JP2002208343A

JP2002208343A - 電子放出素子、電子放出素子用ガラス基板、電子源、および画像形成装置

Info

Publication number: JP2002208343A
Application number: JP2001004360A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Shibata; 雅章柴田; Masanori Takahashi; 雅則高橋; Akira Shimazu; 晃島津
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2002-07-26

Abstract

(57)【要約】【課題】ガラス表面にコーティング等の処理を必要と
しないガラス基板を用いて、大面積化が容易であるだけ
でなく、電子放出特性の改善された電子放出素子を提供
する。【解決手段】ガラス基板１上に配置された、第一の間
隙部１１を挟んで対向するカーボン膜１２，１３、若し
くは、その一部に第一の間隙部を有するカーボン膜を有
する電子放出素子であって、第一の間隙部１１又は／及
びガラス基板１は、少なくとも、珪素、アルミニウム、
ホウ素、アルカリ土類金属、炭素、酸素の各元素を有す
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、フラットパネルデ
ィスプレイ等に用いられる電子放出素子、電子放出素子
用基板、電子源、およびフラットパネルディスプレイ等
の画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子放出素子として熱電子源と冷
陰極電子源の２種類が知られている。冷陰極電子源には
電界放出型（以下ＦＥ型と略す）、金属／絶縁層／金属
型（以下ＭＩＭ型と略す）や表面伝導型電子放出素子等
がある。

【０００３】ＦＥ型の例としては、Ｗ．Ｐ．Ｄｙｋｅ
ａｎｄＷ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓ
ｓｉｏｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｏｒｏ
ｎＰｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）あるいは、
Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“ＰＨＹＳＩＣＡＬＰｒｏｐ
ｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄ
ｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈｍ
ｏｌｙｂｄｅｎｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）等が知られてい
る。

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

【０００５】表面伝導型電子放出素子の例としては、
Ｍ．Ｅ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，Ｒｅｃｉｏ．Ｅｎｇ．Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１０，１１２９０，（１
９６５）等がある。

【０００６】表面伝導型電子放出素子は、基板上に形成
された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことに
より、電子放出が生ずる現象を利用するものである。こ
の表面伝導型電子放出素子としては、前記エリンソン等
によるＳｎＯ₂薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によるもの
［Ｇ．Ｄｉｔｍｍｅｒ，ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉ
ｌｍｓ，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂Ｏ₃／ＳｎＯ
₂薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌａｎｄ
Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔｅｄ，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、２
２頁（１９８３）］等が報告されている。

【０００７】本出願人は、表面伝導型電子放出素子とそ
の応用に関し、これまで多数の提案を行っており、その
構成、製造方法などは、例えば特開平７−２３５２５５
号公報、特登録２９０３２９５号公報に開示されてい
る。

【０００８】以下に、上記公報に開示されている表面伝
導型電子放出素子の概略を簡単に説明する。

【０００９】上記の表面伝導型電子放出素子は、図１０
に模式的に示すように、基体１上に対向する一対の素子
電極２，３と、該素子電極に接続されその一部に電子放
出部５を有する導電性膜４とを有してなる。

【００１０】電子放出部５は、導電性膜４の一部が、破
壊・変形ないし変質され、間隙が形成された部分を含
み、間隙内部及びその近傍の導電性膜上には、活性化と
呼ばれる工程を行うことにより、炭素及び／または炭素
化合物を主成分とする堆積物が形成されている。なお、
この堆積物は上記導電性膜に形成された間隙よりもさら
に狭い間隙部をもって対向した形状となっている。

【００１１】活性化工程とは、有機物質を含む雰囲気中
で、素子にパルス状の電圧を一定時間印加し続けること
で行われるが、その際に図１０に示した形態が形成され
るに従い、素子を流れる電流（素子電流Ｉｆ）、および
真空中に放出される電流（放出電流Ｉｅ）が大幅に増大
し、より良好な電子放出特性を得ることができる。

【００１２】以上のような電子放出素子を複数個形成し
た電子源を用い、蛍光体などからなる画像形成部材と組
み合わせることで、フラットディスプレイパネルなどの
画像形成装置を構成できる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の特開
平７−２３５２５５号公報などに開示されているとお
り、炭素及び／または炭素化合物を主成分とする堆積物
で形成された狭い間隙部は、図１０を見れば明らかなよ
うに、基体１に接して形成されている。

【００１４】すなわち、上述の活性化工程や電子放出素
子を駆動する際に流れる素子電流Ｉｆにより、この狭い
間隙部に存在する基体１の表面は高温に晒されることに
なる。言い換えると、用いた基体の高温状態における性
質が、製造工程や最終的に得られる電子放出特性に少な
からず影響を与えると考えられている。

【００１５】従来、基体１としては、石英ガラスや、特
登録２６３０９８３号公報に開示されているソーダライ
ムガラスのような安価なガラス上にＳｉＯ₂等の低熱膨
張ガラス層を形成したガラス、特開平１０−２４１５５
０号公報に開示されたソーダライムガラスの表面のＮａ
を低減したガラスなどが使われてきた。

【００１６】しかしながら、言うまでも無く石英ガラス
は高価であり、安価なソーダライムガラスを用いる場合
でも、上記のように基体表面への膜形成や表面処理を行
うことは、特に基板サイズが大きくなるに従い、工程、
設備のコストを上昇させる要因となる。

【００１７】一方で、画像形成装置としてより高い性
能、すなわち、画像形成装置の大画面化、省電力化、高
精細化、高画質化、省スペース化等を求めれば、電子放
出素子を適用した画像形成装置が明るい表示画像を安定
して提供できるよう、高い効率で安定した電子放出特性
を更に長時間保持し続けられる技術が望まれている。

【００１８】ここで効率とは、素子電流Ｉｆに対する放
出電流Ｉｅの電流比をさし、素子電流Ｉｆはできるだけ
小さく、放出電流Ｉｅはできるだけ大きいのが望まし
い。

【００１９】電子放出特性を長時間安定に保持するため
の技術として、たとえば、特開２０００−０８２３８２
号公報に開示されているように、ガラスの表面に、Ｓｉ
Ｏ₂を主成分としてＡｌ₂Ｏ₃等の成分を含むコート層を
形成した基板を用いる方法が提案されている。

【００２０】特開２０００−０８２３８２号公報によれ
ば、基板の表面から５０ｎｍの厚さの領域に、ＳｉＯ₂
とこれよりも熱炭素還元温度が高い酸化物からなる混合
層を形成することにより、基板と、上記活性化処理によ
って堆積した炭素及び／または炭素化合物を主成分とす
る堆積物との間の反応を抑制することで、長寿命化を図
るものである。

【００２１】しかしながら、上記公報に開示された技術
範囲では、活性化処理に要する時間が増加してしまう場
合が多々あり、また、実質的は基板表面への膜形成工程
が必要なため、前述したように、大面積化にあたって
は、工程、設備のコストが実用化に際しての大きな障壁
となることが予想される。

【００２２】本発明は上記課題を解決すると同時に、電
子放出特性の更なる向上を行うためになされたものであ
り、ガラス表面にコーティング等の処理を必要としない
ガラス基板を用いて、大面積化が容易であるだけでな
く、電子放出特性の改善された電子放出素子を提供する
ことを主たる目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の構成は以下のとおりである。

【００２４】本発明の電子放出素子は、ガラス基板上に
配置された、第一の間隙部を挟んで対向するカーボン
膜、若しくは、その一部に第一の間隙部を有するカーボ
ン膜、を有する電子放出素子であって、前記第一の間隙
部又は／及び前記ガラス基板は、少なくとも、珪素、ア
ルミニウム、ホウ素、アルカリ土類金属、炭素、酸素の
各元素を有することを特徴とする。

【００２５】上記本発明の電子放出素子においては、前
記珪素、アルミニウム、ホウ素、アルカリ土類金属は、
それらの酸化物の状態であることが好ましい。

【００２６】また、前記ガラス基板の組成が、ｍｏｌ％
で表して、ＳｉＯ₂；６５〜７５、Ａｌ₂Ｏ₃；５〜１
３、Ｂ₂Ｏ₃；５〜１３、アルカリ土類金属酸化物（Ｍｇ
Ｏ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）；１０〜１５、であり、
かつ、アルカリ金属酸化物を含む他の金属酸化物の含有
量が１．０以下であることが好ましい。

【００２７】また、前記第一の間隙部は、前記ガラス基
板の溝を含むことが好ましい。

【００２８】また、前記カーボン膜は、第二の間隙部を
有する導電性膜の少なくとも該第二の間隙部に形成され
ていてもよい。

【００２９】本発明の電子放出素子用ガラス基板は、第
一の間隙部を挟んで対向するカーボン膜を有する電子放
出素子が配置されるガラス基板、若しくは、第二の間隙
部を有する導電性膜と、少なくとも該第二の間隙部に、
第一の間隙部を挟んで対向するカーボン膜とを有する電
子放出素子が配置されるガラス基板、であって、該ガラ
ス基板の組成が、ｍｏｌ％で表して、ＳｉＯ₂；６５〜
７５、Ａｌ₂Ｏ₃；５〜１３、Ｂ₂Ｏ₃；５〜１３、アルカ
リ土類金属酸化物（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋Ｂａ
Ｏ）；１０〜１５、であり、かつ、アルカリ金属酸化物
を含む他の金属酸化物の含有量が１．０以下であること
を特徴とする。

【００３０】上記本発明の電子放出素子用ガラス基板に
おいては、前記ガラス基板の熱膨張係数が、３００Ｋか
ら８００Ｋの温度範囲で３０×１０^-7／℃から４５×１
０^-7／℃であることが好ましい。

【００３１】また、前記ガラス基板の歪点が、９００Ｋ
以上であることが好ましい。

【００３２】本発明の電子源は、ガラス基板上に複数配
置された電子放出素子を有する電子源であって、前記電
子放出素子が上記本発明の電子放出素子であることを特
徴とする。

【００３３】本発明の画像形成装置は、電子源と、画像
形成部材とを有する画像形成装置であって、前記電子源
が上記本発明の電子源であることを特徴とする。

【００３４】本発明によれば、従来のガラス基板上に形
成された電子放出素子に比べて良好な電子放出特性を有
する電子放出素子を提供でき、かつ、大面積化が比較的
容易なガラス組成とすることで、ガラス表面に膜形成等
の処理を必要としない電子放出素子、ならびに電子放出
素子用ガラス基板を提供することができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好ましい実施態
様について述べる。

【００３６】まず始めに、本発明にかかわる表面伝導型
電子放出素子の基本的な構成について説明する。

【００３７】図１の（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発
明にかかわる基本的な電子放出素子の主要構成部分を示
す平面図および断面図である。

【００３８】図１において、１はガラス基板、１１は第
一の間隙部、１２、１３は、それぞれ、第一の間隙部１
１を挟んで対向するカーボン膜である。

【００３９】なお、上記構成は、通常、少なくとも電子
放出を行う際には、真空中に配置される。

【００４０】ここで、第一の間隙部１１とは、カーボン
膜１２，１３の対向した表面、およびカーボン膜１２，
１３の間に挟まれた、ガラス基板１の表面部分ならびに
その上方の空間部分（真空部分）を指して言う。

【００４１】図１に示した主要構成部分において、カー
ボン膜１２，１３間に十分な電位差が与えられると、カ
ーボン膜１２，１３間にトンネル電流が流れる。

【００４２】以下、便宜上、カーボン膜１３の電位をカ
ーボン膜１２の電位より高くした場合について説明す
る。

【００４３】このトンネル電流は、実質的に素子電流Ｉ
ｆとして観測されるが、基板１の表面や基板１中を流れ
る電流などがこれに付加される場合もある。

【００４４】一方、トンネルした電子は高電位側のカー
ボン膜１３に衝突、散乱され、その散乱電子の一部が放
出電子となる。

【００４５】ここで、所望の位置に配したアノード電極
（不図示：通常は、電子放出素子の上方に対向して配さ
れる）に正の高電位を与えておくと、放出電子が引き上
げられてアノード電極に到達し、放出電流Ｉｅとして観
測される。

【００４６】前述したように、電子放出素子の重要な特
性である効率、すなわち、（放出電流Ｉｅ）／（素子電
流Ｉｆ）は、できるだけ大きくとれるのが望ましい。

【００４７】従って、高電位側のカーボン膜１３で散乱
された電子が真空中に放出される割合をできるだけ大き
くし、素子電流Ｉｆに付加される基板１の表面や基板１
中を流れる電流は可能な限り小さくするのが望ましい。

【００４８】さて、カーボン膜１３で散乱された電子が
真空中に放出される割合は、カーボン膜１２、１３の厚
さに依存する。

【００４９】図２は、本発明にかかわる電子放出素子の
カーボン膜１２，１３間に電位差が与えられた場合の電
界分布を模式的に示した断面図であり、図２（ａ）はカ
ーボン膜１２，１３が厚い場合、（ｂ）は薄い場合をそ
れぞれ示している。

【００５０】図２（ａ）に示したように、カーボン膜１
２、１３の厚さが厚い場合、カーボン膜１３で散乱され
た電子は第一の間隙部１１から脱出することが困難にな
り、最終的にはカーボン膜１３中に吸い込まれて、素子
電流Ｉｆとなる。

【００５１】一方、図２（ｂ）のように、カーボン膜１
２、１３の厚さが薄ければ、カーボン膜１３で散乱され
た電子は、第一の間隙部１１から脱出する確率が増加
し、真空中に放出される電子の割合が高くなる。

【００５２】従って、カーボン膜１２、１３の厚さをで
きるだけ薄くすることで、電子放出効率を向上させるこ
とができる。

【００５３】しかしながら、カーボン膜１２、１３の厚
さを薄くすると、電子放出特性の劣化が顕著になってし
まう。

【００５４】これは、以下のような機構によると考えら
れる。

【００５５】上述のように、カーボン膜１２，１３間を
トンネルした電子がカーボン膜１３に衝突する際に発熱
するため、第一の間隙部１１近傍は、かなりの高温に達
すると考えられている。

【００５６】第一の間隙部１１の温度が上昇すると、第
一の間隙部１１を構成する、カーボン膜１２，１３とガ
ラス基板１との間で、熱炭素還元反応が生じると推測さ
れている。

【００５７】すなわち、ガラスを構成する成分によって
カーボンが酸化され、一酸化炭素や二酸化炭素といった
ガスとなって消失することになる。

【００５８】カーボンが消失すると、第一の間隙部１１
の幅が広がって電子放出特性が劣化するが、このとき、
カーボン膜１２、１３の厚さが薄い場合、より劣化が顕
著になる。

【００５９】従って、カーボン膜１２、１３の厚さを薄
くして電子放出効率を向上させようとする場合、上記の
熱炭素還元反応を抑制する必要がある。

【００６０】このための一つの方法としては、カーボン
膜にホウ素を含有させることである。ホウ素を含有した
カーボンは耐燃焼性が向上される事が知られており、熱
炭素還元反応の抑制に有効である。しかしながら、カー
ボン膜にホウ素を含有させるためには一般に非常な高温
が必要である。

【００６１】もう一つの方法としては、特開２０００−
０８２３８２号公報に開示されているように、ガラス基
板１の組成として、主たるガラス成分であるＳｉＯ
₂に、熱炭素還元反応を生じにくい成分を含有させるこ
とである。熱炭素還元反応を生じにくい金属成分として
は、アルミニウム、アルカリ土類金属が挙げられる。

【００６２】アルミニウム、アルカリ土類金属は、金属
としてそれほど高い融点をもたず、仮に熱炭素還元反応
が生じても蒸発して失われるので、還元によって生じた
金属が第一の間隙部１１内部で導電性の電流リークパス
を形成してしまう問題、すなわち素子電流Ｉｆの増加に
よる効率の低下を回避できる。しかしながら、熱炭素還
元反応を生じにくい金属成分を含むガラスは後述する活
性化処理において、十分な処理が行えない場合がある。

【００６３】従って、本発明における望ましい構成と
は、電子放出特性を損なう事無く、熱炭素還元反応を抑
制するために、上記の第一の間隙部１１を構成する材料
成分として、ケイ素、アルミニウム、ホウ素、アルカリ
土類金属、炭素、酸素の各元素を有するものである。

【００６４】なお、第一の間隙部１１に上述の成分を含
有させるためには、ガラス基板１として、ＳｉＯ₂、Ａ
ｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃、アルカリ土類金属酸化物、を組成成分
とするガラスを用いればよい。これらの成分の適切な組
成比率に関しては、後述する。

【００６５】図３には、本発明における、別の基本的な
平面型の電子放出素子の主要構成部分を示す断面図を示
した。なお、平面図に関しては、図１（ａ）と同様なの
で省略した。

【００６６】図３において、図１と同じ番号を付したも
のは、図１と同様であり、３１は、第一の間隙部１１の
部分でガラス基板１に形成されている溝である。

【００６７】図３においては、第一の間隙部１１とは、
カーボン膜１２，１３の対向した表面、およびカーボン
膜１２，１３の間に挟まれた、ガラス基板１の溝３１の
表面部分ならびにその上方の空間部分（真空部分）を指
して言う。

【００６８】図３に示したように、ガラス基板１に溝３
１が形成されている場合、上述したトンネル電流および
トンネルした電子がカーボン膜に衝突する際の発熱か
ら、ガラス基板１の表面部分が離れるため、表面温度の
上昇が少なく、より好ましい形態である。さらには、基
板１の表面や基板１内部を流れる電流も小さくなるの
で、素子電流Ｉｆを減少させる効果もある。

【００６９】このような形態は、基板１のエッチング等
の手段を用いて形成しても良いが、活性化処理によって
形成することが可能である。

【００７０】活性化処理は、真空装置内に有機物質のガ
スを導入し、有機分子を含有する雰囲気下で、素子に電
圧を印加することで行い、この処理により、基板の変質
を伴って、雰囲気中に存在する有機物質から、カーボン
膜が堆積する工程である。

【００７１】活性化処理に用いられる有機物質として
は、蒸気圧があまり高くなく、かつ重合しやすいものが
好ましい。このために好適に用いることのできる有機物
質として、ニトリル化合物が好ましく用いられるが、ガ
ラス基板１の溝部３１の形成に不都合がなければ、特に
制限されるものではない。

【００７２】また、この有機物質を含有する雰囲気は、
例えばイオンポンプなどにより一度１０^- ⁶Ｐａ台の圧力
に減圧し、適当な有機物質のガスを導入することなどに
よって得られる。

【００７３】ここで適切な導入圧力は、たとえば、ベン
ゾニトリルを用いる場合であれば、１×１０^- ⁵Ｐａ〜１
×１０^- ³Ｐａ程度である。

【００７４】活性化処理において、例えば、図１に示し
たような第一の間隙部１１に電圧を印加すると、雰囲気
中の有機物質からカーボン膜がさらに堆積、成長し、同
時に第一の間隙部１１の部分でガラス基板１が変質し、
溝３１が形成される。なお、この過程を制御よく行うた
めには、電圧をパルス状にし、さらに極性を交互に換え
て印加するのが好ましい。

【００７５】溝３１の形成は、カーボンによるガラス表
面の熱炭素還元反応が生じた結果と考えられる。

【００７６】本発明のガラス基板１の組成成分におい
て、最も熱炭素還元反応の生じやすい成分は、ＳｉＯ₂
であり、すなわち、ＳｉＯ₂＋Ｃ→ＳｉＯ↑＋ＣＯ↑ が溝３１の形成の主たる反応と考えられる。

【００７７】しかしながら、本発明のガラス基板１の他
の組成成分に関して言えば、Ａｌ₂Ｏ₃とＲＯ（Ｒはアル
カリ土類金属元素）は、それ自身が熱炭素還元反応を生
じにくいだけでなく、ＳｉＯ₂の熱炭素還元反応を抑制
するように働く。これは、すなわち、活性化処理におけ
る溝３１の形成しやすさと、前述した電子放出素子を駆
動する際の長寿命化はトレードオフの関係にあるという
ことを意味する。

【００７８】Ｂ₂Ｏ₃は、上記トレードオフの関係を改善
するように振舞う。すなわち、Ｂ₂Ｏ₃を含有させること
により、活性化処理においては、溝３１の形成しやすさ
を損なうことなく、電子放出素子の駆動時においては、
カーボン消失による劣化を抑制することが可能となる。

【００７９】基板１がＢ₂Ｏ₃を含有することによる、溝
３１の形成しやすさの改善の理由は明確ではないが、活
性化処理中に基板表面の微細な領域において、Ｂ₂Ｏ₃が
溶融すると考えられる。

【００８０】すなわち、第一の間隙部１１が高温にな
り、Ｂ₂Ｏ₃が溶融することで、局所的に分相し、基板表
面がポーラスあるいは荒れた状態となるため、活性化処
理中に堆積するカーボンとガラス基板表面との接触する
面積が増大し、平滑な表面に比べて、反応が進行しやす
くなるためと考えている。

【００８１】活性化が進行して、溝３１が形成される
と、ガラス表面は発熱源から遠ざかるため、基板表面の
温度が下がり、Ｂ₂Ｏ₃は凝固するので、カーボンとガラ
ス表面の反応が抑制されて長寿命化が可能になると考え
られる。

【００８２】加えて、一般にはＢ₂Ｏ₃は熱炭素還元を生
じにくい材料ではあるが、Ａｌやアルカリ土類金属によ
って還元され易い性質を持つため、還元されたホウ素が
カーボン中に取り込まれてカーボンの耐燃焼性を向上さ
せる効果も期待できる。

【００８３】以上のような機構に基づき、本発明におい
ては、効率の高い、比較的薄いカーボン膜においても駆
動劣化の少ない電子放出素子が実現できる。

【００８４】次に、上述した、本発明におけるガラス基
板１の好ましい組成範囲について説明する。

【００８５】一般に、ＳｉＯ₂はガラスの主成分であ
り、前述のように溝３１の形成を行うのに必要な成分で
ある。

【００８６】ＳｉＯ₂の含有率が、ｍｏｌ％で表して、
６５％未満であると、活性化処理が極度に遅延する。従
って、ＳｉＯ₂は６５％以上であるのが望ましい。

【００８７】一方で、ガラス基板の形成を容易にするた
めには、溶融性を確保する必要があり、ＳｉＯ₂は７５
％以下であるのが望ましい。

【００８８】よって、ＳｉＯ₂の好ましい範囲は、６５
％〜７５％である。

【００８９】Ａｌ₂Ｏ₃は、一般に、ガラスの歪点を上昇
させ、熱膨張係数を下げるのに有効な成分とされてい
る。また、前述のように、本発明にかかわる電子放出素
子を駆動した場合、Ａｌ₂Ｏ₃が、カーボンとガラス基板
との反応を抑制するため、駆動劣化、すなわち寿命を改
善する効果がある。Ａｌ₂Ｏ₃が５％以上含まれている
と、この寿命改善効果が期待できる。

【００９０】一方で、Ａｌ₂Ｏ₃が１３％を超えると、ガ
ラス溶融性が悪くなり、大面積基板を得ることが難しく
なるので、Ａｌ₂Ｏ₃は１３％以下であるのが望ましい。

【００９１】よって、Ａｌ₂Ｏ₃の好ましい範囲は、５％
〜１３％である。

【００９２】Ｂ₂Ｏ₃は、一般に、ガラスの溶融性を向上
するのに効果がある。また、Ｂ₂Ｏ₃は、前述のように、
活性化処理の遅延を改善する効果、カーボン膜の耐燃焼
性を向上させる効果がある。これらの効果を発揮するた
めには、Ｂ₂Ｏ₃は５％以上であるのが望ましい。

【００９３】一方で、Ｂ₂Ｏ₃が１３％を超えると、歪点
が低下し、また、分相を起こし易くなるため、Ｂ₂Ｏ₃は
１３％以下が好ましい。分相は、ガラス基板のガス遮蔽
性、すなわち密閉性を悪くするので、好ましくない。

【００９４】よって、Ｂ₂Ｏ₃の好ましい範囲は、５％〜
１３％である。

【００９５】ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、およびＢａＯの
アルカリ土類金属酸化物は、一般に、ガラスの溶融性を
向上するのに効果がある。また、アルカリ土類金属酸化
物は、前述のように、Ａｌ₂Ｏ₃同様、カーボンとガラス
基板との反応を抑制するため、駆動劣化、すなわち寿命
を改善する効果がある。この効果を発揮するためには、
アルカリ土類金属酸化物（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋Ｂ
ａＯ）は１０％以上であるのが望ましい。

【００９６】一方、アルカリ土類金属酸化物（ＭｇＯ＋
ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）が１５％を超えると、活性化
処理が十分に行われず、素子電流Ｉｆだけでなく、放出
電流Ｉｅの増加も抑制されてしまう。

【００９７】従って、アルカリ土類金属酸化物（ＭｇＯ
＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）の好ましい範囲は、１０％
〜１５％である。

【００９８】他方、アルカリ土類金属酸化物（ＭｇＯ＋
ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）をこの範囲とすることで、十
分な歪点温度をとるガラスが得られる。

【００９９】なお、ＳｒＯ、ＢａＯは、ガラスの熱膨張
係数を増大させる効果が大きいので、上記アルカリ土類
金属酸化物の範囲の中で、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、お
よびＢａＯの組成比率を調整することで、好適な熱膨張
係数を持つガラスを実現できる。

【０１００】また、本発明の電子放出素子形成用ガラス
基板の組成中には、総量１．０％以下のその他の成分を
含有することが可能である。

【０１０１】その他の成分とは、たとえば、化学的な安
定性を高める成分として微量加えるＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂、
ＺｎＯ、清澄剤として微量加えられるＡｓ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂
Ｏ₃、等であり、また、不純物として混入する可能性の
ある、アルカリ金属酸化物Ｎａ ₃Ｏ₂、Ｋ₃Ｏ₂、Ｌｉ
₃Ｏ₂、鉄分、塩化物等である。

【０１０２】これらの総量が、１．０％以下であれば、
本発明の効果を実質的に妨げない。

【０１０３】さて、本発明の電子放出素子用ガラス基板
は、歪点が９００Ｋ以上であり、熱膨張係数が３００Ｋ
〜８００Ｋの温度範囲で３０×１０^-7〜４５×１０^-7／
℃の範囲にあるのが好ましい。

【０１０４】これは、電子放出素子作製プロセス中の熱
工程時における基板の寸法安定性のみならず、電子放出
素子を駆動した際に流れる素子電流Ｉｆにより基板の温
度が局所的の増加した場合、基板の歪や熱膨張に起因し
た電子放出特性の不安定性を防止することができるため
である。

【０１０５】上記組成範囲のガラス基板を電子放出素子
に適用することで、電子放出特性の改善された電子放出
素子を実現することができる。

【０１０６】さらに、上記組成範囲のガラスは、大面積
化が容易であり、電子放出素子を多数形成した電子源に
用いることができ、フラットディスプレイパネルへの適
用が可能である。

【０１０７】次に、本発明の電子放出素子を作製する方
法の一例について説明する。なお、本発明においては、
電子放出素子の主要構成部分として、図１ないしは図３
を用いて説明した構成を有することが必要であって、そ
の製造方法においては、以下に述べる方法に限定される
ものではない。

【０１０８】図４の（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発
明の電子放出素子を作製する方法の一例によって作製さ
れた電子放出素子の構成を示す平面図および断面図であ
る。

【０１０９】図４において、図１および図３と同じ番号
を付したものは、図１および図３と同様であり、４１は
第二の間隙部、４２、４３は素子電極、４４、４５は第
二の間隙を挟んで対向する導電性膜であり、図４に示す
ように、素子電極４２と導電性膜４４、導電性膜４４と
カーボン膜１２が接続され、一方、素子電極４３と導電
性膜４５、導電性膜４５とカーボン膜１３が接続されて
いる。

【０１１０】対向する素子電極４２，４３は、不図示の
電源から、導電性膜４４，４５、カーボン膜１２，１３
を通じて第一の間隙部１１に電圧を供給するためのもの
で、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の貴金属やＩＴＯ等の酸化物導
電体で形成される。

【０１１１】導電性膜４４は、Ｎｉ、Ａｕ、ＰｄＯ、Ｐ
ｄ、Ｐｔ等の微粒子膜が好ましく用いられる。

【０１１２】第二の間隙部４１は、導電性膜４４、４５
の間に形成された、亀裂状のものであるが、後述する活
性化工程を経ることにより、カーボン膜１２，１３が堆
積し、さらに狭い第一の間隙部１１を有する構成とな
る。

【０１１３】図５に、図４で示した電子放出素子の製造
方法の一例を示す。

【０１１４】図５中、５１は、第二の間隙部４１が形成
される前の導電性膜を示している。以下、順をおって製
造方法を図４、図５に基づいて説明する。

【０１１５】１）ガラス基板１を洗浄後、素子電極材料
を、真空蒸着法、スパッタ法等により堆積し、その後、
周知の技術であるフォトリソグラフィーにより素子電極
４２、４３を形成する（図５（ａ））。

【０１１６】２）素子電極４２、４３の間に、Ｐｄ、Ｎ
ｉ、Ａｕ、Ｐｔ等の金属を主元素とする有機金属溶液を
塗布、加熱焼成処理し、周知の技術によりパターニング
して金属あるいは金属酸化物からなる導電性膜５１を形
成する（図５（ｂ））。

【０１１７】３）つづいて、フォーミングと呼ばれる通
電処理を、素子電極４２、４３間に電圧を不図示の電源
によりパルス状電圧あるいは、昇電圧の印加により行
い、導電性膜５１に構造の変化した第二の間隙部４１を
形成する（図５（ｃ））。

【０１１８】このとき、導電性膜５１は導電性膜４４、
４５に実質上、分断される。ここで、実質上と記したの
は、場合により、導電性膜５１が第二の間隙部４１によ
って完全に分断されず、一部につながった個所を残すこ
とがあるからである。

【０１１９】このようなつながった個所が広く存在する
場合は、導電性膜４４，４５間にリーク電流が生じる原
因となるが、それが無視できるほどに小さい場合、これ
は実質上、分断されたと考えることができる。

【０１２０】４）次に、フォーミングが終了した素子に
活性化処理を施す。

【０１２１】活性化処理の工程は、前述したように、真
空中に適当な有機物質を導入した雰囲気下でパルス状の
電圧を極性を交互に換えて印加することで行い、素子電
流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、著しく増加するようになる。

【０１２２】このとき、第二の間隙部４１において、導
電性膜４４にはカーボン膜１２が、導電性膜４５にはカ
ーボン膜１３が堆積し、第一の間隙部１１が形成される
（図５（ｄ））。すなわち、本工程により、図１に示し
た主要構成部分が形成される。

【０１２３】さらに、活性化処理を継続すると、第一の
間隙部１１において、ガラス基板１の表面がカーボン膜
１２、１３により熱炭素還元されて、溝部３１が形成さ
れる（図５（ｅ））。すなわち、本工程により、図３に
示した主要構成部分が形成される。

【０１２４】なお、図４に示した電子放出素子の構成に
おいて、導電性膜４４，４５を用いず、素子電極４２、
４３とカーボン膜１２、１３が直接接続した形態を用い
ることもできる。

【０１２５】さて、上記は、単一の電子放出素子を作製
する方法を例として説明してきたが、電子放出素子の応
用例として、電子放出素子を複数個を基板上に配列した
電子源の一例について説明する。

【０１２６】なお、電子源における素子の配列は、その
応用形態、あるいは駆動手段によってそれぞれ異なるた
め、以下に述べる形態、製造方法に限定されるものでは
ない。

【０１２７】ここでは、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、電子放出素
子の一対の素子電極にそれぞれ、Ｘ方向配線、Ｙ方向配
線を接続した配列形態、すなわち、単純マトリクス配置
について、図６を用いて説明する。

【０１２８】配線６２、６３は、複数の電子放出素子に
給電するためのものである。

【０１２９】ｍ本のＸ方向配線６３は、ＤＸ１、ＤＸ
２、…、ＤＸｍからなり、ｎ本のＹ方向配線６２は、Ｄ
Ｙ１、ＤＹ２、…、ＤＹｎからなり、それぞれ、多数の
電子放出素子にほぼ均等な電圧が供給されるように、材
料、膜厚、配線幅等が設計される。これらｍ本のＸ方向
配線６３とｎ本のＹ方向配線６２の間には、層間絶縁層
６４が設置され、電気的に分離されて、マトリックス配
線を構成する（このｍ，ｎは、共に正の整数）。

【０１３０】層間絶縁層６４の形状、材料、膜厚、製法
は、配線６２と配線６３の交差部の電位差に耐え得るよ
うに適宜設定できるが、配線同様、印刷法により形成で
きるものが好ましく、ガラスペーストを印刷して得られ
るガラスの厚膜層が用いられる。

【０１３１】図６に示した構成、すなわちマトリクス配
置の構成において、Ｘ方向配線６３には、Ｘ方向に配列
した電子放出素子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、Ｙ方向配線
６２には、Ｙ方向に配列した電子放出素子の各列を入力
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。

【０１３２】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、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。

【０１３３】以上説明した、本発明による電子源を形成
した基板と、蛍光体等の部材を形成したアノード基板と
を対向させて配置し、所望の画像信号を与えることで、
輝度の高い画像を長時間安定に表示できる画像形成装置
を実現することができる。

【０１３４】

【実施例】以下、実施例を挙げて、本発明をさらに詳述
する。

【０１３５】（実施例１）本実施例にかかわる基本的な
電子放出素子の構成は、図４の（ａ）、（ｂ）の平面図
及び断面図と同様であり、その製造法は、基本的には図
５と同様である。以下、図４、図５を用いて，本実施例
に関わる素子の基本的な構成及び製造法を説明する。

【０１３６】工程−ａ最初に、清浄化した、ＳｉＯ₂：６６．５ｍｏｌ％、Ａ
ｌ₂Ｏ₃：９．５ｍｏｌ％、Ｂ₂Ｏ₃：１２．５ｍｏｌ％、
ＲＯ：１１．０ｍｏｌ％（Ｒはアルカリ土類金属元
素）、その他の組成成分：０．５ｍｏｌ％を含有するガ
ラス基板１上に、素子電極４２、４３と所望の素子電極
間ギャップＬとなるべきパターンをホトレジスト（ＲＤ
−２０００Ｎ−４１日立化成社製）で形成し、スパッ
タ法により、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ５０ｎｍのＰｔを
順次堆積した。ホトレジストパターンを有機溶剤で溶解
し、Ｐｔ／Ｔｉ堆積膜をリフトオフし、素子電極間隔Ｌ
は１０μｍとし、素子電極の幅Ｗが１００μｍを有する
素子電極４２、４３を形成した（図５（ａ））。

【０１３７】工程−ｂ膜厚１００ｎｍのＣｒ膜を真空蒸着により堆積し、後述
の導電性膜５１の形状に対応する開口を有するようにパ
ターニングし、その上に酢酸Ｐｄモノエタノールアミン
錯体溶液をスピンナーにより回転塗布、３５０℃で３０
分間の加熱焼成処理をした。また、こうして形成された
主元素としてＰｄからなる膜は、膜厚１０ｎｍ、シート
抵抗Ｒｓ＝２×１０⁴Ω／□であり、微粒子が集合した
形態の膜であった。

【０１３８】工程−ｃＣｒ膜および焼成後の膜を酸エッチャントによりエッチ
ングして所望のパターンの導電性膜５１を形成した（図
５（ｂ））。

【０１３９】以上の工程によりガラス基板１上に、素子
電極４２，４３、導電性膜５１を形成した。

【０１４０】工程−ｄ次に、工程−ｃまで行ったガラス基板１を真空容器中に
配置し、真空容器を真空ポンプにて排気し、１×１０^-6
Ｐａの真空度に達した後、素子の素子電極４２、４３間
に、図７（ａ）に示す電圧を印加した。

【０１４１】図７（ａ）中、Ｔ１及びＴ２は電圧波形の
パルス幅とパルス間隔であり、本実施例ではＴ１を１ｍ
ｓｅｃ、Ｔ２を１０ｍｓｅｃとし、矩形波の波高値は
０．１Ｖステップで昇圧し、フォーミング処理を行なっ
た。また、フォーミング処理中は、同時に、０．１Ｖの
電圧で、フォーミング用パルスの間に抵抗測定パルスを
挿入し、抵抗を測定した。尚、フォーミング処理の終了
は、抵抗測定パルスでの測定値が、約１ＭΩ以上になっ
た時とし、同時に、素子への電圧の印加を終了した。こ
のフォーミング処理により、導電性膜５１に構造の変化
した第二の間隙部４１が形成された（図５（ｃ））。

【０１４２】工程−ｅ続いて、活性化工程を行なうために、ベンゾニトリルを
スローリークバルブを通して真空容器内に導入し、１．
０×１０^-4Ｐａを維持した。次にフォーミング処理した
素子に、図７（ｂ）に示した波形で波高値を１５Ｖで活
性化処理をした。すなわち、真空容器内で、素子電流Ｉ
ｆを測定しながら、素子電極間にパルス電圧を印加し
た。約１５分でＩｆ値がほぼ飽和したため、通電を停止
し、スローリークバルブを閉め、活性化処理を終了し
た。

【０１４３】工程−ｆ続いて、安定化工程を行なう。真空容器及び電子放出素
子をヒーターにより加熱して約３００℃に維持しながら
真空装置内の排気を続けた。１０時間後、ヒーターによ
る加熱を止め室温に戻したところ、真空容器内の圧力は
５×１０^-8Ｐａ程度に達した。

【０１４４】続いて、電子放出特性の測定を行なった。

【０１４５】素子電極４２，４３の間に波高値１５Ｖの
矩形パルス電圧を印加して、そのとき素子を流れる電流
Ｉｆと、素子の上方２ｍｍのところに配置したアノード
電極に１０００Ｖの電位を与え、そのときアノード電極
から素子に流れる放出電流Ｉｅをそれぞれ測定した。

【０１４６】本実施例の素子の電子放出特性は、素子電
流Ｉｆ＝１．５ｍＡ、放出電流Ｉｅ＝５．２μＡ、電子
放出効率η（＝Ｉｅ／Ｉｆ）＝０．３５％であった。

【０１４７】その後、素子電極４２，４３の間に印加す
る矩形パルス電圧を１４Ｖとして駆動したところ、Ｉｆ
＝０．５ｍＡ、Ｉｅ＝１．８μＡ、η＝０．３６％とな
り、この状態で長時間駆動し続けたが、上記の良好な特
性を維持した。

【０１４８】また、工程−ｆの安定化工程終了時の素子
の形態を観察するために、第二の間隙部４１を含む断面
を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察し、図５（ｅ）と
同様の形態が形成されていることを確認した。

【０１４９】さらに、第二の間隙４１の内部を拡大して
観察したところ、図３に示したような第一の間隙部１１
の形態が観測された。

【０１５０】ここで、エネルギー分散形Ｘ線マイクロア
ナライザ（ＥＤＸ）を用いて、第一の間隙部１１の元素
分析を行ったところ、ケイ素、アルミニウム、ホウ素、
アルカリ土類元素、炭素、酸素が検出された。

【０１５１】（実施例２）本実施例では、工程−ｄま
で、実施例１と同様に作製し、工程−ｅの活性化処理に
おいて、電圧の印加時間を１０分とした。

【０１５２】工程−ｆの安定化工程終了後、実施例１と
同様に電子放出特性の測定を行なった。

【０１５３】本実施例の素子の電子放出特性は、素子電
流Ｉｆ＝１．０ｍＡ、放出電流Ｉｅ＝４．０μＡ、電子
放出効率η（＝Ｉｅ／Ｉｆ）＝０．４０％であった。

【０１５４】その後、素子電極４２，４３の間に印加す
る矩形パルス電圧を１４Ｖとして駆動したところ、Ｉｆ
＝０．３ｍＡ、Ｉｅ＝１．２μＡ、η＝０．４０％とな
り、この状態で長時間駆動し続けたが、上記の良好な特
性を維持した。

【０１５５】また、工程−ｆの安定化工程終了時の素子
の形態を観察するために、第二の間隙部４１を含む断面
を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察し、図４、図５
（ｄ）と同様の形態が形成されていることを確認した。

【０１５６】さらに、第二の間隙４１の内部を拡大して
観察したところ、図１に示したような第一の間隙部１１
の形態が観測された。

【０１５７】ここで、エネルギー分散形Ｘ線マイクロア
ナライザ（ＥＤＸ）を用いて、第一の間隙部１１の元素
分析を行ったところ、ケイ素、アルミニウム、ホウ素、
アルカリ土類元素、炭素、酸素が検出された。

【０１５８】（実施例３）本実施例では、ＳｉＯ₂：６
６．０ｍｏｌ％、Ａｌ₂Ｏ₃：１１．０ｍｏｌ％、Ｂ
₂Ｏ₃：１１．０ｍｏｌ％、ＲＯ：１１．５ｍｏｌ％（Ｒ
はアルカリ土類金属元素）、その他の組成成分：０．５
ｍｏｌ％を含有するガラス基板１を用いて、実施例１と
同様に電子放出素子を作製し、工程−ｆの安定化工程終
了後、実施例１と同様に電子放出特性の測定を行なっ
た。

【０１５９】本実施例の素子の電子放出特性は、素子電
流Ｉｆ＝１．２ｍＡ、放出電流Ｉｅ＝４．２μＡ、電子
放出効率η（＝Ｉｅ／Ｉｆ）＝０．３５％であった。

【０１６０】その後、素子電極４２，４３の間に印加す
る矩形パルス電圧を１４Ｖとして駆動したところ、Ｉｆ
＝０．４ｍＡ、Ｉｅ＝１．４μＡ、η＝０．３５％とな
り、この状態で長時間駆動し続けたが、上記の良好な特
性を維持した。

【０１６１】また、工程−ｆの安定化工程終了時の素子
の形態を観察するために、第二の間隙部４１を含む断面
を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察し、図５（ｅ）と
同様の形態が形成されていることを確認した。

【０１６２】さらに、第二の間隙４１の内部を拡大して
観察したところ、図３に示したような第一の間隙部１１
の形態が観測された。

【０１６３】ここで、エネルギー分散形Ｘ線マイクロア
ナライザ（ＥＤＸ）を用いて、第一の間隙部１１の元素
分析を行ったところ、ケイ素、アルミニウム、ホウ素、
アルカリ土類元素、炭素、酸素が検出された。

【０１６４】（実施例４）本実施例では、ＳｉＯ₂：６
９．０ｍｏｌ％、Ａｌ₂Ｏ₃：１０．５ｍｏｌ％、Ｂ
₂Ｏ₃：９．５ｍｏｌ％、ＲＯ：１１．０ｍｏｌ％（Ｒは
アルカリ土類金属元素）、その他の組成成分：０．１ｍ
ｏｌ％以下を含有するガラス基板１を用いて、実施例１
と同様に電子放出素子を作製し、工程−ｆの安定化工程
終了後、実施例１と同様に電子放出特性の測定を行なっ
た。

【０１６５】本実施例の素子の電子放出特性は、素子電
流Ｉｆ＝１．８ｍＡ、放出電流Ｉｅ＝５．８μＡ、電子
放出効率η（＝Ｉｅ／Ｉｆ）＝０．３２％であった。

【０１６６】その後、素子電極４２，４３の間に印加す
る矩形パルス電圧を１４Ｖとして駆動したところ、Ｉｆ
＝０．８ｍＡ、Ｉｅ＝２．６μＡ、η＝０．３２％とな
り、この状態で長時間駆動し続けたが、上記の良好な特
性を維持した。

【０１６７】また、工程−ｆの安定化工程終了時の素子
の形態を観察するために、第二の間隙部４１を含む断面
を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察し、図５（ｅ）と
同様の形態が形成されていることを確認した。

【０１６８】さらに、第二の間隙４１の内部を拡大して
観察したところ、図３に示したような第一の間隙部１１
の形態が観測された。

【０１６９】ここで、エネルギー分散形Ｘ線マイクロア
ナライザ（ＥＤＸ）を用いて、第一の間隙部１１の元素
分析を行ったところ、ケイ素、アルミニウム、ホウ素、
アルカリ土類元素、炭素、酸素が検出された。

【０１７０】（実施例５）本実施例では、実施例１と同
様の基板を用いて、図６に示したような電子源を作製
し、画像形成装置を構成した例について、図８、図９を
用いて説明する。

【０１７１】工程−ａ最初に、清浄化した、ＳｉＯ₂：６６．５ｍｏｌ％、Ａ
ｌ₂Ｏ₃：９．５ｍｏｌ％、Ｂ₂Ｏ₃：１２．５ｍｏｌ％、
ＲＯ：１１．０ｍｏｌ％（Ｒはアルカリ土類金属元
素）、その他の組成成分：０．５ｍｏｌ％を含有するガ
ラス基板１上に、スパッタ法により厚さ５ｎｍのＴｉ、
厚さ５０ｎｍのＰｔを順次堆積する。その後、素子電極
４２、４３のパターンをフォトレジストで形成し、ドラ
イエッチング処理によって素子電極４２、４３のパター
ン以外のＰｔ／Ｔｉ堆積層を除去し、最後にフォトレジ
ストパターンを除去して、素子電極４２、４３を形成し
た（図８（ａ））。

【０１７２】工程−ｂ素子電極４２、４３を形成した基板上に、スクリーン印
刷により、Ｙ方向配線６３のパターンをＡｇペーストを
用いて形成し、乾燥後、５００℃で焼成し、Ａｇからな
る所望の形状のＹ方向配線６２を形成する（図８
（ｂ））。

【０１７３】工程−ｃ次に層間絶縁層６４のパターンを、スクリーン印刷によ
り、ガラスペーストを用いて形成し、乾燥後、５００℃
で焼成する。十分な絶縁性を得るために、再度、ガラス
ペーストを印刷、乾燥、焼成を繰り返して、ガラスから
なる所望の形状の層間絶縁層６４を形成する（図８
（ｃ））。

【０１７４】工程−ｄ層間絶縁層６４を形成した部位においてＹ方向配線６２
と交差するように、Ｘ方向配線６３のパターンを、スク
リーン印刷により、Ａｇペーストを用いて形成し、乾燥
後、５００℃で焼成し、Ａｇからなる所望の形状のＸ方
向配線６３を形成する（図８（ｄ））。

【０１７５】工程−ｅ次に、導電性膜５１を素子電極４２、４３のギャップ間
にまたがるように形成する。導電性膜５１の形成は、有
機パラジウム溶液をインクジェット法により所望の位置
に塗布し、３５０℃で３０分間の加熱焼成処理をする。
こうして得られた導電性膜５１はＰｄＯを主成分とする
微粒子からなり、膜厚は約１０ｎｍであった。

【０１７６】以上の工程により基板１上にＹ方向配線６
２、層間絶縁層６４、Ｘ方向配線６３、素子電極４２、
４３、導電性膜５１を形成し、電子源基板を作製した
（図８（ｅ））。

【０１７７】次に、以上のようにして作製した電子源基
板を用いた、表示等に用いる画像形成装置について、図
９を用いて説明する。図９は、画像形成装置の基本構成
図である。図９において、９１はガラス基板の内面に蛍
光膜とメタルバック等が形成されたフェースプレート、
９２は支持枠、９３は高圧端子である。

【０１７８】以上のようにして作製した電子源基板の２
ｍｍ上方に、フェースプレート９１を支持枠９２を介し
配置し、フェースプレート９１、支持枠９２、基板１の
接合部にフリットガラスを塗布し、大気中で４００℃で
３０分焼成することで封着し、ガラス容器を構成した。

【０１７９】この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、配線６２、６３を通じ素子電極４２、４３間に
電圧を印加し、導電性膜５１をフォーミング処理した。
フォーミング処理の電圧波形は、図７の（ａ）と同様で
ある。

【０１８０】本実施例におけるフォーミング処理ではＴ
１を１ｍｓｅｃ、Ｔ２を１０ｍｓｅｃとし、約１×１０
^-5Ｐａの真空雰囲気下で行った。

【０１８１】次に、パネル内の圧力を上記の真空雰囲気
下でしばらく排気を続けた後、パネルの排気管より、全
圧が１×１０^-4Ｐａとなるように有機物質をパネル内に
導入し、維持した。配線６２，６３を通じ素子電極４
２、４３間に、１５Ｖの波高値のパルス電圧を印加し、
活性化処理を行った。

【０１８２】次に有機物質の導入を止め、再び１０^-6Ｐ
ａ程度の圧力まで排気した後、パネル全体を３００℃、
１０時間のベーキングを行った。その後、一旦室温まで
自然冷却してから、不図示の排気管をガスバーナーで熱
することで溶着し外囲器の封止を行った。

【０１８３】最後に封止後の圧力を維持するために、ガ
ラス容器内の所定の位置（不図示）に配置されたゲッタ
ーを高周波加熱法で加熱し、ゲッター処理を行った。

【０１８４】以上のように完成した本発明の画像表示装
置において、各電子放出素子には、配線６２、６３を通
じ、走査信号及び変調信号を不図示の信号発生手段より
それぞれ、印加することにより、電子放出させ、高圧端
子９３を通じ、フェースプレート９１に１０ｋＶの高圧
を印加し、電子ビームを加速し、蛍光膜に衝突させ、励
起・発光させることで画像を表示した。

【０１８５】本実施例における画像表示装置は、テレビ
ジョンとして十分満足できる輝度で良好な画像を長時間
にわたって安定に表示することができた。

【０１８６】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、従
来のガラス基板上に形成された電子放出素子に比べて良
好な電子放出特性を有する電子放出素子を提供でき、か
つ、大面積化が比較的容易なガラス組成とすることで、
ガラス表面に膜形成等の処理を必要としない電子放出素
子、および電子放出素子用ガラス基板を提供することが
できる。

【０１８７】さらには、入力信号に応じて電子を放出す
る電子源においては、上記の電子放出素子を、基板上に
複数個配置して電子源を構成することにより、各電子放
出素子が、良好な電子放出特性を長時間にわたり保持し
得る電子源を提供できる。

【０１８８】また、画像形成装置においては、上記の電
子放出素子を基板上に複数個配置して構成した電子源を
用いることにより、電子放出特性の安定性と効率の向上
がなされ、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が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る基本的な電子放出素子の主要構成
部分を示す図である。

【図２】本発明に係る電子放出素子の電界分布を模式的
に示した図である。

【図３】本発明に係る別の基本的な電子放出素子の主要
構成部分を示す図である。

【図４】本発明に係る電子放出素子の一製法によって作
製された電子放出素子の構成を示す図である。

【図５】本発明に係る電子放出素子の製造方法の一例を
示す図である。

【図６】本発明に係る電子源基板の一構成例を示す図で
ある。

【図７】本発明に好適な、フォーミングおよび活性化に
用いられるパルスの形状を示す図である。

【図８】本発明に係る電子源基板の製造方法の一例を示
す図である。

【図９】本発明に係る画像形成装置の一構成例を示す図
である。

【図１０】従来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１１第一の間隙部１２、１３カーボン膜３１溝部４１第二の間隙部４２、４３素子電極４４、４５導電性膜５１導電性膜６２Ｙ方向配線６３Ｘ方向配線６４層間絶縁層９１フェースプレート９２支持枠９３高圧端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者島津晃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） 4G062 AA01 BB05 CC04 DA06 DA07 DB03 DB04 DC03 DC04 DD01 DE01 DF01 EA01 EA02 EA10 EB01 EB02 EC01 EC02 ED01 ED02 ED03 ED04 EE01 EE02 EE03 EE04 EF01 EF02 EF03 EF04 EG01 EG02 EG03 EG04 FA01 FA10 FB01 FC01 FD01 FE01 FF01 FG01 FH01 FJ01 FK01 FL01 GA01 GA10 GB01 GC01 GD01 GE01 HH01 HH03 HH05 HH07 HH09 HH11 HH13 HH15 HH17 HH20 JJ01 JJ03 JJ05 JJ07 JJ10 KK01 KK03 KK05 KK07 KK10 MM27 NN30 NN31 NN40 5C031 DD17 5C036 EE01 EF01 EF06 EF09 EG12 EH04 EH06 EH22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス基板上に配置された、第一の間隙
部を挟んで対向するカーボン膜を有する電子放出素子で
あって、前記第一の間隙部は、少なくとも、珪素、アル
ミニウム、ホウ素、アルカリ土類金属、炭素、酸素の各
元素を有することを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】ガラス基板上に配置された、その一部に
第一の間隙部を有するカーボン膜を有する電子放出素子
であって、前記第一の間隙部は、少なくとも、珪素、ア
ルミニウム、ホウ素、アルカリ土類金属、炭素、酸素の
各元素を有することを特徴とする電子放出素子。
【請求項３】ガラス基板上に配置された、第一の間隙
部を挟んで対向するカーボン膜を有する電子放出素子で
あって、前記ガラス基板は、少なくとも、珪素、アルミ
ニウム、ホウ素、アルカリ土類金属、酸素の各元素を有
することを特徴とする電子放出素子。
【請求項４】ガラス基板上に配置された、その一部に
第一の間隙部を有するカーボン膜を有する電子放出素子
であって、前記ガラス基板は、少なくとも、珪素、アル
ミニウム、ホウ素、アルカリ土類金属、酸素の各元素を
有することを特徴とする電子放出素子。
【請求項５】ガラス基板上に配置された、第一の間隙
部を挟んで対向するカーボン膜を有する電子放出素子で
あって、前記ガラス基板および前記カーボン膜は、少な
くとも、珪素、アルミニウム、ホウ素、アルカリ土類金
属、酸素の各元素を有することを特徴とする電子放出素
子。
【請求項６】ガラス基板上に配置された、その一部に
第一の間隙部を有するカーボン膜を有する電子放出素子
であって、前記ガラス基板および前記カーボン膜は、少
なくとも、珪素、アルミニウム、ホウ素、アルカリ土類
金属、酸素の各元素を有することを特徴とする電子放出
素子。
【請求項７】前記珪素、アルミニウム、ホウ素、アル
カリ土類金属は、それらの酸化物の状態であることを特
徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の電子放出
素子。
【請求項８】前記ガラス基板の組成が、ｍｏｌ％で表
して、ＳｉＯ₂；６５〜７５、Ａｌ₂Ｏ₃；５〜１３、Ｂ₂
Ｏ₃；５〜１３、アルカリ土類金属酸化物（ＭｇＯ＋Ｃ
ａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）；１０〜１５、であり、かつ、
アルカリ金属酸化物を含む他の金属酸化物の含有量が
１．０以下であ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。
【請求項９】前記第一の間隙部は、前記ガラス基板の
溝を含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに
記載の電子放出素子。
【請求項１０】前記カーボン膜は、第二の間隙部を有
する導電性膜の少なくとも該第二の間隙部に形成されて
いることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載
の電子放出素子。
【請求項１１】第一の間隙部を挟んで対向するカーボ
ン膜を有する電子放出素子が配置されるガラス基板であ
って、該ガラス基板の組成が、ｍｏｌ％で表して、Ｓｉ
Ｏ₂；６５〜７５、Ａｌ₂Ｏ₃；５〜１３、Ｂ₂Ｏ₃；５〜
１３、アルカリ土類金属酸化物（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋Ｓｒ
Ｏ＋ＢａＯ）；１０〜１５、であり、かつ、アルカリ金
属酸化物を含む他の金属酸化物の含有量が１．０以下で
あることを特徴とする電子放出素子用ガラス基板。
【請求項１２】第二の間隙部を有する導電性膜と、少
なくとも該第二の間隙部に、第一の間隙部を挟んで対向
するカーボン膜とを有する電子放出素子が配置されるガ
ラス基板であって、該ガラス基板の組成が、ｍｏｌ％で
表して、ＳｉＯ₂；６５〜７５、Ａｌ₂Ｏ₃；５〜１３、
Ｂ₂Ｏ₃；５〜１３、アルカリ土類金属酸化物（ＭｇＯ＋
ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）；１０〜１５、であり、か
つ、アルカリ金属酸化物を含む他の金属酸化物の含有量
が１．０以下であることを特徴とする電子放出素子用ガ
ラス基板。
【請求項１３】前記ガラス基板の熱膨張係数が、３０
０Ｋから８００Ｋの温度範囲で３０×１０^-7／℃から４
５×１０^-7／℃であることを特徴とする請求項１１又は
１２に記載の電子放出素子用ガラス基板。
【請求項１４】前記ガラス基板の歪点が、９００Ｋ以
上であることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれ
かに記載の電子放出素子用ガラス基板。
【請求項１５】ガラス基板上に複数配置された電子放
出素子を有する電子源であって、前記電子放出素子が請
求項１乃至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１６】電子源と、画像形成部材とを有する画
像形成装置であって、前記電子源が請求項１５に記載の
電子源であることを特徴とする画像形成装置。