JP2000306496A

JP2000306496A - 電子放出素子、電子源、画像形成装置及びそれらの製造方法

Info

Publication number: JP2000306496A
Application number: JP2000035166A
Authority: JP
Inventors: Tomoko Maruyama; 朋子丸山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-02-17
Filing date: 2000-02-14
Publication date: 2000-11-02
Also published as: US6693375B1

Abstract

(57)【要約】【課題】電子放出素子におけるフォーミングパワーを
低減せしめ、かつ電子放出特性の耐熱安定性を向上せし
める。【解決手段】一対の素子電極間に、電子放出部を有す
る導電性膜を備える電子放出素子において、前記導電性
膜を、合金または全率固溶な少なくとも２種類の金属で
構成する。

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、該
素子を複数備えた電子源、及び該電子源を用いて構成し
た表示装置や露光装置等の画像形成装置とそれらの製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子放出素子、例えば表面伝導型電子放
出素子は、絶縁性の基板上に形成された導電性薄膜に、
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。

【０００３】表面伝導型電子放出素子の典型的な構成例
としては、絶縁性の基板上に設けた一対の素子電極間を
連絡する金属酸化物等の導電性薄膜に、予めフォーミン
グと称される通電処理により電子放出部を形成したもの
が挙げられる。フォーミングは、導電性薄膜の両端に、
電圧を印加通電することで通常行なわれ、導電性薄膜を
局所的に破壊、変形もしくは変質させて構造を変化さ
せ、電気的に高抵抗な状態の電子放出部を形成する処理
である。電子放出は、上記電子放出部が形成された導電
性薄膜に電圧を印加して電流を流すことにより、電子放
出部に発生した亀裂付近から行なわれる。

【０００４】上記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、大面積にわたり多数配
列形成できる利点がある。そこで、この特徴を生かすた
めの種々の応用が研究されている。例えば、荷電ビーム
源、表示装置等の画像形成装置への利用が挙げられる。

【０００５】特に表示装置においては、液晶を用いた表
示装置と同様の平板型表示装置とすることが可能で、し
かもバックライトが不要な自発光型の表示装置として、
表面伝導型電子放出素子を多数配置した電子源と、この
電子源からの電子線の照射により可視光を発光する螢光
体とを組み合わせた表示装置が提案されている（米国特
許第５０６６８８３号明細書）。

【０００６】さらに、該素子を複数配置して電子源、及
び画像形成装置とする際のフォーミングに関しては、該
導電性薄膜を金属酸化膜とし通電しながら水素を導入す
ることで同一配線上の複数素子を同時均一にフォーミン
グならしめる、水素アシストフォーミング法が提案され
ている（特開平０６−１２９９７号公報）。

【０００７】また、対向する素子電極を異なる電極材料
で形成し、これらの素子電極間に跨る導電性薄膜を、あ
る温度下で片方の電極際でのみ電極材料と反応性を有す
る材料を用いることにより、電極際に電子放出部が形成
される、局所的反応によるフォーミング法が提案されて
いる（特開平８−１６２００２号公報）。この公報の実
施例では、導電性薄膜としてＰｄ及びＰｄＯを、この導
電性薄膜と反応する方の電極としてＡｕを、反応しない
方の電極としてＰｔ及びＮｉを用いている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述のようなフォーミ
ング処理によって導電性薄膜の一部に電子放出部が形成
される表面伝導型電子放出素子の場合、フォーミングに
必要なパワーや、電子放出部の性状等は、導電性薄膜の
膜質に大きく左右される。

【０００９】フォーミングパワーに関しては、特に多数
の表面伝導型電子放出素子を配列形成した電子源の場
合、１素子当たりのフォーミングに要する電流が大きい
と、多数の表面伝導型電子放出素子に同時に通電してフ
ォーミングを行なうことが困難であるとともに、多大な
電力を必要とするため高価なフォーミング装置を必要と
し、同時に、配線の電流容量を増加させるために、電気
伝導率の高い高価な配線材料の使用が要求される。

【００１０】さらに、前述のような多数の表面伝導型電
子放出素子を配列形成した電子源と、画像形成部材等と
を組み合わせて表示装置を作製する場合、特にガラスを
用いた表示装置の場合、複数の高温加熱工程を経ること
は必須となる。かかる高温加熱工程を経ることで、導電
性薄膜の電気的性質に変化を生じ電子放出部に所望の電
圧を印加することができなくなる場合があった。

【００１１】より具体的には、上述の高温加熱工程での
モホロジー変化、及びフォーミングで形成された電子放
出部への電流集中による亀裂形状の変化は、融点の高い
導電性薄膜を用いることで抑制できるが、融点の高い金
属を用いると、先に述べた様に、フォーミング時に大電
力が必要となる。一方、融点を高くするため金属酸化膜
を用いると、先に述べた変化は抑制できるが、金属を用
いる場合に比べて電気抵抗率が数桁大きくなるため電子
放出部に実効的に流れる電流が小さくなるという課題が
あった。

【００１２】なお、前記特開平８−１６２００２号公報
に提案された局所的反応によるフォーミング法によれ
ば、電子放出部の形状制御による素子均一性向上とフォ
ーミング電流の低減は図ることができるが、フォーミン
グ後の耐熱安定性については未だ十分ではない。

【００１３】本発明は、電子放出特性の安定した電子放
出素子、及び、電子源を提供することを目的とする。ま
た、本発明は、とりわけ、熱に対し、電子放出特性の安
定した電子放出素子、及び電子源を提供することを目的
とする。また、本発明は、形成する画像の経時的変化の
低減した画像形成装置を提供することを目的とする。ま
た、本発明は、その製造過程での通電処理における通電
パワーを極力低減した電子放出素子、電子源、画像形成
装置の製造方法を提供することを目的とする。また、本
発明は、特性の再現性に優れた、電子放出素子、電子
源、画像形成装置の製造方法を提供することを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の局面に係
る電子放出素子は、一対の素子電極間に、電子放出部を
有する導電性膜を備える電子放出素子において、前記導
電性膜は、合金から成ることを特徴とする電子放出素子
である。この電子放出素子は、前記合金が、ＰｄとＰｔ
から成る合金であるもの、あるいは、前記導電性膜が、
炭素膜を有しているもの、をも含むものである。また、
本発明の第２の局面に係る電子放出素子は、一対の素子
電極間に、前記一対の素子電極の各々に接続され、第１
の間隔をおいて配置された一対の導電性膜を備える電子
放出素子において、前記一対の導電性膜は、合金から成
ることを特徴とする電子放出素子である。この電子放出
素子は、前記２種類の金属が、ＰｄとＰｔであるもの、
あるいは、さらに、前記一対の導電性膜上及び前記第１
の間隔内に、前記第１の間隔よりも狭い第２の間隔を形
成するように配置された炭素膜を有するもの、をも含む
ものである。また、本発明の第３の局面に係る電子放出
素子は、一対の素子電極間に、電子放出部を有する導電
性膜を備える電子放出素子において、前記導電性膜は、
全率固溶な少なくとも２種類の金属を有することを特徴
とする電子放出素子である。この電子放出素子は、前記
合金が、ＰｄとＰｔから成る合金であるもの、あるい
は、前記導電性膜が、炭素膜を有しているもの、をも含
むものである。また、本発明の第４の局面に係る電子放
出素子は、一対の素子電極間に、前記一対の素子電極の
各々に接続され、第１の間隔をおいて配置された一対の
導電性膜を備える電子放出素子において、前記一対の導
電性膜は、全率固溶な少なくとも２種類の金属を有する
ことを特徴とする電子放出素子である。この電子放出素
子は、前記２種類の金属が、ＰｄとＰｔであるもの、あ
るいは、さらに、前記一対の導電性膜上及び前記第１の
間隔内に、前記第１の間隔よりも狭い第２の間隔を形成
するように配置された炭素膜を有するもの、をも含むも
のである。

【００１５】また、本発明の第５の局面に係る電子源
は、基板上に、複数の電子放出素子を備える電子源であ
って、前記電子放出素子が、上記のいずれかの電子放出
素子であることを特徴とする電子源である。また、本発
明の第６の局面に係る電子源は、基板上に、マトリクス
配線された複数の電子放出素子を備える電子源であっ
て、前記電子放出素子が、上記いずれかの電子放出素子
であることを特徴とする電子源である。また、本発明の
第７の局面に係る画像形成装置は、電子源と、該電子源
からの電子線の照射により画像を形成する画像形成部材
とを具備する画像形成装置であって、前記電子源が、上
記いずれかの電子源であることを特徴とする画像形成装
置である。

【００１６】また、本発明の第８の局面に係る電子放出
素子の製造方法は、一対の素子電極間に、電子放出部を
有する導電性膜を備える電子放出素子の製造方法におい
て、合金を形成し得る少なくとも２種類の金属元素を有
する導電性膜を形成する工程と、前記導電性膜に電圧を
印加する工程とを有することを特徴とする電子放出素子
の製造方法である。また、本発明の第９の局面に係る電
子放出素子の製造方法は、一対の素子電極間に、電子放
出部を有する導電性膜を備える電子放出素子の製造方法
において、全率固溶な少なくとも２種類の金属元素を有
する導電性膜を形成する工程と、前記導電性膜に電圧を
印加する工程とを有することを特徴とする電子放出素子
の製造方法である。また、以上の電子放出素子の製造方
法は、前記２種類の金属元素が、前記導電性膜中で、一
方が金属酸化物として、他方が金属として存在してお
り、さらに、前記導電性膜への電圧の印加は還元雰囲気
中にて行われるもの、あるいは、前記２種類の金属元素
が、ＰｄとＰｔであるもの、あるいは、前記Ｐｔの原子
数組成が、５０atomic％以下であるもの、をも含むもの
である。

【００１７】また、本発明の第１０の局面に係る電子源
の製造方法は、基板上に、複数の電子放出素子を備える
電子源の製造方法であって、前記電子放出素子が、上記
いずれかの方法にて製造されることを特徴とする電子源
の製造方法である。また、本発明の第１１の局面に係る
電子源の製造方法は、基板上に、マトリクス配線された
複数の電子放出素子を備える電子源の製造方法であっ
て、前記電子放出素子が、上記いずれかの方法にて製造
されることを特徴とする電子源の製造方法である。ま
た、本発明の第１２の局面に係る画像形成装置の製造方
法は、電子源と、該電子源からの電子線の照射により画
像を形成する画像形成部材とを具備する画像形成装置の
製造方法であって、前記電子源が、上記いずれかの方法
にて製造されることを特徴とする画像形成装置の製造方
法である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明について好ましい
実施形態を挙げて説明する。まず、本発明に係る電子放
出素子の第１の実施形態について以下に述べる。第１の
実施形態の電子放出素子の基本的な構成について、図１
を用いて説明する。図１の（ａ）は平面図、図１の
（ｂ）は断面図であり、図１中、１は基板、３は導電性
膜、２は第１の間隔、４と５は素子電極である。本実施
形態の電子放出素子は、表面伝導型電子放出素子と呼ば
れるものであり、図１に示す通り、一対の素子電極４、
５と、該一対の素子電極４、５間に、該一対の素子電極
４、５の各々に接続され、第１の間隔２をおいて配置さ
れた一対の導電性膜３とを備える電子放出素子である。

【００１９】ここで、基板１としては、例えば石英ガラ
ス、Ｎａ等の不純物含有量を減少させたガラス、青板ガ
ラス、青板ガラスにスパッタ法等によりＳｉＯ₂ を積層
した積層体、アルミナ等のセラミックス等が好ましく用
いられる。

【００２０】対向する素子電極４、５の材料としては、
一般的な導体材料が用いられ、例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａ
ｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ等の金属あるい
は合金、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ₂ 、Ｐｄ−Ａｇ等の
金属あるい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、及びポリ
シリコン等の半導体導体材料等から適宜選択される。

【００２１】素子電極間距離Ｌ、素子電極長さＷ１、導
電性膜３の形状等は、応用される形態等によって、適宜
設計される。素子電極間距離Ｌは、数百Å〜数百μｍで
あることが好ましく、より好ましくは、素子電極４、５
間に印加する電圧等により数μｍ〜数百μｍである。素
子電極長さＷ１は、電極の抵抗値や電子放出特性を考慮
すると、好ましくは数μｍ〜数百μｍであり、また素子
電極厚ｄは、数百Å〜数μｍである。

【００２２】導電性膜３は、少なくとも２種類の金属か
らなる。導電性膜３を形成するための上記複数の金属材
料は、まず、（１）．特定の化合物を形成せず、固体で
相溶傾向にある金属同士で、好ましくは、全率固溶（全
率相溶）な金属同士である。また、上記金属で構成され
る導電性膜３は、換言するならば、合金からなる導電性
膜である。また、導電性膜３は、（２）．駆動電圧印加
時の局所的な電流集中によって容易に上記間隔２の形状
が変化しない、すなわち高温下にさらされても間隔２に
実効的に印加される電圧が低下しないことが好ましい。
また、間隔２近傍の膜のモホロジー変化が生じないこと
が好ましい。すなわち上記金属材料はさらに、高融点金
属材料であることが好ましい。また、（３）．上記金属
材料のうち少なくとも１種類の金属は、後述する、フォ
ーミングパワーの低減のために行なわれる還元ガス雰囲
気中でのフォーミング（例えば、水素アシストフォーミ
ング）に適した金属、すなわち大気中で酸化し易く水素
中で還元し易い、易酸化易還元金属であることがさらに
好ましい。また、（４）．上記金属材料は、後述するイ
ンクジェット法でフォトリソ工程を必要としない導電性
膜形成に好適なインク溶液を形成するための安定な錯体
イオンを形成するものであることがさらに好ましい。

【００２３】上記導電性膜３は、任意の２種類の金属を
混合しただけでは、微視的に均一になるとは限らない。
特に、間隔２近傍は、駆動時に高温下にさらされ、まず
融点の低い金属粒子部分が溶融状態となって凝集による
形態変化を引き起こす。それによって、間隔２近傍の導
電性膜の形態が崩れ、間隔２に実効的にかかる電圧が局
所的に低下し輝度低下を引き起こす。また、間隔２ほど
の高温ではないものの、電子源基板作製時、画像形成装
置作製時の熱プロセス工程、とりわけ封着工程で、間隔
２から比較的離れた領域でも膜のモホロジー変化等の変
質が生じ、導電率が低下し、その結果、間隔２への実効
電圧の低下によって輝度低下を引き起こす。このような
膜の熱による微視的変化を防ぐためには、導電性膜３は
少なくとも上記（１）の条件を満たす金属材料から構成
されていることが好ましい。また、特に導電性膜３が粒
子状の膜である場合には上記膜の微視的変化はより顕著
であるから、導電性膜３が少なくとも上記（１）の条件
を満たす金属材料から構成されていることは導電性膜３
の安定性の上でより効果的である。

【００２４】具体的に、好ましい上記２種の金属の組み
合わせとしては、Ｐｄ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐ
ｄ、Ｃｕ−Ｒｈ、Ｃｕ−Ｐｄ、Ｃｕ−Ｐｔ、Ｃｕ−Ａ
ｕ、Ｎｉ−Ｒｈ、Ｎｉ−Ａｕ、Ｎｉ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｒ
ｈ、Ｃｏ−Ｉｒ、Ｃｕ−Ｎｉ、Ｍｏ−Ｔａ、Ｗ−Ｔａ、
Ｔｉ−Ｔａ、Ｎｂ−Ｔａ、Ｍｏ−Ｔｉ、Ｃｒ−Ｗ、Ｃｒ
−Ｍｏ等が挙げられ、特に好ましいのは、Ｐｄ−Ｐｔの
組み合わせである。

【００２５】さらに（４）の条件を満たす材料として、
インクジェット法を用いた簡便な素子膜形成プロセスの
ために上述の金属材料を安定な錯体イオンとして溶液を
形成するために、白金族元素が特に好ましく挙げられ
る。すなわち白金族元素は多くの酸化数を持ち、単純な
陽イオンを作らず、数種のアクアイオンの他、ほとんど
錯体として存在することが有名である。

【００２６】導電性膜３の膜厚は、素子電極４、５間の
電気抵抗値及び後述するフォーミング条件等によって、
適宜設定される。この導電性膜３の膜厚は、好ましくは
１０Å〜１０００Åで、特に好ましくは１００〜３００
Åである。間隔２は、例えば後述するフォーミング処理
によって導電性膜３に形成される亀裂であり、前記素子
電極４、５間に電圧を印加することにより、電子放出は
この亀裂付近から行なわれる。すなわち、本実施形態に
おいては、主に間隔２が、電子放出部として作用する。

【００２７】次に、本発明に係る電子放出素子の第２の
実施形態について以下に述べる。第２の実施形態の電子
放出素子の基本的な構成について、図２を用いて説明す
る。図２の（ａ）は平面図、図２の（ｂ）は断面図であ
り、図２中、１は基板、３は導電性膜、２は第１の間
隔、２ａは第２の間隔、４と５は素子電極、６は炭素膜
である。本実施形態の電子放出素子もまた、表面伝導型
電子放出素子と呼ばれるものであり、図２に示す通り、
一対の素子電極４、５と、該一対の素子電極４、５間
に、該一対の素子電極４、５の各々に接続され、第１の
間隔２をおいて配置された一対の導電性膜３と、該一対
の導電性膜３上及び該第１の間隔２内に、該第１の間隔
２より狭い第２の間隔２ａを形成するように配置された
炭素膜６とを備える電子放出素子である。本実施形態に
おいては、主に第２の間隔２ａが、電子放出部として作
用する。ここで、上記図２に示される本実施形態の電子
放出素子の、基板１、素子電極４、５、導電性膜３は図
１を用いて前述された第１の実施形態の場合と同様であ
る。また、上記図２に示される本実施形態の電子放出素
子において、炭素膜６は、例えば後述する活性化処理に
より形成される膜であり、好ましくは、グラファイト
（単結晶及び多結晶の双方を指す）、非晶質カーボン
（非晶質カーボン及びこれと多結晶グラファイトとの混
合物を指す）からなる膜である。また、その膜厚は、好
ましくは５００Å以下、より好ましくは、３００Å以下
である。

【００２８】次に、図１及び図２に示した構成の表面伝
導型電子放出素子を例に、図３の製造工程図に基づい
て、以上述べた本実施形態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。１）基板１を洗剤、純水及び有機溶剤により充分に洗浄
した後、真空蒸着法、スパッタ法等により素子電極材料
を堆積させた後、フォトリソグラフィー技術により、あ
るいは印刷法により基板１の面上に素子電極４、５を形
成する（図３（ａ））。２）素子電極４、５を設けた基板１上に、スパッタリン
グ法、ＣＶＤ法、電子ビーム加熱蒸着法、あるいは有機
金属化合物を塗布し加熱焼成する方法等を用いて導電性
膜３を成膜する。次に、リフトオフ、エッチング等によ
りパターニングして所望のパターンを有する導電性膜３
を形成する（図３（ｂ））。ここでいう有機金属溶液と
は、前述の導電性膜３を構成する金属を金属錯体として
含有する有機化合物の溶液であり、所望の膜厚を得るた
め溶媒で粘性を調整したものが用いられる。なお、上述
の導電性膜３のパターニング工程をインクジェット法で
行なうことで、フォトリソグラフィー技術による工程を
極めて簡略化できる。インクジェット法で液滴吐出によ
って素子電極４、５間にドット膜を付与したのち加熱焼
成する方法等を用いて導電性膜３を形成する。ここでい
うインクとは、前述の金属錯体イオンを含有した有機金
属溶液のことであり、インクジェットによって所望の膜
厚及びドット径が得られるように溶媒で粘性を調整した
ものが用いられる。なお、ここで形成される導電性膜３
は、以下に述べる理由から、固体で互いに相溶傾向にあ
る２種以上の金属元素同士、好ましくは、互いに全率固
溶（全率相溶）な金属元素同士を含む導電性膜である。
また上記２種類の金属元素は、一方の金属元素が金属と
して前記導電性膜中に存在し、他方の金属元素が金属酸
化物として前記導電性膜中に存在し、後述の還元ガス
（例えば水素ガス）雰囲気中でのフォーミング処理によ
り、上記２種類の金属元素が合金化するものが好まし
い。すなわち、後述する水素アシストフォーミングは、
フォーミングパワーを低減する有効な手法であるが、導
電性膜３を水素アシストフォーミングしようとすると、
導電性膜３は酸化・還元するといった結合の変化を伴う
ことから、膜の結合の連続性が保持しにくく、上記酸化
・還元に伴い導電性膜の金属結合の不連続な個所、つま
り結合欠損部位が生じて上記導電性膜の導電性の低下を
引き起こしやすい。さらに、高温下で上記導電性膜の凝
集を伴うと、かかる導電性膜の導電性の低下をより一層
助長する。また、このような上記結合欠損や上記凝集に
よる導電性の低下は導電性膜が粒子状の膜であるときに
は顕著となる。

【００２９】３）続いて、以上の導電性膜３に対してフ
ォーミングと呼ばれる通電処理を施す。素子電極４、５
間に不図示の電源により通電すると、導電性膜３の部位
に亀裂を生じ、間隔２が形成される。（図３（ｃ））。
なお、電子放出素子を複数配置した電子源あるいは画像
表示装置を作成する場合、配線に電気的に接続された複
数の導電性膜３を同時にフォーミングする必要があり、
そういった場合、フォーミングパワーを低減する優れた
方法として、還元ガス雰囲気中で上記導電性膜３への通
電を行なう水素アシストフォーミングがより好ましく用
いられる。この水素アシストによるフォーミングパワー
の抑制効果は、導電性膜３が水素アシスト下で通電処理
をする場合と、水素アシストせずに通電処理する場合
で、電圧差が生じる際には原理的に有効である。

【００３０】導電性膜３が、前述の様に２種類の金属元
素を含み、少なくともその一方の金属が通電処理時の水
素アシストによってフォーミングパワーを低減できる場
合、水素アシストフォーミングが好ましく用いられる。
導電性膜３を構成する２種類の金属元素を夫々Ａ、Ｂと
した場合の、２種類の金属元素Ａ、Ｂの混合組成とフォ
ーミング電圧の関係を図４に示す。ここで金属元素Ａ
は、前記導電性膜３中で金属として存在する難酸化金属
元素であり、Ｂは、前記導電性膜３中で金属酸化物とし
て存在する易酸化易還元金属である。金属元素Ａ、Ｂの
混合組成を変えて導電性膜３を各々形成した素子を用意
し、後述するような真空装置中に設置し、真空排気した
のち素子電極４、５間に電圧Ｖｆを印加し、徐々にＶｆ
を大きくし、導電性膜３を流れる素子電流Ｉｆが降下す
る際のＶｆ１を求める。金属元素Ａ、Ｂの混合組成を変
えて導電性膜３を各々形成した別の素子を用意し、後述
するような真空装置中に設置し、真空排気した後、還元
ガス（例えば２％水素９８％窒素）を導入し、充分時間
を置いて還元したのち再び還元ガスを排気し、素子電極
４、５間に電圧Ｖｆを印加し、徐々にＶｆを大きくし、
導電性膜３を流れる素子電流Ｉｆが降下する際のＶｆ２
を求める（図４（ａ））。金属元素Ａ、Ｂの混合組成に
おいてＶｆ１とＶｆ２に差が生じるＡの組成ｘ％以下の
範囲では、水素アシストによるフォーミングがより好ま
しく用いられる（図４（ｂ））。

【００３１】ここで、水素アシストフォーミング時のフ
ォーミングパワー抑制に有効な金属元素Ａの組成ｘは、
２種類の金属が完全置換合金を形成する場合、原理的に
５０atomic％以下であることが好ましい。すなわち、金
属同士が金属結合して酸素と結合することのない組成は
Ａ：Ｂ＝１：１と考えられる。また、ごく僅かであって
も、複数素子を直列配置して一度にフォーミングする場
合にはフォーミングパワーの抑制に効果的である。ま
た、５０atomic％に近づくに従って、フォーミングパワ
ーの抑制効果は徐々に薄れることから、実用的な範囲と
しては、難酸化金属元素Ａの組成は、３atomic％〜４５
atomic％程度であることがより好ましい。なお、具体的
に、好ましい上記２種の金属元素の組み合わせとして
は、Ｐｄ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｃｕ−Ｒ
ｈ、Ｃｕ−Ｐｄ、Ｃｕ−Ｐｔ、Ｃｕ−Ａｕ、Ｎｉ−Ｒ
ｈ、Ｎｉ−Ａｕ、Ｎｉ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｒｈ、Ｃｏ−Ｉ
ｒ、Ｃｕ−Ｎｉ、Ｍｏ−Ｔａ、Ｗ−Ｔａ、Ｔｉ−Ｔａ、
Ｎｂ−Ｔａ、Ｍｏ−Ｔｉ、Ｃｒ−Ｗ、Ｃｒ−Ｍｏ等が挙
げられ、特に好ましいのは、Ｐｄ−Ｐｔの組み合わせで
ある。

【００３２】次に、上記フォーミングの電圧波形の例を
図５に示す。電圧波形は、特にパルス波形が好ましく、
パルス波高値を定電圧とした電圧パルスを連続的に印加
する場合（図５（ａ））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（図５（ｂ））がある。
まず、パルス波高値を定電圧とした場合について説明す
る。図５（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り、例えば、Ｔ１を１μｓ〜１０
ｍｓ、Ｔ２を１０μｓ〜１００ｍ秒とし、波高値（フォ
ーミング時のピーク電圧）を前述した表面伝導型電子放
出素子の形態に応じて適宜選択して、適当な真空度の真
空雰囲気下で、数秒から数十分印加する。なお、印加す
る電圧波形は、図示される三角波以外にも、矩形波を用
いることもできる。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について説明する。図５
（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は図５（ａ）と同様であ
り、波高値（フォーミング時のピーク電圧）を、例えば
０．１Ｖステップ程度ずつ増加させ、図５（ａ）の説明
と同様の適当な真空雰囲気下で印加する。

【００３３】さらに、フォーミング終了後に還元ガス
（水素）雰囲気中に暴露、あるいは基板加熱しながらの
熱還元処理を行なうなどしてフォーミング後の導電性膜
３の抵抗値を充分均一低下させておくことが、より好ま
しく行なわれる。以上の工程により、図１を用いて前述
した第１の実施形態の電子放出素子を作成することがで
きる。

【００３４】４）また、以上述べた工程に加えさらに活
性化工程が施されることがを施すことが好ましい。活性
化工程とは、例えば、有機物質が存在する雰囲気中で、
上記フォーミング工程での説明と同様に、パルス波高値
を定電圧としたパルスの印加を繰り返す処理のことをい
い、上記雰囲気中に存在する有機物質から炭素を導電性
膜３上及び間隔２内に堆積させることで、素子電流及び
放出電流の状態を著しく向上させることができる工程で
ある。この活性化工程は、例えば素子電流や放出電流を
測定しながら行なって、例えば放出電流が飽和した時点
で終了するようにすれば効果的であるので好ましい。ま
た、活性化工程でのパルス波高値は、好ましくは素子を
駆動する際に印加する駆動電圧の波高値である。以上の
活性化工程により、炭素膜６が形成され（図３
（ｄ））、図２を用いて前述した第２の実施形態の電子
放出素子が作成される。

【００３５】なお、上記炭素とは、グラファイト（単結
晶及び多結晶の双方を指す）、非晶質カーボン（非晶質
カーボン及びこれと多結晶グラファイトとの混合物を指
す）である。また、その堆積膜厚は、好ましくは５００
Å以下、より好ましくは３００Å以下である。

【００３６】このようにして得られる表面伝導型電子放
出素子の基本特性を以下に説明する。図６は、表面伝導
型電子放出素子の電子放出特性を測定するための測定評
価系の一例を示す概略構成図で、まずこの測定評価系を
説明する。図６において、図１と同じ符号は同じ部材を
示す。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４、５間の導電性膜３
を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、５４は
間隔２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は間隔２より放出される放出電流
Ｉｅを測定するための電流計、５５は真空装置、５６は
排気ポンプである。

【００３７】表面伝導型電子放出素子及びアノード電極
５４等は真空装置５５内に設置され、この真空装置５５
には不図示の真空計等の必要な機器が具備されており、
所望の真空下で表面伝導型電子放出素子の測定評価がで
き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から構成されている。
また、真空装置５５全体及び表面伝導型電子放出素子の
基板１は、ヒーターにより３００℃程度まで加熱できる
ようになっている。なお、この測定評価系は、後述する
ような表示パネル（図９における２０１参照）の組み立
て段階において、表示パネル及びその内部を真空装置５
５及びその内部として構成することで、前述のフォーミ
ング工程及び活性化工程における測定評価及び処理に応
用することができるものである。

【００３９】以下に述べる表面伝導型電子放出素子の基
本特性は、上記測定評価系のアノード電極５４の電圧を
１ｋＶ〜１０ｋＶとし、アノード電極５４と表面伝導型
電子放出素子の距離Ｈを２ｍｍ〜８ｍｍとして、通常測
定を行なう。まず、放出電流Ｉｅ及び素子電流Ｉｆと、
素子電圧Ｖｆの関係の典型的な例を図７（図中の実線）
に示す。なお、図７において、放出電流Ｉｅは素子電流
Ｉｆに比べて著しく小さいので、任意単位で示されてい
る。

【００４０】図７から明らかなように、表面伝導型電子
放出素子は、放出電流Ｉｅに対する次の３つの特徴的特
性を有する。まず第１に、表面伝導型電子放出素子はあ
る電圧（図６中のＶｔｈ、以下「しきい値電圧」と呼
ぶ）以上の素子電圧Ｖｆ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。すなわち、放出電流Ｉ
ｅに対する明確なしきい値電圧Ｖｔｈを持った非線型素
子である。第２に、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに対し
て単調増加する特性（ＭＩ特性と呼ぶ）を有するため、
放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御できる。第３に、ア
ノード電極５４（図６参照）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。すなわち、ア
ノード電極５４に捕捉される電荷量は、素子電極Ｖｆを
印加する時間により制御できる。

【００４１】図７に実線で示した特性は、放出電流Ｉｅ
が素子電圧Ｖｆに対してＭＩ特性を有すると同時に、素
子電流Ｉｆも素子電圧Ｖｆに対してＭＩ特性を有してい
るが、図７に破線で示すように、素子電流Ｉｆは素子電
圧Ｖｆに対して電圧制御型負性抵抗特性（以下「ＶＣＮ
Ｒ特性」と呼ぶ）を示す場合もある。いずれの特性を示
すかは、素子の製法及び測定時の測定条件等に依存す
る。但し、素子電流Ｉｆが素子電圧Ｖｆに対してＶＣＮ
Ｒ特性を有する素子でも、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆ
に対してＭＩ特性を有する。

【００４２】以上のような表面伝導型電子放出素子の特
徴的特性のため、複数の素子を配置した電子源や画像形
成装置等でも、入力信号に応じて、容易に放出電子量を
制御することが可能となり、多方面への応用ができる。

【００４３】次に、本発明の電子源における表面伝導型
電子放出素子の配列について説明する。本発明の電子源
における表面伝導型電子放出素子の配列方式としては、
梯型配置の他、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各々Ｘ方向配線、Ｙ方向配線を接
続した配列方式が挙げられる。これを以後単純マトリク
ス配置と呼ぶ。

【００４４】前述した表面伝導型電子放出素子の基本的
特性によれば、印加される素子電圧Ｖｆがしきい値電圧
Ｖｔｈを越える場合には、印加するパルス状電圧の波高
値とパルス幅で電子放出量を制御できる。一方、しきい
値電圧Ｖｔｈ以下では、殆ど電子の放出はされない。従
って、多数の表面伝導型電子放出素子を配置した場合に
おいても、単純なマトリクス配線だけで入力信号に応じ
て制御したパルス状電圧を印加し、個々の素子を選択し
て独立に駆動可能となる。

【００４５】単純マトリクス配置は上記原理に基づくも
のであり、本発明の電子源の一例である単純マトリクス
配置の電子源の構成について、図８に基づいてさらに説
明する。図８において、基板１はすでに説明したような
ガラス板等であり、この基板１上に配列された表面伝導
型電子放出素子１０４の個数及び形状は用途に応じて適
宜設定されるものである。ｍ本のＸ方向配線（行方向配
線）１０２は、各々外部端子Ｄｘ１、Ｄｘ２、…Ｄｘｍ
を有するもので、基板１上に、真空蒸着法、印刷法、ス
パッタ法等で形成した導電性金属膜である。また、多数
の表面伝導型電子放出素子１０４にほぼ均等に電圧が供
給されるように、材料、膜厚、配線幅が設定されてい
る。ｎ本のＹ方向配線（列方向配線）１０３は、各々外
部端子Ｄｙ１、Ｄｙ２、…Ｄｙｎを有するもので、Ｘ方
向配線１０２と同様に作成される。

【００４６】これらｍ本のＸ方向配線１０２とｎ本のＹ
方向配線１０３間には、不図示の層間絶縁層が設置さ
れ、電気的に分離されて、マトリクス配線を構成してい
る。なお、このｍ、ｎは共に正の整数である。不図示の
層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等で形
成されたＳｉＯ₂ 等であり、Ｘ方向配線１０２を形成し
た基板１の全面あるいは一部に所望の形状で形成され、
特に、Ｘ方向配線１０２とＹ方向配線１０３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。

【００４７】さらに、表面伝導型電子放出素子１０４の
対向する素子電極（不図示）が、ｍ本のＸ方向配線１０
２及びｎ本のＹ方向配線１０３と、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等で形成された導電性金属等からなる結
線１０５によって電気的に接続されている。ここで、ｍ
本のＸ方向配線１０２と、ｎ本のＹ方向配線１０３と、
結線１０５と、対向する素子電極とは、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
っていてもよく、前述の素子電極の材料等より適宜選択
される。これら素子電極への配線は、素子電極と材料が
同一である場合には、素子電極と総称する場合もある。
また、表面伝導型電子放出素子１０４は、基板１あるい
は不図示の層間絶縁層上どちらに形成してもよい。

【００４８】また、詳しくは後述するが、前記Ｘ方向配
線１０２には、Ｘ方向に配列された表面伝導型電子放出
素子１０４の行を入力信号に応じて走査するために、走
査信号を印加する不図示の走査信号印加手段が電気的に
接続されている。一方、Ｙ方向配線１０３には、Ｙ方向
に配列された表面伝導型電子放出素子１０４の列の各列
を入力信号に応じて変調するために、変調信号を印加す
る不図示の変調信号印加手段が電気的に接続されてい
る。各表面伝導型電子放出素子１０４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。

【００４９】次に、以上のような単純マトリクス配置の
本発明の電子源を用いた本発明の画像形成装置の一例
を、図９〜図１１を用いて説明する。なお、図９は表示
パネル２０１の基本構成であり、図１０は螢光膜１１４
を示す図であり、図１１は図９の表示パネル２０１でＮ
ＴＳＣ方式のテレビ信号に応じてテレビジョン表示を行
なうための駆動回路の一例を示すブロック図である。

【００５０】図９において、１は上述のようにして表面
伝導型電子放出素子１０４を配置した電子源の基板、１
１１は基板１を固定したリアプレート、１１６はガラス
基板１１３の内面に画像形成部材であるところの螢光膜
１１４とメタルバック１１５等が形成されたフェースプ
レート、１１２は支持枠である。リアプレート１１１、
支持枠１１２及びフェースプレート１１６は、これらの
接合部分にフリットガラス等を塗布し、大気中あるいは
窒素、アルゴン雰囲気中で４００℃〜５００℃で１０分
間以上焼成することで封着して、外囲器１１８を構成し
ている。

【００５１】図９において、２は図１における間隔、あ
るいは図２における炭素膜６を有する間隔に相当する。
１０２、１０３は表面伝導型電子放出素子１０４の一対
の素子電極４、５（図１参照）に接続されたＸ方向配線
及びＹ方向配線で、各々外部端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ、
Ｄｙ１ないしＤｙｎを有している。

【００５２】外囲器１１８は、上述の如く、フェースプ
レート１１６、支持枠１１２、リアプレート１１１で構
成されている。しかし、リアプレート１１１は主に基板
１の強度を補強する目的で設けられたものであり、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１
１１は不要であり、基板１に直接支持枠１１２を封着
し、フェースプレート１１６、支持枠１１２、基板１に
て外囲器１１８を構成しても良い。また、フェースプレ
ート１１１間に、スペーサーと呼ばれる不図示の支持体
をさらに設置することで、大気圧に対して十分な強度を
有する外囲器１１８とすることもできる。

【００５３】螢光膜１１４は、モノクロームの場合は螢
光体１１２のみから成るが、カラーの場合は、螢光体１
２２の配列により、ブラックストライプ（図１０
（ａ））あるいはブラックマトリクス（図１０（ｂ））
等と呼ばれる黒色導電材１２１と、螢光体１２２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各螢
光体１２２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、螢光膜１１４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である。黒色導
電材１２１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だけでなく、導電性があり、光の
透過及び反射が少ない材料であれば他の材料を用いるこ
ともできる。ガラス基板１１３に螢光体１２２を塗布す
る方法としては、モノクローム、カラーによらず沈殿法
や印刷法が用いられる。

【００５４】また、図９に示されるように、螢光膜１１
４の内面側には通常メタルバック１１５が設けられる。
メタルバック１１５の目的は、螢光体１２２（図１０参
照）の発光のうち内面側への光をフェースプレート１１
６へ鏡面反射することにより輝度を向上すること、高圧
端子Ｈｖから電子ビーム加速電圧を印加するための電極
として作用すること、外囲器１１８内で発生した負イオ
ンの衝突によるダメージからの螢光体１２２の保護等で
ある。メタルバック１１５は、螢光膜１１４の作製後、
螢光膜１１４の内面側表面の平滑化処理（通常、フィル
ミングと呼ばれる）を行ない、その後Ａｌを真空蒸着等
で堆積することで作製できる。フェースプレート１１６
には、さらに螢光膜１１４の外面側に透明電極（不図
示）を設けてもよい。前述の封着を行なう際、カラーの
場合は各色螢光体１２２と表面伝導型電子放出素子とを
対応させなくてはいけないため、十分な位置合わせを行
なう必要がある。

【００５５】外囲器１１８内は、不図示の排気管を通
じ、１０^-7Ｔｏｒｒ程度の真空度にされ、封止される。
また、外囲器１１８の封止を行なう直前あるいは封止後
に、ゲッター処理を行なう場合もある。これは、抵抗加
熱あるいは高周波加熱等の加熱法により、外囲器１１８
内の所定の位置に配置したゲッター（不図示）を加熱
し、蒸着膜を形成する処理である。ゲッターは通常Ｂａ
等が主成分であり、該蒸着膜の吸着作用により、例えば
１０^-5〜１０^-9Ｔｏｒｒ程度の真空度を維持するための
ものである。

【００５６】前述のフォーミング及び活性化等これ以降
の表面伝導型電子放出素子の製造工程は、外囲器１１８
の封止直前または封止後に行なわれるものである。外囲
器１１８へのガス導入及び排気（フォーミング時の水素
導入及び排気、活性化時の有機化合物ガスの導入及び排
気）を均一に行なうため、また配線の外囲器外部への取
り出し等に由来する仕損費抑制のためには、上述のフォ
ーミング及び活性化とこれ以降の製造工程を封止前に行
なうことが望ましい。本発明における導電性薄膜３は、
例えば封着工程に必要と思われる３５０℃〜４５０℃数
分〜数十分といった高温加熱工程を経ても膜の抵抗率が
顕著な変化を生じないため、フォーミング及び活性化工
程を行なってから外囲器１１８の封着を行なうことで仕
損費抑制が図られ好ましい。

【００５７】上述の表示パネル２０１は、例えば図１１
に示されるような駆動回路で駆動することができる。な
お、図１１において、２０１は前記表示パネルであり、
２０２は走査回路、２０３は制御回路、２０４はシフト
レジスタ、２０５はラインメモリ、２０６は同期信号分
離回路、２０７は変調信号発生器、Ｖｘ及びＶａは直流
電圧源である。

【００５８】図１１に示されるように、表示パネル２０
１は、外部端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ、外部端子Ｄｙ１な
いしＤｙｎ、及び高圧端子Ｈｖを介して外部の電気回路
と接続されている。このうち、外部端子Ｄｘ１ないしＤ
ｘｍには、前記表示パネル２０１内に設けられている表
面伝導型電子放出素子、すなわちｍ行ｎ列の行列状にマ
トリクス配置された素子群を１行（ｎ素子）ずつ順次駆
動して行くための走査信号が印加される。

【００５９】一方、外部端子Ｄｙ１ないしＤｙｎには、
前記走査信号により選択された１行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。また、
高圧端子Ｈｖには、直流電圧源Ｖａにより、例えば１０
ｋＶの直流電圧が供給される。これは表面伝導型電子放
出素子より出力される電子ビームに、螢光体を励起する
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。

【００６０】走査回路２０２は、内部にｍ個のスイッチ
ング素子（図１１中、Ｓ１ないしＳｍで模式的に示す）
を備えるもので、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓｍは、直
流電圧源Ｖｘの出力電圧もしくは０Ｖ（グランドレベ
ル）のいずれか一方を選択して、表示パネル２０１の外
部端子Ｄｘ１ないしＤｘｍと電気的に接続するものであ
る。各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓｍは、制御回路２０３
が出力する制御信号Ｔｓｃａｎに基づいて動作するもの
で、実際には、例えばＦＥＴのようなスイッチング機能
を有する素子を組み合わせることにより容易に構成する
ことが可能である。

【００６１】本発明における前記直流電圧源Ｖｘは、前
記図７に示すような表面伝導型電子放出素子の特性（し
きい値電圧）に基づき、走査されていない表面伝導型電
子放出素子に印加される駆動電圧がしきい値電圧Ｖｔｈ
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。

【００６２】制御回路２０３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なわれるように、各部
の動作を整合させる働きをもつものである。次に説明す
る同期信号分離回路２０６により送られる同期信号Ｔｓ
ｙｎｃに基づいて、各部に対してＴｓｃａｎ、Ｔｓｆｔ
及びＴｍｒｙの各制御信号を発生する。

【００６３】同期信号分離回路２０６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、良く知られて
いるように、周波数分離（フィルター）回路を用いれ
ば、容易に構成できるものである。同期信号分離回路２
０６により分離された同期信号は、これも良く知られる
ように、垂直同期信号と水平同期信号より成る。ここで
は説明の便宜上、Ｔｓｙｎｃとして図示する。一方、前
記テレビ信号から分離された画像の輝度信号成分を便宜
上ＤＡＴＡ信号と図示する。このＤＡＴＡ信号はシフト
レジスタ２０４に入力される。

【００６４】シフトレジスタ２０４は、時系列的にシリ
アル入力される前記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２０３より送られる制御信号Ｔｓｆｔに基づいて動
作する。この制御信号Ｔｓｆｔは、シフトレジスタ２０
４のシフトクロックであると言い換えても良い。また、
シリアル／パラレル変換された画像１ライン分（表面伝
導型電子放出素子のｎ素子分の駆動データに相当する）
のデータは、Ｉｄ１ないしＩｄｎのｎ個の並列信号とし
て前記シフトレジスタ２０４より出力される。ラインメ
モリ２０５は、画像１ライン分のデータを必要時間だけ
記憶するための記憶装置であり、制御回路２０３より送
られる制御信号Ｔｍｒｙに従って適宜Ｉｄ１ないしＩｄ
ｎの内容を記憶する。記憶された内容は、Ｉｄ’１ない
しＩｄ’ｎとして出力され、変調信号発生器２０７に入
力される。

【００６５】変調信号発生器２０７は、前記画像データ
Ｉｄ’１ないしＩｄ’ｎ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線
で、その出力信号は、外部端子Ｄｙ１ないしＤｙｎを通
じて表示パネル２０１内の表面伝導型電子放出素子に印
加される。

【００６６】前述したように、表面伝導型電子放出素子
は電子放出に明確なしきい値電圧を有しており、しきい
値電圧を越える電圧が印加された場合にのみ電子放出が
生じる。また、しきい値電圧を越える電圧に対しては、
表面伝導型電子放出素子への印加電圧の変化に応じて放
出電流も変化していく。表面伝導型電子放出素子の材料
や構成、製造方法を変えることにより、しきい値電圧の
値や印加電圧に対する放出電流の変化の度合いが変わる
場合もあるが、いずれにしても以下のようなことが言え
る。

【００６７】すなわち、表面伝導型電子放出素子にパル
ス状の電圧を印加する場合、例えばしきい値電圧以下の
電圧を印加しても電子放出は生じないが、しきい値電圧
を越える電圧を印加する場合には電子放出を生じる。そ
の際、第１には電圧パルスの波高値を変化させることに
より、出力される電子ビームの強度を制御することが可
能である。第２には、電圧パルスの幅を変化させること
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。

【００６８】従って、入力信号に応じて表面伝導型電子
放出素子を変調する方式としては、電圧変調方式とパル
ス変調方式とが挙げられる。電圧変調方式を行なう場
合、変調信号発生器２０７としては、一定の長さの電圧
パルスを発生するが、入力されるデータに応じて適宜パ
ルスの波高値を変調できる電圧変調方式の回路を用い
る。また、パルス幅変調方式を行なう場合、変調信号発
生器２０７としては、一定の波高値の電圧パルスを発生
するが、入力されるデータに応じて適宜パルス幅を変調
できるパルス幅変調方式の回路を用いる。

【００６９】シフトレジスタ２０４やラインメモリ２０
５は、デジタル信号式のものでもアナログ信号式のもの
でもよく、画像信号のシリアル／パラレル変換や記憶が
所定の速度で行なえるものであればよい。デジタル信号
式を用いる場合には、同期信号分離回路２０６の出力信
号ＤＡＴＡをデジタル信号化する必要がある。これは同
期信号分離回路２０６の出力部にＡ／Ｄ変換器を設ける
ことで行なうことができる。また、これと関連して、ラ
インメモリ２０５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２０７に設けられる回路
が若干異なるものとなる。

【００７０】すなわち、デジタル信号で電圧変調方式の
場合、変調信号発生器２０７には、例えば良く知られて
いるＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増幅回路等を
付け加えればよい。また、デジタル信号でパルス幅変調
方式の場合、変調信号発生器２０７は、例えば高速の発
振器及び発振器の出力する波数を計算する計数器（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
ることで容易に構成することができる。さらに、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け加えてもよい。

【００７１】一方、アナログ信号で電圧変調方式の場
合、変調信号発生器２０７には、例えば良く知られてい
るオペアンプ等を用いた増幅回路を用いればよく、必要
に応じてレベルシフト回路等を付け加えてもよい。ま
た、アナログ信号でパルス幅変調方式の場合、例えば良
く知られている電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）を用いれ
ばよく、必要に応じて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け加えてもよ
い。

【００７２】以上のような表示パネル２０１及び駆動回
路を有する本発明の画像形成装置は、外部端子Ｄｘ１〜
Ｄｘｍ及びＤｙ１〜Ｄｙｎから電圧を印加することによ
り、任意の表面伝導型電子放出素子１０４から電子を放
出させることができ、高圧端子Ｈｖを通じてメタルバッ
ク１１５あるいは透明電極（不図示）に高電圧を印加し
て電子ビームを加速し、加速した電子ビームを螢光膜１
１４に衝突させることで生じる励起・発光によって、Ｎ
ＴＳＣ方式のテレビ信号に応じてテレビジョン表示を行
なうことができるものである。

【００７３】なお、以上説明した構成は、表示等に用い
られる本発明の画像形成装置を得る上で必要な概略構成
であり、例えば各部材の材料等、詳細な部分は上述の内
容に限られるものではなく、画像形成装置の用途に適す
るよう、適宜選択されるものである。また、入力信号と
してＮＴＳＣ方式を挙げたが、本発明の画像形成装置は
これに限られるものではなく、ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭ方式
等他の方式でもよく、さらには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方式でもよい。また、上述においては、最
も好ましい簡易な駆動方式及び駆動配線を用いた画像表
示装置として単純マトリクス方式を挙げて本発明を説明
したが、梯型配置を用いても同様にテレビジョン表示を
行なえ、上述のテレビジョン放送の表示装置のみなら
ず、テレビ会議システム、コンピューター等の表示装置
として好適な画像形成装置が得られる。さらには、感光
ドラム等とで構成した光プリンターの露光装置としても
用いることができるものである。

【００７４】

【実施例】以下に実施例および比較例を挙げ、本発明を
さらに説明する。［実施例１］本実施例では、図２に示した構成の表面伝
導型電子放出素子を作製する例を説明する。図２（ａ）
は表面伝導型電子放出素子の平面図を、図２（ｂ）は断
面図を示している。なお、図中のＬは素子電極４、５間
の間隔、Ｗ１は素子電極の幅、Ｗ２は導電性薄膜３の幅
を表わしている。

【００７５】次に、図３を用いて、本実施例の表面伝導
型電子放出素子の製造方法を説明する。１）基板１として石英基板を用い、これを有機溶剤によ
り充分に洗浄後、該基板１上に、一般的な真空形成技
術、フォトリソグラフィー技術により、Ｐｔからなる素
子電極４、５を形成する（図３（ａ））。ここで、図２
（ａ）、（ｂ）における素子電極の間隔Ｌは１０μｍ、
長さＷ１は６００μｍ、厚さｄは１０００Åとする。

【００７６】２）次に、酢酸パラジウム（II）モノエタ
ノールアミン錯体を９．８ｍｍｏｌ／ｌ、酢酸白金
（II）モノエタノールアミン錯体を４．２ｍｍｏｌ／
ｌ、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を１５ｗｔ％と
なるよう水溶液を調整し、液滴付与装置としてバブルジ
ェット方式のインクジェット噴射装置を用いて、該水溶
液を液滴の状態にして複数回素子電極４、５間に付与し
た。

【００７７】３）３５０℃３０分間の加熱処理を行な
い、酸化パラジウム（ＰｄＯ）と白金からなる微粒子膜
を形成し、導電性薄膜３とした( 図３（ｂ）) 。このと
き、酸化パラジウムと白金の微粒子は各々特に分離して
形成されてはおらず、ほぼ一様な微粒子膜として形成さ
れていた。

【００７８】４）次に、素子電極４、５及び導電性薄膜
３等を形成した上記基板１を図６の測定評価系の真空装
置５５内に設置し、排気ポンプ５６にて排気して、真空
装置５５内を約１０^-5Ｔｏｒｒとした。この後、素子電
圧Ｖｆを印加するための電源５１により素子電極４、５
間に電圧を印加し、電圧印加直後に水素２％窒素９８％
ガスを徐々に導入しながらフォーミングを行なう。フォ
ーミング時の電圧波形は１ｍｓ／１０ｍｓの矩形波とし
た。

【００７９】５）４）のフォーミング時の素子電圧Ｖｆ
は、前に説明したように、該素子を真空装置内で予め水
素暴露して充分還元したのちに徐々に印加電圧Ｖｆを上
昇した場合にフォーミングが開始する電圧Ｖｆ２（素子
電流Ｉｆが降下しはじめる電圧Ｖｆ）より高く、該素子
を真空装置内で還元せずに徐々に印加電圧Ｖｆを上昇し
た場合にフォーミングが開始する電圧Ｖｆ１より低い値
を用いる。Ｖｆ２とＶｆ１は、１）の水溶液中の酢酸パ
ラジウム（II）モノエタノールアミン錯体と酢酸白金
（II）モノエタノールアミン錯体の組成比で模式的には
図４（ａ）の様になり、白金（Ａ）組成比ｘ％が５０％
以下の範囲で、水素導入によるフォーミングパワーの抑
制効果が得られる。従って、４）のフォーミング電圧は
この範囲で行なう。なお、本実施例の素子はフォーミン
グ時の電圧８Ｖで１０分程度でフォーミングが完了し、
導電性膜３に亀裂（間隔）２が形成された（図３
（ｃ））。

【００８０】６）次に、フォーミング処理を施した素子
に活性化処理を行なう。フォーミング終了後、真空装置
５５内を再び真空排気し、真空装置５５内を１０^-7Ｔｏ
ｒｒの真空度とした。活性化を行なう有機化合物として
ベンゾニトリルを用い、不図示のバリアブルリークバル
ブを徐々に空けて、該ベンゾニトリルを導入し、真空装
置５５内を１０^-6Ｔｏｒｒの真空度とした。ベンゾニト
リル導入後の真空度が充分一定になった後、素子電極
４、５間に電圧を印加した。活性化処理には、１ｍｓ／
１０ｍｓ、１５Ｖの両極矩形波を用いた。また活性化処
理を施す時間は１時間とし、活性化処理による素子電流
Ｉｆの上昇が見られなくなり、Ｉｆがほぼ一定値を示す
ようになるまで処理することとした。活性化処理により
導電性膜３上及び亀裂２内に炭素膜６が形成された（図
３（ｄ））。

【００８１】なお、本実施例の素子は、導電性薄膜３を
Ｐｄのみで作成したものに比べて、フォーミング電力を
平均で約７０％にすることができた。

【００８２】本実施例の表面伝導型電子放出素子の電子
放出特性の測定を、上述した図６の測定評価系を用いて
行なった。測定条件は、アノード電極５４と表面伝導型
電子放出素子の距離Ｈを４ｍｍ、アノード電極５４の電
位を１ｋＶ、電子放出特性測定時の真空装置５５内の真
空度を約１×１０^-8Ｔｏｒｒとした。

【００８３】その結果、本実施例における素子は、数回
の作製に対して、図７中の実線で示したような電流−電
圧特性が得られた。代表的な素子の特性は、素子電圧Ｖ
ｆ＝１５Ｖにおいて、素子電流Ｉｆ＝１．０ｍＡ、放出
電流Ｉｅ＝１μＡであり複数個の素子のばらつきも極め
て少なかった。

【００８４】［比較例１］また、導電性薄膜３を酢酸Ｐ
ｄ（II）モノエタノールアミン錯体１４ｍｍｏｌ／
ｌ、酢酸白金（II）モノエタノールアミン錯体０ｍｍ
ｏｌ／ｌとし、Ｐｄのみから構成されるようにした以外
は実施例１と全く同様にして作成した素子でも、数回の
作製に対して図７の実線で示したような電流−電圧特性
が得られたが、必ずしも本実施例と同様の素子の特性が
得られるものばかりでなく、素子電流Ｉｆが小さくなる
場合があった。

【００８５】［実施例２］本実施例では、図２に示した
ような表面伝導型電子放出素子の多数個を単純マトリク
ス配置した、図８に示したような電子源を用いて、図９
に示したような画像形成装置を作製した例を説明する。
電子源の作製は、実施例１で説明した素子電極４、５及
び導電性薄膜３の各パターンを拡張し、同時に多数の表
面伝導型電子放出素子を形成するとともに、同時にＸ方
向配線（下配線あるいは行方向配線とも呼ぶ）１０２及
びＹ方向配線（上配線あるいは列方向配線とも呼ぶ）１
０３を形成して行なった。

【００８６】以上のようにして作製した、複数の導電性
膜が、複数のＸ方向配線及び複数のＹ方向配線にてマト
リクス配線された未フォーミングの電子源基板を用いて
画像形成装置を構成した例を、図９及び図１０を用いて
説明する。まず、上記未フォーミングの電子源の基板１
を図６で示したような真空装置５５内に設置し、真空ポ
ンプ５６にて排気し、真空装置内を１０^-5Ｔｏｒｒとし
た。次に上記Ｘ方向配線及び上記Ｙ方向配線にそれぞれ
接続した外部端子を通じ、各素子電極４、５間に、実施
例１と同様に、素子電圧Ｖｆを印加するための電源５１
により電圧を印加し、電圧印加直後に水素２％窒素９８
％ガスを徐々に導入しながらフォーミングを行ない、上
記各導電性膜に亀裂２を作製した。

【００８７】次に、ベンゾニトリルの雰囲気中にて、上
記Ｘ方向配線及び上記Ｙ方向配線にそれぞれ接続した外
部端子を通じ、各素子電極４、５間に電圧を印加して、
活性化処理を施した。活性化工程は実施例１同様行なわ
れ素子電流Ｉｆの上昇がほぼ留まったところで終了とし
た。

【００８８】この後、フォーミング及び活性化処理をし
た電子源の基板１をリアプレート１１１に固定した後、
基板１の４ｍｍ上方に、フェースプレート１１６（ガラ
ス基板１１３の内面に画像形成部材であるところの螢光
膜１１４とメタルバック１１５が形成されて構成され
る）を支持枠１１２を介し配置し、フェースプレート１
１６、支持枠１１２、リアプレート１１１の接合部にフ
リットガラスを塗布し、アルゴン中で４２０℃で１０分
以上焼成することで封着した（図９参照）。また、リア
プレート１１１への基板１の固定もフリットガラスで行
なった。

【００８９】画像形成部材であるところの螢光膜１１４
は、モノクロームの場合は螢光体のみから成るが、本実
施例では螢光体はストライプ形状（図１０（ａ）参照）
を採用し、先に黒色導電材１２１でブラックストライプ
を形成し、その間隔部にスラリー法により各色螢光体１
２２を塗布して螢光膜１１４を作製した。黒色導電材１
２１としては、通常よく用いられている黒鉛を主成分と
する材料を用いた。

【００９０】また、螢光膜１１４の内面側にはメタルバ
ック１１５を設けた。メタルバック１１５は、螢光体１
１４の作製後、螢光膜１１４の内面側表面の平滑化処理
（通常、フィルミングと呼ばれる）を行ない、その後、
Ａｌを真空蒸着することで作製した。フェースプレート
１１６には、さらに螢光膜１１４の外面側に透明電極が
設けられる場合もあるが、本実施例では、メタルバック
１１５のみで十分な導電性が得られたので省略した。前
述の封着を行なう際、カラーの場合は各色螢光体１２２
と表面伝導型電子放出素子１０４とを対応させなくては
いけないため、十分な位置合わせを行なった。

【００９１】この後、不図示の排気管を通じ、外囲器１
１８内を１０^-7Ｔｏｒｒ程度の真空度とし、該排気管を
バーナーで熱することで溶着し、外囲器１１８の封止を
行なった。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なった。ゲッターはＢ
ａを主成分とした。

【００９２】以上のようにして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２０１（図９参照）に
おいて、外部端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ、Ｄｙ１ないしＤ
ｙｎを通じ、走査信号及び変調信号を不図示の信号発生
手段により、各表面伝導型電子放出素子１０４にそれぞ
れ印加することによって電子を放出させるとともに、高
圧端子Ｈｖを通じてメタルバック１１５に数ｋＶ以上の
高圧を印加して、電子ビームを加速し、螢光体１１４に
衝突させ、励起・発光させることで画像表示を行なっ
た。その結果、本実施例で用いた表面伝導型電子放出素
子は、実施例１での真空装置内の素子とほぼ同様の電子
放出特性が得られた。また、素子のばらつきも少なく、
長時間に渡り、輝度低下もなく、高輝度・高精細な画像
を安定して表示することができた。

【００９３】［比較例２］これに対し、導電性薄膜３を
本実施例における導電性薄膜３を、酢酸Ｐｄ（II）モノ
エタノールアミン錯体１４ｍｍｏｌ／ｌ、酢酸白金
（II）モノエタノールアミン錯体０ｍｍｏｌ／ｌと
し、Ｐｄのみから構成されるようにした以外は実施例２
と全く同様にして作成した電子源基板を用いて、実施例
２と同様のフォーミング処理を行なった後、同様に封着
を行ない、その後、実施例２と同様に活性化工程を行な
ったところ、活性化不良の素子が複数生じ、また活性化
によって素子電流Ｉｆの増加がなされる素子でも、必ず
しも実施例２の素子の電子放出特性と同等のものが得ら
れるとは限らなかった。

【００９４】［実施例３］実施例２に示した作成方法で
作製した画像形成装置に、先に述べたようにＮＴＳＣ信
号を入力たところ、良好なテレビ画像を得ることができ
た。

【００９５】また、以上述べた各実施例によれば、各実
施例における電子放出素子は、非常に小さい電力で容易
にフォーミングが行なえると同時に、これにより形成さ
れる電子放出部形成のためのフォーミング処理及び／ま
たは活性化処理のあとで封着工程を行なってもその後の
電子放出部への電圧印加が実効的に充分行なえるように
なり、それによって仕損費の大幅な削減が可能となる。
また、封着工程を経て導電性薄膜３の電気的変化が少な
いことによって、複数素子の封着後の通電工程、及び実
際の駆動時の素子毎のばらつきも少なくなり、電子源基
板、画像表示装置の均一性も向上する。

【００９６】

【発明の効果】本発明による効果は以下のとおりであ
る。すなわち、本発明は、電子放出特性の安定した電子
放出素子、及び、電子源を提供することができる。ま
た、本発明は、とりわけ、熱に対し、電子放出特性の安
定した電子放出素子、及び電子源を提供することができ
る。また、本発明は、形成する画像の経時的変化の低減
した画像形成装置を提供することができる。また、本発
明は、その製造過程での通電処理における通電パワーを
極力低減した電子放出素子、電子源、画像形成装置の製
造方法を提供することができる。また、本発明は、特性
の再現性に優れた、電子放出素子、電子源、画像形成装
置の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る表面伝導型電
子放出素子の構成図である。

【図２】本発明の第２の実施形態に係る表面伝導型電
子放出素子の構成図である。

【図３】図１及び図２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４】本発明に係る表面伝導型電子放出素子のフォ
ーミング電圧の導電性膜組成依存性を示す模式図であ
る。

【図５】フォーミング処理に用いる電圧波形の一例を
示す図である。

【図６】表面伝導型電子放出素子の電子放出特性を測
定するための測定評価系の該略図である。

【図７】本発明に係る表面伝導型電子放出素子の、放
出電流Ｉｅ及び素子電流Ｉｆと、素子電圧Ｖｆの関係の
典型的な例を示す図である。

【図８】単純マトリクス配置の電子源の概略図であ
る。

【図９】単純マトリクス配置の電子源を備えた表示パ
ネルの概略構成を示す部分切り欠き斜視図である。

【図１０】表示パネルに用いる螢光膜の構成例を示す
図である。

【図１１】ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて画像表
示を行なう画像形成装置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：第１の間隔（電子放出部）、２ａ：第２
の間隔（電子放出部）、３：導電性膜、４，５：素子電
極、６：炭素膜、５０，５２：電流計、５１：電源、５
３：高圧電源、５４：アノード電極、５５：真空装置、
５６：排気ポンプ、１０２：Ｘ方向配線、１０３：Ｙ方
向配線、１０４：表面伝導型電子放出素子、１０５：結
線、１１１：リアプレート、１１２：支持枠、１１３：
ガラス基板、１１４：螢光膜、１１５：メタルバック、
１１６：フェースプレート、Ｈｖ：高圧端子、１１８：
外囲器、１２１：黒色導電材、１２２：螢光体、２０
１：表示パネル、２０２：走査回路、２０３：制御回
路、２０４：シフトレジスタ、２０５：ラインメモリ、
２０６：同期信号分離回路、２０７：変調信号発生器、
Ｖａ：高圧直流電圧源、Ｖｘ：直流電圧源、３０１：表
示パネル、３０２：グリッド電極、３０３：開口、３０
４：共通配線。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の素子電極間に、電子放出部を有す
る導電性膜を備える電子放出素子において、前記導電性
膜は、合金から成ることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】前記導電性膜は、炭素膜を有している請
求項１に記載の電子放出素子。
【請求項３】一対の素子電極間に、前記一対の素子電
極の各々に接続され、第１の間隔をおいて配置された一
対の導電性膜を備える電子放出素子において、前記一対
の導電性膜は、合金から成ることを特徴とする電子放出
素子。
【請求項４】さらに、前記一対の導電性膜上及び前記
第１の間隔内に、前記第１の間隔よりも狭い第２の間隔
を形成するように配置された炭素膜を有する請求項３に
記載の電子放出素子。
【請求項５】前記合金は、ＰｄとＰｔから成る合金で
ある請求項１〜４のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項６】一対の素子電極間に、電子放出部を有す
る導電性膜を備える電子放出素子において、前記導電性
膜は、全率固溶な少なくとも２種類の金属を有すること
を特徴とする電子放出素子。
【請求項７】前記導電性膜は、炭素膜を有している請
求項６に記載の電子放出素子。
【請求項８】一対の素子電極間に、前記一対の素子電
極の各々に接続され、第１の間隔をおいて配置された一
対の導電性膜を備える電子放出素子において、前記一対
の導電性膜は、全率固溶な少なくとも２種類の金属を有
することを特徴とする電子放出素子。
【請求項９】さらに、前記一対の導電性膜上及び前記
第１の間隔内に、前記第１の間隔よりも狭い第２の間隔
を形成するように配置された炭素膜を有する請求項８に
記載の電子放出素子。
【請求項１０】前記２種類の金属は、ＰｄとＰｔであ
る請求項６〜９のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項１１】基板上に、複数の電子放出素子を備え
る電子源において、前記電子放出素子が、請求項１〜１
０のいずれかに記載の電子放出素子であることを特徴と
する電子源。
【請求項１２】基板上に、マトリクス配線された複数
の電子放出素子を備える電子源において、前記電子放出
素子が、請求項１〜１０のいずれかに記載の電子放出素
子であることを特徴とする電子源。
【請求項１３】電子源と、該電子源からの電子線の照
射により画像を形成する画像形成部材とを具備する画像
形成装置において、前記電子源が請求項１１または１２
に記載された電子源であることを特徴とする画像形成装
置。
【請求項１４】一対の素子電極間に、電子放出部を有
する導電性膜を備える電子放出素子の製造方法におい
て、合金を形成し得る少なくとも２種類の金属元素を有
する導電性膜を形成する工程と、前記導電性膜に電圧を
印加する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１５】一対の素子電極間に、電子放出部を有
する導電性膜を備える電子放出素子の製造方法におい
て、全率固溶な少なくとも２種類の金属元素を有する導
電性膜を形成する工程と、前記導電性膜に電圧を印加す
る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１６】前記２種類の金属元素は、前記導電性
膜中で、一方が金属酸化物として、他方が金属として存
在しており、さらに、前記導電性膜への電圧の印加は還
元雰囲気中にて行なわれる請求項１４または１５に記載
の電子放出素子の製造方法。
【請求項１７】前記２種類の金属元素は、ＰｄとＰｔ
である請求項１４または１５に記載の電子放出素子の製
造方法。
【請求項１８】前記Ｐｔの原子数組成が、５０atomic
％以下である請求項１７に記載の電子放出素子の製造方
法。
【請求項１９】基板上に、複数の電子放出素子を備え
る電子源の製造方法において、前記電子放出素子が、請
求項１４〜１８のいずれかに記載の方法にて製造される
ことを特徴とする電子源の製造方法。
【請求項２０】基板上に、マトリクス配線された複数
の電子放出素子を備える電子源の製造方法において、前
記電子放出素子が、請求項１４〜１８のいずれかに記載
の方法にて製造されることを特徴とする電子源の製造方
法。
【請求項２１】電子源と、該電子源からの電子線の照
射により画像を形成する画像形成部材とを具備する画像
形成装置の製造方法において、前記電子源が請求項１９
または２０に記載された方法にて製造されることを特徴
とする画像形成装置の製造方法。