JP3135118B2 - 電子源形成用基板、電子源及び画像形成装置並びにそれらの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子源の形成に用
いられる電子源形成用基板と、該基板を用いた電子源並
びに画像形成装置、及び、それらの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子放出素子としては大別し
て熱電子放出素子と冷陰極電子放出素子を用いた２種類
のものが知られている。冷陰極電子放出素子には電界放
出型（以下、「ＦＥ型」という。）、金属／絶縁層／金
属型（以下、「ＭＩＭ型」という。）や表面伝導型電子
放出素子等がある。ＦＥ型の例としてはW. P. Dyke &
W. W. Dolan,“Field emission”,Advance in Electoro
n Physics,8,89(1956)あるいはC. A. Spindt,“Physica
l Properties of Thin-Film Field Emission Cathodes
with Molybdenium Cones”,J.Appl.Phys.,47,5248(197
6)等に開示されたものが知られている。ＭＩＭ型の例と
しては、C. A. Mead,“Operation of Tunnel-Emission
Devices”,J.Apply.Phys.,32,646(1961)等に開示された
ものが知られている。表面伝導型電子放出素子型の例と
しては、M. I. Elinson, Recio Eng. Electron Phys.,1
0,1290,(1965)等に開示されたものがある。表面伝導型
電子放出素子は、基板上に形成された小面積の薄膜に、
膜面に平行に電流を流すことにより、電子放出が生ずる
現象を利用するものである。この表面伝導型電子放出素
子としては、前記エリンソン等によるＳｎＯ₂ 薄膜を用
いたもの、Ａｕ薄膜によるもの[G. Dittmer:“Thin Sol
id Films”,9,317(1972)]、Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 薄膜
によるもの[M. Hartwell and C. G. Fonstad:“IEEE Tr
ans. 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（１９
８３）］等が報告されている。

【０００３】上記のような電子放出素子を、基板上に配
置して構成された電子源を、内部を真空に保持した外囲
器中に保持して利用する為には、該電子源と外囲器、そ
の他の部材とを接合する必要がある。この接合は、フリ
ットガラスを用いて加熱、融着して行うのが一般的であ
る。この時の加熱温度は、４００〜５００℃程度が典型
的で、時間は外囲器の大きさなどによって異なるが、１
０分〜１時間程度が典型的である。

【０００４】尚、外囲器の材質としては、フリットガラ
スによる接合が容易で確実であるという点と比較的安価
であるという点から、青板ガラスを用いる事が好まし
い。また、Ｎａの一部をＫに置換して歪み点を上昇させ
た高歪み点ガラスもフリット接続が容易であるため、好
ましく用いることができる。また、上記電子源の基板に
関してもその材質は、外囲器との接合の確実性から、同
様に青板ガラス、あるいは上記の高歪み点ガラスを用い
る事が好ましい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記青板ガラスには成
分としてアルカリ金属元素、特にＮａがＮａ₂ Ｏとして
大量に含有されている。Ｎａ元素は熱による拡散が生じ
易いため、プロセス中で高温にさらされると、青板ガラ
ス上に形成された各種部材、特に、電子放出素子を構成
する部材中にＮａが拡散し、その特性を変化させる場合
がある。

【０００６】また、上記のようなＮａによる影響は、電
子源の基板として上述の高歪み点ガラスを用いた場合、
Ｎａ含有量が少ない分、程度は緩和されるが発生する場
合があることが分かった。

【０００７】以上のようなＮａの影響を低減する手段と
して、例えば、特開平１０−２４１５５０号公報、ＥＰ
−Ａ−８５０８９２号公報には、Ｎａを含有する基板の
少なくとも電子放出素子が配置される側の表層領域の該
Ｎａの含有濃度が、他の領域よりも小さくなっている電
子源形成用の基板、更には、リン含有層を有する電子源
形成用の基板が開示されている。また一方では、電子源
が形成される基板は通常絶縁材料よりなるため、電子を
放出させる為に使用する高電圧の印加された状態で駆動
する場合においては、基板の露出している部分でチャー
ジアップ現象が生じ、このチャージアップへの対策が何
ら採られていない場合には、安定に長時間駆動する事が
困難になってしまったり、電子源から放出される電子の
軌道が乱されてしまい電子放出特性が経時的に変化する
場合がある 以上のようなチャージアップによる影響を低減する手段
として、例えば、ＵＳＰ４，９５４，７４４号公報、あ
るいは、特開平８−１８０８０１号公報には、基板表面
あるいは電子放出素子表面を１０⁸ 〜１０¹⁰Ω／□のシ
ート抵抗を有する帯電防止膜で被覆することが開示され
ている。

【０００８】そこで本発明は、電子放出素子の電子放出
特性の経時的変化が低減される電子源形成用基板及びそ
の製造方法を提供することを目的とする。

【０００９】また、本発明は、電子放出素子の電子放出
特性の経時的変化が低減された電子源とその電子源を用
いた画像形成装置、更には、それらの製造方法を提供す
ることを目的とする。

【００１０】また、本発明は、複数の電子放出素子間で
の電子放出特性のばらつきが低減される電子源形成用基
板及びその製造方法を提供することを目的とする。

【００１１】また、本発明は、複数の電子放出素子間で
の電子放出特性のばらつきが低減された電子源とその電
子源を用いた画像形成装置、更には、それらの製造方法
を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による電子源形成
用基板は、電子放出素子が配置される電子源形成用基板
であって、Ｎａを含有する基板と、該基板上に形成され
た、ＳｉＯ₂を主成分とする第１の層と、該第１の層上
に形成された、ＳｉＯ ₂ と電子伝導性酸化物とを含有す
る第２の層とを有することを特徴とする。

【００１３】

【００１４】

【００１５】更に、本発明による電子源形成用基板は、
上記の電子源形成用基板において、前記第１の層は、
Ｐ，Ｂ，Ｇｅからなる元素群から選ばれる少なくとも一
種の元素を含有していることを特徴とする。

【００１６】更に、本発明による電子源形成用基板は、
電子放出素子が配置される電子源形成用基板であって、
Ｎａを含有する基板と、該基板上に形成された、電子伝
導性酸化物を含有する第２の層と、該第２の層上に形成
された、ＳｉＯ ₂ を主成分とする第１の層とを有するこ
とを特徴とする。

【００１７】更に、本発明による電子源形成用基板は、
上記の電子源形成用基板において、前記第２の層は、Ｓ
ｉＯ₂をその構成成分として含有していることを特徴と
する。

【００１８】更に、本発明による電子源形成用基板は、
上記の電子源形成用基板において、前記第１の層は、
Ｐ，Ｂ，Ｇｅからなる元素群から選ばれる少なくとも一
種の元素を含有していることを特徴とする。

【００１９】更に、本発明による電子源形成用基板は、
上記の電子源形成用基板において、前記電子放出素子
は、前記第１または第２の層上に配置される、電子放出
部を有する導電性膜と、該導電性膜に接続された一対の
電極とを備える電子放出素子であることを特徴とする。

【００２０】本発明による電子源は、上記の基板と、該
基板の前記第１の層または前記第２の層上に配置された
電子放出素子とを備えることを特徴とする。

【００２１】また、本発明による電子源は、上記の基板
と、該基板の前記第１の層または前記第２の層上に配置
された複数の電子放出素子とを備えることを特徴とす
る。

【００２２】更に、本発明による電子源は、上記の基板
と、該基板の前記第１の層または前記第２の層上に配置
された複数の電子放出素子と、該複数の電子放出素子を
マトリクス配線した複数の行方向配線及び複数の列方向
配線とを備えることを特徴とする。

【００２３】更に、本発明による電子源は、上記の電子
源において、前記電子放出素子は、前記第１または第２
の層上に配置される、電子放出部を有する導電性膜と、
該導電性膜に接続された一対の電極とを備える電子放出
素子であることを特徴とする。

【００２４】本発明による画像形成装置は、上記の電子
源と、該電子源から放出される電子の照射により画像を
形成する画像形成部材とを備えることを特徴とする。

【００２５】本発明による電子源形成用基板の製造方法
は、電子放出素子が形成される電子源形成用基板の製造
方法であって、Ｎａを含有する基板上に、ＳｉＯ₂を主
成分とする第１の層を形成し、該第１の層上に、ＳｉＯ
₂ と電子伝導性酸化物とを含有する第２の層を形成する
ことを特徴とする。また本発明による電子源形成用基板
の製造方法は、電子放出素子が形成される電子源形成用
基板の製造方法であって、Ｎａを含有する基板上に、電
子伝導性酸化物を含有する第２の層を形成し、該第２の
層上に、ＳｉＯ ₂ を主成分とする第１の層を形成するこ
とを特徴とする。

【００２６】また、本発明による電子源形成用基板の製
造方法は、上記の電子源形成用基板の製造方法におい
て、前記第1及び第2の層の形成は、化学的成膜法により
行われることを特徴とする。

【００２７】更に、本発明による電子源形成用基板の製
造方法は、上記の電子源形成用基板の製造方法におい
て、前記第1及び第2の層の形成は、原料ソースとして有
機珪素化合物を用いてＣＶＤ法により成膜する工程と、
原料ソースとして、前記有機珪素化合物に加え電子伝導
性酸化物を形成するための有機金属化合物を用いてＣＶ
Ｄ法により成膜する工程とを有することを特徴とする。

【００２８】更に、本発明による電子源形成用基板の製
造方法は、上記の電子源形成用基板の製造方法におい
て、前記第1及び第2の層の形成は、有機珪素化合物を含
むコート層を形成する工程と有機珪素化合物及び電子伝
導性酸化物粒子を含むコート層を形成する工程と、前記
両コート層を加熱する工程とを有することを特徴とす
る。

【００２９】本発明による電子源の製造方法は、Ｎａを
含有する基板上に、ＳｉＯ₂を主成分とする第１の層を
形成し、該第１の層上に、ＳｉＯ ₂ と電子伝導性酸化物
とを含有する第２の層を形成する工程と、前記第２の層
上に電子放出素子を形成する工程とを有することを特徴
とする。また本発明による電子源の製造方法は、Ｎａを
含有する基板上に、電子伝導性酸化物を含有する第２の
層を形成し、該第２の層上に、ＳｉＯ ₂ を主成分とする
第１の層を形成する工程と、前記第１の層上に電子放出
素子を形成する工程とを有することを特徴とする。

【００３０】また、本発明による電子源の製造方法は、
上記の電子源の製造方法において、前記電子放出素子は
炭素膜を有する電子放出素子であって、該電子放出素子
が、前記電子伝導性酸化物としてＩｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｒ
ｅの中から選ばれる少なくとも一種の元素の酸化物を含
有する第2の層上に形成されることを特徴とする。

【００３１】更に、本発明による電子源の製造方法は、
上記の電子源の製造方法において、前記電子放出素子は
炭素膜を有する電子放出素子であり、前記第2の層がＳ
ｉＯ₂を含有する層であって、該電子放出素子が、該第2
の層上に形成されることを特徴とする。

【００３２】更に、本発明による電子源の製造方法は、
上記の電子源の製造方法において、前記電子放出素子は
炭素膜を有する電子放出素子であって、該電子放出素子
が、前記ＳｉＯ₂を主成分とする第１の層上に形成され
ることを特徴とする。

【００３３】本発明による画像形成装置の製造方法は、
電子源と、該電子源から放出される電子の照射により画
像を形成する画像形成部材とを備える画像形成装置の製
造方法であって、前記電子源が上記のいずれかの方法に
て製造されることを特徴とする。

【００３４】以下、本発明について更に詳述する。

【００３５】本発明において、ＳｉＯ₂ を主成分とする
第1の層及び電子伝導性酸化物を含有する第2の層が形成
される基板は、Ｎａを含有する基板全てを対象とするも
のであるが、好ましくは、主成分としてＳｉＯ₂を５０
〜７５重量％、Ｎａを２〜１７重量％含有するガラス基
板である。

【００３６】また、本発明において、上記第1の層及び
上記第2の層は、上記Ｎａ含有基板上にまず第1の層が形
成され、続いて、該第1の層上に第2の層が形成されてい
る場合と、上記Ｎａ含有基板上にまず第2の層が形成さ
れ、続いて、該第2の層上に第1の層が形成されている場
合の両方の場合を含む。

【００３７】また、本発明において、電子伝導性とはイ
オン伝導性に対して用いられたもので、電子伝導性材料
を含有する層を設けることは以下の利点を有する。

【００３８】即ち、電子伝導性材料を含有する層を基板
に設けることにより、基板表面は電気伝導性を示すよう
になり、チャージアップによる駆動中の不安定性を抑制
することができる。この電気伝導性を得るために、イオ
ン伝導性材料を用いると、駆動にかかわる電圧が印加さ
れる事により、長時間電圧が印加されるうちにイオンが
移動し、その結果該イオンが偏析し、電子源特性を不安
定にすることがある。これはイオンの移動に要する時間
が大きいために、例えば駆動に関わりパルス状に電圧を
印加する場合においては、パルスとパルスの間、即ち休
止時間内にイオンの移動が完全に復元されないために生
ずるものと考えられる。このようなイオンの偏析が電子
源特性に影響をもたらす。従って、本発明のように基板
が電子伝導性材料を含有する層を有し、その伝導が主に
電子伝導による場合においては、イオンの偏析がほとん
ど生じず、上述の電子源特性にもたらす影響を回避でき
る。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の好ましい実施形態について説明する。

【００４０】まず、図１は、電子源形成用基板の第1の
実施形態を示す断面図である。図１において、１はＮａ
を含有する、例えば、青板ガラス、あるいは、Ｎａの一
部をＫに置換して歪み点を上昇させた高歪み点ガラスな
どの基板、６はＳｉＯ₂ を主成分とした第１の層、７は
該第１の層上に形成された電子伝導性酸化物を含有した
第２の層である。

【００４１】ここで、図１に示された本実施形態の電子
源形成用基板は、第２の層７上に電子放出素子が形成さ
れる。そこで、ＳｉＯ₂ を主成分とした第１の層6は、
主として、電子放出素子を構成する部材へのＮａの拡散
をブロックする目的で設けられた層であり、図1に示し
たように、Ｎａを含有する基板1上に形成することで、
基板1からのＮａ拡散を抑制する効果を有する。第１の
層6の厚さは、上記のＮａ拡散を抑制する効果の点で、
３００ｎｍ以上とされるのが好ましく、また、膜の応力
によるクラックの発生や膜はがれを防止するという点
で、更に３μｍ以下とされるのが特に好ましい。また、
第1の層に、Ｐ，Ｂ，Ｇｅのうち少なくとも一種以上の
元素が添加されていることは、第1の層の膜応力を緩和
することができるので、上記膜の応力によるクラックの
発生や膜はがれを生じることなく第1の層を比較的より
厚く形成することができるので好ましい。

【００４２】また、第２の層７は、電子伝導性酸化物を
含有した層であり、電子放出素子が形成される基板表面
の帯電を防止する目的で設けられた層である。この第２
の層7は電子伝導性を示すため、基板表面のチャージア
ップを抑制し、該第2の層７上に配置される電子放出素
子の安定した電子放出特性を得ることができる。第２の
層7の膜厚は特に規定されないが、基板表面のシート抵
抗値が１０⁸Ω/□〜１０^{1 3}Ω/□の範囲内とされること
がより十分な上記効果を得る上で特に好ましい。また、
第2の層７に含有される電子伝導性酸化物としては、例
えば、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓ
ｂ，Ｒｅから選ばれる少なくとも一種以上の元素の酸化
物粒子である。また、下層である第1の層６がＳｉＯ₂を
主成分とする層であることからこの第2の層７もまたＳ
ｉＯ₂を主成分とする層であることが好ましい。

【００４３】次に、図２は、電子源形成用基板の第２の
実施形態を示す断面図である。本実施形態においては、
上述した第1の実施形態における第1の層６と第2の層７
の積層順が異なっており、図２に示すように、第1の層
６が、基板１上に形成された第2の層の上に形成されて
いる。

【００４４】図２において、１はＮａを含有する、例え
ば、青板ガラス、あるいは、Ｎａの一部をＫに置換して
歪み点を上昇させた高歪み点ガラスなどの基板、７は該
Ｎａを含有する基板上に形成された電子伝導性酸化物を
含有した第２の層、６は該第2の層上に形成されたＳｉ
Ｏ₂ を主成分とした第１の層、である。

【００４５】まず、Ｎａを含有する基板１上に配置され
る第2の層７は、電子伝導性酸化物を含有した層であ
り、電子放出素子が形成される基板表面の帯電を防止す
る目的で設けられた層である。この第２の層7は電子伝
導性を示すため、基板表面のチャージアップを抑制し、
以下で述べる第１の層６上に配置される電子放出素子の
安定した電子放出特性を得ることができる。第２の層7
の膜厚は特に規定されないが、基板表面のシート抵抗値
が１０⁸Ω/□〜１０¹³Ω/□の範囲内とされることがよ
り十分な上記効果を得る上で特に好ましい。また、第2
の層７に含有される電子伝導性酸化物としては、上述の
第1の実施形態と同様に、例えば、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕ，
Ｐｄ，Ｉｒ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｒｅから選ばれる少な
くとも一種以上の元素の酸化物粒子である。また、上層
である第1の層６が、以下に述べる通りＳｉＯ₂を主成分
とする層であることからこの第2の層７もまたＳｉＯ₂を
主成分とする層であることが好ましい。

【００４６】また、本実施形態の電子源形成用基板は、
上記第2の層７上に形成される第1の層６上に電子放出素
子が配置される。そこで、ＳｉＯ₂ を主成分とした第１
の層6は、主として、電子放出素子を構成する部材への
Ｎａの拡散をブロックする目的で設けられた層であり、
図２に示したように、Ｎａを含有する基板１上の第2の
層７の上に形成することで、基板1からのＮａ拡散を抑
制する効果を有する。第１の層6の厚さは、上述した第1
の実施形態に比べ、基板１から第２の層7を拡散してき
た低濃度のＮａをブロックすればよいためより薄く形成
することができるが、上記のＮａ拡散を抑制する効果の
点、更には、上述した第2の層７中に含有される酸化物
粒子による電子放出素子が配置される基板表面での凹凸
を低減する上で、５０ｎｍ以上とされるのが好ましい。
また、電子放出素子が配置される基板表面のシート抵抗
値が上記の好ましい範囲内とされる上で第1の層６の厚
さは３００ｎｍ以下とされるのが特に好ましい。また、
第1の層に、Ｐ，Ｂ，Ｇｅのうち少なくとも一種以上の
元素が添加されていることは、上述の第1の実施形態と
同様に、第1の層の膜応力を緩和することができるの
で、上記膜の応力によるクラックの発生や膜はがれを生
じることなく第1の層を比較的より厚く形成することが
できるので好ましい。

【００４７】次に、図３の（ａ），（ｂ）及び図４の
（ａ），（ｂ）を用いて、上述の電子源形成用基板を用
いた電子源の実施形態について説明する。

【００４８】まず、図３の（ａ），（ｂ）は、電子源の
第1の実施形態を示す模式図であり、図３の（ａ）は平
面図、図３の（ｂ）は断面図である。本実施形態の電子
源は、上述の図１にて示された電子源形成用基板を用い
て構成された電子源であり、図３の（ａ），（ｂ）にお
いて１，６，７はそれぞれ上述の、Ｎａを含有する基
板、ＳｉＯ₂ を主成分とした第１の層、電子伝導性酸化
物を含有した第２の層である。 本実施形態の電子源
は、第2の層７上に電子放出素子が配置されている。こ
こで、電子放出素子は、例えば、一対の電極と、該一対
の電極間に配置された、電子放出部を有する導電性膜と
を備える電子放出素子であって、本実施形態において
は、図3の（ａ），（ｂ）に示されるように、間隙５を
隔てて配置された一対の導電性膜４と、一対の導電性膜
４にそれぞれ電気的に接続された一対の素子電極２，３
とを備える表面伝導型電子放出素子が用いられている。
尚、図3の（ａ），（ｂ）に示される表面伝導型電子放
出素子は、導電性膜４上に炭素膜を有する形態の素子で
あることがより好ましい。

【００４９】また、図４の（ａ），（ｂ）は、電子源の
第2の実施形態を示す模式図であり、図４の（ａ）は平
面図、図４の（ｂ）は断面図である。本実施形態の電子
源は、上述の図２にて示された電子源形成用基板を用い
て構成された電子源であり、図４の（ａ），（ｂ）にお
いて１，６，７はそれぞれ上述の、Ｎａを含有する基
板、ＳｉＯ₂ を主成分とした第１の層、電子伝導性酸化
物を含有した第２の層である。本実施形態の電子源は、
第１の層６上に電子放出素子が配置されており、本実施
形態における電子放出素子もまた図３の（ａ），（ｂ）
で示された第1の実施形態の電子源と同様の素子であ
る。

【００５０】ここで、電子源の第1及び第2の実施形態に
おいて用いられた表面伝導型電子放出素子について以下
に詳述する。

【００５１】まず、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、例えば、
Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃ
ｕ，Ｐｄ等の金属或は合金、または、Ｐｄ，Ａｇ，Ａ
ｕ，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の印刷導体、または、Ｉｎ₂ Ｏ₃
−ＳｎＯ₂ 等の透明導電体、または、ポリシリコン等の
半導体導体材料等から適宜選択することができる。

【００５２】また、導電性膜４構成する材料としては、
Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃ
ｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｄ等の金属、また
は、ＰｄＯ，ＳｎＯ₂，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ，ＰｂＯ，Ｓｂ₂ Ｏ₃
等の酸化物等の中から適宜選択することができる。

【００５３】導電性膜４は、良好な電子放出特性を得る
ために、１ｎｍ〜２０ｎｍの範囲内の粒径を有する複数
の微粒子で構成された微粒子膜であることが好ましい。
また、導電性膜４の膜厚は、好ましくは１ｎｍ〜５０ｎ
ｍの範囲とするのが良い。

【００５４】また、間隙５は、例えば、素子電極２，３
間に跨って形成された導電性膜に、後述するフォーミン
グ処理で亀裂を形成することにより形成される。

【００５５】また、上述した通り、導電性膜４上には炭
素膜が形成されていることが、電子放出特性の向上及び
電子放出特性の経時的変化の低減のうえで好ましい。

【００５６】この炭素膜は、例えば、図５の（ａ），
（ｂ）に示されるように形成される。ここで図５の
（ａ）は炭素膜を有する表面伝導型電子放出素子の導電
性膜の間隙部付近を拡大した模式的平面図、図５の
（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図である。図５に示されるよ
うに、炭素膜を有する表面伝導型電子放出素子は、上記
一対の導電性膜４で形成される間隙５よりも狭い間隙８
を形成するように、該導電性膜４に接続されて、間隙５
内の基板１０上及び導電性膜４上に炭素膜９を有してい
る。また、図６の（ａ），（ｂ）に示すように、一対の
導電性膜４の、間隙５に面する両端に、上記同様に炭素
膜９を有する形態であっても上記同様の効果を奏する。

【００５７】次に、図７を参照しながら、図３の
（ａ），（ｂ）で示された上述の電子源の製造方法の一
例について説明する。

【００５８】１）青板ガラス、高歪み点ガラスなどのＮ
ａ含有基板１を洗剤、純水および有機溶剤等を用いて十
分に洗浄し、かかる基板１上に第１の層６を形成する。
ここで第１の層6の形成法としては、スパッタ法、真空
蒸着法等の物理的成膜法を用いることができるが、化学
的成膜法を用いるのが好ましい。化学的成膜法とは、そ
の成膜元素を含む化合物（出発材料）を用い、化学反応
を経て成膜する方法であり、有機化合物の焼成、ＣＶＤ
法等が一般に知られている。これらの方法によれば、比
較的容易に厚い膜が得られる、凹凸表面を平但化でき
る、といった利点を有する。第1の層６の出発材料とし
ては、その主成分となる珪素の化合物が用いられるが、
この珪素の化合物に、リン化合物、ホウ素化合物、ゲル
マニウム化合物を添加、あるいは同時に導入すること
で、上述したＰ，Ｂ，Ｇｅが添加された層を形成するこ
とができる。

【００５９】続いて、この第1の層６の上に第２の層７
を形成する。

【００６０】ここで第２の層７の形成法としては、上記
物理的成膜法や微粒子分散塗布法等を用いてもよいが、
第１の層6の形成法と同じ化学的成膜法を用いると、上
記第1の層６の形成に続けて連続的に形成できるため好
ましい。例として、第１の層6をその出発材料として珪
素の化合物を用いＣＶＤ法で成膜し、続いて、出発材料
として、上記珪素の化合物に代えて電子伝導性酸化物と
なる化合物のソースに切り替えて、第２の層７を連続成
膜することができる。また、第1の層６をその出発材料
として珪素の化合物を用いＣＶＤ法で成膜し、続いて、
出発材料として、上記珪素の化合物に加えて電子伝導性
酸化物となる化合物のソースを導入して、第2の層７を
連続成膜することは、その表面に電子放出素子が形成さ
れる第2の層７にＳｉＯ₂が含有されるため、特に、電子
放出素子が表面伝導型電子放出素子である場合には、後
述する活性化が促進され、活性化処理時間の短縮、電子
放出特性の向上がなされる。また、第2の層７に含有さ
れる電子伝導性酸化物が、とりわけＩｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，
Ｒｅの少なくとも一種の元素を含む酸化物である場合に
も、Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｒｅは上記活性化の促進作用を
有するので上記同様の効果を奏する。

【００６１】以上のようにして、基板１上に、第1の層
６、第2の層７がこの順にて積層された電子源形成用基
板が作成される（図７の（ａ））。

【００６２】次に、上記電子源形成用基板上に電子放出
素子、とりわけ、表面伝導型電子放出素子が形成され
る。

【００６３】２）まず、真空蒸着法、スパッタ法等によ
り素子電極材料を堆積後、例えばフォトリソグラフィー
技術を用いて第2の層７表面に素子電極２，３を形成す
る（図７の（ｂ））。

【００６４】３）素子電極２，３を設けた第２の層７上
に、有機金属溶液を塗布して、有機金属薄膜を形成す
る。有機金属溶液には、前述の導電性膜４の材料の金属
を主元素とする有機金属化合物の溶液を用いることがで
きる。有機金属薄膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エ
ッチング等によりパターニングし、導電性膜４を形成す
る（図７の（ｃ））。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
れるものでなく、真空蒸着法、スパッタ法、化学的気相
堆積法、分散塗布法、ディッピング法、スピンナー法等
を用いることもできる。

【００６５】４）つづいて、フォーミング工程を施す。
このフォーミング工程の方法の一例として通電処理によ
る方法を説明する。素子電極２，３間に、不図示の電源
を用いて、通電を行うと、導電性膜４に、間隙５が形成
される（図７の（ｄ））。通電フォーミングの電圧波形
の例を図８に示す。

【００６６】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８の（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８の（ｂ）に示し
た手法がある。

【００６７】図８の（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１μｓ
ｅｃ．〜１０ｍｓｅｃ．、Ｔ2 は、１０μｓｅｃ．〜１
０ｍｓｅｃ．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、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。

【００６８】図８の（ｂ）におけるＴ1 及びＴ2 は、図
８の（ａ）に示したのと同様とすることができる。三角
波の波高値（通電フォーミング時のピーク電圧）は、例
えば０．１Ｖ／ステップ程度づつ、増加させることがで
きる。通電フォーミング処理の終了は、パルス間隔Ｔ2
中に、例えば０．１Ｖ程度の電圧を印加し、この時に流
れる素子電流を測定し、抵抗値を求めて、１ＭΩ以上の
抵抗を示した時、通電フォーミングを終了させる。

【００６９】５）フォーミングを終えた素子に活性化工
程と呼ばれる処理を施すのが好ましい。活性化工程と
は、この工程により、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、
著しく変化する工程である。活性化工程は、例えば、有
機物質のガスを含有する雰囲気下で、通電フォーミング
と同様に、パルスの印加を繰り返すことで行うことがで
きる。この雰囲気は、例えば油拡散ポンプやロータリー
ポンプなどを用いて真空容器内を排気した場合に雰囲気
内に残留する有機ガスを利用して形成することができる
他、イオンポンプなどにより一旦十分に排気した真空中
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物質のガス圧は、前述の
応用の形態、真空容器の形状や、有機物質の種類などに
より異なるため場合に応じ適宜設定される。適当な有機
物質としては、アルカン、アルケン、アルキンの脂肪族
炭化水素類、芳香族炭化水素類、アルコール類、アルデ
ヒド類、ケント類、アミン類、フェノール、カルボン、
スルホン酸等の有機酸類等を挙げることが出来、具体的
には、メンタ、エタン、プロパンなどＣ_nＨ_2n+2で表さ
れる飽和炭化水素、エチレン、プロピレンなどＣ_nＨ_2n
等の組成式で表される不飽和炭化水素、ベンゼン、トル
エン、メタノール、エタノール、ホルムアルデヒド、ア
セトアルデヒド、アセトン、メチルエチルケトン、メチ
ルアミン、エチルアミン、フェノール、蟻酸、酢酸、プ
ロピオン酸等あるいはこれらの混合物が使用できる。こ
の処理により、雰囲気中に存在する有機物質から、炭素
膜が素子上に堆積し、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、
著しく変化するようになる。

【００７０】活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉｆと
放出電流Ｉｅを測定しながら、適宜行う。尚パルス幅、
パルス間隔、パルス波高値などは、適宜設定される。

【００７１】上記炭素膜は、例えばグラファイト（いわ
ゆるＨＯＰＧ，ＰＧ，ＧＣを包含する、ＨＯＰＧはほぼ
完全なグラファイトの結晶構造、ＰＧは結晶粒が２０ｎ
ｍ程度で結晶構造がやや乱れたもの、ＧＣは結晶粒が２
ｎｍ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）の膜であり、その膜厚は、５０ｎｍ
以下の範囲とするのが好ましく、３０ｎｍ以下の範囲と
することがより好ましい。

【００７２】以上のようにして、図３の（ａ），（ｂ）
で示された電子源が製造される。

【００７３】次に、図４の（ａ），（ｂ）で示された電
子源の製造方法の一例について以下に述べる。

【００７４】１）青板ガラス、高歪み点ガラスなどのＮ
ａ含有基板製の基体１を洗剤、純水および有機溶剤等を
用いて十分に洗浄し、かかる基板１上に、第２の層７
を、該第2の層上に第1の層６をそれぞれ以下の手順で順
次形成する。まず、上述した電子伝導性酸化物の粒子を
基板1上に分散塗布する。このとき、上記分散溶液中
に、珪素化合物を混入させておくことにより上述したＳ
ｉＯ₂を主成分とする第2の層７を形成することができ
る。続いて、上記分散散溶媒を乾燥させた後、その上
に、第１の層6の出発原料である珪素化合物、例えば有
機珪素を含有する溶液を塗布する。このとき第1の層６
の出発原料である上記珪素化合物に、リン化合物、ホウ
素化合物、あるいは、ゲルマニウム化合物を添加するこ
とで、上述したＰ，Ｂ，あるいはＧｅが添加された第１
の層６を形成することができる。その後、基板1ごとオー
ブンで加熱焼成し、基板1上に第２の層７と第１の層６
を形成することができる。この手法は、特に、酸化物粒
子を含む第２の層７の表面が凹凸を有するため、第１の
層6を上記方法で更に形成することによって、電子源形
成用基板の表面が比較的平坦となり、電子放出素子を形
成し易くするため好ましく用いられる。また、電子放出
素子が上述の表面伝導型電子放出素子のように、膜状の
導電性部材（導電性膜）を有する場合には、かかる凹凸
により段差切れを起こす可能性があるので、上記第1の層
６を設けることがより好ましい。また、第1の層６がＳ
ｉＯ₂を主成分とすることから、表面伝導型電子放出素
子の前述した活性化が促進され、活性化処理時間の短
縮、電子放出特性の向上がなされる。以上のようにし
て、基板１上に、第２の層７、第１の層６がこの順にて
積層された電子源形成用基板が作成される。

【００７５】次に、上記電子源形成用基板上に電子放出
素子、とりわけ、表面伝導型電子放出素子が形成され
る。この表面伝導型電子放出素子の形成は、上述した同
様の方法によりなされる。

【００７６】以上述べた電子源形成用基板を用いて形成
された電子源の別の実施形態として、複数の電子放出素
子が配列された電子源、及びその電子源を用いた画像形
成装置の例について以下に説明する。

【００７７】図9は、上述した図１または図２で示され
る電子源形成用基板上に複数の電子放出素子がマトリク
ス配線された電子源を示す模式図である。図９におい
て、７１は基板であり、上記の第１の層と第２の層が予
め設けられている。７２は行方向配線、７３は列方向配
線である。また、７６は電子放出素子、７５は結線であ
る。

【００７８】ｍ本の行方向配線７２は、Ｄｘ１，Ｄｘ
２，…，Ｄｘｍからなり、真空蒸着法、印刷法、スパッ
タ法等を用いて形成された導電性金属等で構成すること
ができる。列方向配線７３は、Ｄｙ１，Ｄｙ２，…，Ｄ
ｙｎのｎ本の配線よりなり、行方向配線７２と同様に形
成される。これらｍ本の行方向配線７２とｎ本の列方向
配線７３との間には、不図示ではあるが層間絶縁層が設
けられており、両者を電気的に分離している（ｍ，ｎ
は、共に正の整数）。

【００７９】層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷法、スパ
ッタ法等を用いて形成されたＳｉＯ ₂ 等で構成される。
例えば、列方向配線７３を形成した電子源基板７１の全
面或は一部に所望の形状で形成され、特に、行方向配線
７２と列方向配線７３の交差部の電位差に耐え得るよう
に、膜厚、材料、製法が、適宜設定される。行方向配線
７２と列方向配線７３は、それぞれ外部端子として引き
出されている。

【００８０】電子放出素子７６は、ｍ本の行方向配線７
２とｎ本の列方向配線７３とに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。

【００８１】行方向配線７２には、Ｘ方向に配列した電
子放出素子７４の行を、選択するための走査信号を印加
する不図示の走査信号印加手段が接続される。一方、列
方向配線７３には、Ｙ方向に配列した電子放出素子７４
の各列を入力信号に応じて、変調するための不図示の変
調信号発生手段が接続される。各電子放出素子に印加さ
れる駆動電圧は、当該素子に印加される走査信号と変調
信号の差電圧として供給される。

【００８２】上記構成においては、単純なマトリクス配
線を用いて、個別の素子を選択し、独立に駆動可能とす
ることができる。

【００８３】上記電子放出素子として表面伝導型電子放
出素子を用い、上述の電子源形成用基板上に、複数の表
面伝導型電子放出素子を単純マトリクス配線した電子源
を用いて構成した画像形成装置について、図１０と図１
１及び図１２を用いて説明する。図１０は、画像形成装
置の表示パネルの一例を示す模式図であり、図１１は、
図１０の画像形成装置に使用される蛍光膜の模式図であ
る。図１２は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示
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。

【００８４】図１０において、７１は、表面伝導型電子
放出素子７６を複数配した、上述の図１または図２で示
される基板、８１は基板７１を固定したリアプレート、
８６はガラス基板８３の内面に蛍光膜８４とメタルバッ
ク８５が形成されたフェースプレートである。８２は支
持枠であり、該支持枠８２には、リアプレート８１、フ
ェースプレート８６が低融点のフリットガラスなどを用
いて、接合されている。

【００８５】７２，７３は、表面伝導型電子放出素子７
６と接続された行方向配線及び列方向配線である。

【００８６】外囲器８８は、上述の如く、フェースプレ
ート８６、支持枠８２、リアプレート８１で構成され
る。リアプレート８１は主に基板７１の強度を補強する
目的で設けられるため、基板７１自体で十分な強度を持
つ場合は別体のリアプレート８１は不要とすることがで
きる。即ち、基板７１に直接支持枠８２を封着し、フェ
ースプレート８６、支持枠８２及び基板７１で外囲器８
８を構成しても良い。一方、フェースプレート８６、リ
アプレート８１間に、スペーサーとよばれる不図示の支
持体を設置することにより、大気圧に対して十分な強度
をもつ外囲器８８を構成することもできる。

【００８７】図１１は、蛍光膜を示す模式図である。蛍
光膜８４は、モノクロームの場合は蛍光体のみから構成
することができる。カラーの蛍光膜の場合は、蛍光体の
配列によりブラックストライプあるいはブラックマトリ
クスなどと呼ばれる黒色導電材９１と蛍光体９２とから
構成することができる。ブラックストライプ、ブラック
マトリクスを設ける目的は、カラー表示の場合、必要と
なる三原色蛍光体の各蛍光体９２間の塗り分け部を黒く
することで混色等を目立たなくすることと、蛍光膜８４
における外光反射によるコントラストの低下を抑制する
ことにある。ブラックストライプの材料としては、通常
用いられている黒鉛を主成分とする材料の他、導電性が
あり、光の透過及び反射が少ない材料を用いることがで
きる。

【００８８】ガラス基板に蛍光体を塗布する方法は、モ
ノクローム、カラーによらず、沈澱法、印刷法等が採用
できる。蛍光膜８４の内面側には、通常メタルバック８
５が設けられる。メタルバックを設ける目的は、蛍光体
の発光のうち内面側への光をフェースプレート８６側へ
鏡面反射させることにより輝度を向上させること、電子
ビーム加速電圧を印加するための電極として作用させる
こと、外囲器内で発生した負イオンの衝突によるダメー
ジから蛍光体を保護すること等である。メタルバック
は、蛍光膜作製後、蛍光膜の内面側表面の平滑化処理
（通常、「フィルミング」と呼ばれる。）を行い、その
後Ａｌを真空蒸着等を用いて堆積させることで作製でき
る。

【００８９】フェースプレート８６には、更に蛍光膜８
４の導電性を高めるため、蛍光膜８４の外面側に透明電
極（不図示）を設けてもよい。

【００９０】前述の封着を行う際には、カラーの場合は
各色蛍光体と電子放出素子とを対応させる必要があり、
十分な位置合わせが不可欠となる。

【００９１】図１０に示した画像形成装置の製造方法の
一例を以下に説明する。図１３はこの工程に用いる装置
の概要を示す模式図である。外囲器８８は、排気管１３
２を介して真空チャンバー１３３に連結され、さらにゲ
ートバルブ１３４を介して排気装置１３５に接続されて
いる。真空チャンバー１３３には、内部の圧力及び雰囲
気中の各成分の分圧を測定するために、圧力計１３６、
四重極質量分析器１３７等が取り付けられている。外囲
器８８内部の圧力などを直接測定することは困難である
ため、該真空チャンバー１３３内の圧力などを測定し、
処理条件を制御する。真空チャンバー１３３には、さら
に必要なガスを真空チャンバー内に導入して雰囲気を制
御するため、ガス導入ライン１３８が接続されている。
該ガス導入ライン１３８の他端には導入物質源１４０が
接続されており、導入物質がアンプルやボンベなどに入
れて貯蔵されている。ガス導入ラインの途中には、導入
物質を導入するレートを制御するための導入制御手段１
３９が設けられている。該導入量制御手段としては具体
的には、スローリークバルブなど逃す流量を制御可能な
バルブや、マスフローコントローラーなどが、導入物質
の種類に応じて、それぞれ使用が可能である。

【００９２】図１３の装置により外囲器８８の内部を排
気し、フォーミングを行う。この際、例えば図１４に示
すように、列方向配線７３を共通電極１４１に接続し、
行方向配線７２の内の一つに接続された素子に電源１４
２によって、同時に電圧パルスを印加して、フォーミン
グを行うことができる。パルスの形状や、処理の終了の
判定などの条件は、個別素子のフォーミングについての
既述の方法に準じて選択すればよい。また、複数の行方
向配線に、位相をずらせたパルスを順次印加（スクロー
ル）することにより、複数の行方向配線に接続された素
子をまとめてフォーミングする事も可能である。図中１
４３は電流測定用抵抗を、１４４は、電流測定用のオシ
ロスコープを示す。

【００９３】フォーミング終了後、活性化工程を行う。
外囲器８８内は、十分に排気した後有機物質がガス導入
ライン１３８から導入される。あるいは、個別素子の活
性化方法として記述のように、まず油拡散ポンプやロー
タリーポンプで排気し、これによって真空雰囲気中に残
留する有機物質を用いても良い。また、必要に応じて有
機物質以外の物質も導入される場合がある。この様にし
て形成した、有機物質を含む雰囲気中で、各電子放出素
子に電圧を印加することにより、炭素あるいは炭素化合
物、ないし両者の混合物が電子放出部に堆積し、電子放
出量がドラスティックに上昇するのは、個別素子の場合
と同様である。このときの電圧の印加方法は、上記フォ
ーミングの場合と同様の結線により、一つの行方向配線
につながった素子に、同時の電圧パルスを印加すればよ
い。また、複数の行方向配線に、位相をずらせたパルス
を順次印加（スクロール）することにより、複数の行方
向配線に接続された素子をまとめて活性化する事も可能
であり、その場合には、各行方向配線に対して、素子電
流を制御するように活性化処理を行う事により、行方向
配線間の素子電流を揃える事が可能となる。活性化工程
終了後は、個別素子の場合と同様に、安定化工程を行う
ことが好ましい。外囲器８８を加熱して、８０〜２５０
℃に保持しながら、イオンポンプ、ソープションポンプ
などのオイルを使用しない排気装置１３５により排気管
１３２を通じて排気し、有機物質の十分少ない雰囲気に
した後、排気管をバーナーで熱して溶解させて封じき
る。外囲器８８の封止後の圧力を維持するために、ゲッ
ター処理を行なうこともできる。これは、外囲器８８の
封止を行う直前あるいは封止後に、抵抗加熱あるいは高
周波加熱等を用いた加熱により、外囲器８８内の所定の
位置（不図示）に配置されたゲッターを加熱し、蒸着膜
を形成する処理である。ゲッターは通常はＢａ等が主成
分であり、該蒸着膜の吸着作用により、外囲器８８内の
雰囲気を維持するものである。

【００９４】次に、単純マトリクス配置の電子源を用い
て構成した表示パネルに、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に
基づいたテレビジョン表示を行う為の駆動回路の構成例
について、図１２を用いて説明する。図１２において、
１０１は画像表示パネル、１０２は走査回路、１０３は
制御回路、１０４はシフトレジスタである。１０５はラ
インメモリ、１０６は同期信号分離回路、１０７は変調
信号発生器、ＶｘおよびＶａは直流電圧源である。

【００９５】表示パネル１０１は、端子Ｄｏｘ１乃至Ｄ
ｏｘｍ、端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎ、及び高圧端子Ｈｖ
を介して外部の電気回路と接続している。端子Ｄｏｘ１
乃至Ｄｏｘｍには、表示パネル内に設けられている電子
源、即ち、Ｍ行Ｎ列の行列状にマトリクス配線された電
子放出素子群を一行（Ｎ素子）ずつ順次駆動する為の走
査信号が印加される。

【００９６】端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｎには、前記走査信号
により選択された一行の電子放出素子の各素子の出力電
子ビームを制御する為の変調信号が印加される。高圧端
子Ｈｖには、直流電圧源Ｖａより、例えば１０ｋＶの直
流電圧が供給されるが、これは電子放出素子から放出さ
れる電子ビームに蛍光体を励起するのに十分なエネルギ
ーを付与する為の加速電圧である。

【００９７】走査回路１０２について説明する。同回路
は、内部にＭ個のスイッチング素子を備えたもので（図
中、Ｓ１乃至Ｓｍで模式的に示している）ある。各スイ
ッチング素子は、直流電圧源Ｖｘの出力電圧もしくは０
Ｖ（グランドレベル）のいずれか一方を選択し、表示パ
ネル１０１の端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍと電気的に接続され
る。Ｓ１乃至Ｓｍの各スイッチング素子は、制御回路１
０３が出力する制御信号Ｔｓｃａｎに基づいて動作する
ものであり、例えばＦＥＴのようなスイッチング素子を
組み合わせることにより構成することができる。

【００９８】直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には電子放
出素子の特性（電子放出しきい値電圧）に基づき走査さ
れていない素子に印加される駆動電圧が電子放出しきい
値電圧以下となるような一定電圧を出力するよう設定さ
れている。

【００９９】制御回路１０３は、外部より入力する画像
信号に基づいて適切な表示が行なわれるように各部の動
作を整合させる機能を有する。制御回路１０３は、同期
信号分離回路１０６より送られる同期信号Ｔｓｙｎｃに
基づいて、各部に対してＴｓｃａｎおよびＴｓｆｔおよ
びＴｍｒｙの各制御信号を発生する。

【０１００】同期信号分離回路１０６は、外部から入力
されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から同期信号成分と輝
度信号成分とを分離する為の回路である。同期信号分離
回路１０６により分離された同期信号は、垂直同期信号
と水平同期信号より成るが、ここでは説明の便宜上Ｔｓ
ｙｎｃ信号として図示した。前記テレビ信号から分離さ
れた画像の輝度信号成分は便宜上ＤＡＴＡ信号と表し
た。該ＤＡＴＡ信号はシフトレジスタ１０４に入力され
る。

【０１０１】シフトレジスタ１０４は、時系列的にシリ
アルに入力される前記ＤＡＴＡ信号を、画像の１ライン
毎にシリアル／パラレル変換するためのもので、前記制
御回路１０３より送られる制御信号Ｔｓｆｔに基づいて
動作する（即ち、制御信号Ｔｓｆｔは、シフトレジスタ
１０４のシフトクロックであるということもでき
る。）。シリアル／パラレル変換された画像１ライン分
（電子放出素子Ｎ素子分の駆動データに相当）のデータ
は、Ｉｄ１乃至ＩｄｎのＮ個の並列信号として前記シフ
トレジスタ１０４より出力される。

【０１０２】ラインメモリ１０５は、画像１ライン分の
データを必要時間の間だけ記憶する為の記憶装置であ
り、制御回路１０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙに従
って適宜Ｉｄ１乃至Ｉｄｎの内容を記憶する。記憶され
た内容は、Ｉ′ｄ１乃至Ｉ′ｄｎとして出力され、変調
信号発生器１０７に入力される。

【０１０３】変調信号発生器１０７は、画像データＩ′
ｄ１乃至Ｉ′ｄｎの各々に応じて表面伝導型電子放出素
子の各々を適切に駆動変調する為の信号源であり、その
出力信号は、端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを通じて表示パ
ネル１０１内の表面伝導型電子放出素子に印加される。

【０１０４】ここで、前述した表面伝導型電子放出素子
は放出電流Ｉｅに対して以下の基本特性を有している。
即ち、電子放出には明確なしきい値電圧Ｖｔｈがあり、
Ｖｔｈ以上の電圧を印加された時のみ電子放出が生じ
る。電子放出しきい値以上の電圧に対しては、素子への
印加電圧の変化に応じて放出電流も変化する。このこと
から、本素子にパルス状の電圧を印加する場合、例えば
電子放出閾値以下の電圧を印加しても電子放出は生じな
いが、電子放出閾値以上の電圧を印加する場合には電子
ビームが出力される。その際、パルスの波高値Ｖｍを変
化させる事により出力電子ビームの強度を制御すること
が可能である。また、パルスの幅Ｐｗを変化させること
により出力される電子ビームの電荷の総量を制御する事
が可能である。従って、入力信号に応じて、電子放出素
子を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅変
調方式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際し
ては、変調信号発生器１０７として、一定長さの電圧パ
ルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜パルスの
波高値を変調するような電圧変調方式の回路を用いるこ
とができる。

【０１０５】パルス幅変調方式を実施するに際しては、
変調信号発生器１０７として、一定の波高値の電圧パル
スを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パルス
の幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を用いる
ことができる。

【０１０６】シフトレジスタ１０４やラインメモリ１０
５は、デジタル信号式のものをもアナログ信号式のもの
をも採用できる。画像信号のシリアル／パラレル変換や
記憶が所定の速度で行なわれれば良いからである。

【０１０７】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路１０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化
する必要があるが、これには１０６の出力部にＡ／Ｄ変
換器を設ければ良い。これに関連してラインメモリ１０
５の出力信号がデジタル信号かアナログ信号かにより、
変調信号発生器１０７に用いられる回路が若干異なった
ものとなる。即ち、デジタル信号を用いた電圧変調方式
の場合、変調信号発生器１０７には、例えばＤ／Ａ変換
回路を用い、必要に応じて増幅回路などを付加する。パ
ルス幅変調方式の場合、変調信号発生器１０７には、例
えば高速の発振器および発振器の出力する波数を計数す
る計数器（カウンタ）及び計数器の出力値と前記メモリ
の出力値を比較する比較器（コンパレータ）を組み合せ
た回路を用いる。必要に応じて、比較器の出力するパル
ス幅変調された変調信号を表面伝導型電子放出素子の駆
動電圧にまで電圧増幅するための増幅器を付加すること
もできる。

【０１０８】アナログ信号を用いた電圧変調方式の場
合、変調信号発生器１０７には、例えばオペアンプなど
を用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフ
ト回路などを付加することもできる。パルス幅変調方式
の場合には、例えば、電圧制御型発振回路（ＶＯＣ）を
採用でき、必要に応じて表面伝導型電子放出素子の駆動
電圧まで電圧増幅するための増幅器を付加することもで
きる。

【０１０９】このような構成をとり得る本発明を適用可
能な画像表示装置においては、各電子放出素子に、容器
外端子Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを
介して電圧を印加することにより、電子放出が生ずる。
高圧端子Ｈｖを介してメタルバック８５、あるいは透明
電極（不図示）に高圧を印加し、電子ビームを加速す
る。加速された電子は、蛍光膜８４に衝突し、発光が生
じて画像が形成される。

【０１１０】次に、上述した電子源形成用基板を用いて
形成された電子源の更に別の実施形態として、上述した
図１または図2で示される電子源形成用基板上に複数の
電子放出素子がはしご型配置された電子源及びかかる電
子源を用いた画像形成装置について図１５及び図１６を
用いて説明する。

【０１１１】図１５は、はしご型配置の電子源の一例を
示す模式図である。図１５において、１１０は前記第１
の層と第２の層が予め形成された基板、１１１は表面伝
導型電子放出素子である。１１２、Ｄｘ１乃至Ｄｘ１０
は、表面伝導型電子放出素子１１１を接続するための共
通配線である。表面伝導型電子放出素子１１１は、基板
１１０上に、Ｘ方向に並列に複数個配されている（これ
を素子行と呼ぶ）。この素子行が複数個配されて、電子
源を構成している。各素子行の共通配線間に駆動電圧を
印加することで、各素子行を独立に駆動させることがで
きる。即ち、電子ビームを放出させたい素子行には、電
子放出しきい値以上の電圧を、電子ビームを放出しない
素子行には、電子放出しきい値以下の電圧を印加する。
各素子行間の共通配線Ｄｘ２乃至Ｄｘ９は、例えばＤｘ
２，Ｄｘ３を同一配線とすることもできる。

【０１１２】図１６は、はしご型配置の電子源を備えた
画像形成装置におけるパネル構造の一例を示す模式図で
ある。１２０はグリッド電極、１２１は電子が通過する
ため空孔、１２２はＤｏｘ１，Ｄｏｘ２，…，Ｄｏｘｍ
よりなる容器外端子である。１２３は、グリッド電極１
２０と接続されたＧ１，Ｇ２，…，Ｇｎからなる容器外
端子、１２４は各素子行間の共通配線を同一配線とした
電子源基板である。図１６においては、図１０、図１５
に示した部位と同じ部位には、これらの図に付したのと
同一の符号を付している。ここに示した画像形成装置
と、図１０に示した単純マトリクス配置の画像形成装置
との大きな違いは、電子源基板１１０とフェースプレー
ト８６の間にグリッド電極１２０を備えているか否かで
ある。

【０１１３】図１６においては、基板１１０とフェース
プレート８６の間には、グリッド電極１２０が設けられ
ている。グリッド電極１２０は、電子放出素子から放出
された電子ビームを変調するためのものであり、はしご
型配置の素子行と直交して設けられたストライプ状の電
極に電子ビームを通過させるため、各素子に対応して１
個ずつ円形の開口１２１が設けられている。グリッドの
形状や設置位置は図１６に示したものに限定されるもの
ではない。例えば、開口としてメッシュ状に多数の通過
口を設けることもでき、グリッドを電子放出素子の周囲
や近傍に設けることもできる。

【０１１４】容器外端子１２２およびグリッド容器外端
子１２３は、不図示の制御回路と電気的に接続されてい
る。

【０１１５】ここで述べた２種類の画像形成装置の構成
は、本発明を適用可能な画像形成装置の一例であり、本
発明の技術思想に基づいて種々の変形が可能である。入
力信号については、ＮＴＳＣ方式を挙げたが入力信号は
これに限られるものではなく、ＰＡＬ，ＳＥＣＡＭ方式
など他、これよりも、多数の走査線からなるＴＶ信号
（例えば、高品位ＴＶ）方式をも採用できる。

【０１１６】本例の画像形成装置では、素子行を１列ず
つ順次駆動（走査）していくのと同期してグリッド電極
列に画像１ライン分の変調信号を同時に印加する。これ
により、各電子ビームの蛍光体への照射を制御し、画像
を１ラインずつ表示することができる。本発明の画像形
成装置は、テレビジョン放送の表示装置、テレビ会議シ
ステムやコンピューター等の表示装置の他、感光性ドラ
ム等を用いて構成された光プリンターとしての画像形成
装置等としても用いることができる。

【０１１７】

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

【０１１８】（実施例１、参考例１，２）本実施例で
は、図３の（ａ），（ｂ）に示す電子源を、図７の
（ａ）〜（ｄ）に示す製造工程に従って作成した。尚、
本実施例、及び、後述する参考例とも、同一基板上にそ
れぞれ６素子ずつ作成して、電子放出特性の再現性につ
いても検討した。

【０１１９】１）まず、図１に示した電子源形成用基板
を作成する。

【０１２０】青板ガラス（ＳｉＯ₂ ：７４％，Ｎａ
₂ Ｏ：１２％，ＣａＯ：９％，Ｋ₂Ｏ：３％，ＭｇＯ：
２％）を良く洗浄し、ＣＶＤ法により第１の層６を形成
した。この第１の層６の材料はＰＳＧ（Phosphosilicat
e Glass（リンケイ酸ガラス））と呼ばれるリンドープ
シリカガラスであり、常圧ＣＶＤ法により、Ｐの濃度が
７重量％となるように形成した。尚、使用したソースは
ＴＥＯＳ（テトラエトキシシリカ（Ｓｉ(ＯＣ
₂Ｈ₅)₄））とＴＭＯＰ（トリメトキシリン酸（ＰＯ（Ｏ
ＣＨ₃）₃））である。また、この時の第１の層６の厚さ
は約３μｍである。

【０１２１】続いてスパッタリング法により、ＳｉＯ₂
を主成分とし、ＳｎＯ₂ を含む第２の層７を形成した
（図７（ａ））。この時の第２の層の厚さは約１００ｎ
ｍである。

【０１２２】尚、参考例１として、上記第１の層６及び
上記第２の層７のいずれも形成していない青板ガラス基
板を、また、参考例２として、上記第１の層６のみを形
成した青板ガラス基板を、それぞれ用意した。

【０１２３】２）次に、以上の各電子源形成用基板上に
表面伝導型電子放出素子を6素子ずつ形成する。まず、
素子電極２，３を形成する。

【０１２４】上述の各電子源形成用基板上にフォトレジ
スト層を形成し、フォトリソグラフィー技術により、フ
ォトレジスト層に素子電極の形状に対応する開口部を形
成した。この上に、真空蒸着法により、Ｔｉ５ｎｍ，Ｐ
ｔ１００ｎｍを成膜し、有機溶剤で上記フォトレジスト
層を溶融除去し、リフトオフにより、素子電極２，３を
形成した（図７（ｂ））。この時、図３の（ａ）にて示
される、素子電極間隔Ｌは２０μｍ、電極長さＷは６０
０μｍとした。この後、各基板表面のシート抵抗値を測
定したところ、本実施例ではおおよそ２×１０⁹ Ω／□
であった。また、参考例２では、１０¹⁰Ω／□を超える
ものであった。

【０１２５】３）次に、導電性膜４を形成する。まず、
導電性膜のパターニングのためのマスクを形成するた
め、真空蒸着法により、膜厚５０ｎｍのＣｒ膜を堆積
し、フォトリソグラフィー技術により、導電性膜４の形
状に対応する開口を形成、これに酢酸Ｐｄモノエタノー
ルアミン錯体の溶液をスピンナーにより回転塗布、乾燥
させた後、大気中で３５０℃で１０分間の加熱焼成処理
を行い、ＰｄＯを主成分とする微粒子から成る導電性膜
を形成、この後ウエットエッチングによりＣｒを除去し
て、リフトオフにより所望の形状の導電性薄膜４を得た
（図７（ｃ））。

【０１２６】この後、上記各基板を図１７に模式的に示
した真空処理装置に設置した。

【０１２７】４）真空容器５５内の圧力を１．３×１０
^-4Ｐａ程度とした後、電源５１により素子電極２，３間
にパルス電圧を繰り返し印加するフォーミング処理を行
った。尚、フォーミング処理には図８（ｂ）に示す、波
高値の漸増するパスルを用い、Ｔ1 ＝１ｍｓｅｃ，Ｔ2
＝１０ｍｓｅｃとした。尚、上記のパルス間にパルス幅
１ｍｓ，波高値０．１Ｖの矩形波パルスを挿入し、これ
により素子電極２，３間に流れる素子電流Ｉｆを電流計
５０を用いて測定する事により、素子電極間の抵抗値を
検知した。検知される抵抗値が１ＭΩを超えた時点で、
パルス電圧の印加を終了した。この処理により、導電性
薄膜４に間隙５が形成された（図７（ｄ））。

【０１２８】５）続いて活性化処理を施した。活性化工
程は、真空容器５５内にアセトンの蒸気を導入、圧力を
２．７×１０^-1Ｐａとし、電源５１により素子電極２，
３間に波高値１８Ｖの矩形波パルスを印加して行った。
この処理により電流計５０により検知される素子電流Ｉ
ｆの時間的な変化を測定したところ、本実施例、参考例
１，２共に徐々に増加するもののその度合いには違いが
あり、本実施例では約１０分、参考例１では約３０分、
参考例２では約１０分で素子電流Ｉｆは飽和した。この
ことから、参考例１と比べて、本実施例及び参考例2
は、活性化の工程に所要する時間が短くてよい事がわか
る。この事は、本実施例及び参考例２において設けられ
ている第１の層６により、青板ガラス１からのＮａによ
る活性化の阻害が抑制されたためであると推測される。

【０１２９】６）続いて、安定化工程を行った。真空容
器５５全体を、不図示のヒーターにより約２００℃に加
熱して排気し、１０時間後に、真空容器５５内の圧力が
８×１０^-6Ｐａとなった時点で真空容器を加熱するヒー
ターの電源を切り、室温に戻した後、作成した電子放出
素子の電子放出特性を測定した。素子電極２，３間に
は、波高値１８Ｖ、パルス幅１ｍｓｅｃ、パルス間隔１
０ｍｓｅｃの矩形波パルスを印加、アノード電極５４の
電位は１ｋＶ、電子放出素子とアノード電極の間隔Ｈは
４ｍｍとした。本実施例、参考例１，２の各６素子に関
して１０分間駆動したところ、１０分後の素子電流Ｉｆ
及び放出電流Ｉｅの測定値は、以下の通りであった。

【０１３０】

【表１】 更に、５０時間の耐久評価を行った。この時の測定条件
は、素子電極２，３間に印加される電圧が波高値１７
Ｖ、パルス幅１ｍｓｅｃ、パルス間隔１０ｍｓｅｃの矩
形波パルスであり、アノード電極５４の電位は２ｋＶ、
電子放出素子とアノード電極の間隔Ｈは４ｍｍである。
なお、素子電流Ｉｆと放出電流Ｉｅは、３０秒ごとに測
定した。評価項目は、素子電流Ｉｆについて、｛（最大
値−最小値）／平均値｝×１００（％）で定義される素
子電流化率と、放出電流Ｉｅについて｛（最大値−最小
値）／平均値｝×１００（％）で定義される放出電流変
化率の２項目である。結果は以下の通りである。

【０１３１】

【表２】 表１、表２、及び上述の活性化時の特性より、本実施例
は、以下の特徴を満足するものである事が示された。

【０１３２】１．参考例１と比べて、活性化に要する時
間を短縮可能である。

【０１３３】２．参考例１と比べて、素子電流Ｉｆ、放
出電流Ｉｅが大きく、また、再現性もよい。

【０１３４】３．参考例１と比べて、素子電流変化率、
放出電流変化率が小さく、安定性に優れている。

【０１３５】４．参考例２と比べて、放出電流変化率が
小さく、安定性に優れている。

【０１３６】（実施例２乃至４）次に、実施例１と同様
に、図３の（ａ），（ｂ）に示す表面伝導型電子放出素
子を用いた電子源を、図７の（ａ）〜（ｄ）に示す製造
工程に従って作成した。各実施例とも、同一基板上に６
素子ずつ作成して、電子放出特性の再現性についても検
討した。尚、実施例２乃至４の電子源形成用基板は、第
１の層６を常圧ＣＶＤ法で形成する点は実施例１と同じ
であるが、第１の層６の材料が異なり、実施例２はＳｉ
Ｏ₂ を主成分としてＢを含むいわゆるＢＳＧであり、Ｂ
の濃度が約４重量％である。また、実施例３はＳｉＯ₂
を主成分としてＢとＰの両方を含むいわゆるＢＰＳＧで
あり、Ｂの濃度が約２．５重量％、Ｐの濃度が約７重量
％である。また、実施例４はＳｉＯ₂ を主成分としてＧ
ｅとＰの両方を含むいわゆるＧＰＳＧであり、Ｇｅの濃
度が約４重量％、Ｐの濃度が約７．５重量％である。
尚、実施例２乃至４の第一の層６の厚さは全て約３μｍ
である。

【０１３７】第２の層７は実施例１と同様にスパッタリ
ング法により、ＳｉＯ₂ を主成分とし、ＳｎＯ₂ を含む
約１００ｎｍの厚さの膜で構成されている。

【０１３８】実施例１と同様に、素子電極を形成後、各
基板表面のシート抵抗を測定したところ、実施例２乃至
４の全てが１×１０⁹ 〜３×１０⁹ Ω／□であった。

【０１３９】まず、活性化に要した時間であるが、実施
例２乃至４の全てで約１０分で素子電流Ｉｆが飽和し、
実施例１と酷似するものであった。

【０１４０】次に、電子放出素子の電子放出特性を測定
した。素子電極２，３間には、波高値１８Ｖ、パルス幅
１ｍｓｅｃ、パルス間隔１０ｍｓｅｃの矩形波パルスを
印加、アノード電極５４の電位は１ｋＶ、電子放出素子
とアノード電極の間隔Ｈは４ｍｍとした。実施例２乃至
４の各６素子に関して１０分間駆動したところ、１０分
後の素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅの測定値は、以下の
通りであった。

【０１４１】

【表３】 更に、５０時間の耐久評価を行った。この時の測定条件
は、素子電極２，３間への印加電圧が波高値１７Ｖ、パ
ルス幅１ｍｓｅｃ、パルス間隔１０ｍｓｅｃの矩形波パ
ルスであり、アノード電極５４の電位は２ｋＶ、電子放
出素子とアノード電極の間隔Ｈは４ｍｍである。なお、
素子電流Ｉｆと放出電流Ｉｅは、３０秒ごとに測定し
た。評価項目は、素子電流Ｉｆについて、｛（最大値−
最小値）／平均値｝×１００（％）で定義される素子電
流変化率と、放出電流Ｉｅについて｛（最大値−最小
値）／平均値｝×１００（％）で定義される放出電流変
化率の２項目である。結果は以下の通りである。

【０１４２】

【表４】 これらの結果からわかるように、実施例１と同様に、本
実施例２〜４の電子源はいずれも、活性化に要する時間
が短く、更には、放出電流が大きいとともに素子電流変
化率及び放出電流変化率も小さく、安定性に優れてい
る。

【０１４３】（実施例５乃至８）次に、実施例１と同様
に、図３の（ａ），（ｂ）に示す表面伝導型電子放出素
子を用いた電子源を、図７の（ａ）〜（ｄ）に示す製造
工程に従って作成した。各実施例とも、同一基板上に６
素子ずつ作成して、電子放出特性の再現性についても検
討した。尚、実施例５乃至８はいずれも、第１の層６が
常圧ＣＶＤ法により形成された、Ｐの濃度が約７重量％
である厚さが約３μｍのＰＳＧである点では同じである
が、第２の層の材料及び形成方法が異なる。

【０１４４】実施例５は、第２の層の材料として、Ｓｉ
Ｏ₂ を主体とし、Ｉｎを含むものであり、厚さは約５０
ｎｍで、ＣＶＤ法で形成した。尚、Ｉｎソースとして
は、Ｉｎ（Ｃ₂ Ｈ₅ ）₃ を使用した。

【０１４５】実施例６は、第２の層の材料として、Ｓｉ
Ｏ₂ を主体とし、Ｓｎを含むものであり、厚さは約５０
ｎｍで、ＣＶＤ法で形成した。尚、Ｓｎソースとして
は、（ＣＨ₃ ）₄ Ｓｎを使用した。

【０１４６】実施例７は、第２の層の材料として、Ｓｉ
Ｏ₂ を主体とし、Ｓｂを含むものであり、厚さは約１０
０ｎｍで、スパッタリング法で形成した。

【０１４７】実施例８は、第２の層の材料として、Ｓｉ
Ｏ₂ を主体とし、Ｒｅを含むものであり、厚さは約１０
０ｎｍで、スパッタリング法で形成した。

【０１４８】まず、各実施例の上記電子源形成用基板に
素子電極を形成した段階で、基板表面のシート抵抗値の
測定を行った。以下にその結果を示す。

【０１４９】

【表５】 表５から、実施例５乃至８の全てのシート抵抗値が１０
⁸ 〜１０¹⁰Ω／□であることがわかる。

【０１５０】次に、活性化に要した時間であるが、実施
例５乃至８の全てで約１０〜１５分で素子電流Ｉｆが飽
和し、先述した参考例１と比べて短いものであった。ま
た、素子電流Ｉｆは概ね実施例１と同様の時間変化を示
すものであった。

【０１５１】次に、電子放出素子の電子放出特性を測定
した。素子電極２，３間には、波高値１８Ｖ、パルス幅
１ｍｓｅｃ、パルス間隔１０ｍｓｅｃの矩形波パルスを
印加、アノード電極５４の電位は１ｋＶ、電子放出素子
とアノード電極の間隔Ｈは４ｍｍとした。実施例５乃至
８の各６素子に関して１０分間駆動したところ、１０分
後の素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅの測定値は、以下の
通りであった。

【０１５２】

【表６】 更に、５０時間の耐久評価を行った。この時の測定条件
は、素子電極２，３間への印加電圧が波高値１７Ｖ、パ
ルス幅１ｍｓｅｃ、パルス間隔１０ｍｓｅｃの矩形波パ
ルスであり、アノード電極５４の電位は１ｋＶ、電子放
出素子とアノード電極の間隔はＨは４ｍｍである。な
お、素子電流Ｉｆと放出電流Ｉｅは、３０秒ごとに測定
した。評価項目は、素子電流Ｉｆについて、｛（最大値
−最小値）／平均値｝×１００（％）で定義される素子
電流変化率と、放出電流Ｉｅについて｛（最大値−最小
値）／平均値｝×１００（％）で定義される放出電流変
化率の２項目である。結果は以下の通りである。

【０１５３】

【表７】 これらの結果からわかるように、実施例１と同様に、本
実施例５〜８の電子源はいずれも、活性化に要する時間
が短く、更には、放出電流が大きいとともに素子電流変
化率及び放出電流変化率も小さく、安定性に優れてい
る。

【０１５４】（実施例９）本実施例として、図４の
（ａ），（ｂ）に示す表面伝導型電子放出素子を用いた
電子源を、作成した。尚、表面伝導型電子放出素子は以
下の基板上に６素子作成して、電子放出特性の再現性に
ついても検討した。

【０１５５】１）まず、図２に示した電子源形成用基板
を作成する。

【０１５６】高歪み点ガラス（ＳｉＯ₂ ：５８％，Ｎａ
₂ Ｏ：４％， Ｋ₂Ｏ：７％，を含む）を良く洗浄し、リ
ンをドープして抵抗調整したＳｎＯ₂微粒子と有機珪素
化合物の混合溶液をスピンコートして乾燥させた。さら
に、有機珪素化合物のみの溶液をスピンコートした後、
オーブンで５００℃、３０ｍｉｎの焼成を行なった。こ
の結果、高歪み点ガラス基板上に、リンをドープして抵
抗調整したＳｎＯ₂微粒子とＳｉＯ₂が重量比８０：２０
の第２の層が厚さ３００ｎｍで形成され、さらにその上
層として、ＳｉＯ₂からなる第１の層が厚さ６０ｎｍで
形成された。

【０１５７】２）次に、上記電子源形成用基板上に、図
７の（ｂ）〜（ｄ）にて示されるようにして表面伝導型
電子放出素子を６素子形成する。まず、素子電極２，３
を形成する。

【０１５８】上述の基板上にフォトレジスト層を形成
し、フォトリソグラフィー技術により、フォトレジスト
層に素子電極の形状に対応する開口部を形成した。この
上に、真空蒸着法により、Ｔｉ５ｎｍ，Ｐｔ１００ｎｍ
を成膜し、有機溶剤で上記フォトレジスト層を溶融除去
し、リフトオフにより、素子電極２，３を形成した（図
７の（ｂ））。この時、図４の（ａ）に示される、素子
電極間隔Ｌは２０μｍ、電極長さＷは６００μｍとし
た。この後、基板表面のシート抵抗値を測定したとこ
ろ、おおよそ２×１０¹² Ω／□であった。

【０１５９】３）次に、導電性膜４を形成する。まず、
導電性膜のパターニングのためのマスクを形成するた
め、真空蒸着法により、膜厚５０ｎｍのＣｒ膜を堆積
し、フォトリソグラフィー技術により、導電性膜４の形
状に対応する開口を形成、これに酢酸Ｐｄモノエタノー
ルアミン錯体の溶液をスピンナーにより回転塗布、乾燥
させた後、大気中で３５０℃で１０分間の加熱焼成処理
を行い、ＰｄＯを主成分とする微粒子から成る導電性膜
を形成、この後ウエットエッチングによりＣｒを除去し
て、リフトオフにより所望の形状の導電性薄膜４を得た
（図７の（ｃ））。

【０１６０】この後、上記基板を図４に模式的に示した
示真空処理装置に設置した。

【０１６１】４）真空容器５５内の圧力を１．３×１０
^-4Ｐａ程度とした後、電源５１により素子電極２，３間
にパルス電圧を繰り返し印加するフォーミング処理を行
った。尚、フォーミング処理には図８の（ｂ）に示す、
波高値の漸増するパスルを用い、Ｔ1 ＝１ｍｓｅｃ，Ｔ
2 ＝１０ｍｓｅｃとした。尚、上記のパルス間にパルス
幅１ｍｓ，波高値０．１Ｖの矩形波パルスを挿入し、こ
れにより素子電極２，３間に流れる素子電流Ｉｆを電流
計５０を用いて測定する事により、素子電極間の抵抗値
を検知した。検知される抵抗値が１ＭΩを超えた時点
で、パルス電圧の印加を終了した。この処理により、導
電性薄膜４に間隙５が形成された（図７の（ｄ））。

【０１６２】５）続いて活性化処理を施した。活性化工
程は、真空容器５５内にアセトンの蒸気を導入、圧力を
２．７×１０^-1Ｐａとし、電源５１により素子電極２，
３間に波高値１８Ｖの矩形波パルスを印加して行った。
この処理により電流計５０により検知される素子電流Ｉ
ｆの時間的な変化を測定したところ、約１０分、で飽和
した。

【０１６３】６）続いて、安定化工程を行った。真空容
器５５全体を、不図示のヒーターにより約２００℃に加
熱して排気し、１０時間後に真空容器５５内の圧力が８
×１０^-6Ｐａとなった時点で真空容器を加熱するヒータ
ーの電源を切り、室温に戻した後、作成した電子放出素
子の電子放出特性を測定した。素子電極２，３間には、
波高値１８Ｖ、パルス幅１ｍｓｅｃ、パルス間隔１０ｍ
ｓｅｃの矩形波パルスを印加、アノード電極５４の電位
は１ｋＶ、電子放出素子とアノード電極の間隔Ｈは４ｍ
ｍとした。本実施例の６素子に関して１０分間駆動した
ところ、１０分後の素子電流Ｉｆは２．５〜３．１ｍ
Ａ、放出電流Ｉｅの測定値は４．５〜５．１μＡであっ
た。

【０１６４】更に、５０時間の耐久評価を行った。この
時の測定条件は、素子電極２，３間に印加される電圧が
波高値１７Ｖ、パルス幅１ｍｓｅｃ、パルス間隔１０ｍ
ｓｅｃの矩形波パルスであり、アノード電極５４の電位
は２ｋＶ、電子放出素子とアノード電極の間隔Ｈは４ｍ
ｍである。なお、素子電流Ｉｆと放出電流Ｉｅは、３０
秒ごとに測定した。評価項目は、素子電流Ｉｆについ
て、｛（最大値−最小値）／平均値｝×１００（％）で
定義される素子電流化率と、放出電流Ｉｅについて
｛（最大値−最小値）／平均値｝×１００（％）で定義
される放出電流変化率の２項目で、それぞれ、１．３〜
１．８％、１．４〜１．９％であった。

【０１６５】以上の特性より、本実施例は、活性化に要
する時間が短く、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが大き
く、また、再現性、安定性に優れていた。

【０１６６】（実施例１０）本実施例においては、図１
にて示された電子源形成用基板上に、図３の（ａ）及び
（ｂ）に示すのと同様の構成の表面伝導型電子放出素子
の複数を、図１８に模式的に示すように配置し、さらに
マトリクス状配線を配置した電子源を、以下に示す手順
により作成した。尚、図では、構造をわかりやすくする
ために部材の一部を消去してある。図１９の（ａ）〜
（ｅ）を参照しながら、製造方法を説明する。

【０１６７】［工程１］実施例１と同様の組成の青板ガ
ラスを洗剤と純水により洗浄した後、ＣＶＤ法により第
１の層を形成した。この第１の層の材料はＰＳＧであ
り、ＣＶＤ法により、Ｐの濃度が７重量％となるように
形成した。尚、この際使用したソースガスはＴＥＯＳと
ＴＭＯＰである。また、第１の層の厚さは約３μｍにな
るように形成した。

【０１６８】［工程２］工程１に連続して、Ｐのソース
であるＴＭＯＰの供給を停止し、Ｓｎソースである（Ｃ
Ｈ₃ ）₄ Ｓｎを追加導入し、第２の層を形成した。この
時の第２の層の厚さは、約５０ｎｍである。この工程に
おいてはＳｉＯ₂ とＳｎＯ₂ の混合層が形成される。

【０１６９】［工程３］以上の工程1及び２にて作成さ
れた図1に示された電子源形成用基板７１上に、図３の
（ａ），（ｂ）にて示された表面伝導型電子放出素子の
一対の素子電極２，３を形成する。

【０１７０】まず、上記基板７１上にスクリーン印刷法
により、素子電極２，３の形状のＭＯＤペースト（ＤＵ
−２１１０；ノリタケ（株）製）のパターンを形成し
た。該ＭＯＤペーストは金属成分として、金を含むもの
である。

【０１７１】印刷後、１１０℃で２０分乾燥し、次いで
熱処理装置によりピーク温度５８０℃ピーク保持時間８
分間の条件で上記ＭＯＤペーストを焼成し、厚さ０．３
μｍの素子電極２，３を形成した。素子電極間隔は７０
μｍとした（図１９の（ａ））。

【０１７２】［工程４］次いで、金属成分として銀を含
むペースト材料（ＮＰ−４０２８Ａ；ノリタケ（株）
製）を用い、スクリーン印刷法により下配線７３のパタ
ーンを形成し、工程３と同様の条件で焼成して下配線
（列方向配線）７３を形成した（図１９の（ｂ））。

【０１７３】［工程５］次に、ＰｂＯを主成分とするペ
ーストを用い、層間絶縁層７４のパターンを印刷して工
程３と同様の条件で焼成し、層間絶縁層７４を形成した
（図１９の（ｃ））。該層間絶縁層は素子電極２，３の
一方と、後の工程で形成する上配線（行方向配線）とが
接続されるよう、切り欠き部分を有している。

【０１７４】［工程６］工程４と同様の方法で、上配線
（行方向配線）７２を形成し（図１９の（ｄ））、複数
の下配線（列方向配線）７３及び複数の上配線（行方向
配線）７２からなるマトリクス配線を形成した。本工程
を終了後、基板７１表面のシート抵抗値の測定を行った
ところ、場所によって若干異なるが２×１０⁹〜５×１
０⁹ Ω／□程度であった。

【０１７５】［工程７］次いで、上記各一対の素子電極
２，３間に、導電性薄膜４を形成した。有機パラジウム
含有溶液を、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、幅が２００μｍとなるように付与して行
った。その後３５０℃で１０分間の加熱処理を行って、
酸化パラジウム微粒子から成る導電性膜４を得た（図１
９の（ｅ））。

【０１７６】［工程８］図１０のように、上記工程１乃
至７で製造した基板７１とリアプレート８１、フェース
プレート８６（ガラス基板８３の内面に蛍光膜８４、メ
タルバック８５が形成されている）、支持枠８２を組み
合わせて接合した。尚、外囲器内に不図示であるが高周
波加熱用ゲッタが配置されており、同じく不図示である
が外囲器内の雰囲気を制御するための排気管が外囲器内
に取り付けられている。接合は、接合部にフリットガラ
スを塗布し、大気中で４５０℃１０分間の加熱処理を行
う事により行った。

【０１７７】本実施例で用いた蛍光膜８４は、図１１の
（ａ）に模式的に示すような、蛍光体９２をストライプ
形状に配置したもので、まず黒色部材９１よりなるブラ
ックストライプを形成し、その間に３原色に対応する蛍
光体９２を形成したものである。黒色部材の材質は通常
良く用いられる黒鉛を主成分とするものであり、蛍光体
の塗布はスラリー法を用いた。

【０１７８】蛍光膜上にはメタルバック８５を設ける。
本実施例では、蛍光膜表面を平滑化処理（通常フィルミ
ングと呼ばれる）した後、Ａｌを真空蒸着する事により
形成した。なお、導電性を向上させるため、蛍光膜８４
とガラス基板８３の間に透明電極を設ける場合もある
が、本実施例では上記構成により充分導電性が得られた
ので、透明電極は設けていない。

【０１７９】上記の接合を行う際、蛍光体と電子源の電
子放出素子の位置を厳密に対応させる必要があるため、
注意深く位置あわせを行った。

【０１８０】［工程９］上記工程において、フェースプ
レート８６、リアプレート８１と支持枠８２により構成
された外囲器８８の内部を排気管（不図示）を通じて排
気装置（主ポンプとして油拡散ポンプを使用）により排
気し、圧力を１．３×１０^-3Ｐａ以下にまで下げた後、
行方向配線７２及び列方向配線７３を通じて複数の一対
の素子電極２，３間に実施例１乃至９と同様にパルス電
圧を印加する事により複数の導電性膜４の各々に図３の
（ａ），（ｂ）に示された間隙５の形成を行った。この
処理は行方向配線の一本に接続された素子の行毎に行
い、１素子あたりの抵抗値が１ＭΩを超えたところで、
その行の処理を終了し、次の行に移る。これを繰り返し
てすべての素子の処理を行った。

【０１８１】［工程１０］続いて、波高値が２０Ｖの矩
形波パルス電圧を各素子行に順次印加する事を繰り返し
て、活性化処理を行った。排気装置に油拡散ポンプを用
いている事により、外囲器内に有機物質が存在し、活性
化処理が行われる。次いで、排気装置を主ポンプに磁気
浮上型ターボポンプを用いたものに切り替えて、外囲器
全体を加熱しながら排気する事により、安定化処理を行
い、高周波加熱法によるゲッタ処理を行った後、排気管
を加熱、融着して封じ切った。

【０１８２】上記工程を終了後、各素子行に波高値２０
Ｖパルス電圧を１分間ずつ印加し、各素子行の電子放出
特性を測定した。なお、支持枠高さ３ｍｍで、アノード
電圧は１ｋＶである。その結果、各素子行の電子放出量
は４％程度のばらつきで非常に均一なものであった。

【０１８３】続いて、全面を白色表示させ、輝度分布を
観察したところ、輝度均一性に優れるものである事が確
認された。また、輝度分布の時間的な変動を観察したと
ころ、行方向配線に平行な輝度分布の変動は６％程度に
収まっており、きわめて良好な結果が得られた。これは
電子放出素子が形成されている基板表面のシート抵抗値
が制御されているために、電子ビームの変動を効果的に
抑制しているためであると思われる。

【０１８４】この状態で１０時間点燈表示させて、定期
的に定点で輝度を測定したところ、おおむね５％程度の
変化しか生じておらず、きわめて安定した特性を維持す
る事が出来た。

【０１８５】（実施例１１）本実施例は、実施例１０に
おける工程２を下記の工程２’に変更した以外は構成、
製法とも実施例１０と同様の手順で製造した。

【０１８６】［工程２’］工程１に連続して、Ｉｎソー
スであるＩｎ（Ｃ₂ Ｈ₅ ）₃ を追加導入し、第２の層を
形成した。この時の第２の層の厚さは、約５０ｎｍであ
る。この工程においてはＰＳＧとＩｎ₂ Ｏ₃ の混合層が
形成される。

【０１８７】実施例１０と同様に基板表面のシート抵抗
値を測定したところ、８×１０⁸ 〜２×１０⁹ Ω／□程
度であった。次に、実施例１０と同様の評価を行ったと
ころ、概ね実施例１０と同様の特性を示し、大変好まし
い結果が得られた。

【０１８８】（実施例１２）本実施例は、実施例１０に
おける工程１及び２を下記の工程１’に変更した以外は
実施例１０と同様の手順で、図２に示された電子源形成
用基板に、図１８に示されるように複数の表面伝導型電
子放出素子がマトリクス内線された電子源を製造した。

【０１８９】［工程１’］まず、図２に示した電子源形
成用基板を作成する。

【０１９０】高歪み点ガラス（ＳｉＯ₂ ：５８％，Ｎａ
₂ Ｏ：４％， Ｋ₂Ｏ：７％，を含む）を良く洗浄し、リ
ンをドープして抵抗調整したＳｎＯ₂微粒子と有機珪素
化合物の混合溶液をスピンコートして乾燥させた。さら
に、有機珪素化合物のみの溶液をスピンコートした後、
オーブンで５００℃、３０ｍｉｎの焼成を行なった。こ
の結果、高歪み点ガラス基板上に、リンをドープして抵
抗調整したＳｎＯ₂微粒子とＳｉＯ₂が重量比８０：２０
の第２の層が厚さ３００ｎｍで形成され、さらにその上
層として、ＳｉＯ₂からなる第１の層が厚さ６０ｎｍで
形成された。

【０１９１】上記電子源形成用基板上に、実施例１０の
工程３以降を同様に施し、図１８に示されるような電子
源、及びこれを用いた図１０に示されるような画像形成
装置を作成した。

【０１９２】本実施例の電子源及び画像形成装置もま
た、上記実施例１０及び１１と同様の効果を得ることが
できた。

【０１９３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明により次の
ような効果が得られる。

【０１９４】本発明は、電子放出素子の電子放出特性の
経時的変化が低減される電子源形成用基板及びその製造
方法を提供することができる。

【０１９５】また、本発明は、電子放出素子の電子放出
特性の経時的変化が低減された電子源とその電子源を用
いた画像形成装置、更には、それらの製造方法を提供す
ることができる。

【０１９６】また、本発明は、複数の電子放出素子間で
の電子放出特性のばらつきが低減される電子源形成用基
板及びその製造方法を提供することができる。

【０１９７】また、本発明は、複数の電子放出素子間で
の電子放出特性のばらつきが低減された電子源とその電
子源を用いた画像形成装置、更には、それらの製造方法
を提供することができる。

【０１９８】また、本発明は、輝度ばらつきが低減され
た画像形成装置を提供することができる。

【０１９９】また、本発明は、輝度の経時的変化が低減
された画像形成装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子源形成用基板の一例を示す模式的
断面図

【図２】本発明の電子源形成用基板の別の例を示す模式
的断面図

【図３】本発明の電子源の一例を示す模式図であり、
（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図

【図４】本発明の電子源の別の例を示す模式図であり、
（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図

【図５】本発明の電子源に適用される表面伝導型電子放
出素子の一例を示す模式的部分拡大図であり、（ａ）は
平面図、（ｂ）は断面図

【図６】本発明の電子源に適用される表面伝導型電子放
出素子の別の例を示す模式的部分拡大図であり、（ａ）
は平面図、（ｂ）は断面図

【図７】本発明に関する電子源の製造手順を説明するめ
たの模式図

【図８】本発明に関する電子源の製造に用いるパルス電
圧波形の模式図

【図９】本発明の電子源の構成を示す模式図

【図１０】本発明の画像形成装置の構成を示す模式図

【図１１】本発明の画像形成装置に用いる蛍光膜の構成
を示す模式図

【図１２】駆動回路の一例を示すブロック図

【図１３】画像形成装置の製造に用いる装置の概要を示
す模式図

【図１４】本発明の画像形成装置の、フォーミング、活
性化工程のための結線方法を示す模式図

【図１５】本発明の電子源の別の構成を示す模式図

【図１６】本発明の画像形成装置の別の構成を示す模式
図

【図１７】測定評価機能を備えた真空処理装置の一例を
示す模式図

【図１８】本発明の電子源の更に別の構成を示す模式図

【図１９】図１４の構成の電子源の製造手段を説明する
ための模式図

【符号の説明】

１ 基体（の本体） ２，３ 素子電極 ４ 導電性薄膜 ５ 電子放出部 ６ 第一の層 ７ 第二の層 ５０ 素子電極２・３間の導電性薄膜４を流れる素子電
流Ｉｆを測定するための電流計 ５１ 電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電
源 ５２ 放出電流Ｉｅを測定するための電流計 ５３ アノード電極５４に電圧を印加するための高圧電
源 ５４ 素子の電子放出部より放出される放出電流Ｉｅを
捕捉するためのアノード電極 ５５ 真空装置 ５６ 排気装置 ７１ 基板 ７２ Ｘ方向配線 ７３ Ｙ方向配線 ７５ 結線 ７６ 電子放出素子 ８１ リアプレート ８２ 支持枠 ８３ （フェースプレートの）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 ８８ 外囲器 ９１ 黒色導電材 ９２ 蛍光体 １０１ 画像形成装置 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 変調信号発生回路 １１０ 基板 １１１ 電子放出素子 １１２ 共通配線 １２０ グリッド電極 １２１ 電子が通過するため空孔 １２２ 共通配線と接続された容器外端子 １２３ グリッド電極と接続された容器外端子 １３１ 画像表示装置 １３２ 排気管 １３３ 真空チャンバー １３４ ゲートバルブ １３５ 排気装置 １３６ 圧力計 １３７ 四重極質量分析器 １３８ ガス導入ランイ １３９ 導入量制御手段 １４０ 導入物質源 １４１ 共通電極 １４２ 電源 １４３ 電流測定用抵抗 １４４ オシロスコープ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−27285（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−22668（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−267461（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−241550（ＪＰ，Ａ) 特許2630983（ＪＰ，Ｂ２) 特許2630988（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 1/316 H01J 9/02 H01J 29/04 H01J 31/12

Claims (22)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子放出素子が配置される電子源形成用
   基板であって、Ｎａを含有する基板と、該基板上に形成
   された、ＳｉＯ₂を主成分とする第１の層と、該第１の
   層上に形成された、ＳｉＯ ₂ と電子伝導性酸化物とを含
   有する第２の層とを有する電子源形成用基板。
2. 【請求項２】 前記第１の層は、Ｐ，Ｂ，Ｇｅからなる
   元素群から選ばれる少なくとも一種の元素を含有してい
   る請求項１に記載の電子源形成用基板。
3. 【請求項３】 電子放出素子が配置される電子源形成用
   基板であって、Ｎａを含有する基板と、該基板上に形成
   された、電子伝導性酸化物を含有する第２の層と、該第
   ２の層上に形成された、ＳｉＯ ₂ を主成分とする第１の
   層とを有する電子源形成用基板。
4. 【請求項４】 前記第２の層は、ＳｉＯ₂をその構成成
   分として含有している請求項３に記載の電子源形成用基
   板。
5. 【請求項５】 前記第１の層は、Ｐ，Ｂ，Ｇｅからなる
   元素群から選ばれる少なくとも一種の元素を含有してい
   る請求項３または４に記載の電子源形成用基板。
6. 【請求項６】 前記電子放出素子は、前記第１または第
   ２の層上に配置される、電子放出部を有する導電性膜
   と、該導電性膜に接続された一対の電極とを備える電子
   放出素子である請求項１〜５のいずれかに記載の電子源
   形成用基板。
7. 【請求項７】 請求項１〜５のいずれかに記載された基
   板と、該基板の前記第１の層または前記第２の層上に配
   置された電子放出素子とを備えることを特徴とする電子
   源。
8. 【請求項８】 請求項１〜５のいずれかに記載された基
   板と、該基板の前記第１の層または前記第２の層上に配
   置された複数の電子放出素子とを備えることを特徴とす
   る電子源。
9. 【請求項９】 請求項１〜５のいずれかに記載された基
   板と、該基板の前記第１の層または前記第２の層上に配
   置された複数の電子放出素子と、該複数の電子放出素子
   をマトリクス配線した複数の行方向配線及び複数の列方
   向配線とを備えることを特徴とする電子源。
10. 【請求項１０】 前記電子放出素子は、前記第１または
    第２の層上に配置される、電子放出部を有する導電性膜
    と、該導電性膜に接続された一対の電極とを備える電子
    放出素子である請求項７〜９のいずれかに記載の電子
    源。
11. 【請求項１１】 請求項７〜１０のいずれかに記載され
    た電子源と、該電子源から放出される電子の照射により
    画像を形成する画像形成部材とを備えることを特徴とす
    る画像形成装置。
12. 【請求項１２】 電子放出素子が形成される電子源形成
    用基板の製造方法であって、Ｎａを含有する基板上に、
    ＳｉＯ₂を主成分とする第１の層を形成し、該第１の層
    上に、ＳｉＯ ₂ と電子伝導性酸化物とを含有する第２の
    層を形成することを特徴とする電子源形成用基板の製造
    方法。
13. 【請求項１３】 電子放出素子が形成される電子源形成
    用基板の製造方法であって、Ｎａを含有する基板上に、
    電子伝導性酸化物を含有する第２の層を形成し、該第２
    の層上に、ＳｉＯ ₂ を主成分とする第１の層を形成する
    ことを特徴とする電子源形成用基板の製造方法。
14. 【請求項１４】 前記第１及び第２の層の形成は、化学
    的成膜法により行われる請求項１２又は請求項１３に記
    載の電子源形成用基板の製造方法。
15. 【請求項１５】 前記第１及び第２の層の形成は、原料
    ソースとして有機珪素化合物を用いてＣＶＤ法により成
    膜する工程と、原料ソースとして、前記有機珪素化合物
    に加え電子伝導性酸化物を形成するための有機金属化合
    物を用いてＣＶＤ法により成膜する工程とを有する請求
    項１２又は請求項１３に記載の電子源形成用基板の製造
    方法。
16. 【請求項１６】 前記第１及び第２の層の形成は、有機
    珪素化合物を含むコート層を形成する工程と、有機珪素
    化合物及び電子伝導性酸化物粒子を含むコート層を形成
    する工程と、前記両コート層を加熱する工程とを有する
    請求項１２又は請求項１３に記載の電子源形成用基板の
    製造方法。
17. 【請求項１７】 Ｎａを含有する基板上に、ＳｉＯ₂を
    主成分とする第１の層を形成し、該第１の層上に、Ｓｉ
    Ｏ ₂ と電子伝導性酸化物とを含有する第２の層を形成す
    る工程と、前記第２の層上に電子放出素子を形成する工
    程とを有することを特徴とする電子源の製造方法。
18. 【請求項１８】 Ｎａを含有する基板上に、電子伝導性
    酸化物を含有する第２の層を形成し、該第２の層上に、
    ＳｉＯ ₂ を主成分とする第１の層を形成する工程と、前
    記第１の層上に電子放出素子を形成する工程とを有する
    ことを特徴とする電子源の製造方法。
19. 【請求項１９】 前記電子放出素子は炭素膜を有する電
    子放出素子であって、該電子放出素子が、前記電子伝導
    性酸化物としてＩｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｒｅの中から選ばれ
    る少なくとも一種の元素の酸化物を含有する第２の層上
    に形成される請求項１７に記載の電子源の製造方法。
20. 【請求項２０】 前記電子放出素子は炭素膜を有する電
    子放出素子であり、該電子放出素子が、前記第２の層上
    に形成される請求項１７に記載の電子源の製造方法。
21. 【請求項２１】 前記電子放出素子は炭素膜を有する電
    子放出素子であって、該電子放出素子が、前記ＳｉＯ₂
    を主成分とする第１の層上に形成される請求項１８に記
    載の電子源の製造方法。
22. 【請求項２２】 電子源と、該電子源から放出される電
    子の照射により画像を形成する画像形成部材とを備える
    画像形成装置の製造方法であって、前記電子源が請求項
    １７〜２１のいずれかに記載の方法にて製造されること
    を特徴とする画像形成装置の製造方法。