な位置合わせを行う必要が
ある。

【０１２２】外囲器１０８は、不図示の排気管を通じ、
１．３×１０^-5Ｐａ程度の真空度にした後、封止が成さ
れる。また、外囲器１０８の封止後の真空度を維持する
ために、ゲッター処理を行なう場合もある。これは、外
囲器１０８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の加熱法により、外囲器１０８
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。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、たとえ
ば、１．３×１０^-3Ｐａないしは１．３×１０^-5Ｐａの
真空度を維持するものである。

【０１２３】以上により完成した本発明の画像表示装置
において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄｏｘ１な
いしＤｏｘｍ、Ｄｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じ、電圧を
印加することにより、電子放出させ、高圧端子１０７を
通じ、メタルバック１０５あるいは透明電極（不図示）
に数ｋＶ以上の高圧を印加し、電子ビームを加速し、蛍
光膜１０４に衝突させ、励起・発光させることで画像を
表示するものである。

【０１２４】なお、以上述べた構成は、表示等に用いら
れる好適な画像形成装置を作製する上で必要な概略構成
であり、例えば各部材の材料等、詳細な部分は上述内容
に限られるものではなく、画像装置の用途に適するよう
適宜選択することができる。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ための
駆動回路の構成例について、図１２を用いて説明する。

【０１２５】図１２は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応
じて表示を行なうための駆動回路の一例を示すブロック
図であり、図１２中、１２１は画像表示パネル、１２２
は走査信号発生回路、１２３はタイミング制御回路、１
２４はシフトレジスタである。１２５はラインメモリ、
１２６は同期信号分離回路、１２７は変調信号発生器、
ＶｘおよびＶａは直流電圧源である表示パネル１２１
は、端子Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ、端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏ
ｙｎ、及び高圧端子１０７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一
行（ｎ素子）ずつ順次駆動するため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
選択された一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ための変調信号が印加される。
高圧端子１０７には、直流電圧源Ｖａより、例えば１０
ｋＶ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ための加速電圧であ
る。

【０１２６】走査信号発生回路１２２は、内部にｍ個の
スイッチング素子を備えたもので（図中、Ｓ１ないしＳ
ｍで模式的に示している）ある。各スイッチング素子
は、直流電圧源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１２
１の端子Ｄｘ１ないしＤｘｍと電気的に接続される。Ｓ
１乃至Ｓｍの各スイッチング素子は、制御回路１２３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。

【０１２７】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。

【０１２８】タイミング制御回路１２３は、外部より入
力する画像信号に基づいて適切な表示が行なわれるよう
に各部の動作を整合させる機能を有する。タイミング制
御回路１２３は、同期信号分離回路１２６より送られる
同期信号Ｔｓｙｎｃに基づいて、各部に対してＴｓｃａ
ｎおよびＴｓｆｔおよびＴｍｒｙの各制御信号を発生す
る。

【０１２９】同期信号分離回路１２６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１２６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。該ＤＡＴＡ信号はシフトレジスタ１２４に入力
される。

【０１３０】シフトレジスタ１２４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１２３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
１２４のシフトクロックであるということもでき
る。）。シリアル／パラレル変換された画像１ライン分
（電子放出素子Ｎ素子分の駆動データに相当）のデータ
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１２４より出力される。

【０１３１】ラインメモリ１２５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ための記憶装置であ
り、制御回路１２３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、Ｉ’ｄ１乃至Ｉ’ｄｎとして出力され、変調
信号発生器１０７に入力される。

【０１３２】変調信号発生器１２７は、画像データＩ’
ｄ１乃至Ｉ’ｄｎ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ための信号源であり、そ
の出力信号は、端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを通じて表示
パネル１２１内の表面伝導型電子放出素子に印加される
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に対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しきい値電圧Ｖｔｈがあり、Ｖ
ｔｈ以上の電圧を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を変化させる事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
する事が可能である。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、パル
ス幅変調方式等が採用できる。

【０１３３】電圧変調方式を実施するに際しては、変調
信号発生器１２７として、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パルスの波高値を変
調するような電圧変調方式の回路を用いることができ
る。

【０１３４】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１２７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。

【０１３５】シフトレジスタ１２４やラインメモリ１２
５は、デジタル信号式のものをもアナログ信号式のもの
をも採用できる。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。

【０１３６】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路１２６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１２６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１２
５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１２７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１２７には、例えばＤ／Ａ変換
回路を用い、必要に応じて増幅回路などを付加する。パ
ルス幅変調方式の場合、変調信号発生器１２７には、例
えば高速の発振器およ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。

【０１３７】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１２７には、例えばオペアンプなど
を用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフ
ト回路など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。

【０１３８】このような構成をとり得る本発明を適用可
能な画像表示装置においては、各電子放出素子に、容器
外端子Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを
介して電圧を印加することにより、電子放出が生ずる。
高圧端子Ｈｖ（１０７）を介してメタルバック１０５、
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１０４に衝突
し、発光が生じて画像が形成される。

【０１３９】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方式など他の
ものでも良く、これよりも、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Ｔ
Ｖ）方式をも採用できる。

【０１４０】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。

【０１４１】

【実施例】以下、実施例を挙げて、本発明をさらに詳述
する。

【０１４２】（実施例１）本発明にかかわる基本的な表
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、及び図２（ａ）、（ｂ）の拡大した
平面図及び断面図と同様である。

【０１４３】本発明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５と同様である。以下、図１、
図２、図５を用いて、本発明に関わる素子の基本的な構
成及び製造法を説明する。

【０１４４】以下、順を追って製造方法の説明を図１、
図２及び図５に基づいて説明する工程−ａ最初に、清浄化したソーダライム基板１上に日立化成社
製ＰＩＱ−１６００をスピンコートし３５０℃で焼成し
た。尚このときの膜厚は２μｍであった。この膜を別の
評価方法により比誘電率を計測したところ、３．５であ
った。同時にソーダライム基板の比誘電率を計測したと
ころ、９．５であった。

【０１４５】このようにして、基板１上に高分子絶縁体
薄膜６を形成した。

【０１４６】一方、本発明の効果を明確にするため、高
分子絶縁体薄膜６の形成を行なわないソーダライム基板
を用意し、以後の工程を本実施例の素子と同様に行な
い、比較例の素子とした。

【０１４７】工程−ｂ高分子絶縁体薄膜６を形成した基板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）で形成し、電子ビーム蒸着法により、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、素子電極間隔は３μｍとし、素子電極の
幅Ｗが３００μｍを有する素子電極２、３を形成した。

【０１４８】工程−ｃ膜厚１００ｎｍのＣｒ膜を真空蒸着により堆積し、後述
の導電性薄膜の形状に対応する開口を有するようにパタ
ーニングし、そのうえに有機パラジウム化合物溶液（ｃ
ｃｐ４２３０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よりなる導電
性薄膜４の膜厚は１０ｎｍ、シート抵抗Ｒｓは２×１０
⁴ Ω／□であった。

【０１４９】工程−ｄＣｒ膜及び焼成後の導電性薄膜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の導電性薄膜４を形成
した。

【０１５０】以上の工程により基板１上に、高分子絶縁
体薄膜６、素子電極２、３、導電性薄膜４を形成した。

【０１５１】工程−ｅ次に、図６の測定評価装置に設置し、真空ポンプにて排
気し、１．３×１０^-6Ｐａの真空度に達した後、素子に
素子電圧Ｖｆを印加するための電源６１より、素子の素
子電極２、３間に電任を印加し、フォーミング処理を行
なった。フォーミング処理の電圧波形は図７の（ｂ）に
示したものである。

【０１５２】図７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１
ｍｓｅｃ、Ｔ２を１０ｍｓｅｃとし、矩形波の波高値は
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、フォーミング用パルスの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。

【０１５３】工程−ｆ続いて、活性化工程を行なうために、トルニトリルをス
ローリークバルブを通して真空装置内に導入し、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１３に示した波形で波高値を１５Ｖ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Ｉｆ
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Ｉｆ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。

【０１５４】なお、高分子絶縁体薄膜６を形成しなかっ
た比較例の素子にも同様の活性化工程を行った。

【０１５５】工程−ｇ続いて、安定化工程を行なう。真空装置及び電子放出素
子をヒータにより加熱して約２５０℃に推持しながら真
空装置内の排気を続けた。２０時間後、ヒータによる加
熱をやめ、室温に戻したところ真空装置内の圧力は２．
７×１０^-8Ｐａ程度に達した。

【０１５６】続いて、電子放出特性の測定を行なった。

【０１５７】アノード電極６４と電子放出素子の間の距
離Ｈを４ｍｍとし、高圧電源６３によりアノード電極６
４に１ｋＶの電位を与えた。この状態で、電源６１を用
いて素子電極２、３の間に波高値１５Ｖの矩形パルス電
圧を印加して、電流計６０及び電流計６２により、本実
施例の素子及び比較例の素子の素子電流Ｉｆ及び放出電
流Ｉｅをそれぞれ測定した。

【０１５８】尚、この時の測定においては、素子の応答
特性をみるために、図３の（ａ）の印加波形をいれ、そ
れぞれ、素子電流Ｉｆの応答を測定した。その結果、高
分子絶縁体薄膜上に形成された素子の応答特性は、図３
（ｃ）の波形をしており、比較のために作製したソーダ
ライム基板上に作製した素子の応答特性は図３（ｂ）の
応答を示した。

【０１５９】また、この応答波形の経時変化を測定した
ところ、比較例の素子は、不安定で、応答波形に経時変
化があり、かつパルス幅、印加パルス電圧を変えると応
答波形が異なった。

【０１６０】一方、本実施例の素子は、経時変化もな
く、高速応答が安定して得られた。

【０１６１】この結果から、本実施例の素子は、比較例
の素子と比較して、寄生容量による充放電電流がみられ
ないだけではなく、安定性においても優れていることが
わかった。

【０１６２】（実施例２）本実施例においても、基本的
な表面伝導型電子放出素子の構成は、図１の（ａ）、
（ｂ）の平面図及び断面図、及び図２の（ａ）、（ｂ）
の拡大した平面図及び断面図と同様である。

【０１６３】また、本実施例に係わる表面伝導型電子放
出素子の製造法も、基本的には図５と同様である。以
下、図１、図２、図５を用いて、本実施例に関わる素子
の基本的な構成及び製造法を説明する。

【０１６４】以下、順をおって製造方法の説明を図１、
図２及び図５に基づいて説明する。

【０１６５】工程−ａ洗浄した大きさ６０ｃｍ×４０ｃｍ厚さ２．７ｍｍのア
ルカリガラス基板（旭ガラス社製ＰＤ２００）１上に日
立化成社製ＰＩＸ１５００をスピンコーティングを行
い、この基板を３５０℃で３０分焼成した。この時の膜
厚は３μｍであった。このようにして、基板１上に高分
子絶縁体薄膜６をコートした。

【０１６６】尚、この時の基板の最大反り量を測定した
ところ１０μｍ程度であった。このようにヤング率の低
い高分子絶縁体薄膜を使用することで、基板の残留応力
による反りはかなり低減している。

【０１６７】高分子絶縁体薄膜の膜厚を１５μｍ程度ま
で、検討したところ、最大反り量は、画像形成装置にし
たときの寸法精度にもよるが、好ましくは膜厚は１０μ
ｍまでが適正範囲であった。

【０１６８】本実施例において作製した高分子絶縁体薄
膜の誘電率を測定したところ４．１であった。また、Ｐ
Ｄ２００のみの誘電率は、８．１であった。

【０１６９】ここで、本発明の効果を明確にするため、
アルカリガラス基板のみと高分子絶縁体薄膜６を形成し
た比較用基板を同時に作製し、以後の工程を本実施例の
素子と同様に行ない、比較例の素子とした。

【０１７０】工程−ｂ高分子絶縁体薄膜６を形成したアルカリガラス基板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−４
１日立化成社製）で形成し、電子ビーム蒸着法により、
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が３００μｍを有する素子電極２、
３を形成した。

【０１７１】工程−ｃ膜厚１００ｎｍのＣｒ膜を真空蒸着により堆積し、後述
の導電性薄膜の形状に対応する開口を有するようにパタ
ーニングし、そのうえに有機パラジウム化合物溶液（ｃ
ｃｐ４２３０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よりなる導電
性薄膜４の膜厚は１０ｎｍ、シート抵抗値は２×１０⁴
Ω／□であった。

【０１７２】工程−ｄＣｒ膜及び焼成後の導電性薄膜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の導電性薄膜４を形成
した。

【０１７３】以上の工程により基板１上に、高分子絶縁
体薄膜６、素子電極２、３、導電性薄膜４を形成した。

【０１７４】工程−ｅ次に、図６の測定評価装置に設置し、真空ポンプにて排
気し、１．３×１０^-6Ｐａの真空度に達した後、素子に
素子電圧Ｖｆを印加するための電源６１より、素子の素
子電極２、３間に電圧を印加し、フォーミング処理を行
なった。フォーミング処理の電圧波形は図７の（ｂ）に
示したものである。

【０１７５】図７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１
ｍｓｅｃ、Ｔ２を１０ｍｓｅｃとし、矩形波の波高値は
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、フォーミング用パルスの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。

【０１７６】工程−ｆ続いて、活性化工程を行なうために、ベンゾニトリルを
スローリークバルブを通して真空装置内に導入し、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１３に示した波形で波高値を１５Ｖ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Ｉｆ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。

【０１７７】工程−ｇ続いて、安定化工程を行なう。真空装置及び電子放出素
子をヒータにより加熱して約２５０℃に椎持しながら真
空装置内の排気を続けた。２０時間後、ヒータによる加
熱をやめ、室温に戻したところ真空装置内の圧力は６．
７×１０^-8Ｐａ程度に達した。

【０１７８】続いて、実施例１と同様に電子放出特性の
測定を行なった。

【０１７９】アルカリガラス基板上に作製した素子の応
答特性は図３（ｂ）の応答特性を示した。寄生容量を計
測したところ、１素子あたリ１０ｐＦの寄生容量が観測
された。

【０１８０】一方、本実施例において、高分子絶縁体薄
膜６を有する素子の応答特性は、図３（ａ）のようにな
り、寄生容量も計測限界以下であった。

【０１８１】この結果から、本実施例の素子において
も、比較例の素子と比較して、応答特性の良い素子が得
られた。

【０１８２】以上のように本実施例においても実施例１
と同様、特性の良い安定な電子放出が得られた。

【０１８３】（実施例３）本実施例は、多数の表面伝導
電子放出素子を単純マトリクス配置した画像形成装置の
例である。

【０１８４】電子源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１
４、図１５で、同じ記号を示したものは、同じものを示
す。ここで９１は基板、９２は図９のＤｘｍに対応する
Ｘ方向配線（下配線とも呼ぶ）、９３は図７のＤｙｎに
対応するＹ方向配線（上配線とも呼ぶ）、４は導電性薄
膜、２、３は素子電極、６は高分子絶縁体薄膜、１５１
は層間絶縁層、１５２は、素子電極２と下配線９２と電
気的接続のためのコンタクトホールである。

【０１８５】次に製造方法を図１６、図１７により工程
順に従って具体的に説明する。

【０１８６】工程−ａ清浄化した青板ガラスの基板１上に、真空蒸着により厚
さ５ｎｍのＣｒ、厚さ０．６μｍ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９２のレジストパターンを形成
し、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９２を形成する（図１６の（ａ））。

【０１８７】工程−ｂ次に厚さ１ｍｍのシリコン酸化膜からなる層間絶縁層１
５１をＲＦスパッタ法により堆積する。さらに、層間絶
縁層１５１上に高分子絶縁体簿模６を、スピンコート法
により、日立化成社製ＰＩＸ−１５００を塗布し、３５
０℃焼成を行った。尚この時の膜厚は０．５μｍであっ
た。

【０１８８】工程−ｃ工程−ｂで堆積した層間絶縁層１５１及び６にコンタク
トホール１５２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１５１及び高分
子絶縁体薄膜６をエッチングしてコンタクトホール１５
２を形成する（図１６の（ｃ））。

【０１８９】工程−ｄその後、素子電極２と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）で形成し、真空蒸着法により、厚さ５ｎｍの
Ｔｉ、厚さ０．１μｍ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＝３μｍ、素子電極の幅
Ｗ＝０．３ｍｍを有する素子電極２、３を形成した（図
１６の（ｄ））。

【０１９０】工程−ｅ素子電極２、３の上に上配線９３のホトレジストパター
ンを形成した後、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ０．５ｍｍ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９３を形成し
た（図１７の（ａ））。

【０１９１】工程−ｆ膜厚０．１ｍｍのＣｒ膜１７１を真空蒸着により堆積パ
ターニングし、その上に有機パラジウム化合物溶液（ｃ
ｃｐ４２３０奥野製薬（株）製）をスピンナーにより回
転塗布、３００℃で１０分間の加熱焼成処理をした（図
１７の（ｂ））。また、こうして形成された主元素とし
てＰｄよりなる導電性薄膜４の膜厚は１０ｎｍ、シート
抵抗値は２×１０⁴ Ω／□であった。

【０１９２】工程−ｇＣｒ膜１７１および焼成後の導電性薄膜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１７の（ｃ））。

【０１９３】工程−ｈコンタクトホール１５２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０．５ｍｍ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１５２を埋め込んだ（図１７の（ｄ））。

【０１９４】以上の工程により絶縁性基板１上に下配線
９２、層間絶縁層１５１、上配線９３、素子電極２、
３、導電性薄膜４を形成した。

【０１９５】以上の基板を４０ｃｍ×６０ｃｍの大型基
板を用いて作製したが、問題となる反りもほとんど機械
的に問題のない範囲（５０μｍ以内）であった。

【０１９６】つぎに、以上のようにして作製した電子源
を用いて表示装置を構成した例を、図９と図１０を用い
て説明する。

【０１９７】以上のようにして多数の平面型表面伝導電
子放出素子を作製した基板１をリアプレート１０１上に
固定した後、基板１の５ｍｍ上方に、フェースプレート
１０６（ガラス基板１０３の内面に蛍光膜１０４とメタ
ルバック１０５が形成されて構成される）を支持枠１０
２を介し配置し、フェースプレート１０６、支持枠１０
２、リアプレート１０１の接合部にフリットガラスを塗
布し、大気中で４００℃で１０分焼成することで封着し
た（図１０）。またリアプレート１０１への基板１の固
定もフリットガラスで行った。

【０１９８】本実施例において図１０の９４は電子放出
部形成前の電子放出素子（例えば、図５の（ｃ）に相当
する）であり、９２、９３はそれぞれＸ方向及びＹ方向
の素子配線である。

【０１９９】蛍光膜１０４は、モノクロームの場合は蛍
光体のみから成るが、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
間隙部に各色蛍光体を塗布し、蛍光膜１０４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た。ガラス基板１
０３に蛍光体を塗布する方法はスラリー法を用いた。

【０２００】また、蛍光膜１０４の内面側には通常メタ
ルバック１０５が設けられる。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を真空蒸着す
ることで作製した。

【０２０１】フェースプレート１０６には、更に蛍光膜
１０４の導伝性を高めるため、蛍光膜９４の外面側に透
明電極（不図示）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伝性が得られたので
省略した。

【０２０２】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なくてはいけないた
め、十分な位置合わせを行った。

【０２０３】以上のようにして完成したガラス容器内の
雰囲気を排気管（図示せず）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Ｄｏｘ１ない
しＤｏｘｍとＤｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じ電子放出素
子９４の電極２、３間に電圧を印加し、導電性薄膜４を
フォーミング処理した。フォーミング処理の電圧波形
は、図６の（ｂ）と同様である。

【０２０４】本実施例ではＴ１を１ｍｓｅｃ、Ｔ２を１
０ｍｓｅｃとし、約１．３×１０^-3Ｐａの真空雰囲気下
で行った。

【０２０５】次に、パネル内の圧力が１．３×１０^-6Ｐ
ａ台に達するまで排気を続けた後、パネルの排気菅よ
り、全圧が１．３×１０^-4Ｐａとなるようにベンゾニト
リルをパネル内に導入し、維持した。容器外端子Ｄｏｘ
１ないしＤｏｘｍとＤｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じ電子
放出素子９４の電極２、３間に、図１３に示した波形で
波高値を１５Ｖとして活性化処理を行った。

【０２０６】このように、フォーミング、活性化処理を
行ない、電子放出部５を形成し電子放出素子９４を作製
した。

【０２０７】次にパネル全体を２５０℃に加熱しながら
排気し、室温まで降温して内部を１．３×１０^-7Ｐａ程
度の圧力とした後、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った。

【０２０８】最後に封止後の圧力を堆持するために、高
周波加熱法でゲッター処理を行った。

【０２０９】以上のように完成した本発明の画像表示装
置において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄｘ１な
いしＤｘｍ、Ｄｙ１ないし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それぞれ、印加す
ることにより、電子放出させ、高圧端子１０７を通じ、
メタルバック１０５、あるいは透明電極（不図示）に５
ｋＶ以上の高圧を印加し、電子ビームを加速し、蛍光膜
１０４に衝突させ、励起・発光させることで画像を表示
した。

【０２１０】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。

【０２１１】本実施例における画像表示装置は、テレビ
ジョンとして十分満足できる輝度（約１５０ｆＬ）で良
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。また、素子が高速応答特性を有するので、ワイドレ
ンジな階調表示を実現できた。

【０２１２】（実施例４）本実施例では、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。図１０に示した画像形成装置を図１２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
を行なった。

【０２１３】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。

【０２１４】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、かつ階調
表示のダイナミックレンジが広いために、コントラスト
比の高い画像が得られた。

【０２１５】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、基
板表面に低誘電率を有する高分子絶縁体薄膜を形成する
ことで、電子放出素子の寄生容量をへらすことができ、
高速な動作を可能にすることができた。これにより、ダ
イナミックレンジの広い階調表示が可能となり画像とし
てコントラスト比の高い画像が得られた。また、安価な
アルカリガラス基板を使用できるので、画像形成装置の
製造コストを下げることができる。また、寄生容量によ
る電流ロスがないために従来より低パワーで動作させる
ことが可能となった。

【０２１６】さらには、入力信号に応じて電子を放出す
る電子源においては、上記の電子放出素子を、基体上に
複数個配置して電子源を構成することにより、また、個
々の素子の両端を配線に接続した電子放出素子の行を複
数有し、更に、変調手段を備えた配置、あるいは、基体
に、互いに、電気的に、絶縁されたｍ本のＸ方向配線と
ｎ本のＹ方向配線とに、該電子放出素子の一対の素子電
極とを接続した電子放出素子を複数個配列した配置とす
る電子源とすることで、各電子放出素子が、良好な電子
放出特性を長時間に渡り保持し得る電子源を安価に提供
できる。

【０２１７】また、画像形成装置においては、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、電子放出特性において高速応答性を
有するので、動画等において、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】本発明に係る基本的な表面伝導型電子放出素子
の構成を示す模式的平面図及び断面図である。

【図２】本発明に係る基本的な表面伝導電子放出素子の
構成を示す拡大図である。

【図３】本発明に係る基本的な表面伝導型電子放出素子
の素子特性を説明するための図である。

【図４】本発明に係る基本的な表面伝導型電子放出素子
の別の態様を示す図である。

【図５】本発明に係る表面伝導型電子放出素子の基本的
な製造方法を説明するための図図である。

【図６】本発明に係る表面伝導型電子放出素子の特性評
価に用いる測定評価装置の概略構成図である。

【図７】本発明に係るフォーミング処理における電圧波
形の一例を示す図である。

【図８】本発明に係る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９】本発明に係る単純マトリクス配置の電子源を示
す図である。

【図１０】本発明に係る画像形成装置の表示パネルの概
略構成図である。

【図１１】図１０の画像形成装置に用いられる蛍光膜を
示す図である。

【図１２】本発明に係る画像形成装置をＮＴＳＣ方式の
テレビ信号に応じて表示を行なう例の駆動回路のブロッ
ク図である。

【図１３】本発明に好適な活性化パルスの形状例を示す
図である。

【図１４】本発明の電子源のマトリックスパネルの部分
平面図である。

【図１５】図１４のＡ−Ａ’断面図である。

【図１６】本発明の実施例２の電子源の製造工程を説明
するための図である。

【図１７】本発明の実施例２の電子源の製造工程を説明
するための図である。

【図１８】従来の表面伝導電子放出素子の構成を示す図
である。

【符号の説明】

１基板２、３素子電極４導電性薄膜５電圧子放出部６高分子絶縁体薄膜２１炭素を主成分とした堆積物４１段差形成部６０素子電流Ｉｆを測定するための電流計６１電子電圧Ｖｆを印加するための電源６２放出電流Ｉｅを測定するための電流計６３高圧源６４アノード電極９１電子源基板９２Ｘ方向配線９３Ｙ方向配線９４表面伝導型電子放出素子９５結線１０１リアプレート１０２支持枠１０３ガラス基板１０４蛍光膜１０５メタルバック１０６フェースプレート１０７高圧端子１０８外囲器１１１黒色導電材１１２蛍光体１２１表示パネル１２２走査回路１２３制御回路１２４シフトレジスタ１２５ラインメモリ１２６同期信号分“回路１２７変調信号発生器Ｖｘ及びＶａ直流電圧源１５１層間絶縁層１５２コンタクトホール１７１Ｃｒ膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルカリガラスを用いた基体上に形成さ
れた、対向する一対の素子電極と、炭素を主成分として
なる電子放出部と、該電子放出部を含む導電性薄膜を有
してなる電子放出素子であって、前記アルカリガラスを
用いた基体上と、少なくとも前記電子放出素子との接す
る界面に、誘導率の低い高分子絶縁薄膜が形成されてい
ることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】上記誘電率の低い高分子絶縁薄膜は、比
誘電率が２乃至５程度であることを特徴とする請求項１
記載の電子放出素子。
【請求項３】上記誘電率の低い高分子絶縁薄膜はヤン
グ率が１×１０ｅ８ｇｆ／ｃｍ² 以下であることを特徴
とする請求項１記載の電子放出素子。
【請求項４】上記高分子絶縁薄膜は耐熱温度が４００
℃以上あることを特徴とする請求項１記載の電子放出素
子。
【請求項５】上記高分子絶縁薄膜は厚さが０．５μｍ
以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載
の電子放出素子。
【請求項６】上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から５のいずれか
に記載の電子放出素子。
【請求項７】請求項１から６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、少なくとも、アルカ
リガラス上に高分子薄膜を形成する工程と、一対の素子
電極を形成する工程と、導電性薄膜を形成する工程と、
フォーミング工程と、活性化工程とを有することを特徴
とする電子放出素子の製造方法。
【請求項８】上記高分子絶縁薄膜を形成する工程は、
スピンコート法、エアロコート法、ディッピング法、印
刷法、インクジェット法のうち、いずれかの手法を用い
ることを特徴とする請求項７に記載の電子放出素子の製
造方法。
【請求項９】入力信号に応じて電子を放出する電子源
であって、請求項１から６のいずれかに記載の電子放出
素子を、基板上に複数個配置したことを特徴とする電子
源。
【請求項１０】基板に複数の電子放出素子を複数個並
列に配置し、個々の素子の両端を配線に接続した電子放
出素子の行を複数有し、更に、変調手段を有することを
特徴とする請求項９記載の電子源。
【請求項１１】基板に、互いに電気的に絶縁されたｍ
本のＸ方向配線とｎ本のＹ方向配線とに、上記電子放出
素子の一対の素子電極とを接続した電子放出素子を、複
数個配列したことを特徴とする請求項１０記載の電子
源。
【請求項１２】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、画像形成部材と請求項９か
ら１１のいずれかに記載の電子源とを具備して構成され
たことを特徴とする画像形成装置。