JP2002075172A

JP2002075172A - 電子放出素子、電子源、画像形成装置の製造方法

Info

Publication number: JP2002075172A
Application number: JP2000258443A
Authority: JP
Inventors: Tomoko Maruyama; 朋子丸山; Makoto Kojima; 誠小嶋
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-08-29
Filing date: 2000-08-29
Publication date: 2002-03-15

Abstract

(57)【要約】【課題】導電性膜への通電処理を経て、導電性膜に電
子放出部を形成する工程を有する電子放出素子の製造方
法において、その電子放出部の位置と形状を精度良く低
電流制御する方法を提供する。【解決手段】導電性膜４に局所的に還元速度の異なる
領域６を形成した後、導電性膜４を還元する工程と導電
性膜４に電流を流す工程を有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子の製
造方法と、該方法を用いた電子源及び画像形成装置の製
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」と称す。）、金属／絶縁層／金属（以
下、「ＭＩＭ型」と称す。）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．Ｄｏｌａ
ｎ、“ＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎ”、Ａｄｖａｎｃ
ｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓｉｃｓ、８、８
９（１９５６）あるいは、Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ、“Ｐ
ＨＹＳＩＣＡＬＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｉ
ｎ‐ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔ
ｈｏｄｅｓｗｉｔｈｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｃｏｎ
ｅｓ”、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、４７、５２４８
（１９７６）等に開示されたものが知られている。

【０００４】ＭＩＭ型の例としては、Ｃ．Ａ．Ｍｅａ
ｄ、“ＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＴｕｎｎｅｌ‐Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ”、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．、３２、６４６（１９６１）等に開示されたもの
がある。

【０００５】表面伝導型電子放出素子の例としては、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ、ＲａｄｉｏＥｎｇ．Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎＰｈｙｓ．、１０、１２９０（１９６５）等
に開示されたものがある。

【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．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉ
ｌｍｓ”、９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂Ｏ₃／Ｓ
ｎＯ₂薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌａｎｄ
Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．
ＥＤＣｏｎｆ．”、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
な例として前述のＭ．ハートウェルの素子構成を図１１
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。

【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２を形成すること
である。尚、電子放出部５は導電性膜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２より電子を放出せしめるもの
である。

【０００９】上記表面伝導型電子放出素子は、構造が単
純であり、しかもその製造が容易であることから、大面
積に亘って多数素子を配列形成できるという利点を有す
る。この表面伝導型電子放出素子においては、導電性膜
は、その抵抗が金属膜に比較して充分に大きな金属酸化
物等で構成することが望ましい。これは通電フォーミン
グによる電子放出部の形成の際、導電性膜の抵抗が小さ
いと、通電フォーミングに要する電流が大きくなるから
であり、特に、表面伝導型電子放出素子を複数配設した
電子源の製造工程上、複数の素子を同時に通電フォーミ
ングする工程は、大電流仕様の通電処理装置が必要にな
り、実用的であるとは言い難い。

【００１０】一方、前記表面伝導型電子放出素子を複数
配設した電子源及びこれを用いた画像形成装置において
は、該素子を構成する導電性膜の抵抗が大きいことによ
り、該電子源及び画像形成装置の駆動における消費電力
が大きくなってしまうという欠点があった。

【００１１】これらの課題に対しては、多くの応用がな
されており、なかでも非常に優れたものとして、通電フ
ォーミングの際に還元処理を施す技術が挙げられる。こ
の還元処理を施すことにより、通電フォーミングの際に
生じるジュール熱を低減し基板割れ等を起こさず、再現
性良く素子を作製することが可能となった（特開平６−
１２９９７号公報）。また、同時にフォーミング工程に
必要な電力を低下させて、電子源及び画像形成装置の製
造を著しく簡便良好に行なえる様になった。さらに、通
電フォーミング後に還元工程を設けて低消費電力の電子
源及び画像形成装置を提供することが可能となった（例
えば特開平９−２９８０２９号公報及び特開平８−３１
３１１号公報）。

【００１２】一方、導電性膜に、通電処理を経て、電子
放出部を形成するフォーミング方法において、上記導電
性膜の変質・変形の生ずる位置が何処になるかは、様々
な要因に左右されるが、ジュール熱の発生による温度上
昇の大きい場所が何処になるかが重要である。

【００１３】導電性膜が均一で、素子電極の対称性が良
ければ、ジュール熱の発生は均一であり、周囲への熱伝
導を考慮すると、この位置は両方の電極のちょうど中間
になると思われるが、実際にはいろいろな不均一性があ
り、また電極を印刷などにより形成する場合はフォトリ
ソグラフィーにより形成する場合に比べ、電極形状の対
称性も不十分な場合が多い。さらに、電子放出部となる
高抵抗部の形成は、導電性膜の一部が変形変質して高抵
抗化すると、それにより電流分布が変化し、電流の集中
する部分に次の高抵抗化が起こるというような、複雑な
過程を経ると考えられるので、電子放出部の形状は、僅
かの撹乱要因により大きく蛇行する場合がある。この事
は、素子の特性を均一に制御する上で困難をもたらし、
複数の電子放出素子を配置した電子源や、それを用いた
画像形成装置などを作製した場合、電子放出量のバラツ
キ、画面の明るさのバラツキが生ずる場合がある。これ
らの課題については、電子放出部の形状及び位置を制御
することが可能となった（特開平８−２１２９１６号公
報）。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記通
電フォーミング時に還元処理を施すことによる低電流フ
ォーミング技術と、上記電子放出部の形状及び位置を制
御する技術は、必ずしも同時に用いることは出来なかっ
た。

【００１５】即ち、従来のフォーミング処理では、導電
性膜に形成される電子放出部の位置や形状を制度良く且
つ低電流では制御し難く、このことは、素子の特性を均
一に制御する上で困難をもたらし、複数の電子放出素子
を配置した電子源や、それを用いた画像形成装置などを
作成した場合、電子放出量のバラツキ、画面の明るさの
バラツキが生ずる場合がある。一方、電子放出部の形状
及び位置を制御するために導電性膜の一部を組成変化さ
せる方法を用いた場合には、還元処理による低電流化が
必ずしも両立せず、電子放出素子形成のコストアップに
繋がるという課題があった。

【００１６】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、導電性膜への通電処理を経て、該導電性膜に
電子放出部を形成する工程を有する電子放出素子の製造
方法において、その電子放出部の位置と形状を精度良く
低電流制御する方法を提供し、また複数の電子放出素子
を基板上に配置して形成した電子源及び、該電子源と画
像形成部材とを有する画像形成装置を、高品位に製造す
る方法を提供しようとするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は以下のとおりである。

【００１８】即ち本発明は、電子放出部を有する導電性
膜を備えた電子放出素子の製造方法において、導電性膜
に局所的に還元速度の異なる領域を形成する工程の後
に、導電性膜を還元する工程と導電性膜に電流を流す工
程を有することを特徴としている。

【００１９】上記本発明の電子放出素子の製造方法は、
更なる特徴として、「前記導電性膜に局所的に還元速度
の異なる領域を形成する工程は、導電性膜に局所的にエ
ネルギー照射する工程を含むこと」、「前記エネルギー
照射は、光照射、電子線照射、紫外線照射、レーザー照
射のうちのいずれかであること」、「前記導電性膜に局
所的にエネルギー照射する工程は、大気中で導電性膜に
局所的にレーザー照射する工程であること」、「前記導
電性膜を還元する工程は、還元性気体を素子表面に供給
することによること」、「前記導電性膜を還元する工程
と導電性膜に電流を流す工程を同時に行うこと」、「前
記導電性膜に局所的に還元速度の異なる領域を形成する
工程の後に、該導電性膜を加熱せしめ、前記導電性膜を
還元する工程と導電性膜に電流を流す工程を同時に行う
こと」、「前記導電性膜は金属酸化物を主成分とするこ
と」、「前記金属酸化物は酸化パラジウムであるこ
と」、「前記導電性膜は、酸化パラジウムが５０ａｔｏ
ｍｉｃ％以上であって、他の成分は、パラジウム以外の
金属及び／又は酸化パラジウム以外の金属酸化物からな
ること」、「前記電子放出素子は、電極間に前記電子放
出部を有する導電性膜を備えた電子放出素子であるこ
と」、「前記電子放出素子は、表面伝導型電子放出素子
であること」、を含む。

【００２０】また、本発明は、導電性膜の一部に間隙を
有する電子放出素子の製造方法であって、導電性膜を基
体上に配置する工程と、該導電性膜の一部の抵抗値が変
化するように、前記導電性膜の一部に電磁波または電子
線を照射する工程と、前記電磁波が照射された前記導電
性膜に電流を流すことで、前記導電性膜の一部に間隙を
形成する工程とを有することを特徴としている。

【００２１】また、本発明は、導電性膜の一部に間隙を
有する電子放出素子の製造方法であって、導電性膜を基
体上に配置する工程と、該導電性膜の一部の抵抗値が変
化するように、前記導電性膜の所望領域に電磁波または
電子線を照射することで、前記導電性膜の非照射領域に
比べて還元速度を早くする工程と、前記電磁波の照射工
程が施された前記導電性膜に電流を流すことで、前記導
電性膜の一部に間隙を形成する工程とを有することを特
徴としている。

【００２２】また、本発明は、前記電磁波または電子線
が照射される領域は、前記間隙が形成される領域とは異
なることを特徴としている。

【００２３】さらに、本発明は、前記間隙を形成する工
程は、還元性物質を含む雰囲気中にて行なわれることを
特徴としている。

【００２４】また、本発明は、複数の電子放出素子を有
する電子源の製造方法であって、前記電子放出素子が上
記本発明の電子放出素子の製造方法により製造されるこ
とを特徴としている。

【００２５】また、本発明は、電子源と画像形成部材と
を有する画像形成装置の製造方法であって、前記電子源
が上記本発明の電子源の製造方法により製造されること
を特徴としている。

【００２６】本発明によれば、導電性膜に局所的に還元
速度の異なる領域を形成し、還元処理下での通電による
ジュール熱の発生を所望の場所に生じさせることで、低
電流フォーミングと電子放出部の位置及び形状の制御を
両立せしめるものである。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
として平面型の表面伝導型電子放出素子を例に挙げて本
発明を詳述する。

【００２８】図１は、その一実施形態の構成を示す模式
図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は縦断面図
である。図１において、１は基板、２と３は素子電極、
４は導電性膜、５は電子放出部であり、間隙である。６
は導電性膜４の一部の領域であるエネルギー照射（電磁
波または電子線照射）部である。尚、電子放出部（間
隙）形成後の導電性膜４では、エネルギー照射部６とそ
の他の非照射部とは通常同じ組成を持つが、図１中には
説明の便宜上、電子放出部５とエネルギー照射部６を併
記して示している。

【００２９】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、セラ
ミックス及びＳｉ基板等を用いることができる。

【００３０】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等の金属或いは合金から適宜選択される。

【００３１】導電性膜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
が、通常は、数Å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
が良い。

【００３２】導電性膜４を構成する材料としては、予め
酸化した状態が容易に形成され、その後容易に還元する
ことが条件として挙げられる。勿論この条件を満たすも
のであれば特に限定されるものではないが、より好まし
い例としては、金属であって熱あるいは酸素等の処理に
よって金属酸化物を形成するものが最も好ましい。かか
る金属としては、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｃ
ｒ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｃｏ等が挙げられる。特に、容
易に加熱酸化でき、更に水素添加ガスで容易に還元でき
るものとしてＰｄは最も簡便に本発明の効果を発現する
材料の１つである。このＰｄが、難還元金属酸化物、あ
るいは金属との混合物として導電性膜４を形成した場合
であっても、概ねＰｄのａｔｏｍｉｃ％が５０％以上で
あれば、後述するように、焼成による高抵抗化、還元に
よる低抵抗化、エネルギー照射（電磁波または電子線照
射）による還元速度の変化、は容易である。

【００３３】図中の領域６は、導電性膜４のうち局所的
に還元速度の異なる領域であって、具体的には例えばエ
ネルギー照射を施した領域である。後述するように、エ
ネルギー照射を施した領域６はエネルギー照射を施さな
い領域に比較して還元速度が早くなるように、照射処理
を行なった領域である。このエネルギー照射は、導電性
膜４の存在する電極間距離Ｌの数分の一、あるいは数十
分の一の照射解像度を有するものが好ましく、具体的に
は１００μｍ以下のものがより好ましい。また、本発明
における「エネルギー照射」としては、Ｘ線、レーザ
ー、紫外線、光等の電磁波の照射あるいは、電子線の照
射が挙げられる。大気中で照射を行ない照射解像度も上
述の条件を満たすものとして、レーザー照射がより好ま
しく用いられる。

【００３４】また、エネルギー照射領域６は後述するよ
うに電子放出部を形成したい場所でない領域に形成する
ことが好ましく、中でも図１に示すように両電極際を照
射領域とするのが最も好ましい。

【００３５】電子放出部５は、導電性膜４の一部に形成
された間隙であり、その形状は、後述する電子放出部形
成工程に依存したものとなる。

【００３６】表面伝導型電子放出素子の製造方法として
は様々な方法があるが、その一例を図２に基づいて説明
する。尚、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。

【００３７】１）基板１を洗浄剤、純粋及び有機溶剤等
を用いて充分に洗浄し、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技
術を用いて基板１上に素子電極２、３を形成する（図２
（ａ））。

【００３８】２）素子電極２、３を設けた基板１上に、
有機金属溶液を塗布して、有機金属膜を形成する。有機
金属溶液とは、前述の導電性膜４の材料の金属を主元素
とする有機化合物の溶液である。上記有機金属膜を加熱
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、導電性膜４を形成する（図２（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
膜４の形成法はこれに限られるものではなく、真空蒸着
法、スパッタ法、化学気相堆積法、分散塗布法、ディッ
ピング法、スピナー法、インクジェット法等を用いるこ
とができる。

【００３９】インクジェット法を用いた場合には、１０
ｎｇから数十ｎｇ程度の微小液滴を再現性良く発生し基
板に付与することができ、フォトリソグラフィーによる
パターニングや真空プロセスが不要であるため、生産性
の上から好ましい。インクジェット法の装置としては、
エネルギー発生装置として電気熱変換体を用いたバブル
ジェット（登録商標）タイプ、或いは圧電素子を用いた
ピエゾジェットタイプ等が使用可能である。上記液滴の
焼成手段としては、種々の焼成手段が適用可能であり、
例えば基板全体を加熱する手段が用いられる。

【００４０】３）素子電極２、３間に形成した導電性膜
４の一部６にエネルギー照射（電磁波照射）する（図２
（ｃ））。汎用な照射装置でビーム解像度が数μｍのも
のがあること、大気中で比較的簡便にエネルギー照射が
大面積で行なえることから、レーザー照射が最も好まし
い。前述のように、電子放出部５を形成したい領域でな
い領域を照射する。例えば図１に示した素子電極２、３
際の領域６を照射領域とする。勿論、照射装置及び電子
源の構成、導電性膜４の形態等によって、この照射領域
の形状はこの図に示すものに限らない。

【００４１】ここで、エネルギー照射条件は、還元処理
時の導電性膜の還元速度に差が生じることが重要であ
る。例えば、導電性膜４に何もエネルギー照射を施さな
いものと、導電性膜４の所望の領域に選択的に、エネル
ギー照射を施したものと、を同じ真空チャンバ内に保持
し、還元ガスを導入して素子電極間の抵抗値を測定す
る。導電性膜４の抵抗値が、金属酸化物から金属に還元
される過程での抵抗値の変化が図３に示すように、異な
る様にエネルギー照射を行なう。はエネルギー照射無
しの素子抵抗の変化、は本発明のエネルギー照射を行
なった素子の抵抗の変化を表わす。このとき、エネルギ
ー照射によって予め素子抵抗が著しく低下し素子抵抗の
変化がの様になる場合、あるいはエネルギー照射によ
って還元処理による素子抵抗の変化が生じなくなる場
合、例えばや'、には、本発明での効果が十分に期
待出来るとは限らない。予め、再現性良くの素子抵抗
変化を生じるエネルギー照射条件を求めることで本発明
の効果が充分に期待出来る。

【００４２】４）続いて、電子放出部形成工程について
述べる。この工程の方法の一例として通電フォーミング
処理による方法を説明する。図２（ｃ）の素子電極２、
３間に不図示の電源を用いて電圧印加を行なうと、導電
性膜４に電流が流れ、その一部に、間隙（電子放出部）
５が形成される（図２（ｄ））。

【００４３】通電フォーミングの電圧波形の例を図４に
示す。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ステップ程度ずつ、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】本発明では、この電子放出部形成工程にお
いて、通電フォーミング時の電流を低く抑えるために、
還元処理を同時に行なうことが好ましい。この還元処理
は基板加熱又は／及び還元ガス導入によって行なうこと
ができる。工程時間の短縮を考慮すると、電子源基板と
して基板上に複数の表面伝導型電子放出素子を配設する
場合等は特に、還元ガスの導入がより好ましく用いられ
る。例えば、真空チャンバ中で、上記通電フォーミング
処理を行いながら徐々に水素等の還元ガスをチャンバ中
に導入する。また、通電しながら基板温度を、例えば２
００℃程度まで加熱することでも還元工程を行なえる。
通電しながら還元処理を施すこの方法では、通電のみで
フォーミングできる電圧を最初から印加することはせ
ず、予め通電のみではフォーミングされない電圧を求め
ておき、その電圧印加下で上述の還元処理を併用するこ
とで再現性良く低電力フォーミングを実施することがで
きる。

【００４８】還元処理を施しながらのフォーミングにお
いて電子放出部が形成されるメカニズムの詳細は明らか
になっていないが、おそらく還元速度の異なる領域が存
在すると、還元処理によって先に抵抗値が低下する領域
と、抵抗値が高いままの領域が過渡的に混在し、その過
渡過程で抵抗値が高いままの領域に発熱集中すること
で、非照射領域に電子放出部が形成されるのではないか
と推察される。

【００４９】５）電子放出部５を形成した素子には活性
化工程と呼ばれる処理を施す。活性化工程とは、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。

【００５０】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なうことができる。この雰
囲気は、例えば油拡散ポンプやロータリーポンプなどを
用いて真空容器内を排気した場合に雰囲気内に残留する
有機ガスを利用して形成することができるほか、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。この
ときの好ましい有機ガス圧は、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する。

【００５１】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、カルボン酸、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、
プロパンなどのＣ_nＨ_2n+2で表わされる飽和炭化水素、
エチレン、プロピレンなどＣ_nＨ_2nで表わされる不飽和
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
に堆積して、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが著しく変化
するようになる。

【００５２】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なう。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。

【００５３】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、ＨＯＰＧはほぼ完全なグラファイトの結晶構造、Ｐ
Ｇ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、５０ｎｍ以下の範囲とするのが好ましく、３
０ｎｍ以下の範囲とすることがより好ましい。

【００５４】６）このような工程を経て得られた電子放
出素子は、安定化工程を行なうことが好ましい。この工
程は、真空容器内の有機物質を排気する工程である。真
空容器を排気する真空排気装置は、装置から発生するオ
イルが素子の特性に影響を与えないように、オイルを使
用しないものを用いるのが好ましい。具体的には、ソー
プションポンプ、イオンポンプ等の真空排気装置を挙げ
ることができる。

【００５５】このようにして得られる本発明の表面伝導
型電子放出素子の基本特性を以下に説明する。

【００５６】図５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。

【００５７】図５において、図１と同じ符号は同じ部材
を示す。また、５１は素子に素子電圧Ｖｆを印加するた
めの電源、５０は素子電極２、３間の導電性膜４を流れ
る素子電流Ｉｆを測定するための電流計、５４は電子放
出部５より放出される放出電流Ｉｅを捕捉するためのア
ノード電極、５３はアノード電極５４に電圧を印加する
ための高圧電源、５２は電子放出部５より放出される放
出電流Ｉｅを測定するための電流計、５５は真空装置、
５６は排気ポンプである。

【００５８】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。

【００５９】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。尚、この測定評価系は、後述するよ
うな表示パネル（図８における１０１参照）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５５
及びその内部として構成することで、前述の電子放出部
形成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。

【００６０】以下に述べる表面伝導型電子放出素子の基
本特性は、図５の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２〜８ｍｍとして行った測定
に基づくものである。

【００６１】まず、放出電流Ｉｅ及び素子電流Ｉｆと、
素子電圧Ｖｆとの関係の典型的な例を図６に示す。尚、
図６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。

【００６２】図６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。

【００６３】まず第１に、表面伝導型電子放出素子はあ
る電圧（しきい値電圧と呼ぶ：図６中のＶｔｈ）以上の
素子電圧Ｖｆ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。即ち、放出電流Ｉｅに対する明
確なしきい値電圧Ｖｔｈを持った非線型素子である。

【００６４】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。

【００６５】第３に、アノード電極５４（図５参照）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。即ち、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。

【００６６】図６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６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（ＶＣＮＲ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ＶＣＮＲ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Ｍ
Ｉ特性を有する。

【００６７】以上のような本発明の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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】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７に基づいて更に説明
する。

【００７２】図７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７４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。

【００７３】ｍ本のＸ方向配線７２は、各々外部端子Ｄ
ｘ１、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７４
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。

【００７４】ｎ本のＹ方向配線７３は、各々外部端子Ｄ
ｙ１、Ｄｙ２、…Ｄｙｎを有するもので、Ｘ方向配線７
２と同様に作成される。

【００７５】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。尚、このｍ、ｎは共に正の整数である。

【００７６】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７２を形成した基板１の全面或いは一部に所望の
形状で形成され、特に、Ｘ方向配線７２とＹ方向配線７
３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。更に、表面伝導型電子放出素子７
４の対向する素子電極（不図示）が、ｍ本のＸ方向配線
７２と、ｎ本のＹ方向配線７３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７５によって電気的に接続されているものである。

【００７７】ここで、ｍ本のＸ方向配線７２と、ｎ本の
Ｙ方向配線７３と、結線７５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７
４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。

【００７８】また、詳しくは後述するが、前記Ｘ方向配
線７２には、Ｘ方向に配列された表面伝導型電子放出素
子７４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。

【００７９】一方、Ｙ方向配線７３には、Ｙ方向に配列
された表面伝導型電子放出素子７４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７４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。

【００８０】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８〜図１０を用いて説明する。尚、図８は表示パ
ネル１０１の基本構成であり、図９は蛍光膜８４を示す
図であり、図１０は図８の表示パネル１０１でＮＴＳＣ
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。

【００８１】図８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７４を配置した電子源の基板、８１
は基板１を固定したリアプレート、８６はガラス基板８
３の内面に画像形成部材であるところの蛍光膜８４とメ
タルバック８５等が形成されたフェースプレート、８２
は支持枠である。リアプレート８１、支持枠８２及びフ
ェースプレート８６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８８を構成している。

【００８２】図８において、５は図１における電子放出
部に相当する。７２、７３は表面伝導型電子放出素子７
４の一対の素子電極２、３（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。

【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で構成されて
いる。しかし、リアプレート８１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８１は不要で
あり、基板１に直接支持枠８２を封着し、フェースプレ
ート８６、支持枠８２、基板１にて外囲器８８を構成し
ても良い。また、フェースプレート間に、スペーサーと
呼ばれる不図示の支持体を更に設置することで、大気圧
に対して十分な強度を有する外囲器８８とすることもで
きる。

【００８４】蛍光膜８４は、モノクロームの場合は蛍光
体のみから成るが、カラーの場合は、蛍光体９２の配列
により、ブラックストライプ（図９（ａ））あるいはブ
ラックマトリクス（図９（ｂ））等と呼ばれる黒色導電
材９１と、蛍光体９２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
することである。黒色導電材９１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。

【００８５】ガラス基板８３に蛍光体９２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。

【００８６】また、図８に示されるように、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８５の目的は、蛍光体９２（図９参照）の発光
のうち内面側への光をフェースプレート８６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８７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８８内で発生した負イオンの衝突による
ダメージからの蛍光体９２の保護等である。メタルバッ
ク８５は、蛍光膜８４の作製後、蛍光膜８４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を真空蒸着等で堆積することで作製でき
る。

【００８７】フェースプレート８６には、更に蛍光膜８
４の外面側に透明電極（不図示）を、設けてもよい。

【００８８】前述の封着を行なう際、カラーの場合は各
色蛍光体９２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。

【００８９】外囲器８８内は、不図示の排気管を通じ、
１０^-5Ｐａ程度の真空度にされ、封止される。また、外
囲器８８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８８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^-3〜１０^-7
Ｐａ程度の真空度を維持するためのものである。

【００９０】前述の電子放出部形成（通電フォーミング
及び還元処理）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８８の封止直前又は封止
後に行われるものである。外囲器８８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、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、封止前に電子放出部形成及び活性化等これ
以降の製造工程を行なうことが望ましい。本発明におけ
る導電性膜４は、例えば封着工程に必要と思われる３５
０℃〜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、電子放出
部形成工程及び活性化工程を行なってから外囲器８８の
封着を行なうことで仕損費抑制が図られ好ましく行われ
る。

【００９１】上述の表示パネル１０１は、例えば図１０
に示されるような駆動回路で駆動することができる。
尚、図１０において、１０１は前記表示パネルであり、
１０２は走査回路、１０３は制御回路、１０４はシフト
レジスタ、１０５はラインメモリ、１０６は同期信号分
離回路、１０７は変調信号発生器、Ｖｘ及びＶａは直流
電圧源である。

【００９２】図１０に示されるように、表示パネル１０
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８７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１０１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）づつ順次駆
動して行くための走査信号が印加される。

【００９３】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、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。

【００９４】走査回路１０２は、内部にｍ個のスイッチ
ング素子（図１０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１０１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１０３
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。

【００９５】本例における前記直流電圧源Ｖｘは、前記
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。

【００９６】制御回路１０３は、外部より入力される画
像信号に基づいて適切な表示が行なわれるように、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１０６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。

【００９７】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、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１
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１０４に入力される。

【００９８】シフトレジスタ１０４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１０３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１０
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１０４より出力される。

【００９９】ラインメモリ１０５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１０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙに従って
適宜Ｉｄ１ないしＩｄｎ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１０７に入力される。

【０１００】変調信号発生器１０７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為の信号線で、
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１０１内の表面伝導型電子放出素子に印加さ
れる。

【０１０１】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。

【０１０２】即ち、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。

【０１０３】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１０７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１０７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。

【０１０４】シフトレジスタ１０４やラインメモリ１０
５は、デジタル信号式のものでもアナログ信号式のもの
でもよく、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。

【０１０５】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。これは同期信号分離回路１０６の出力
部にＡ／Ｄ変換器を設けることで行なえる。

【０１０６】また、これと関連して、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に設けられる回路が若干異なるも
のとなる。

【０１０７】即ち、デジタル信号で電圧変調方式の場
合、変調信号発生器１０７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１０７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。更に、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。

【０１０８】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１０７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。

【０１０９】以上のような表示パネル１０１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７４から電子を放出
させることができ、高圧端子８７を通じてメタルバック
８５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蛍光膜８４に
衝突させることで生じる励起・発光によって、ＮＴＳＣ
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。

【０１１０】尚、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、更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、本発明の説明では、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。更には、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。

【０１１１】

【実施例】以下に実施例を挙げ、本発明を更に説明す
る。

【０１１２】［実施例１］本実施例では、図１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１（ａ）は表面伝導型電子放出素子の平面図を、
図１（ｂ）は断面図を示している。なお、図中のＬは素
子電極２、３間の間隔、Ｗは素子電極の幅を表わしてい
る。図２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。

【０１１３】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２、３を形成する。素子電極の間隔Ｌ
は１０μｍ、幅Ｗは６００μｍ、厚さは１０００Åとし
た。

【０１１４】２）次に、酢酸パラジウム（ＩＩ）モノエ
タノールアミン錯体を１５ｍｍｏｌ／ｌ、ＩＰＡを１５
ｗｔ％となるよう水溶液を調製し、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、液滴の状態にして複数回素子電極２、３間に図１に
示すように付与した。

【０１１５】３）３５０℃３０分間の加熱処理を行い、
酸化パラジウム（ＰｄＯ）からなる微粒子膜を形成し、
導電性膜４とした。

【０１１６】４）次に、ファインマシニング社製のレー
ザープロセッシングマシンＳＦＬ９４００−２型を用
い、線源部ランプ電流２４Ａ（５．７Ｗ）＋フィルター
１０％のものを用いて一回スキャンして、図中６の領域
をレーザー照射した。

【０１１７】５）次に、素子電極２、３及び導電性膜４
等を形成した上記基板１を図５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１．３×１０^-3Ｐａ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った。
フォーミング時の電圧波形はパルス幅１ｍｓｅｃ、パル
ス間隔１０ｍｓｅｃの矩形波とした。

【０１１８】このフォーミング時の素子電圧Ｖｆは、上
記還元ガスを導入せずに通電のみを続けた場合にはフォ
ーミングが行われない電圧に設定した。尚、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
ミングが完了した。また、この様にして形成された電子
放出部は概ね素子電極２、３の中央部に再現良く形成さ
れた。

【０１１９】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１．３×１
０^-5Ｐａ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１．３×１０^-4Ｐａ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。活性化処理にはパル
ス幅１ｍｓｅｃ、パルス間隔１０ｍｓｅｃ、波高値１５
Ｖ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
処理した。

【０１２０】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１
ｋＶ、電子放出特性測定時の真空装置５５内の真空度を
約１．３×１０^-6Ｐａとした。

【０１２１】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６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。

【０１２２】［実施例２］本実施例では、図１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７に示したような電子源を用いて、図８
に示したような画像形成装置を作製した例を説明する。

【０１２３】電子源の作製は、実施例１で説明した素子
電極２、３及び導電性膜４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（下配線とも呼ぶ）７２及びＹ方向配
線（上配線とも呼ぶ）７３を形成して行なった。

【０１２４】以上のようにして作製した未フォーミング
の電子源基板を用いて画像形成装置を構成した例を、図
８及び図９を用いて説明する。

【０１２５】まず、未フォーミングの電子源の基板１に
おいて、実施例１で説明したように各素子の導電性膜に
局所的にレーザー照射を施した後、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１．３
×１０^-3Ｐａとした。次に外部端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ及び
Ｄｙ１〜Ｄｙｎを通じ、素子電圧Ｖｆを印加するための
電源５１により各表面伝導型電子放出素子７４の素子電
極２、３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
い、電子放出部を作製した。

【０１２６】この後、フォーミングした電子源の基板１
をリアプレート８１に固定した後、基板１の４ｍｍ上方
に、フェースプレート８６（ガラス基板８３の内面に画
像形成部材であるところの蛍光膜８４とメタルバック８
５が形成されて構成される）を支持枠８２を介し配置
し、フェースプレート８６、支持枠８２、リアプレート
８１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８参
照）。また、リアプレート８１への基板１の固定もフリ
ットガラスで行なった。

【０１２７】画像形成部材であるところの蛍光膜８４
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（図９（ａ）参照）を
採用し、先に黒色導電材９１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蛍光体９２を
塗布して蛍光膜８４を作製した。黒色導電材９１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。

【０１２８】また、蛍光膜８４の内面側にはメタルバッ
ク８５を設けた。メタルバック８５は、蛍光体８４の作
製後、蛍光膜８４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。

【０１２９】フェースプレート８６には、更に蛍光膜８
４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８５のみで十分な導電性が得ら
れたので省略した。

【０１３０】前述の封着を行なう際、カラーの場合は各
色蛍光体９２と表面伝導型電子放出素子７４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。

【０１３１】以上のようにして完成した外囲器８８内の
雰囲気を排気管（不図示）を通じて真空ポンプにて排気
し、十分な真空度に達した後、活性化処理を行なうため
の有機化合物ベンゾニトリルを導入し、外部端子Ｄｘ１
〜Ｄｘｍ及びＤｙ１〜Ｄｙｎを通じ、各表面伝導型電子
放出素子７４の素子電極２、３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同様行われ、素
子電流Ｉｆの上昇がほぼ止まったところで終了とした。

【０１３２】この後、不図示の排気管を通じ、外囲器８
８内を１．３×１０^-5Ｐａ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８８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。

【０１３３】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１０１（図８参照）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７４にそれぞれ
印加することにより電子放出させるとともに、高圧端子
８７を通じてメタルバック８５に数ｋＶ以上の高圧を印
加して、電子ビームを加速し、蛍光体８４に衝突させ、
励起・発光させることで画像表示を行なった。

【０１３４】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。

【０１３５】［実施例３］実施例２で作製した画像形成
装置に、先に述べたようにＮＴＳＣ信号を入力したとこ
ろ、良好なテレビ画像を得ることができた。

【０１３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の製造方法
によれば、非常に小さい電力で容易に電子放出部の位置
と形状を精度良くフォーミングが行なえる。また、電子
放出部形成の為のフォーミング処理あるいは活性化処理
の後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。さらに、封着工程
を経た後も導電性膜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、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、画像形成装置
の均一性も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面伝導型電子放出素子の一例を示す
平面型表面伝導型電子放出素子の構成図である。

【図２】図１の表面伝導型電子放出素子の製造方法の一
例を説明するための図である。

【図３】本発明のエネルギー照射による適正範囲を示す
ための素子抵抗曲線模式図である。

【図４】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５】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概略図である。

【図６】本発明の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７】単純マトリクス配置の電子源の略図である。

【図８】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９】表示パネルに用いる蛍光膜の構成例を示す図で
ある。

【図１０】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。

【図１１】ハートウェルの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導電性膜５電子放出部６エネルギー照射部５０導電性膜を流れる素子電流Ｉｆを測定するための
電流計５１表面伝導型電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加す
るための電源５２電子放出部より放出される放出電流Ｉｅを測定す
るための電流計５３アノード電極に電圧を印加するための高圧電源５４電子放出部より放出される電子を捕捉するための
アノード電極５５真空装置５６排気ポンプ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Ｖａ直流電圧源Ｖｘ直流電圧源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子放出部を有する導電性膜を備えた電
子放出素子の製造方法において、導電性膜に局所的に還元速度の異なる領域を形成する工
程の後に、導電性膜を還元する工程と導電性膜に電流を
流す工程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２】前記導電性膜に局所的に還元速度の異な
る領域を形成する工程は、導電性膜に局所的にエネルギ
ー照射する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載
の電子放出素子の製造方法。
【請求項３】前記エネルギー照射は、光照射、電子線
照射、紫外線照射、レーザー照射のうちのいずれかであ
ることを特徴とする請求項２に記載の電子放出素子の製
造方法。
【請求項４】前記導電性膜に局所的にエネルギー照射
する工程は、大気中で導電性膜に局所的にレーザー照射
する工程であることを特徴とする請求項２に記載の電子
放出素子の製造方法。
【請求項５】前記導電性膜を還元する工程は、還元性
気体を素子表面に供給することによることを特徴とする
請求項１乃至４のいずれかに記載の電子放出素子の製造
方法。
【請求項６】前記導電性膜を還元する工程と導電性膜
に電流を流す工程を同時に行うことを特徴とする請求項
１乃至５のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項７】前記導電性膜に局所的に還元速度の異な
る領域を形成する工程の後に、該導電性膜を加熱せし
め、前記導電性膜を還元する工程と導電性膜に電流を流
す工程を同時に行うことを特徴とする請求項１乃至５の
いずれかに記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項８】前記導電性膜は金属酸化物を主成分とす
ることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の
電子放出素子の製造方法。
【請求項９】前記金属酸化物は酸化パラジウムである
ことを特徴とする請求項８に記載の電子放出素子の製造
方法。
【請求項１０】前記導電性膜は、酸化パラジウムが５
０ａｔｏｍｉｃ％以上であって、他の成分は、パラジウ
ム以外の金属及び／又は酸化パラジウム以外の金属酸化
物からなることを特徴とする請求項９に記載の電子放出
素子の製造方法。
【請求項１１】前記電子放出素子は、電極間に前記電
子放出部を有する導電性膜を備えた電子放出素子である
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の
電子放出素子の製造方法。
【請求項１２】導電性膜の一部に間隙を有する電子放
出素子の製造方法であって、導電性膜を基体上に配置す
る工程と、該導電性膜の一部の抵抗値が変化するよう
に、前記導電性膜の一部に電磁波または電子線を照射す
る工程と、前記電磁波が照射された前記導電性膜に電流
を流すことで、前記導電性膜の一部に間隙を形成する工
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１３】導電性膜の一部に間隙を有する電子放
出素子の製造方法であって、導電性膜を基体上に配置す
る工程と、該導電性膜の一部の抵抗値が変化するよう
に、前記導電性膜の所望領域に電磁波または電子線を照
射することで、前記導電性膜の非照射領域に比べて還元
速度を早くする工程と、前記電磁波の照射工程が施され
た前記導電性膜に電流を流すことで、前記導電性膜の一
部に間隙を形成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１４】前記電磁波または電子線が照射される
領域は、前記間隙が形成される領域とは異なることを特
徴とする請求項１２または１３に記載の電子放出素子の
製造方法。
【請求項１５】前記間隙を形成する工程は、還元性物
質を含む雰囲気中にて行なわれることを特徴とする請求
項１２乃至１４のいずれかに記載の電子放出素子の製造
方法。
【請求項１６】前記電子放出素子は、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乃至１５のい
ずれかに記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１７】複数の電子放出素子を有する電子源の
製造方法であって、前記電子放出素子が請求項１乃至１
６のいずれかに記載の方法により製造されることを特徴
とする電子源の製造方法。
【請求項１８】電子源と画像形成部材とを有する画像
形成装置の製造方法であって、前記電子源が請求項１７
に記載の方法により製造されることを特徴とする画像形
成装置の製造方法。
【請求項１９】前記画像形成部材が、蛍光体であるこ
とを特徴とする請求項１８に記載の画像形成装置の製造
方法。