JP3320333B2 - 電子放出装置、それを用いた画像形成装置及びそれらの製造方法 - 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またそれを使
用した電子放出装置、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】表面伝導型電子放出素子を利用した電子
放出装置は特徴として、構造が単純で製造も容易であ
り、数［ｖ］から数１０［Ｖ］程度の駆動電圧で駆動が
可能である事などから、最近、本出願人によって平板型
表示装置として開発研究がなされてきている。

【０００３】表面伝導型電子放出素子およびこれを利用
した電子放出装置の構成および製造方法については、特
開平７−２３５２５５号公報等に詳述されている。以下
では、簡単に説明する。

【０００４】図２５は従来の表面伝導型電子放出素子の
概略図である。（ａ）が素子を真上から見たもので、
（ｂ）が横からみたものである。１は基板であり、２は
素子陽電極であり、３は素子陰電極であり、不図示の電
源とつながっている。５００４および５００５は導電性
薄膜であり、５００４は素子陽電極２と５００５は素子
陰電極３と電気的に連結されている。電極２、３の膜厚
は、数１０ｎｍから数μｍ程度のものである。他方、導
電性薄膜５００４、５００５の膜厚は、１［ｎｍ］から
数１０［ｎｍ］程度のものである。５００６は亀裂で、
導電性薄膜５００４と５００５とを電気的にほぼ不連続
にしている。亀裂の特徴については製造工程において述
べるが、素子が形成された後には電子は亀裂５００６の
素子陽極の先端部近傍から散乱射出している。

【０００５】次に表面伝導型電子放出素子を使用した電
子放出装置について、図２６に沿って説明する。

【０００６】図２６は、図２５で示した構成を有する表
面伝導型電子放出素子を使用した電子放出装置の概略構
成図である。

【０００７】１０は素子に素子電圧Ｖｆを印加するため
の電源、１１は素子電極２、３間を流れる素子電流Ｉｆ
を測定するための電流計、１２は素子の電子放出部より
放出される到達電流Ｉｅを捕捉するための引き上げ電
極、１３は引き上げ電極１２に電圧Ｖａを印加するため
の高圧電源、１４は表面伝導型電子放出素子より放出さ
れ引き上げ電極に到達した電流Ｉｅを測定するための電
流計である。さらに、必要に応じて、電子の到達位置の
分布を測定できるようにメッシュ状の電極あるいは、蛍
光板が引き上げ電極１２に取り付けられている。電子を
放出させるにあたっては、素子電極２、３に電源１０が
接続し、該電子放出素子と引き上げ電極１２とに電源１
３が接続している。更に、素子電流ＩｆとＩｅを測定す
る際には、図のように電流計１１と１４がそれぞれ接続
している。

【０００８】真空容器１６のなかに、表面伝導型電子放
出素子および引き上げ電極は図のように設置されてお
り、真空容器外から、それぞれの電圧等は制御できるよ
うになっている。尚、排気ポンプ１５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排気系と、
更に、イオンポンプからなる超高真空排気系からなる。
また、真空容器１６全体、及び電子放出素子基板は、不
図示のヒーターにより加熱できる。

【０００９】素子電圧Ｖｆは０から数１０［Ｖ］程度、
また、引き上げ電極の電圧Ｖａは０から数［ＫＶ］にな
るように可変であるようになっている。引き上げ電極と
電子放出素子との距離Ｈは数［ｍｍ］程度のオーダーに
なっている。

【００１０】次に表面伝導型電子放出素子の製造方法に
ついて図２７によってその一例を記述する。

【００１１】［工程−ａ］清浄化した青板ガラス上に厚
さ０．５［μｍ］程度のシリコン酸化膜をスパッタ法で
形成した基板１の上に素子電極２、３のホトレジストパ
ターン（ネガ）を形成し、真空蒸着法により例えば厚さ
５［ｎｍ］のＴｉ、厚さ１００［ｎｍ］のＮｉを順次堆
積する。ホトレジストパターンを有機溶剤で溶解し、Ｎ
ｉ／Ｔｉ堆積膜をリフトオフして、素子電極２、３を形
成する（図２７（ａ））。

【００１２】［工程−ｂ］続いて、膜厚１００［ｎｍ］
程度のＣｒ膜を真空蒸着により堆積し、ホトリソグラフ
ィー技術により、導電性薄膜の形状に対応する開口を有
するようにパターニングし、その上に有機Ｐｄ化合物
（ｃｃｐ４２３０奥野製薬（株）社製）をスピンナーに
より回転塗布、つづいて加熱焼成処理をすることにより
主として酸化パラジウムよりなる微粒子からなる導電性
薄膜７を形成する。なお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）の膜を指す。

【００１３】［工程−ｃ］Ｃｒ膜を酸エッチャントによ
りエッチングしてリフトオフにより所望の導電性薄膜７
のパターンを形成する（図２７（ｂ））。

【００１４】［工程−ｄ］次に、図２６の電子放出装置
に素子を設置し、真空ポンプにて排気し、２．７×１０
^-3Ｐａ（２×１０^-5Ｔｏｒｒ）程度の真空度に達した
後、素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源１０によ
って、素子電極２、３間にそれぞれ電圧を印加し、フォ
ーミングと呼ばれる通電処理を行う。これは、電源１０
により、電圧をパルス状にして、昇電圧しながら通電処
理するものである。この通電処理により導電性薄膜７は
局所的に破壊、変形もしくは変質し、亀裂部５００６が
形成される（図２７（ｃ））。また、同時に、フォーミ
ング処理中に、導電性薄膜７が局所的に破壊、変形しな
い程度の電圧、例えば０．１［Ｖ］程度の電圧で、通電
パルス間に抵抗測定パルスを挿入し、抵抗を測定する。
フォーミング処理の終了は、その測定によって、導電性
薄膜７の抵抗が約１Ｍオーム以上になった時とし、この
ときに、素子への電圧の印加を終了する。

【００１５】［工程−ｅ］フォーミングを終えた素子に
は活性化工程と呼ばれる処理を施すのが望ましい。活性
化工程とは、この工程により、素子電流Ｉｆ，到達電流
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、場合に応じて適宜設定され
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、ケトン類、アミン類、フェノー
ル、カルボン、スルホン酸等の有機酸類などを挙げるこ
とが出来、具体的には、メタン、エタン、プロパンなど
Ｃ_n Ｈ_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_n Ｈ_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、プロピオン酸などあるいはこれらの混
合物が使用できる。この処理により、雰囲気中に存在す
る有機物質から、炭素あるいは炭素化合物が素子上に堆
積し、素子電流Ｉｆ、到達電流Ｉｅが、著しく変化する
ようになる。活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉｆと
到達電流Ｉｅを測定しながら、適宜行う。なお、パルス
幅、パルス間隔、パルス波高値などは適宜設定される。
炭素及び炭素化合物とは、例えばグラファイト（いわゆ
るＨＯＰＧ、ＰＧ、ＧＣを包含する。ここで、ＨＯＰＧ
はほぼ完全なグラファイトの結晶構造、ＰＧは結晶粒が
２０［ｎｍ］程度で結晶構造がやや乱れたものであ
る。）、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期グラファイトの微結晶の混
合物を指す）であり、その膜厚は、５０［ｎｍ］以下の
範囲とするのが好ましく、３０［ｎｍ］以下の範囲とす
ることがより好ましい。この炭素化合物の堆積により亀
裂の実効幅が狭くなり、電子は陽極先端から散乱放出す
る事となる。また、このようにして得られた素子におい
て電子が放出する場所は、０［ｎｍ］〜１００［ｎｍ］
の測度で亀裂方向に平均化すると亀裂に沿って連続に分
布していることが知られている。つまり、１０［ｎｍ］
〜１００［ｎｍ］の解像度で見ると電子放出点はほぼ連
続かつ均一に存在している。

【００１６】このような工程を経て得られた電子放出素
子は、安定化工程を行うことが好ましい。この工程は、
真空容器内の有機物質を排気する工程である。真空容器
１６を排気する真空ポンプ１５は、装置から発生するオ
イルが素子の特性に影響を与えないように、オイルを使
用しないものを用いるのが好ましい。具体的には、ソー
プションポンプ、イオンポンプ等の真空排気装置を挙げ
ることが出来る。前記活性化の工程で、排気装置として
油拡散ポンプやロータリーポンプを用い、これから発生
するオイル成分に由来する有機ガスを用いた場合は、こ
の成分の分圧を極力低く抑える必要がある。真空容器内
の有機成分の分圧は、上記の炭素及び炭素化合物がほぼ
新たに堆積しない分圧で、１．３×１０^-6Ｐａ（１×１
０^-8［Ｔｏｒｒ］）以下が好ましく、さらには１．３×
１０^-8Ｐａ（１×１０^-10 ［Ｔｏｒｒ］）以下が特に好
ましい。さらに真空容器内を排気するときには、真空容
器全体を加熱して、真空容器内壁や、電子放出素子に吸
着した有機物質分子を排気しやすくするのが好ましい。
このときの加熱条件は、摂氏８０から２５０度好ましく
は１５０度以上で、できるだけ長時間処理するのが望ま
しいが、特にこの条件に限るものではなく、真空容器の
大きさや形状、電子放出素子の構成などの諸条件により
適宜選ばれる条件によって行う。真空容器内の圧力は極
力低くすることが必要で、１．３×１０^-5Ｐａ（１×１
０^-7［Ｔｏｒｒ］）以下が好ましく、さらに１．３×１
０^-6Ｐａ（１×１０^-8［Ｔｏｒｒ］）以下が特に好まし
い。安定化工程を行った後の、駆動時の雰囲気は、上記
安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが好ましいが、
これに限るものではなく、有機物質が十分除去されてい
れば、真空度自体は多少低下しても十分安定な特性を維
持することができる。このような真空雰囲気を採用する
ことにより、新たな炭素あるいは炭素化合物の堆積を抑
制でき、また真空容器や基板などに吸着したＨ₂ Ｏ，Ｏ
₂ なども除去でき、結果として素子電流Ｉｆ、到達電流
Ｉｅが安定する。

【００１７】上述のような素子構成と製造方法によって
作成された該電子放出装置の基本特性について図２８を
用いて説明する。図２６に示した電子放出装置により測
定された到達電流Ｉｅおよび素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖ
ｆの関係の典型的な例を図２８に示している。図２８は
到達電流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。いずれの軸も、リニアス
ケールで表されている。

【００１８】図２８からも明らかなように、該電子放出
装置は到達電流Ｉｅと素子電圧Ｖｆの関係に対して次の
三つの特性を有する。まず第一に、該電子放出装置はあ
る電圧（しきい値電圧と呼ぶ、図２８のＶｔｈ）以上の
素子電圧を印加すると急激に到達電流Ｉｅが増加し、一
方しきい値電圧Ｖｔｈ以下では到達電流Ｉｅがほとんど
検出されない。すなわち、到達電流Ｉｅに対する明確な
しきい値電圧Ｖｔｈを持った非線形素子である。第二
に、到達電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに依存するため、到達
電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御できる。第三に、引き上
げ電極１２に捕捉される到達電荷量は、素子電圧Ｖｆを
印加する時間に依存する。すなわち、引き上げ電極１２
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。

【００１９】上記の特性によれば、引き上げ電極１２で
捕捉される電子は、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引き上げ電極に
到達しない。従って、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出来る事となる。

【００２０】この原理に基づき電子放出装置を複数構成
する事によって、平板型画像表示装置を形成する事が可
能となる。その構成方法については、特開平７−２３５
２５５号公報に詳しく記載されている。簡単に述べる
と、平板型画像表示装置の画素に対応して、上記の表面
伝導型電子放出素子を同一基板上に複数配置し、それぞ
れの素子電極２、３からの配線をいわゆる単純マトリク
ス状にそれぞれ行配線、列配線とするように配置する。
また、引き上げ電極は共通のものを使用するが、引き上
げ電極上には各電子放出素子に対応した位置に蛍光膜が
塗布され、画素を形成している。従って、引き上げ電極
によって引き上げられた電子によって、画素を点灯させ
る事が可能となる。駆動においては、行配線には選択的
に正の電位Ｖ（Ｖｔｈ＞Ｖ＞Ｖｔｈ／２）を付与し、列
配線には選択的に負の電位−Ｖ（Ｖｔｈ＞Ｖ＞Ｖｔｈ／
２）を付与する事により、行列ともに選択された素子の
みが、Ｖｔｈを越える素子電圧がかかる事になる。この
事と上述した表面伝導型電子放出素子を使用した電子放
出装置の特性によって、行列ともに選択された素子のみ
を駆動できるようになる。

【００２１】更に、上述のような一般的な表面伝導素子
を使用した電子放出装置以外にも次のような発明が本出
願人によりなされている。即ち、特開平１−３１１５３
２号公報及び、特開平１−３１１５３３号公報及び、特
開平１−３１１５３４号公報において、素子陽極と素子
陰極が対称な形状を持っていないＳＣＥ素子が提案され
ている。特開平１−３１１５３２号公報及び、特開平１
−３１１５３３号公報及び、特開平１−３１１５３４号
公報においては、電子ビームの引き上げ電極での到達形
状の整形を目的としていた。その為、電子は本発明で
は、以下で述べるように、この目的とは異なる課題を解
決するために本発明を提案する。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来例で記述し
た電子放出装置の原理に従った平板型表示装置におい
て、素子電流量Ｉｆに対して、引き上げ電極１２に到達
する電子の到達電流量Ｉｅの比である効率η、（η＝Ｉ
ｅ／Ｉｆ）が大きい事が望ましい。すなわち、ηを大き
くできれば、同様のＩｅを得るのに必要なＩｆを小さく
できるので、素子を結ぶ配線の設計を容易にできたり、
素子の劣化を低減できる事が予想される。

【００２３】従って、本発明の解決しようとする課題
は、引き上げ電極での電流量を一定にしたまま、該電子
放出装置の効率を向上させる事にある。

【００２４】この目的に対して、さらに詳細に課題を述
べるために、以下、表面伝導型電子放出素子を使用した
該電子放出装置の機構について説明する。

【００２５】上記に述べたように、フォーミングと呼ば
れる過程と活性化と呼ばれる過程を経ることによって表
面伝導型電子放出素子の導電性薄膜には亀裂が存在し、
該亀裂は、導電性薄膜を素子陽極に電気的に連結した部
分と素子陰電極にそれぞれ電気的に連結した部分とを分
けるように形成されている。この薄膜亀裂のうち、ｎｍ
オーダーの幅を持っている箇所が有限の長さ存在する事
が判ってきている。更に様々な検証実験とコンピュータ
シミュレーションによって、該ｎｍオーダーの亀裂の高
電位薄膜部側の先端部分から電子がほぼ等方に放出され
る事が判っている（正確には高電位薄膜部の先端部から
電子が等方に放出されると仮定すると実験とシミュレー
ションとが矛盾なく一致する事が判っている。）。ここ
で高電位薄膜部とは、導電性薄膜部５００４と素子陽電
極２等を含めたほぼ等電位と見なせる電気的に連結され
たものの事である。同様に、導電性薄膜５００５と素子
陰電極３等を含めたほぼ等電位と見なせる部分を低電位
薄膜部と以下呼ぶ。

【００２６】このように高電位薄膜の先端から放出され
た電子の振る舞いは、電界放出型電子放出素子のよう
に、陰極側から放出される電子とは異なった振る舞いを
する事が静電場中の電子の運動を考察する事によってわ
かる。以下表面伝導型電子放出素子を用いた電子放出装
置の特徴的な電子の運動を考察する。

【００２７】実際の表面伝導型電子放出素子における亀
裂は不規則に蛇行しており、その振幅は素子の形成方法
等に依存するが、素子陽電極と素子陰電極の間の幅の半
分程度以下であるものが多い。従って、素子の蛇行まで
考慮した理論を構成する必要があるが、ここではまず簡
単のために、蛇行の振幅が小さい場合の素子とそれに対
応した理論モデルについて、先に述べる。つまり、亀裂
部分が直線になっている場合の静電的な電位分布につい
て述べる（図５、ここで後述するように図５は各オーダ
ーの電位分布の断面図を示している。）（亀裂が蛇行し
ている場合の考察は、直線亀裂での電子の運動等を議論
した後に詳細に考察し、本発明での課題を述べる事とす
る。）。

【００２８】亀裂３０部が直線でかつ、素子の電極およ
び薄膜部の表面がｚ＝０面上にあり、今考えている領域
（図６の３４、後で詳しくのべる。）と比較して、十分
大きい面積を持って広がっているとし、またその電位分
布が高電位薄膜部３１側と低電位薄膜部３２側とで完全
に２値化しているとみなしてよいときは、高電位薄膜部
側３１と低電位薄膜部３２を静電学的に、対向する２電
極平板であるとして近似して良い。更に、考えている領
域３４に比較して、素子と引き上げ電極１２との距離Ｈ
が十分長い場合、表面伝導型電子放出素子を用いた電子
放出装置の電界分布（Ｅｘ，０，Ｅｚ）は、（ｘ，ｚ）
面を複素平面として見なして、

【００２９】

【数１】 として与えられる。ここで、ｉ＝√（−１），πは円周
率である。座標の中心は、亀裂の中央としており、Ｄは
実効的な亀裂の幅である。Ｖ_f は図２８で示したよう
に、素子にかかる電圧で、０から数１０［Ｖ］程度であ
る。また、Ｖ_a は引き上げ電極と素子との間の電圧で、
数［ＫＶ］から数１０［ＫＶ］程度で、素子と蛍光板と
の距離Ｈは数［ｍｍ］オーダーである。したがって、Ｖ
_a ／Ｈがほぼ１０⁶ ［Ｖ／ｍ］から１０⁷ ［Ｖ／ｍ］の
オーダーとなる。

【００３０】また、実効的な幅Ｄというのは、亀裂中央
から亀裂の大きさの数１０倍程度の位置で実際の電界と
一致するように上記の式（１）とをフィッティングした
際のパラメータとしての幅の意味である。この幅は表面
伝導型電子放出素子においては数ｎｍ程度のオーダーで
ある事が経験的にわかっている。

【００３１】式（１）で記述される電界を積分した電位
分布をスケール別に表したものが図５である。図５で、
（ａ）は［ｍｍ］オーダーの電位分布図である。（ｂ）
は［μｍ］オーダーの電位分布図であり、（ｃ）は［ｎ
ｍ］オーダーの電位分布図である（式（１）で近似され
る、亀裂、高電位薄膜部、低電位薄膜部、引き上げ電極
１２をそれぞれ、３０、３１、３２、３３と呼び、それ
に対応するものを図５に記している。）。

【００３２】この時、ｚ＝０面上、亀裂（ｙ軸）に平行
でかつ、ｘの値が、

【００３３】

【数２】 の直線上において、電界がゼロとなる事がわかる。電位
の調和関数としての性質により、電位を複素流体ポテン
シャルの虚部とみなした際、その流れ場が淀む点は、電
界ゼロの点に対応する。流体と静電場とのアナロジーか
ら、この電界が淀む直線状の箇所を、以下、淀み線ある
いは、（ｘ，ｚ）面の断面形状を捕えて、淀み点３５と
呼ぶ。この淀み点３５の中心からの距離ｘ_s は、この系
の特徴を表わす長さである。

【００３４】該電子放出装置におけるオーダーでは、ｘ
_s ≫Ｄとなり、ｘ_s は充分よい近似で、

【００３５】

【数３】 となり、実効的な幅Ｄにｘ_s が依存しない事がわかる。
（ｘ_s ≫数［ｎｍ］）。Ｖ_a ＝１［ＫＶ］，Ｖ_f ＝１５
［Ｖ］，Ｈ＝５［ｍｍ］では、ｘ_s ＝２３．９［μｍ］
程度である。

【００３６】（３）式の近似は、電界分布を

【００３７】

【数４】 と近似した事に相当し、この近似はｘ_s と亀裂幅の比が
充分大きいとき、すなわち亀裂３０中央から実効的な亀
裂幅Ｄの数倍程度の半径の半円柱外の領域では、よい近
似である事がわかる。（４）式の右辺の第１項の表わす
ものはいわゆる回転電界である。他方、第２項の表す電
界を縦電界とよぶと、表面伝導型電子放出素子を使用し
た電子放出装置の特徴的な電界は、回転電界と縦電界の
和で近似できるという事がわかる。

【００３８】式（４）に相当する電位分布は（４）を積
分する事によって得られ、

【００３９】

【数５】 となる。ここで、Ｉｍは虚数部をあらわす。

【００４０】式（１）で与えられた電場を解析すると高
電位薄膜部３１側に、電界がｚ軸正の向きのベクトル成
分をもつ領域が存在する事がわかる。その領域の形状
は、亀裂３０中央と淀み点３５との中央を中心軸とし
て、半径をｘ_s の半分とするほぼ半円をｙ軸方向の平行
移動によって得られる内部のつまった半円柱状に形成さ
れている事がわかる。この領域では、電子は下向きの力
を受けるので、以下これを負の勾配領域３６と呼ぶ。図
５（ｂ）に対応する領域を斜線で示した。式（４）の近
似がなりたつときには、この負の勾配領域３６のｚｘ−
平面上では完全な半円とｘ軸で囲まれる領域となる。

【００４１】上述のように電子が薄膜の高電位薄膜部分
３１の先端部からなんらかの効果によって放出されたと
しても、負の勾配領域３６においては、電子は下方（図
ｚ軸負の方向）の力を受けて落下する事が分かってい
る。さらに、様々な解析から、電子は高電位薄膜部３１
表面に落下し、一部は高電位薄膜３１内に吸収され、素
子電流として流れ、一部は、再び真空中へ散乱をおこな
う事がわかってきた。そのように、電子は薄膜の高電位
薄膜部分３１の先端部で放出された後に、落下散乱を繰
り返し、負の勾配領域を抜けきったものだけが引き上げ
電極３３に到達し、到達電流となる。

【００４２】したがって、高電位薄膜部３１および低電
位薄膜部３２のｘ方向の長さがｘ_sに比較して長い場
合、上記で近似したように薄膜部を対向する電極平板と
見なしてよく、また、亀裂の蛇行のスケールがｘ_s に比
べて非常に小さければ、直線亀裂と見なして良い。

【００４３】つまり、先に述べた、亀裂が直線とみなせ
る場合の表面伝導型電子放出素子を取り扱っているとい
うのは上記の意味である。また上述の「考えている領
域」というのは図６の３４のように、電子のｚ方向の位
置が素子表面からはかってｘ_sの数倍から１０数倍程度
の高さと、ｘ方向には、淀み点の２から１０倍程度の大
きさをもつ、ｙ方向に伸びた角柱の領域となる。つま
り、１）亀裂部がｘ_s に比較して、その蛇行が小さいと
き直線的であると見なせ、２）素子の電極および薄膜部
の表面の凹凸がｘ_s に比較して著しく平坦であり、３）
該角柱で囲まれる領域と比較して、高電位薄膜部及び低
電位薄膜部が、十分大きい面積を持って広がっており、
４）Ｈ≫ｘ_s 、という状況が成り立っているとき、系
は、式（１）あるいは、式（４）で記述される電界分布
をもつと考えてよい。一般的な表面伝導型電子放出素子
を用いた電子放出装置は上記の要件をほぼ満たす事が判
る。

【００４４】該角柱で囲まれた領域を超えると電子は、
素子と引き上げ電極３３との間で、図５の（ａ）に示さ
れた平行電界によってほぼ放物運動と見なせる運動を行
う。

【００４５】このような式（１）あるいは式（４）で近
似されるような電界分布は、引き上げ電極３３に対応す
るような捕捉電極が等電位部３１、３２に対応する電極
と同一基板上に形成されているものと著しくその性質を
異にしている。また、素子にかかる電圧値が大きい場
合、例えば、Ｖ_f ＝２００［Ｖ］の場合、Ｖ_a ＝１［Ｋ
Ｖ］，Ｈ＝５［ｍｍ］では、ｘ_s ＝３００［μｍ］程度
となり、上記（１）式あるいは式（４）で記述されるよ
うな素子を形成するためには、［ｍｍ］オーダーの素子
を考える必要がある。従って、素子のかかる電圧値が大
きくかつ素子の大きさがサブミリメータ以下の場合、上
述の表面伝導型電子放出素子の特徴的な電界分布とは異
なる電界分布を持つ事が容易に推測できる。

【００４６】上述のように、静電的な系の特徴はほぼ記
述したので、次に、電子の運動とこの系の静電的構造の
関わり合いについてのべる。

【００４７】エネルギー保存則より、素子外部（真空
中）へ放出された電子のエネルギーは（ｅＶ_f −Ｗ_f ）
で与えられる。ここでｅを電子の電荷として、Ｗ_f を高
電位薄膜部３１表面の平均的な仕事関係とする。Ｖ_f が
数［Ｖ］から数１０［Ｖ］であり、また、一般的な仕事
関係が５［ｅＶ］前後であることから、電子は数［Ｖ］
から数十［Ｖ］のエネルギーを持つ。数［ｅＶ］から数
十［ｅＶ］程度のエネルギーを持つ電子は、高エネルギ
ーの電子と異なる性質を持つ事は知られているが、その
性質は詳しくわかってはいない。多くの考察から、高電
位薄膜部３１表面で弾性散乱がおこり、その弾性散乱成
分の全体の割合をβとするとこれはほぼ０．１以上、
０．５以下程度である事がわかってきている。また、エ
ネルギーが低いための量子論的な波動的な振る舞いのた
めと、薄膜表面の凸凹のために、等方に散乱している成
分がある事がわかっている。したがって、古典的には、
ある方向に散乱される割合が、確率的に与えられている
ように解釈される。

【００４８】このような散乱機構のために、電子の運動
は統計的に扱うべきものである事が理解される。また、
βの値が１以下である事から、真空中の電子は散乱を繰
り返す度に、そのべき乗で減少していく事がわかる。

【００４９】素子電流（Ｉ_f ）分の引き上げ電極３３へ
の到達電子の電流量（Ｉ_e ）を持って効率（η＝Ｉ_e ／
Ｉ_f ）とする際に、このような多重散乱は効率を低下さ
せる方向にあると考えられる。したがって、効率を向上
させる手段として、この電子の高電位薄膜部３１表面へ
の落下の回数を減少させる事が必要となっている。

【００５０】上述したように、直線の亀裂３０を持った
表面伝導型電子放出素子は負の勾配領域３６をほぼ半円
形状で必ず持ち、この負の勾配領域３６が、電子の高電
位薄膜部３１表面への落下に寄与している。したがっ
て、この負の勾配領域を制御する事が最も重要な課題と
なる。

【００５１】しかしながら、該負の勾配領域３６をどの
程度、何に比較して小さくするのかという事がここまで
の説明において不明である。次に、電子のエネルギーか
ら決定されるこの系の特徴的な長さについて述べる。こ
れは、電子の運動から決定される長さである。

【００５２】負の勾配領域内及び亀裂３０近傍では、第
１近傍として、回転電場として見なせるので、式（４）
において、Ｖ_a ＝０での回転電場に関する電子の運動を
解析した。その結果、高電位薄膜部３１上の点（ｘ₀ ，
０，０）で等方に射出した電子の高電位薄膜部３１で落
下点の分布のｙ方向の積分したものは、シミュレーショ
ンから、次の関数形でほぼあらわされられる事が判っ
た。

【００５３】

【数６】 Ｎは規格化定数で、ｇ₀ は正の単調増加関数である。こ
こでＣは、

【００５４】

【数７】 として記述される倍率パラメータである。電子の軌道が
射出位置の倍率でのみ決定されている事は、Ｖ_a ＝０の
際、この系に特徴的な長さが存在していない事を意味す
る。また、最大到達位置も、亀裂中央部から射出位置の
倍数で決定されている。したがって、射出あるいは散乱
された電子はほぼ射出された位置ｘ₀ に対して、最大

【００５５】

【数８】 のオーダーの（ｚ方向正の）高さまで舞い上がると思っ
てよい。Ｖ_f ＝１４［Ｖ］，Ｗ_f ＝５．０［ｅＶ］とす
ると、Ｃ＝１３０であり、ｘ₀ ＝５［ｎｍ］とするとＣ
ｘ₀ ＝６５０［ｎｍ］程度である。

【００５６】このように、電子の運動から決定される長
さが判ったので、負の勾配領域３６が何に比較してその
大小が決定されるべきかが明らかになった。つまり、Ｃ
ｘ₀を長さの単位として負の勾配領域３６の大きさがあ
まり大きくない事が望まれる。

【００５７】次に、亀裂の蛇行の効果について考察す
る。上記の考察から、単純化された電界（１）を更に近
似すると式（４）のように変形できる。また、電子が散
乱という確率論的な過程を経るために、電子の軌道の集
合は、式（１）の上で得られるものと式（４）の電場で
得られるものとほぼ、同じ濃度の分布をもつ事が計算に
よって示される（例えば、式（６）において、実効的な
亀裂Ｄの有無による効果等を計算したが、亀裂幅が十分
ｘ_s より小さければ、Ｄの有無は電子軌道に深い影響は
ない事が判っている。通常の該電子放出装置の場合、こ
の要件を満たしている。）。したがって、実効的な亀裂
幅Ｄが十分狭い（Ｄ＝０の）式（４）の電場が表面伝導
電子放出素子を利用した電子放出装置の特徴的な電場で
あると理解してよい。従って、実効的な亀裂幅Ｄが十分
狭い（Ｄ＝０の）高電位薄膜部３１と低電位薄膜部３２
の素子部と引き上げ電極３３によって形成される電場を
考察する事が重要である。

【００５８】また、亀裂が蛇行した際もｘ_s の最大と引
き上げ電極３３と素子の間の距離の比（ｘ_s ／Ｈ）は充
分小さいと考えてよく（Ｈ≫ｘ_s ）、実効的な亀裂幅の
ない高電位薄膜部３１と低電位薄膜部３２の素子部のつ
くる電界と素子と引き上げ電極３３の作る電界の線形和
（重ね合せ）であると近似してよい。

【００５９】従って、蛇行した亀裂の電界の本質的な部
分は、実際の亀裂の幅が有限の幅を持っていたとして
も、実効的な亀裂幅の十分狭い極限の（Ｄ＝０）素子部
の電界分布である事が予想される。

【００６０】蛇行しながら、かつ２次元平面上に存在す
る、亀裂幅の十分狭い（Ｄ＝０の）亀裂を持った素子部
のつくる電位分布は、半空間上のグリーン関数の特徴に
より、低電位薄膜部３２の電位をゼロとすると高電位薄
膜部３１をのぞむ立体角に比例する事が計算によって判
る。従って、形状のある高電位薄膜部３１の形状をΛと
し、ｚ＞０とする半空間上のある点（ｘ，ｙ，ｚ）に対
して、高電位薄膜部３１を望む立体角をΩΛ（ｘ，ｙ，
ｚ）とすると、その点での電位は

【００６１】

【数９】 となる（Ｖ_a ＝０のとき、図７に示すように、電子の感
じる電位は、高電位薄膜を望む立体角である。）。これ
を方向微分したものが電界となる。式（９）は亀裂の幅
が有限であっても、実効的亀裂幅Ｄがｘ_s に比較して十
分小さい場合は、良い近似で成り立つ事が上述の考察よ
り判る。

【００６２】亀裂をｚ＝０のｘｙ−平面の（ｘ，ｙ，
ｚ）＝（０，ｙ，０）とするｙ軸にとったとすると式
（９）が式（５）に戻る事は容易に確認できる。

【００６３】負の勾配領域を小さくするという立場か
ら、次に（９）式と負の勾配領域の関係について考察す
る。負の勾配領域は、電子放出素子がつくる回転電界の
支配的領域であると理解できる。つまり、負の勾配領域
の境界線上で、丁度回転電界のつくる電界のｚ方向の成
分と引き上げ電極３３がつくる縦電界の釣り合っている
事を意味し、更には、その内部では回転電界が支配的に
なるという事である。また、低電位薄膜部３２の電位を
ゼロとするとＶ_f の値の等電位線（面）は淀み点（線）
から始まり、低電位薄膜部３２方向の充分大きいところ
でｘｙ−平面に平行になる。このＶ_f の等電位線（面）
の内側（亀裂を含む側）を素子電位領域と呼ぶと、素子
電位領域に、負の勾配領域が閉じ込められている事が容
易に判る。この性質は、亀裂が直線か否かに寄らない。

【００６４】従って、この素子電位領域を小さくする事
によって、負の勾配領域を小さくさせる事が可能であ
る。実際、構成された電位の特徴的な場合を図８に図示
した。（ａ），（ｃ）が素子のモデルを上から見たもの
であり、３１、３２は対応する高電位薄膜部及び低電位
薄膜部である。（ａ）の直線亀裂に対応する電位分布が
（ｂ）に、（ｃ）の蛇行した亀裂の点線部断面の電位分
布が（ｄ）に示してある。線で囲った負の勾配領域４０
が小さくなっている事が判る。

【００６５】そこで、式（９）より、素子電位領域を小
さくするためには、電子の軌道に対してその電子が臨む
高電位薄膜部３１の面積を大きくしてやればよい事が結
論付けされる。しかしながら、従来の表面伝導型電子放
出素子においては、亀裂の蛇行が未制御でかつ、電子放
出部の制御がなされていないために、この思想が活かさ
れていなかった。

【００６６】この事を更に詳しく説明する。簡単のため
に、従来の表面伝導型電子放出素子においての亀裂をモ
デル化した、図９（ａ）の亀裂が部分直線的な形状で周
期的に並んでいる場合を考察しよう。これは、ほぼ縦の
振幅が１０［μｍ］であり、周期が２０［μｍ］程度で
ある。この場合の陽極先端で放出された電子が引き上げ
電極に到達する割合をコンピュータシミュレーションに
よって計算したものである。横軸が位置を表し、縦軸が
効率である。また、横軸と平行に描いた直線は、直線亀
裂の場合の計算結果である。亀裂の上方Ｃｘ₀ におい
て、陽極の見渡せる立体角がπを越える箇所があれば、
πよりも小さくなる箇所ができてしまう。この事実を反
映して、図９（ｂ）に示すように効率はグラフのよう
に、直線亀裂の場合の効率を越える箇所と越えていない
箇所とが存在している。そのため、電子の放出する部分
が亀裂にそって、全体に分布していると平均の電子到達
率は直線のものとあまり変わらないものとなってしま
う。また、図９（ａ）の亀裂の蛇行よりも小さい振幅、
周期に関しては、上述の考察より、負の勾配の領域の直
線の際のものからの差が実効的に小さくなり、図９
（ａ）の負の勾配領域の形より直線の亀裂に対する負の
勾配により近くなる。従って、小さな蛇行の効果は無視
できる事は推測できる。実際、シミュレーションによっ
て、数値実験を行うとそのような効果が得られた。

【００６７】つまり、上述のように、少なくも蛇行の振
幅があまり大きくないときは、負の勾配領域を小さくす
る箇所が形成されても負の勾配領域が大きくなる箇所が
同時にできてしまうために、単純な蛇行亀裂では、全体
の電子到達率、更には効率を向上する事が不可能である
事が結論付けられる。

【００６８】

【課題を解決するための手段】本発明の課題は、既に素
子外部（真空中）に放出された電子が受ける電界の制御
を行い、表面伝導型電子放出素子を流れる電流量と引き
上げ電極に到達する電子の電流量との比であるところの
効率を向上させる事である。この事は、物質中より電子
を取り出すための電界の制御とはその目的が異なり、従
ってこの課題を解決する手段は思想的にも全く異なった
ものであり、効果も全く異なっている事となる。

【００６９】上述のように効率を支配する要因のひとつ
として負の勾配領域の大きさがあり、その大きさが形状
に依存する事を示した。本発明ではこの負の勾配領域の
制御を亀裂の形状の制御と電子放出部の位置の制御によ
って上記の課題を解決する。

【００７０】つまり、亀裂の高電位薄膜部側に凸になっ
た部分の凸部分では、負の勾配領域が小さくなっている
ので、その部分のみ電子が放出するように、電子放出部
分の分布を制御する事にする。

【００７１】以下に詳しく述べるが、電子を電子到達率
の大きい部分からのみ選択的に放出させる事によって全
平均電子到達率を向上する事ができる事となり、効率が
著しく大きくなる事となる。

【００７２】そこで、どのようにすれば効率を大きくで
きるかの設計指針を与え、構成したものが本発明であ
る。表面伝導型電子放出素子においては、活性化という
工程を経る事によって、亀裂に沿った電子を放出する部
分を少なくとも数１０［ｎｍ］から１００［ｎｍ］の亀
裂に沿った領域で平均してそれ以上の長さの測度で眺め
ると、平均化された電子放出する部分の分布は亀裂に沿
ってほぼ連続的でかつ一様でかつ連続である事が知られ
ている。この表面伝導型電子放出素子、特有の性質を利
用すると、電子放出部を上記の意味で連続的に線分とし
て設計、構成する事が可能である。この表面伝導型電子
放出素子の著しい性質を利用する事により、引き上げ電
極での電流量を減じる事なく、効率を向上させる設計方
針を与え、構成したのが本発明である。

【００７３】また、上述のように負の勾配領域を小さく
させるためには、その形状には幾つかのバリエーション
が考えられるが、効率よくそれらを構成するために、本
発明では周期的形状に限定している（この周期的形状を
より一般の非周期形状に置き換える事は容易に可能であ
る。）。

【００７４】また、本発明等で述べる形状にはさまざま
ものがあり、さまざまな形状パラメータを含んでいる
が、基本的に形状は３つのパラメータ、周期ｌｐ，振幅
ｌａと電子の放出する部分の長さ（放出部長）ｌｅを共
通の因子として持っている。本発明の典型的な形状に沿
って、これら３つの形状パラメータの役割について解説
する。

【００７５】図１０に本発明の典型的な例を図示した。
この例に沿って、効率及び引き上げ電極での電流量Ｉｅ
が上述のパラメータによってどのような変化をするかを
述べる。その結果より、効果が顕在化するようなパラメ
ータ領域を決定し、形状パラメータが該領域内になるよ
うに、亀裂形状を設計、制御する指針を与える。その指
針に沿った制御亀裂によって、電流量Ｉｅを減じる事な
く、効率を向上させるという本発明の課題を解決する事
が可能となることが判る。

【００７６】図１０の（ａ）は最も単純な本発明の形状
図である。図に示すように、亀裂を人工的に制御して、
９０度の角と線分で構成された周期的な矩形形状にして
ある。図中、太線３８は電子放出部である。亀裂の３８
部分では、亀裂に沿った高電位薄膜部の先端から電子が
放出するようにしている。その他の亀裂部分は、何らか
の方法で電子が放出しないように設計されている。孤立
した電子放出部の線分の長さをｌｅとしている。また、
ｙ方向を基軸にした場合の振幅を図に示すようにｌａと
した。また、周期パターンの周期をｌｐとした。

【００７７】まず、ｌｅ依存性を考察しよう。その他パ
ラメータ群を固定して、効率ηと引き上げ電極での電流
量Ｉｅの直線の亀裂のものからの比のｌｅ依存性を示し
たのが図１０（ｂ）である。図から判るように、ｌｅが
小さくなればなるほど、効率は向上する事が判る。しか
しながら、表面伝導型電子放出素子では、少なくとも１
００［ｎｍ］以上の解像度で見れば電子放出点が連続し
て存在しているため、電子放出部の長さを減ずると高電
位薄膜部先端での電子の放出量がそれに伴って線形に減
るので、図１０の（ｂ）に示すように電流量Ｉｅはピー
クを持つ（Ｉｅは効率と長さｌｅの積に比例してい
る。）。

【００７８】同様に、他のパラメータを固定して、亀裂
形状の周期ｌｐを変化させた際の効率の依存性を見たの
が図１０の（ｃ）図である。ｌｐが大きくなる程効率が
上昇する（単調増加である）事が判ると同時に、その依
存性が収束する事がわかる。また、素子長Ｗ₁ を固定す
ると、周期を増やすという事は、全電子放出部長を短く
する事と等価であるので、従って、ｌｐを大きくする事
は、現実の問題としては引き上げ電極での電流量Ｉｅを
小さくさせる要因となる（Ｉｅはηにほぼ比例し、ｌｐ
にほぼ反比例する。）。素子長Ｗ₁ を固定した際のＩｅ
の依存性を図１０（ｃ）に示している。従って、ｌｐに
もｌｅ同様に目的とする効果に依存して、最適領域が存
在する。

【００７９】また、亀裂の振幅ｌａと効率の関係は図１
０の（ｄ）に示した。振幅は今考えている形状の場合
は、電子放出部長と関係ないため、ｌｅのｌｐ依存性は
効率ηを通してのみ存在しており、Ｉｅは効率ηに比例
する。効率は、ｌａの増加に伴い、単調に増加するが、
これもまた、ある値に収束する。また、実際の素子を作
る場合には、このｌａはさまざまな理由から、有限の長
さに留まる事が必要となり、やはり現実の問題としては
最適値を持つ。

【００８０】このように、ある種の形状（図１０
（ａ））の場合について考察したが、これらの結果は形
状パラメータ、複雑に絡み合い、引き上げ電極の電位Ｖ
_a や、素子の電圧Ｖ_f 等によって、大きくその値を変え
る事がある。しかしながら、定性的な性質は上述したと
おりである。

【００８１】例えば、図１１のような場合についても同
様の考察が可能である。

【００８２】そこで、通常考えられる条件に基いて検討
した結果、本発明においては次のようなパラメータを選
択するのが良いことがわかった。

【００８３】 ５［μｍ］≦ｌｐ≦８０［μｍ］ １［μｍ］≦ｌｅ≦４０［μｍ］ １［μｍ］≦ｌａ≦１００［μｍ］ 好ましくは、蛇行の特徴的な長さｌａは、淀み点のスケ
ールｘ_S に比較して同じ程度あるいは、それより大きく
設定する。

【００８４】また、従来の蛇行においては、振幅が小さ
いために蛇行の高電位側への凸部と凹部からの電子の放
出効率の増加分と減少分がキャンセルして直線の効率と
変わらないとなってしまっていた。

【００８５】しかしながら、振幅ｌａが十分長い場合は
この限りではない。図１２に示すように、制御された亀
裂を構成し、該亀裂の全域で電子を放出させる事を考え
る。単位長さ当たりの電子の放出効率を効率密度と呼ぶ
と、効率密度の分布が亀裂の線素に沿って定義できる。
このとき、振幅ｌａが大きくなると凸部での効率密度
（図１２の３８部に相当する）は、ｌａに対して非線形
に増加する。他方、凹部（図１２の３９部に相当）で
は、効率密度が非負関数である事から、下限を持つ事が
判る。ｌａが小さいときには、両者はｌａ＝０での周り
で線形化でき、亀裂にそった放出部に対して積分した積
分値即ちこの系での（全）効率が、直線のものと変わら
ないというのが従来の表面伝導型電子放出素子での蛇行
の効果である。

【００８６】しかしながら、ｌａを大きくすると、凸部
での電子放出効率密度が大きくなり、全域にわたる積分
値（全効率）が直線の際のものより大きくなる事があ
る。この事は形状に対して大きく依存する事であり、分
布関数の積分として求められるものである（ある領域
で、非常に効率密度が高い部分があったとしても、その
測度が小さければ他の領域の効率密度が直線亀裂のもの
より大きく下回っていれば、全効率は直線亀裂のものよ
りも小さくなってしまう。）。しかしながら、数値実験
及び実験によって、連続した電子放出部を持っている場
合においても、図１１に示した程度の形状に対しては、
電子放出効率を大きくする事が可能となることが判っ
た。上述と同様にして検討した結果、好ましい範囲は下
記のとおりである。なおｌｅは、ここでは絶縁領域の
内、高電位側に張り出した部分の長さを示す。

【００８７】 ５［μｍ］≦ｌｐ≦８０［μｍ］ １［μｍ］≦ｌｅ≦２０［μｍ］ ５［μｍ］≦ｌａ≦１００［μｍ］ 従って、上記の設計思想に立って、本発明は以下のよう
な制御された形状を持つ亀裂と制御された電子放出部を
有する表面伝導型電子放出素子を用いた電子放出装置を
提供する。

【００８８】すなわち本発明の第１の実施形態は、その
一部に電子放出部を含む導電性薄膜を有する電子放出素
子、及び電子を引き上げるための電極によって構成され
る電子放出装置において、該導電性薄膜を高電位側と低
電位側とに分割するように、電気的に絶縁された、幅Ｄ
が条件、（ＶｆＨ／ＶａＤ）≫１、を満たす細長い絶縁
領域が該導電性薄膜に１本形成されており、該絶縁領域
が高電位側に向けて複数の凸になった部分と、低電位側
に向けて複数の凸になった部分とから成る概略周期的な
形状を持つように、該導電性薄膜は低電位側と高電位側
にそれぞれ複数の凸部を有し、且つ該導電性薄膜の一方
の複数の凸部の間に作られる複数の凹部に他方の複数の
凸部が入り込んでおり、絶縁領域の１周期の中で高電位
側に凸になった部分の少なくとも一部に連続的な線状の
電子放出部が存在することを特徴とする電子放出素子で
ある。

【００８９】本発明はさらに、上記電子放出部及びその
近傍に、炭素及び／または炭素化合物より成る堆積物を
有することを特徴とすることを含む。

【００９０】本発明はまた、上記絶縁領域の１周期中に
含まれる電子放出部の長さｌｅと該絶縁領域の周期ｌｐ
と該絶縁領域の高電位側に凸になった部分と、低電位側
に凸になった部分の蛇行距離ｌａが、それぞれ次式の範
囲にあることを特徴とする電子放出装置である。

【００９１】 ５μｍ≦ｌｐ≦８０μｍ １μｍ≦ｌｅ≦４０μｍ １μｍ≦ｌａ≦１００μｍ 本上記パラメータは、全体の電子放出率が、亀裂が直線
の電子放出素子の効率の１．２倍以上となるように設定
したものである。また、ｌａは、画素ピッチ等の要因に
より決められたものである。

【００９２】本発明は上記の条件に加え、その一部に電
子放出部を含む導電性薄膜を有する上記電子放出素子
が、さらに、対向する一対の素子電極を有し、該導電性
薄膜の分割された上記高電位側と低電位側のそれぞれの
部分が、上記素子電極のそれぞれの側に電気的に接続さ
れ、且つ該素子電極に挟まれた領域が高電位側に凸にな
った部分と、低電位側に凸になった部分とから成る周期
的な形状を有し、上記導電性薄膜が上記素子電極に挟ま
れる領域の内、主に高電位側に凸になった部分に存在す
ることを特徴とする電子放出装置を含む。

【００９３】本発明はさらに、上記電子放出素子が、表
面伝導型電子放出素子であることを含む。

【００９４】本発明の第２の実施形態は、その一部に電
子放出部を含む導電性薄膜を有する電子放出素子、及び
電子を引き上げるための電極によって構成される電子放
出装置において、該導電性薄膜を高電位側と低電位側と
に分割するように、電気的に絶縁された細長い絶縁領域
が該導電性薄膜に１本形成されており、該絶縁領域が高
電位側に向けて複数の凸になった部分と低電位側に向け
て複数の凸になった部分とから成る概略周期的な形状を
持つように、該導電性薄膜は低電位側と高電位側にそれ
ぞれ複数の凸部を有し、且つ該導電性薄膜の一方の複数
の凸部の間に作られる複数の凹部に他方の複数の凸部が
入り込んでおり、絶縁領域に連続的な線状の電子放出部
が形成されており、且つ、該絶縁領域の１周期中に含ま
れる高電位側に凸になった部分の長さｌｅ、該絶縁領域
の周期ｌｐ、該絶縁領域の高電位側に凸になった部分と
低電位側に凸になった部分との蛇行距離ｌａ及び、該引
き上げ電極と低電位側導電性薄膜との間の電位差Ｖａを
該引き上げ電極と該電子放出素子との距離Ｈで割った値
が、それぞれ次式の範囲にあることを特徴とする、電子
放出装置である。

【００９５】 ５μｍ≦ｌｐ≦８０μｍ １μｍ≦ｌｅ≦２０μｍ ５μｍ≦ｌａ≦１００μｍ Ｖａ／Ｈ≦０．５×１０⁶ ［Ｖ／ｍ］ 電界Ｖａ／Ｈの上限は、これよりも大きなＶａ／Ｈに対
しては、高電位側に凸になった部分の電子放出効率が十
分に大きくならないという、事実に基づいて与えられた
ものである。

【００９６】本発明はさらに、その一部に電子放出部を
含む導電性薄膜を有する上記電子放出素子が、さらに、
対向する一対の素子電極を有し、該導電性薄膜の分割さ
れた上記高電位側と低電位側のそれぞれの部分が、上記
素子電極のそれぞれの側に電気的に接続され、且つ該素
子電極に挟まれた領域が高電位側に凸になった部分と、
低電位側に凸になった部分とから成る周期的な形状を有
し、上記導電性薄膜が上記素子電極に挟まれるように存
在することを特徴とする、上記の電子放出装置を含む。

【００９７】本発明はさらに、上記電子放出部及びその
近傍に、炭素及び／または炭素化合物を有することを含
む。

【００９８】本発明はさらに、上記電子放出素子が、表
面伝導型電子放出素子であることを特徴とする、電子放
出装置である。

【００９９】本発明の第３の実施形態は上記の電子放出
装置を構成するいずれかの電子放出素子が基体上に複数
配置された電子源と電子を引き上げるための電極によっ
て構成される電子放出装置である。

【０１００】本発明はさらに、上記電子源において、電
子放出素子に電気的に接続された配線が、マトリクス状
に形成されていることを含む。

【０１０１】本発明はさらに、上記電子源において、電
子放出素子に電気的に接続された配線が、はしご状に形
成されていることを含む。

【０１０２】本発明の第４の実施形態は、上記の電子放
出装置の構成を有し、上記電子引き上げ電極が上記電子
源から放出される電子源の照射により、発光して画像を
形成する画像形成部材の機能を有する、画像形成装置で
ある。

【０１０３】本発明の第５の実施形態は、本節の最初に
記載の電子放出装置の製造方法であって、上記絶縁領域
の内電子放出部以外の部分を、上記導電性薄膜を、集束
イオンビーム法、レーザー加工法、ないしフォトリソグ
ラフィー法のいずれかの微細加工技術により導電性薄膜
の一部を除去することにより形成し、次いで該導電性薄
膜に電圧を印加し電流を流すことにより、電子放出部を
形成することを特徴とする、電子放出装置の製造方法で
ある。

【０１０４】

【発明の実施の形態】

【０１０５】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明をさらに説明
する。

【０１０６】（実施例１）本実施例の電子放出素子は、
図１に示すが、従来例で示した図２５と同様の構成を有
する。ただし従来例では未制御であった亀裂５００６の
形状を、本発明では制御して亀裂６のようにしている。
図３を用いて本実施例の電子放出素子の製造方法を説明
する。

【０１０７】工程−ａ 中性洗剤、純水及び有機溶剤で洗浄した石英ガラス基板
１に、真空蒸着法により厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ３０ｎ
ｍのＰｔを順次積層した。つづいて、フォトレジスト
（ＡＺ１３７０；ヘキスト社製）を塗布、ベークしてレ
ジスト層を形成した後、フォトマスクを用いて露光、つ
づいて現像して素子電極２、３のレジストパターンを形
成した後、ＰｔＴｉ膜の不要な部分をウェットエッチン
グして除去し、最後にレジストパターンを有機溶剤で除
去して、素子電極２、３を形成した。素子電極の間隔Ｌ
１は２０μｍ、電極長Ｗ２は３００μｍとした（図３
（ａ））。

【０１０８】工程−ｂ 真空蒸着法により、厚さ５０ｎｍのＣｒ膜（不図示）を
堆積、通常のフォトリソグラフィーの手法により、導電
性薄膜の形状に対応する開口部を形成してＣｒマスクと
した。

【０１０９】つづいて、有機Ｐｂ化合物の溶液（奥野製
薬（株）；ＣＣＰ−４２３０）を塗布、大気中で３１０
℃に加熱して焼成し、酸化パラジウム（ＰｄＯ）を主成
分とする微粒子からなる薄膜を形成した。この後、ウェ
ットエッチングによりＣｒマスクを除去、リフトオフに
より所望のパターンを有する導電性薄膜７を形成した。
導電性薄膜の抵抗値は、Ｒｓ＝４．０×１０⁴ Ω／□で
あった（図３（ｂ））。

【０１１０】工程−ｃ 上記素子を集束イオンビーム加工装置（ＦＩＢ）に設置
し、導電性薄膜の所望の部分を、ＦＩＢによりスパッタ
リングして除去することにより、図１３（ａ）に示した
ような形状の絶縁領域を形成した。ここで、Ｉｅ＝５μ
ｍ、ｌｐ＝９μｍ、ｌａ＝１０μｍとした。

【０１１１】なお、絶縁領域の幅は、高電位側に凸の部
分（図１３（ａ）の太線で示した部分）で４０ｎｍ、他
（図１３（ａ）の細線で示した部分）は１μｍとした。
これは、高電位側に凸の部分のみを電子放出部とするた
めである。

【０１１２】工程−ｄ 図２の真空処理装置に、上記素子を設置し活性化処理を
行った。ここで図２は従来例で示した図２６と同様の構
成を有する。

【０１１３】真空ポンプ１５により真空装置１６を一旦
高真空に排気した後、ｎ−ヘキサンを導入し、圧力を
２．７×１０^-2Ｐａとした。素子電極２、３の間にパル
ス電圧を印加して活性化処理を行った。用いたパルス
は、矩形波パルスで、パルス幅Ｔ１＝５００μｓｅｃ、
パルス間隔Ｔ２＝１０ｍｓｅｃ、波高値は１０Ｖから
０．２Ｖ／ｍｉｎのレートで１８Ｖまで漸増させた。

【０１１４】工程−ｅ ｎ−ヘキサンの導入をやめ、真空装置１６全体を２００
℃程度に加熱しながら真空ポンプ１５により排気した。
圧力は２４時間後に４．２×１０^-4Ｐａまで低下した。
なお、素子を走査電子顕微鏡により観察したところ、工
程−ｄの後、上記電子放出部とその周辺に堆積物が観察
された。これは、従来の表面伝導型電子放出素子につい
ての知見に照らして炭素および／または炭素化合物と思
われる。 （比較例１）実施例１の工程−ａ及び工程−ｂと同様な
工程を行った後、次のような、通電フォーミング処理に
より、電子放出部を形成した。

【０１１５】工程−ｃ 素子を図２の真空処理装置に設置して、真空容器の内部
を真空ポンプ１５により排気、圧力を２．０×１０^-3Ｐ
ａ以下までに減圧した。

【０１１６】つづいて、素子電極２と３の間にパルス電
圧を印加した。パルス波形は三角波パルスで、パルス幅
Ｔ１＝１ｍｓｅｃ、パルス間隔Ｔ２＝１０ｍｓｅｃと
し、パルス波高値は０．１Ｖから始め、１Ｖ／ｍｉｎの
レートで漸増させた。波高値が５Ｖとなったとき、素子
電流が急速に低下したためフォーミング処理を終了し
た。

【０１１７】この後、実施例１の工程−ｄ及び工程−ｅ
と同様の処理を行った。

【０１１８】上記実施例１及び比較例１の素子につい
て、図２の装置により電子放出特性を測定した。その
際、素子に印加したパルス電圧、パルス幅Ｔ１＝１００
μｓｅｃ、パルス間隔Ｔ２＝１０ｍｓｅｃ、パルス波高
値１７Ｖの矩形波パルスで、素子と引き上げ電極の距離
Ｈは４ｍｍ、引き上げ電極の電位は１ｋＶとした。結果
を表１に示す。なお、ηは電子放出効率（Ｉｅ／Ｉｆ）
を示す。

【０１１９】

【表１】 表１ Ｉｆ（ｍＡ） Ｉｅ（μＡ） η（％） 実施例１ １．２ ２．９ ０．２４ 比較例１ ２．０ ２．２ ０．１１ （比較例２）実施例１と同様に工程−ａおよびｂを行
い、ＰｄＯ微粒子より成る導電性薄膜を形成する。つづ
いて、 工程−ｃ 集束イオンビーム装置により、直線状の絶縁領域を形成
する。このとき、長さ５μｍの幅４０ｎｍの部分を幅１
μｍの部分と交互に配置する。そのピッチは、９μｍで
ある。すなわち、実施例１の素子のパラメータｌａを０
とした場合に当たる。

【０１２０】以下同様にして、素子を作成し、特性を測
定した。

【０１２１】結果は、Ｉｆ＝１．１ｍＡ，Ｉｅ＝１．１
μＡ，η＝０．１０％となった。

【０１２２】（実施例２）絶縁領域の形状は、図１３
（ａ）に示すもので、ｌｅ＝５μｍ、ｌｐ＝９μｍ、ｌ
ａ＝５μｍとし、他は実施例１と同様の工程により作製
した。

【０１２３】（実施例３）絶縁領域の形状は、図１３
（ａ）に示すもので、ｌｅ＝５μｍ、ｌｐ＝９μｍ、ｌ
ａ＝２μｍとし、他は実施例１と同様の工程により作製
した。

【０１２４】上記素子の電子放出特性を実施例１と同様
な方法により測定した。結果は表２に示す。

【０１２５】

【表２】 表２ Ｉｆ（ｍＡ） Ｉｅ（μＡ） η（％） 実施例１ １．２ ２．９ ０．２４ 実施例２ １．２ ２．０ ０．１７ 実施例３ １．１ １．４ ０．１３ （実施例４）絶縁領域の形状は、図１３（ａ）に示すも
ので、Ｉｅ＝１０μｍ、ｌ_p ＝２４μｍ、ｌａ＝５μｍ
とし、他は実施例１と同様の工程により作製した。

【０１２６】（実施例５）絶縁領域の形状は、図１３
（ａ）に示すもので、Ｉｅ＝２０μｍ、ｌ_p ＝４４μ
ｍ、ｌａ＝５μｍとし、他は実施例１と同様の工程によ
り作製した。

【０１２７】実施例４、５の素子について、実施例１と
同様の条件で電子放出特性を測定した結果、表３のよう
になった。

【０１２８】

【表３】 表３ Ｉｆ（ｍＡ） Ｉｅ（μＡ） η（％） 実施例４ １．２ １．８ ０．１５ 実施例５ １．２ １．６ ０．１３ （実施例６）絶縁領域の形状は、図１３（ａ）に示すも
ので、Ｉｅ＝２μｍ、ｌｐ＝７μｍ、ｌａ＝２０μｍと
し、他は実施例１と同様の工程により作製した。

【０１２９】（比較例３）実施例６のパラメータの内、
ｌｐ＝４μｍとした以外は、実施例と同じものを作成し
た。

【０１３０】（実施例７）本実施例でも、実施例１と同
様の工程により作製した。ただし、工程−ｃにおける加
工形状を、図１３（ｂ）に示したような形状とした。な
お、絶縁領域の幅は、高電位側に凸の部分（図１３
（ｂ）の太線で示した部分）で４０ｎｍ、他（図１３
（ｂ）の細線で示した部分）は１μｍとした。これは、
高電位側に凸の部分のみを電子放出部とするためであ
る。

【０１３１】（実施例８）絶縁領域の形状は、図１３
（ｃ）に示したものとした。作製工程は、実施例６と同
一とした。

【０１３２】（実施例９）絶縁領域の形状は、図１３
（ｄ）に示したものとした。作製工程は、実施例６と同
一とした。

【０１３３】上記素子の電子放出特性を測定した。印加
したパルス電圧の波高値は１７Ｖで、他の条件は実施例
１と同様である。結果は表４に示す。

【０１３４】

【表４】 表４ Ｉｆ（ｍＡ） Ｉｅ（μＡ） η（％） 実施例６ １．０ ６．５ ０．６５ 実施例７ １．０ ６．７ ０．６７ 実施例８ １．２ ６．１ ０．５１ 実施例９ １．１ ５．１ ０．４６ 比較例３ １．８ ２．０ ０．１１ （実施例１０）本実施例は、多数の電子放出素子を単純
マトリクス配置した電子源の例である。電子源の一部の
平面図を図１４に示す。また図中のＡ−Ａ′断面図を図
１５に示す。

【０１３５】ここで、１は基板、７２はＸ方向配線（下
配線とも呼ぶ）、７３はＹ方向配線（上配線とも呼
ぶ）、２、３は素子電極、４、５は導電性薄膜、６１は
層間絶縁層、６２は素子電極２と下配線７２の電気的接
続のためのコンタクトホールである。

【０１３６】次に、製造方法を図１６及び図１７を使っ
て工程順に具体的に説明する。なお、工程Ａ〜Ｄは図１
６の（ａ）〜（ｄ）に対応し、各工程Ｅ〜Ｈは図１７の
（ａ）〜（ｄ）に対応する。

【０１３７】工程−Ａ 清浄化した青板ガラス上に厚さ０．５μｍのシリコン酸
化膜をスパッタ法で形成した基板１上に、真空蒸着法に
より、厚さ５ｎｍのＣｒ、厚さ６００ｎｍ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し、ベークした後、ホ
トマスク像を露光、現像して下配線７２を形成し、Ａｕ
／Ｃｒ堆積膜をウェットエッチングして所望の形状の下
配線７２を形成した。

【０１３８】工程−Ｂ 次に厚さ１．０μｍのシリコン酸化膜からなる、層間絶
縁層６１をＲＦスパッタ法により堆積した。

【０１３９】工程−Ｃ 工程−Ｂで堆積したシリコン酸化膜にコンタクトホール
６２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６１をエッチングしてコン
タクトホール６２を形成した。エッチングはＣＦ₄ とＨ
₂ ガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅ
ｔｃｈｉｎｇ）法によった。

【０１４０】工程−Ｄ その後、素子電極２と素子電極ギャップ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５ｎｍの
Ｔｉ、厚さ１００ｎｍ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堆積層を
リフトオフし、素子電極間隔Ｌ１ ２０μｍ、電極長Ｗ
２＝３００μｍの素子電極２、３を堆積した。

【０１４１】工程−Ｅ 素子電極２、３の上に上配線７３のホトレジストパター
ンを形成した後、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ５００ｎｍの
Ａｕを順次真空蒸着により堆積し、リフトオフにより不
要な部分を除去して、所望の形状の上配線７３を形成し
た。

【０１４２】工程−Ｆ 次に、膜厚３０ｎｍのＣｒ膜６３を真空蒸着により堆
積、導電性薄膜７の形状の開口部を有するようにパター
ニングし、その上に有機Ｐｄ化合物の溶液（ｃｃｐ−４
２３０：奥野製薬（株）製）をスピンナーにより回転塗
布、３００℃１２分間の加熱焼成処理を施してＰｄＯ微
粒子よりなる導電性薄膜７を形成した。この膜の膜厚は
７０ｎｍであった。

【０１４３】工程−Ｇ Ｃｒ膜６３をエッチャントを用いてウェットエッチング
してＰｄＯ微粒子よりなる導電性薄膜７の不要部分と共
に除去し、所望の形状の導電性薄膜７を形成した。抵抗
値はＲｓ＝４×１０⁴ Ω／□程度であった。

【０１４４】工程−Ｈ コンタクトホール６２部分以外にレジストパターンを形
成し、真空蒸着により厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ５００ｎ
ｍのＡｕを順次堆積した。リフトオフにより不要な部分
を除去することにより、コンタクトホールを埋め込ん
だ。

【０１４５】工程−Ｉ 電子源基板をＦＩＢ加工装置に設置し、基板上の各電子
放出素子の導電性薄膜に、実施例１と同様の絶縁領域を
形成した。

【０１４６】このようにして作成した電子源を用いて画
像形成装置を構成した例を、図１８を用いて説明する。

【０１４７】電子源基板７１をリアプレート８１上に固
定した後、基板７１の５ｍｍ上方に、フェースプレート
８６（ガラス基板８３の内面に蛍光膜８４とメタルバッ
ク８５が形成されて構成される）を支持枠８２を介して
配置し、フェースプレート８６、支持枠８２、リアプレ
ート８１の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中で
４００℃、約１０分間焼成することで封着した。またリ
アプレート８１への基板７１の固定もフリットガラスで
行った。図１８において、７４は電子放出素子、７２、
７３はそれぞれＸ方向及びＹ方向の素子配線である。

【０１４８】蛍光膜８４は、モノクロームの場合は蛍光
体のみから成るが、本実施例では蛍光体はストライプ形
状を採用し、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８４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８３に蛍
光体を塗布する方法はスラリー法を用いた。

【０１４９】また、蛍光膜８４の内面側には通常メタル
バック８５が設けられる。メタルバックは、蛍光膜作製
後、蛍光膜の内面側表面の平滑処理（通常フィルミング
と呼ばれる）を行い、その後、Ａｌを蒸着することで作
製した。

【０１５０】フェースプレート８６には、さらに蛍光膜
８４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）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電性が得られたので省
略した。

【０１５１】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。

【０１５２】以上のようにして完成した画像表示装置の
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１０^-4Ｐａ程度まで排気した後、ｎ−ヘキサ
ンを導入、容器内の圧力を２．７×１０^-2Ｐａとする。
図１９に示すように、Ｙ方向配線を共通結線して１ライ
ン毎に活性化処理を行う。図中６８はＹ方向配線７３を
共通結線した共通電極、６５は電源、６６は電流測定用
抵抗、６７は電流をモニタするためのオシロスコープで
ある。

【０１５３】印加したパルス電圧は、実施例１の場合と
同様である。活性化終了後、ｎ−ヘキサンの導入をや
め、排気装置をイオンポンプに切り替えて、ガラス容器
全体をヒーターにより加熱しながら、ガラス容器内を排
気し圧力を４．２×１０^-5Ｐａまで下げた。

【０１５４】本実施例では、マトリクス状に配線した場
合を示したが、はしご状の配線を用い、さらに変調用の
グリッド電極を設けても同様の機能を有する装置が形成
できる。

【０１５５】この後、マトリクス駆動により表示機能が
正常に働き、特性が安定していることを確認してから、
不図示の排気管をガスバーナーで熱することで封着し真
空容器を封じきった。最後に封止後の真空度を維持する
ために、高周波加熱法でゲッター処理を行った。

【０１５６】以上のように完成した本発明の画像形成装
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８５、あるいは透明電極（不図示）に５．０
ｋＶの高圧を印加し、電子ビームを加速し、蛍光膜８４
に衝突させ、励起・発光させることで画像を表示した。

【０１５７】図２０は、実施例１０の画像形成装置（画
像表示パネル）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供給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。図中１３０は画像表示パネル、１３１は画像表示
パネルの駆動回路、１３２は画像表示パネルコントロー
ラ、１３３はマルチプレクサ、１３４はデコーダ、１３
５は入出力インターフェース回路、１３６はＣＰＵ、１
３７は画像生成回路、１３８および１３９および１４０
は画像メモリーインターフェース回路、１４１は画像入
力インターフェース回路、１４２および１４３はＴＶ信
号受信回路、１４４は入力部である（なお、本表示装置
は、たとえテレビジョン信号のように映像情報と音声情
報と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、処理、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）。

【０１５８】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。

【０１５９】まず、ＴＶ信号受信回路１４３は、たとえ
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ための回路である。受
信するＴＶ信号の方式は特に限られるものではなく、た
とえば、ＮＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式、ＳＥＣＡＭ方式な
どの諸方式でもよい。また、これらよりさらに多数の走
査線よりなるＴＶ信号（たとえばＭＵＳＥ方式を始めと
するいわゆる高品位ＴＶ）は、大面積化や大画素数化に
適した前記画像表示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１４３で受信されたＴＶ
信号は、デコーダ１３４に出力される。

【０１６０】また、ＴＶ信号受信回路１４２は、たとえ
ば同軸ケーブルや光ファイバーなど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ための回路
である。前記ＴＶ信号受信回路１４３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１３４に出力され
る。

【０１６１】また、画像入力インターフェース回路１４
１は、たとえばＴＶカメラや画像読み取りスキャナーな
ど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１３４に
出力される。

【０１６２】また、画像メモリーインターフェース回路
１４０は、ビデオテープレコーダー（以下ＶＴＲと略
す）に記録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１３４に出力され
る。

【０１６３】また、画像メモリーインターフェース回路
１３９は、ビデオディスクに記録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１３４に出力される。

【０１６４】また、画像メモリーインターフェース回路
１３８は、いわゆる静止画ディスクのように、静止画像
データを記録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１３
４に入力される。

【０１６５】また、入出力インターフェース回路１３５
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ＣＰＵ１３６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。

【０１６６】また、画像生成回路１３７は、前記入出力
インターフェース回路１３５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ＣＰＵ１３
６より出力される画像データや文字・図形情報にもとづ
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、たと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録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などをは
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。

【０１６７】本回路により生成された表示用画像データ
は、デコーダ１３４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１３５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。

【０１６８】また、ＣＰＵ１３６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。

【０１６９】たとえば、マルチプレクサ１３３に制御信
号を出力し、画像表示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画像表示パネルコントローラ１３
２に対して制御信号を発生し、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）
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。

【０１７０】また、前記画像生成回路１３７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１３５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。

【０１７１】なお、ＣＰＵ１３６は、むろんこれ以外の
目的の作業にも関るものであっても良い。たとえば、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ってもよ
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１３５を介して外部のコンピュータネットワークと
接続し、たとえば数値計算などの作業を外部機器と共同
して行ってもよい。

【０１７２】また、入力部１４４は、前記ＣＰＵ１３６
に使用者が命令やプログラム、あるいはデータなどを入
力するためのものであり、たと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ことが可能であ
る。

【０１７３】また、デコーダ１３４は、前記画像生成回
路１３７ないしＴＶ信号受信回路１４３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１３４は内部に画像メ
モリーを備えるのが望ましい。これは、たとえばＭＵＳ
Ｅ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。ま
た、画像メモリーを備えることにより、静止画の表示が
容易になる、あるいは前記画像生成回路１３７およびＣ
ＰＵ１３６と共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。

【０１７４】また、マルチプレクサ１３３は、前記ＣＰ
Ｕ１３６より入力される制御信号にもとづき表示画像を
適宜選択するものである。すなわち、マルチプレクサ１
３３はデコーダ１３４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１３
１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わけて領域によ
って異なる画像を表示することも可能である。また、画
像表示パネルコントローラ１３２は、前記ＣＰＵ１３６
より入力される制御信号にもとづき駆動回路１３１の動
作を制御するための回路である。

【０１７５】まず、画像表示パネルの基本的な動作に関
るものとして、たとえば画像表示パネルの駆動用電源
（図示せず）の同さシーケンスを制御するための信号を
駆動回路１３１に対して出力する。

【０１７６】また、画像表示パネルの駆動方法に関るも
のとして、たとえば画像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ＨＨ１３１に対して出力する。

【０１７７】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
関る制御信号を駆動回路１３１に対して出力する場合も
ある。

【０１７８】また、駆動回路１３１は、画像表示パネル
１３０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１３３から入力される画像信号
と、前記画像表示パネルコントローラ１３２より入力さ
れる制御信号に基づいて動作するものである。

【０１７９】以上、各部の機能を説明したが、図２０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画像表示パネル１３０
に表示することが可能である。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１３４に
おいて逆変換された後、マルチプレクサ１３３において
適宜選択され、駆動回路１３１に入力される。一方、画
像表示パネルコントローラ１３２は、表示する画像信号
に応じて駆動回路１３１の動作を制御するための制御信
号を発生する。駆動回路１３１は、上記画像信号と制御
信号にもとづいて画像表示パネル１３０に駆動信号を印
加する。これにより、画像表示パネル１３０において画
像が表示される。これらの一連の動作は、ＣＰＵ１３６
により総括的に制御される。

【０１８０】また、本表示装置においては、前記デコー
ダ１３４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路１３７
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顔図
編集を行うことも可能である。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うための専用回
路を設けてもよい。

【０１８１】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。

【０１８２】なお、上記図２０は、電子放出素子を電子
ビーム源とする画像表示パネルを用いた表示装置の構成
の一例を示したに過ぎず、これのみに限定されるもので
ないことは言うまでもない。たとえば、図２０の構成要
素のうち使用目的上必要のない機能に関る回路は省いて
もさしつかえない。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よい。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、照明器、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。

【０１８３】（実施例１１）前記実施例１０と同様な工
程をもって、画像形成装置を作製した。ただし、工程−
Ｉにおいて形成する絶縁領域の形状は、実施例７と同様
とした。

【０１８４】その結果、実施例１０同様に、良好な画像
表示装置を得ることができた。

【０１８５】（実施例１２）本実施例の電子放出素子
は、図２１に示したのと同様な構成を有する。図２１
（ａ）は平面図、図２１（ｂ）は断面図である。１は基
板、１２０２、１２０３は素子電極、１２０４、１２０
５は導電性薄膜、１２０６は亀裂すなわち電子放出部で
ある。ここで電極のギャップ幅Ｇは一定になるように採
られている。なお電極ギャップの中心線に沿ってｌｅ、
ｌｐ、ｌａを定義することにする。ただし本実施例は後
述するようにフォーミングにより亀裂１２０６を形成し
ているので、亀裂１２０６は必ずしも中心線に沿って形
成されているわけではないし、各パターン毎の亀裂１２
０６の形状は全く同一であるわけではない。

【０１８６】図２２及び図３を用いて本実施例の電子放
出素子の製造方法を説明する。製造方法の大筋は、従来
の技術で述べた特開平７−２３５５２５５号公報とほぼ
同様である。従来の技術で述べた内容と異なっている部
分を以下に詳しく述べる。

【０１８７】工程−ａ 図２２（ａ）に示す形状を持つ素子電極１２０２、１２
０３を、従来の技術で述べたのと同様な方法で、Ｎｉ
（１００ｎｍ）／Ｔｉ（５ｎｍ）堆積膜にて、シリコン
酸化膜（０．５μｍ）／青板ガラスからなる基板１上に
リフトオフ法にて形成した。なお本実施例では、Ｉｅ＝
１０μｍ、ｌｐ＝２０μｍ、ｌ_a ＝５０μｍ、Ｇ＝５μ
ｍとした。

【０１８８】工程−ｂ、ｃ 図２２（ｂ）に示す位置及び形状の導電性薄膜７を、従
来の技術で述べたのと同様な方法で、酸化Ｐｄ微粒子膜
（１０ｎｍ）にて形成した。なお本実施例では、導電性
薄膜のへりと素子電極１２０２のへりを結ぶ距離Ｐの平
均値が１７．５μｍ程度であった。

【０１８９】工程−ｄ 従来の技術で述べたのと同様な方法（フォーミング処
理）により、図２２（ｃ）に示すように導電性薄膜７の
一部に亀裂１２０６を形成した。

【０１９０】なお本実施例では三角波を用い、電圧波形
のパルス幅Ｔ１を１ｍｓｅｃ、パルス間隔Ｔ２を１０ｍ
ｓｅｃとし、三角波の波高値（フォーミング時のピーク
電圧）は０．１Ｖステップで除々に昇圧し、フォーミン
グ処理を行った。またフォーミング終了時の電圧は５Ｖ
であった。

【０１９１】工程−ｅ 従来の技術で述べたのと同様な方法（活性化処理）によ
り、活性化処理前には０であった素子電流Ｉｆ及び放出
電流Ｉｅが著しく変化して増加するようになり、亀裂１
２０６に電子放出部が形成された。

【０１９２】なお本実施例では矩形波を用い、電圧波形
のパルス幅Ｔ１を１ｍｓｅｃ、パルス幅Ｔ２を１０ｍｓ
ｅｃとし、矩形波の波高値（活性化時のピーク電圧）は
１５Ｖとし、活性化処理はロータリーポンプで真空排気
した約１．３×１０^-1Ｐａの真空雰囲気下で６０分間行
った。

【０１９３】以上のようにして作製された素子につい
て、その電子放出特性を図２の構成の測定評価装置によ
り測定した。なお本実施例では、引き上げ電極と電子放
出素子間の距離を４ｍｍ、引き上げ電極の電位を１ｋ
Ｖ、電子放出特性測定時の真空装置内の真空度を１．３
×１０^-4Ｐａとした。

【０１９４】以上のような測定評価装置を用いて、本電
子放出素子の素子電極１２０２及び１２０３の間に素子
電圧を印加し、その時に流れる素子電流Ｉｆ及び放出電
流Ｉｅを測定したところ、図４に示したような電流−電
圧特性が得られた。本素子では、素子電圧７Ｖ程度から
急激に放出電流Ｉｅが増加し、素子電圧１４Ｖで素子電
流Ｉｆが１．２ｍＡ、放出電流Ｉｅが３．６μＡとな
り、電子放出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆ（％）は０．３％であ
った。

【０１９５】また本電子放出素子は従来の技術で述べた
のと同様な電子放出特性を示しているので、特開平７−
２３５５２５５号公報に述べているように、多数の電子
放出素子をマトリクス状に配置することによって、同様
にして画像表示装置として構成することができる。

【０１９６】同様にして得られた画像表示装置は、本発
明の電子放出装置の特性を備えた、従来の電子放出装置
に比較して効率の高いものとなっている。

【０１９７】（実施例１３）前記実施例１２における工
程−ｂ，ｃを、下記の工程ｂ′、ｃ′に変更した以外
は、実施例１２と同様にして電子放出素子を作製した。

【０１９８】工程−ｂ ジメチルスルホキシド４０重量％の水溶液を調製し、こ
れに酢酸パラジウムをパラジウム重量濃度０．４％とな
るように溶解して暗赤色の溶液を得た。

【０１９９】工程−ｃ′ バブルジェット方式のインクジェット装置１５１によっ
て、上記の暗赤色溶液の液滴１５２を素子電極１２０
２、１２０３を形成した基板１の上に素子電極１２０
２、１２０３の一部にまたがるように付与した（図２３
の（ａ））。ここで１５３は基板１に付与された液滴で
ある。次に８０℃で２分乾燥させた。次に３５０℃で１
２分焼成して主として酸化パラジウムからなる導電性薄
膜７を形成した（図２３の（ｂ））。なお本実施例で
は、導電性薄膜７のへりと素子電極１２０２のへりを結
ぶ距離Ｐの平均値は１７．５μｍであった。

【０２００】実施例１２と同様な方法で電子放出特性を
評価したところ、素子電圧１４Ｖでは素子電流Ｉｆが
１．０ｍＡ、放出電流Ｉｅが２．８μＡとなり、電子放
出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆ（％）は０．２８％であった。

【０２０１】（実施例１４）実施例１２において、Ｉｅ
＝５μｍ、ｌｐ＝２０μｍ、ｌａ＝５０μｍとした以外
は、同様にして電子放出素子を作製した。

【０２０２】実施例１２と同様な方法で電子放出特性を
評価したところ、素子電圧１４Ｖでは素子電流Ｉｆが
１．２ｍＡ、放出電流Ｉｅが６．０μＡとなり、電子放
出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆ（％）は０．５０％であった。

【０２０３】（実施例１５）Ｉｅ＝５μｍ、ｌｐ＝２０
μｍ、ｌａ＝５０μｍとした以外は、実施例１３と同様
な電子放出素子を作製した。

【０２０４】実施例１２と同様な方法で電子放出特性を
評価したところ、素子電圧１４Ｖでは素子電流Ｉｆが
１．０ｍＡ、放出電流Ｉｅが４．５μＡとなり、電子放
出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆ（％）は０．４５％であった。

【０２０５】（実施例１６）本実施例の電子放出素子
は、図２４（ａ）に示したのと同様の構成を有する。１
は基板、２、３は素子電極、７は導電性薄膜、１６０６
は亀裂すなわち電子放出部である。なおＩｅ＝Ｓ１−２
Ｓ２、Ｉｐ＝Ｓ１＋Ｓ３、ｌａ＝Ｔ１で定義することに
する。ただし本実施例は後述するようにフォーミングに
より亀裂１６０６を形成しているので、亀裂１６０６は
必ずしも直線状に形成されているわけではないし、各パ
ターン毎の亀裂１６０６の形状は全く同一であるわけで
はない。

【０２０６】図３、図２４（ａ）を用いて本実施例の電
子放出素子の製造方法を説明する。

【０２０７】工程−（１） 中性洗剤、純水及び有機溶剤で洗浄した石英ガラス基板
１に、真空蒸着法により厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ３０ｎ
ｍのＰｔを順次積層した。つづいて、フォトレジスト
（ＡＺ１３７０；ヘキスト社製）を塗布、ベークしてレ
ジスト層を形成した後、フォトマスクを用いて露光、つ
づいて現像して素子電極２、３のレジストパターンを形
成した後、Ｐｔ／Ｔｉ膜の不要な部分をウェットエッチ
ングして除去し、最後にレジストパターンを有機溶剤で
除去して、素子電極２、３を形成した。素子電極の間隔
Ｌ１は１０μｍ、電極長Ｗ２は１００μｍとした（図３
（ａ））。

【０２０８】工程−（２） 真空蒸着法により、厚さ５０ｎｍのＣｒ膜（不図示）を
堆積、通常のフォトリソグラフィーの手法により、導電
性薄膜の形状に対応する開口部を形成してＣｒマスクと
した。

【０２０９】つづいて、酢酸パラジウムモノエタノール
アミン（以下ＰＡＭＥ）をスピンナーにより回転塗布、
大気中で３１０℃に加熱して焼成し、酸化パラジウム
（ＰｄＯ）を主成分とする微粒子からなる薄膜を形成し
た。この後、ウェットエッチングによりＣｒマスクを除
去、リフトオフにより所望のパターンを有する導電性薄
膜７を形成した。導電性薄膜の抵抗値は、Ｒｓ＝４．０
×１０⁴ Ω／□であった（図３（ｂ））。

【０２１０】工程−（３） 上記素子をｘ、ｙ駆動パルスモーター付きのステージ上
に配し、Ａｒイオンレーザーの励起波長５１４．５ｎｍ
の発振線を用い、導電性薄膜上で１０ｍＷになるように
上記レーザーを照射し、ｘ、ｙステージを移動させるこ
とで、金属Ｐｄ部分を除去し、図２４（ａ）に示したよ
うな形状の絶縁領域を形成した。絶縁領域の幅は、Ｓ１
＝５μｍ、Ｓ２＝１μｍ、Ｓ３＝５μｍ、Ｔ１＝７μｍ
とした。したがってＩｅ＝３μｍ、ｌｐ＝１０μｍ、ｌ
ａ＝７μｍと定義される。

【０２１１】工程−（４） 次に、この素子を図２の測定評価装置に設置し、真空ポ
ンプにて排気して２．０×１０^-3Ｐａの圧力に達した
後、素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源１０より
素子電極２、３間にそれぞれパルス電圧を印加し、通電
処理（フォーミング処理）を施すことにより亀裂１６０
６を形成した。

【０２１２】素子電流Ｉｆが十分小さくなった後、電圧
印加を終了し、水素雰囲気下で１時間放置し、導電性薄
膜７を完全に金属Ｐｄのみからなるように、還元処理を
施した。

【０２１３】工程−（５） 次に、再び真空ポンプ１５により真空装置１６を排気
し、圧力を２．０×１０ ^-3Ｐａとした。この後、素子に
素子電圧Ｖｆを印加するための電源１０より素子電極
２、３間にパルス電圧を印加して素子電流Ｉｆを測定し
ながら活性化処理を行った。活性化処理前には実質的に
０であった素子電流Ｉｆが著しく変化して増加するよう
になり、約３０分で素子電流Ｉｆが飽和したので処理を
終了した。用いたパルスは、矩形波パルスで、パルス幅
Ｔ１＝０．５ｍｓｅｃ、パルス間隔Ｔ２＝１０ｍｓｅ
ｃ、波高値は１６Ｖである。

【０２１４】工程−（６） 排気装置をイオンポンプに切り替え、真空装置１６全体
を２００℃程度に加熱しながら排気した。圧力は２４時
間後に１．３×１０^-7Ｐａまで低下した。上述の工程で
作製した表面伝導型電子放出素子の特性を把握するため
に、素子の電子放出特性を上述の図２の評価装置を用い
て行った。

【０２１５】（比較例４）実施例１の工程−（１）及び
工程−（２）と同様な工程を行った後、工程−（３）を
行わず、工程−（４）〜工程−（６）の工程を施すこと
により、電子放出部を形成した。

【０２１６】工程−（７） 上記実施例１６及び比較例２で作製した表面伝導型電子
放出素子の特性を把握するために、図２の評価装置によ
り電子放出特性を測定した。これらの電子放出素子及び
引き上げ電極１２は真空装置１６内に設置されており、
その真空装置には不図示の高真空を形成するための排気
ポンプ及び真空系等の真空装置に必要な機器が具備され
ており、所望の真空下で本素子の測定評価を行えるよう
になっている。尚、素子には、３側にパルス波高値１５
Ｖの矩形波パルス電圧を印加し、印加したパルス電圧
は、パルス幅Ｔ１＝０．１ｍｓｅｃ、パルス間隔Ｔ２＝
２５ｍｓｅｃ、で、素子と引き上げ電極の距離Ｈは４ｍ
ｍ、引き上げ電極の電位は１ｋＶ、電子放出特性時の圧
力を２．０×１０^-7Ｐａとした。結果を表５に示す。な
お、ηは電子放出効率（Ｉｅ／Ｉｆ）を示す。

【０２１７】

【表５】 表５ Ｉｆ（ｍＡ） Ｉｅ（μＡ） η（％） 実施例１６ １．１ ５．１ ０．４６ 比較例４ ２．５ ２．５ ０．１０ 本実施例によると、本発明を適用することで、容易に効
率の良い素子を作製できることが確認できた。

【０２１８】（実施例１７）実施例１６の工程−（１）
および工程−（２）と同様の処理を行った後、 工程−（３） 素子を実施例１６の工程−（３）と同様の装置に配し、
絶縁領域形成を行った。絶縁領域の形状は、図２４
（ｂ）に示すものである。

【０２１９】なお、絶縁領域の幅は、Ｓ４＝１μｍ、Ｓ
５＝５μｍ、Ｓ６＝１０μｍ、Ｔ２＝７μｍになるよう
にした。

【０２２０】工程−（４） 図２の真空処理装置に、上記素子を設置し、実施例１の
工程−（４）と同様のフォーミング処理と還元処理を施
すことにより、亀裂１６０６を形成した。

【０２２１】その後、真空ポンプ１５により真空装置１
６内を一旦高真空に排気し、アセトンを導入し、圧力を
２．５×１０^-1Ｐａとした。素子電極２と３の間にパル
ス電圧を印加して活性化処理を行った。用いたパルスは
矩形波パルスで、パルス幅Ｔ１＝１ｍｓｅｃ、パルス間
隔Ｔ２＝１０ｍｓｅｃ、波高値は１０Ｖから０．２Ｖ／
ｍｉｎのレートで１８Ｖまで漸増させた。

【０２２２】工程−（５） アセトンの導入をやめ、真空装置１６全体を２００℃程
度に加熱しながら排気装置１１５により排気した。圧力
は２４時間後に１．３×１０^-7Ｐａまで低下した。本実
施例の工程で作製した、表面伝導型電子放出素子の特性
を把握するために、実施例１と同様の図２の評価装置に
より電子放出特性を測定した。素子に印加したパルス電
圧は実施例１と同様である。電子放出特性時の圧力は
２．０×１０^-7Ｐａとした。

【０２２３】本実施例で作製した素子は、素子電圧１０
Ｖ程度から急激に放出電流Ｉｅが増加し、素子電圧１５
Ｖでは、素子電流Ｉｆが１．１ｍＡ、放出電流Ｉｅが
６．４μＡとなり、電子放出効率ηは０．５８％であっ
た。

【０２２４】（実施例１８）実施例１６の工程−（３）
において、集束イオンビームを用いた点以外はその他の
工程は実施例１６とまったく同様の処理を施した。最終
的に図２の評価装置により、圧力は２．０×１０^-7Ｐａ
とし、実施例１６と同条件で電子放出特性を測定したと
ころ、素子電圧１５Ｖでは、素子電流Ｉｆが１．０ｍ
Ａ、放出電流Ｉｅが５．１μＡとなり、電子放出効率η
は０．５１％であった。

【０２２５】（実施例１９）実施例１６の工程−（３）
において、使用したレーザーをＮｄ：ＹＡＧレーザーと
した点以外はその他の工程は実施例１６とまったく同様
の処理を施した。最終的に図２の評価装置により、圧力
は２．０×１０^-7Ｐａとし、実施例１６と同条件で電子
放出特性を測定したところ、素子電圧１５Ｖでは、素子
電流Ｉｆが１．３ｍＡ、放出電流Ｉｅが５．１μＡとな
り、電子放出効率ηは０．４０％であった。

【０２２６】（実施例２０）実施例１６の工程−（２）
において、通常のフォトリソグラフィーの手法を適用
し、リフトオフ後のパターンが図２４（ａ）となるよう
にして、導電性薄膜７の形成、並びに絶縁領域の形成を
同時に行った。その他は実施例１６とまったく同様の処
理を施した。最終的に図２の評価装置により、圧力は
２．０×１０^-7Ｐａとし、実施例１と同条件で電子放出
特性を測定したところ、素子電圧１５Ｖでは、素子電流
Ｉｆが１．２ｍＡ、放出電流Ｉｅが５．０μＡとなり、
電子放出効率ηは０．４１％であった。

【０２２７】本実施例によれば、導電性薄膜の形成と絶
縁領域の形成を同時に行っているために、本発明による
製造方法を迅速に適用でき、かつ表面伝導型電子放出素
子の作製を均一に行えた。

【０２２８】（実施例２１）前記実施例１０における工
程Ｉを、下記の工程Ｉ′に変更した以外は、実施例１０
と同様にして画像形成装置を作製した。

【０２２９】工程−Ｉ′ 電子源基板をｘ、ｙ駆動パルスモーター付きのステージ
上に配し、Ａｒイオンレーザーの励起波長５１４．５ｎ
ｍの発振線を用い、導電性薄膜上で１０ｍＷになるよう
に上記レーザーを照射し、ｘ、ｙステージを移動させる
ことで、金属Ｐｄ部分を除去し、実施例１７と同様の絶
縁領域を形成した。

【０２３０】次に、この素子を図２の測定評価装置に設
置し、真空ポンプにて排気して２．０×１０^-3Ｐａの圧
力に達した後、素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電
源１０より素子電極２、３間にそれぞれパルス電圧を印
加し、通電処理（フォーミング処理）を施すことにより
亀裂６を形成した。

【０２３１】完全に素子電流Ｉｆが０になった後、電圧
印加を終了し、水素雰囲気下で１時間放置し、導電性薄
膜７を完全に金属Ｐｄのみからなるように、還元処理を
施した。

【０２３２】その結果、実施例１０同様に、良好な画像
表示装置を得ることができた。

【０２３３】（実施例２２）本実施例では、絶縁領域全
体に、連続した電子放出部が形成されている場合の例を
説明する。

【０２３４】本実施例では、実施例１と同様にして、電
子放出素子を作製した。ただし、工程−ｃにおいて、集
束イオンビーム加工装置によって形成した絶縁領域は、
図１３（ａ）に示した形状とし、且つ、該絶縁領域の幅
は全て（太線及び細線の部分）を４０ｎｍとなるように
調整した。なお、Ｉｅ＝５μｍ、Ｉｐ＝１０μｍ、Ｉａ
＝１０μｍとした。

【０２３５】上記実施例の素子について、図２の装置に
より電子放出特性を測定した。その際、素子に印加した
パルス電圧は、パルス幅Ｔ１＝１００μｓｅｃ、パルス
間隔Ｔ２＝１０ｍｓｅｃ、パルス波高値１５Ｖの矩形波
パルスで、素子と引き上げ電極の距離Ｈは４ｍｍ、引き
上げ電極の電位は１ｋＶとした。その結果、素子電流Ｉ
ｆ＝２．５ｍＡ、放出電流Ｉｅ＝５．２μＡ、電子放出
効率η＝０．２１％が得られた。

【０２３６】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明により、
電子放出効率が高く、特性が安定に制御された電子放出
素子が提供され、また該素子を多数集積してなる電子源
を用いた画像表示装置においては、品位の高い画像が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面伝導型電子放出素子の基本構成
図。

【図２】本発明の表面伝導型電子放出素子を用いた電子
放出装置の説明図。

【図３】本発明の表面伝導型電子放出素子の製造方法を
説明する図。

【図４】本発明の表面伝導型電子放出素子を用いた電子
放出装置の電流特性図。

【図５】従来の表面伝導型電子放出素子を用いた電子放
出装置の特徴的な電位分布図。

【図６】従来の表面伝導型電子放出素子を用いた電子放
出装置の特徴的な電位分布図。

【図７】平面内に存在する２値化された電位指定境界に
対する電位分布の説明図。

【図８】直線亀裂と蛇行亀裂をもつ表面伝導型電子放出
素子を用いた電子放出装置の特徴的な電位分布図。

【図９】従来の素子における蛇行の効果の説明図。

【図１０】制御された蛇行のパラメータ依存性を示す
図。

【図１１】特別な蛇行の例を示す図。

【図１２】制御された蛇行のｌａ依存性を示す図。

【図１３】本発明の表面伝導型電子放出素子の一例を示
す図。

【図１４】本発明のマトリクス配列の電子源の構成を示
す部分平面図。

【図１５】図１４のＡ−Ａ′に沿った断面の構成を示す
図。

【図１６】本発明のマトリクス配列の電子源の製造工程
を説明するための図。

【図１７】本発明のマトリクス配列の電子源の製造工程
を説明するための図。

【図１８】本発明のマトリクス配列の電子源を用いた画
像形成装置の構成を示す図。

【図１９】本発明のマトリクス配列の電子源及び画像形
成装置の製造の際の、活性化処理のための配線を示す模
式図。

【図２０】本発明の画像形成装置を用いた画像表示シス
テムの一例を示すブロック図。

【図２１】本発明の表面伝導型電子放出素子の一例を説
明する図。

【図２２】本発明の表面伝導型電子放出素子の製造方法
の一例を説明する図。

【図２３】本発明の表面伝導型電子放出素子の製造方法
の一例を説明する図。

【図２４】本発明の表面伝導型電子放出素子の一例を説
明する図。

【図２５】本発明の表面伝導型電子放出素子の基本構成
図。

【図２６】本発明の表面伝導型電子放出素子を用いた電
子放出装置の説明図。

【図２７】本発明の表面伝導型電子放出素子の製造方法
を説明する図。

【図２８】本発明の表面伝導型電子放出素子を用いた電
子放出装置の電流特性図。

【符号の説明】

１ 基板 ２、３ 素子電極 ４、５、７ 導電性薄膜 ６ 亀裂 １０ 電源 １２ 引き上げ電極 １１、１４ 電流計 １３ 高圧電源 １５ 真空ポンプ １６ 真空容器 ３０ 亀裂 ３１ 高電位薄膜部 ３２ 低電位薄膜部 ３３ 引き上げ電極 ３４ 考えている領域 ３５ 淀み点 ３６ 従来の素子の負の勾配領域 ３８ 凸部 ３９ 凹部 ４０ 本発明の素子の負の勾配領域 ６１ 層間絶縁層 ６２ コンタクトホール ６３ Ｃｒ膜 ６５ 電源 ６６ 電流測定用抵抗 ６７ オシロスコープ ６８ 共通電極 ７１ 基板 ７２ Ｘ方向配線 ７３ Ｙ方向配線 ７４ 電子放出素子 ８１ リアプレート ８２ 支持枠 ８３ ガラス基板 ８４ 蛍光膜 ８５ メタルバック ８６ フェースプレート １３０ 画像表示パネル １３１ 駆動回路 １３２ 画像表示パネルコントローラー １３３ マルチプレクサ １３４ デコーダ １３５ 入出力インターフェース回路 １３６ ＣＰＵ １３７ 画像生成回路 １３８〜１４０ 画像入力メモリーインターフェース
回路 １４１ 画像入力インターフェース回路 １４２、１４３ ＴＶ信号受信回路 １４４ 入力部 １５１ インクジェット装置 １５２ 液滴 １５３ 基板に付与された液滴 １２０２、１２０３ 素子電極 １２０４、１２０５ 導電性薄膜 １２０６ 亀裂 １６０６ 亀裂 ５００４、５００５ 導電性薄膜 ５００６ 亀裂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥田 昌宏 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 高田 一広 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 浅井 朗 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 (56)参考文献 特開 平８−31315（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 1/316 H01J 9/02

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 その一部に電子放出部を含む導電性薄膜
   を有する電子放出素子、及び電子を引き上げるための電
   極によって構成される電子放出装置において、 該導電性薄膜を高電位側と低電位側とに分割するよう
   に、電気的に絶縁された細長い絶縁領域が該導電性薄膜
   に１本形成されており、 該絶縁領域が高電位側に向けて複数の凸になった部分と
   低電位側に向けて複数の凸になった部分とから成る概略
   周期的な形状を持つように、該導電性薄膜は低電位側と
   高電位側にそれぞれ複数の凸部を有し、且つ該導電性薄
   膜の一方の複数の凸部の間に作られる複数の凹部に他方
   の複数の凸部が入り込んでおり、 該 絶縁領域の１周期の中で高電位側に凸になった部分の
   少なくとも一部に連続的な線状の電子放出部が存在して
   いることを特徴とする電子放出装置。
2. 【請求項２】 上記電子放出部及びその近傍に、炭素及
   び／または炭素化合物より成る堆積物を有することを特
   徴とする請求項１記載の電子放出装置。
3. 【請求項３】 上記絶縁領域の１周期中に含まれる電子
   放出部の長さｌｅ、上記絶縁領域の周期ｌｐ、および上
   記絶縁領域の高電位側に向けて凸になった部分と低電位
   側に向けて凸になった部分との蛇行距離ｌａが、それぞ
   れ次式の範囲にあることを特徴とする請求項１又は２記
   載の電子放出装置。 ５μｍ≦ｌｐ≦８０μｍ １μｍ≦ｌｅ≦４０μｍ １μｍ≦ｌａ≦１００μｍ
4. 【請求項４】 上記電子放出素子が、さらに、対向する
   一対の素子電極を有し、上記導電性薄膜の分割された上
   記高電位側と低電位側のそれぞれの部分が、該素子電極
   のそれぞれの側に電気的に接続されていることを特徴と
   する請求項１〜３のいずれかに記載の電子放出装置。
5. 【請求項５】 上記電子放出素子が、表面伝導型電子放
   出素子であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか
   に記載の電子放出装置。
6. 【請求項６】 その一部に電子放出部を含む導電性薄膜
   を有する電子放出素子、及び電子を引き上げるための引
   き上げ電極によって構成される電子放出装置において、 該導電性薄膜を高電位側と低電位側とに分割するよう
   に、電気的に絶縁された細長い絶縁領域が該導電性薄膜
   に１本形成されており、 該絶縁領域が高電位側に向けて複数の凸になった部分と
   低電位側に向けて複数の凸になった部分とから成る概略
   周期的な形状を持つように、該導電性薄膜は低電位側と
   高電位側にそれぞれ複数の凸部を有し、且つ該導電性薄
   膜の一方の複数の凸部の間に作られる複数の凹部に他方
   の複数の凸部が入り込んでおり、 該 絶縁領域に連続的な線状の電子放出部が形成されてお
   り、且つ、該絶縁領域の１周期中に含まれる高電位側に
   凸になった部分の長さｌｅ、該絶縁領域の周期ｌｐ、該
   絶縁領域の高電位側に凸になった部分と低電位側に凸に
   なった部分との蛇行距離ｌａ及び、該引き上げ電極と低
   電位側導電性薄膜との間の電位差Ｖａを該引き上げ電極
   と該電子放出素子との距離Ｈで割った値が、それぞれ次
   式の範囲にあることを特徴とする電子放出装置。 ５μｍ≦ｌｐ≦８０μｍ １μｍ≦ｌｅ≦２０μｍ ５μｍ≦ｌａ≦１００μｍ Ｖａ／Ｈ≦０．５×１０⁶ ［Ｖ／ｍ］
7. 【請求項７】 上記電子放出部及びその近傍に、炭素及
   び／または炭素化合物を有することを特徴とする請求項
   ６記載の電子放出装置。
8. 【請求項８】 上記電子放出素子が、表面伝導型電子放
   出素子であることを特徴とする請求項６又は７記載の電
   子放出装置。
9. 【請求項９】 請求項１〜８のいずれかに記載の電子放
   出装置を構成するいずれかの電子放出素子が基体上に複
   数配置された電子源と、電子を引き上げるための引き上
   げ電極によって構成されることを特徴とする電子放出装
   置。
10. 【請求項１０】 上記電子源において、上記電子放出素
    子に電気的に接続された配線が、マトリクス状に形成さ
    れていることを特徴とする請求項９記載の電子放出装
    置。
11. 【請求項１１】 上記電子源において、上記電子放出素
    子に電気的に接続された配線が、はしご状に形成されて
    いることを特徴とする請求項９記載の電子放出装置。
12. 【請求項１２】 請求項９〜１１のいずれかに記載の電
    子放出装置の構成を有し、上記引き上げ電極が上記電子
    源から放出される電子線の照射により、発光して画像を
    形成する画像形成部材の機能を有することを特徴とする
    画像形成装置。
13. 【請求項１３】 請求項１に記載の電子放出装置の製造
    方法であって、上記絶縁領域の内電子放出部以外の部分
    を、上記導電性薄膜を、集束イオンビーム法、レーザー
    加工法、ないしフォトリソグラフィー法のいずれかの微
    細加工技術により導電性薄膜の一部を除去することによ
    り形成し、次いで該導電性薄膜に電圧を印加し電流を流
    すことにより、電子放出部を形成することを特徴とする
    電子放出装置の製造方法。