JP2003007204A - 電子放出素子及び電子源及び画像形成装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 効率の高い表面伝導形電子放出素子、電子
源、画像形成装置の新規な製造方法を提供することを目
的とする。 【解決手段】 対向する電極間に、電子放出部を含む導
電性膜を有する電子放出素子の製造方法において、素子
の活性化工程で電極間に設けられた導電性膜にパルス電
圧を印加して炭素を主成分とする堆積物を堆積させるこ
とを特徴とする電子放出素子の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子源およびその
応用である表示装置等の画像形成装置にかかわり、特
に、新規な構成の表面伝導型電子放出素子、それを用い
た電子源および、その応用である表示装置等の画像形成
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＆
Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ、“Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏ
ｎ”、Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ、８、８９（１９５６）あるいはＣ．Ａ．Ｓ
ｐｉｎｄｔ，“ＰＨＹＳＩＣＡＬＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓ
ｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｍｏｌｙｂｄｅ
ｎｉｕｍ ｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，
４７，５２４８（１９７６）等が知られている。

【０００４】ＭＩＭ型の例としてはＣ．Ａ．Ｍｅａｄ、
“Ｔｈｅｔｕｎｎｅｌ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ ａｍｐｌｉ
ｆｉｅｒ、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，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．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ、ＲａｄｉｏＥｎｇ．Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎ Ｐｙｓ．、１０、（１９６５）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、膜面に並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 Ｆｉ
ｌｍｓ”、９、３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂ ０₃ ／Ｓ
ｎＯ₂ 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅ１１ 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。

【０００７】これらの表面伝導型電子放出素子の典型的
な素子構成として前述のＭ．ハートウェルの素子構成を
図１８に示す。同図において１は絶縁性基板である。２
は電子放出部形成用薄膜で、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
フォーミングと呼ばれる通電処理により電子放出部３が
形成される。４は電子放出部を含む薄膜と呼ぶことにす
る。尚、図中のＬ１は、０．５〜１ｍｍ、Ｗは、０．１
ｍｍで設定されている。

【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電子放出部形成用薄膜２
を予めフォーミングと呼ばれる通電処理によって電子放
出部３を形成するのが一般的であった。即ち、フォーミ
ングとは前記電子放出部形成用薄膜２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
度を印加通過し、電子放出形成用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３を形成することである。尚、電子放出部３
は電子放出部形成用薄膜２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。以下フォーミングによ
り形成した電子放出部を含む電子放出部形成用薄膜２を
電子放出部を含む薄膜４と呼ぶ。前記フォーミング処理
をした表面伝導型電子放出素子は、上述電子放出部を含
む薄膜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３より電子を放出せしめるものであ
る。

【０００９】しかしながら、これら従来の表面伝導型電
子放出素子においては、実用化にあたっては、様々の問
題があったが、本出願人等は、後述する様な様々な改善
を鋭意検討し、実用化上の様々な問題点を解決してき
た。

【００１０】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、大面積にわたり多数
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。

【００１１】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、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にて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
６４−３１３３２号公報，特開平１−２８３７４９号公
報，特開平１−２５７５５２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、バックライト等を持たなければな
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。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
る画像形成装置は、大画面の装置でも比較的容易に製造
でき、かつ表示品位の優れた自発光型表示装置である
（例えば、ＵＳＰ５０６６８８３号）。

【００１２】尚、従来、多数の表面伝導型電子放出素子
より構成された電子源より、電子放出をし、蛍光体の発
光をさせる素子の選択は、上述の多数の表面伝導型電子
放出素子を並列に配置し結線した配線（行方向配線と呼
ぶ）、行配線と直交する方向に（列方向と呼ぶ）、該電
子源と蛍光対間の空間に設置された制御電極（グリッド
と呼ぶ）と列方向配線への適当な駆動信号によるもので
ある（例えば、特開平１−２８３７４９号公報等）。

【００１３】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、前
記電子源、画像形成装置等に用いられる表面伝導型電子
放出素子の真空中の挙動は、殆ど判っておらず、安定で
制御された電子放出特性、及びその効率の向上が、望ま
れてきた。

【００１４】ここで効率とは、表面伝導型電子放出素子
の一対の対向する素子電極に電圧を印加したとき、流れ
る電流（以下、素子電流Ｉｆと呼ぶ）に対する真空中に
放出される電流（以下、放出電流Ｉｅと呼ぶ）との電流
比をさす。

【００１５】つまり、素子電流はできるだけ小さく、放
出電流はできるだけ大きいことが望ましい。

【００１６】安定で制御された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される。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
等も安価になることも期待できる。本発明は、上記問題
を鑑み、安定で制御され、素子電流はでき得るだけ小さ
く且つ放出電流はでき得るだけ大きい、効率の高い電子
放出素子の新規な構成とその製造方法及びそれを用いた
電子源及び画像形成装置を提供するものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する、本
発明の電子放出素子の製造方法は、対向する電極間に、
電子放出部を含む導電性膜を有する電子放出素子の製造
方法において、素子の活性化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である。

【００１８】ここで言う前記活性化工程は、前記素子に
炭素を主成分とする堆積物を堆積させる工程を有するも
のであり、好ましくは、以上の活性化工程は、真空中に
て、電極間に設けられた導電性膜に電圧を印加する工程
を有するものである。

【００１９】また、このましくは、該電圧の印加はパル
ス状電圧の印加であり、特に好ましくは、電子放出素子
の駆動電圧であることが良い。

【００２０】更に本発明は、電子放出素子を複数有する
電子源の製造方法である。

【００２１】更に本発明は、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る。

【００２２】

【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。

【００２３】まず、本発明に係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。

【００２４】図１の（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発
明にかかわる基本的な平面型の表面伝導型電子放出素子
の構成を示す平面図及び断面図である。図１を用いて、
本発明に係わる素子の基本的な構成を説明する。

【００２５】図１において１は基板、５と６は素子電
極、４は電子放出部を含む薄膜（導電性膜）、３は電子
放出部である。

【００２６】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
ス基板等及びアルミナ等のセラミックス等が挙げられ
る。

【００２７】対向する素子電極５、６の材料としては導
電性を有するものであればどのようなものであっても構
わないが、例えばＮｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、
Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属或は合金及びＰｄ、Ａ
ｇ、Ａｕ、ＲｕＯ₂ 、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、Ｉｎ₂ Ｏ₃ −Ｓ
ｎＯ₂ 等の透明導電体及びポリシリコン等の半導体材料
等が挙げられる。

【００２８】素子電極間隔Ｌ１，素子電極長さＷ１，導
電性膜４の形状等は、この素子の応用形態等によって適
宜設計され、例えば、後述する表示装置で、テレビジョ
ン等では、画面サイズに対応した画素サイズが設計さ
れ、とりわけ、高品位ＴＶでは、画素サイズが小さく、
高精細さが要求される。そのため、電子放出素子のサイ
ズが、限定されたなかで、十分な輝度を得るためには、
十分な放出電流が得られるように設計される。

【００２９】素子電極間隔Ｌ１は、数百オングストロー
ムより数百マイクロメートルあり、素子電極の製法の基
本となるフォトリソグラフィー技術、即ち、露光機の性
能とエッチング方法等、及び、素子電極間に印加する電
圧と電子放出し得る電界強度等により設定されるが、好
ましくは、数マイクロメートルより数十マイクロメート
ルである。

【００３０】素子電極の長さＷ１、及び、素子電極５、
６の膜厚ｄは、電極の抵抗値、前述したＸ、Ｙ配線との
結線、多数配置された電子源の配置上の問題より適宜設
計され、通常は、素子電極の長さＷ１は、数マイクロメ
ートルより数百マイクロメートルであり、素子電極５、
６の膜厚ｄは、数百オングストロームより数マイクロメ
ートルである。

【００３１】基板１上に設けられた対向する素子電極５
と素子電極６間及び素子電極５、６上設置された電子放
出部を含む薄膜４は、電子放出部３を含むが、図１の
（ｂ）に示された場合だけでなく、素子電極５、６上に
は、設置されない場合もある。即ち、絶縁性基板１上
に、電子放出部形成用薄膜２、対向する素子電極５、６
の順に積層構成した場合である。また、対向する素子電
極５と素子電極６間全てが、製法によっては、電子放出
部として機能する場合もある。この電子放出部を含む薄
膜４の膜厚は、好ましくは、数オングストロームより数
千オングストロームで特に、好ましくは１０オングスト
ロームより５００オングストロームあり、素子電極５、
６へのステップカバレージ、電子放出部３と素子電極
５、６間の抵抗値及び電子放出部３の導電性微粒子の粒
径、後述する通電処理条件等によって、適宜設定され
る。その抵抗値は、１０の３乗より１０の７乗オーム／
□のシート抵抗値を示す。

【００３２】電子放出部を含む薄膜（導電性膜）４を構
成する材料の具体例を挙げるならばＰｄ、Ｒｕ、Ａｇ、
Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔ
ａ、Ｗ、Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ、ＳｎＯ₂ 、Ｉｎ₂ Ｏ
₃ 、ＰｂＯ、Ｓｂ₂ Ｏ₃ 等の酸化物、ＨｆＢ₂ 、ＺｒＢ
₂ 、ＬａＢ₆ 、ＣｅＢ₆ 、ＹＢ₄ 、ＧｄＢ₄ 等の硼化
物、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、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、ＡｇＭｇ、ＮｉＣｕ、Ｐ
ｂ、Ｓｎ等であり、微粒子からなる。

【００３３】尚、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、その微細構造として、微粒子
が個々に分散配置した状態のみならず、微粒子が互いに
隣接、あるいは重なり合った状態（島状も含む）の膜を
さす。

【００３４】微粒子の粒径は、数オングストロームより
数千オングストローム、このましくは、１０オングスト
ロームより２００オングストロームである。

【００３５】電子放出部３は、導電性膜４の一部に形成
された、例えば、亀裂等の高抵抗部であり、更には、好
ましくは、数オングストロームより数百オングストロー
ム、特に好ましくは、１０オングストロームより５００
オングストロームの粒径の導電性微粒子多数個を有する
場合もあり、電子放出部を含む薄膜（導電性膜）４の膜
厚及び後述する通電処理条件等の製法に依存しており、
適宜設定される。

【００３６】又、前記導電性微粒子は、電子放出部を含
む薄膜（導電性膜）４を構成する材料の元素の一部ある
いは全てと同様の物である。

【００３７】又、電子放出部３の一部、更には、電子放
出部３の近傍の導電性膜４には、炭素あるいは炭素化合
物が堆積されている。

【００３８】次に本発明に係る別な構成の表面伝導型電
子放出素子である垂直型表面導電型電子放出素子につい
て説明する。

【００３９】図１２は基本的な垂直型表面伝導型電子放
出素子の構成を示す模式的図面である。

【００４０】図１２において、図１と同一の符号のもの
は、同一である。２１は段さ形成部である。

【００４１】基板１、素子電極５と６、電子放出部を含
む薄膜４、電子放出部３は、前述した平面型表面伝導型
電子放出素子と同様の材料で構成されたものであり、段
さ形成部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され、段さ形
成部２１の膜厚が、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、数十ナノメートルよ
り数十マイクロメートルであり、段さ形成部の製法、及
び、素子電極間に印加する電圧と電子放出し得る電界強
度により設定されるが、好ましくは、数十ナノメートル
より数マイクロメートルである。

【００４２】電子放出部を含む薄膜４は、素子電極５、
６と段さ形成部２１作成後に、形成するため、素子電極
５、６の上に積層される。なお、電子放出部３は、図１
２において、段差形成部２１に直線状に示されている
が、作成条件、通電フォーミング条件等に依存し、形
状、位置ともこれに限るものでない。

【００４３】電子放出部３を有する電子放出素子の製造
方法としては様々な方法が考えられるが、その一例を図
２に示す。尚、図２中、２は電子放出部形成用薄膜（導
電性膜）で例えば微粒子膜が挙げられる。

【００４４】以下、順をおって製造方法の説明を図１及
び図２に基づいて説明する。 １）基板１を洗剤、純水および有機溶剤により十分に洗
浄後、真空蒸着法、スパッタ法等により素子電極材料を
堆積後、フォトリソグラフィー技術により該絶縁性基板
１の面上に素子電極５、６を形成する（図２の
（ａ））。 ２）絶縁性基板１上に設けられた素子電極５と素子電極
６との間に、素子電極５と６を形成した絶縁性基板上に
有機金属溶液を塗布して放置することにより、有機金属
薄膜を形成する。なお、有機金属溶液とは、前記Ｐｄ、
Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚ
ｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等の金属を主元素とする有機
化合物の溶液である。この後、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、電子放出部形成用薄膜２を形成する（図２の
（ｂ））。尚、ここでは、有機金属溶液の塗布法により
説明したが、これに限る物でなく、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、スピンナー法等によって形成される場合もある。 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５、６間に電圧を不図示の電源によりパルス状ある
いは、昇電圧による通電処理がおこなわれると、電子放
出部形成用薄膜（導電性膜）２の部位に構造の変化した
電子放出部３が形成される（図２の（ｃ））。この通電
処理により電子放出部形成用薄膜（導電性膜）２を局所
的に破壊、変形もしくは変質せしめ、構造の変化した部
位（高抵抗部位）を電子放出部３と呼ぶ。

【００４５】フォーミング処理以降の電気的処理は、図
３に示す測定評価装置内で行う。以下に測定評価装置を
説明する。

【００４６】図３は、図１で示した構成を有する素子の
電子放出特性を測定するための測定評価装置の概略構成
図である。図３において、１は基体、５及び６は素子電
極、４は電子放出部を含む薄膜、３は電子放出部を示
す。また、３１は素子に素子電圧Ｖｆを印加するための
電源、３０は素子電極５、６間の電子放出部を含む薄膜
４を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、３４
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、３３はアノード電極３４に電
圧を印加するための高圧電源、３２は素子の電子放出部
３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。

【００４７】電子放出素子の上記素子電流Ｉｆ、放出電
流Ｉｅの測定にあたっては、素子電極５、６に電源３１
と電流計３０とを接続し、該電子放出素子の上方に電源
３３と電流計３２とを接続したアノード電極３４を配置
している。また、電子放出素子及びアノード電極３４は
真空装置内に設置され、その真空装置には不図示の排気
ポンプ及び真空計等の真空装置に必要な機器が具備され
ており、所望の真空下で素子の測定評価を行えるように
なっている。尚、排気ポンプは、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あるいは、オイ
ルを使用しない、磁気浮上ターボポンプ、ドライポンプ
等の高真空装置系と更に、イオンポンプからなる超高真
空装置系からなる。また、真空装置全体、及び電子源基
板は、不図示のヒーターにより２００℃まで加熱でき
る。

【００４８】なお、アノード電極の電圧は１ｋＶ〜１０
ｋＶ、アノード電極と電子放出素子との距離Ｈは２ｍｍ
〜８ｍｍの範囲で測定した。

【００４９】フォーミング処理は、パルス波高値が定電
圧のパルスを印加する場合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とがある。まず、パル
ス波高値が定電圧のパルスを印加の場合の電圧波形を図
４の（ａ）に示す。

【００５０】図４の（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、Ｔ１を１マイクロ秒〜
１０ミリ秒、Ｔ２を１０マイクロ秒〜１００ミリ秒と
し、三角波の波高値（フォーミング時のピーク電圧）は
適宜選択し、真空雰囲気下で印加する。

【００５１】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の電圧波形を、図４の（ｂ）に
示す。

【００５２】図４の（ｂ）中、Ｔ１及びＴ２は電圧波形
のパルス幅とパルス間隔であり、Ｔ１を１マイクロ秒〜
１０ミリ秒、Ｔ２を１０マイクロ秒〜１００ミリ秒と
し、三角波の波高値（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、真空
雰囲気下で印加する。

【００５３】尚、フォーミング処理の終了は、パルス間
隔Ｔ２中に、電子放出部形成用薄膜２を局所的に破壊、
変形しない程度の電圧例えば０．１Ｖ程度の電圧で、素
子電流を測定し、抵抗値を求め、例えば、１Ｍオーム以
上の抵抗を示した時、フォーミングを終了とした。この
時の電圧を、フォーミング電圧Ｖｆｏｒｍと呼ぶことに
する。

【００５４】以上説明した電子放出部を形成する際に、
素子の電極間に三角波パルスを印加してフォーミング処
理を行っているが、素子の電極間に印加する波形は三角
波に限定することはなく、矩形波など所望の波形を用い
ても良く、その波高値及びパルス幅、パルス間隔等につ
いても上述の値に限ることなく、電子放出部が良好に形
成される様に、電子放出素子の抵抗値等にあわせて、所
望の値を選択する。

【００５５】また、このフォーミング電圧は、素子の材
料，構成等により一義的に決まるので、上記図４の
（ｂ）に示すような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の方が、個々の素子に適正なフ
ォーミングのエネルギーが容易に得られ、良好な電子放
出特性が得られるので好ましい。４）次に、フォーミン
グが終了した素子に活性化処理と呼ぶ処理を施す。活性
化処理とは、１０のマイナス４乗〜１０のマイナス５乗
ｔｏｒｒ程度の真空度で、フォーミング同様、パルス波
高値が定電圧のパルスの印加を繰りかえす処理のことを
言い、真空中に存在する有機物質から、炭素あるいは炭
素化合物を堆積することで、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉ
ｅが、著しく変化する処理である。素子電流Ｉｆと放出
電流Ｉｅを測定しながら、例えば、放出電流Ｉｅが飽和
した時点で、活性化処理を終了する。素子電流Ｉｆ、放
出電流Ｉｅの活性化処理時間依存例を図５に示す。

【００５６】活性化処理は、真空度、素子に印加するパ
ルス電圧等に依存して、この素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉ
ｅの時間依存が変化し、またフォーミング処理によっ
て、変形、変質した薄膜への被膜（堆積物）の形成状態
が変化する。

【００５７】活性化処理電圧が、フォーミング電圧Ｖ
_formに比べて、十分に高いパルスを印加し活性化処理す
る場合を高抵抗活性化処理と呼ぶこととする。一方、活
性化処理電圧が、フォーミング電圧Ｖ_formに比べて、十
分に低いパルスを印加し活性化処理する場合を低抵抗活
性化処理と呼ぶこととする。尚、後述する電圧制御型負
性抵抗を示す開始電圧ＶＰをただしくは、ほぼ、境界と
して活性化処理が分類される。

【００５８】高抵抗活性化処理、低抵抗活性化処理の場
合の素子の形態変化を観察したものの模式図が図６の
（ａ）、（ｂ）である。尚、上記観察は、ＦＥＳＥＭ、
ＴＥＭ等によって行った。

【００５９】図６の（ａ）、（ｂ）は、それぞれ高抵抗
活性化処理、低抵抗活性化処理した場合の素子の断面で
ある。尚、５を高電位側電極、６を低電位側電極とし
て、電圧の印加が行われた。高抵抗活性化処理の場合を
示す図６の（ａ）では、フォーミングによって、導電性
膜４に、亀裂などの変形、変質をせしめた部分（高抵抗
部分）３の一部より主として高電位電極５側の導電性膜
４上に炭素あるいは炭素化合物６１が堆積している。更
に高倍率で観察すると微粒子の周囲及び周辺にも堆積し
ている。また、対向する素子電極間距離にもよるが、素
子電極にも炭素あるいは炭素化合物６１が堆積する場合
もある。その膜厚は、好ましくは、５００オングストロ
ーム以下、より好ましくは、３００オングストローム以
下である。

【００６０】尚ここで、炭素あるいは炭素化合物とは、
ＴＥＭ、ラマン等の結果、グラファイト（単、多結晶双
方を指す）、非晶質カーボン（非晶質カーボン及び多結
晶グラファイトとの混合物を指す）である。

【００６１】一方、低抵抗活性化処理の場合を示す図６
の（ｂ）では、フォーミングによって変形、変質せしめ
た部分３の一部に炭素あるいは炭素化合物６１が堆積し
ている。更に高倍率で観察すると微粒子の周囲及び周辺
にも堆積している。

【００６２】尚、ここで、炭素あるいは炭素化合物と
は、先と同様、ＴＥＭ、ラマン等の結果、グラファイト
（単、多結晶双方を指す）、非晶質カーボン（非晶質カ
ーボン及び多結晶グラファイトとの混合物を指す）であ
る。５）こうして作成した電子放出素子を、好ましく
は、フォーミング処理及び活性化処理した真空度より高
い真空度の真空雰囲気にて駆動する。また、フォーミン
グ処理及び活性化処理した真空度より高い真空度の真空
雰囲気とは、好ましくは、約１０のマイナス６乗ｔｏｒ
ｒ以上の真空度を有する真空度であり、より好ましく
は、超高真空系で、炭素、及び炭素化合物の新たに、ほ
ぼ、堆積しない真空度である。

【００６３】従って、これによって、これ以上の炭素及
び炭素化合物の堆積を抑制する事が可能となり、素子電
流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、一定に安定する。

【００６４】尚、高抵抗活性化処理、低抵抗活性化処理
の場合の素子では、駆動初期における安定性が異なり、
より好ましくは、高抵抗活性化処理が活性化処理として
選択される。

【００６５】上述のような素子構成と製造方法によって
作成された本発明にかかわる電子放出素子の基本特性に
ついて図３、図７を用いて説明する。

【００６６】図３に示した測定評価装置により測定され
た放出電流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に示す。尚、図７は放出電流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。図７からも明らかなように、本電子放出素
子は放出電流Ｉｅに対する３つの特性を有する。

【００６７】まず第１に、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Ｉｅが増加し、一方しきい値電圧Ｖ
ｔｈ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Ｉｅに対する明確なしきい値電圧Ｖｔ
ｈを持った非線形素子である。

【００６８】第２に、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに依
存するため、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御でき
る。

【００６９】第３にアノード電極３４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３４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。

【００７０】一方、素子電流Ｉｆは素子電圧Ｖｆに対し
て単調増加する（ＭＩ特性と呼ぶ）特性（図７の実線）
及び電圧制御型負性抵抗（ＶＣＮＲ特性と呼ぶ）特性
（図７の破線）を示す場合があるが、これら素子電流の
特性は、その製法に依存する。又、ＶＣＮＲ特性を示す
境界電圧をＶｐという。

【００７１】即ち、素子電流ＩｆのＶＣＮＲ特性は、通
常の真空装置系で、フォーミングを行ったとき発生し、
その特性は、フォーミング時の電気的条件、真空装置系
の真空雰囲気条件等、あるいは、フォーミングを既に行
った電子放出素子の測定時の真空装置系の真空雰囲気条
件、測定時の電気的測定条件（例えば、電子放出素子の
電流−電圧特性を得るために、素子に印加する電圧を低
電圧から高電圧まで掃引した時の掃引速度等）測定時ま
での電子放出素子の真空装置内の放置時間等に依存し
て、大きく変わることが判明した。またこの時、放出電
流Ｉｅは、ＭＩ特性を示す。

【００７２】以上のような表面伝導型電子放出素子の特
性、即ち、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅの素子印加電圧
に対する単調増加特性を有するため、本発明にかかわる
電子放出素子は、多方面への応用が期待できる。

【００７３】尚、あらかじめ導電性微粒子を分散して構
成した表面伝導型電子放出素子においては、前記本発明
の基本的な素子構成の基本的な製造方法のうちの一部を
変更してもよい。

【００７４】以上表面伝導型電子放出素子の基本的な構
成、製法について述べたが、本発明の思想によれば、表
面伝導形電子放出素子の特性で上述の３つの特徴を有す
れば、上述の構成等に限定されず、後述の電子源、表示
装置等の画像形成装置に於いても適用できる。

【００７５】次に、本発明の電子源及び画像形成装置に
ついて述べる。

【００７６】本発明の電子放出素子を複数個、基板上に
配列して、電子源あるいは、画像形成装置が構成でき
る。

【００７７】基板上の配列の方式には、例えば、従来例
で述べた、多数の表面伝導型電子放出素子を並列に配置
し、個々の素子の両端を配線にて結線した、電子放出素
子の行を多数配列し（行方向と呼ぶ）、この配線と直交
する方向に（列方向と呼ぶ）、該電子源の上方の空間に
設置された制御電極（グリッドと呼ぶ）により電子を制
御駆動する配列形態（以後、はしご型という）、及び次
に述べる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、表面伝導形電子放出素子の
一対の素子電極にそれぞれ、Ｘ方向配線、Ｙ方向配線を
接続した配列形態が挙げられる。これを単純マトリクス
配置と以降呼ぶ。

【００７８】次に、この単純マトリクスについて詳述す
る。

【００７９】本発明にかかわる表面伝導型電子放出素子
の前述した３つの基本的特性の特徴によれば、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
値と巾で制御される。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、上記パル
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、その電子放出量が制御でき
る事となる。

【００８０】以下、この原理に基づき構成した電子源基
板の構成について、図８を用いて説明する。

【００８１】ｍ本のＸ方向配線８２は、ＤＸ１、ＤＸ
２、・・・ＤＸｍからなり、絶縁性基板１上に、真空蒸
着法、印刷法、スパッタ法等で形成し、所望のパーター
ンとした導電性金属等からなり、多数の表面伝導型電子
放出素子にほぼ均等な電圧が供給される様に、材料、膜
厚、配線巾が設定される。Ｙ方向配線８３は、ＤＹ１、
ＤＹ２、・・・ＤＹｎのｎ本の配線よりなり、Ｘ方向配
線８２と同様に、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等で
形成し、所望のパーターンとした導電性金属等からな
り、多数の表面伝導型電子放出素子にほぼ均等な電圧が
供給される様に、材料、膜厚、配線巾等が設定される。
これらｍ本のＸ方向配線８２とｎ本のＹ方向配線８３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、マトリックス配線を構成する（このｍ、ｎは、共
に正の整数）。

【００８２】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８２を形成した絶縁性基板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８２とＹ方
向配線８３の交差部の電位差に耐え得る様に、膜厚、材
料、製法が適宜設定される。Ｘ方向配線８２とＹ方向配
線８３は、それぞれ外部端子として引き出されている。

【００８３】更に、前述と同様にして、表面伝導型電子
放出素子８４の対向する電極（不図示）が、ｍ本のＸ方
向配線８２（ＤＸ１、ＤＸ２、・・・ＤＸｍ）とｎ本の
Ｙ方向配線８３（ＤＹ１、ＤＹ２、・・・ＤＹｎ）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８５によって電気的に接続されてい
るものである。

【００８４】ここで、ｍ本のＸ方向配線８２とｎ本のＹ
方向配線８３と結線８５と対向する素子電極の導電性金
属は、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く、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、
Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属ある
いは合金及び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、Ｉｎ_２Ｏ_３−ＳｎＯ_２等の透明導体及びポリ
シリコン等の半導体材料等より適宜選択される。また表
面伝導型電子放出素子は、絶縁性基板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。

【００８５】又、詳しくは、後述するが、前記Ｘ方向配
線８２には、Ｘ方向に配列する表面伝導型電子放出素子
８４の行を、入力信号に応じて、走査するための走査信
号を印加するための不図示の走査信号印加手段と電気的
に接続され、一方、Ｙ方向配線８３には、Ｙ方向に配列
する表面伝導型電子放出素子８４の列の各列を入力信号
に応じて、変調するための変調信号を印加するための不
図示の変調信号発生手段と電気的に接続される。

【００８６】更に、表面伝導型電子放出素子の各素子に
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ものである。

【００８７】次に、以上のようにして作成した電子源基
板を用いた電子源、及び、表示等に用いる画像形成装置
について図９と図１０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り、図１０は蛍光膜である。

【００８８】図９において、１は基板、９１は基板１を
固定したリアプレート、９６は、ガラス基板９３の内面
に蛍光膜９４とメタルバック９５等が形成されたフェー
スプレート、９２は、支持枠であり、リアプレート９
１、支持枠９２及びフェースプレート９６をフリットガ
ラス等を塗布し、大気中あるいは、窒素中で、４００〜
５００℃で１０分以上焼成することで、封着して、外囲
器９８を構成する。

【００８９】図９において、８４は、図１あるいは図１
２に示された表面伝導型電子放出素子に相当する。８
２、８３は、表面伝導形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。また、
これら素子電極への配線は、素子電極と配線材料が同一
である場合は、素子電極と呼ぶ場合もある。

【００９０】外囲器９８は、上述の如く、フェースプレ
ート９６、支持枠９２、リアプレート９１で外囲器９８
を構成したが、リアプレート９１は主に基板１の強度を
補強する目的で設けられてるため、基板１自体で十分な
強度を持つ場合は別体のリアプレート９１は不要であ
り、基板１に直接支持枠９２を封着し、フェースプレー
ト９６、支持枠９２、基板１にて外囲器９８を構成して
も良い。

【００９１】図１０は、蛍光膜である。蛍光膜９４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
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伝
材１０１と蛍光体１０２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が設けられる目的は、カラ
ー表示の場合必要となる３原色蛍光体の、各蛍光体１０
２間の塗り分け部を黒くすることで混色等を目立たなく
することと、蛍光膜９４における外光反射によるコント
ラストの低下を抑制することである。ブラックストライ
プの材料としては、通常良く用いられている黒鉛を主成
分とする材料だけでなく、導電性があり、光の透過及び
反射が少ない材料であればこれに限るものではない。

【００９２】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、沈殿法や印刷法が用い
られる。

【００９３】また、蛍光膜９４の内面側には通常メタル
バック９５が設けられる。メタルバックの目的は、蛍光
体の発生のうち内面側への光をフェースプレート９６側
へ鏡面反射することにより輝度を向上すること、電子ビ
ーム加速電圧を印加するための電極として作用するこ
と、外囲器内で発生した負イオンの衝突によるダメージ
からの蛍光体の保護等である。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Ａ１を真空蒸着等で
堆積することで作製できる。

【００９４】フェースプレート９６には、更に蛍光膜９
４の導伝性を高めるため、蛍光膜９４の外面側に透明電
極（不図示）が設けてもよい。

【００９５】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体と電子放出素子とを対応させなくてはいけないた
め、十分な位置合わせを行なう必要がある。

【００９６】外囲器９８は、不図示の排気管を通じ、１
０のマイナス６乗トール程度の真空度にされ、外囲器９
８の封止がおこなわれる。

【００９７】尚、電子源基板は、前述した通りに電子放
出部を形成した図１あるいは図１２の素子が、基板上に
上記の如く配置、配線されたものでも良いが、好ましく
は電子放出部形成前の素子、例えば図２の（ｂ）にしさ
れた状態の素子を、基板上に上記の如く配置、配線し、
これを図９に示す外囲器９８内に配置した後、不図示の
排気管を通じ、例えば、ロータリーポンプ、ターボポン
プをポンプ系とする様な通常の真空装置系で該外囲器内
を、１０のマイナス６乗トール程度の真空度とし、容器
外端子Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍとＤｏｙ１ないしＤｏｙ
ｎを通じ素子電極５、６（図２の（ｂ））間に電圧を印
加し、上述のフォーミングを行い、次に、前記活性化処
理を、該外囲器内を１０のマイナス６乗トール程度の真
空度として行うことにより電子放出部３を形成して、電
子源基板を作製する。

【００９８】以上の様に作製の後、特には、その後、８
０度〜１５０度でベーキングを３〜１５時間行いなが
ら、例えば、イオンポンプ等のポンプ系とする超高真空
装置系にきりかえる。超高真空系の切り替え、及びベー
キングは、前述の表面伝導型電子放出素子の素子電流Ｉ
ｆ、放出電流Ｉｅの単調増加特性（ＭＩ特性）を満足す
るためであり、その方法、条件はこれに限るものでな
い。また、外囲器９８の封止後の真空度を維持するため
に、ゲッター処理を行う場合もある。これは、外囲器９
８の封止を行う直前あるいは封止後に、抵抗加熱あるい
は高周波加熱等の加熱法により、外囲器９８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Ｂａ等が主成分
であり、該蒸着膜の吸着作用により、たとえば１×１０
マイナス５乗ないしは１×１０マイナス７乗［Ｔｏｒ
ｒ］の真空度を維持するものである。

【００９９】以上により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、容器外端子Ｄｏｘ１な
いしＤｏｘｍ、Ｄｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じ、電圧を
印加することにより、電子放出させ、高圧端子Ｈｖを通
じ、メタルバック９５あるいは透明電極（不図示）に数
ｋＶ以上の高圧を印加し、電子ビームを加速し、蛍光膜
９４に衝突させ、励起・発光させることで画像を表示す
るものである。

【０１００】以上述べた構成は、表示等に用いられる好
適な画像形成装置を作製する上で必要な概略構成であ
り、例えば各部材の材料等、詳細な部分は上述内容に限
られるものではなく、画像装置の用途に適するよう適宜
選択する。

【０１０１】

【実施例】以下に、実施例をあげて、本発明をさらに詳
述する。

【０１０２】（実施例１）本発明にかかわる基本的な表
面伝導型電子放出素子の構成は、図１の（ａ）、（ｂ）
の平面図及び断面図と同様である。

【０１０３】尚、基板１上には、同一形状の素子が図１
１に示すように４個形成されている。尚、図１１におい
て、図１と同一の番号のものは、同一のものを示す。

【０１０４】本発明に係わる表面伝導形電子放出素子の
製造法は、基本的には図２と同様である。以下、図１、
図２を用いて、本発明に係わる素子の基本的な構成及び
製造法を説明する。

【０１０５】図１において、１は基板、５と６は素子電
極、４は電子放出部を含む薄膜、３は電子放出部であ
る。

【０１０６】以下、順をおって製造方法の説明を図１及
び図２に基づいて説明する。

【０１０７】工程−ａ：清浄化した青板ガラス上に厚さ
０．５ミクロンのシリコン酸化膜をスパッタ法で形成し
た基板１上に、素子電極５と素子電極間ギャップＧとな
るべきパターンをホトレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−４
１日立化成社製）で形成し、真空蒸着法により、厚さ５
０ÅのＴｉ、厚さ１０００ÅＮｉ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、Ｎｉ／Ｔｉ堆積
膜をリフトオフし、素子電極間隔Ｇは３ミクロンとし、
素子電極の幅Ｗ１を３００ミクロンを有する素子電極
５、６を形成した（図２の（ａ））。

【０１０８】工程−ｂ：素子間電極ギャップＧおよびこ
の近傍に開口を有するマスクにより膜厚１０００ÅのＣ
ｒ膜１２１を真空蒸着により堆積・パターニングし、そ
のうえに有機Ｐｄ（ｃｃｐ４２３０奥野製薬（株）社
製）をスピンナーにより回転塗布、３００℃で１０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Ｐｂよりなる微粒子からなる電子放出部形成用
薄膜２の膜厚は１００オングストローム、シート抵抗値
は２×１０の４乗Ω／□であった。なおここで述べる微
粒子膜とは、上述したように、複数の微粒子が集合した
膜であり、その微細構造として、微粒子が個々に分散配
置した状態のみならず、微粒子が互いに隣接、あるい
は、重なり合った状態（島状も含む）の膜をさし、その
粒径とは、前記状態で粒子形状が認識可能な微粒子につ
いての径をいう。

【０１０９】工程−ｃ：Ｃｒ膜および焼成後の電子放出
部形成用薄膜２を酸エッチャントによりエッチングして
所望のパターンを形成した。

【０１１０】以上の工程により基板１上に、素子電極
５、６、電子放出部形成用薄膜２等を形成した（図２の
（ｂ））。

【０１１１】工程−ｄ：次に、図３の測定評価装置に設
置し、真空ポンプにて排気し、２×１０のマイナス５乗
ｔｏｒｒの真空度に達した後、素子に素子電圧Ｖｆを印
加するための電源３１より、４素子各々の素子電極５、
６間にそれぞれ、電圧を印加し、通電処理（フォーミン
グ処理）した。フォーミング処理の電圧波形を図４の
（ｂ）に示す。

【０１１２】図４の（ｂ）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１
ミリ秒、Ｔ２を１０ミリ秒とし、矩形波の波高値（フォ
ーミング時のピーク電圧）は０．１Ｖステップで昇圧
し、フォーミング処理を行なった。また、フォーミング
処理中は、同時に、０．１Ｖの電圧で、Ｔ２間に抵抗測
定パルスを挿入し、抵抗を測定した。尚フォーミング処
理の終了は、抵抗測定パルスでの測定値が、約１Ｍオー
ム以上になった時とし、同時に、素子への電圧の印加を
終了した。それぞれの素子のフォーミング電圧Ｖ
_formは、５．１Ｖ、５．０Ｖ、５．０Ｖ、５．１５Ｖで
あった。

【０１１３】工程−ｅ：続いて、フォーミング処理した
４素子に対しそれぞれ、図４の（ｂ）の波形で矩形波の
波高値をそれぞれ４Ｖと１４Ｖで、各２個づつ活性化処
理をした。低抵抗活性化処理つまり、４Ｖで活性化処理
した素子サンプルを素子Ａ、高抵抗活性化処理、つまり
１４Ｖで活性化処理をした素子サンプルを素子Ｂと呼ぶ
ことにする。

【０１１４】活性化処理とは前述した様に、図３の測定
評価装置内で、素子電極間にパルス電圧を、素子電流Ｉ
ｆ及び放出電流Ｉｅを測定しながら、印加した。尚、こ
の時、図３の測定評価装置内の真空度は、１．５×１０
のマイナス５乗ｔｏｒｒであった。約３０分で活性化処
理を終了した。

【０１１５】こうして、電子放出部３を形成し電子放出
素子を作製した。

【０１１６】上述の工程で作製した表面伝導形電子放出
素子の特性及び形態を把握するために、上記素子Ａ、Ｂ
を各１個づつ、その電子放出特性の測定を上述の図３の
測定評価装置を用いて行った。また残りの１個づつを電
子顕微鏡で観察した。

【０１１７】なお、アノード電極と電子放出素子間の距
離を４ｍｍ、アノード電極の電位を１ｋＶ、電子放出特
性測定時の真空装置内の真空度を１×１０のマイナス６
乗ｔｏｒｒとした。素子Ａ、Ｂとも、電極５及び６の間
に素子電圧を１４Ｖ印加し、その時に流れる素子電流Ｉ
ｆ及び放出電流Ｉｅを測定した。素子Ａでは、測定開始
直後に１０ｍＡ程度の素子電流Ｉｆが流れ、次第に減少
し、それにともない、放出電流Ｉｅが観察された。一
方、素子Ｂでは、測定初期より、安定した素子電流Ｉ
ｆ、放出電流Ｉｅが観察され、素子電圧１４Ｖでは素子
電流Ｉｆが２．０ｍＡ、放出電流Ｉｅが１．０μＡとな
り、電子放出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆ×１００（％）は０．
０５％であった。以上より、素子Ａは、素子電流Ｉｆ
が、測定初期において、著しく大きく、不安定である
が、一方、素子Ｂでは測定初期より、安定でかつ効率η
のよい電子放出素子であることがわかる。

【０１１８】また、素子Ｂについて、活性化処理の真空
度１．５×１０のマイナス５乗に戻し、素子に０．００
５Ｈｚ程度の三角波で電圧を掃印しながら、素子電流Ｉ
ｆ、放出電流Ｉｅを測定すると、図７に示される破線の
特性を示した。図７に示される様に、約５Ｖ前後まで、
素子電流Ｉｆは、単調増加したのち、５Ｖ以上で電圧制
御型負性抵抗を示す。この時、素子電流Ｉｆが最大を示
す電圧（ＶＰと呼ぶ）は、５Ｖである。また１０Ｖ以上
では、素子電流Ｉｆは、最大の素子電流の数分の１の１
ｍＡ程度であった。

【０１１９】電子顕微鏡で観察した素子Ａ、Ｂの形態
は、図６の（ａ）、（ｂ）に示したものと同様である。
図６の（Ｂ）より素子Ａでは、素子電極間の薄膜（導電
性膜）４の変質部分３の一部に多くの被膜（堆積物）６
１が形成されているのがわかる。一方、素子Ｂでは、図
６の（ａ）より、活性化処理時の素子への電圧の印加方
向に依存して、特に、変質部分３の一部より高電位電極
５側の導電性膜４上を主として、被膜（堆積物）６１が
形成されていた。更に、高倍率のＦＥＳＥＭ（２次電子
顕微鏡の略）で観察すると、この被膜は、金属微粒子の
周囲及び微粒子間にも形成されているようであった。

【０１２０】尚、ＴＥＭ（透過電子顕微鏡）ラマン等で
観察すると、グラファイト、アモルファスカーボンから
なる炭素被膜が観察された。

【０１２１】又、これらの観察により、素子Ａでは、先
に述べた電圧制御型負性抵抗を示す電圧Ｖｐ以下で活性
化されたため、フォーミング処理によって発生した薄膜
の変質部の一部に、素子Ｂより多くの炭素が形成され、
著しく大きな素子電流が流れ、測定電圧で、薄膜変質部
の高電位側と低電位側間に形成された炭素被膜が電流パ
スとなり、素子Ｂの数倍の素子電流が流れ、駆動初期か
ら素子電流が変動したと考えられる。

【０１２２】一方、高抵抗活性化処理をおこなった素子
Ｂでは、先に述べた電圧制御型負性抵抗を示す電圧Ｖｐ
以上で活性化されたため、素子Ａ同様に、変質部の一部
に炭素被膜が形成されながらも、素子Ａよりは炭素被膜
の部分的に電気的に切断された部位が多いと考えられ
る。このため、駆動初期より安定した電流になったと考
えられる。

【０１２３】以上より高抵抗活性化処理により、素子電
流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが安定し、かつ、効率のよい電子
放出が作成された。

【０１２４】（実施例２）本実施例は、多数の表面伝導
形電子放出素子を単純マトリクス配置した画像形成装置
の例である。

【０１２５】電子源の一部の平面図を図１３に示す。ま
た、図中のＡ−Ａ′断面図を図１４に示す。但し、図１
３、図１４、図１５、図１６で、同じ記号を示したもの
は、同じものを示す。ここで１は基板、８２は図８のＤ
ｘｍに対応するＸ方向配線（下配線とも呼ぶ）、８３は
図８のＤｙｎに対応するＹ方向配線（上配線とも呼
ぶ）、４は電子放出部を含む薄膜、５、６は素子電極、
１４１は層間絶縁層、１４２は素子電極５と下配線８２
と電気的接続のためのコンタクトホールである。

【０１２６】次に、製造方法を図１５、図１６により工
程順に従って具体的に説明する。

【０１２７】工程−ａ：清浄化した青板ガラス上に厚さ
０．５ミクロンのシリコン酸化膜をスパッタ法で形成し
た基板１上に、真空蒸着により厚さ５０オングストロ−
ムのＣｒ、厚さ６０００オングストロ−ムのＡｕを順次
積層した後、ホトレジスト（ＡＺ１３７０ヘキスト社
製）をスピンナーにより回転塗布、ベークした後、ホト
マスク像を露光、現像して、下配線８２のレジストパタ
ーンを形成し、Ａｕ／Ｃｒ堆積膜をウエットエッチング
して、所望の形状の下配線８２を形成する（図１５の
（ａ））。

【０１２８】工程−ｂ：次に、厚さ１．０ミクロンのシ
リコン酸化膜からなる層間絶縁層１４１をＲＦスパッタ
法により堆積する（図１５の（ｂ））。

【０１２９】工程−ｃ：前記工程ｂで堆積したシリコン
酸化膜にコンタクトホール１４２を形成するためのホト
レジストパターンを作り、これをマスクとして層間絶縁
層１４１をエッチングしてコンタクトホール１４２を形
成する。エッチングはＣＦ_４とＨ_２ガスを用いたＲＩＥ
（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によ
った（図１５の（ｃ））。

【０１３０】工程−ｄ：その後、素子電極５と素子電極
間ギャップＧとなるべきパターンをホトレジスト（ＲＤ
−２０００Ｎ−４１日立化成社製）で形成し、真空蒸着
法により、厚さ５０オングストロ−ムのＴｉ、厚さ１０
００オングストロ−ムのＮｉ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、Ｎｉ／Ｔｉ堆積膜を
リフトオフし、素子電極間隔Ｇは３ミクロン、素子電極
の幅Ｗ１は３００ミクロンとし、素子電極５、６を形成
した（図１５の（ｄ））。

【０１３１】工程−ｅ：素子電極５、６の上に上配線８
３のホトレジストパターンを形成した後、厚さ５０オン
グストロ−ムのＴｉ、厚さ５０００オングストロ−ムの
Ａｕを順次、真空蒸着により堆積し、リフトオフにより
不要の部分を除去して、所望の形状の上配線８４を形成
した（図１６の（ｅ））。

【０１３２】工程−ｆ：膜厚１０００オングストロ−ム
のＣｒ膜１５１を真空蒸着により堆積・パターニング
し、その上に有機Ｐｄ（ｃｃｐ４２３０奥野製薬（株）
社製）をスピンナーにより回転塗布、３００℃で１０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よりなる微粒子からなる電子放出部形成
用薄膜２の膜厚は８５オングストローム、シート抵抗値
は３．９×１０の４乗Ω／□であった。なおここで述べ
る微粒子膜とは、上述したように、複数の微粒子が集合
した膜であり、その微細構造として、微粒子が個々に分
散配置した状態のみならず、微粒子が互いに隣接、ある
いは、重なり合った状態（島状も含む）の膜をさし、そ
の粒径とは、前記状態で粒子形状が認識可能な微粒子に
ついての径をいう（図１６の（ｆ））。

【０１３３】工程−ｇ：Ｃｒ膜１５１及び焼成後の電子
放出部形成用薄膜２を酸エッチャントによりエッチング
して所望のパターンを形成した（図１６の（ｇ））。

【０１３４】工程−ｈ：コンタクトホール１４２部分以
外にレジストを塗布するようなパターンを形成し、真空
蒸着により厚さ５０オングストロ−ムのＴｉ、厚さ５０
００オングストロ−ムのＡｕを順次堆積した。リフトオ
フにより不要の部分を除去することにより、コンタクト
ホール１４２を埋め込んだ（図１６の（ｈ））。

【０１３５】以上の工程により絶縁性基板１上に下配線
８２、層間絶縁層１４１、上配線８３、素子配線５、
６、電子放出部形成用薄膜２等を形成した。

【０１３６】次に、以上のようにして作成した電子源基
板を用いて、電子源及び表示装置を構成した例を、図９
と図１０を用いて説明する。

【０１３７】以上のようにして素子を作製した基板１
を、リアプレート９１上に固定した後、基板１の５ｍｍ
上方に、フェースプレート９６（ガラス基板９３の内面
に蛍光膜９４とメタルバック９５が形成されて構成され
る）を支持枠９２を介し配置し、フェースプレート９
６、支持枠９２、リアプレート９１の接合部にフリット
ガラスを塗布し、大気中あるいは窒素雰囲気中で４００
℃ないし５００℃で１０分以上焼成することで封着し
た。またリアプレート９１への基板１の固定もフリット
ガラスで行った。

【０１３８】本実施例において図９の８４は、電子放出
部形成前の電子放出素子（例えば、図２の（ｂ）に相当
する）であり、８２、８３はそれぞれＸ方向及びＹ方向
の素子配線である。

【０１３９】蛍光膜９４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
状を採用し（図１０の（ａ））、先にブラックストライ
プを形成し、その間隙部に各色蛍光体を塗布し、蛍光膜
９４を作製した。ブラックストライプの材料として通常
良く用いられている黒鉛を主成分とする材料を用いた。
ガラス基板９３に蛍光体を塗布する方法はスラリー法を
用いた。

【０１４０】また、蛍光膜９４の内面側には通常メタル
バック９５が設けられる。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、Ａ１を真空蒸着するこ
とで作製した。

【０１４１】フェースプレート９６には、更に蛍光膜９
４の導伝性を高めるため、蛍光膜９４の外面側に透明電
極（不図示）が設けられる場合もあるが、本実施例で
は、メタルバックのみで十分な導伝性が得られたので省
略した。

【０１４２】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体と電子放出素子とを対応させなくてはいけないた
め、十分な位置合わせを行った。

【０１４３】以上のようにして完成したガラス容器内の
雰囲気を排気管（図示せず）を通じ真空ポンプにて排気
し、十分な真空度に達した後、容器外端子Ｄｘｏ１ない
しＤｏｘｍとＤｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じ電子放出素
子７４の電極５、６間に電圧を印加し、電子放出部形成
用薄膜２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４の（ｂ）と同様である。

【０１４４】本実施例ではＴ１を１ミリ秒、Ｔ２を１０
ミリ秒とし、約１×１０のマイナス５乗ｔｏｒｒの真空
雰囲気下で行った。

【０１４５】このように作成された電子放出部３は、パ
ラジウム元素を主成分とする微粒子が分散配置された状
態となり、その微粒子の平均粒径は３０オングストロー
ムであった。

【０１４６】次にフォーミングと同一の矩形波で、波高
１４Ｖで、真空度２×１０のマイナス５乗ｔｏｒｒの真
空度で、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅを測定しながら、
高抵抗活性化処理を行った。

【０１４７】フォーミング、活性化処理を行い、電子放
出部３を形成し電子放出素子８４を作製した。

【０１４８】次に１０のマイナス６乗トール程度の真空
度まで排気し、不図示の排気管をガスバーナーで熱する
ことで溶着し外囲器の封止を行った。

【０１４９】最後に封止後の真空度を維持するために、
高周波加熱法でゲッター処理を行った。

【０１５０】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、容器外端子Ｄｘ１な
いしＤｘｍ、Ｄｙ１ないしＤｙｎを通じ、走査信号及び
変調信号を不図示の信号発生手段より、それぞれ印加す
ることにより、電子放出させ、高圧端子Ｈｖを通じ、メ
タルバック９５に５ｋＶ以上の高圧を印加し、電子ビー
ムを加速し、蛍光膜９９に衝突させ、励起・発光させる
ことで画像を表示した。又、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉ
ｅは双方とも図７の実線を示し、駆動初期から安定であ
った。又、この時、テレビジョンに要求される輝度１０
０ｆＬ〜１５０ｆＬにも対応できる放出電流であった。

【０１５１】（実施例３）図１７は、前記説明の表面伝
導形電子放出素子を電子源として用いたディスプレイパ
ネルに、たとえばテレビジョン放送をはじめとする種々
の画像情報源より提供される画像情報を表示できるよう
に構成した表示装置の一例を示すための図である。図１
７中、１７１００はディスプレイパネル、１７１０１は
ディスプレイパネルの駆動回路、１７１０２はディスプ
レイコントローラ、１７１０３はマチプレクサ、１７１
０４はデコーダ、１７１０５は入出力インターフェース
回路、１７１０６はＣＰＵ、１７１０７は画像生成回
路、１７１０８及び１７１０９及び１７１１０は画像メ
モリーインターフェース回路、１７１１１は画像入力イ
ンターフェース回路、１７１１２及び１７１１３はＴＶ
信号受信回路、１７１１４は入力部である（なお、本表
示装置は、例えばテレビジョン信号のように映像情報と
音声情報の両方を含む信号を受信する場合には、当然映
像の表示と同時に音声を再生するものであるが、本発明
の特徴と直接関係しない音声情報の受信、分離、再生、
記憶などに関する回路やスピーカーなどについては説明
を省略する。）。

【０１５２】以下、画像信号の流れに沿って各部の機能
を説明してゆく。

【０１５３】まず、ＴＶ信号受信回路１７１１３は、例
えば電波や空間光通信などのような無線伝送系を用いて
伝送されるＴＶ画像信号を受信する為の回路である。受
信するＴＶ信号の方式は特に限られものではなく、例え
ば、ＮＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式、ＳＥＣＡＭ方式などの
諸方式でもよい。また、これらより更に多数の走査線よ
りなるＴＶ信号（例えばＭＵＳＥ方式をはじめとするい
わゆる高品位ＴＶ）は、大面積化や大画素数化に適した
前記ディスプレイパネルの利点を生かすのに好適な信号
源である。ＴＶ信号受信回路１７１１３で受信されたＴ
Ｖ信号は、デコーダ１７１０４に出力される。

【０１５４】また、ＴＶ信号受信回路１７１１２は、例
えば同軸ケーブルや光ファイバー等のような有線伝送系
を用いて伝送されるＴＶ画像信号を受信する為の回路で
ある。前記ＴＶ信号受信回路１７１１３と同様に、受信
するＴＶ信号の方式は特に限られるものではなく、また
本回路で受信されたＴＶ信号もデコーダ１７１０４に出
力される。

【０１５５】また、画像入力インターフェース回路１７
１１１は、例えばＴＶカメラや画像読み取りスキャナー
等の画像入力装置から供給される画像信号を取り込むた
めの回路で、取り込まれた画像信号はデコーダ１７１０
４に出力される。

【０１５６】また、画像メモリーインターフェース回路
１７１１０は、ビデオテープレコーダー（以下ＶＴＲと
略す）に記憶されている画像信号を取り込むための回路
で、取り込まれた画像信号はデコーダ１７１０４に出力
される。

【０１５７】また、画像メモリーインターフェース回路
１７１０９は、ビデオディスクに記憶されている画像信
号を取り込むための回路で、取り込まれた画像信号はデ
コーダ１７１０４に出力される。

【０１５８】また、画像メモリーインターフェース回路
１７１０８は、いわゆる静止画ディスクのように、静止
画像データを記憶している装置から画像信号を取り込む
ための回路で、取り込まれた静止画像データはデコーダ
１７１０４に入力される。

【０１５９】また、入出力インターフェース回路１７１
０５は、本表示装置と、外部のコンピュータもしくはコ
ンピュータネットワークもしくはプリンターなどの出力
装置とを接続するための回路である。画像データや文字
・図形情報の入出力を行うのはもちろんのこと、場合に
よっては本表示装置の備えるＣＰＵ１７１０６と外部と
の間で制御信号や数値データの入出力などを行うことも
可能である。

【０１６０】また、画像生成回路１７１０７は、前記入
出力インターフェース回路１７１０５を介して外部から
入力される画像データや文字・図形情報や、あるいはＣ
ＰＵ１７１０６より出力される画像データや文字・図形
情報に基づき表示用画像データを生成するための回路で
ある。本回路の内部には、例えば画像データや文字・図
形情報を蓄積するための書き換え可能メモリーや、文字
コードに対応する画像パターンが記憶されている読み出
し専用メモリーや、画像処理を行うためのプロセッサー
等をはじめとして画像の生成に必要な回路が組み込まれ
ている。

【０１６１】本回路により生成された表示用画像データ
は、デコーダ１７１０４に出力されるが、場合によって
は前記入出力インターフェース回路１７１０５を介して
外部のコンピュータネットワークやプリンターに出力す
ることも可能である。

【０１６２】また、ＣＰＵ１７１０６は、主として本表
示装置の動作制御や、表示画像の生成や選択や編集に関
わる作業を行う。

【０１６３】例えば、マルチプレクサ１７１０３に制御
信号を出力し、ディスプレイパネルに表示する画像信号
を適宜選択したり組み合わせたりする。また、その際に
は表示する画像信号に応じてディスプレイパネルコント
ローラ１７１０２に対して制御信号を発生し、画面表示
周波数や走査方法（例えばインターレースかノンインタ
ーレースか）や一画面の走査線の数など表示装置の動作
を適宜制御する。

【０１６４】また、前記画像生成回路１７１０７に対し
て画像データや文字・図形情報を直接出力したり、ある
いは前記入出力インターフェース回路１７１０５を介し
て外部のコンピュータやメモリーをアクセスして画像デ
ータや文字・図形情報を入力する。なお、ＣＰＵ１７１
０６は、むろんこれ以外の目的の作業にも関わるもので
あって良い。例えば、パーソナルコンピュータやワード
プロセッサなどのように、情報を生成したり処理する機
能に直接関わっても良い。あるいは、前述したように入
出力インターフェース回路１７１０５を介して外部のコ
ンピュータネットワークと接続し、例えば数値計算など
の作業を外部機器と協同して行っても良い。

【０１６５】また、入力部１７１１４は、前記ＣＰＵ１
７１０６に使用者が命令やプログラム、あるいはデータ
等を入力するためのものであり、例えばキーボードやマ
ウスのほか、ジョイスティック、バーコードリーダー、
音声認識装置など多様な入力機器を用いる事が可能であ
る。

【０１６６】また、デコーダ１７１０４は、前記１７１
０７ないし１７１１３より入力される種々の画像信号を
３原色信号、または輝度信号とＩ信号、Ｑ信号に逆変換
するための回路である。なお、同図中に点線で示すよう
に、デコーダ１７１０４は内部に画像メモリーを備える
のが望ましい。これは、例えばＭＵＳＥ方式をはじめと
して、逆変換するに際して画像メモリーを必要とするよ
うなテレビ信号を扱うためである。

【０１６７】また、画像メモリーを備える事により、静
止画の表示が容易になる、あるいは前記画像生成回路１
７１０７及びＣＰＵ１７１０６と協同して画像の間引
き、補間、拡大、縮小、合成をはじめとする画像処理や
編集が容易に行えるようになるという利点が生まれるか
らである。

【０１６８】また、マルチプレクサ１７１０３は、前記
ＣＰＵ１７１０６より入力される制御信号に基づき表示
画像を適宜選択するものである。すなわち、マルチプレ
クサ１７１０３はデコーダ１７１０４から入力される逆
変換された画像信号のうちから所望の画像信号を選択し
て駆動回路１７１０１に出力する。その場合には、一画
面表示時間内で画像信号を切り替えて選択することによ
り、いわゆる多画面テレビのように、一画面を複数の領
域に分けて領域によって異なる画像を表示することも可
能である。

【０１６９】また、ディスプレイパネルコントローラ１
７１０２は、前記ＣＰＵ１７１０６より入力される制御
信号に基づき駆動回路１７１０１の動作を制御するため
の回路である。

【０１７０】まず、ディスプレイパネルの基本的な動作
に関わるものとしては、たとえばディスプレイパネルの
駆動用電源（図示せず）の動作シーケンスを制御するた
めの信号を駆動回路１７１０１に対して出力する。ま
た、ディスプレイパネルの駆動方法に関わるものとし
て、たとえば画面表示周波数や走査方法（たとえばイン
ターレースかノンインターレースか）を制御するための
信号を駆動回路１７１０１に対して出力する。

【０１７１】また、場合によっては表示画像の輝度やコ
ントラストや色調やシャープネスといった画質の調整に
関わる制御信号を駆動回路１７１０１に対して出力する
場合もある。

【０１７２】また、駆動回路１７１０１はディスプレイ
パネル１７１００に印加する駆動信号を発生するための
回路であり、前記マルチプレクサ１７１０３から入力さ
れる画像信号と、前記ディスプレイパネルコントローラ
１７１０２より入力される制御信号にもとづいて動作す
るものである。

【０１７３】以上、各部の機能を説明したが、図１７に
例示した構成により、本表示装置においては多様な画像
情報源より入力される画像情報をディスプレイパネル１
７１００に表示する事が可能である。すなわち、テレビ
ジョン放送をはじめとする各種の画像信号はデコーダ１
７１０４において逆変換された後、マルチプレクサ１７
１０３において適宜選択され、駆動回路１７１０１に入
力される。一方、ディスプレイコントローラ１７１０２
は、表示する画像信号に応じて駆動回路１７１０１の動
作を制御するための制御信号を発生する。駆動回路１７
１０１は、上記画像信号と制御信号にもとづいてディス
プレイパネル１７１００に駆動信号を印加する。これに
より、ディスプレイパネル１７１００において画像が表
示される。これらの一連の動作は、ＣＰＵ１７１０６に
より統括的に制御される。

【０１７４】また、本表示装置においては、前記デコー
ダ１７１０４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路１
７１０７および情報の中から選択したものを表示するだ
けでなく、表示する画像情報に対して、たとえば拡大、
縮小、回転、移動、エッジ強調、間引き、補間、色変
換、画像の縦横比変換などをはじめとする画像処理や、
合成、消去、接続、入れ換え、はめ込みなどをはじめと
する画像編集を行う事も可能である。また、本実施例の
説明では特に触れなかったが、上記画像処理や画像編集
と同様に、音声情報に関しても処理や編集を行なうため
の専用回路を設けても良い。

【０１７５】したがって、本表示装置はテレビジョン放
送の表示機器、テレビ会議の端末機器、静止画像および
動画像を扱う画像編集機器、コンピュータの端末機器、
ワードプロセッサをはじめとする事務用端末機器、ゲー
ム機などの機能を一台で兼ね備えることが可能で、産業
用あるいは民生用として極めて応用範囲が広い。

【０１７６】なお、上記図１７は表示伝導形放出素子を
電子ビーム源とするディスプレイパネルを用いた表示装
置の構成の一例を示したにすぎず、これのみに限定され
るものでない事は言うまでもない。たとえば、図１７の
構成要素のうち使用目的上必要のない機能に関わる回路
は省いても差し支えない。またこれとは逆に、使用目的
によってはさらに構成要素を追加しても良い。たとえ
ば、本表示装置をテレビ電話機として応用する場合に
は、テレビカメラ、音声マイク、照明機、モデムを含む
送受信回路などを構成要素に追加するのが好適である。

【０１７７】本表示装置においては、とりわけ表面伝導
形電子放出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネ
ルの薄形化が容易なため、表示装置の奥行きを小さくす
ることができる。それに加えて、表面伝導形電子放出素
子を電子ビーム源とするディスプレイパネルは大画面化
が容易で輝度が高く視野角特性にも優れるため、本表示
装置は臨場感にあふれ迫力に富んだ画像を視認性良く表
示する事が可能である。

【０１７８】（実施例４）本実施例は多数の表面伝導型
電子放出素子と、制御電極（グリッド）を有する画像形
成装置の例である。

【０１７９】本実施例の画像形成装置の製造方法は実施
例２とほぼ同等な方法で作製したので説明を詳細する。

【０１８０】まず、表面伝導形電子放出素子を基板上に
多数個設けた電子源と、これを応用した表示装置の実施
例を説明する。

【０１８１】図１９および図２０は、基板上に表面伝導
形電子放出素子の多数個を配列形成した電子源の２つの
例を説明するための模式図である。

【０１８２】まず、図１９においてＳはたとえばガラス
を材料とする絶縁性基板、点線で囲んだＥＳは前記基板
Ｓの上に設けられた表面伝導形電子放出素子、Ｅ１〜Ｅ
１０は前記表面伝導形電子放出素子を配線するための配
線電極をあらわしている。表面伝導形電子放出素子は基
板上にＸ方向に沿って列をなして形成されている（以
下、これを素子列と呼ぶ）。各素子列を構成する表面伝
導形電子放出素子は、これを挟む両側の配線電極によっ
て電気的に並列に共通配線されている（たとえば、第１
列は両側の配線電極Ｅ１とＥ２によって配線されてい
る）。

【０１８３】本実施例の電子源は、配線電極間に適宜の
駆動電圧を印加することにより、各素子列を独立に駆動
することが可能である。すなわち、電子ビームを放出さ
せたい素子列には電子放出閾値を上回る適当な電圧を、
また電子ビームを放出しない素子列には電子放出閾値を
越えない適当な電圧（たとえば０［Ｖ］）を印加すれば
よい（なお、以下の説明では、電子放出閾値を上回る適
当な駆動電圧をＶＥ［Ｖ］と記す。）。

【０１８４】次に、図２０に示すのは電子源の他の一例
であり、Ｓはたとえばガラスを材料とする絶縁性基板、
点線で囲んだＥＳは前記基板Ｓの上に設けられた表面伝
導形電子放出素子、Ｅ′１〜Ｅ′６は前記表面伝導形電
子放出素子を共通配線するための配線電極をあらわして
いる。前記図１９の例と同様、本実施例においても表面
伝導形電子放出素子はＸ方向に沿って列をなして形成さ
れ、各素子列の表面伝導形電子放出素子は配線電極によ
って電気的に並列に共通配線されている。さらに、たと
えば素子列の第１列と第２列の片側の共通配線を配線電
極Ｅ′２が兼ねているように、本実施例においては隣接
する素子列の隣接する側の共通配線を１本の配線電極で
行っている。本実施例の電子源は、前記図１９の列と比
較して同一形状の表面伝導形電子放出素子と配線電極を
用いた場合に、Ｙ方向に配列する配列間隔を小さくでき
るという利点がある。

【０１８５】本実施例の電子源は、配線電極間に適宜の
駆動電圧を印加することにより、各素子列を独立に駆動
することが可能である。すなわち、電子放出させたい電
子放出素子列はＶＥ［Ｖ］を、電子放出させない素子列
にはたとえば０［Ｖ］の電圧を印加すればよい。たとえ
ば、第３列だけを駆動したい場合には、Ｅ′１〜Ｅ′３
の各配線電極には０［Ｖ］の電位を、またＥ′４〜Ｅ′
６の各配線電極にはＶＥ［Ｖ］の電位を印加する。その
結果、第３列の素子列には、ＶＥ−０＝ＶＥ［Ｖ］の電
圧が印加されるが、他の素子列に対しては、０−０＝０
［Ｖ］かまたはＶＥ−ＶＥ＝０［Ｖ］というように０
［Ｖ］の電圧が印加されることになるわけである。ま
た、たとえば第２列と第５列を同時に駆動させる場合に
は、配線電極Ｅ′１とＥ′２とＥ′６には０［Ｖ］の電
位を、配線電極Ｅ′３とＥ′４とＥ′５にはＶＥ［Ｖ］
の電位を印加すればよい。このように、本実施例におい
ても任意の素子列を選択的に駆動することが可能であ
る。

【０１８６】なお、上記図１９と図２０の電子源におい
ては、図示の便宜上から、表面伝導形電子放出素子をＸ
方向には１列あたり１２素子をならべたが、素子数はこ
れに限るものではなく、より多数を配列してもよい。ま
た、Ｙ方向には５列の素子列を並べたが、素子列の数は
これに限るものではなく、より多数を配列してもよい。

【０１８７】次に、上記の電子源を用いた平板型ＣＲＴ
について例を挙げて説明する。

【０１８８】図２１は前記図１７の電子源を備えた平板
型ＣＲＴのパネル構造を示すための図であり、図中ＶＣ
はガラス製の真空容器で、その一部であるＦＰは表示面
側のフェースプレートを示している。フェースプレート
ＦＰの内面には、たとえばＩＴＯを材料とする透明電極
が形成され、さらに該透明電極上には赤、緑、青の蛍光
体がモザイクもしくはストライプ状に塗り分けられてい
る。図面の複雑化を避けるため、図中では透明電極と蛍
光体を合わせてＰＨとして示している。なお、各色の蛍
光体の間にはＣＲＴの分野では公知のブラックマトリク
スもしくはブラックストライプを設けてもよく、また蛍
光体の上に同じく公知のメタルバック層を形成すること
も可能である。前記透明電極は、電子ビームの加速電圧
を印加できるように端子ＥＶを通じて真空容器外と電気
的に接続されている。

【０１８９】また、Ｓは真空容器ＶＣの底面に固定され
た電子源の基板で、前記図１９で説明したように表面伝
導形電子放出素子が配列形成されている。なお、本実施
例においては１列あたり２００素子が並列に配線された
素子列が２００列設けられている。各素子列の２本の配
線電極は、両側のパネル側面に設けられた電極端子Ｄｐ
１〜Ｄｐ２００およびＤｍ１〜Ｄｍ２００と交互に接続
しており、真空容器外から駆動電気信号が印加できるよ
うになっている。

【０１９０】また、基板ＳとフェースプレートＦＰの中
間には、ストライプ状のグリッド電極ＧＲが設けられて
いる。グリッド電極ＧＲは、前記素子列と直交して（す
なわちＹ方向に沿って）２００本が独立して設けられて
おり、各グリッド電極には電子ビームを通過させるため
の開口Ｇｈが設けられている。開口Ｇｈは各表面伝導形
電子放出素子に対応して１個ずつ円形のものが設けられ
ているが、場合によってはメッシュ状に多数の通過口を
もうけることもある。各グリッド電極は、電子端子Ｇ１
〜Ｇ２００により真空容器外と電気的に接続されてい
る。なお、グリッド電極は表面伝導形電子放出素子から
放出された電子ビームを変調することができるものであ
ればその形状や設置位置は必ずしも図２１のようなもの
でなくともよく、たとえば表面伝導形電子放出素子の周
囲や近傍に設けてもよい。

【０１９１】本表示パネルでは、表面伝導形電子放出素
子の素子列とグリッド電極で２００×２００のＸＹマト
リクスを構成している。したがって、素子列を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とによ
り、各電子ビームの蛍光体への照射を制御し、画像を１
ラインずつ表示していくものである。

【０１９２】つぎに、図２２は前記図２１の表示パネル
を駆動するための電気回路をブロック図として示したも
ので、図２２中１０００は前記図２１の表示パネル、１
００１は外部から入力する複合画像信号をデコードする
ためのデコード回路、１００２はシリ／パラ変換回路、
１００３はラインメモリ、１００４は変調信号発生回
路、１００５はタイミング制御回路、１００６は走査信
号発生回路である。表示パネル１０００の電極端子は各
々電気回路と接続されており、端子ＥＶは１０［ｋＶ］
の加速電圧を発生する電圧源ＨＶと、端子Ｇ１〜Ｇ２０
０は変調信号発生回路１００４と、端子Ｄｐ１〜Ｄｐ２
００は走査信号発生回路１００６と、端子Ｄｍ１〜Ｄｍ
２００はグランドと接続されている。

【０１９３】以下、各部の機能を説明する。まず、デコ
ード回路１００１は外部から入力するたとえばＮＴＳＣ
テレビ信号などの複合画像信号をデコードするための回
路で、複合画像信号から輝度信号成分と同期信号成分を
分離して、前者をＤａｔａ信号としてシリ／パラ変換回
路１００２に、後者をＴｓｙｎｃ信号としてタイミング
制御回路１００５に出力する。すなわち、デコード回路
１００１は、ＲＧＢの各色成分ごとの輝度を表示パネル
１０００のカラー画素配列に合わせて配列しシリ／パラ
変換回路１００２に順次出力する。また、垂直同期信号
と水平同期信号を抽出してタイミング制御回路１００５
に出力する。タイミング制御回路１００５は前記同期信
号Ｔｓｙｎｃを基準にして、各部の動作タイミングを整
合させるための各種タイミング制御信号を発生する。つ
まり、シリ／パラ変換回路１００２に対してはＴｓｐ
を、ラインメモリ１００３に対してはＴｍｒｙを変調信
号発生回路１００４に対してはＴｍｏｄを走査信号発生
回路１００６に対してはＴｓｃａｎを出力する。

【０１９４】シリ／パラ変換回路１００２は、デコード
回路１００１から入力する輝度信号Ｄａｔａをタイミン
グ制御回路１００５より入力されるタイミング信号Ｔｓ
ｐにもとづいて順次サンプリングし、２００個の並列信
号Ｉ１〜Ｉ２００としてラインメモリ１００３に出力す
る。タイミング制御回路１００５は画像の１ライン分の
データがシリ／パラ変換された時点でラインメモリ１０
０３に対して書き込みタイミング制御信号Ｔｍｒｙを出
力する。ラインメモリ１００３はＴｍｒｙを受けるとＩ
１〜Ｉ２００の内容を記憶して、それをＩ′１〜Ｉ′２
００として変調信号発生回路１００４に出力するが、こ
れはラインメモリに次の書き込みタイミング制御信号Ｔ
ｍｒｙが入力されるまで保持される。

【０１９５】変調信号発生回路１００４はラインメモリ
１００３より入力される画像１ライン分の輝度データに
もとづいて、表示パネル１０００のグリッド電極に印加
する変調信号を発生させるための回路であり、タイミン
グ制御回路１００５の発生するタイミング制御信号Ｔｍ
ｏｄに合わせて変調信号端子Ｇ１〜Ｇ２００に同時に印
加する。変調信号は画像の輝度データに応じて電圧の大
きさを変える電圧変調方式を用いるが、輝度データに応
じて電圧パルスの長さを変えるパルス幅変調方式を用い
ることも可能である。

【０１９６】また、走査信号発生回路１００６は表示パ
ネル１０００の表面伝導形電子放出素子の素子列を適宜
駆動するための電圧パルスを発生するための回路であ
る。タイミング制御回路１００５の発生するタイミング
制御信号Ｔｓｃａｎに合わせて適宜内部のスイッチング
回路を切り替え、定電圧源ＤＶの発生する表面伝導形電
子放出素子の閾値を上回る適当な駆動電圧ＶＥ［Ｖ］
か、またはグランドレベル（すなわち０［Ｖ］）かを選
択して端子Ｄｐ１〜Ｄｐ２００に印加するものである。

【０１９７】以上の回路により、表示パネル１０００に
は図２３のタイムチャートに示すタイミングで駆動信号
が印加される。図２３中の（ａ）〜（ｄ）は、走査信号
発生回路１００６から表示パネルの端子Ｄｐ１〜Ｄｐ２
００に印加される信号の一部を示すが、図から分かるよ
う振幅ＶＥ［Ｖ］の電圧パルスが画像の１ライン表示時
間ごとに順次Ｄｐ１、Ｄｐ２、Ｄｐ３・・・の順に印加
されてゆく。一方、端子Ｄｍ１〜Ｄｍ２００は常にグラ
ンドレベル（０［Ｖ］）と接続されているため、上記電
圧パルスにより素子列は第１列目から順次駆動され電子
ビームが出力されていく。

【０１９８】また、これと同期して変調信号発生回路１
００４から同図（ｆ）に点線で示すタイミングで画像の
１ライン分の変調信号が同時に端子Ｇ１〜Ｇ２００に印
加される。走査信号が切り替えられるのと同期して順次
変調信号も切り替えられ、１画面分の画像が表示されて
ゆく。これを連続して繰り返し行うことにより、テレビ
ジョン動画の表示が可能なわけである。

【０１９９】以上、図１９の電子源を備えた平板型ＣＲ
Ｔについて説明したが、次に前記図２０の電子源を備え
た平板型ＣＲＴについて図２２を用いて説明する。

【０２００】図２４の平板型ＣＲＴは、基本的には前記
図２１の平板型ＣＲＴの電子源部を、図２０のタイプで
置き換えたものであり、電子放出素子列とグリッド電極
で２００×２００のＸＹマトリクスを構成している。た
だし、２００列の表面伝導形電子放出素子の配線がＥ１
〜Ｅ２０１の２０１本の配線電極でなされているため、
真空容器にはＥｘ１〜Ｅｘ２０１の２０１本の電極端子
が設けられている。

【０２０１】図２５に本表示パネル１００８を駆動する
駆動回路を示すが、走査信号発生回路１００７を除け
ば、前記Ｇ４図の回路と基本的に同様である。走査信号
発生回路１００７は、定電圧源ＤＶの発生する表面伝導
形電子放出素子の電子放出閾値を上回る適当な駆動電圧
ＶＥ［Ｖ］か、またはグランドレベル（０［Ｖ］）を適
宜選択して表示パネルの端子に出力するが、そのタイミ
ングを図２４のタイムチャートに示す。表示パネルは
（ａ）に示すタイミングで表示動作を行うが、そのため
に電極端子Ｅｘ１〜Ｅｘ４には走査信号発生回路１００
７より（ｂ）〜（ｅ）に示すような駆動信号が印加され
る。そのため、表面伝導形電子放出素子列には（ｆ）〜
（ｈ）のような電圧が印加され、１列ずつ順次駆動され
る。これと同期して、変調信号発生回路１００４からは
（ｉ）のようなタイミングで変調信号が出力され、順次
画像が表示されるものである。

【０２０２】本実施例の画像形成装置も、実施例２と同
様な効果を奏するものであった。

【０２０３】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、電
子放出素子の活性化処理工程により、電子放出部の一部
にグラファイト、あるいはアモルファスカーボン、ある
いはそれらの混合物からなる炭素を主成分とする被膜を
制御して被覆したため、従来、真空中で不明であった電
子放出特性の制御が、可能となった。

【０２０４】より好ましくは、該活性化工程は該薄膜に
炭素を主成分とする被膜を被覆する工程、真空中で該電
子放出素子の一対の電極に電圧制御型負性抵抗特性領域
以上の電圧を印加する工程とすることで、該電子放出部
の一部より高電位側に炭素を主成分とする被膜で被覆す
ることで電子放出素子の駆動初期より特性が安定で、か
つ素子電流が小さく、効率の高い電子放出素子の作成が
可能となった。

【０２０５】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、安定で、かつ、歩どまりよく作成
できるようになった。また、効率の向上により、消費電
力が少なく周辺回路等の負担も軽減され安価な装置が提
供できた。

【０２０６】また、画像形成装置においては、安定で制
御された電子放出特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、低
電流で明るい高品位な画像形成装置、例えばカラーフラ
ットテレビが実現された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る基本的な表面伝導型電子放出素子
の構成を示す図。

【図２】本発明に係る表面伝導型電子放出素子の基本的
な製造方法を説明するための図。

【図３】本発明に係る表面伝導型電子放出素子の特性評
価に用いる測定評価装置の図。

【図４】本発明に係るフォ−ミング処理における電圧波
形の一例を示す図。

【図５】本発明に係る表面伝導型電子放出素子の素子電
流及び放出電流の活性化処理時間に対する依存性を示す
図。

【図６】本発明に係る表面伝導型電子放出素子の活性化
処理による形態変化を示す図。

【図７】本発明に係る表面伝導型電子放出素子の放出電
流、素子電流、及び素子電圧の関係の典型例を示す図。

【図８】本発明に係る電子源基板の構成を示す図。

【図９】本発明に係る画像形成装置の基本構成を示す
図。

【図１０】図１０の画像形成装置に用いられる蛍光膜を
示す図。

【図１１】本発明の実施例１の表面伝導型電子放出素子
を示す図。

【図１２】本発明に係る基本的な表面伝導型電子放出素
子の別の態様の構成を示す図。

【図１３】本発明の実施例２の電子源の構成の一部を示
す図。

【図１４】図１３のＡ−Ａ'断面図。

【図１５】本発明の実施例２の電子源の製造工程を説明
するための断面図。

【図１６】本発明の実施例２の電子源の製造工程を説明
するための断面図。

【図１７】本発明の実施例３の表示装置を説明するため
の図。

【図１８】従来の表面伝導型電子放出素子の構成を示す
図。

【図１９】本発明の実施例４の画像形成装置の電子源基
板の概略構成図。

【図２０】本発明の実施例４の画像形成装置の電子源基
板の概略構成図。

【図２１】本発明の実施例４の画像形成装置におけるパ
ネル構成図。

【図２２】本発明の実施例４の画像形成装置を駆動する
ための電気回路を説明するためのブロック図。

【図２３】本発明の実施例４の画像形成装置の駆動を説
明するためのタイムチャ−ト図。

【図２４】本発明の実施例４の画像形成装置におけるパ
ネル構成図。

【図２５】本発明の実施例４の画像形成装置を駆動する
ための電気回路を説明するためのブロック図。

【図２６】本発明の実施例４の画像形成装置の駆動を説
明するためのタイムチャ−ト図。

【符号の説明】 １ 基板 ２ 電子放出部形成用薄膜 ３ 電子放出部 ４ 電子放出部を含む薄膜 ５，６ 素子電極 ８４，７４ 電子放出素子 ８２，８３ 配線 ８５ 結線 ９１ リヤプレ−ト ９２ 支持枠 ９３ 透明基板 ９４ 蛍光膜 ９５ メタルバック ９６ フェースプレート ９８ 外囲器 １４１ 層間絶縁層 １４２ コンタクトホール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鱸 英俊 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 (72)発明者 坂野 嘉和 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） 5C127 AA01 CC12 DD38 DD82 DD84 DD94 EE02

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する電極間に、電子放出部を含む導
   電性膜を有する電子放出素子の製造方法において、素子
   の活性化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。
2. 【請求項２】 前記活性化工程は、前記素子に炭素を主
   成分とする堆積物を堆積させる工程である請求項１に記
   載の電子放出素子の製造方法。
3. 【請求項３】 前記活性化工程は、真空中にて、電極間
   に設けられた導電性膜に電圧を印加する工程を有する請
   求項２に記載の電子放出素子の製造方法。
4. 【請求項４】 前記電圧は、パルス状で印加される請求
   項３に記載の電子放出素子の製造方法。
5. 【請求項５】 前記電圧は、電圧制御型負性抵抗特性領
   域以上の電圧である請求項４に記載の電子放出素子の製
   造方法。
6. 【請求項６】 前記電圧は、電子放出素子の駆動電圧で
   ある請求項５に記載の電子放出素子の製造方法。
7. 【請求項７】 更に、フォーミング工程を有する請求項
   １に記載の電子放出素子の製造方法。
8. 【請求項８】 前記フォーミング工程は、電極間に設け
   られた導電性膜に、高抵抗部を形成する工程である請求
   項７に記載の電子放出素子の製造方法。
9. 【請求項９】 前記活性化工程は、前記フォーミング工
   程の後に行われる請求項１に記載の電子放出素子の製造
   方法。
10. 【請求項１０】 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９
    のいずれかの製造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。
11. 【請求項１１】 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１０
    の製造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。