JPH09102267A - 電子放出素子、電子源、それを用いた画像形成装置、及びそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定な電子放出特性を有し、且つ電子放出効
率の高い電子放出素子を提供する。 【解決手段】 電極２，３間に、電子放出部５を有する
導電性膜４を備える電子放出素子において、導電性膜４
が高い融点と低い仕事関数を有する金属酸化物相６によ
り被覆されていることを特徴とする。 【効果】 導電性膜４の融解や凝集による素子劣化が防
止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子、該
素子を多数配置してなる電子源、及び該電子源を用いて
構成した表示装置や露光装置などの画像形成装置に関す
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Ｗ．Ｐ．Ｄｙｋｅ＆Ｗ．
Ｗ．Ｄｏｌａｎ，”Ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ”，
Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ，８，８９（１９５６）或いはＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄ
ｔ，”ＰＨＹＳＩＣＡＬ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ
ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ
ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｍｏｌｙｂｄｅｎｉｕ
ｍ ｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，
５２４８（１９７６）等に開示されたものが知られてい
る。

【０００３】ＭＩＭ型の例としてはＣ．Ａ．Ｍｅａ
ｄ，”Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｕｎｎｅｌ−Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌｙ．Ｐ
ｈｙｓ．，３２，６４６（１９６１）等に開示されたも
のがある。

【０００４】表面伝導型電子放出素子の例としては、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，ＲｅｃｉｏＥｎｇ．Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎ Ｐｈｙｓ．，１０，１２９０，（１９６５）
等に開示されたものがある。

【０００５】表面伝導型電子放出素子は、基体上に形成
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 Ｓｏｌｉｄ Ｆｉ
ｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／Ｓ
ｎＯ₂ 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ 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。

【０００６】表面伝導型電子放出素子の典型的な構成の
例としては、基体上に設けられた一対の素子電極間を連
絡する金属、金属酸化物などにより構成された導電性膜
に、予め通電フォーミングと呼ばれる通電処理によって
電子放出部を形成したものが挙げられる。即ち、通電フ
ォーミングとは、前記導電性膜の両側に直流電圧或いは
非常にゆっくりとした昇電圧例えば１Ｖ／分程度を印加
通電し、導電性膜を局所的に破壊、変形もしくは変質せ
しめ、電気的に高抵抗な状態にした電子放出部を形成す
る処理である。尚、電子放出部は導電性膜の一部に亀裂
が発生しその亀裂付近から電子放出が行なわれるもので
ある。

【０００７】上記表面伝導型電子放出素子は、構造が簡
単で製造も容易であることから、大面積にわたって多数
配列して形成できる利点がある。そこで、この特徴を生
かすための種々の応用が研究されている。例えば表示装
置などの画像形成装置への応用が挙げられる。

【０００８】従来、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、この表面伝導型電子放出素子の両端（両方の
素子電極）を配線（共通配線とも呼ぶ）によりそれぞれ
結線した行を多数配列（はしご型配置とも呼ぶ）した電
子源が挙げられる（特開平１−３１３３２号公報、同１
−２１３７４９号公報、同２−２５７５５２号公報）。
また、特に表示装置においては、液晶を用いた表示装置
と同様の平板型表示装置とすることが可能で、しかもバ
ックライトが不要な自発光型の表示装置として、表面伝
導型電子放出素子を多数配置した電子源と、この電子源
からの電子線の照射により可視光を発光する蛍光体とを
組合せた表示装置が提案されている（米国特許第５０６
６８８３号明細書）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記電子源及び画像形
成装置に適用される電子放出素子については、明るい表
示画像を安定して提供するために、一層安定な電子放出
特性及び電子放出の効率向上が要望されている。ここで
の効率は、表面伝導型電子放出素子の一対の素子電極に
電圧を印加した際に、両電極間に流れる電流（以下、
「素子電流Ｉｆ」という）と真空中に放出される電流
（以下、「放出電流Ｉｅ」という）との比で評価される
ものであり、素子電流Ｉｆが小さく、放出電流Ｉｅが大
きいことが望ましい。安定的に制御し得る電子放出特性
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でき
る。また、低電流化に伴い、画像形成装置を構成する駆
動回路等のローコスト化も図ることができる。

【００１０】しかしながら、前記従来の電子放出素子に
あっては、電子放出特性の安定性及び電子放出効率につ
いては、必ずしも満足なものが得られておらず、これを
用いた画像形成装置の動作安定性なども同様に必ずしも
満足なものとは言い難いのが実状である。

【００１１】従って、良好な電子放出特性を有し、これ
を長時間にわたって保持し得る電子放出素子を実現する
ことが求められていた。

【００１２】本発明者等の検討により、電極間に、電子
放出部を有する導電性膜を備える電子放出素子（例えば
表面伝導型電子放出素子）の電子放出特性の劣化の主要
な原因の一つが、駆動に伴う導電性膜の変化であること
がわかった。これは、電子放出素子は、前述のように例
陰極電子放出素子であるが、駆動の際の電圧印加により
薄い導電性膜に比較的大きな素子電流Ｉｆが流れ、電子
放出部近傍で発熱による温度上昇が起こり、これにより
導電性膜が局所的に溶融ないし凝集を起こすのであろう
と考えられる。

【００１３】従って、電子放出素子の劣化を抑制し寿命
を延ばすためには、導電性膜の材料としての高融点の物
質、好ましくは同時に蒸気圧の低い物質、を用いること
が望ましい。

【００１４】しかしながら、高融点の材質により導電性
膜を形成した場合、前述の通電処理による電子放出部の
形成（通電フォーミング）を行なうために、大きな電力
を要し、結果として好ましい電子放出特性が得られなく
なる場合がある。

【００１５】また、ディスプレイ装置に利用する場合の
ように、同一基板上に複数の電子放出素子を配設し、例
えば同一の配線に接続された複数の素子を同時に通電フ
ォーミングを行なう場合、全体として大きな電流が必要
となり、このため配線の電流容量を大きくすることが必
要となる。また配線の電気抵抗による電圧降下が顕著と
なるため、各素子に印加される実効電圧が素子毎に異な
ってしまい、均一なフォーミングが難しくなるなどの問
題がある。

【００１６】さらに、上述した問題を何らかの手法によ
り回避し、導電性膜の材質として高融点金属を使用でき
たとしても、その具体的な材料として考えられるＷ，Ｍ
ｏ，Ｎｂ，Ｉｒ等は、比較的大きな仕事関数を有する。
この点は大きな放出電流を得るためには好ましくない性
質である。

【００１７】従って、通電フォーミングに要する電力が
小さく、局所的な溶解や凝集が起こりにくく、且つ大き
な放出電流の得られる導電性膜を実現することが望まれ
ている。

【００１８】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、良好な電子放出特性を長期にわたり維持する電子
放出素子、それを用いた電子源及び画像形成装置と、そ
れらの製造方法を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の構成は以下の通
りである。

【００２０】本発明の第一は、対向する一対の素子電極
間に、電子放出部を有する導電性膜を備えてなる電子放
出素子において、該導電性膜の一部又は全部が、該導電
性膜の材質とは異なる金属酸化物を主成分とする金属酸
化物相により覆われ、該酸化物被膜の主成分である金属
酸化物が、導電性膜の主成分と比較して高い融点を有
し、さらに炭素ないし炭素化合物ないし両者の混合物よ
りなる堆積層を有することを特徴とする電子放出素子に
ある。

【００２１】上記本発明の第一は、さらにその特徴とし
て、「上記金属酸化物が、導電性膜上に厚さ１〜２０ｎ
ｍの層状に形成されていること」 「上記金属酸化物が、導電性膜の空隙部に含有され、含
有量がモル比にして１０〜５０％であること」 「上記金属酸化物が、導電性膜の主成分と比較して低い
仕事関数を有すること」 「上記金属酸化物の、蒸気圧が１．３×１０^-3Ｐａとな
る温度が、上記導電性膜の主原料とし比較して高いこ
と」 「上記金属酸化物が、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｙ，Ｌ
ａ，Ｔｈ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｗ，Ｆｅ，Ａｌより選ば
れる少なくとも１種類の金属元素の酸化物であること」 「上記金属酸化物相が副成分として当該金属の炭酸塩を
モル比にして５０％以下含むこと」を含むものである。

【００２２】本発明の第二は、上記本発明の第一の電子
放出素子と、その駆動手段とを有することを特徴とする
電子源である。

【００２３】上記本発明の第二は、さらにその特徴とし
て、「上記電子源は、複数の電子放出素子が並列に結線
された素子行を少なくとも１行以上有すること」 「上記電子源は、複数の電子放出素子が結線された素子
行を複数有し、それらがマトリクス配置されているこ
と」を含むものである。

【００２４】本発明の第三は、上記本発明の第二の電子
源と、該電子源より放出される電子線を照射されること
により画像を形成する画像形成部材を有することを特徴
とする画像形成装置である。

【００２５】上記本発明の第三は、さらにその特徴とし
て、「上記画像形成部材が蛍光体であること」を含むも
のである。

【００２６】本発明の第四は、上記本発明の第一から第
三の電子放出素子、電子源及び画像形成装置の製造方法
において、導電性膜を被覆する金属酸化物層を形成する
工程が、金属アルコキシドの溶液を塗布し、該金属アル
コキシドの薄膜を形成する工程と、該金属アルコキシド
を熱分解し金属酸化物層を形成する工程とを含むことを
特徴とする、電子放出素子、電子源及び画像形成装置の
製造方法である。

【００２７】本発明の第五は、上記本発明の第一から第
三の電子放出素子、電子源及び画像形成装置の製造方法
において、導電性膜を被覆する金属酸化物層を形成する
工程が、導電性膜上に、脂肪酸金属塩又は長鎖アミン金
属錯体のラングミュアー・ブロジェット（ＬＢ）膜を形
成する工程と、該ＬＢ膜を熱分解し、金属酸化物とする
工程とを含むことを特徴とする、電子放出素子、電子源
及び画像形成装置の製造方法である。

【００２８】上述のように、本発明は、電子放出素子、
この電子放出素子を複数備えた電子源、これを用いた画
像形成装置及びこれらの製造方法に関わるもので、各発
明の構成及び作用を以下に説明する。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明を適用し得る電子放出素子
の基本的構成には大別して、平面型及び垂直型の２つが
ある。

【００３０】先ず、平面型の電子放出素子について説明
する。

【００３１】図１は、本発明を適用可能な平面型の電子
放出素子の構成を示す模式図である、図１（ａ）は平面
図、図１（ｂ）は断面図である。

【００３２】図１においては１は基板、２と３は素子電
極、４は導電性膜、５は電子放出部、６は金属酸化物相
である。尚、図においては該金属酸化物相６は導電性膜
４の上に層を形成した場合を表わしている。

【００３３】また、後述するように、電子放出部５付近
の構造は、図２２（ａ）〜（ｃ）に模式的に示すような
構成を有するが、図１及び後述する図３、図４（ｄ）で
は具体的な構成は省略した。

【００３４】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
ス基板及びアルミナ等のセラミックス及びＳｉ基板等を
用いることができる。

【００３５】対向する素子電極２、３の材料としては、
一般的な導体材料を用いることができる。これは例えば
Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃ
ｕ，Ｐｄ等の金属或いは合金及びＰｄ，Ａｇ，Ａｕ，Ｒ
ｕＯ₂ ，Ｐｄ−Ａｇ等の金属或いは金属酸化物とガラス
等から構成される印刷導体、Ｉｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ 等の
透明導電体及び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。

【００３６】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、導電性
膜４の形状等は、応用される形態等を考慮して設計され
る。素子電極間隔Ｌは、好ましくは数百ｎｍ〜数百μｍ
の範囲とすることができる。素子電極２、３の膜厚ｄ
は、数十ｎｍ〜数μｍの範囲とすることができる。

【００３７】尚、図１に示した構成だけでなく、基板１
上に、導電性膜４、金属酸化物相６、対向する素子電極
２、３の順に積層した構成とすることもできる。

【００３８】導電性膜４には、良好な電子放出特性を得
るために、微粒子で構成された微粒子膜を用いるのが好
ましい。その膜厚は、素子電極２、３へのステップカバ
レージ、素子電極２、３間の抵抗値及び後述するフォー
ミング条件等を考慮して適宜設定されるが、通常は、数
百ｐｍ〜数百ｎｍの範囲とするのが好ましく、より好ま
しくは１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲とするのが良い。その抵
抗値は、Ｒｓが１０²〜１０⁷ Ω／□の値である。尚Ｒ
ｓは、厚さがｔ、幅がｗで長さがｌの薄膜の長さ方向に
測定した抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ（ｌ／ｗ）とおいた時に現
れる量である。本願明細書において、フォーミング処理
については、通電処理を例に挙げて説明するが、フォー
ミング処理はこれらに限られるものではなく、膜に亀裂
を生じさせて高抵抗状態を形成する処理を包含するもの
である。

【００３９】本発明では高融点の金属酸化物相で被覆す
るため、導電性膜４を構成する材料は、比較的小さな電
力で良好な電子放出部を形成できるものを選ぶことがで
き、例えばＮｉ，Ａｕ，ＰｄＯ，Ｐｄ，Ｐｔなどの導電
材料を選ぶことができる。

【００４０】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、その微細構造は、微粒子が個々に
分散配置した状態或いは微粒子が互いに隣接、或いは重
なり合った状態（いくつかの微粒子が集合し、全体とし
て島状構造を形成している場合も含む）をとっている。
微粒子の粒径は、数百ｐｍ〜数百ｎｍの範囲、好ましく
は、１ｎｍ〜２０ｎｍの範囲である。

【００４１】尚、本願明細書では頻繁に「微粒子」とい
う言葉を用いるので、その意味について説明する。

【００４２】小さな粒子を「微粒子」と呼び、これより
も小さなものを「超微粒子」と呼ぶ。「超微粒子」より
もさらに小さく原子の数が数百個程度以下のものを「ク
ラスター」と呼ぶことは広く行なわれている。

【００４３】しかしながら、それぞれの境は厳密なもの
ではなく、どの様な性質に注目して分類するかにより変
化する。また「微粒子」と「超微粒子」を一括して「微
粒子」と呼ぶ場合もあり、本願明細書中での記述はこれ
に沿ったものである。

【００４４】「実験物理学講座１４ 表面・微粒子」
（木下是雄 編、共立出版、１９８６年９月１日発行）
では次のように記述されている。

【００４５】「本稿で微粒子と言うときにはその直径が
だいたい２〜３μｍ程度から１０ｎｍ程度までとし、特
に超微粒子と言うときは粒径が１０ｎｍ程度から２〜３
ｎｍ程度までを意味することにする。両者を一括して単
に微粒子と書くこともあってけっして厳密なものではな
く、だいたいの目安である。粒子を構成する原子の数が
２個から数十〜数百個程度の場合はクラスターと呼
ぶ。」（１９５頁 ２２〜２６行目）。

【００４６】付言すると、新技術開発事業団の”林・超
微粒子プロジェクト”での「超微粒子」の定義は、粒径
の下限はさらに小さく、次のようなものであった。

【００４７】「創造科学技術推進制度の”超微粒子プロ
ジェクト（１９８１〜１９８６）では、粒子の大きさ
（径）がおよそ１〜１００ｎｍの範囲のものを”超微粒
子”（ｕｌｔｒａ ｆｉｎｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ）と呼
ぶことにした。すると１個の超微粒子はおよそ１００〜
１０⁸ 個位の原子の集合体ということにある。原子の尺
度で見れば超微粒子は大〜巨大粒子である。」（「超微
粒子−創造科学技術」林主税、上田良二、田崎明 編；
三田出版 １９８８年 ２頁１〜４行目）「超微粒子よ
りさらに小さいもの、即ち原子が数個〜数百個で構成さ
れる１個の粒子は、普通クラスターと呼ばれる」（同書
２頁１２〜１３行目）。

【００４８】上記のような一般的な呼び方を踏まえて、
本願明細書において「微粒子」とは多数の原子・分子の
集合体で、粒径の下限は数百ｐｍ〜１ｎｍ程度、上限は
数μｍ程度のものを指すこととする。

【００４９】導電性膜４の材料としては、上述した材料
の中でもＰｄＯが、有機ＰｄＯ化合物の大気中焼成によ
り容易に微粒子膜が形成できること、半導体であるため
比較的電気伝導率が低く、前記の抵抗値Ｒｓを得るため
の膜厚に対するプロセスマージンが広いこと、電子放出
部形成後に容易に還元して金属Ｐｄとすることができ、
導電性膜の抵抗を低減することができること、等の点で
好適である。しかし、本発明の効果は、ＰｄＯや前記の
材料を用いた場合に限られるものではない。

【００５０】電子放出部５は、導電性膜４の一部に形成
された高抵抗の亀裂により構成され、導電性膜４の膜
厚、膜質、材料及び後述する通電フォーミング等の手法
等に依存したものとなる。電子放出部５の内部には、数
百ｐｍ〜数十ｎｍの範囲の粒径の導電性微粒子が存在す
る場合もある。この導電性微粒子は、導電性膜４を構成
する材料の元素の一部、或いは全ての元素を含有するも
のとなる。電子放出部５及びその近傍の導電性膜４に
は、炭素及び炭素化合物を有することもある。尚、本発
明においては、電子放出部５には、さらに次に述べる金
属酸化物相６を構成する元素の一部或いは全部と同様の
物質を含むことがある。放出電流の量を大きくするため
には、電子放出部を仕事関数の低い材料で形成するのが
望ましい。

【００５１】金属酸化物相６は、金属酸化物を主成分と
するもので、これは単一金属元素の酸化物とは限らず、
複数の金属元素を含む複合酸化物であっても良く、導電
性膜４の材料に比べ高い融点を有する。これにより導電
性膜４の熱による融解や凝集による電子放出特性の劣化
を防止することを目的とするものである。

【００５２】本発明における、金属酸化物相６による導
電性膜４の被覆の状態を図２に模式的に示す。金属酸化
物相６は、図２（ａ）に示すように導電性膜４を構成す
る微粒子の隙間に含まれている場合、図２（ｂ）に示す
ように導電性膜４上に薄膜を形成する場合、さらには図
２（ｃ）に示すように導電性膜４の微粒子全体を覆って
いる場合があり、いずれの場合も本発明は有効である。

【００５３】本発明では、このように導電性膜４が高融
点を有する金属酸化物相６で覆われているため、駆動時
に電子放出部近傍で導電性膜が融解、凝集することを抑
制することができ、長時間にわたって、安定した電子放
出特性を保持することができる。

【００５４】図２（ａ）のように導電性膜４を構成する
微粒子の間隙に、金属酸化物相６が含まれる場合には、
その含有率は、上記導電性膜４と金属酸化物相６の全体
における金属元素のモル比にして５０％以下であること
が望ましい。これは、これ以上の含有率である場合、導
電性膜４の導電性が損なわれる場合があり、また通電フ
ォーミングに必要な電力が大きくなるためである。ま
た、含有率が１０％以下の場合は導電性膜４の融解、凝
集による電子放出特性の劣化を充分に抑制できなくなる
場合があるため、含有率は１０％以上であることが望ま
しい。

【００５５】図２（ｂ）のように、金属酸化物被膜が導
電性膜４の上に層状に形成される場合には、膜厚が２０
ｎｍ以下であることが望ましい。即ち、金属酸化物の被
膜が厚過ぎると、素子を駆動した時に該金属酸化物相が
チャージアップを起こして、これにより素子の周辺の等
電位面が変化して、放出される電子の軌道が変動した
り、放電を引き起こして素子を損傷する場合がある。さ
らに、金属酸化物被膜を形成した後、通電フォーミング
を行なう場合には、これに必要な電力が大きくなってし
まい、その結果電子放出特性が不十分なものとなってし
まったり、場合によってはフォーミングができなくなっ
てしまう。加えて、導電性酸化物により導電性膜を形成
し、最後に還元性ガスなどを用いてこれを還元すること
により抵抗を下げる操作をする場合、還元処理が充分に
進行しなくなることもある。

【００５６】また、膜厚が１ｎｍ未満となると導電性膜
の融解、凝集による電子放出特性の劣化を充分に抑制で
きなくなる場合があるため、１ｎｍ以上であることが望
ましい。

【００５７】さらに、図２（ｃ）のような構成の場合、
上述の二つの条件を満たす条件の内で好適な条件を選択
する。この場合、金属酸化物相６の典型的な好適条件
は、例えば膜厚が５ｎｍで、導電性膜４の隙間に約３０
％侵入する程度である。

【００５８】尚、図２には示されていないが、電子放出
部５に金属酸化物相が形成された場合には、該金属酸化
物として仕事関数の低いものを用いることにより、放出
電流量を大きくしたり、素子の駆動電圧を低くする効果
を実現することができる。

【００５９】尚、金属酸化物相６の仕事関数の効果は上
記以外のメカニズムも存在する。

【００６０】電子放出素子から電子放出を行なわせる場
合、図６に示すように、電子放出素子の上方にアノード
電極５４を設置し、これと電子放出素子の間に高電圧を
印加する。電子放出部５の近傍では、導電性膜４の低電
位側、高電位側及び上記アノード電極５４により複雑な
等電位面が形成される。図２０に模式的に示すように、
電子放出部５から放出された電子の内あるものは２００
１のような軌道をたどり、直接アノード電極５４に向か
って飛行する。他の電子は、２００２のような軌道をた
どり、導電性膜４の高電位側に入射する。入射した電子
の内一部は弾性的に散乱され、２００３のような軌道を
たどりアノード電極５４に向かって飛行するが、他の電
子は導電性膜４に吸収される。アノード電極５４に到達
した電子による電流は放出電流Ｉｅとして観測され、導
電性膜４の高電位側に吸収された電子による電流は、素
子電流Ｉｆの一部として観測される。電子放出素子とし
ては、電子放出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆが大きいことが望ま
しい。電子放出効率を大きくするためには、上記２００
２のような軌道をたどり導電性膜４の高電位側に入射し
た電子の内、弾性的に散乱される電子の割合を高くすれ
ばよい。電子が何かしかの散乱体、例えば上記の導電性
膜４により弾性的に散乱される割合は、散乱体を構成す
る元素の性質に左右される他、該散乱体の仕事関数にも
影響され、仕事関数の低い方がより好ましい。低仕事関
数の物質により導電性膜４を被覆することは、上記の電
子が弾性散乱される確率を高くする効果があるものと思
われる。

【００６１】金属酸化物相６の材料の特性としては、さ
らに蒸気圧が低いことが求められる。これは電子放出素
子の駆動が真空中で行なわれるため、蒸気圧が高いと金
属酸化物相が徐々に失われ、電子放出素子の特性を安定
に保つことができなくなるからである。一般には、特異
な温度−蒸気圧特性を有するものでない限り、蒸気圧が
１．３×１０^-3Ｐａ（１０^-5Ｔｏｒｒ）を示す温度の高
いものを選択すればよい。例えば導電性膜４の材質とし
てＰｄ（蒸気圧が１．３×１０^-3Ｐａとなる温度：１３
７０Ｋ）を用いる場合には、Ａｌ₂ Ｏ₃ （２０３７
Ｋ），ＢｅＯ（１９９５Ｋ），Ｌａ₂ Ｏ₃ （１６９０
Ｋ），ＴｉＯ₂ （１９１９Ｋ），ＴｈＯ₂ （１９１９
Ｋ），Ｙ₂ Ｏ₃ （２２３４Ｋ），ＨｆＯ₂ （２４１５
Ｋ），ＺｒＯ₂ （２２０３Ｋ），ＢａＯ（１４５９
Ｋ），ＣａＯ（１８５８Ｋ），ＭｇＯ（１７１４Ｋ），
ＳｒＯ（１６８７Ｋ），ＦｅＯ（１５２１Ｋ），ＷＯ₂
（１７８３Ｋ）等を用いることができる（上記の値はオ
ーム社「薄膜ハンドブック」９１７頁に記載の表によっ
た）。

【００６２】これらの内、高い融点と低い仕事関数を有
するものとしては、ＢｅＯ，ＣａＯ，ＭｇＯ，ＴｈＯ
₂ ，Ｙ₂ Ｏ₃ ，ＨｆＯ₂ ，ＳｒＯ，ＺｒＯ₂ 等が挙げら
れ、またこれらと同じ金属元素を含む複合酸化物も同様
の特性を有するものがある。これらの金属酸化物の中に
は大気中で不安定であったり、毒性のあるものも含まれ
るが、本発明の効果はこのことにより制限されるもので
はなく、使用環境や使用目的に応じて好適なものを選択
することができる。この金属酸化物相の一部に、その金
属元素の炭酸塩が含まれていても良いが、その量は、金
属酸化物の量以下、即ちモル比にして５０％以下とすべ
きである。

【００６３】これらの金属酸化物よりなる金属酸化物相
６を形成する方法としては、真空蒸着法（電子ビーム蒸
着、抵抗加熱蒸着、レーザー蒸着などを含む）、スパッ
タ法、化学気相成長（ＣＶＤ）法や、有機金属化合物
を、その溶液を塗布する方法、或いはラングミュアー・
ブロジェット（ＬＢ）法等により堆積させ、熱分解する
ことにより金属酸化物とする方法などを用いることがで
きる。

【００６４】有機金属化合物の溶液を塗布して、該有機
金属化合物の膜を形成する方法としては、金属アルコキ
シドの溶液を、基板にディップコート、スピンコートな
どの簡易な方法により塗布する方法が挙げられる。金属
アルコキシドＭ（ＯＲ）_x は有機溶剤に可溶であり、様
々な金属元素Ｍに対して様々なアルコキシド基ＯＲが存
在し、多くの金属酸化物の形成に用いることができるこ
とから、この様な手法に非常に適した材料である。

【００６５】金属アルコキシドが溶媒に溶けることが必
要であるため、溶媒としては一般的にはアルコキシド基
と同じ炭素数のアルコールＲＯＨを用いる。ほとんどの
金属についてアルコキシドが形成されるが、溶媒への溶
解性が低いものや、反応性が極端に高いものは本発明に
用いることができない。例えば、アルコキシド基の大き
さによっても溶解性、反応性は異なり、アルコキシド基
中のアルキル基Ｒが小さいＣＨ₃ やＣ₂ Ｈ₅ では不溶性
のものが多い。一方、Ｒが大きいと溶解性は増加するが
熱分解に際して不純物として炭素が残留する可能性があ
る。以上のことから上記アルキル基Ｒとしては、溶媒に
可溶で且つ炭素数が少ないイソプロピル（ⁱ Ｐｒ）、イ
ソブチル（ⁱ Ｂｕ）、セカンダリーブチル（^s Ｂｕ）、
ターシャリーブチル（^t Ｂｕ）基が望ましく、中でもイ
ソプロピル基が好適である。

【００６６】この手法によれば、上述の真空蒸着法、ス
パッタ法、ＣＶＤ法等に比べ、大がかりな真空装置を使
用せずに金属酸化物を堆積させられることが利点であ
る。

【００６７】有機金属化合物を堆積させる他の方法とし
ては、ラングミュアー・ブロジェット（ＬＢ）法が挙げ
られる。ＬＢ法とは、親水基、疎水基を持つ分子の親水
性、疎水性を利用して秩序良く水の上に展開して単分子
膜を形成した後、これを基板表面に移し採る方法で、基
板上に単分子膜、或いは単分子膜を積層した単分子累積
膜（ＬＢ膜）の形成が可能である。

【００６８】代表的な成膜分子として分子中に疎水基
（−ＣＨ_n −）と親水基（−ＣＯＯＨ）を含む長鎖脂肪
酸が挙げられる。炭素数が１６〜２２の長鎖脂肪酸、即
ち炭素数１６のパルミチン酸ＣＨ₃ （ＣＨ₂ ）₁₄ＣＯＯ
Ｈ、同７のマルガリン酸ＣＨ₃（ＣＨ₂ ）₁₅ＣＯＯＨ、
同１８のステアリン酸ＣＨ₃ （ＣＨ₂ ）₁₆ＣＯＯＨ、同
１９のノナデカン酸ＣＨ₃ （ＣＨ₂ ）₁₇ＣＯＯＨ、同２
０のアラキジン酸ＣＨ₃（ＣＨ₂ ）₁₈ＣＯＯＨ、同２１
のヘネイコサン酸ＣＨ₃ （ＣＨ₂ ）₁₉ＣＯＯＨ、同２２
のベヘン酸ＣＨ₃ （ＣＨ₂ ）₂₀ＣＯＯＨが分子中の疎水
基と親水基のバランスが良く、気水界面上に単分子膜を
形成するのに好適である。通常これらの脂肪酸を０．５
〜５．０ｍＭ／ｌの濃度でクロロホルム、ベンゼンなど
の揮発性溶媒に溶解し、水面上に滴下して単分子膜を形
成する。

【００６９】またこれら脂肪酸の各種金属塩もＬＢ法に
より成膜が可能である。下層水として金属イオンの０．
００１ｍＭ／ｌ〜５．０ｍＭ／ｌの水溶液を使用して、
その上に脂肪酸溶液を展開すれば、脂肪酸金属塩の単分
子膜を形成できる。単分子膜としては原子価の大きな金
属、例えば３価金属である脂肪酸のアルミニウム塩は安
定であるが、膜自身の剛性が高すぎて通常のＬＢ法では
成膜が不可能である。この様な場合にはムービングウォ
ール式（宮田式）トラフを用いることにより成膜が可能
である。ＬＢ法では通常、図２１（ａ）のような装置を
用い、基板の上下により単分子膜を累積する。この際、
単分子膜の表面圧を一定に保つために累積が進むにつれ
てバリア２１６が移動して単分子膜の展開面積を縮小す
る。これに対し、ムービングウォール式では図２１
（ｂ）の様に、トラフ幅と同じ幅の基板２１５を用い、
基板２１５の上下と同時にトラフ周囲の可動壁２１７が
動いて単分子膜の展開面積を縮小し、膜を基板上に移し
採る方法である。

【００７０】通常Ｃｄ，Ｃａ，Ｂａ等の２価金属の脂肪
酸塩が成膜に最も適している。これらの脂肪酸金属塩Ｌ
Ｂ膜は通常のＬＢ法により成膜できる。１価金属を使用
した場合にはミセルを形成して水槽中に溶け込んでしま
う。

【００７１】ＬＢ法により成膜が可能な分子は、分子中
に親水基と疎水基を含むものであれば脂肪酸に限るもの
ではない。疎水基（−ＣＨ_n −）と親水基（−ＮＨ₂ ）
を持つ長鎖アミン（例えばオクタデシルアミン）や親水
基と疎水基を共に含み両者のバランスの良いポリマー
（例えばポリイミド）もＬＢ法により成膜が可能であ
る。即ち、分子中に疎水基と親水基を含み、両者のバラ
ンスが適当である分子ならばＬＢ法により成膜が可能と
なる。この様な有機分子の塩、錯体などの形で金属を含
ませてもその疎水性、親水性が変わらない場合、金属を
含む有機分子の単分子膜を基板上に累積し、得られた累
積膜を熱分解すれば炭化水素成分は分解、揮発し、金属
酸化物の膜が作成できる。Ａｍｍらはアラキジン酸イッ
トリウム或いはアラキジン酸カドミウムの累積膜の熱分
解によりそれぞれ酸化イットリウム、酸化カドミウムを
合成している［Ｄ．Ｔ．Ａｍｍ，Ｄ．Ｊ．Ｊｏｈｎｓｏ
ｎ，Ｔ．Ｌａｕｒｓｅｎ，ａｎｄ Ｓ．Ｋ．Ｇｕｐｔ
ａ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６１，５２２，
（１９９２）及びＤ．Ｔ．Ａｍｍ，Ｄ．Ｊ．Ｊｏｈｎｓ
ｏｎ，Ｎ．Ｍａｔｓｕｕｒａ，Ｔ．Ｌａｕｒｓｅｎ，ａ
ｎｄ Ｇ．Ｐａｌｍｅｒ，Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉ
ｌｍｓ，２４２，７４，（１９９４）］。またＴａｙｌ
ｏｒらはステアリン酸亜鉛の累積膜の熱分解により酸化
亜鉛を合成している［Ｄ．Ｔ．Ｔａｙｌｏｒ，ａｎｄ
Ｊ．Ｎ．Ｌａｍｂｉ，Ｔｈｉｎ ＳｏｌｉｄＦｉｌｍ
ｓ，２４３，３８４，（１９９４）］。

【００７２】本発明では上記の金属酸化物合成法を応用
して、導電性膜４上に金属酸化物相６を作製するもので
ある。即ち、ＬＢ法により、導電性膜４上に脂肪酸金属
塩或いは長鎖アミン金属錯体の単分子膜を所望の層数だ
け累積し、これを熱分解することにより所望の膜厚の金
属酸化物相を得るものである。この方法によれば、金属
酸化物相の膜厚の制御が極めて制度良く行える利点があ
る。

【００７３】ＬＢ法を行う場合、単分子膜を展開する下
層水のｐＨ値及びｐＨ調整剤（緩衝溶液）には注意が必
要である。脂肪酸の金属塩形成はｐＨ値に依存し、その
値は金属により異なる。展開した脂肪酸の内金属塩を形
成した割合が低ければ累積膜中の金属密度が低くなり、
従って金属酸化物の密度も小さくなるので好ましくな
い。金属種に応じた下層水のｐＨ値を選ぶことが必要で
ある。また緩衝溶液としては、例えばリン酸塩、ホウ酸
塩、炭酸塩などが知られているが、これらに含まれる金
属と展開する脂肪酸とが塩を形成しないようにするため
に、金属を含まない緩衝溶液が好ましい。さらに、熱分
解後に腐食ガスなどを発生しないようにする点からも有
機化合物系の緩衝溶液の使用が好ましい。この様なもの
としては、トリ（ヒドロキシメチル）アミノメタンやグ
リシン、酢酸など有機化合物系のものが挙げられるが、
熱分解に影響が出なければこれに限るものではない。実
際に導電性膜４を形成した基板１上に金属酸化物相６を
形成する具体的な方法は次のようなものである。

【００７４】まず、導電性膜４を形成した基板１上に、
ＬＢ膜を形成する前処理として疎水処理を施す。基板面
の疎水処理法としては公知の方法、例えばヘキサメチル
ジシラザン（ＨＭＤＳ）の気相吸着による方法やオクタ
デシルアミン（ＯＤＡ）をＬＢ法で一層成膜する方法を
用いることができるが、基板面が疎水化されるならばこ
の様な方法に限るものではない。また、基板の汚れがひ
どい場合には疎水処理の前に半導体プロセスなどで用い
られるＵＶ／Ｏ₃ 処理などにより汚染を取り除いて、予
め疎水化しておくことが必要な場合もある。このように
して前処理を行った基板上に脂肪酸金属塩や長鎖アミン
金属錯体のＬＢ成膜を行う。用いる脂肪酸としては上述
のように炭素数が１６〜２２の脂肪酸、長鎖アミン及び
その異性体が、また金属種としてはＭｇ，Ｃａ，Ｂａ，
Ｙ，Ａｌ，Ｔｉ等の金属の塩化物、酢酸塩などが考えら
れる。溶解させる金属の濃度としては、０．０１ｍＭ／
ｌ〜１０ｍＭ／ｌ程度である。ここで、金属塩の形成を
促進させるために、上述のような適当な緩衝剤を用いて
下層水中のｐＨを調節する工夫が必要である。得られた
脂肪酸金属塩累積膜は大気中で３００〜６００℃で２０
〜６０分間熱処理して、金属酸化物相６を形成する。

【００７５】一方これらの高融点の金属酸化物の多く
は、電気的に絶縁性である。導電性膜４と電子放出部５
を絶縁性の金属酸化物で覆った場合、膜厚が厚過ぎると
電子放出を妨げその特性に悪影響を及ぼすことがある。
また、前述の様に電子放出部から放出された後、導電性
膜に入射する電子によりチャージアップし、使用上問題
が生ずる場合がある。

【００７６】また、アルカリ金属元素やアルカリ土類金
属元素をドープするなどして金属酸化物に導電性を付与
したり、導電性を有する金属酸化物を用いることも考え
られるが、特に真空中で高温にさらされる場合には、安
定性に問題がある。

【００７７】また、導電性のある金属酸化物を用いた場
合、金属酸化物相の伝導度が導電性膜の伝導度に対して
無視できなくなると、通電フォーミング処理に必要な電
力が大きくなってしまうなどの問題も生ずる。

【００７８】上記のような事情について検討した結果、
金属酸化物が絶縁性であっても、金属酸化物相６による
被膜の厚さが１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であれば良い。こ
の範囲であれば電子放出特性に対する悪影響は少なく、
駆動による特性の劣化を抑制する効果を示す。しかし、
金属酸化物の形態、緻密度等によっても好適な条件は変
化し得ると思われ、上記の条件は必ずしも絶対的なもの
ではない。

【００７９】次に、垂直型電子放出素子について説明す
る。

【００８０】図３は、本発明の垂直型電子放出素子の一
例を示す模式図である。

【００８１】図３においては、図１に示した部位と同じ
部位には図１に付した符号と同一の符号を付している。
２１は段差形成部である。基板１、素子電極２及び３、
導電性膜４、電子放出部５及び金属酸化物相６は、前述
した平面型電子放出素子の場合と同様の材料で構成する
ことができる。段差形成部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
で構成することができる。段差形成部２１の膜厚は、先
に述べた平面型電子放出素子の素子電極間隔Ｌに対応
し、数百ｎｍ〜数十μｍの範囲とすることができる。こ
の膜厚は、段差形成部２１の製法、及び、素子電極間に
印加する電圧を考慮して設定されるが、数十ｎｍ〜数μ
ｍの範囲が好ましい。

【００８２】導電性膜４は、素子電極２及び３と段差形
成部２１作製後に、該素子電極２、３の上に積層され
る。電子放出部５は、図３においては、段差形成部２１
の側端面に形成されているが、作製条件、フォーミング
条件等に依存し、形状、位置ともこれに限られるもので
はない。

【００８３】上述の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、図１に示した構成の電子放出
素子の場合を例に、図４に基づいてその一例を説明す
る。尚、図４において図１と同じ符号は同じ部材を指す
ものである。

【００８４】１）基板１を洗剤、純水及び有機溶剤等を
用いて充分に洗浄し、真空蒸着法、スパッタ法等により
素子電極材料を堆積後、例えばフォトリソグラフィー技
術を用いて基板１上に素子電極２、３を形成する（図４
（ａ））。

【００８５】２）素子電極２、３を設けた基板１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である。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４（ｂ））。ここで
は、有機金属溶液の塗布法を挙げて説明したが、導電性
膜４の形成方法はこれに限られるものではなく、真空蒸
着法、スパッタ法、化学的気相堆積（ＣＶＤ）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。

【００８６】３）次に、導電性膜４を形成した基板１
に、導電性膜４の材料を比べて融点の高い金属酸化物を
蒸着材料に用い、電子ビーム蒸着法により金属酸化物相
６を形成する（図４（ｃ））。尚、形成された金属酸化
物相６は金属酸化物を主成分とし、一部炭酸塩や水酸化
物を含むこともある。しかしながら本発明で用いる材料
の炭酸塩や水酸化物は、加熱された場合酸化物に変化
し、実際の融点（ないし昇華点）は酸化物のそれで決ま
るために、特に問題とはならない。また、本発明におい
て、この金属酸化物相６は、導電性膜４にコートされる
か含有されていれば良く、導電性の高い材料でない限り
は特定の形状にパターニングする必要は特段にないが、
上記工程２）で説明した導電性膜４のパターニングより
も前に金属酸化物相６を形成し、導電性膜４と同時にパ
ターニングすることもできる。尚、素子電極２，３には
不図示の電源ないし駆動回路と電気的に接続する必要が
あるが、そのための部位には金属酸化物相６による被覆
を形成しないことは言うまでもない。

【００８７】また、金属酸化物相６の形成方法は、電子
ビーム蒸着法に限るものではなく、他の真空蒸着法、ス
パッタ法、ＣＶＤ法等によって形成される場合もある。
また、大面積の電子源を作製する場合などに、より好ま
しい方法として、有機金属化合物の膜をその化合物の溶
液を塗布、或いはＬＢ法などにより形成し、加熱処理す
ることにより形成することも可能である。尚、この金属
酸化物相６の形成は、次に述べるフォーミング工程の後
に行っても良く、使用する材料や製造プロセスに適した
手順を選択することができる。

【００８８】４）続いて、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
方法を説明するが、本発明にかかわるフォーミング工程
はこれに限られるものではなく、導電性膜４に亀裂を生
じさせて高抵抗状態を形成させる方法であればいかなる
方法でも良い。

【００８９】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の部位に、構造の変化した
電子放出部５が形成される（図４（ｄ））。通電フォー
ミングによれば導電性膜４に局所的に破壊、変形もしく
は変質等の構造の変化した部位が形成される。該部位が
電子放出部５を構成する。尚、上述したように、通電フ
ォーミングの前に金属酸化物相６を形成した場合には、
同時に金属酸化物相６にも局所的に破壊、変形もしくは
変質などの構造の変化を起こす場合がある。

【００９０】通電フォーミングの電圧波形の例を図５に
示す。

【００９１】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５（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５（ｂ）に示した手法
がある。

【００９２】図５（ａ）におけるＴ１及びＴ２は電圧波
形のパルス幅とパルス間隔である。通常Ｔ１は１μｓｅ
ｃ〜１０ｍｓｅｃ、Ｔ２は１０μｓｅｃ〜１００ｍｓｅ
ｃの範囲で設定される。三角波の波高値（通電フォーミ
ング時のピーク電圧）は、電子放出素子の形態などに応
じて適宜選択される。このような条件のもと、例えば
１．３×１０^-3Ｐａ程度ないしそれ以下の適当な圧力の
真空雰囲気中で数秒〜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。また、パルス波高値
やパルス幅、パルス間隔などについても上述の値に限る
ものではなく、電子放出部が良好に形成されるように、
適当な値を選択することができる。

【００９３】図５（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図５
（ａ）に示したも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程度ずつ増加させることができる。

【００９４】通電フォーミング処理の終了は、フォーミ
ングのためのパルスがオフになっている期間中に、導電
性膜４を局所的に破壊、変形しない程度の電圧を印加
し、電流を測定して検知することができる。例えば０．
１Ｖ程度の電圧印加により流れる素子電流を測定し、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ことが好ましい。

【００９５】５）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。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。

【００９６】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
プなどにより一旦充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。この時の
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、ケトン
類、アミン類、フェノール、カルボン酸、スルホン酸等
の有機酸類を挙げることができ、具体的には、メタン、
エタン、プロパンなどＣ_n Ｈ_2n+2で表わされる飽和炭化
水素、エチレン、プロピレンなどＣ_n Ｈ_2n等の組成式で
表わされる不飽和炭化水素、ベンゼン、トルエン、メタ
ノール、エタノール、ホルムアルデヒド、アセトアルデ
ヒド、アセトン、メチルエチルケトン、メチルアミン、
エチルアミン、フェノール、蟻酸、酢酸、プロピオン酸
等或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、炭素ないし炭素
化合物ないし両者の混合物が素子上に堆積し、素子電流
Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、著しく変化するようになる。

【００９７】尚、前述した金属酸化物相と、活性化処理
による上記炭素ないし炭素化合物ないし両者の混合物の
堆積膜とどちらかが上になるかにより、両者を形成する
処理の順序が入れ替わる場合がある。

【００９８】活性化工程においては、上記のように素子
電極間に電圧を印加するため、金属酸化物相の形成より
前に活性化工程を行うと、この工程の間に僅かながら導
電性膜の凝集などが生じ、放出電流Ｉｅの低下を引き起
こす場合があるが、むろんその量は僅かである。その反
面、金属酸化物相が炭素ないし炭素化合物の堆積物より
上にあるため、金属酸化物相が低い仕事関数を持つ場
合、それによる電子放出効率の向上が顕著に現れ易い。
一方活性化工程が後の場合は、活性化による上記の僅か
な低下をも防ぎ得ると期待される。

【００９９】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。

【０１００】素子に堆積される炭素ないし炭素化合物な
いし両者の混合物とは、例えばグラファイト（いわゆる
ＨＯＰＧ、ＰＧ、ＧＣを包含する。ＨＯＰＧはほぼ完全
なグラファイトの結晶構造、ＰＧは結晶粒が２０ｎｍ程
度で結晶構造がやや乱れたもの、ＧＣは結晶粒が２ｎｍ
程度になり結晶構造の乱れがさらに大きくなったものを
指す）、非晶質カーボン（アモルファスカーボン及びア
モルファスカーボンと前記グラファイトの微結晶の混合
物を指す）であり、その膜厚は５０ｎｍ以下の範囲とす
るのが好ましく、３０ｎｍ以下の範囲とすることがより
好ましい。

【０１０１】６）このような工程を経て得られた電子放
出素子は、安定化工程を行うことが好ましい。この工程
は、真空容器内の有機物質を排気する工程である。真空
容器を排気する真空排気装置は、装置から発生するオイ
ルが素子の特性に影響を与えないように、オイルを使用
しないものを用いるのが好ましい。具体的には、ソープ
ションポンプ、イオンポンプ等の真空排気装置を挙げる
ことができる。

【０１０２】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、上記の炭素ないし炭素化合物ないし両
者の混合物がほぼ新たに堆積しない分圧で１．３×１０
^-6Ｐａ以下が好ましく、さらには１．３×１０^-8Ｐａ以
下が特に好ましい。さらに真空容器内を排気する時に
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易くするのが好
ましい。この時の加熱条件は、８０〜２５０℃、好まし
くは１５０℃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り行う。真空容器内の圧力は極
力低くすることが必要で、１×１０^-5Ｐａ以下が好まし
く、さらに１．３×１０^-6Ｐａ以下が特に好ましい。

【０１０３】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、有機物質が充分除去
されていれば、真空度自体は多少低下しても充分安定な
特性を維持することができる。

【０１０４】このような真空雰囲気を採用することによ
り、新たな炭素ないし炭素化合物ないし両者の混合物の
堆積を抑制でき、また真空容器や基板などに吸着したＨ
₂ Ｏ、Ｏ₂ なども除去でき、結果として素子電流Ｉｆ、
放出電流Ｉｅが安定する。

【０１０５】上述した工程を経て得られた本発明の電子
放出素子の基本特性について図６、図７を参照しながら
説明する。

【０１０６】図６は、真空処理装置の一例を示す模式図
であり、この真空処理装置は特性評価装置としての機能
をも兼ね備えている。図６においても、図１に示した部
位と同じ部位には図１に付した符号と同一の符号を付し
ている。図６において、５５は真空容器であり、５６は
排気ポンプである。真空容器５５内には電子放出素子が
配されている。即ち、１は電子放出素子を構成する基体
であり、２及び３は素子電極、４は導電性膜、５は電子
放出部、６は金属酸化物相である。５１は、電子放出素
子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源、５０は素子電
極２，３間の導電性膜４を流れる素子電流Ｉｆを測定す
るための電流計、５４は素子の電子放出部より放出され
る放出電流Ｉｅを補足するためのアノード電極である。
５３はアノード電極５４に電圧を印加するための高圧電
源、５２は素子の電子放出部５より放出される放出電流
Ｉｅを測定するための電流計である。一例として、アノ
ード電極の電圧を１ｋＶ〜１０ｋＶの範囲とし、アノー
ド電極と電子放出素子との距離Ｈを２ｍｍ〜８ｍｍの範
囲として測定を行うことができる。

【０１０７】真空容器５５内には、不図示の真空計等の
真空雰囲気下での測定に必要な機器が設けられていて、
所望の真空雰囲気下での測定評価を行えるようになって
いる。排気ポンプ５６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とさらに、イオンポン
プ等からなる超高真空装置系とにより構成されている。
ここに示した電子源基板を配した真空処理装置の全体
は、不図示のヒーターにより加熱できる。従って、この
真空処理装置を用いると、前述の通電フォーミング以降
の工程も行うことができる。

【０１０８】図７は、図６に示した真空処理装置を用い
て測定された放出電流Ｉｅ、素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖ
ｆの関係を模式的に示した図である。図７においては、
放出電流Ｉｅが素子電流Ｉｆに比べて著しく小さいの
で、任意単位で示している。尚、縦・横軸ともリニアス
ケールである。

【０１０９】図７から明らかなように、本発明の電子放
出素子は、放出電流Ｉｅに関して３つの特徴的性質を有
する。

【０１１０】即ち、 （ｉ）本発明の電子放出素子はある電圧（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Ｖｔｈ
以下では放出電流Ｉｅがほとんど検出されない。つま
り、放出電流Ｉｅに対する明確なしきい値電圧Ｖｔｈを
持った非線形素子である。

【０１１１】（ｉｉ）放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに単
調増加依存するため、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制
御できる。

【０１１２】（ｉｉｉ）アノード電極５４に補足される
放出電荷は、素子電圧Ｖｆを印加する時間に依存する。
つまり、アノード電極５４に補足される電荷量は、素子
電圧Ｖｆを印加する時間により制御できる。

【０１１３】以上の説明により理解されるように、本発
明の電子放出素子は、入力信号に応じて、電子放出特性
を容易に制御できることになる。この性質を利用すると
複数の電子放出素子を配して構成した電子源、画像形成
装置等、多方面への応用が可能となる。

【０１１４】図７（ａ）には、素子電流Ｉｆが素子電圧
Ｖｆに対して単調増加する（以下、「ＭＩ特性」とい
う）例を実線に示した。図７（ｂ）には、素子電流Ｉｆ
が素子電圧Ｖｆに対して電圧制御型負性抵抗特性（以下
「ＶＣＮＲ特性」という）を示す場合を示した。いずれ
の特性を示すかは、電子放出素子の製法及び測定装置の
測定条件などに依存する。但し、素子電流Ｉｆが素子電
圧Ｖｆに対してＶＣＮＲ特性を示す場合でも、放出電流
Ｉｅは素子電圧Ｖｆに対してＭＩ特性を示す。

【０１１５】図８は、一定の素子に一定のパルス電圧を
印加しながら、長時間駆動した時の放出電流Ｉｅの時間
変化を模式的に示したものである。図中実線で示したの
は本発明の素子、破線で示したのは金属酸化物相を形成
しない比較用の素子の特性を示すものである。この様に
本発明の素子では電子放出特性が長時間にわたり安定に
保持される。これは、金属酸化物相６によって電子放出
部５の近傍における導電性膜５の凝集などによる劣化が
抑制されるためであろうと推測される。

【０１１６】以上のように本発明の電子放出素子の特徴
のため、基板上に複数の素子を配置した電子源や、これ
を利用した画像形成装置においても、入力信号に応じ
て、容易に放出電子量を制御することができるととも
に、長時間にわたり安定に電子を放出でき良好な画像形
成が可能となり、多方面への応用が期待される。

【０１１７】次に、本発明の電子源の一例として前述の
電子放出素子を複数配置した電子源について述べる。先
ず、電子放出素子の配列方式について説明する。

【０１１８】電子放出素子の配列については、種々のも
のが採用できる。

【０１１９】一例として、並列に配置した多数の電子放
出素子の個々の両端で接続し、電子放出素子の行を多数
個配し（行方向と呼ぶ）、この配線と直交する方向（列
方向と呼ぶ）で、該電子放出素子の上方に配した制御電
極（グリッドとも呼ぶ）により、電子放出素子からの電
子を制御駆動するはしご状配置のものがある。これとは
別に、電子放出素子をＸ方向及びＹ方向に行列上に複数
個配し、同じ行に配された複数の電子放出素子の電極の
一方を、Ｘ方向の配線に共通に接続し、同じ列に配され
た複数の電子放出素子の電極の他方を、Ｙ方向の配線に
共通に接続するものが挙げられる。このようなものはい
わゆる単純マトリクス配置である。先ず単純マトリクス
配置について以下に詳述する。

【０１２０】本発明の電子放出素子については、前述し
た通り（ｉ）ないし（ｉｉｉ）の特性がある。即ち、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幅
で制御できる。一方、しきい値電圧以下では、ほとんど
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、パルス状電
圧を適宜印加すれば、入力信号に応じて、電子放出素子
を適宜選択して電子放出量を独立に制御できる。

【０１２１】以下この原理に基づき、本発明を適用可能
な電子放出素子を複数配して得られる電子源基板につい
て、図９を用いて説明する。図９において、基板１は既
に説明したようなガラス基板であり、この基板１上に配
列された電子放出素子１０４の個数及び形状は、用途に
応じて適宜設定される。

【０１２２】ｍ本のＸ方向配線１０２は、Ｄｘ１、Ｄｘ
２……Ｄｘｍからなり、基板１上に真空蒸着法、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。また、多数の電子放出素子１０４
にほぼ均等に電圧が供給されるよう、配線の材料、膜
厚、幅は適宜設計される。Ｙ方向配線１０３は、Ｄｙ
１、Ｄｙ２……Ｄｙｎのｎ本の配線よりなり、Ｘ方向配
線１０２と同様に形成される。これらｍ本のＸ方向配線
１０２とｎ本のＹ方向配線１０３との間には、不図示の
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。尚、ｍ、ｎは、共に正の整数である。

【０１２３】不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等を用いて形成されたＳｉＯ₂ 等で構成
される。例えば、Ｘ方向配線１０２を形成した基板１の
全面或いは一部に所望の形状で形成され、特に、Ｘ方向
配線１０２とＹ方向配線１０３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。Ｘ方
向配線１０２とＹ方向配線１０３は、それぞれ外部端子
として引き出されている。

【０１２４】放出素子１０４を構成する一対の対向する
電極（不図示）は、ｍ本のＸ方向配線１０２とｎ本のＹ
方向配線１０３と導電性金属等からなる結線１０５によ
って電気的に接続されている。

【０１２５】ここでｍ本のＸ方向配線１０２とｎ本のＹ
方向配線１０３を構成する材料、結線１０５を構成する
材料及び一対の素子電極を構成する材料は、その構成元
素の一部或いは全部が同一であっても、またそれぞれ異
なっていてもよい。これら材料は、例えば前述の素子電
極の材料より適宜選択される。素子電極を構成する材料
と配線材料が同一である場合には、素子電極に接続した
配線は素子電極と総称する場合もある。また、電子放出
素子１０４は、基板１上或いは不図示の層間絶縁層上の
いずれに形成しても良い。

【０１２６】また、詳しくは後述するが、前記Ｘ方向配
線１０２には、Ｘ方向に配列した放出素子１０４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
加手段が電気的に接続される。

【０１２７】一方、Ｙ方向配線１０３には、Ｙ方向に配
列した放出素子１０４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電気的に接続され
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。

【０１２８】次に、以上のような単純マトリクス配置の
電子源を用いて構成した画像形成装置について、図１０
〜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１
０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
うための駆動回路の一例を示すブロック図である。

【０１２９】図１０において、１は上述のように電子放
出素子を複数配した電子源の基板、１１は基板１を固定
したリアプレート、１１６はガラス基板１１３の内面に
蛍光膜１１４とメタルバック１１５等が形成されたフェ
ースプレートである。１１２は支持枠であり、該支持枠
１１２には、リアプレート１１１、フェースプレート１
１６が低融点のフリットガラスなどを塗布し大気中或い
は窒素中で４００〜５００℃で１０分間以上焼成するこ
とにより封着して外囲器１１８を構成している。

【０１３０】図１０において、１０２、１０３は電子放
出素子１０４の一対の素子電極２，３と接続されたＸ方
向配線及びＹ方向配線で、それぞれ外部端子Ｄｘ１ない
しＤｘｍ、Ｄｙ１ないしＤｙｎを有している。

【０１３１】外囲器１１８は、上述の如く、フェースプ
レート１１６、支持枠１１２、リアプレート１１１で構
成される。リアプレート１１１は主に基板１の強度を補
強する目的で設けられるため、基板１自体で充分な強度
を持つ場合は別体のリアプレート１１１は不要とするこ
とができる。即ち、基板１に直接支持枠１１２を封着
し、フェースプレート１１６、支持枠１１２及び基板１
で外囲器１１８を構成しても良い。一方、フェースプレ
ート１１６、リアプレート１１１間に、スペーサーと呼
ばれる不図示の支持体を設置することにより、大気圧に
対して充分な強度を持つ外囲器１１８を構成することも
できる。

【０１３２】蛍光膜１１４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（図１
１（ａ））或いはブラックマトリクス（図１１（ｂ））
などと呼ばれる黒色導電材１２１と蛍光体１２２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１２２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１
１４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。

【０１３３】ガラス基板１１３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、印刷法等
が採用できる。蛍光膜１１４の内面側には、通常メタル
バック１１５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１１６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。

【０１３４】フェースプレート１１６には、さらに蛍光
膜１１４の導電性を高めるため、蛍光膜１１４の外面側
に透明電極（不図示）を設けてもよい。

【０１３５】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向させなくてはいけな
いため、十分な位置合わせを行う必要がある。

【０１３６】外囲器１１８内は、前述の個別の電子放出
素子に対する安定化工程と同様に、適宜加熱しながら、
イオンポンプとソープションポンプなどからなるオイル
フリーの排気装置により不図示の排気管を通じて排気
し、１０^-5Ｐａ程度の圧力の、有機物質の少ない雰囲気
にした後、封止される。また、外囲器１１８を封止した
後の圧力を維持するためにゲッター処理を行うこともで
きる。これは、外囲器１１８の封止を行う直前或いは封
止後に抵抗加熱、高周波加熱などにより、外囲器１１８
内の所定の位置に配置したゲッター（不図示）を加熱
し、蒸着膜を形成する処理であり。ゲッターは通常Ｂａ
等が主成分であり、該蒸着膜の吸着作用により、例えば
１０^-3〜１０^-5Ｐａの圧力を維持するためのものであ
る。

【０１３７】尚、前述したフォーミング処理以降の電子
放出素子の各製造工程は、真空処理装置内で行うこと
も、外囲器を封止した後行うことも可能であり、目的に
応じて、適当な工程が選択される。その内容は個別の電
子放出素子の製造方法に関して前述した手順に準ずるも
のである。

【０１３８】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ため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、２０
１は画像表示パネル、２０２は走査回路、２０３は制御
回路、２０４はシフトレジスタである。２０５はライン
メモリ、２０６は同期信号分離回路、２０７は変調信号
発生器、Ｖｘ及びＶａは直流電圧源である。

【０１３９】表示パネル２０１は、端子Ｄｘ１ないしＤ
ｘｍ、端子Ｄｙ１ないしＤｙｎ、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Ｄｘ１ないし
Ｄｘｍ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１行（ｎ素子）ずつ順次駆動するための走査信号
が印加される。

【０１４０】端子Ｄｙ１ないしＤｙｎには、前記走査信
号により選択された１行の電子放出素子の各素子の出力
電子ビームを制御するための変調信号が印加される。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
ルギーを付与するための加速電圧である。

【０１４１】走査回路２０２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ないし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
０Ｖ（グランドレベル）のいずれか一方を選択し、表示
パネル２０１の端子Ｄｘ１ないしＤｘｍと電気的に接続
される。Ｓ１ないしＳｍの各スイッチング素子は、制御
回路２０３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
素子を組合せることにより構成することができる。

【０１４２】制御回路２０３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２０３は、同期信
号分離回路２０６より送られる同期信号Ｔｓｙｎｃに基
づいて、各部に対してＴｓｃｎａ及びＴｓｆｔ及びＴｍ
ｒｙの各制御信号を発生する。

【０１４３】同期信号分離回路２０６は、外部から入力
されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から同期信号成分と輝
度信号成分とを分離するための回路で、一般的な周波数
分離（フィルター）回路等を用いて構成できる。同期信
号分離回路２０６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なるが、ここでは説明の便宜
上Ｔｓｙｎｃ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信号を
表わした。該ＤＡＴＡ信号はシフトレジスタ２０４に入
力される。

【０１４４】シフトレジスタ２０４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２０３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
２０４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、Ｉｄ
１ないしＩｄｎのｎ個の並列信号として前記シフトレジ
スタ２０４より出力される。

【０１４５】ラインメモリ２０５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ための記憶装置であ
り、制御回路２０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙに従
って適宜Ｉｄ１ないしＩｄｎの内容を記憶する。記憶さ
れた内容はＩ’ｄ１ないしＩ’ｄｎとして出力され、変
調信号発生器２０７に入力される。

【０１４６】変調信号発生器２０７は、画像データＩ’
ｄ１ないしＩ’ｄｎの各々に応じて電子放出素子の各々
を適切に駆動変調するための信号源であり、その出力信
号は、端子Ｄｙ１ないしＤｙｎを通じて表示パネル２０
１ないの電子放出素子に印加される。

【０１４７】前述したように、本発明を適用可能な電子
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、
例えば電子放出しきい値以下の電圧を印加しても電子放
出は生じないが、電子放出しきい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を変化させること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
総量を制御することが可能である。

【０１４８】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２０７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。

【０１４９】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２０７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。

【０１５０】シフトレジスタ２０４やラインメモリ２０
５は、デジタル信号式のものもアナログ信号式のものも
採用できる。画像信号のシリアル／パラレル変換や記憶
が所定の速度で行われれば良いからである。

【０１５１】即ち、デジタル信号式を用いる場合には、
同期信号分離回路２０６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２０６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２０５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２０７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２０７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２０７に
は、例えば高速の発振器及び発振器を出力する波数を計
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。

【０１５２】一方、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２０７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。

【０１５３】以上のような表示パネル２０１及び駆動回
路を有する本発明の画像形成装置は、外部端子Ｄｘ１な
いしＤｘｍ、Ｄｙ１ないしＤｙｎを介して電圧を印加す
ることにより、必要な電子放出素子から電子を放出させ
ることができ、高圧端子Ｈｖを介してメタルバック１１
５、或いは透明電極（不図示）に高電圧を印加し、電子
ビームを加速し、加速された電子は、蛍光膜１１４に衝
突し、発光が生じて、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じ
てテレビジョン表示を行うことができるものである。

【０１５４】尚、以上で説明した構成は、本発明の画像
形成装置を得る上で必要な概略的構成であり、例えば本
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方式に挙げたが、入力信号
はこれらに限られるものではなく、ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭ
方式などの他、これよりも多数の走査線からなるＴＶ信
号（例えば、ＭＵＳＥ方式をはじめとする高品位ＴＶ）
方式をも採用できる。

【０１５５】次に、はしご型配置の電子源及び画像形成
装置について図１３及び図１４を用いて説明する。

【０１５６】図１３は、はしご型配置の電子源の一例を
示す模式図である。図１３において、１は基板、１０４
は電子放出素子である。３０４は電子放出素子１０４を
接続するための共通配線で、各々外部端子Ｄ１〜Ｄ１０
を有している。電子放出素子１０４は、基板１上に、並
列に複数個配されており、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。

【０１５７】各素子行の共通配線３０４（例えば外部端
子Ｄ１とＤ２の共通配線３０４）間に適当な駆動電圧を
印加することで、各素子行を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、即ち相隣接する外部端子Ｄ２とＤ３、
Ｄ４とＤ５、Ｄ６とＤ７、Ｄ８とＤ９の共通配線３０４
を一体の同一配線とすることもできる。

【０１５８】図１４は、上記はしご型配置の電子源を備
えた表示パネルの構造を示す模式図である。３０２はグ
リッド電極、３０３は電子が通過するための開口、Ｄ１
〜Ｄｍは各電子放出素子に電圧を印加するための外部端
子である。Ｇ１、Ｇ２……Ｇｎは、グリッド電極３０２
と接続された外部端子である。また、各素子行間の共通
配線３０４は一体の同一配線として基板１上に形成され
ている。

【０１５９】尚、図１４においては、図１０、図１３に
示した部位と同じ部位には、これらの図に付したの同一
の符号を付している。ここに示した表示パネルと、図１
０に示した単純マトリクス配置の電子源を用いた表示パ
ネルとの大きな違いは、基板１とフェースプレート１１
６の間にグリッド電極３０２を備えている点である。

【０１６０】基板１とフェースプレート１１６の間に
は、グリッド電極３０２が設けられている。このグリッ
ド電極３０２は、放出素子１０４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３０３が設けられている。グリッド電極３０２の形
状や設置位置は図１４に示したものに限定されるもので
はない。例えば、開口３０３としてメッシュ状に多数の
通過口を設けることもでき、グリッド電極３０２を電子
放出素子１０４の周囲や近傍に設けても良い。

【０１６１】外部端子Ｄ１〜Ｄｍ及びＧ１〜Ｇｎは、不
図示の制御回路と電気的に接続されている。

【０１６２】そして、素子行を１行ずつ順次駆動（走
査）していくのと同期してグリッド電極３０２の列に画
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
ンずつ表示することができる。

【０１６３】以上のように、本発明の画像形成装置は、
単純マトリクス配置及びはしご型配置のいずれの本発明
の電子源を用いても得ることができ、上述したテレビジ
ョン放送の表示装置のみならず、テレビ会議システムや
コンピュータ等の表示装置として好適な画像形成装置が
得られる。さらには、感光性ドラム等と組合せて、光プ
リンタの露光装置としても用いることができる。

【０１６４】

【実施例】以下に、具体的な実施例を挙げて本発明を説
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、各要素の置
き換えや設計変更がなされたものを包含するものであ
る。

【０１６５】［実施例１］本実施例は、図１（ａ）、
（ｂ）に模式的に示したものと同様の構成を有する電子
放出素子である。図４に基づき本実施例の電子放出素子
の製造方法を説明する。

【０１６６】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により形成して基板１とする。この
上にフォトレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−４１：日立化
成社製）を塗布し、通常のフォトリソグラフィーの手法
により素子電極２，３の形状に対応する開口を有するレ
ジストパターンを形成する。この上に真空蒸着法により
厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ１００ｎｍのＮｉを順次堆積し
た後、レジストパターンを有機溶剤で溶解し、リフトオ
フにより素子電極２，３を形成する。素子電極間隔Ｌを
３μｍ、素子電極の長さＷを３００μｍとした。

【０１６７】工程−ｂ 続いて、真空蒸着法により厚さ１００ｎｍのＣｒ膜を堆
積、フォトリソグラフィーの手法により、導電性膜４の
形状に対応する開口を形成した。この上に有機Ｐｄ化合
物の溶液（ｃｃｐ−４２３０：奥野製薬（株）製）をス
ピンナーを用いて塗布し、大気中で３００℃、１２分間
の加熱焼成処理を施した。次にウエットエッチングによ
り上記Ｃｒ膜を除去、リフトオフにより所望のパターン
を有する導電性膜４を形成した。該導電性膜４はＰｄを
主要元素とする微粒子膜で、膜厚は１０ｎｍ、抵抗値は
Ｒｓ＝２×１０⁴ Ω／□であった。

【０１６８】工程−ｃ 上記素子を再度洗浄し、乾燥させた後、図６の特性評価
装置の真空装置５５内に設置し、真空装置内部を排気し
て、圧力が１．３×１０^-6Ｐａまで低下した後、電子ビ
ーム蒸着法により酸化マグネシウムを蒸着源に用い金属
酸化物相６を成膜した。膜厚は２ｎｍとなるよう制御し
た（図６の模式図では、上記真空蒸着に用いた装置は示
されていない）。

【０１６９】これと同一条件でシリコン基板上に酸化マ
グネシウムを堆積させた試料を、Ｘ線光電子分光法によ
り調べたところ、酸化マグネシウムの薄膜が形成され、
その中に約２０％の炭酸塩が含有された状態であること
がわかった。

【０１７０】工程−ｄ 素子を引き続き真空装置５５内に設置し、電源５１によ
り素子電極２，３間にパルス電圧を印加し、通電フォー
ミング処理を行って電子放出部５を形成した。

【０１７１】印加したパルス波形は、図５（ｂ）のよう
な、波高値の漸増するパルスであるが、波形は三角波で
はなく矩形波を用いた。パルス幅Ｔ１は１ｍｓｅｃ、パ
ルス間隔Ｔ２は１０ｍｓｅｃとした。また、フォーミン
グパルスの休止期間（パルスとパルスの間）中に波高値
０．１Ｖの抵抗測定用パルス（不図示）を挿入し、抵抗
値が１ＭΩを超えた時にパルスの印加を終了した。

【０１７２】フォーミング電力（素子に流れる電流が最
大になった時の電力）は、約７０ｍＷであり、比較のた
め、金属酸化物相６を形成しなかったことを除き本実施
例と全く同じように作製した素子に比べ、１．３倍程度
の値となった。

【０１７３】この後、素子を１５０℃で５時間保持する
ことにより、導電性膜のＰｄＯを還元してＰｄとした。
この時、酸化マグネシウムＭｇＯは還元されない。

【０１７４】工程−ｅ 続いて、不図示の導入パルスを介して、真空装置内にｎ
−ヘキサンを導入し、圧力を１．３×１０^-3Ｐａとし
た。続いて素子電極間に波高値１４Ｖ、パルス幅Ｔ１＝
１ｍｓｅｃ、パルス間隔Ｔ２＝１０ｍｓｅｃの矩形波パ
ルスを印加し、活性化処理を施した。

【０１７５】この時、素子電流Ｉｆと放出電流Ｉｅを測
定し、約３０分で電子放出効率η（＝Ｉｅ／Ｉｆ）が、
ピークを示したので、パルス電圧の印加とｎ−ヘキサン
の導入をやめ、活性化処理を終了した。

【０１７６】以上のようにして作製した電子放出素子の
電子放出特性の測定を、引き続き上記評価装置により行
った。アノード電極と電子放出素子の間隔は５ｍｍ、電
位差を１ｋＶ、真空装置内の圧力を１．３×１０^-4Ｐａ
とし、波高値１４Ｖのパルス電圧を印加して測定を行っ
た。

【０１７７】本実施例の素子と、酸化マグネシウムの被
膜を形成しなかったことを除き、本実施例と全く同様の
処理を行って作製した比較用の素子について、放出電流
Ｉｅの経時変化を比較したところ、図８に模式的に示す
ように、本実施例の素子におけるＩｅの低下は比較用素
子に比べて小さなものであった。尚、図８のＩｅの値
は、測定開始時におけるそれぞれの素子のＩｅに対する
比で示したもので、両方の素子のＩｅが初めに同じ値を
持っているのではない。

【０１７８】測定終了後、両方の素子の電子放出部付近
を、高分解能の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観測したと
ころ、比較用の素子においては、電子放出部近傍に微粒
子が凝集している領域が多く見られたが、本実施例の素
子では評価を行う前の素子と比べて大きな違いは見られ
なかった。

【０１７９】上記素子とは別に、金属酸化物相６の厚さ
を０．５、１、３．５、５、１０、２０、３０ｎｍとし
た素子を作製し、上記と同様の評価を行った。

【０１８０】この内、膜厚が２０ｎｍ以上の素子は通電
フォーミングが非常に困難で、複数の素子についてフォ
ーミング処理を試みたが、電子放出部が形成できないも
のもあった。厚さが５ｎｍの素子は、フォーミング電力
が約０．１Ｗとなり、放出電流Ｉｅが上記実施例の素子
に比べて小さかった。しかし、上記工程−ｅ及び特性測
定の際の印加電圧パルスの波高値を２５Ｖまで高める
と、上記実施例とほぼ同様の安定した特性を示した。膜
厚１ｎｍの素子では、上記実施例とほぼ同程度のＩｅの
大きさを示したが、Ｉｅの経時変化がやや大きかった。
厚さ０．５ｎｍの素子では、上記比較用の素子と比べＩ
ｅの経時変化の大きさに改善が見られなかった。厚さ３
０ｎｍの素子では、パルス波高値を４０Ｖまで上昇させ
ないと電子放出が観測されなかった。

【０１８１】膜厚が、３．５ｎｍ以上の素子では、Ｉｅ
の時間的な低下は、上記２ｎｍの素子よりもさらに小さ
くなった。また、η＝Ｉｅ／Ｉｆの値は３．５〜１０ｎ
ｍの間で徐々に大きくなった。これは、ＭｇＯが低い仕
事関数を持つことによる、弾性散乱の増加が膜厚と共に
増大する効果が現れているのではないかと推定される。

【０１８２】この他、膜厚が２０ｎｍの素子では、放出
電流がしばしば不安定になったが、これは上記酸化物相
の厚さが厚くなり、これに衝突して吸収された電子の電
荷が、導電性膜に十分流れなくなってチャージアップを
起こし、これが放出された電子の軌道を不安定にするな
どの現象を起こすためではないかと推定される。

【０１８３】以上の結果から、ＭｇＯよりなる金属酸化
物相の膜厚は、３．５〜１０ｎｍの範囲がより好ましい
範囲である。

【０１８４】さらに、導電性膜４の材料として、Ｐｄ、
Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕのスパッタ膜、金属酸化物相６の材料
としてＡｌ₂ Ｏ₃ 、Ｙ₂ Ｏ₃ 、ＺｒＯ₂ を電子ビーム蒸
着ないしＣＶＤ法により成膜したものを組合せて検討し
たところ、上記とほぼ同様の結果が得られた。

【０１８５】［実施例２］本実施例では、実施例１と同
様に工程−ｂまでを行った後、工程−ｄと同様にしてフ
ォーミング処理と還元処理を行い、続いて工程−ｃと同
様に金属酸化物相６を形成、続いて工程−ｅと同様の活
性化工程を行った。

【０１８６】こうして得られた本実施例の素子は、図２
２（ａ）に模式的に示すような構成となっている。１は
基板、２，３は素子電極、４は導電性膜であり、その上
に図のように主にＭｇＯからなる金属酸化物相６が層を
形成し、電子放出部付近には、活性化処理によってカー
ボン７が堆積している。尚、このカーボン７は図に描か
れた部分において金属酸化物相６を完全に覆っているも
のではなく、金属酸化物相６の表面がランダムに現れて
いる。

【０１８７】こうして得られた素子について、実施例１
の素子と同様な評価を行ったところ、実施例１と同様に
Ｉｅの低下が小さいことがわかった。評価終了後に行っ
た、ＳＥＭによる観察の結果も実施例１と同様であっ
た。

【０１８８】続いて、実施例１の場合と同じく、金属酸
化物相の厚さが０．５、１、３．５、５、１０、２０、
３０ｎｍの素子を作製し、同様に評価を行った。その結
果、厚さ３０ｎｍの素子では、極めて小さなＩｅしか観
測されなかった。２０ｎｍでは、Ｉｅが実施例に比べて
半分程度、膜厚１、５、１０ｎｍの場合はほぼ同等の特
性が得られた。膜厚０．５ｎｍの場合は、Ｉｅの経時変
化の抑制に対して大きな効果は得られなかった。

【０１８９】さらに、導電性膜４として、Ｐｄ、Ｎｉ、
Ｐｔ、Ａｕのスパッタ膜、金属酸化物相６として、Ａｌ
₂ Ｏ₃ 、Ｙ₂ Ｏ₃ 、ＺｒＯ₂ を電子ビーム蒸着ないしＣ
ＶＤ法により成膜したものを組合せて検討したところ、
上記とほぼ同様の結果が得られた。

【０１９０】［実施例３］実施例２と同様に、工程−
ａ、−ｂ、−ｄ、−ｃの順に行った後、図５（ｃ）に示
す、極性が交互に反転する矩形波パルスを印加して、活
性化処理を行った。パルス幅はいずれの極性のパルスも
Ｔ１＝１ｍｓｅｃ、正極性のパルスと負極性のパルスの
間隔Ｔ２＝１０ｍｓｅｃとした。

【０１９１】実施例２では図２２（ｂ）に模式的に示す
ように、活性化によって堆積したカーボン７は、高電位
側に多く存在するが、本実施例の場合は両方に同程度存
在する。

【０１９２】本実施例の評価結果は、実施例２の場合と
ほぼ同様のものであった。

【０１９３】［実施例４］本実施例では、実施例１の工
程−ｂまで行った後、工程−ｄの通電フォーミング処
理、工程−ｅの活性化処理を行った後、工程−ｃの金属
酸化物相６の形成を以下のように行った。

【０１９４】工程−ｃ 真空装置内を１．３×１０^-6Ｐａまで排気した後、酸素
を導入し圧力を１．３×１０^-3Ｐａとした。この雰囲気
中で、Ｙ₂ Ｏ₃ を蒸着源として、電子ビーム蒸着によ
り、金属酸化物相６を形成した。膜厚は２ｎｍとなるよ
う制御した。同一条件でシリコン基板上に形成された膜
を、Ｘ線光電子分光法により調べたところ、ほぼ化学量
論的組成のＹ₂ Ｏ₃ の薄膜が形成されていた。こうして
形成された本実施例の電子放出素子は、図２２（ｂ）に
示すような構成を有している。本実施例の素子において
は、導電性膜４及び活性化処理により堆積したカーボン
７の上に、主にＹ₂ Ｏ₃ よりなる金属酸化物相６が層を
構成している。

【０１９５】こうして得られた電子放出素子を、実施例
１、２と同様にして評価した。

【０１９６】本実施例の素子は、素子電圧Ｖｆが低い場
合にも十分大きな放出電流Ｉｅが得られたので、評価は
波高値１０Ｖの矩形波パルスを印加して行った。その結
果、放出電流Ｉｅの経時変化は小さなものであった。

【０１９７】本実施例の素子が、低い波高値のパルス電
圧により駆動できたのは、図２２（ｂ）に示すように、
素子の一番上の面に仕事関数の低い金属酸化物相６が形
成されているため、電子放出部における電子放出量が増
大したこと、導電性膜上での電子の弾性散乱の確率が大
きくなったことによるのではないかと思われる。

【０１９８】続いて、実施例１、２の場合と同様に、金
属酸化物相６の厚さが０．５、１、３．５、５、１０、
２０、３０ｎｍの素子を作製し、同様に評価を行った。

【０１９９】その結果、膜厚３０ｎｍの素子は、放出電
流が極めて小さくなった。２０ｎｍの素子では、実施例
１の場合と同様にＩｅの値がしばしば不安定になる現象
が見られた。３．５〜１０ｎｍでは、２０ｎｍの素子に
比べ経時変化はさらに小さく、η＝Ｉｅ／Ｉｆの値が実
施例１と同様に膜厚と共に徐々に大きくなった。厚さ１
ｎｍの場合は、Ｉｅの経時変化がやや大きくなった。膜
厚０．５ｎｍでは、Ｉｅの経時変化の改善に大きな効果
は見られなかった。

【０２００】さらに、導電性膜４として、Ｐｄ、Ｎｉ、
Ｐｔ、Ａｕのスパッタ膜、金属酸化物相６として、Ａｌ
₂ Ｏ₃ 、ＭｇＯ、ＺｒＯ₂ を電子ビーム蒸着ないしＣＶ
Ｄ法により成膜したものを組合せて検討したところ、上
記とほぼ同様の結果が得られた。金属酸化物相の膜厚が
３．５〜１０ｎｍの素子では、特に仕事関数の低いＭｇ
Ｏ、ＺｒＯ₂ の場合に、Ｉｅの値が大きくなった。

【０２０１】［実施例５］本実施例では、実施例１の工
程−ａ、−ｂを行った後、金属酸化物相６の形成方法と
して次の方法を用いた。

【０２０２】工程−ｃ マグネシウムイソプロポキシドの３重量％イソプロパノ
ール溶液をスピンナーを用いて塗布し、続いて大気中４
１０℃で２０分間の加熱焼成を行った。同じ条件でシリ
コン基板上に形成した膜をＸ線光電子分光法により調べ
たところ、膜厚１０ｎｍの酸化マグネシウムＭｇＯの膜
が形成されており、ごく少量の炭酸マグネシウムＭｇＣ
Ｏ₃ が含有されていた。

【０２０３】工程−ｄ、−ｅも実施例１とほぼ同様に行
った。この時フォーミング電力は６０ｍＷであった。ま
た、活性化処理のために真空装置内にアセトンを導入
し、圧力は１．３×１０^-2Ｐａとした。

【０２０４】評価結果は実施例１とほぼ同様のものであ
った。ＭｇＯの膜厚、導電性膜の材料を替えた素子につ
いてもほぼ同様の結果が得られた。

【０２０５】［実施例６］本実施例では、実施例１の工
程−ａに続いて、工程−ｂにおいて上記有機Ｐｄ化合物
の溶液と、実施例５で用いたマグネシウムイソプロポキ
シドのイソプロパノール溶液とを混合したものをスピン
ナーにより回転塗布、大気中焼成を行った。混合の比率
は、全金属元素（ＰｄとＭｇ）に対してＭｇのモル比が
２０％となるように調整した。これに続いて、工程−
ｄ、−ｅのフォーミング処理、活性化処理を同様に行っ
た。フォーミング電力は、約７０ｍＷであった。評価結
果は実施例１とほぼ同様であった。

【０２０６】Ｍｇのモル比を替えた素子を作製し、同様
に検討したところ、Ｍｇの比率が１０％以下ではＩｅの
経時変化を抑制する効果が見られず、Ｍｇの比率が多く
なるに連れ、フォーミング電力が上昇し、５０％以上で
はフォーミング処理ができなくなる場合もあった。

【０２０７】本実施例の場合、導電性膜及び金属酸化物
相の構成がＭｇとＰｄの比率によって、図２（ａ）或い
は図２（ｃ）のように金属酸化物相が導電性膜の微粒子
の間に含有された構成となる。電子放出部付近の構成
は、図２２（ｃ）のようになる。図中、記号「４＋６」
で示したのは、上記のように金属酸化物相を含有した導
電性膜である。

【０２０８】［実施例７］金属酸化物相６の原料とし
て、バリウムイソプロポキシドを用い、ＢａＯの被覆を
形成したことを除き、実施例５と同様の素子を作製し
た。評価結果は実施例４の場合とほぼ同様であった。

【０２０９】［実施例８］金属酸化物相６の原料とし
て、アルミニウムイソプロポキシドを用い、Ａｌ₂Ｏ₃
の被覆を形成した他は、実施例１と同様の方法により作
製した。評価結果は実施例５の場合とほぼ同様であっ
た。

【０２１０】［実施例９］金属酸化物相６の原料とし
て、チタンイソプロポキシドを用い、ＴｉＯ₂ の被膜を
形成したことを除き、実施例５と同様の素子を作製し
た。評価結果は実施例５の場合とほぼ同様であった。

【０２１１】［実施例１０］金属酸化物相６の原料とし
て、ジルコニウムイソプロポキシドを用い、ＺｒＯ₂ の
被膜を形成したことを除き、実施例５と同様の素子を作
製した。評価結果は実施例５の場合とほぼ同様であっ
た。

【０２１２】［実施例１１］実施例１の工程−ａ、−ｂ
と同様の工程を行った後、工程−ｄと同様にしてフォー
ミング処理を行い、続いて、実施例６と同様の方法でＡ
ｌ₂ Ｏ₃ よりなる金属酸化物相６を形成、続いて、実施
例５の工程−ｅと同様に活性化処理を行った。

【０２１３】［実施例１２］実施例１の工程−ａ、−ｂ
と同様の工程を行った後、 工程−ｃ 素子電極２，３と導電性膜４を形成した基板１の表面
を、ＵＶ／Ｏ₃ 処理により一旦親水化した後、通常のＬ
Ｂ法によりオクタデシルアミンの単分子膜を１層成膜す
ることにより、基板面を疎水化する。これにアラキジン
酸のマグネシウム塩を３０層累積した。

【０２１４】単分子膜を展開する下層水中にＭｇ²⁺イオ
ン濃度が０．５ｍＭ／ｌとなるよう、塩化マグネシウム
６水和物を溶解し、そのｐＨ値を９．０に保つようトリ
（ヒドロキシメチル）アミノメタン−酢酸を用いて調節
した。この下層水上に２．０ｍＭ／ｌのアラキジン酸ク
ロロホルム溶液を滴下し、アラキジン酸マグネシウム塩
の単分子膜が界面上に添加されたところを、その表面圧
を２５ｍＮ／ｍに保ち、上記基板１に通常のＬＢ法（垂
直浸漬法）により累積した。

【０２１５】次いで４１０℃大気中で２０分間の加熱処
理を行い、累積膜を熱分解して金属酸化物相６とした。
同一条件でシリコン基板上に形成した膜をエルプソメト
リー及びＸ線光電子分光法により調べたところ、厚さ
４．５ｎｍの酸化マグネシウム膜が形成されていること
がわかった。

【０２１６】続いて、実施例１の工程−ｄと同様にして
フォーミング処理と還元処理を行った。フォーミング電
力は約７０ｍＷであった。

【０２１７】さらに、実施例１の工程−ｅと同様にして
活性化処理を行った。

【０２１８】評価は実施例１の場合と同様に行い、同様
の結果となった。ＳＥＭによる観察結果も同様であっ
た。

【０２１９】［実施例１３］工程−ｃを以下のように変
更し、酸化カルシウムよりなる金属酸化物相６を形成し
たことを除き、実施例１２と同様の工程により素子を作
製した。

【０２２０】下層水中にＣａ²⁺イオン濃度が０．１ｍＭ
／ｌとなるよう塩化カルシウム２水和物を溶解し、その
ｐＨ値を９．５に保つようにＴＲＩＳ−酢酸を用いて調
整した。この下層水に３．０ｍＭ／ｌのステアリン酸ク
ロロホルム溶液を滴下、以下、実施例１２と同様の工程
により金属酸化物相６を形成した。

【０２２１】評価も同様に行ったところ、ほぼ同様の結
果が得られた。

【０２２２】［実施例１４］工程−ｃを以下のように変
更し、酸化イットリウムＹ₂ Ｏ₃ よりなる金属酸化物相
６を形成したことを除き、実施例１２と同様の工程によ
り素子を作製した。

【０２２３】下層水中にＹ³⁺イオン濃度が０．０１ｍＭ
／ｌとなるよう塩化イットリウムを溶解し、そのｐＨ値
を８．０に保つようにアンモニア水を用いて調整した。
この下層水に３．０ｍＭ／ｌのアラキジン酸クロロホル
ム溶液を滴下し、以下、実施例１２と同様の工程により
金属酸化物相６を形成した。ただし、加熱処理温度は５
００℃である。

【０２２４】評価も同様に行ったところ、ほぼ同様の結
果が得られた。

【０２２５】［実施例１５］工程−ｃを以下のように変
更し、酸化アルミニウムＡｌ₂ Ｏ₃ よりなる金属酸化物
相６を形成したことを除き、実施例１２と同様の工程に
より素子を作製した。

【０２２６】下層水中にアルミニウムイオン濃度が０．
０１ｍＭ／ｌとなるよう硫酸カリウムアルミニウム１２
水和物を溶解し、そのｐＨ値を４．８に保つように塩酸
を用いて調整した。この下層水に３．０ｍＭ／ｌのステ
アリン酸クロロホルム溶液を滴下、以下、実施例１２と
同様の工程により金属酸化物相６を形成した。ただし、
ＬＢ膜の形成は、前記のムービングウォール式トラフを
用いて行った。

【０２２７】評価も同様に行ったところ、ほぼ同様の結
果が得られた。

【０２２８】［実施例１６］工程−ｃを以下のように変
更し、酸化ランタンＬａ₂ Ｏ₃ よりなる金属酸化物相６
を形成したことを除き、実施例１２と同様の工程により
素子を作製した。

【０２２９】下層水中にＬａ³⁺イオン濃度が０．１ｍＭ
／ｌとなるよう塩化ランタン７水和物を溶解し、そのｐ
Ｈ値を６．６に保つようにグリシン−塩酸を用いて調整
した。この下層水に３．０ｍＭ／ｌのステアリン酸クロ
ロホルム溶液を滴下、以下、実施例１２と同様の工程に
より金属酸化物相６を形成した。

【０２３０】評価も同様に行ったところ、ほぼ同様の結
果が得られた。

【０２３１】［実施例１７］工程−ｃを以下のように変
更し、酸化チタンＴｉＯ₂ よりなる金属酸化物相６を形
成したことを除き、実施例１２と同様の工程により素子
を作製した。

【０２３２】下層水中にシュウ酸チタンイオン濃度が
０．１ｍＭ／ｌとなるようにシュウ酸チタンカリウム２
水和物を溶解し、そのｐＨ値を４．０に保つように塩酸
を用いて調整した。この下層水に３．０ｍＭ／ｌのオク
タデシルアミンクロロホルム溶液を滴下、以下、実施例
１０と同様の工程によりオクタデシルアンモニウム−シ
ュウ酸チタン錯体を累積し、これを熱処理して金属酸化
物相６を形成した。ただし加熱処理温度は６００℃であ
る。

【０２３３】評価も同様に行ったところ、ほぼ同様の結
果が得られた。

【０２３４】［実施例１８］実施例１の工程−ａ、−ｂ
に続いて、工程−ｄを行った後、実施例１０の工程−ｃ
の方法により金属酸化物相６を形成して、続いて工程−
ｅの手法により活性化を行った。

【０２３５】評価の結果は実施例１とほぼ同様であっ
た。

【０２３６】［実施例１９］本実施例は、本発明の電子
放出素子を多数、マトリクス配置した図９に示した構成
を有する電子源を用い、図１０に示した構成を有する画
像形成装置を作製したものである。

【０２３７】電子源の一部分の平面図を図１５に示す。
また、図中のＡ−Ａ’に沿った断面図を図１６に示す。

【０２３８】ここで、１は基板、１０２はＸ方向配線
（下配線とも呼ぶ）、１０３はＹ方向配線（上配線とも
呼ぶ）、２，３は素子電極、４は導電性膜、６は金属酸
化物相、４０１は層間絶縁層、４０２は素子電極３とし
た配線１０２との電気的接続のためのコンタクトホール
である。先ず、本実施例の電子源の製造方法を、図１７
及び図１８に従って説明する。尚、以下の工程−ａ〜ｉ
は図１７の（ａ）〜（ｅ）及び図１８の（ｆ）〜（ｉ）
に対応する。

【０２３９】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３１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、フォトレジスト（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、フォトマスク像を露光、現像して下配線１０２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１０２を形成した。

【０２４０】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４０１をＲＦスパッタ法により堆積した。

【０２４１】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
４０２を形成するためのフォトレジストパターンを作
り、これをマスクとした層間絶縁層４０１をエッチング
してコンタクトホール４０２を形成した。エッチングは
ＣＦ₄ とＨ₂ ガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ
Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によった。

【０２４２】工程−ｄ その後、素子電極２，３パターンをフォトレジスト（Ｒ
Ｄ−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Ｎ
ｉを順次堆積した。フォ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
２，３を形成した。

【０２４３】工程−ｅ 素子電極２，３の上に上配線１０３のフォトレジストパ
ターンを形成した後、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ５００ｎ
ｍ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１０３を
形成した。

【０２４４】工程−ｆ 次に、膜厚１００ｎｍのＣｒ膜４０３を真空蒸着により
堆積、フォトリソグラフィー技術により導電性膜４の形
状の開口部を有するようにパターニングしマスクとし
た。その上に有機Ｐｄ化合物の溶液（ｃｃｐ４２３０：
奥野製薬（株）製）をスピンナーにより回転塗布、３０
０℃１０分間の加熱焼成処理を施してＰｄＯ微粒子より
なる導電性膜４を形成した。この膜の膜厚は１０ｎｍで
あった。

【０２４５】工程−ｇ 実施例１の工程−ｃと同様にして金属酸化物（ＭｇＯ）
を蒸着し、金属酸化物相６を形成した。

【０２４６】工程−ｈ Ｃｒ膜４０３をエッチャントを用いてウエットエッチン
グしてＰｄＯ微粒子よりなる導電性膜４及び金属酸化物
相６の不要部分と共に除去し、所望の形状にパターニン
グした。抵抗値はＲｓ＝５×１０⁴ Ω／□程度であっ
た。

【０２４７】工程−ｉ コンタクトホール４０２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５００
ｎｍ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。

【０２４８】以上の工程により、基板１上に下配線、層
間絶縁層４０１、上配線１０３、素子電極２，３、導電
性膜４、金属酸化物相６などを形成した、未フォーミン
グの電子源を得た。

【０２４９】次に、以上のようにして作製した未フォー
ミングの電子源を用いて画像形成装置を作製した。作製
手順を図１０と図１１を用いて説明する。

【０２５０】基板１をリアプレート１１１上に固定した
後、基板１の５ｍｍ上方に、フェースプレート１１６
（ガラス基板１１３の内面に蛍光膜１１４とメタルバッ
ク１１５が形成されて構成される）を支持枠１１２を介
し配置し、フェースプレート１１６、支持枠１１２、リ
アプレート１１１の接合部にフリットガラスを塗布し、
大気中で４３０℃で１０分焼成することで封着した。ま
たリアプレート１１１への基板１の固定もフリットガラ
スで行った。

【０２５１】画像形成部材であるところの蛍光膜１１４
は、モノクロームの場合は蛍光体のみからなるが、本実
施例では蛍光体はストライプ形状（図１１（ａ））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１２２を塗布し、蛍光膜１１４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１１３
に蛍光体を塗布する方法はスラリー法を用いた。

【０２５２】また、蛍光膜１１４の内面側には通常メタ
ルバック１１５が設けられる。メタルバックは、蛍光膜
１１４作製後、蛍光膜１１４の内面側表面の平滑化処理
（通常フィルミングと呼ばれる）を行い、その後、Ａｌ
を真空蒸着することで作製した。

【０２５３】フェースプレート１１６には、さらに蛍光
膜１１４の導電性を高めるため、蛍光膜１１４の外面側
に透明電極が設けられる場合もあるが、本実施例では、
メタルバック１１５のみで十分な導電性が得られたので
省略した。

【０２５４】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体１２２と電子放出素子１０４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。

【０２５５】以上のようにして完成した外囲器１１８内
を排気管（不図示）を通じて排気装置により１．３×１
０^-3Ｐａ程度の圧力まで減圧したところで、外部端子Ｄ
ｘ１ないしＤｘｍ及びＤｙ１ないしＤｙｎを通じ、電子
放出素子１０４の素子電極２，３間にパルス電圧を印加
し、フォーミング処理を行い、電子放出部５を形成し
た。用いたパルスの波形は、波高値の漸増する矩形波パ
ルスで、パルス幅１ｍｓｅｃ、パルス間隔１０ｍｓｅｃ
とした。この処理の間に、外囲器内の圧力はさらに低下
した。

【０２５６】次に、ｎ−ヘキサンを外囲器１１８内に導
入、圧力を１．３×１０^-3Ｐａとした。フォーミング処
理と同一のパルス幅、パルス間隔を有し、波高値が１４
Ｖの矩形波パルスを印加、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅ
を測定しながら活性化処理を行った。

【０２５７】次に、外囲器１１８全体を１９０℃に加熱
しながら２時間排気を続けた。圧力が１．３×１０^-6Ｐ
ａまで退化したところで、上記排気管をガスバーナーで
熱することによる溶着し、外囲器１１８を封止した。こ
の後、外気１１８内の圧力を維持するため、予め外囲器
を内部に設置したゲッター（不図示）を高周波加熱する
ことでゲッター処理を行った。

【０２５８】以上のように完成した表示パネル２０１
（図１０参照）において、外部端子Ｄｘ１ないしＤｘ
ｍ、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電子放出素子１０４に印加
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１１４に数ｋＶ以上の高圧を印加し、電子
ビームを加速し、蛍光膜１１５に衝突させ、励起・発光
させることで画像を表示した。

【０２５９】本実施例における画像表示装置は、良好な
画像を長時間にわたって安定に表示することができた。

【０２６０】［実施例２０］図１９は、前述の表面伝導
型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２０１（図１０参照）に、例えばテレビジョン放送を
初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本発明の画像形成装置の一例
を示す図である。

【０２６１】図中２０１はディスプレイパネル、１００
１はディスプレイパネルの駆動回路、１００２はディス
プレイコントローラ、１００３はマルチプレクサ、１０
０４はデコーダ、１００５は入出力インターフェース回
路、１００６はＣＰＵ、１００７は画像生成回路、１０
０８及び１００９及び１０１０は画像メモリーインター
フェース回路、１０１１は画像入力インターフェース回
路、１０１２及び１０１３はＴＶ信号受信回路、１０１
４は入力部である。

【０２６２】尚、本画像形成装置は、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、処理、記憶等に関する回路や
スピーカー等については説明を省略する。

【０２６３】以下、画像信号の流れに沿って各部の機能
を説明する。

【０２６４】まず、ＴＶ信号受信回路１０１３は、例え
ば電波や空間光通信等のような無線伝送系を用いて伝送
されるＴＶ信号を受信するための回路である。

【０２６５】受信するＴＶ信号の方式は特に限られるも
のではなく、例えばＮＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式、ＳＥＣ
ＡＭ方式等、いずれの方式でもよい。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
式を初めとする所謂高品位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。

【０２６６】ＴＶ信号受信回路１０１３で受信されたＴ
Ｖ信号は、デコーダ１００４に出力される。

【０２６７】ＴＶ信号受信回路１０１２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信号を受信するための回路である。前記
ＴＶ信号受信回路１０１３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１００４に出力される。

【０２６８】画像入力インターフェース回路１０１１
は、例えば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１００４に出
力される。

【０２６９】画像メモリーインターフェース回路１０１
０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１００４に出力される。

【０２７０】画像メモリーインターフェース回路１００
９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１
００４に出力される。

【０２７１】画像メモリーインターフェース回路１００
８は、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１００４に入力さ
れる。

【０２７２】入出力インターフェース回路１００５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勿論のこと、場合によっては本画
像形成装置の備えるＣＰＵ１００６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。

【０２７３】画像生成回路１００７は、前記入出力イン
ターフェース回路１００５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ＣＰＵ１００
６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初め
として、画像の生成に必要な回路が組み込まれている。

【０２７４】本回路により生成された表示用画像データ
は、デコーダ１００４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１００５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。

【０２７５】ＣＰＵ１００６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。

【０２７６】例えば、マルチプレクサ１００３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。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１
００２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。また、前記画像生成回路１００７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１００５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。

【０２７７】尚、ＣＰＵ１００６は、これ以外の目的の
作業にも関わるものであってよい。例えば、パーソナル
コンピュータやワードプロセッサ等のように、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１００５
を介して外部のコンピュータネットワークと接続し、例
えば数値計算等の作業を外部機器と協同して行ってもよ
い。

【０２７８】入力部１０１４は、前記ＣＰＵ１００６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、例えばキーボードやマウスの
他、ジョイスティック、バーコードリーダー、音声認識
装置等の多様な入力機器を用いることが可能である。

【０２７９】デコーダ１００４は、前記１００７ないし
１０１３より入力される種々の画像信号を３原色信号、
又は輝度信号とＩ信号、Ｑ信号に逆変換するための回路
である。尚、図中に点線で示すように、デコーダ１００
４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方式を初めとして、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。

【０２８０】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１００７
及びＣＰＵ１００６と協同して、画像の間引き、補間、
拡大、縮小、合成を初めとする画像処理や編集が容易に
なるという利点が得られる。

【０２８１】マルチプレクサ１００３は、前記ＣＰＵ１
００６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。即ち、マルチプレクサ１００３
はデコーダ１００４から入力される逆変換された画像信
号の内から所望の画像信号を選択して駆動回路１００１
に出力する。その場合には、一画面表示時間内で画像信
号を切り換えて選択することにより、所謂多画面テレビ
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。

【０２８２】ディスプレイパネルコントローラ１００２
は、前記ＣＰＵ１００６より入力される制御信号に基づ
き、駆動回路１００１の動作を制御するための回路であ
る。

【０２８３】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、例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１００１に対して出力する。ディスプレイパネ
ルの駆動方法に関わるものとして、例えば画面表示周波
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）を制御するための信号を駆動回路１００１に対
して出力する。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１００１に対して出力す
る場合もある。

【０２８４】駆動回路１００１は、ディスプレイパネル
２０１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１００３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１００２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。

【０２８５】以上、各部の機能を説明したが、図１９に
例示した構成により、本画像形成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２０１に表示することが可能である。即ち、テレビジ
ョン放送を初めとする各種の画像信号は、デコーダ１０
０４におて逆変換された後、マルチプレクサ１００３に
おいて適宜選択され、駆動回路１００１に入力される。
一方、デイスプレイコントローラ１００２は、表示する
画像信号に応じて駆動回路１００１の動作を制御するた
めの制御信号を発生する。駆動回路１００１は、上記画
像信号と制御信号に基づいてディスプレイパネル２０１
に駆動信号を印加する。これにより、ディスプレイパネ
ル２０１において画像が表示される。これらの一連の動
作は、ＣＰＵ１００６により統括的に制御される。

【０２８６】本画像形成装置においては、前記デコーダ
１００４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路１００
７及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、例えば拡大、縮小、回
転、移動、エッジ強調、間引き、補間、色変換、画像の
縦横比変換等を初めとする画像処理や、合成、消去、接
続、入れ換え、嵌め込み等を初めとする画像編集を行う
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なうための専用回路を設け
てもよい。

【０２８７】従って、本画像形成装置は、テレビジョン
放送の表示機器、テレビ会議の端末機器、静止画像及び
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初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。

【０２８８】尚、図１９は、表面伝導型電子放出素子を
電子ビーム源とする表示パネルを用いた画像形成装置と
する場合の構成の一例を示したに過ぎず、本発明の画像
形成装置が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。

【０２８９】例えば図１９の構成要素の内、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更に構成要素
を追加してもよい。例えば、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等を構成要素に追加す
るのが好適である。

【０２９０】本画像形成装置においては、とりわけ表面
伝導型電子放出素子を電子源としているので、デイスプ
レイパネルの薄形化が容易であり、画像形成装置の奥行
きを小さくすることができる。それに加えて、表面伝導
型電子放出素子を電子ビーム源とする表示パネルは大画
面化が容易で輝度が高く視野角特性にも優れるため、画
像形成装置は臨場感にあふれ、迫力に富んだ画像を視認
性良く表示することが可能である。

【０２９１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電子放出
素子は、良好な電子放出特性を長時間にわたり保持する
ことができる。

【０２９２】また、多数の電子放出素子を配列形成した
大面積電子源においては、各電子放出素子の電子放出効
率の向上が実現され、上記電子源を用いた画像形成装置
においては、高輝度化と高コントラスト化が成され、画
像品位が大幅に向上すると共に、長期にわたり安定した
画像が得られる。

【０２９３】以上のように、本発明によれば、カラー画
像に対応可能で、高輝度且つ高コントラストで表示品位
の高い大面積フラットディスプレーが実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の平面型電子放出素子の構成を模式的に
示した平面図及び断面図である。

【図２】本発明の電子放出素子における、金属酸化物に
よる導電性膜の被覆状態を説明電するため模式図であ
る。

【図３】本発明の垂直型電子放出素子の構成を模式的に
示した断面図である。

【図４】図１の表面伝導型電子放出素子の製造方法を説
明するための図である。

【図５】通電フォーミング処理に用いる電圧波形の例を
示す図である。

【図６】電子放出素子の特性評価装置の概略の構成を示
す模式図である。

【図７】本発明の電子放出素子の、放出電流Ｉｅ及び素
子電流Ｉｆと、素子電圧Ｖｆの関係を説明するための図
である。

【図８】本発明の電子放出素子、及び比較用電子放出素
子の放出電流Ｉｅの経時変化を示す模式図である。

【図９】マトリクス配線を有する本発明の電子源の概略
的構成を示す模式図である。

【図１０】マトリクス配線の電子源を用いた本発明の画
像形成装置に用いる表示パネルの概略的構成を示す模式
図である。

【図１１】本発明の表示パネルにおける蛍光膜の形状を
説明するための模式図である。

【図１２】図１０の表示パネルを駆動する駆動回路の一
例を示す図である。

【図１３】はしご型配線を有する本発明の電子源の概略
的構成を示す平面図である。

【図１４】はしご型配線を有する電子源を用いた本発明
の画像形成装置に用いる表示パネルの概略的構成を示す
模式図である。

【図１５】マトリクス配線の電子源の構成を模式的に示
す部分平面図である。

【図１６】図１５のＡ−Ａ’に沿った断面を示す模式図
である。

【図１７】図１５の電子源の製造工程を説明するための
模式図である。

【図１８】図１５の電子源の製造工程を説明するための
模式図である。

【図１９】画像形成装置の構成の一例を示すブロック図
である。

【図２０】放出された電子の飛行する軌道を示す図であ
る。

【図２１】ＬＢ膜形成に用いる装置を説明するための図
である。

【図２２】電子放出部付近の導電性膜、金属酸化物相、
堆積カーボンの関係を示す模式図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２，３ 素子電極 ４ 導電性膜 ５ 電子放出部 ６ 金属酸化物相 ２１ 段差形成部材 ５０ 電流計 ５１ 電源 ５２ 電流計 ５３ 高圧電源 ５４ アノード電極 ５５ 真空装置 ５６ 排気ポンプ １０２ Ｘ方向配線（下配線） １０３ Ｙ方向配線（上配線） １０４ 電子放出素子 １０５ 結線 １１１ リアプレート １１２ 支持枠 １１３ ガラス基板 １１４ 蛍光膜 １１５ メタルバック １１６ フェースプレート １１８ 外囲器 １２１ 黒色導電材 １２２ 蛍光体 ２０１ 表示パネル ２０２ 走査回路 ２０３ 制御回路 ２０４ シフトレジスタ ２０５ ラインメモリ ２０６ 同期信号分離回路 ２０７ 変調信号発生器 ２１１ ポリプロピレン枠 ２１２ 給水パイプ ２１３ 表面清掃用吸引ノズル ２１４ 上下動腕 ２１５ 基板 ２１６ バリア ２１７ 可動壁 ２１８ ローラー ２１９ プーリー ２２０ 重り ３０１ 表示パネル ３０２ グリッド電極 ３０３ 開口 ３０４ 共通配線 ４０１ 層間絶縁層 ４０２ コンタクトホール ４０３ Ｃｒ膜 １００１ 駆動回路 １００２ ディスプレイコントローラ １００３ マルチプレクサ １００４ デコーダ １００５ 入出力インターフェース回路 １００６ ＣＰＵ １００７ 画像生成回路 １００８ 画像メモリーインターフェース回路 １００９ 画像メモリーインターフェース回路 １０１０ 画像メモリーインターフェース回路 １０１１ 画像入力インターフェース回路 １０１２ ＴＶ信号受信回路 １０１３ ＴＶ信号受信回路 １０１４ 入力部 ２００１〜２００３ 電子の飛行する軌道

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒井 由高 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 塚本 健夫 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

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基体上に、対向する一対の素子電極と、
   該素子電極に電気的に連絡して形成された導電性膜と、
   該導電性膜の一部に形成された電子放出部を有する、電
   子放出素子において、該導電性膜の一部又は全部が、金
   属酸化物を主成分とする金属酸化物相により被覆されて
   おり、該金属酸化物が上記導電性膜の主成分である材料
   と比較して融点が高く、さらに炭素ないし炭素化合物な
   いし両者の混合物よりなる堆積層を有することを特徴と
   する電子放出素子。
2. 【請求項２】 上記金属酸化物相は、上記導電性膜上に
   層状に形成されており、その厚さが１ｎｍ以上２０ｎｍ
   以下であることを特徴とする請求項１記載の電子放出素
   子。
3. 【請求項３】 上記金属酸化物相の層の厚さが３．５ｎ
   ｍ以上１０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項２
   記載の電子放出素子。
4. 【請求項４】 上記金属酸化物相は、上記導電性膜を構
   成する材質の少なくとも隙間に含有されており、その含
   有量は、金属元素をモル比にして１０％以上５０％以下
   であることを特徴とする請求項１記載の電子放出素子。
5. 【請求項５】 上記金属酸化物相の主成分である金属酸
   化物は、上記導電性膜の主成分である材料と比較して低
   い仕事関数を有す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素子。
6. 【請求項６】 上記金属酸化物が、その蒸気圧が１．３
   ×１０^-3Ｐａとなる温度が、上記導電性膜の主成分であ
   る材質のそれよりも高いことを特徴とする請求項１〜５
   のいずれかに記載の電子放出素子。
7. 【請求項７】 上記金属酸化物が、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｓｒ，
   Ｂａ，Ｙ，Ｌａ，Ｔｈ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｗ，Ｆｅ，
   Ａｌより選ばれる少なくとも１種類の金属元素の酸化物
   であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載
   の電子放出素子。
8. 【請求項８】 上記金属酸化物相は、当該金属元素の炭
   酸塩を含有しており、その含有量は、モル比にして５０
   ％以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか
   に記載の電子放出素子。
9. 【請求項９】 基体上に、請求項１〜８のいずれかに記
   載の複数の電子放出素子と、これに電気的に接続された
   配線を有し、さらに該電子放出素子の駆動手段を有する
   ことを特徴とする電子源。
10. 【請求項１０】 基体上に、複数の電子放出素子により
    構成された素子行を１行以上有して構成されたことを特
    徴とする請求項９記載の電子源。
11. 【請求項１１】 上記電子放出素子より構成された素子
    行を複数有し、マトリクス配線されていることを特徴と
    する請求項１０記載の電子源。
12. 【請求項１２】 上記電子放出素子より構成された素子
    行を複数有し、はしご型に配線されていることを特徴と
    する請求項１１記載の電子源。
13. 【請求項１３】 少なくとも、請求項９〜１２のいずれ
    かに記載の電子源と、画像形成部材を真空容器に内包し
    てなることを特徴とする画像形成装置。
14. 【請求項１４】 上記画像形成部材が蛍光体であること
    を特徴とする請求項１３記載の画像形成装置。
15. 【請求項１５】 請求項１〜８に記載の電子放出素子の
    製造方法であって、導電性膜上に、金属アルコキシドの
    溶液を塗布する工程と、該金属アルコキシドを熱分解
    し、金属酸化物とする工程とを含むことを特徴とする電
    子放出素子の製造方法。
16. 【請求項１６】 上記金属アルコキシドが、アルキル基
    として、イソプロピル基、セカンダリーブチル基、ター
    シャリーブチル基のいずれかを含有することを特徴とす
    る請求項１５記載の電子放出素子の製造方法。
17. 【請求項１７】 請求項１〜８記載の電子放出素子の製
    造方法であって、導電性膜上に、脂肪酸金属塩又は長鎖
    アミン金属錯体のラングミュアー・ブロジェット（Ｌ
    Ｂ）膜を形成する工程と、該ＬＢ膜を熱分解し、金属酸
    化物とする工程とを含むことを特徴とする電子放出素子
    の製造方法。
18. 【請求項１８】 上記脂肪酸金属塩が、アラキジン酸金
    属塩又はステアリン酸金属塩であることを特徴とする請
    求項１７記載の電子放出素子の製造方法。
19. 【請求項１９】 上記長鎖アミン金属錯体が、オクタデ
    シルアンモニウム−シュウ酸金属錯体であることを特徴
    とする請求項１７記載の電子放出素子の製造方法。
20. 【請求項２０】 上記金属アルコキシド脂肪酸金属塩な
    いし長鎖アミン金属錯体が、金属元素として、Ｂｅ，Ｍ
    ｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｙ，Ｌａ，Ｔｈ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，
    Ｗ，Ｆｅ，Ａｌより選ばれる少なくとも１種類の金属元
    素を含むことを特徴とする請求項１５〜１９のいずれか
    に記載の電子放出素子の製造方法。
21. 【請求項２１】 請求項９〜１２に記載の電子源の製造
    方法であって、請求項１５〜２０に記載の電子放出素子
    の製造方法を適用することを特徴とする電子源の製造方
    法。
22. 【請求項２２】 請求項１３及び１４に記載の画像形成
    装置の製造方法であって、請求項２１に記載の電子源の
    製造方法を適用することを特徴とする画像形成装置の製
    造方法。