JP2000251640A - 電子放出素子および電子源および画像形成装置および電子放出素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子放出特性の安定化を図りつつ、帯電によ
る不具合の防止を図った品質性に優れた電子放出素子お
よび電子源および画像形成装置および電子放出素子の製
造方法を提供する。 【解決手段】 素子の駆動電圧においては抵抗が高く、
かつ帯電により電位が上昇した場合に抵抗値が小さくな
る、非線型のＩ−Ｖ特性をもつ抵抗膜６を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子を放出させる
ための電子放出素子、および電子放出素子を具備する電
子源、および電子源を用いて応用した画像形成装置、お
よび電子放出素子の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、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。

【０００３】冷陰極電子放出素子には電界放出型（以
下、「ＦＥ型」という。）、金属／絶縁層／金属型（以
下、「ＭＩＭ型」という。）や表面伝導型電子放出素子
等がある。

【０００４】ＦＥ型の例としてはＷ．Ｐ．Ｄｙｋｅ＆
Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ、”Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏ
ｎ”、Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ、８、８９（１９５６）、あるいは、Ｃ．
Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，”ＰＨＹＳＩＣＡＬ Ｐｒｏｐｅｒ
ｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌｄ ｅ
ｍｉｓｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｍｏｌ
ｙｂｄｅｎｕｍ ｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，４７，５２４８（１９７６）等に開示されたもの
が知られている。

【０００５】ＭＩＭ型の例としてはＣ．Ａ．Ｍｅａ
ｄ、”Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｕｎｎｅｌ−Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ”、Ｊ． Ａｐｐｌｙ．
Ｐｈｙｓ． 、３２、６４６（１９６１）等に開示さ
れたものが知られている。

【０００６】表面伝導型電子放出素子型の例としては、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ、Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ．Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ Ｐｙｓ．、１０、１２９０，（１９６５）
等に開示されたものがある。

【０００７】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。

【０００８】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 Ｓ
ｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ”、９、３１７（１９７２）］、
Ｉｎ２Ｏ３／ＳｎＯ２薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗ
ｅｌｌ ａｎｄ Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：”ＩＥＥＥ
Ｔｒａｎｓ． 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。

【０００９】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１５
に模式的に示す。

【００１０】同図において１は基板であり、また、３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２が形成され
る。

【００１１】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。

【００１２】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３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２
を形成するのが一般的であった。

【００１３】即ち、通電フォーミングとは、導電性薄膜
３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。

【００１４】尚、電子放出部２は導電性薄膜３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。

【００１５】このように通電フォーミング処理をした表
面伝導型電子放出素子は、導電性薄膜３に電圧を印加
し、素子に電流を流すことにより、電子放出部２より電
子を放出せしめるものである。

【００１６】上述の表面伝導型放出素子は、構造が単純
で製造も容易であることから、大面積にわたり多数素子
を配列形成できる利点がある。

【００１７】そこで、この特徴を生かせるようないろい
ろな応用が研究されており、例えば、荷電ビーム源、表
示装置等への応用があげられる。

【００１８】多数の表面伝導型放出素子を配列形成した
例としては、後述する様に、並列に表面伝導型電子放出
素子を配列し、個々の素子の両端を配線（共通配線とも
呼ぶ）で、それぞれ結線した行を多数行配列した電子源
があげられる（例えば、特開昭６４−０３１３３２号、
特開平１−２８３７４９号、特開平２−２５７５５２号
公報等に開示されている）。

【００１９】また，特に表示装置等の画像形成装置にお
いては、近年、液晶を用いた平板型表示装置が、ＣＲＴ
に替わって普及してきたが、自発光型でないためバック
ライトを持たなければならない等の問題点があり、自発
光型の表示装置の開発が、望まれてきた。

【００２０】自発光型表示装置としては、表面伝導型放
出素子を多数配置した電子源と電子源より放出された電
子によって、可視光を発光せしめる蛍光体とを組み合わ
せた表示装置である画像形成装置があげられる（例え
ば、ＵＳＰ５０６６８８３）。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来技術の場合には、下記のような問題が生じて
いた。

【００２２】薄型画像形成装置においては、上述した電
子放出素子は、蛍光体に加速された電子線を入射させて
輝度を得る。

【００２３】これらの電子放出素子は真空中で取り扱わ
れるが、真空中における電子放出特性の不安定性の一要
因として、電子放出部近傍に絶縁性基板表面が露出して
いると、その表面の電位が不安定となり、電子放出が不
安定となることを、本出願人は確認している（特開平２
−０７２５３４号公報参照）。

【００２４】すなわち、入力信号に応じて応答する画像
形成装置においては、各電子放出素子を電気的に分離す
る必要があるので、絶縁性の基板が通常もちいられる。

【００２５】しかし、画像表示部における蛍光体に高圧
をかけると、対向する電子放出素子の周りの絶縁面は真
空と絶縁体の誘電率できまる容量分割による電位が発生
する。

【００２６】この電位は、絶縁性が良好であればあるほ
ど時定数が長く、帯電したままである。

【００２７】更に、この状態で電子放出素子から電子を
放出すると、電子は帯電した絶縁面にも衝突する。

【００２８】この場合に、電子が加速されることより、
絶縁性基板表面に電子、イオン等の荷電粒子が注入され
ると２次電子が発生する。

【００２９】特に高電界下では、異常放電に至るため、
素子の電子放出特性が著しく低下し、最悪の場合、素子
が破壊することが実験的に確かめられている。

【００３０】この異常放電現象については未だ不明な点
があるが、素子から放出された電子、イオン等の注入に
より表面の帯電、あるいは帯電した絶縁性面で２次電子
放出より雪崩的に電子増倍され、放電することが考えら
れる。

【００３１】又、電子放出素子から放出された電子が蛍
光体の形成されたアノードに衝突する際に、Ｘ線や紫外
線を放射する場合があるが、このようなＸ線や紫外線が
関与して、絶縁性基板表面を帯電させる事も考えられ
る。

【００３２】例えば、Ｘ線が絶縁性基板表面に照射され
る事により、光電効果の結果、光電子が放出され、該光
電子がアノードに引き寄せられる事により、絶縁性基板
表面が正の電位に帯電する事が考えられる。

【００３３】これら、真空中での電子放出特性の不安定
性、素子の放電劣化を防止するためには、絶縁性の表面
が露出しないように適当な導電体の被膜（帯電防止膜）
で被覆することが効果的であるが、この被膜によって素
子電極間にリーク電流が流れるので、素子の見かけの効
率が低下する。

【００３４】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（以降素子電流Ｉｆと呼ぶ）に対する真空中に放
出される電流（以降電子放出電流Ｉｅと呼ぶ）との電流
比をさす。

【００３５】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が、上記のよ
うに帯電防止膜を被覆した場合には、帯電防止膜による
リーク電流が素子電流に加算されるため、効率が低下す
る。

【００３６】これらの問題点を解決するには、帯電を防
止でき、かつリーク電流が実質上問題にならないほど小
さい被膜を形成するのが好ましいことになる。

【００３７】以上のように電子放出特性の安定性と寿命
の向上がなされば、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、高品位な画像形成装置、例え
ば、フラットテレビが、実現される。

【００３８】本発明は上記の従来技術の課題を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、電子
放出特性の安定化を図りつつ、帯電による不具合の防止
を図った品質性に優れた電子放出素子および電子源およ
び画像形成装置および電子放出素子の製造方法を提供す
ることにある。

【００３９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にあっては、アノードに対向する位置に配置さ
れる絶縁性の基体と、該基体上に設けられる、対向する
一対の素子電極と、該素子電極間に位置する電子放出部
を含む導電性薄膜と、を有する電子放出素子おいて、電
界強度が増加するにつれて抵抗値が減少する、非線形型
のＩ−Ｖ特性を有する抵抗膜を、前記基体上に設けるこ
とを特徴とする。

【００４０】したがって、抵抗膜を設けたことによっ
て、帯電量が増加して電界強度が高くなると、抵抗膜の
抵抗値が低くなって、電気を逃がすことで帯電量を減少
させつつ、電界強度が低い際には、抵抗値が高く素子電
極間のリーク電流を抑制することができる。

【００４１】電子放出素子は、表面伝導型電子放出素子
であるとよい。

【００４２】前記抵抗膜内には、分散された導電性粒子
を有するとよい。

【００４３】幅ｗ，長さｌの薄膜の抵抗をＲとした場合
に、 Ｒ＝Ｒ_S（ｌ／ｗ） を満たすシート抵抗値Ｒ_Sについて、５×１０⁶Ｖ／ｍの
電界強度における前記抵抗膜のシート抵抗値Ｒ_Sが、１
×１０⁸Ω／□以上であるとよい。

【００４４】また、本発明の電子源にあっては、上記の
電子放出素子を複数備えると共に、これら電子放出素子
に設けられた電極同士を電気的に接続する、行及び列方
向にマトリックス状に形成された配線と、各配線同士を
電気的に隔てる層間絶縁層と、を備える電子源におい
て、前記層間絶縁層の表面に、前記非線形型のＩ−Ｖ特
性を有する抵抗膜を設けることを特徴とする。

【００４５】したがって、層間絶縁層の表面付近におい
ても、帯電防止を図ることができる。

【００４６】また、本発明の画像形成装置にあっては、
上記の電子源と、該電子源から放出された電子が衝突さ
れて発光する蛍光体を有するアノードと、を備えること
を特徴とする。

【００４７】また、本発明にあっては、絶縁性の基体上
に、対向する一対の素子電極を形成する工程と、前記一
対の素子電極にそれぞれ接続する導電性薄膜を形成する
工程と、前記導電性薄膜の一部の構造を変化させて電子
放出部を形成する工程と、を有する電子放出素子の製造
方法において、電界強度が増加するにつれて抵抗値が減
少する、非線形型のＩ−Ｖ特性を有する抵抗膜を形成す
る工程を、含ませることを特徴とする。

【００４８】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明
の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、
材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載が
ない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣
旨のものではない。

【００４９】図１〜図１４を参照して、本発明の実施の
形態に係る電子放出素子および電子源および画像形成装
置および電子放出素子の製造方法について説明する。

【００５０】まず、図１を参照して、本発明の実施の形
態に係る電子放出素子の基本的な構成について説明す
る。

【００５１】図１は本発明の実施の形態に係る電子放出
素子の概略構成図であり、（ａ），（ｂ）は、それぞれ
平面図および断面図である。

【００５２】図１において１は基板、４と５は素子電
極、３は電子放出部を含む薄膜、２は電子放出部、６は
非線型なＩ−Ｖ特性を有する抵抗膜である。

【００５３】ここで電子放出部２を含む薄膜３は、１０
⁷Ω／□以下のシート抵抗値を示すのが好ましい。

【００５４】この電子放出部を含む薄膜３のシート抵抗
値は、後述する電子放出部２の形成工程、すなわちフォ
ーミング工程において、良好な電子放出部の形成できる
抵抗値として制限される。

【００５５】なお、シート抵抗値とは、幅ｗ，長さｌの
薄膜の抵抗をＲとした場合に、 Ｒ＝Ｒ_S（ｌ／ｗ） を満たすＲ_Sをいう。

【００５６】良好な電子放出部を形成するには、１０³
Ω／□以上１０⁷Ω／□以下の抵抗値であることが好ま
しい。

【００５７】しかしながら、電子放出部２を形成した後
は、素子電極を通じて印加される電圧が十分に電子放出
部２に印加されるのが好ましく、電子放出部２を含む薄
膜３の抵抗値はより低いほうが好ましい。

【００５８】このため、詳しくは後述するが、電子放出
部を含む薄膜３は１０³Ω／□以上１０⁷Ω／□以下の抵
抗値を持つ金属酸化膜半導体薄膜として形成し、フォー
ミング後に還元して、より低抵抗な金属薄膜として用い
ることができる。

【００５９】したがって、最終的な状態での電子放出部
を含む薄膜３の抵抗値の下限は特に限定されない。

【００６０】なお、ここで言う電子放出部を含む薄膜３
の抵抗値とは、電子放出部２を含まない領域で測定され
る抵抗値を意味している。

【００６１】一方、非線型のＩ−Ｖ特性をもつ抵抗膜６
は、後述するように、素子の電子放出特性において、素
子電流はできるかぎり小さいほうが好ましく、そのため
非線型のＩ−Ｖ特性をもつ抵抗膜６の抵抗値は素子の駆
動電圧においては抵抗が高く、かつ帯電により電位が上
昇した場合に抵抗値が小さくなるのが好ましい。

【００６２】実際においては、５×１０⁶Ｖ／ｍの電界
強度において、シート抵抗値が１×１０⁸Ω／□以上の
シート抵抗値を有するのが、特性上好ましい。

【００６３】以上が、電子放出素子の基本的な構成であ
るが、図１に示した構成に限るものではなく、例えば、
図８に示すように構成しても良い。

【００６４】図８では、垂直型の表面伝導型電子放出素
子を示す図であり、電子放出部２が基板１に垂直に形成
されている点を除いて、図１の電子放出素子と同様であ
る。

【００６５】なお、図８において、３１は素子電極４，
５の電気的な絶縁性を確保するための層間絶縁層であ
る。

【００６６】次に、図１および図２を参照して、順をお
って製造方法について説明する。

【００６７】なお、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。 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
素子電極４，５を形成する（図２（ａ））。 ２）素子電極４，５を設けた基板１上に、有機金属溶液
を塗布して、有機金属薄膜を形成する。なお、有機金属
溶液には、導電性膜３の材料の金属を主元素とする有機
金属化合物の溶液を用いることができる。

【００６８】そして、有機金属薄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３を形成する（図２（ｂ））。なお、ここでは、
有機金属溶液の塗布法を挙げて説明したが、導電性薄膜
３の形成法はこれに限られるものでなく、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。 ３）次に非線型のＩ−Ｖ特性をもつ抵抗膜６を形成する
（図２（ｃ））。ここで、非線型のＩ−Ｖ特性をもつ抵
抗膜６の材料としては、容易にかつ大面積に均一な膜が
得られるものが好ましく、例えば、炭素材料や酸化ス
ズ、酸化クロム等の金属酸化物や、或いは導電性材料が
酸化シリコンなどに分散されたものなどを好適に用いる
ことができる。なお、この工程は、２）の電子放出部形
成用薄膜２の形成の前に行なっても同様の効果が得られ
る。

【００６９】非線型のＩ−Ｖ特性をもつ抵抗膜６の形成
方法としては、スパッタ法、真空蒸着法、塗布法、炭素
系ガスによる電子ビームによる重合法、あるいはプラズ
マ法、ＣＶＤ法等があげられる。

【００７０】これらのどの方法によっても、安定した非
線型のＩ−Ｖ特性をもつ抵抗膜が容易に得られる。な
お、詳細な成膜については、下記の実施例で述べる。 ４）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。

【００７１】素子電極４，５間に、不図示の電源を用い
て通電を行うと、導電性薄膜３の部位に、構造の変化し
た電子放出部２が形成される（図３（ｄ））。

【００７２】すなわち、通電フォーミングによれば導電
性薄膜３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て、この部位が電子放出部２を
構成する。

【００７３】通電フォーミングの電圧波形の例を図５に
示す。

【００７４】電圧波形は、パルス波形が好ましく、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５（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５（ｂ）に示した手
法がある。

【００７５】図５（ａ）におけるＴ１及びＴ２は、それ
ぞれ電圧波形のパルス幅とパルス間隔である。

【００７６】通常Ｔ１は１μｓｅｃ．〜１０ｍｓｅｃ．
の範囲で、また、Ｔ２は１０μｓｅｃ．〜１０ｍｓｅ
ｃ．の範囲で設定される。

【００７７】三角波の波高値（通電フォーミング時のピ
ーク電圧）は、電子放出素子の形態に応じて適宜選択さ
れ、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。

【００７８】なお、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。

【００７９】図５（ｂ）におけるＴ１及びＴ２の値につ
いては、図５（ａ）に示したのと同様とすることができ
る。

【００８０】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。

【００８１】そして、通電フォーミング処理の終了時に
ついては、パルス間隔Ｔ２中に、導電性薄膜２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。

【００８２】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。 ５）フォーミングを終えた素子に活性化工程と呼ばれる
処理を施すのが好ましい。

【００８３】活性化工程とは、素子電流Ｉｆおよび放出
電流Ｉｅを、著しく変化させる工程であり、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。

【００８４】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。

【００８５】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、場合に応じて適宜設定される。

【００８６】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_nＨ_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_nＨ_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、プロピオン酸等あるいは
これらの混合物を使用できる。

【００８７】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。

【００８８】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。

【００８９】尚パルス幅、パルス間隔、パルス波高値な
どは、適宜設定される。

【００９０】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
あり、ＨＯＰＧはほぼ完全なグラファイトの結晶構造、
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。）、および非晶質カー
ボン（アモルファスカーボン及び、アモルファスカーボ
ンと前記グラファイトの微結晶の混合物を指す）であ
り、その膜厚は、５０ｎｍ以下の範囲とするのが好まし
く、３０ｎｍ以下の範囲とすることがより好ましい。
６）このような工程を経て得られた電子放出素子は、さ
らに安定化工程を行うことが好ましい。

【００９１】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。

【００９２】ここで、真空容器を排気する真空排気装置
については、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。

【００９３】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。

【００９４】また、上記活性化の工程で、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て、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。

【００９５】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^-8
Ｐａ以下が特に好ましい。

【００９６】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。

【００９７】このときの加熱条件は、８０〜２５０℃好
ましくは１５０℃以上で、できるだけ長時間処理するの
が望ましいが、特にこの条件に限るものではなく、真空
容器の大きさや形状、電子放出素子の構成などの諸条件
により適宜選ばれる条件により行う。

【００９８】真空容器内の圧力は極力低くすることが必
要で、１×１０^-5Ｐａ以下が好ましく、さらに１．３×
１０^-6Ｐａ以下が特に好ましい。

【００９９】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。

【０１００】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、
また真空容器や基板などに吸着したＨ₂Ｏ，Ｏ₂なども除
去でき、結果として素子電流Ｉｆおよび放出電流Ｉｅが
安定する。

【０１０１】上述の工程を経て得られた電子放出素子の
基本特性について、図６及び図１４を参照しながら説明
する。

【０１０２】図６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。なお、図６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。

【０１０３】図６において、６５は真空容器であり、６
６は排気ポンプである。

【０１０４】真空容器６５内には電子放出素子が配され
ている。

【０１０５】また、６１は電子放出素子に素子電圧Ｖｆ
を印加するための電源、６０は素子電極４，５間の導電
性薄膜３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Ｉ
ｅを捕捉するためのアノード電極である。

【０１０６】また、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２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。

【０１０７】ここで、一例として、アノード電極の電圧
を１ｋＶ〜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。

【０１０８】真空容器６５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。

【０１０９】排気ポンプ６６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。

【０１１０】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加熱できる。

【０１１１】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。

【０１１２】図１４は、図６に示した真空処理装置を用
いて測定された放出電流Ｉｅ、素子電流Ｉｆと素子電圧
Ｖｆの関係を模式的に示した図である。

【０１１３】図１４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。

【０１１４】図１４からも明らかなように、上述のよう
に構成された電子放出素子は、放出電流Ｉｅに関して三
つの特徴的性質を有する。

【０１１５】即ち、 （ｉ）本素子は、ある電圧（しきい値電圧と呼ぶ、図１
４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Ｖｔｈ以下では放
出電流Ｉｅがほとんど検出されない。つまり、放出電流
Ｉｅに対する明確なしきい値電圧Ｖｔｈを持った非線形
素子である。 （）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。 （）アノード電極６４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６４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。

【０１１６】以上の説明より理解されるように、上述の
ように構成される電子放出素子は、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。

【０１１７】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。

【０１１８】次に、本発明の実施の形態の特徴とする非
線型のＩ−Ｖ特性をもつ抵抗膜６について説明をする。

【０１１９】本発明の実施の形態における非線型のＩ−
Ｖ特性をもつ抵抗膜６の形成によっては、電子放出素子
の基本的な特性は左右されない。

【０１２０】これは、非線型のＩ−Ｖ特性をもつ抵抗膜
６の抵抗値が十分に高いため（電子放出時における印加
電圧では１×１０⁶Ｖ／ｍ程度であり、その時のシート
抵抗値が１×１０⁸Ω／□以上である。）、この特性に
よって非線型のＩ−Ｖ特性をもつ抵抗膜６を通って流れ
るリーク電流が、電子放出を行なっているときに観測さ
れる素子電流に比べて、十分小さいためである。

【０１２１】一方、本実施形態に拠れば、抵抗膜６を設
けることによって、絶縁性基板表面の帯電を防止（抑
制）することができる。

【０１２２】帯電による放電現象は、絶縁性基板上の帯
電により１００Ｖ程度上昇することが、実験的に発明者
らは、観測している。

【０１２３】この電圧まで帯電すると、５×１０⁶Ｖ／
ｍ程度になるが、その場合は非線型のＩ−Ｖ特性をもつ
抵抗膜６が低抵抗になり、その結果、電荷をにがすこと
となり、帯電量を抑えることができる。

【０１２４】このため、絶縁性表面の電位不安定性に起
因した電子放出特性の不安定性や、素子近傍とアノード
間での放電が抑制されるために、長時間の安定な電子放
出特性が得られる。

【０１２５】以上のように本発明の実施の形態に係る電
子放出素子は、長時間にわたって安定な電子放出特性、
即ち、素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅの素子印加電圧に対
する単調増加特性を有するため、電子源、画像形成装置
等、多方面への応用が可能となる。

【０１２６】上述した電子放出素子の応用例について以
下に述べる。

【０１２７】すなわち、上述のように構成される表面伝
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、画像形成装置を構成できる。

【０１２８】電子放出素子の配列については、種々のも
のを採用できるが、その一例として、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。

【０１２９】また、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。

【０１３０】このようなものは所謂単純マトリクス配置
である。

【０１３１】この単純マトリクス配置について以下に詳
述する。

【０１３２】上述した表面伝導型電子放出素子について
は、前述したとおり（ｉ）ないし（）の特性がある。

【０１３３】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幅で制御できる。

【０１３４】一方、しきい値電圧以下では、殆ど放出さ
れない。

【０１３５】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。

【０１３６】以下、この原理に基づき、上記のように構
成された電子放出素子を複数配して得られる本発明の実
施の形態に係る電子源基板について、図９を用いて説明
する。

【０１３７】図９において、１は基板であり、８２はＸ
方向配線、８３はＹ方向配線であり、８４は電子放出素
子、８５は結線である。

【０１３８】ｍ本のＸ方向配線８２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。

【０１３９】なお、配線の材料、膜厚、巾は、適宜設計
される。

【０１４０】Ｙ方向配線８３は，Ｄｙ１，Ｄｙ２，・
・，Ｄｙｎのｎ本の配線よりなり，Ｘ方向配線８２と同
様に形成される。

【０１４１】これらｍ本のＸ方向配線８２とｎ本のＹ方
向配線８３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）。

【０１４２】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。

【０１４３】例えば、Ｘ方向配線８２を形成した電子源
基板８１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８２とＹ方向配線８３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。

【０１４４】Ｘ方向配線８２とＹ方向配線８３は、それ
ぞれ外部端子として引き出されている。

【０１４５】電子放出素子８４を構成する一対の電極
（不図示）は、ｍ本のＸ方向配線８２とｎ本のＹ方向配
線８３と導電性金属等からなる結線８５によって電気的
に接続されている。

【０１４６】配線８２と配線８３を構成する材料，結線
８５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。

【０１４７】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。

【０１４８】なお、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。

【０１４９】ｘ方向配線８２には、Ｘ方向に配列した表
面伝導型放出素子８４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。

【０１５０】一方、Ｙ方向配線８３には、Ｙ方向に配列
した表面伝導型放出素子８４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。

【０１５１】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。

【０１５２】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。

【０１５３】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１０および図
１１を用いて説明する。

【０１５４】図１０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１１は図１０の画像形成装置に
使用される蛍光膜の模式図である。

【０１５５】図１０において、１は電子放出素子を複数
配した電子源基板、９１は電子源基板１を固定したリア
プレート、９６はガラス基板９３の内面に蛍光膜９４と
メタルバック９５等が形成されたフェースプレートであ
る。

【０１５６】９２は支持枠であり、この支持枠９２に
は、リアプレート９１、フェースプレート９６が低融点
のフリットガラスなどを用いて、接合される。

【０１５７】８２，８３は、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。

【０１５８】外囲器９８は、上述の如く、フェースープ
レート９６，支持枠９２，リアプレート９１で構成され
る。

【０１５９】リアプレート９１は、主に基板１の強度を
補強する目的で設けられるため、基板１自体で十分な強
度を持つ場合は、別体のリアプレート９１は不要とする
ことができる。

【０１６０】即ち、基板１に直接支持枠９２を封着し、
フェースプレート９６，支持枠９２及び基板１で外囲器
９８を構成しても良い。

【０１６１】一方、フェースープレート９６とリアプレ
ート９１との間に、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９８を構成することもできる。

【０１６２】図１１は、蛍光膜を示す模式図である。

【０１６３】蛍光膜９４は、モノクロームの場合は蛍光
体のみから構成することができる。

【０１６４】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１０１と蛍光体１０２とから構
成することができる。

【０１６５】ブラックストライプやブラックマトリクス
を設ける目的は、カラー表示の場合に、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９４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。

【０１６６】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。

【０１６７】ガラス基板９３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。

【０１６８】また、蛍光膜９４の内面側には、通常メタ
ルバック９５が設けられる。

【０１６９】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９６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９８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。

【０１７０】メタルバックは、蛍光膜作製後に、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。

【０１７１】フェースプレート９６には、更に蛍光膜９
４の導電性を高めるため、蛍光膜９４の外面側に透明電
極（不図示）を設けてもよい。

【０１７２】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、
十分な位置合わせが不可欠となる。

【０１７３】ここで、上述の本発明の実施の形態に係る
表面伝導型電子放出素子を複数配置させて構成される電
子源においては、特に、素子近傍に限らず、その外の絶
縁性部位についても帯電を防止するように配慮する事が
効果的である。

【０１７４】即ち、複数の電子放出素子の対向する素子
電極に各々接続された、行及び列方向配線がマトリクス
状に形成され、この行及び列方向配線が層間絶縁層によ
り電気的に隔てられた構造においては、層間絶縁層の表
面にも、非線型のＩ−Ｖ特性を有する抵抗膜が形成され
ていれば良い事になる。

【０１７５】この層間絶縁層の表面に形成される抵抗膜
は、上述の素子に関わり形成される抵抗膜と同じである
必要は、特に無い。

【０１７６】先述の説明からわかるように、本発明の特
徴である非線型のＩ−Ｖ特性を有する抵抗膜であれば、
帯電或いは、容量分割により生ずる表面電位の上昇を効
果的に抑制、あるいは緩和させる事が可能となり、同時
に駆動に関わるリーク電流を抑制する事も可能となる。

【０１７７】

【実施例】以下、より具体的な例を基に説明する。 （実施例１）本実施例に係る基本的な表面伝導型電子放
出素子の構成は、上述した図１に示した構成と同様であ
り、その製造法についても、基本的には上述の図２を参
照して説明したものと同様である。

【０１７８】上述のように、図１中、１は基板、４と５
は素子電極、３は電子放出部を含む薄膜、２は電子放出
部、６は非線型のＩ−Ｖ特性をもつ抵抗膜である。

【０１７９】以下、順をおって製造方法について説明す
る。

【０１８０】工程（ａ） 清浄化した青板ガラス上に厚さ０．５ミクロンのシリコ
ン酸化膜をＣＶＤ法で形成した基板１上に、素子電極
４，５と素子電極間ギャップＧ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５０ÅのＴｉ、厚さ１
０００ÅのＰｔを順次堆積した。

【０１８１】そして、ホトレジストパターンを有機溶剤
で溶解し、Ｐｔ／Ｔｉ堆積膜をリフトオフし、素子電極
間隔Ｌ１を１０ミクロン、素子電極の幅Ｗ１を３００ミ
クロン、となるような素子電極４，５を形成した。

【０１８２】工程（ｂ） 本工程に関わる電子放出素子の電子放出部形成用薄膜３
のマスクは、素子間電極ギャップＬ１およびこの近傍に
開口を有するマスクであり、このマスクにより膜厚１０
ｎｍ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）社
製）をスピンナーにより回転塗布して、３００℃で１２
分間の加熱焼成処理をした。

【０１８３】また、こうして形成された主元素としてＰ
ｄよりなる微粒子からなる電子放出部形成用薄膜４の膜
厚は１００Åで、シート抵抗値は２×１０⁴Ω／□であ
った。

【０１８４】なお、ここで述べる微粒子膜とは、上述し
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）の膜をさし、その粒径とは、前記状態で
粒子形状が認識可能な微粒子ついての径をいう。

【０１８５】工程（Ｃ） Ｃｒ膜および焼成後の電子放出部形成用薄膜３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。

【０１８６】以上の工程により基板１上に、素子電極
４，５，電子放出部形成用薄膜３等を形成した。

【０１８７】工程（ｄ） 素子電極４，５及び電子放出部形成用薄膜３を形成した
基板１を再度洗浄し、乾燥させた後に、以下に述べる方
法により、基板１の表面全体を非線型のＩ−Ｖ特性をも
つ抵抗膜６で被覆した。

【０１８８】非線型のＩ−Ｖ特性をもつ抵抗膜は、ＲＦ
マグネトロンスパッタによって形成した。

【０１８９】使用したターゲットは炭素、酸化クロム、
酸化スズである。なお、膜厚はスパッタ時間でコントロ
ールする。 （抵抗測定）工程（ｄ）と同様の工程で、非線型のＩ−
Ｖ特性をもつ抵抗膜をガラス基板上に、それぞれ形成し
た。

【０１９０】以下に非線型のＩ−Ｖ特性をもつ抵抗膜と
して炭素を使用した場合の一例を示す。

【０１９１】膜厚１ｎｍ，２ｎｍ，３ｎｍ，５ｎｍ，１
０ｎｍ，２０ｎｍにおいて、シート抵抗を４探針法によ
り測定した結果、以下の結果を得た。

【０１９２】（１ｎｍの場合）１×１０⁷Ｖ／ｍの電界
強度においては、上限がおよそ１×１０⁸Ω／□であ
り、また、５×１０⁶Ｖ／ｍの電界強度においては、上
限がおよそ５×１０¹⁴Ω／□であった。

【０１９３】（２ｎｍの場合）１×１０⁷Ｖ／ｍの電界
強度においては、上限がおよそ５×１０⁸Ω／□であ
り、また、５×１０⁶Ｖ／ｍの電界強度においては、上
限がおよそ８×１０¹⁴Ω／□であった。

【０１９４】（３ｎｍの場合）１×１０⁷Ｖ／ｍの電界
強度においては、上限が１×１０⁷Ω／□であり、ま
た、５×１０⁶Ｖ／ｍの電界強度においては、上限がお
よそ８×１０¹²Ω／□であった。

【０１９５】（５ｎｍの場合）１×１０⁷Ｖ／ｍの電界
強度においては、上限が２×１０⁷Ω／□であり、ま
た、５×１０⁶Ｖ／ｍの電界強度においては、上限がお
よそ５×１０¹¹Ω／□であった。

【０１９６】（１０ｎｍの場合）１×１０⁷Ｖ／ｍの電
界強度においては、上限が４×１０⁷Ω／□であり、ま
た、５×１０⁶Ｖ／ｍの電界強度においては、上限がお
よそ４×１０¹⁰Ω／□であった。

【０１９７】（２０ｎｍの場合）１×１０⁷Ｖ／ｍの電
界強度においては、上限が８×１０⁷Ω／□であり、ま
た、５×１０⁶Ｖ／ｍの電界強度においては、上限がお
よそ８×１０⁹Ω／□であった。

【０１９８】なお、これらの膜厚値と抵抗値の関係は、
スパッタ条件を変えたり、熱処理、雰囲気処理等で変え
ることもでき、上記関係は普遍的なものではない。

【０１９９】また、酸化クロム、酸化スズを非線型のＩ
−Ｖ特性をもつ抵抗膜として使用した場合には、以下の
結果が得られた。 （酸化クロムの場合（ただし膜厚は１０ｎｍ））１×１
０⁷Ｖ／ｍの電界強度においては、上限がおよそ５×１
０⁸Ω／□であり、また、５×１０⁶Ｖ／ｍの電界強度に
おいては、上限がおよそ２×１０¹⁰Ω／□であった。 （酸化スズの場合（ただし膜厚は２００ｎｍ））１×１
０⁷Ｖ／ｍの電界強度においては、上限がおよそ３×１
０⁸Ω／□であり、また、５×１０⁶Ｖ／ｍの電界強度に
おいては、上限がおよそ５×１０⁹Ω／□であった。

【０２００】これらの結果から、それぞれ非線型のＩ−
Ｖ特性を有している事がわかる。 （電位測定）非線型のＩ−Ｖ特性をもつ抵抗膜の帯電の
様子を評価するために、図３に示した構成で、評価を行
った。

【０２０１】図中、１は絶縁体の基板で、２０は絶縁体
基板の裏面からグランドをとるための電極、３０は電極
でグランドに接地してある。

【０２０２】また、６は非線型のＩ−Ｖ特性をもつ抵抗
膜であり、８０は帯電の様子を見るためのプローブ電極
で、この電位は、表面電位計９０に接続してあり、５０
はアノード電極で高圧電源７０と接続してある。

【０２０３】このような測定系においては、基板および
アノード電極は真空容器内にあり、真空中で測定され
る。

【０２０４】この結果を、図４を用いて説明する。

【０２０５】ある時刻に高圧電源７０からアノード電圧
Ｖａを印加すると、非線型のＩ−Ｖ特性をもつ抵抗膜６
がない場合、つまり絶縁性基板のみの場合、プローブ電
極の電位は、真空と絶縁基板の誘電率と空間の距離でき
まる容量で分割され正の電位に帯電する。

【０２０６】絶縁性が高ければ高いほどこの正の電位は
長く保存される。

【０２０７】また、アノード電圧Ｖａをオフにすると負
の電位に帯電する。

【０２０８】たとえば、Ｖａを５ＫＶ程度印加するとプ
ローブ電位は２ＫＶ以上増加することがあり、この場
合、接地してある電極３０とプローブ電極間８０に高い
電圧がかかり、その結果絶縁破壊し放電することがあ
る。

【０２０９】一方、絶縁性基板上に非線型のＩ−Ｖ特性
をもつ抵抗膜６を形成すると、図に示すように、電位が
ある時定数で減衰する。

【０２１０】この時定数は、同じ構成、つまり容量が同
じだとすると、非線型のＩ−Ｖ特性をもつ抵抗膜６の抵
抗できまる時定数で減衰し、電位が０Ｖになる。

【０２１１】電位が０Ｖであれば、各電極とに電位差を
生じないので絶縁破壊することがない。

【０２１２】この測定をもとに非線型のＩ−Ｖ特性をも
つ抵抗膜６として、上述の炭素、酸化クロム、酸化スズ
を用いたときの帯電の様子を計測した。

【０２１３】この結果、どの膜厚においても帯電は、す
ぐに減衰することが分かった。ちなみに抵抗膜が炭素で
あり、１ｎｍのときの減衰時間は１０ｍｓ程度であっ
た。

【０２１４】実験的に非線型のＩ−Ｖ特性をもつ抵抗膜
６のシート抵抗値が、５×１０⁶Ｖ／ｍの電界強度にお
いて１×１０⁸Ω／□以上であれば、減衰時間は１ｓ以
下であり、高圧を２０ＫＶ程度あげても絶縁破壊するこ
とがないことが判明した。

【０２１５】工程（ｅ） 次に、測定評価装置に設置し、真空ポンプにて排気し、
２×１０^-3Ｐａの圧力に達した後、素子に素子電圧Ｖｆ
を印加するための電源３１より、素子の素子電極４，５
間に電圧を印加し、通電処理（フォーミング処理）し
た。

【０２１６】フォーミング処理の電圧波形（フォーミン
グ電圧波形）を図５（ｂ）に示す。

【０２１７】図中、Ｔ１及びＴ２は、それぞれ電圧波形
のパルス幅とパルス間隔であり、本実施例ではＴ１を１
ミリ秒、Ｔ２を１０ミリ秒とし、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。

【０２１８】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。

【０２１９】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オーム以上になった時と
し、同時に、素子への電圧の印加を終了した。

【０２２０】このときのフォーミング電圧ＶＦは、５．
０Ｖであった。

【０２２１】この後、素子を真空中に保持したまま、１
５０℃でアニーリングし、電子放出部を含む薄膜３を還
元した。

【０２２２】工程（ｆ） 続いて、アセトン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、０．１Ｐａを維持
した。

【０２２３】次に、フォーミング処理した素子に、フォ
ーミング波形図５（ａ）の波形で矩形波の波高値を１４
Ｖで、活性化処理をした。

【０２２４】活性化処理とは、前述した様に、図３に示
した測定評価装置内で、素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅ
を測定しながら、素子電極間にパルス電圧を印加した。

【０２２５】効率η（（Ｉｅ／Ｉｆ）×１００％）が、
約３０分で最大になったため、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。

【０２２６】工程（ｇ） こうして、電子放出部３を形成して電子放出素子２を作
製し、電子放出特性を評価した。

【０２２７】アノード電極と電子放出素子間の距離を４
ｍｍ、アノード電極の電位を５ｋＶ、電子放出特性測定
時の真空装置内の圧力を１×１０^-6Ｐａとした。

【０２２８】素子の電極４，５の間に素子電圧を１４Ｖ
印加したが、電子放出特性は極めて安定で、放電等によ
る素子の破壊は生じなかった。

【０２２９】次に、比較のため非線型のＩ−Ｖ特性をも
つ抵抗膜６のないサンプルを評価したところ、電子放出
量の時間的変化が大きく、また５時間以内に放電が生じ
素子が破壊した。

【０２３０】以上より本実施例による非線型のＩ−Ｖ特
性を有する抵抗膜により、安定で放電の生じない電子放
出特性が得られた。

【０２３１】尚、工程（ｆ）の活性化処理を実施するこ
とにより、少なくとも抵抗膜６の部分的な領域に炭素化
合物が新たに形成されうるが、上述の非線型のＩ−Ｖ特
性をもつ抵抗膜の特性、具体的にはリーク電流に大きな
影響を与えるものではなかった。

【０２３２】これは炭素化合物が導電体であっても、部
分的にしか形成されないために、リーク電流として寄与
しにくいためであると思われる。 （実施例２）本実施例では、非線型のＩ−Ｖ特性をもつ
抵抗膜６を、基板に最初に形成した構成（サンプル）に
ついて説明する。

【０２３３】まず、図７を参照して、その製造工程につ
いて説明する。

【０２３４】工程（ａ） 清浄化した青板ガラス１上に市販の炭素分散材料（粒径
０．１μｍ）の水溶液をスピンコートした。

【０２３５】炭素分散材料は黒鉛を主成分として、導電
率をさげるためにＴｉＯ₂を添加されているものを用い
た。

【０２３６】スピンコート条件および水溶液濃度によ
り、種々の膜厚の非線型のＩ−Ｖ特性をもつ抵抗膜６を
形成することができる。

【０２３７】この炭素分散材料を安定化するために２０
０℃で熱処理をおこなった。

【０２３８】ここで、炭素分散材料と称しているのは、
膜厚と抵抗値の関係を制御するために、炭素に不純物を
混合させて抵抗率を可変させるので、炭素分散材料と呼
んでいる。

【０２３９】このようにして作製した炭素分散材料で被
覆された青板ガラス基板１上に、素子電極４，５と素子
電極間ギャップＧ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５０ÅのＴｉ、厚さ１０００Åの
Ｐｔを順次堆積した。

【０２４０】ホトレジストパターンを有機溶剤で溶解
し、Ｐｔ／Ｔｉ堆積膜をリフトオフし、素子電極間隔Ｌ
１は１０ミクロンとし、素子電極の幅Ｗ１を３００ミク
ロン、を有する素子電極４，５を形成した。 （抵抗測定）種々の膜厚に対する基板のシート抵抗を４
探針法により測定したところ、１×１０⁷Ｖ／ｍの電界
強度のもとで以下のシート抵抗値を得た。

【０２４１】尚、５×１０⁶Ｖ／ｍの電界強度のもとで
は、いずれも１×１０⁸Ω／□以上のシート抵抗値であ
った。

【０２４２】０．１μｍの場合に、３×１０⁸Ω／□ ０．２μｍの場合に、８×１０⁸Ω／□ ０．４μｍの場合に、１×１０⁷Ω／□ ０．６μｍの場合に、２×１０⁷Ω／□ １．０μｍの場合に、５×１０⁷Ω／□ であった。

【０２４３】なお、これらの膜厚と抵抗値の関係は、黒
鉛中の不純物材料および混合比率を変えたり、スピンコ
ート条件，水溶液濃度，熱処理条件等で変えることもで
き、上記関係は普遍的なものではない。 （電位測定）上記実施例１と同様に種々の膜厚に対する
電位測定を行った。

【０２４４】この場合も、どの膜厚においても時定数１
０ｍｓ以下で電位は減衰し、０Ｖであることがわかっ
た。

【０２４５】次に、実施例１に記載の工程（ｅ），工程
（ｆ），工程（ｇ）と同様の工程で、電子放出素子を作
製した。

【０２４６】この電子放出素子において、アノード電極
と電子放出素子間の距離を２．８ｍｍ、アノード電極の
電位を６ｋＶ、電子放出特性測定時の真空装置内の真空
度を１×１０^-6Ｐａとし、素子の電極４，５の間に素子
電圧を１４Ｖ印加したが、電子放出特性は極めて安定
で、放電等による素子の破壊は生じなかった。

【０２４７】以上より、本実施例による帯電防止膜によ
り、実施例１と同様に、安定で放電の生じない電子放出
特性が得られた。 （実施例３）図１（ａ）及び（ｂ）に示すのと同様の構
成の電子放出素子を、図１２に模式的に示すように基体
上に複数配置し、さらにマトリクス状配線を配置した電
子源を、以下に示す手順により作成した。

【０２４８】図中、３は導電性薄膜を、１７１は素子電
極を、１７２は下配線を、１７３は層間絶縁層を、１７
４は上配線を示している。

【０２４９】尚、図では、構造をわかりやすくするため
に部材の一部を消去してある。

【０２５０】次に、図１３を参照しながら、製造方法に
ついて説明する。

【０２５１】［工程１］青板ガラスを洗剤と純水により
洗浄した後、スクリーン印刷法により、素子電極１７１
の形状のＭＯＤペースト（ＤＵ−２１１０；ノリタケ
（株）製）のパターンを形成した。

【０２５２】このＭＯＤペーストは金属成分として、金
を含むものである。

【０２５３】印刷後、１１０℃で２０分乾燥し、次いで
熱処理装置によりピーク温度５８０℃ピーク保持時間８
分間の条件で上記ＭＯＤペーストを焼成し、厚さ０．３
μｍの素子電極１７１を形成した。

【０２５４】なお、素子電極間隔は７０μｍとした（図
１３（Ａ））。

【０２５５】［工程２］次いで、金属成分として銀を含
むペースト材料（ＮＰ−４０２８Ａ；ノリタケ（株）
製）を用い、スクリーン印刷法によりｘ方向配線１７２
のパターンを形成、工程１と同様の条件で焼成してｘ方
向配線を形成した（図１３（Ｂ））。

【０２５６】［工程３］次に、ＰｂＯを主成分とするペ
ーストを用い、層間絶縁層１７３のパターンを印刷して
工程１、２と同様の条件で焼成し、層間絶縁層１７３を
形成した（図１３（Ｃ））。

【０２５７】この層間絶縁層は素子電極１７１の一方
と、後の工程で形成するｙ方向配線とが接続されるよ
う、切り欠き部分を有している。

【０２５８】［工程４］工程２と同様の方法で、ｙ方向
配線１７４を形成し（図１３（Ｄ））、配線を形成し
た。

【０２５９】［工程５］次いで、導電性薄膜３を形成し
た。

【０２６０】具体的には、有機パラジウム含有溶液を、
バブルジェット方式のインクジェット噴射装置を用い
て、幅が２００マイクロメートルとなるように付与して
行って、その後３５０℃で１０分間の加熱処理を行っ
て、酸化パラジウム微粒子から成る微粒子膜を得た（図
１３（Ｅ））。

【０２６１】［工程６］次に、ＲＦマグネトロンスパッ
タによって非線型のＶ−Ｉ特性を有する抵抗膜６を形成
した。

【０２６２】ここで、使用したターゲットは炭素であ
り、膜厚は約２ｎｍである。

【０２６３】このときのシート抵抗値は、１×１０⁷Ｖ
／ｍの電界強度においては、概ね５×１０⁸Ω／□であ
り、５×１０⁶Ｖ／ｍの電界強度において、概ね８×１
０¹⁴Ω／□程度であった（図１２）。

【０２６４】つぎに，以上のようにして作成した電子源
を用いて表示装置を構成した例を、図９および図１０を
用いて説明する。

【０２６５】上記のようにして、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９１上に
固定した後、基板１の５ｍｍ上方に、フェースプレート
９６（ガラス基板９３の内面に蛍光膜９４とメタルバッ
ク９５が形成されて構成される）を、支持枠９２を介し
て配置し、フェースプレート９６、支持枠９２、リアプ
レート９１の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中
あるいは窒素雰囲気中で４００℃ないし５００℃で１０
分以上焼成することで封着した（図１０）。

【０２６６】また、リアプレート９１への基板１の固定
もフリットガラスで行った。

【０２６７】図９および図１０において、８４は電子放
出素子、８２，８３はそれぞれＸ方向及びＹ方向の素子
配線である。

【０２６８】蛍光膜９４は、モノクロームの場合は蛍光
体のみからなるが、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
間隙部に各色蛍光体を塗布し、蛍光膜９４を作製した。

【０２６９】ブラックストライプの材料としては、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。

【０２７０】ガラス基板９３に蛍光体を塗布する方法は
スラリー法を用いた。

【０２７１】また、蛍光膜９４の内面側には、通常メタ
ルバック９５が設けられる。

【０２７２】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。

【０２７３】フェースプレート９６には、更に蛍光膜９
４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。

【０２７４】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。

【０２７５】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Ｄｘｏ１な
いしＤｏｘｍとＤｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じて、電子
放出素子８４の電極４，５間に電圧を印加し、電子放出
部形成用薄膜３をフォーミング処理することにより、電
子放出部２を作成した。

【０２７６】フォーミング処理の電圧波形は、図５
（ｂ）と同様である。

【０２７７】本実施例ではＴ１を１ミリ秒、Ｔ２を１０
ミリ秒とし、約２×１０^-3Ｐａの圧力下で行った。

【０２７８】このように作成された電子放出部２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３０オングストロー
ムであった。

【０２７９】次に、パネルの排気管より、アセトンを、
スローリークバルブを通してパネル内に導入し、０．１
Ｐａを維持した。

【０２８０】次いで、上記フォーミング処理で使用した
三角波を矩形波に変えて、波高１４Ｖで、素子電流Ｉ
ｆ，放出電流Ｉｅを測定しながら、活性化処理をおこな
った。

【０２８１】以上のようにフォーミング、活性化処理を
行い、電子放出部２を形成し、電子放出素子８４を作製
した。

【０２８２】次に、１０^-6Ｐａ程度の圧力まで排気し、
不図示の排気管をガスバーナーで熱することで溶着して
外囲器の封止を行った。

【０２８３】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。

【０２８４】以上のように完成した本実施例の画像表示
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、電子放出させて、高圧端子Ｈｖを通じ
て、メタルバック９５、あるいは透明電極（不図示）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９４に衝突させて励起・発光させることで画像を表示
した。

【０２８５】ここで、本実施例においては、層間絶縁層
１７３上の絶縁性表面にも非線型なＩ−Ｖ特性を有する
抵抗膜６が形成してあり、この部分の帯電も効果的に防
止されている。

【０２８６】その結果、安定した画像を表示し、電子ビ
ームの偏向等もおきず、放電による破壊等も見られなか
った。

【０２８７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、電界強
度が増加するにつれて抵抗値が減少する、非線形型のＩ
−Ｖ特性を有する抵抗膜を設けたことによって、リーク
電流を抑制しつつ帯電による不具合の防止を図ることが
でき、電子放出特性を安定化させて、品質性を向上させ
ることができる。

【０２８８】非線形型のＩ−Ｖ特性を有する抵抗膜は、
絶縁性の基体上や電子源を構成した際の層間絶縁層の表
面に設けることによって、効果的に機能させることがで
きる。

【０２８９】また、本発明を画像形成装置に適用するこ
とで、画像品質の向上にもつながる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る平面型表面伝導電子
放出素子の基本構成図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る表面伝導電子放出素
子の製造工程図である。

【図３】帯電評価装置の概略図である。

【図４】プローブ電位を示す図である。

【図５】本発明の実施の形態に係る表面伝導電子放出素
子のフォーミング電圧波形図である。

【図６】本発明の実施の形態に係る表面伝導電子放出素
子の基本瀧な測定評価装置図である。

【図７】本発明の実施例２に係る表面伝導電子放出素子
の基本構成図である。

【図８】本発明の実施の形態に係る垂直型表面伝導電子
放出素子の基本構成図である。

【図９】本発明の実施の形態に係る電子源の概略構成図
である。

【図１０】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の概
略構成斜視図である。

【図１１】蛍光膜の説明図である。

【図１２】単純マトリクス型電子源の平面図である。

【図１３】単純マトリクス型電子源の製造工程図であ
る。

【図１４】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の、
放出電流Ｉｅおよび素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関係
を示す模式図である。

【図１５】従来技術に係る電子放出素子の平面図であ
る。

【符号の説明】

１ 絶縁性基板 ２ 電子放出部 ３ 導電性薄膜 ４ 素子電極 ５ 素子電極 ６ 非線型のＩ−Ｖ特性を有する抵抗膜 ２０ 絶縁体基板の裏面からグランドをとるための電極 ３０ 電極 ３１ 層間絶縁層 ５０ アノード電極 ６０ 電流計 ６１ 電源 ６２ 電流計 ６３ 高圧電源 ６４ アノード電極 ６５ 真空容器 ６６ 排気ポンプ ７０ 高圧電源 ８０ プローブ電極 ８２ Ｘ方向配線 ８３ Ｙ方向配線 ８４ 電子放出素子 ８５ 結線 ９０ 表面電位計 ９１ リアプレート ９２ 支持枠 ９３ ガラス基板 ９４ 蛍光膜 ９５ メタルバック ９６ フェースプレート ９８ 外囲器 １０１ 黒色導電材 １０２ 蛍光体 １７１ 素子電極 １７２ Ｘ方向配線 １７３ 層間絶縁層 １７４ Ｙ方向配

フロントページの続き (72)発明者 山本 敬介 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 5C036 EE09 EE14 EF01 EF06 EF09 EG12 EH08

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アノードに対向する位置に配置される絶縁
   性の基体と、 該基体上に設けられる、対向する一対の素子電極と、 該素子電極間に位置する電子放出部を含む導電性薄膜
   と、を有する電子放出素子おいて、 電界強度が増加するにつれて抵抗値が減少する、非線形
   型のＩ−Ｖ特性を有する抵抗膜を、前記基体上に設ける
   ことを特徴とする電子放出素子。
2. 【請求項２】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に記載の電子放出素子。
3. 【請求項３】前記抵抗膜内には、分散された導電性粒子
   を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電
   子放出素子。
4. 【請求項４】幅ｗ，長さｌの薄膜の抵抗をＲとした場合
   に、 Ｒ＝Ｒ_S（ｌ／ｗ） を満たすシート抵抗値Ｒ_Sについて、 ５×１０⁶Ｖ／ｍの電界強度における前記抵抗膜のシー
   ト抵抗値Ｒ_Sが、１×１０⁸Ω／□以上であることを特徴
   とする請求項１，２または３に記載の電子放出素子。
5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれか一つに記載の電子
   放出素子を複数備えると共に、 これら電子放出素子に設けられた電極同士を電気的に接
   続する、行及び列方向にマトリックス状に形成された配
   線と、 各配線同士を電気的に隔てる層間絶縁層と、を備える電
   子源において、 前記層間絶縁層の表面に、前記非線形型のＩ−Ｖ特性を
   有する抵抗膜を設けることを特徴とする電子源。
6. 【請求項６】請求項５に記載の電子源と、 該電子源から放出された電子が衝突されて発光する蛍光
   体を有するアノードと、を備えることを特徴とする画像
   形成装置。
7. 【請求項７】絶縁性の基体上に、対向する一対の素子電
   極を形成する工程と、 前記一対の素子電極にそれぞれ接続する導電性薄膜を形
   成する工程と、 前記導電性薄膜の一部の構造を変化させて電子放出部を
   形成する工程と、を有する電子放出素子の製造方法にお
   いて、 電界強度が増加するにつれて抵抗値が減少する、非線形
   型のＩ−Ｖ特性を有する抵抗膜を形成する工程を、含ま
   せることを特徴とする電子放出素子の製造方法。