JP2000251668A

JP2000251668A - 電子放出素子、電子源及び画像形成装置並びに電子放出素子及び電子源の製造方法

Info

Publication number: JP2000251668A
Application number: JP4717699A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Takeda; 俊彦武田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-02-24
Filing date: 1999-02-24
Publication date: 2000-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】電子放出の効率が向上し、個々の電子放出特
性のばらつきが抑えられた複数の電子放出素子より成る
電子源の製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも一対の電極と電極間に配置さ
れた微粒子から成る導電性薄膜と導電性薄膜に形成され
る電子放出部を備える電子放出素子を製造するためであ
って、導電性薄膜に電子放出部を形成するフォーミング
工程と、有機ガスを含有する雰囲気中で電子放出部に電
圧を印加する活性化工程を有する電子放出素子の製造方
法において、活性化工程の後に有機ガスを排気した雰囲
気中で電圧を電子放出部に印加する前駆動工程を更に有
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、表面伝導型電子放
出素子、該電子放出素子を用いた電子源、該電子源を用
いた画像形成装置並びに前記電子放出素子及び前記電子
源の製造方法に関する。

【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。ＦＥ型の例としてはW.P.Dyke & W.
W.Dolan,“Field Emission”,Advance in Electron Phy
sics,8,89(1956)あるいはC.A.Spindt,“Physical Prope
rties of Thin-Film Field Emission Cathodes with Mo
lybdenium Cones”,J.Appl.Phys.,47,5248(1976)等に開
示されたものが知られている。

【０００３】ＭＩＭ型の例としてはC.A.Mead,“Operati
on of Tunnel-Emission Devices”,J.Apply.Phys.,32,6
46(1961)等に開示されたものが知られている。

【０００４】表面伝導型電子放出素子型の例としては、
M.I.Elinson,Radio Eng.Electron Phys.,10,1290(1965)
等に開示されたものがある。

【０００５】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:“Thin Solid Films”,9,317(1972)]、Ｉｎ
₂Ｏ₃／ＳｎＯ₂薄膜によるもの[M.Hartwell and C.G.
Fonstad:“IEEE Trans.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。

【０００６】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、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５が形成される。
尚、図中の素子電極間隔Ｌは、０．５〜１ｍｍ、Ｗは、
０．１ｍｍに設定されている。

【０００７】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った。即ち、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、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。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】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措置が明るい表示
画像を安定して提供できるよう更に安定な電子放出特性
及び電子放出の効率向上が要望されている。ここでの効
率は、表面伝導型電子放出素子の一対の素子電極に電圧
を印加した際に、両電極間を流れる電流（以下、「素子
電流」または“Ｉｆ”という。）と真空中に放出される
電流（以下、「電子放出電流」またはＩｅ”という。）
との比で評価されるものであり、素子電流が少なく、放
出電流が多い電子放出素子が望まれている。安定的に制
御し得る電子放出特性と効率の向上がなされれば、例え
ば蛍光体を画像形成部材とする画像形成装置において
は、低電流で明るい高品位な画像形成装置、例えばフラ
ットテレビが実現できる。また、低電流化にともない、
画像形成装置を構成する駆動回路等のローコスト化も図
れる。

【０００９】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。

【００１０】また、上述の表面伝導型電子放出素子は、
構造が単純で製造も容易であることから、大面積にわた
って多数素子を配列形成できる利点がある。そこで、こ
の特徴を生かせるようないろいろな応用が研究されてい
る。例えば、荷電ビーム源、表示装置等があげられる。
多数の表面伝導型電子放出素子を配列形成した例として
は、後述するように、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号公報、特
開平１−２８３７４９号公報、特開平２−２５７５５２
号公報）。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。自発光型表
示装置としては、表面伝導型電子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、米国特許第５
０６６８８３号）しかしながら、上述の表面伝導型電子
放出素子を多数配列形成して成る表示装置等では各々の
電子放出素子の均一性が重要であり、電子放出特性のば
らつきは、表示画像のむらとして現れてしまう。この電
子放出特性のばらつきに起因する表示画像のむらを補正
するために種々の駆動方法が発明、考案されているが、
それらは駆動回路の複雑化を招くため、無補正、あるい
はより簡単な補正で実用に耐えうるような、均一性の高
い電子放出素子を得ることが望まれている。

【００１１】本発明は、電子放出の効率が向上し、個々
の電子放出特性のばらつきが抑えられた複数の電子放出
素子より成る電子源の製造方法を提供することを目的と
する。

【００１２】

【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。

【００１３】即ち、本発明における電子放出素子及び画
像形成装置の製造方法は、後述するフォーミング、活性
化、ベーキング等による安定化の工程後に、活性化工程
時の電流に基づいて、活性化時の印加電圧と同等あるい
はそれ以上の波高値の電圧を印加することにより、複数
の表面伝導型電子放出素子から放出される放出電流を均
一にせしめることによりフォーミング、活性化工程によ
って生じた分布を補正することを特徴とする電子放出素
子及び画像形成装置の製造方法に関するものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明を適用し得る表面伝導型電
子放出素子の基本的構成には大別して、平面型及び垂直
型の２つがある。

【００１５】まず、平面型表面伝導型電子放出素子につ
いて説明する。

【００１６】図１は、本発明を適用可能な平面型表面伝
導型電子放出素子の構成を示す模式図であり、図１
（ａ）は平面図、図１（ｂ）は断面図である。

【００１７】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は電子放出部である。

【００１８】基板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。

【００１９】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等の金属或は合金及びＰｄ，Ａｇ，Ａｕ，Ｒｕ
Ｏ₂，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、Ｉｎ₂Ｏ₃−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。

【００２０】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷは、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、好ましくは、数百ｎｍか
ら数百μｍの範囲とすることができ、より好ましくは、
数μｍから数十μｍの範囲とすることができる。

【００２１】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。

【００２２】尚、図１に示した構成だけでなく、基板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。

【００２３】導電性薄膜４には、良好な電子放出特性を
得るために、微粒子で構成された微粒子膜を用いるのが
好ましい。その膜厚は、素子電極２，３へのステップカ
バレージ、素子電極２，３間の抵抗値及び後述するフォ
ーミング条件等を考慮して適宜設定されるが、通常は、
０．１ｎｍの数倍から数百ｎｍの範囲とするのが好まし
く、より好ましくは１ｎｍより５０ｎｍの範囲とするの
がよい。その抵抗値は、Ｒ_Sが１０²から１０⁷Ω／□
の値である。

【００２４】本願明細書において、フォーミング処理に
ついては、通電処理を例に挙げて説明するが、フォーミ
ング処理はこれに限られるものではなく、膜に亀裂を生
じさせて高抵抗状態を形成する処理を包含するものであ
る。

【００２５】導電性薄膜４を構成する材料は、Ｐｄ，Ｐ
ｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆ
ｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ，Ｓ
ｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＰｂＯ，Ｓｂ₂Ｏ₃等の酸化物、
ＨｆＢ₂，ＺｒＢ₂，ＬａＢ₆，ＣｅＢ₆，ＹＢ₄，Ｇ
ｄＢ₄等の硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，Ｔａ，
Ｃ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ
等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体、カーボン等の中か
ら適宜選択される。

【００２６】ここで述べる微粒子膜とは、複数の微粒子
が集合した膜であり、その微細構造は、微粒子が個々に
分散配置した状態あるいは微粒子が互いに隣接、あるい
は重なり合った状態（いくつかの微粒子が集合し、全体
として島状構造を形成している場合も含む）をとってい
る。微粒子の粒径は、０．１ｎｍの数倍から数百ｎｍの
範囲、好ましくは、１ｎｍから２０ｎｍの範囲である。

【００２７】なお、本明細書では頻繁に「微粒子」とい
う言葉を用いるので、その意味について説明する。

【００２８】小さな粒子を「微粒子」と呼び、これより
も小さなものを「超微粒子」と呼ぶ。「超微粒子」より
もさらに小さく原子の数が数百個程度以下のものを「ク
ラスター」と呼ぶことは広く行われている。

【００２９】しかしながら、それぞれの境は厳密なもの
ではなく、どのような性質に注目して分類するかにより
変化する。また「微粒子」と「超微粒子」を一括して
「微粒子」と呼ぶ場合もあり、本明細書中での記述はこ
れに沿ったものである。

【００３０】「実験物理学講座１４表面・微粒子」
（木下是雄編、共立出版１９８６年９月１日発行）
では次のように記述されている。

【００３１】「本稿で微粒子と言うときにはその直径が
だいたい２〜３μｍ程度から１０ｎｍ程度までとし、特
に超微粒子というときは粒径が１０ｎｍ程度から２〜３
ｎｍ程度までを意味することにする。両者を一括して単
に微粒子と書くこともあってけっして厳密なものではな
く、だいたいの目安である。粒子を構成する原子の数が
２個から数十〜数百個程度の場合はクラスターと呼
ぶ。」（１９５ページ２２〜２６行目）付言すると、新技術開発事業団の“林・超微粒子プロジ
ェクト”での「超微粒子」の定義は、粒径の下限はさら
に小さく、次のようなものであった。

【００３２】「創造科学技術推進制度の“超微粒子プロ
ジェクト”（１９８１〜１９８６）では、粒子の大きさ
（径）がおよそ１〜１００ｎｍの範囲のものを“超微粒
子”（ｕｌｔｒａｆｉｎｅｐａｒｔｉｃｌｅ）と呼
ぶことにした。すると１個の超微粒子はおよそ１００〜
１０⁸個くらいの原子の集合体ということになる。原子
の尺度でみれば超微粒子は大〜巨大粒子である。」
（「超微粒子−創造科学技術−」林主税、上田良二、田
崎明編；三田出版１９８８年２ページ１〜４行
目）「超微粒子よりさらに小さいもの、すなわち原子が
数個〜数百個で構成される１個の粒子は、ふつうクラス
ターと呼ばれる」（同書２ページ１２〜１３行目）上記のような一般的な呼び方をふまえて、本明細書にお
いて「微粒子」とは多数の原子・分子の集合体で、粒径
の下限は０．１ｎｍの数倍から１ｎｍ程度、上限は数μ
ｍ程度のものを指すこととする。

【００３３】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。電子放出部５及びその近傍
の導電性薄膜４には、炭素及び炭素化合物を有すること
もできる。

【００３４】次に、垂直型表面伝導型電子放出素子につ
いて説明する。

【００３５】図２は、本発明の表面伝導型電子放出素子
を適用できる垂直型表面伝導型電子放出素子の一例を示
す模式図である。

【００３６】図２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。
２１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２１は、真空蒸着法、印刷法、
スパッタ法等で形成されたＳｉＯ₂等の絶縁性材料で構
成することができる。段差形成部２１の膜厚は、先に述
べた平面型表面伝導型電子放出素子の素子電極間隔Ｌに
対応し、数百ｎｍから数十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。

【００３７】導電性薄膜４は、素子電極２及び３と段差
形成部２１作成後に、該素子電極２，３の上に積層され
る。電子放出部５は、図２においては、段差形成部２１
に形成されているが、作成条件、フォーミング条件等に
依存し、形状、位置ともこれに限られるものでない。

【００３８】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３に模式的
に示す。

【００３９】以下、図１及び図３を参照しながら製造方
法の一例について説明する。図３においても、図１に示
した部位と同じ部位には図１に付した符号と同一の符号
を付している。

【００４０】１）基板１を洗剤、純水及び有機溶剤等を
用いて十分に洗浄し、真空蒸着法、スパッタ法等により
素子電極材料を堆積後、例えばフォトリソグラフィー技
術を用いて基板１上に素子電極２，３を形成する（図３
（ａ））。

【００４１】２）素子電極２，３を設けた基板１に、有
機金属溶液を塗布して、有機金属薄膜を形成する。有機
金属溶液には、前述の導電性薄膜４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。
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４を形成する
（図３（ｂ））。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４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。

【００４２】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３（ｃ））。
通電フォーミングによれば導電性薄膜４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。該部位が電子放出部５を構成する。通電フォーミ
ングの電圧波形の例を図４に示す。

【００４３】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４（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４（ｂ）に示した手
法がある。

【００４４】図４（ａ）におけるＴ１及びＴ２は電圧波
形のパルス幅とパルス間隔である。通常Ｔ１は１μｓｅ
ｃ〜１０ｍｓｅｃ、Ｔ２は、１０μｓｅｃ〜１０ｍｓｅ
ｃ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。

【００４５】図４（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図４
（ａ）に示したのと同様とすることができる。三角波の
波高値（通電フォーミング時のピーク電圧）は、例えば
０．１Ｖ／ステップ程度づつ、増加させることができ
る。

【００４６】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。

【００４７】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のが好ましい。活性化工程と
は、この工程により、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、
著しく変化する工程である。

【００４８】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
いて上記素子が配置された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
上記真空容器内に適当な有機物質のガスを導入すること
によっても得られる。このときの好ましい有機物質のガ
ス圧は、前述の応用の形態、真空容器の形状や、有機物
質の種類などにより異なるため場合に応じ適宜設定され
る。適当な有機物質としては、アルカン、アルケン、ア
ルキンの脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、アルコ
ール類、アルデヒド類、ケトン類、アミン類、フェノー
ル、カルボン、スルホン酸等の有機酸類等を挙げること
ができ、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が
使用できる。この処理により、雰囲気中に存在する有機
物質から、炭素あるいは炭素化合物が素子上に堆積し、
素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、著しく変化するように
なる。

【００４９】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。

【００５０】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、ＨＯ
ＰＧはほぼ完全なグラファイトの結晶構造、ＰＧは結晶
粒が２００Å程度で結晶構造がやや乱れたもの、ＧＣは
結晶粒が２０Å程度になり結晶構造の乱れがさらに大き
くなったものを指す。）、非晶質カーボン（アモルファ
スカーボン、及びアモルファスカーボンと前記グラファ
イトの微結晶の混合物を指す）であり、その膜厚は、５
０ｎｍ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。

【００５１】５）このような工程を経て得られた電子放
出素子を、本発明の特徴である前駆動工程を行う。この
工程は、以上の素子が配置された真空容器内の有機物質
を排気した後に所望の電圧、例えば活性化時に印加した
電圧と等しい電圧を素子に印加して電子放出素子の電気
的特性を安定化する工程である。上記真空容器を排気す
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でき
る。

【００５２】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以下で、その雰囲気下
では活性化工程の進行が見られないような状態にするこ
とが必要である。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、８０〜２５０℃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。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。

【００５３】そこで、活性化終了時の各素子の素子電流
Ｉｆ、あるいは放出電流Ｉｅを各々個別に測定してお
き、活性化、ベーキング終了後の電流値に基づいて、電
流値の大きい素子については活性化時の印加電圧を超え
る駆動電圧を、電流値の小さい素子については活性化電
圧以下の駆動電圧を与えて各素子を駆動する前駆動工程
を施す。

【００５４】このように前駆動工程において各素子に印
加する駆動電圧に電圧分布を与えることにより、フォー
ミング、活性化によって生じた素子特性の分布、ばらつ
きを補正することができ、実際の素子駆動、あるいは画
像表示時に、各電子放出素子の電気的特性の揃った電子
源や輝度の均一性の高い画像形成装置が容易に得られ
る。

【００５５】前記前駆動工程を行った後の、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、活性化が進行し
ない程度に有機物質が十分除去されていれば、真空の圧
力自体は多少低下しても十分安定な特性を維持すること
ができる。

【００５６】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、放出電流Ｉｅが、
安定する。

【００５７】上述した工程を経て得られた本発明を適用
可能な電子放出素子の基本特性について図５、図６を参
照しながら説明する。

【００５８】図５は、真空処理装置の一例を示す模式図
であり、この真空処理装置は測定評価装置としての機能
をも兼ね備えている。図５においても、図１に示した部
位と同じ部位には図１に付した符号と同一の符号を付し
ている。図５において、５５は真空容器であり、５６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。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。５１は、電子放出素子に素子電圧Ｖｆ
を印加するための電源、５０は素子電極２，３間の導電
性薄膜４を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流
計、５４は素子の電子放出部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。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。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。

【００５９】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。排気ポンプ５６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
こに示した電子源を配した真空処理装置の全体は、不図
示のヒーターにより２５０℃まで加熱できる。従って、
この真空処理装置を用いると、前述の通電フォーミング
以降の工程も行うことができる。

【００６０】図６は、図５に示した真空処理装置を用い
て測定された放出電流Ｉｅ、素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖ
ｆの関係を模式的に示した図である。図６においては、
放出電流Ｉｅが素子電流Ｉｆに比べて著しく小さいの
で、任意単位で示している。なお、縦・横軸ともリニア
スケールである。

【００６１】図６からも明らかなように、本発明の適用
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。

【００６２】即ち、 (i) 本素子はある電圧（しきい値電圧と呼ぶ、図７中の
Ｖｔｈ）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。

【００６３】(ii)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。

【００６４】(iii) アノード電極５４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。

【００６５】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。

【００６６】図６においては、素子電流Ｉｆが素子電圧
Ｖｆに対して単調増加する（以下、「ＭＩ特性」とい
う。）例を実線に示した。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、本発明の特徴である前駆動工程を導入することで
制御できる。

【００６７】前駆動時に印加する電圧の波高値、パルス
幅は任意に設定可能であるが、この前駆動時の電圧によ
ってその電子放出素子の電気的特性が決定される。従っ
て電子放出素子が実際に使用される電圧、パルス幅と同
等あるいはそれ以上の電圧条件にしておくことがより望
ましい。

【００６８】また、後述するように電子放出素子を複数
配列した画像形成装置等の場合には、本発明の特徴であ
る前駆動工程の条件を素子ごと、あるいは列ごとに変え
ることで活性化工程でのばらつきの補正、駆動に起因す
る分布の補正等も可能となるものである。

【００６９】次に、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。

【００７０】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。

【００７１】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。このようなものはい
わゆる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。

【００７２】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）ないし(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幅で制御できる。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。

【００７３】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について、
図７を用いて説明する。図７において、７１は電子源基
板、７２はＸ方向配線、７３はＹ方向配線である。７４
は表面伝導型電子放出素子、７５は結線である。尚、表
面伝導型電子放出素子７４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。

【００７４】ｍ本のＸ方向配線７２は、Ｄｘ１，Ｄｘ
２，…，Ｄｘｍからなり、真空蒸着法、印刷法、スパッ
タ法等を用いて形成された導電性金属等で構成すること
ができる。配線の材料、膜厚、巾は、適宜設計される。
Ｙ方向配線７３は、Ｄｙ１，Ｄｙ２，…，Ｄｙｎのｎ本
の配線よりなり、Ｘ方向配線７２と同様に形成される。
これらｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ方向配線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）。

【００７５】不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等を用いて形成されたＳｉＯ₂等で構成
される。例えば、Ｘ方向配線７２を形成した基板７１の
全面或は一部に所望の形状で形成され、特に、Ｘ方向配
線７２とＹ方向配線７３の交差部の電位差に耐え得るよ
うに、膜厚、材料、製法が、適宜設定される。Ｘ方向配
線７２とＹ方向配線７３は、それぞれ外部端子として引
き出されている。

【００７６】表面伝導型電子放出素子７４を構成する一
対の電極（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。

【００７７】配線７２と配線７３を構成する材料、結線
７５を構成する材料及び一対の素子電極を構成する材料
は、その構成元素の一部あるいは全部が同一であって
も、また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。

【００７８】Ｘ方向配線７２には、Ｘ方向に配列した表
面伝導型電子放出素子７４の行を、選択するための走査
信号を印加する不図示の走査信号印加手段が接続され
る。一方、Ｙ方向配線７３には、Ｙ方向に配列した表面
伝導型電子放出素子７４の各列を入力信号に応じて、変
調するための不図示の変調信号発生手段が接続される。
各電子放出素子に印加される駆動電圧は、当該素子に印
加される走査信号と変調信号の差電圧として供給され
る。

【００７９】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。

【００８０】このような単純マトリクス配置の電子源を
用いて構成した画像形成装置について、図８と図９及び
図１０を用いて説明する。図８は、画像形成装置の表示
パネルの一例を示す模式図であり、図９は、図８の画像
形成装置に使用される蛍光膜の模式図である。図１０
は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行うため
の駆動回路の一例を示すブロック図である。

【００８１】図８において、７１は電子放出素子を複数
配した電子源基板、８１は電子源基板７１を固定したリ
アプレート、８６はガラス基板８３の内面に蛍光膜８４
とメタルバック８５等が形成されたフェースプレートで
ある。８２は、支持枠であり該支持枠８２には、リアプ
レート８１、フェースプレート８６が低融点のフリット
ガラスなどを用いて、接合される。

【００８２】７４は、電子放出素子である。７２，７３
は、表面伝導型電子放出素子の一対の素子電極と接続さ
れたＸ方向配線及びＹ方向配線である。

【００８３】外囲器８８は、上述の如く、フェースプレ
ート８６、支持枠８２、リアプレート８１で構成され
る。リアプレート８１は主に基板７１の強度を補強する
目的で設けられるため、基板７１自体で十分な強度を持
つ場合は別体のリアプレート８１は不要とすることがで
きる。即ち、基板７１に直接支持枠８２を封着し、フェ
ースプレート８６、支持枠８２及び基板７１で外囲器８
８を構成してもよい。一方、フェースプレート８６、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。

【００８４】図９は、蛍光膜を示す模式図である。蛍光
膜８４は、モノクロームの場合は蛍光体のみから構成す
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。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。

【００８５】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。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。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】図８に示した画像形成装置の製造方法の一
例を以下に説明する。

【００８９】図１３はこの工程に用いる装置の概要を示
す模式図である。画像形成装置の外囲器８８は、排気管
１３２を介して真空チャンバー１３３に連結され、さら
にゲートバルブ１３４を介して排気装置１３５に接続さ
れている。真空チャンバー１３３には、内部の圧力及び
雰囲気中の各成分の分圧を測定するために、圧力計１３
６、四重極質量分析器１３７等が取り付けられている。
画像形成装置の外囲器８８内部の圧力などを直接測定す
ることは困難であるため、該真空チャンバー１３３内の
圧力などを測定し、処理条件を制御する。

【００９０】真空チャンバー１３３には、さらに必要な
ガスを真空チャンバー内に導入して雰囲気を制御するた
め、ガス導入ライン１３８が接続されている。該ガス導
入ライン１３８の他端には導入物質源１４０が接続され
ており、導入物質がアンプルやボンベなどに入れて貯蔵
されている。ガス導入ラインの途中には、導入物質を導
入するレートを制御するための導入量制御手段１３９が
設けられている。該導入量制御手段としては具体的に
は、スローリークバルブなど逃す流量を制御可能なバル
ブや、マスフローコントローラーなどが、導入物質の種
類に応じて、それぞれ使用が可能である。

【００９１】図１３の装置により外囲器８８の内部を排
気し、フォーミングを行う。この際、例えば図１４に示
すように、Ｙ方向配線７３を共通電極１４１に接続し、
Ｘ方向配線７２の内の一つに接続された素子に電源１４
２によって、同時に電圧パルスを印加して、フォーミン
グを行うことができる。パルスの形状や、処理の終了の
判定などの条件は、個別素子のフォーミングについての
既述の方法に準じて選択すればよい。また、複数のＸ方
向配線に、位相をずらせたパルスを順次印加（スクロー
ル）することにより、複数のＸ方向配線に接続された素
子をまとめてフォーミングすることも可能である。図中
１４３は電流測定用抵抗を、１４４は、電流測定用のオ
シロスコープを示す。

【００９２】フォーミング終了後、活性化工程を行う。
外囲器８８内は、十分に排気した後有機物質がガス導入
ライン１３８から導入される。あるいは、個別素子の活
性化方法として既述のように、まず油拡散ポンプやロー
タリーポンプで排気し、これによって真空雰囲気中に残
留する有機物質を用いてもよい。また、必要に応じて有
機物質以外の物質も導入される場合がある。このように
して形成した、有機物質を含む雰囲気中で、各電子放出
素子に電圧を印加することにより、炭素あるいは炭素化
合物、ないし両者の混合物が電子放出部に堆積し、電子
放出量がドラスティックに上昇するのは、個別素子の場
合と同様である。このときの電圧の印加方法は、上記フ
ォーミングの場合と同様の結線により、一つの方向配線
につながった素子に、同時の電圧パルスを印加すればよ
い。

【００９３】活性化工程終了後は、個別素子の場合と同
様に、安定化工程を行うことが好ましい。外囲器８８を
加熱して、８０〜２５０℃に保持しながら、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１３５により排気管１３２を通じて排気し、有機物
質の十分少ない雰囲気にした後、排気管をバーナーで熱
して溶解させて封じきる。外囲器８８の封止後の圧力を
維持するために、ゲッター処理を行うこともできる。こ
れは、外囲器８８の封止を行う直前あるいは封止後に、
抵抗加熱あるいは高周波加熱等を用いた加熱により、外
囲器８８内の所定の位置（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
通常はＢａ等が主成分であり、該蒸着膜の吸着作用によ
り、外囲器８８内の雰囲気を維持するものである。

【００９４】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１０を用いて説明する。図１０におい
て、１０１は画像表示パネル、１０２は走査回路、１０
３は制御回路、１０４はシフトレジスタである。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。

【００９５】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Ｈｖ
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。

【００９６】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Ｈｖには、直流電圧源Ｖａより、例えば
１０ｋＶの直流電圧が供給されるが、これは表面伝導型
電子放出素子から放出される電子ビームに蛍光体を励起
するのに十分なエネルギーを付与するための加速電圧で
ある。

【００９７】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を備えたもので（図
中、Ｓ１乃至Ｓｍ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１０１の端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍと電気的に接続され
る。Ｓ１乃至Ｓｍの各スイッチング素子は、制御回路１
０３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。

【００９８】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。

【００９９】制御回路１０３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Ｔ_syncに基づい
て、各部に対してＴ_SCAN及びＴ_SFT及びＴ_MRYの各制御信
号を発生する。

【０１００】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ある。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。
該ＤＡＴＡ信号はシフトレジスタ１０４に入力される。

【０１０１】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Ｔ_SFTに基づいて動
作する（即ち、制御信号Ｔ_SFTは、シフトレジスタ１０
４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
１０４より出力される。

【０１０２】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ための記憶装置であ
り、制御回路１０３より送られる制御信号Ｔ_MRY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。

【０１０３】変調信号発生器１０７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１０１内の表面伝導型電子放出素子に印加され
る。

【０１０４】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、Ｖｔｈ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。

【０１０５】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。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、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。

【０１０６】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。

【０１０７】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われればよいからである。

【０１０８】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路１０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化
する必要があるが、これには１０６の出力部にＡ／Ｄ変
換器を設ければよい。これに関連してラインメモリ１０
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１０７には、例
えば高速の発振器及び発振器の出力する波数を計数する
計数器（カウンタ）及び計数器の出力値と前記メモリの
出力値を比較する比較器（コンパレータ）を組み合わせ
た回路を用いる。必要に応じて、比較器の出力するパル
ス幅変調された変調信号を表面伝導型電子放出素子の駆
動電圧にまで電圧増幅するための増幅器を付加すること
もできる。

【０１０９】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（ＶＯＣ）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。

【０１１０】このような構成をとり得る本発明の適用可
能な画像形成装置においては、各電子放出素子に、容器
外端子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。

【０１１１】次に、はしご型配置の電子源及び画像形成
装置について図１１及び図１２を用いて説明する。

【０１１２】図１１は、はしご型配置の電子源の一例を
示す模式図である。図１１において、１１０は電子源、
１１１は電子放出素子である。１１２、Ｄｘ１乃至Ｄｘ
１０は、電子放出素子１１１を接続するための共通配線
である。電子放出素子１１１は、基板１１０上に、Ｘ方
向に並列に複数個配されている（これを素子行と呼
ぶ）。この素子行が複数個配されて、電子源を構成して
いる。各素子行の共通配線間に駆動電圧を印加すること
で、各素子行を独立に駆動させることができる。即ち、
電子ビームを放出させたい素子行には、電子放出しきい
値以上の電圧を、電子ビームを放出しない素子行には、
電子放出しきい値以下の電圧を印加する。各素子行間の
共通配線Ｄｘ２乃至Ｄｘ９は、例えばＤｘ２、Ｄｘ３を
同一配線とすることもできる。

【０１１３】図１２は、はしご型配置の電子源を備えた
画像形成装置におけるパネル構造の一例を示す模式図で
ある。１２０はグリッド電極、１２１は電子が通過する
ための空孔、１２２はＤｏｘ１，Ｄｏｘ２，…，Ｄｏｘ
ｍよりなる容器外端子である。１２３は、グリッド電極
１２０と接続されたＧ１，Ｇ２，…，Ｇｎからなる容器
外端子、１２４は各素子行間の共通配線を同一配線とし
た電子源である。図１２においては、図８、図１１に示
した部位と同じ部位には、これらの図に付したのと同一
の符号を付している。ここに示した画像形成装置と、図
８に示した単純マトリクス配置の画像形成装置との大き
な違いは、電子源１１０とフェースプレート８６の間に
グリッド電極１２０を備えているか否かである。

【０１１４】図１２においては、基板１１０とフェース
プレート８６の間には、グリッド電極１２０が設けられ
ている。グリッド電極１２０は、表面伝導型電子放出素
子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、はしご型配置の素子行と直交して設けられたストラ
イプ状の電極に電子ビームを通過させるため、各素子に
対応して１個ずつ円形の開口１２１が設けられている。
グリッドの形状や設置位置は図１２に示したものに限定
されるものではない。例えば、開口としてメッシュ状に
多数の通過口を設けることもでき、グリッドを表面伝導
型電子放出素子の周囲や近傍に設けることもできる。

【０１１５】容器外端子１２２及びグリッド容器外端子
１２３は、不図示の制御回路と電気的に接続されてい
る。

【０１１６】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）してい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。

【０１１７】ここで述べた本発明による画像形成装置の
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、ＳＥＣＡ
Ｍ方式などの他、これよりも、多数の走査線からなるＴ
Ｖ信号（例えば、高品位ＴＶ）方式をも採用できる。

【０１１８】また、ここで述べた本発明による画像形成
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。

【０１１９】

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

【０１２０】［実施例１］図１５に示した表面伝導型電
子放出素子を作製した。図１５（ａ）は素子上面図、
（ｂ）はその評価回路を含む素子断面図である。同図に
おいて１は絶縁性ガラス基板、２，３は素子電極、４は
Ｐｄ超微粒子から成る導電性薄膜、５は電子放出部、５
０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、５１は電子放出素子に素
子電圧Ｖｆを印加するための電源、５３はアノード電極
５４に電圧を印加するための高圧電源、５４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
アノード電極である。また、電極２，３間の距離Ｌは３
０μｍ、電極幅Ｗは５ｍｍとし、導電性薄膜４の膜厚は
ほぼ１０ｎｍとした。

【０１２１】この素子を真空チャンバー中に入れ、１０
^-6Ｐａ程度の圧力まで真空排気を行った後、波高値７
Ｖ、パルス幅１ミリ秒、繰り返し周波数１００Ｈｚのパ
ルス波形を加えてフォーミングを行った。次に、ベンゾ
ニトリルガスをほぼ１０^-4Ｐａ程度まで導入し、１５Ｖ
のパルス波形を加えて素子の活性化を行ったところ、活
性化開始直後の素子電流Ｉｆはほぼゼロであったが次第
に増加し、１時間の活性化工程を経た後、ほぼ１０ｍＡ
に到達した。そこで活性化工程を終了し、電子放出素子
及び真空排気装置のチャンバーを２５０℃で〜１０時間
ベーキング、冷却を行った。

【０１２２】次に、電子放出素子、真空チャンバーとも
に十分冷却した後、真空チャンバー内の圧力が１０^-7Ｐ
ａとなったところで、活性化時と同じ波高値、波形の電
圧を印加して素子の前駆動を行ったところ、駆動１パル
スめに活性化終了時の数倍にあたる素子電流が流れた
が、２パルスめ以降はほぼ活性化終了時と同等の電流と
なった。その後、１分間同一の駆動を続け、前駆動を終
了した。

【０１２３】前駆動終了後、素子の駆動電圧（波高値）
を０〜１５Ｖまで種々変えて電子放出素子のＩ−Ｖ特性
を測定したところ図１６に示すような特性を示し、素子
印加電圧Ｖｆに対して素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが一
対一対応するいわゆるＭＩ特性を示し、安定な電子放出
素子が得られた。

【０１２４】［比較例］実施例１と同様の素子を用いて
前駆動を行わない場合の素子特性評価を行った。実施例
１同様活性化、ベーキング、冷却終了後、はじめに駆動
する駆動電圧の波高値を１３Ｖとしたところ１パルスめ
の電流波形は図６、あるいは図１６に示したようなＩ−
Ｖ特性には従わず、Ｖｆ＝１３Ｖにも関わらず活性化終
了時の数倍、実施例１の時とほぼ同等の素子電流Ｉｆが
流れた。その後、１分間の１３Ｖ駆動を行った後１３Ｖ
までのＩ−Ｖ特性を測定したところ、図１７に示すよう
にＶｆ＝１３Ｖにおいて実施例１のＶｆ＝１５Ｖの場合
とほぼ同等の素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが得られた。
従って、活性化、ベーキング終了後最初に印加する電圧
によって素子の電気的特性が変化、決定されることが示
された。

【０１２５】［実施例２］図８に示した単純マトリクス
構成の画像形成装置を作製した。作製した画像形成装置
の電子源はＸ方向に６４０画素、Ｙ方向に４８０画素を
単純マトリクス配置したもので各画素に対応した位置に
蛍光体を配置してカラー表示可能な画像形成装置とし
た。また、本実施例では平面型の表面伝導型電子放出素
子を用いており、電子放出部を形成する導電性膜にはＰ
ｄＯ微粒子からなる島状薄膜を用いた。

【０１２６】すでに述べたように通常のフォトリソ技術
で作製したマトリクス構成の電子源をパネル化した後、
排気装置に接続し、１×１０^-5Ｐａの圧力まで排気した
後に各ラインに電圧を印加しフォーミングを行った。フ
ォーミング完了後、ガス導入ラインからベンゾニトリル
を導入し、フォーミング同様各ラインに電圧を印加して
活性化処理を行い電子源をマトリクス配置した画像形成
装置を作製した。

【０１２７】こうして得られた画像形成装置パネル全体
をベーキングした後、画像表示用ドライバーに接続する
前に全ラインの前駆動を行った。このとき、ライン駆動
による実効電圧分布（ライン配線抵抗に起因する）を考
慮して前駆動時のＹ方向配線に電圧の分布を持たせて前
駆動を行った。具体的には、Ｘ方向配線をグランド電
位、表示面中央付近のＹ方向配線に印加する電圧を１５
Ｖ、両端付近のＹ方向配線に印加する電圧を１３Ｖとし
て各ライン１分間の前駆動を行って画像形成装置を完成
した。

【０１２８】こうして得られた画像形成装置にＸ配線に
＋７Ｖ、Ｙ配線に−７Ｖ、即ち各電子源に印加されるト
ータルの電圧を１４ＶとしてＸ配線を順次スクロールし
て全面白の表示を行ったところ、極めて均一性の高い画
像表示が得られた。

【０１２９】

【発明の効果】以上説明したように本説明によれば、以
下の効果が奏される。

【０１３０】本発明の電子放出素子及び画像形成装置の
製造方法によれば、均一な電気的特性を有する電子放出
素子及び均一性に優れた画像を表示可能な画像形成装置
を提供できる。

【０１３１】また、本発明の電子放出素子及び画像形成
装置の製造方法によれば、フォーミング、活性化によっ
て生じた素子特性のばらつきを補正することが可能とな
る。

【０１３２】更に、本発明によれば、前駆動時の電圧を
調整することによって、電子放出素子の電流電圧特性を
調整することができるので、画像形成装置に組み込んだ
場合に各電子放出素子に印加される電圧に応じて、前駆
動の電圧を調整すれば、各電子放出素子に印加される電
圧が異なっても、全ての電子放出素子に同一の値の素子
電流や放出電流が流れるようにすることができ、従っ
て、輝度むらや色むらの無い画像形成装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に適用可能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】本発明に適用可能な垂直型表面伝導型電子放出
素子の構成を示す模式図である。

【図３】本発明に適用可能な表面伝導型電子放出素子の
製造方法の一例を示す模式図である。

【図４】本発明に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５】測定評価機能を備えた真空処理装置の一例を示
す模式図である。

【図６】本発明に適用可能な表面伝導型電子放出素子に
ついての放出電流Ｉｅ、素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの
関係の一例を示すグラフである。

【図７】本発明に適用可能な単純マトリクス配置した電
子源の一例を示す模式図である。

【図８】本発明に適用可能な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９】蛍光膜の一例を示す模式図である。

【図１０】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１１】本発明に適用可能な梯子配置の電子源の一例
を示す模式図である。

【図１２】本発明に適用可能な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１３】本発明を用いた電子源のフォーミング、活性
化工程を行うための真空排気装置の模式図である。

【図１４】本発明に適用可能なフォーミング、活性化工
程のための結線方法を示す模式図である。

【図１５】本発明に用いた電子放出素子の一例を示す模
式図である。

【図１６】本発明によって得られた電子放出素子の電気
的特性を示す模式図である。

【図１７】比較例に示した電子放出素子の電気的特性の
模式図である。

【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２１段差形成部５０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５１電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電
源５３アノード電極５４に電圧を印加するための高圧電
源５４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５５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５６真空装置５７排気ポンプ７１電子源基板７２Ｘ方向配線７３Ｙ方向配線７４表面伝導型電子放出素子７５結線８１リアプレート８２支持枠８３ガラス基板８４蛍光膜８５メタルバック８６フェースプレート８７高圧端子８８外囲器９１黒色導電材９２蛍光体９３ガラス基板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及びＶａ直流電圧源１１０電子源１１１電子放出素子１１２Ｄｘ１〜Ｄｘ１０は、前記電子放出素子を配線
するための共通配線１２０グリッド電極１２１電子が通過するための空孔１２２Ｄｏｘ１，Ｄｏｘ２，…，Ｄｏｘｍよりなる容
器外端子１２３グリッド電極１２０と接続されたＧ１，Ｇ２１３１画像形成装置１３２排気管１３３真空チャンバー１３４ゲートバルブ１３５排気装置１３６圧力計１３７四重極質量分析器１３８ガス導入ライン１３９導入量制御手段１４０導入物質源１４１共通電極１４２電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一対の電極と該電極間に配置
された微粒子から成る導電性薄膜と該導電性薄膜に形成
される電子放出部を備える電子放出素子を製造するため
であって、前記導電性薄膜に前記電子放出部を形成する
フォーミング工程と、有機ガスを含有する雰囲気中で前
記電子放出部に電圧を印加する活性化工程を有する電子
放出素子の製造方法において、前記活性化工程の後に前
記有機ガスを排気した雰囲気中で所定の電圧を前記電子
放出部に印加する前駆動工程を更に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２】少なくとも一対の電極と該電極間に配置
された微粒子から成る導電性薄膜と該導電性薄膜に形成
される電子放出部を備える電子放出素子を製造するため
であって、前記導電性薄膜に前記電子放出部を形成する
フォーミング工程と、有機ガスを含有する雰囲気中で前
記電子放出部に電圧を印加する活性化工程を有する電子
放出素子の製造方法において、前記活性化工程の後に活
性化が進行しない雰囲気中で所定の電圧を前記電子放出
部に印加する前駆動工程を更に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３】前記前駆動工程で前記電子放出部に印加
する所定の電圧は記活性化工程で印加する電圧以上であ
ることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子放出素
子の製造方法。
【請求項４】前記前駆動工程で前記電子放出部に印加
する所定の電圧はその工程の後の稼働時の電圧よりも高
いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記
載の電子放出素子の製造方法。
【請求項５】前記電子放出素子が画像形成装置で使用
され、前記前駆動工程で前記電子放出部に印加する所定
の電圧はその工程の後の画像表示時の電圧よりも高いこ
とを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
電子放出素子の製造方法。
【請求項６】請求項１乃至５記載の製造方法で製造さ
れたことを特徴とする電子放出素子。
【請求項７】請求項６に記載の電子放出素子を複数備
えることを特徴とする電子源。
【請求項８】請求項７に記載の電子源を備えることを
特徴とする画像形成装置。
【請求項９】少なくとも一対の電極と該電極間に配置
された微粒子から成る導電性薄膜と該導電性薄膜に形成
される電子放出部を備える電子放出素子を複数備える電
子源を製造するためであって、前記導電性薄膜に前記電
子放出部を形成するフォーミング工程と、有機ガスを含
有する雰囲気中で前記電子放出部に電圧を印加する活性
化工程を有する電子源の製造方法において、前記活性化
工程の後に前記有機ガスを排気した雰囲気中で電圧を各
電子放出素子の前記電子放出部に印加する前駆動工程を
更に有し、該前駆動工程で各電子放出素子の前記電子放
出部に印加する電圧は、活性化工程終了後の駆動時に測
定される各電子放出素子が放出する電流及び／又は各電
子放出素子に流れる電流に応じて異なることを特徴とす
る電子源の製造方法。
【請求項１０】少なくとも一対の電極と該電極間に配
置された微粒子から成る導電性薄膜と該導電性薄膜に形
成される電子放出部を備える電子放出素子を複数備える
電子源を製造するためであって、前記導電性薄膜に前記
電子放出部を形成するフォーミング工程と、有機ガスを
含有する雰囲気中で前記電子放出部に電圧を印加する活
性化工程を有する電子源の製造方法において、前記活性
化工程の後に活性化が進行しない雰囲気中で電圧を各電
子放出素子の前記電子放出部に印加する前駆動工程を更
に有し、該前駆動工程で各電子放出素子の前記電子放出
部に印加する電圧は、活性化工程終了後の駆動時に測定
される各電子放出素子が放出する電流及び／又は各電子
放出素子に流れる電流に応じて異なることを特徴とする
電子源の製造方法。
【請求項１１】少なくとも一対の電極と該電極間に配
置された微粒子から成る導電性薄膜と該導電性薄膜に形
成される電子放出部を備える電子放出素子を複数備える
電子源を製造するためであって、前記導電性薄膜に前記
電子放出部を形成するフォーミング工程と、有機ガスを
含有する雰囲気中で前記電子放出部に電圧を印加する活
性化工程を有する電子源の製造方法において、前記活性
化工程の後に前記有機ガスを排気した雰囲気中で電圧を
各電子放出素子の前記電子放出部に印加する前駆動工程
を更に有し、該前駆動工程で各電子放出素子の前記電子
放出部に印加する電圧は、稼働時に印加される同一の画
像信号レベルに対応する駆動電圧に応じて異なることを
特徴とする電子源の製造方法。
【請求項１２】少なくとも一対の電極と該電極間に配
置された微粒子から成る導電性薄膜と該導電性薄膜に形
成される電子放出部を備える電子放出素子を複数備える
電子源を製造するためであって、前記導電性薄膜に前記
電子放出部を形成するフォーミング工程と、有機ガスを
含有する雰囲気中で前記電子放出部に電圧を印加する活
性化工程を有する電子源の製造方法において、前記活性
化工程の後に活性化が進行しない雰囲気中で電圧を各電
子放出素子の前記電子放出部に印加する前駆動工程を更
に有し、該前駆動工程で各電子放出素子の前記電子放出
部に印加する電圧は、稼働時に印加される同一の画像信
号レベルに対応する駆動電圧に応じて異なることを特徴
とする電子源の製造方法。
【請求項１３】前記前駆動工程で前記電子放出部に印
加する電圧が前記活性化工程で前記電子放出部に印加す
る電圧よりも高いことを特徴とする請求項９乃至１２の
いずれか１項に記載の電子源の製造方法。
【請求項１４】前記前駆動工程で前記電子放出部に印
加する電圧がその工程の後の稼働時の電圧よりも高いこ
とを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか１項に記載
の電子源の製造方法。
【請求項１５】前記電子源が画像形成装置で使用さ
れ、前記前駆動工程で前記電子放出部に印加する電圧が
その工程の後の画像表示時の電圧よりも高いことを特徴
とする請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の電子源
の製造方法。
【請求項１６】請求項９乃至１５のいずれか１項に記
載の製造方法で製造されたことを特徴とする電子源。
【請求項１７】請求項１６に記載の電子源を備えるこ
とを特徴とする画像形成装置。