JPH0917325A - 電子放出素子及び該電子放出素子の製造方法及び該電子放出素子を有する電子源及び該電子源を有する画像形成装置及び該画像形成装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の電子を放出する亀裂部（電子放出
部）にダイヤモンドを主成分とする材料を形成した電子
放出素子によれば、導電性薄膜が、熱伝導率が高く、融
点も高いなど熱的に安定で、真空中に存在する残存ガス
に対しても、化学的に安定であり、また、電子を放出す
る亀裂部（電子放出部）が、低電子親和力あるいは低仕
事関数のダイヤモンドを主成分とする被膜で被覆されて
いるので、大きな放出電源、動作駆動時の放出電流のノ
イズ、及び減少が少ない電子放出素子を提供することが
できる。 【構成】 電極間に、電子放出部を有する導電性膜が設
けられた電子放出素子において該電子放出部がダイヤモ
ンドを主成分とする材料を有することを特徴とする電子
放出素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子放出素子、該電子
放出素子の製造方法、該電子放出素子を有する電子源、
該電子源を用いた画像形成装置、該画像形成装置の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子放出素子としては大別し
て熱陰極型電子放出素子と冷陰極型電子放出素子を用い
た２種類のものが知られている。冷陰極型電子放出素子
には電界放出型（以下、「ＦＥ型」という。）、金属／
絶縁層／金属型（以下、「ＭＩＭ型」という。）や表面
伝導型電子放出素子等がある。ＦＥ型の例としてはＷ．
Ｐ．Ｄｙｋｅ＆Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ、“Ｆｉｅｌｄ ｅ
ｍｉｓｓｉｏｎ”、Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ、８、８９（１９５６）あるい
はＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“ＰＨＹＳＩＣＬ Ｐｒｏｐ
ｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌｄ
ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈ ｍｏ
ｌｙｂｄｅｎｉｕｍ ｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．，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．Ｍｅａｄ、
“Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｕｎｎｅｌ−Ｅｍｉｓ
ｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ”、Ｊ．Ａｐｐｌｙ．Ｐｈｙ
ｓ．、３２、６４６（１９６１）等に開示されたものが
知られている。

【０００４】表面伝導型電子放出素子の例としては、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ、ＲａｄｉｏＥｎｇ． Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ Ｐｙｓ．、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、基板上に形成
された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことに
より、電子放出が生ずる現象を利用するものである。こ
の表面伝導型電子放出素子としては、前記エリンソン等
によるＳｎＯ₂ 薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によるもの
［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：”Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉ
ｌｍｓ”、９、３１７（１９７２）］、Ｉｎ２０３／Ｓ
ｎＯ₂ 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎｄ
Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ“ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｅ
Ｄ 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】これらの表面伝導型電子放出素子の典型的
な例として前述のＭ．ハートウェルの素子構成を図３に
模式的に示す。同図において１は基板である。４は導電
性薄膜で、Ｈ型形状のパターンに、スパッタで形成され
た金属酸化物薄膜等からなり、後述のフォーミング処理
と呼ばれる通電処理により電子放出部５が形成される。
尚、図中の素子電極間隔Ｌは、０．５〜１ｍｍ、Ｗ′
は、０．１ｍｍで設定されている。

【０００７】従来、これらの表面伝導型電子放出素子に
おいては、電子放出を行う前に導電性薄膜４を予めフォ
ーミング処理と呼ばれる通電処理によって電子放出部５
を形成するのが一般的であった。即ち、フォーミング処
理とは導電性薄膜４の両側に直流電圧あるいは非常にゆ
っくりとした昇電圧例えば１Ｖ／分程度を印加通電し、
導電性薄膜を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、
電気的に高抵抗な状態にした電子放出部５を形成するこ
とである。尚、電子放出部５は導電性薄膜４の一部に亀
裂が発生し、その亀裂付近から電子放出が行われる。フ
ォーミング処理をした表面伝導型電子放出素子は、導電
性薄膜４に電圧を印加し、素子に電流を流すことによ
り、電子放出部５より電子を放出せしめるものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
電子放出素子において、真空中での動作時において、真
空中に残存する種々のガスと電子放出素子の干渉による
ノイズ、長時間駆動を行った時の放出電流の減少（劣
化）、放出電流値の大きさ等の問題があった。また、長
時間電子放出を行うことにより、電子放出特性の劣化が
生じる問題があった。本発明は、これらの電子放出素子
の問題を解決して、動作駆動時に安定で、十分な電子放
出量のある高性能の電子放出素子および電子源の提供を
目的とする。また、電子源と画像形成部材からなる画像
形成装置においては、長時間電子放出を行っても、安定
で、十分な電子放出量のある高性能の電子放出素子およ
び電子源を用いることで、明るく、安定な画像形成装
置、例えば、フラットディスプレイの提供を目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用】本発明は、上
述した課題を解決するために鋭意検討をおこなってなさ
れたものであり、下述の構成のものである。

【００１０】即ち、本発明の電子放出素子は、電極間
に、電子放出部を有する導電性膜が設けられた電子放出
素子において、該電子放出部が、ダイヤモンドを主成分
とする材料を有することを特徴とする電子放出素子であ
る。

【００１１】さらに、好ましくは、導電性膜が、導電性
微粒子からなり、金属あるいは、金属酸化物あるいは、
それらの混合物であることを特徴とするものである。

【００１２】本発明は、電子放出素子の製造方法、電子
放出素子を有する電子源および該電子源を用いた画像形
成装置、画像形成装置の製造方法を包合する。

【００１３】本発明の電子放出素子の製造方法は、電極
間に、電子放出部を有する導電性膜が設けられた電子放
出素子の製造方法において、電子放出部に、ダイヤモン
ドを形成する工程を有することを特徴とする。

【００１４】また、電極間に、電子放出部を有する導電
性膜が設けられた電子放出素子の製造方法において、ダ
イヤモンドを有する導電性膜に、電子放出部を形成する
工程を有することを特徴とする。

【００１５】本発明の電子源は、入力信号に応じて電子
を放出する電子源であって、本発明の電子放出素子を、
基板上に、複数個配置することを特徴とするものであっ
て、好ましくは、基板に、複数の電子放出素子を複数個
並列に配置し、個々の素子の両端を配線に接続した電子
放出素子の行を複数個有し、更に、変調手段を有するこ
とを特徴とするものである。さらに、好ましくは、基板
に、互いに、電気的に絶縁されたｍ本のＸ方向配線とｎ
本のＹ方向配線とに、電子放出素子の一対の素子電極と
を接続した電子放出素子を複数個配列したことを特徴と
するものである。

【００１６】本発明の画像形成装置は、入力信号に応じ
て画像を形成する画像形成装置であって、本発明の電子
源と画像形成部材を有することを特徴とするものであ
る。

【００１７】本発明の画像形成装置の製造方法は、画像
形成部材及び電子放出素子を有する画像形成装置の製造
方法において、本発明の電子放出素子の製造方法によ
り、製造されることを特徴とするものである。

【００１８】本発明の電子を放出する亀裂部（電子放出
部）にダイヤモンドを主成分とする材料を形成した電子
放出素子によれば、導電性薄膜が、熱伝導率が高く、融
点も高いなど熱的に安定で、真空中に存在する残存ガス
に対しても、化学的に安定であり、また、電子を放出す
る亀裂部（電子放出部）が、低電子親和力あるいは低仕
事関数のダイヤモンドを主成分とする被膜で被覆されて
いるので、大きな放出電流、動作駆動時の放出電流のノ
イズ、及び減少を少なくすることができる。

【００１９】本発明の電子放出素子の製造方法によれ
ば、電子放出部を形成する工程であるフォーミング処理
工程とダイヤモンド形成工程を有するので、電子放出部
を形成する工程であるフォーミング処理工程で形成され
た亀裂部を保護しながら、安定な電子放出素子を形成す
ることができる。

【００２０】また、好ましくは、ダイヤモンド形成工程
において、ダイヤモンドの散布工程があるので、ダイヤ
モンドの結晶成長が、すみやかに行われる。

【００２１】本発明の電子源によれば、入力信号に応じ
て、複数個配置された電子放出素子から、任意の電子放
出素子を制御できる。

【００２２】本発明の画像形成装置によれば、大きな放
出電流、動作駆動時の放出電流のノイズ、および減少の
少ない本発明の電子放出素子を配置することで、入力信
号に応じて、複数個配置された電子放出素子から、任意
の電子放出素子を制御しうるので、明るく、安定なフラ
ットディスプレイが、提供できる。

【００２３】以下、図面を参照しながら本発明に係るい
くつかの好ましい態様について詳述する。

【００２４】本発明を適用し得る表面伝導型電子放出素
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。

【００２５】まず、平面型表面導電型電子放出素子につ
いて説明する。

【００２６】図１は、本発明の平面型表面伝導型電子放
出素子の構成を示す模式図であり、図１の（ａ）は平面
図、図１の（ｂ）は断面図である。

【００２７】図１において、１は基板、２と３は素子電
極、４は導電性薄膜、６はダイヤモンドを主成分とする
微粒子、５は電子放出部である。又、図２は、導電性薄
膜４の部分的に拡大した模式図である。

【００２８】本発明の第１の特徴は、図１に示される様
に、導電性薄膜４が、ダイヤモンドを主成分とする微粒
子を有していたものであり、真空中での駆動安定性およ
び電子放出特性にすぐれるものである。

【００２９】ダイヤモンドを主成分とする微粒子は、導
電性薄膜４の上に被膜として形成されている。また、図
２の（ａ）に示される様に、導電性薄膜４を微粒子で構
成し、その微粒子間に、ダイヤモンドを主成分とする微
粒子を配置してもよい。また、図２の（ｂ）に示される
様に、導電性薄膜４を構成する微粒子を核としてダイヤ
モンドを主成分とする被膜が形成されてもよい。

【００３０】電子放出部５は、導電性薄膜４の一部に形
成された高抵抗の亀裂および近傍より構成され、導電性
薄膜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、およびダイヤモンドを主成分とする微粒子
の製法等に依存したものとなる。電子放出部５の内部に
は、数オングストロームから数百オングストロームの範
囲の粒径の微粒子が存在する場合もある。この微粒子
は、導電性薄膜４を構成する材料の元素の一部、あるい
は全ての元素を含有するものとなる。具体的には、導電
性薄膜４の微粒子、ダイヤモンドを主成分とする微粒
子、あるいは、導電性薄膜４を構成する微粒子を核とし
てダイヤモンドを主成分とする被膜を有する微粒子ある
いは、それらの混合で構成されてもよい。

【００３１】ここで言うダイヤモンドを主成分とする微
粒子とは、天然ダイヤモンド微粒子、気相合成ダイヤモ
ンド微粒子でもよいが、また、更に、導電性のすぐれ
た、グラファイト等の炭素および炭素化合物を有しても
良い。ダイヤモンドを主成分とする微粒子は、部分的に
｛１１１｝面を有しているのが好ましい。これは、ダイ
ヤモンド結晶の｛１１１｝面は、電子親和力が小さく良
好な電子放出特性を示すことによる。また、その粒子径
は、５００ｎｍ以下、好ましくは、１００ｎｍ以下、最
適には、５０ｎｍ以下である。これは、微細なダイヤモ
ンド粒子の方が、電子放出特性に優れるためである。そ
のダイヤモンド微粒子の存在密度は、特に、電子放出部
５において、１０⁵ 個／ｃｍ² 以上、好ましくは、１０
⁶ 個／ｃｍ² 以上である。

【００３２】尚、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、
ＨＯＰＧはほぼ完全なグラファイトの結晶構造、ＰＧは
結晶粒が２００Å程度で結晶構造がやや乱れたもの、Ｇ
Ｃは結晶粒が２０Å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）である。ダイヤモン
ドは、低仕事関数または、低電子親和力の材料であるた
め、電子放出特性に優れる。また、高熱伝導性と化学的
に不活性であるために、真空中での動作安定性に優れ
る。その膜厚は、５００Å以下の範囲とするのが好まし
く、３００Å以下の範囲とすることがより好ましい。

【００３３】本発明の電子放出素子におけるダイヤモン
ドを主成分とする微粒子の形成方法は、天然ダイヤモン
ド粒子あるいは、合成ダイヤモンド粒子を基板上にまた
は、導電性薄膜４に散布する、また、気相成長により、
導電性薄膜を構成する微粒子上、または、ダイヤモンド
微粒子上に、ダイヤモンドを成長させる等の形成方法が
ある。天然ダイヤモンド粒子あるいは、合成ダイヤモン
ド粒子を基板上にまたは、導電性薄膜４に散布する場
合、 １）粒子径５００ｎｍ以下のダイヤモンド粒子を含む水
または有機溶媒等の液体を、基板または、導電性薄膜上
に塗布し液体を乾燥させ、ダイヤモンド微粒子を付着さ
せる。 ２）粒子径１０００ｎｍ以下のダイヤモンド粒子を含む
水または有機溶媒等の液体中に、基板または、導電性薄
膜を形成した基板を入れ、超音波振動を印加し、粒子径
５００ｎｍ以下に破砕されたダイヤモンド微粒子を、付
着させる。 ３）基板上に、有機金属溶液とダイヤモンド微粒子を含
む溶液塗布した後、加熱焼成処理し、ダイヤモンド微粒
子を含む導電性薄膜を形成する。

【００３４】等の方法がある。

【００３５】更に、気相成長により、導電性薄膜を構成
する微粒子上、または、ダイヤモンド微粒子上に、ダイ
ヤモンドを成長させるには、ＣＶＤ法（化学的気相成長
法）を用いることができる。

【００３６】ＣＶＤ法としては、熱フィラメントＣＶＤ
法、マイクロ波ＣＶＤ法、有磁場マイクロ波ＣＶＤ法、
直流プラズマＣＶＤ法、ＲＦプラズマＣＶＤ法、燃焼炎
等がある。

【００３７】原料ガスの炭素源としては、メタン、エタ
ン、エチレン、アセチレン等の炭化水素ガス、アルコー
ル、アセトン等の液体有機物などを用いることができ、
さらに、適宜、水素、酸素等添加してもよい。

【００３８】特に、欠陥等のない高品質のダイヤモンド
微粒子を形成する場合は、少なくとも、炭素、水素及び
酸素を含んでいることが好ましく、１種の原料ガス中に
前記全元素を含んでもよく、また、いずれかの元素を含
む原料ガスを複数種組み合わせてもよい。この場合、原
料ガス中の炭素源濃度は、１０％以下にすることが好ま
しい。

【００３９】ここで言う炭素源濃度とは、（炭素源ガス
流量）×（炭素源ガス中の炭素原子数）／（全原料ガス
流量）×１００である。炭素源ガス中の炭素原子数は、
例えば、（ＣＨ４）ならば１、（Ｃ３Ｈ８）ならば３で
ある。この炭素源濃度を１０％以下にするのは、ダイヤ
モンドの結晶性をあげるためである。また、その下限は
特にないが、０．０１％以下では、実用的なダイヤモン
ドの成長速度が得られない場合がある。

【００４０】さらに、好適には原料ガス中の酸素と炭素
の原子数比（Ｏ／Ｃ）を０．２≦Ｏ／Ｃ≦１．２、好ま
しくは、０．５≦Ｏ／Ｃ≦１．１とするものである。
０．２未満では添加効果がなく、１．２を越えると酸素
の効果で実用的ダイヤモンドの成長が得られない。上記
Ｏ／Ｃの値を調節するには、Ｏ２，Ｈ２Ｏ，Ｎ２Ｏなど
酸素添加ガスを原料ガス中に添加することができる。

【００４１】燃焼炎法では、酸素／アセチレン炎を用い
るが、この主たる原料ガス中の酸素、アセチレンのモル
比は、０．８≦Ｏ２／Ｃ２Ｈ２≦１．０であり、好まし
くは、０．９≦Ｏ２／Ｃ２Ｈ２≦０．９９とすること
で、ダイヤモンドの結晶性が向上する。

【００４２】更に、グラファイトをターゲットして、レ
ーザーを照射し、ダイヤモンドを主成分とする微粒子を
形成する方法も用いられる。

【００４３】また、ダイヤモンド成膜中は、前述の素子
電極に電圧を印加した方が、フォーミングで形成された
亀裂が、保存され好ましい。こうして、成膜されたダイ
ヤモンドを主成分とする微粒子膜は、低電子親和力ある
いは、低仕事関数を示す単結晶、多結晶ダイヤモンドあ
るいは、これらのダイヤモンドとグラファイトとの混合
物である。

【００４４】次に、本発明の構成上の特徴を容易に実現
する他の製造方法について説明する。

【００４５】図２３は、有機溶媒中の電気分解反応を利
用してダイヤモンドを形成するための装置の模式図であ
る。図中、２３１は容器、２３２は有機溶媒、２３３は
陽極電極、２３４は直流高圧電源、２３５は電流計であ
る。有機溶媒２３２として適当な有機物質は、メタノー
ル、エタノール、イソプロパノールなどのアルコール
類、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類、酢
酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル類、エチレングリ
コールモノメチルエーテルなどのエーテル類、トリクロ
ルエチレン、クロロホルムなどのハロゲン化炭化水素、
ベンゼン等の環状炭化水素等があげられる。特に、常温
常圧化で液体であり、適度な電気伝導率（例えば、１０
のマイナス４乗Ｓ／ｃｍから１０マイナス８乗Ｓ／ｃ
ｍ）を有する有機溶媒が好ましく用いられる。

【００４６】陽極電極２３３の材質は特に限定されない
が、通常の電気化学実験に用いられるガラス状カーボン
電極、Ｐｔ電極等が利用できる。

【００４７】この電極２３３を陽極として、直流高圧電
源２３４により、数百ボルトから数キロボルトの直流電
圧を印加する。このとき、素子基板１と陽極電極２３３
との間は、約１ｍｍ〜１ｃｍの間隔とし、電流密度が数
百ｍＡ／ｃｍ²〜数十ｍＡ／ｃｍ²程度となるように設定
するのが望ましい。この通電状態を、数十分〜数十時間
続けることで、素子電極２、３及び導電性薄膜４が及び
高抵抗の亀裂（電子放出部）５の近傍にダイヤモンドを
含有する炭素あるいは炭化水素が析出する。

【００４８】このダイヤモンド形成手法の詳細な機構は
未だ不明であるが、有機溶媒の電気分解によって生じた
炭素原子を含む正イオンが、高電界によって陰極基板に
衝突し、陰極表面で再合成されるものと思われる。

【００４９】なお、上記有機溶媒において、好適な電流
密度を得るために、不図示の温度制御装置を用いて温度
調節したり、また適当な不純物を混入することで導電率
を調整することもできる。ここで、適当な不純物とは、
各々の有機溶媒に対して可溶な電解質等であり、例え
ば、水を微量（数％以下）混入させることで導電率を上
昇させることができる。一般に、市販の有機溶媒は０．
数％から数％の水等の不純物を有している場合が多く、
上記の好適な導電率をもっている場合、特に精製等の工
程を行うことなく、好ましく用いることができる。上記
析出物のダイヤモンド以外の炭素あるいは炭化水素は、
その後の熱処理等の工程を行うことで、グラファイト等
の炭素あるいは炭素化合物に変化させたり、除去するこ
とができる。

【００５０】図２４は、有機溶媒中の熱分解反応を利用
してダイヤモンドを形成するための装置の模式図であ
る。図中、２４１は容器、２４２は有機溶媒、２４３は
レーザパルス、２４４は高出力のパルスレーザである。
有機溶媒２４２として適当な有機物質は、メタノール、
エタノール、イソプロパノールなどのアルコール類、ア
セトン、メチルエチルケトンなどのケトン類、酢酸エチ
ル、酢酸ブチルなどのエステル類、エチレングリコール
モノメチルエーテルなどのエーテル類、トリクロルエチ
レン、クロロホルムなどのハロゲン化炭化水素、ヘキサ
ン、イソブタン、ベンゼン、シクロヘキサン等の炭化水
素等があげられる。

【００５１】高出力パルスレーザ２４４は、エキシマレ
ーザ、ルビーレーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ等のパルスレ
ーザで、レーザパルスの先頭値のパワーが数メガＷ／ｃ
ｍ²から数ギガＷ／ｃｍ²程度の出力を有するものが望ま
しい。例えば、３０ナノ秒のパルス幅で、数Ｊ／ｃｍ²
のエネルギーの光パルスを出力するＮｄ：ＹＡＧレーザ
等を用いる。照射するパルス数は特に制限はないが、１
発から数発で、基板上に微粒子状のダイヤモンドが生成
する。このとき、同時にダイヤモンド以外の炭素あるい
は炭化水素が生成する場合もある。

【００５２】このダイヤモンド形成手法の詳細な機構は
未だ不明であるが、レーザパルスの照射により基板／有
機溶媒界面が加熱され界面近傍の有機分子が熱分解する
が、パルス照射時間が短いために加熱領域が拡大せず、
周りの溶媒分子によって急冷されるためにダイヤモンド
の形成可能な非平衡状態が生じると言われている。従っ
て、有機溶媒２４２としては、熱分解しやすくかつ熱伝
導率の低いものが好ましいが、一般に有機溶媒はこれら
の特性において大きな差異がないので、多くの有機溶媒
が使用可能である。なお、前記の場合と同様に、形成さ
れたダイヤモンド以外の炭素あるいは炭化水素は、その
後の熱処理等の工程を行うことで、グラファイト等の炭
素あるいは炭素化合物に変化させたり、除去することが
できる。

【００５３】次に、本発明の第２の特徴を説明する。

【００５４】図２０は、本発明の平面型表面伝導型電子
放出素子の構成を示す模式図であり、図２０の（ａ）は
平面図、図２０の（ｂ）は断面図である。

【００５５】図１９、図２０、図２１は、本発明の表面
伝導型電子放出素子の１例を示す模式図である。

【００５６】図２０において、１は基板、２と３は素子
電極、４は導電性薄膜、６は本発明の活性化工程で形成
されたダイヤモンドを主成分とする微粒子、５は高抵抗
の亀裂（電子放出部）である。図１９、図２１におい
て、図２０と同一の符号は、同一のものを示す。７はグ
ラファイト、アモルファスカーボン等の炭素および炭素
化合物である。

【００５７】本発明の構成上の特徴は、第１に、図２０
に示される様に、後述するフォーミング工程を施し形成
された導電性薄膜の亀裂およびその近傍からなる電子放
出部に、ダイヤモンドを主成分とする微粒子を有するも
のであり、先に、本発明者が、鋭意検討し、提案した活
性化工程によって、炭素および炭素化合物を形成した構
成を、更に、改善したものであり、真空中での駆動安定
性および電子放出特性にすぐれるものである。

【００５８】ダイヤモンドを主成分とする微粒子は、導
電性薄膜の亀裂及びその近傍からなる電子放出部に被膜
として、特に、一対の素子電極に電圧を印加して行う活
性化工程での印加電圧方向に依存し、高電位側に主に形
成されている。また、図１９に示される様に、高電位、
低電位側双方に形成することもできる。

【００５９】電子放出部５は、上述した様に、導電性薄
膜４の一部に形成された高抵抗の亀裂５および近傍より
構成され、導電性薄膜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、およびダイヤモンドを主
成分とする微粒子の製法等に依存したものとなる。電子
放出部５の内部には、数オングストロームから数百オン
グストロームの範囲の粒径の微粒子が存在する場合もあ
る。この微粒子は、具体的には、導電性薄膜４を構成す
る材料の元素の一部、あるいは全ての元素を含有する微
粒子、ダイヤモンドを主成分とする微粒子、あるいは、
導電性薄膜４を構成する微粒子を核としてダイヤモンド
を主成分とする被膜を有する微粒子あるいは、それらの
混合で構成されてもよい。

【００６０】また、本発明の構成上の特徴は、図２１に
示される様に、後述するフォーミング処理を施し形成さ
れた導電性薄膜の亀裂およびその近傍に、予め、グラフ
ァイトを主成分とする薄膜７を第１の活性化工程で形成
した後に、第２の活性化工程で、ダイヤモンドを主成分
とする薄膜６を形成したものであり、ダイヤモンドの結
晶成長が、比較的格子定数が近い材料であるグラファイ
ト上に行うために、容易に行うことができる。従って、
図２０の本発明と同様に、電子放出特性および真空中で
の動作安定性に優れる。

【００６１】また、本発明の特徴としては、前述の構成
上の特徴を、容易に、実現する製造方法である活性化工
程にある。後述するフォーミング処理を終えた素子には
活性化工程と呼ばれる処理を施す。活性化工程とは、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し、パルスの印加を繰り返すこ
とで、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、著しく変化する
工程であるが、本発明者が、更に、鋭意検討の結果、導
入する有機物質および適宜選択されたパルスの印加する
ことで、前述のダイヤモンドを主成分とする薄膜やグラ
ファイトを主成分とする薄膜が得られるという新しい知
見をえた。

【００６２】適当な有機物質としては、ダイヤモンドを
主成分とする薄膜を形成する場合には、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
る不飽和炭化水素があげられ、一方、グラファイト形成
する場合には、このほかにも、ベンゼン等の環状炭化水
素等も上げられる。希釈ガスとしては、水素ガスないし
フッソ含有ガス等を適宜用いてもよい。有機物質と、希
釈ガスの比率は、ダイヤモンドを主成分とする微粒子を
得る場合には、有機物質が、希釈ガスの１０％以下の分
圧であることが好ましい。

【００６３】ここで言う有機物質と、希釈ガスの比率
は、（有機物質ガス流量）×（有機物質のガス中の炭素
原子数）／（全ガス流量）×１００である。有機物質の
ガス中の炭素原子数は、たとえば、（ＣＨ４）ならば
１、（Ｃ３Ｈ８）ならば３である。この炭素源濃度を１
０％以下にするのは、ダイヤモンドの結晶性をあげるた
めである。また、その下限は特にないが、０．０１％以
下では、実用的なダイヤモンドの成長速度が得られない
場合がある。

【００６４】また、グラファイトを主成分とする場合に
は、有機物質が、希釈ガスの１０％以上の分圧であるこ
とが好ましいが、これに限るものではない。また、好ま
しい有機物質、希釈ガスの合わせた全圧は、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。

【００６５】適宜選択されたパルスとは、活性化工程
で、薄膜の堆積温度を制御することにある。一般に、よ
く知られているように、有機物質から、ダイヤモンド、
グラファイト等を堆積するには、基板温度が、重要なパ
ラメーターとなり、一般のＣＶＤ法等の薄膜の堆積工程
では、上述の有機物質、希釈ガスの元で、１２００℃よ
り大きければ、グラファイト中心の膜組成になり、８０
０℃以上１２００℃以下では、ダイヤモンドを主成分と
した薄膜となる。

【００６６】本発明者が、検討したところ、活性化工程
においても活性化工程のパルスの幅、繰り返し周期、パ
ルス波高値を設定することで、グラファイト、ダイヤモ
ンドを形成できることがわかった。すなわち、活性化工
程においては、一対の素子電極にパルス状の電圧を印加
することで、素子電流Ｉｆおよび放出電流Ｉｅを発生
し、亀裂およびその近傍で消費される素子電流Ｉｆや放
出電流Ｉｅは、熱に変換され、特に、亀裂および近傍で
は、高温になっていると考えられる。この亀裂および近
傍の温度は、一般的なＣＶＤ法の様に、基板温度を高温
にすることによらなくても、局部的に、活性化工程のパ
ルスの幅、繰り返し周期、パルス波高値を設定すること
で設定できたと考えられる。尚、具体的には、実施例中
でふれる。むろん、基板温度を与え、パルスによって、
発生した温度を補助しても構わない。活性化工程の進行
により、著しく、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅは、変化
するために、その変化に合わせて、活性化工程のパルス
の幅、繰り返し周期、パルス波高値を変化させた方が好
ましい。更に、第１の活性化によって、主成分としてグ
ラファイトからなる薄膜をより高温で堆積した後、ダイ
ヤモンドを主成分とする薄膜の条件下で、第２の活性化
を行うことで、さらに、容易に、ダイヤモンドの成長が
行われることもわかった。

【００６７】尚、活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉ
ｆと放出電流Ｉｅを測定しながら、適宜行う。

【００６８】また、活性化工程に先立ち、ダイヤモンド
を主成分とする微粒子の形成を補助するダイヤモンドの
微粒子を散布してもよい。

【００６９】天然ダイヤモンド粒子あるいは、合成ダイ
ヤモンド粒子を基板上にまたは、導電性薄膜４に散布す
る、等の形成方法がある。天然ダイヤモンド粒子あるい
は、合成ダイヤモンド粒子を基板上にまたは、導電性薄
膜４に散布する場合、 １）粒子径５００ｎｍ以下のダイヤモンド粒子を含む水
または有機溶媒等の液体を、基板または、導電性薄膜上
に塗布し液体を乾燥させ、ダイヤモンド微粒子を付着さ
せる。 ２）粒子径１０００ｎｍ以下のダイヤモンド粒子を含む
水または有機溶媒等の液体中に、基板または、導電性薄
膜を形成した基板を入れ、超音波振動を印加し、粒子径
５００ｎｍ以下に破砕されたダイヤモンド微粒子を、付
着させる。 ３）基板上に、有機金属溶液とダイヤモンド微粒子を含
む溶液塗布した後、加熱焼成処理し、ダイヤモンド微粒
子を含む導電性薄膜を形成する。 等の方法がある。

【００７０】以上、述べた種々の実施態様のその他の構
成及びその他の製造工程について述べます。

【００７１】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。

【００７２】対向する素子電極２、３の材料としては、
一般的な導電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，
Ｃｕ，Ｐｄ等の金属或は合金及びＰｄ，Ａｇ，Ａｕ，Ｒ
ｕＯ₂ ，Ｐｄ−Ａｇ等の金属或は金属酸化物とガラス等
から構成されるの印刷導体、Ｉｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ 等の
透明導電体及びポリシリコン等の半導体導電材料等から
適宜選択することができる。

【００７３】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、導電性
薄膜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、数千オングスト
ロームから数百マイクロメートルの範囲とすることがで
き、より好ましくは、素子電極間に印加する電圧等を考
慮して数マイクロメートルから数十マイクロメートルの
範囲とすることができる。

【００７４】素子電極長さＷは、電極の抵抗値、電子放
出特性を考慮して、数マイクロメートルから数百マイク
ロメートルの範囲とすることができる。素子電極２、３
の膜厚ｄは、数百オングストロームから数マイクロメー
トルの範囲とすることができる。

【００７５】尚、図１に示した構成だけでなく、基板１
上に、導電性薄膜４、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。導電性薄膜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、数オングストロームから数千オン
グストロームの範囲とするのが好ましく、より好ましく
は１０オングストロームより５００オングストロームの
範囲とするのが良い。その抵抗値は、Ｒｓは１０の２乗
〜１０の７乗Ω／□の値である。なおシート抵抗Ｒｓ
は、厚さがｔ、幅がｗで長さがｌの薄膜の抵抗をＲ、Ｒ
＝Ｒｓ（ｌ／ｗ）とおいたときに現れる。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（電子
放出部）を形成する処理を包含するものである。

【００７６】導電性薄膜４を構成する材料は、Ｐｄ，Ｐ
ｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆ
ｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ，Ｓ
ｎＯ₂，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ，ＰｂＯ，Ｓｂ₂ Ｏ₃ 等の酸化物、
ＨｆＢ₂ ，ＺｒＢ₂ ，ＬａＢ₆，ＣｅＢ₆ ，ＹＢ₄ ，Ｇ
ｄＢ₄ 等の硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，
ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等の
窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体、カーボン等の中から適
宜選択される。

【００７７】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
分散配置した状態あるいは微粒子が互いに隣接、あるい
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、数オングストロームから数千オン
グストロームの範囲、好ましくは、１０オングストロー
ムから２００オングストロームの範囲である。

【００７８】なお、本明細書では頻繁に「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。

【００７９】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われている。

【００８０】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、本明細書中での記述はこれに
沿ったものである。

【００８１】「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。

【００８２】「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
に超微粒子というときは粒径が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ページ２２〜２６行目）

【００８３】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。

【００８４】「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〜
１０の８乗個くらいの原子の集合体という事になる。原
子の尺度でみれば超微粒子は大〜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ページ１〜４行目）
「超微粒子よりさらに小さいもの、すなわち原子が数個
〜数百個で構成される１個の粒子は、ふつうクラスター
と呼ばれる」（同書２ページ１２〜１３行目）上記のよ
うな一般的な呼び方をふまえて、本明細書において「微
粒子」とは多数の原子・分子の集合体で、粒径の下限は
数オングストローム〜１０オングストローム程度、上限
は数μｍ程度のものを指すこととする。

【００８５】電子放出部５は、導電性薄膜４の一部に形
成された高抵抗の亀裂および近傍より構成され、導電性
薄膜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、およびダイヤモンドを主成分とする薄膜の
製法等に依存したものとなる。電子放出部５の内部に
は、数オングストロームから数百オングストロームの範
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、導電性薄膜４を構成する材料の元素の一
部、あるいは全ての元素を含有するものとなる。

【００８６】次に、垂直型表面伝導型電子放出素子につ
いて説明する。

【００８７】図４は、本発明の表面伝導型電子放出素子
を適用できる垂直型表面伝導型電子放出素子の一例を示
す模式図である。

【００８８】図４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。
４１は、段差形成部である。基板１、素子電極２、及び
３、導電性薄膜４、電子放出部５、ダイヤモンド薄膜６
は、前述した平面型表面伝導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４１は、
真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等で形成されたＳｉＯ
₂ 等の絶縁性材料で構成することができる。段さ形成部
４１の膜厚は、先に述べた平面型表面伝導型電子放出素
子の素子電極間隔Ｌに対応し、数千オングストロームか
ら数十マイクロメートルの範囲とすることができる。こ
の膜厚は、段差形成部の製法、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、数百オングストロー
ム〜数マイクロメートルの範囲が好ましい。

【００８９】導電性薄膜４は、素子電極２及び３と段差
形成部４１作成後に、該素子電極２、３の上に積層され
る。電子放出部５は、図４においては、段差形成部４１
に形成されているが、作成条件、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ない。

【００９０】上述の表面伝導型電子放出素子の製造方法
としては様々な方法があるが、その一例を図５に模式的
に示す。

【００９１】以下、図１及び図５を参照しながら製造方
法の一例について説明する。図５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。

【００９２】１）基板１を洗剤、純水および有機溶剤等
を用いて十分に洗浄し、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
５の（ａ））。

【００９３】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
金属溶液には、前述の導電性薄膜４の材料の金属を主元
素とする有機金属化合物の溶液を用いることができる。
有機金属薄膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッチン
グ等によりパターニングし、導電性薄膜４を形成する
（図５の（ｂ））。ここでは、有機金属溶液の塗布法を
挙げて説明したが、導電性薄膜４の形成法はこれに限ら
れるものでなく、真空蒸着法、スパッタ法、化学的気相
堆積法、分散塗布法、ディッピング法、スピンナー法等
を用いることもできる。

【００９４】３）続いて、フォーミング処理を施す。こ
のフォーミング処理の方法の一例として通電処理による
方法を説明する。素子電極２、３間に、不図示の電源を
用いて、通電を行うと、導電性薄膜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５の（ｃ））。
フォーミング処理によれば導電性薄膜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。フォーミング
処理の電圧波計の例を図６に示す。

【００９５】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６の（ａ）に示した手法とパルス波高値を増加さ
せながら、電圧パルスを印加する図６の（ｂ）に示した
手法がある。

【００９６】図６の（ａ）におけるＴ１及びＴ２は電圧
波形のパルス幅とパルス間隔である。通常Ｔ１は１マイ
クロ秒〜１０ミリ秒、Ｔ２は１０マイクロ秒〜１００ミ
リ秒の範囲で設定される。三角波の波高値（フォーミン
グ処理時のピーク電圧）は、表面伝導型電子放出素子形
態に応じて適宜選択される。このような条件のもと、例
えば、数秒から数十分間電圧を印加する。パルス波形は
三角波に限定されるものではなく、矩形波など所望の波
形を採用することができる。

【００９７】図６の（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図
６の（ａ）に示したのと同様とすることができる。三角
波の波高値（フォーミング処理時のピーク電圧）は、例
えば０．１Ｖステップ程度づつ、増加させることができ
る。

【００９８】フォーミング処理の終了は、パルス間隔Ｔ
２中に、導電性薄膜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、フォーミング処理を終了させる。

【００９９】４）次に、フォーミング処理を終了した素
子に、前述した製造工程ようにダイヤモンドを形成する
と、図１、図１９、図２０、図２１のような本発明の表
面伝導型放出素子が作成される。

【０１００】こうして、成膜されたダイヤモンドを主成
分とする膜は、低電子親和力あるいは、負の電子親和力
を示す微粒子状の多結晶ダイヤモンドあるいは、これら
のダイヤモンドと他の形態のカーボンとの混合物であ
る。その膜厚は、導電性を有するか、非導電性かによっ
て、適宜選択され、非導電性の場合は、特に、電子の真
空への放出特性が、その膜厚に依存し、好ましくは、１
０オングストローム以上２００オングストローム以下が
適当である。

【０１０１】５）以上の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
出来る。

【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、上記の炭素及び炭素化合物がほぼ新た
に堆積しない分圧で１×１０のマイナス８乗Ｔｏｒｒ以
下が好ましく、さらには１×１０のマイナス１０乗Ｔｏ
ｒｒ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。

【０１０３】更に、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。この時の加熱条件は、８０〜２００℃で５時間以上
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マイナス７乗〜
３×１０のマイナス７乗Ｔｏｒｒ以下が好ましく、さら
に１×１０のマイナス８乗Ｔｏｒｒ以下が特に好まし
い。

【０１０４】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。

【０１０５】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、
結果として素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが安定する。

【０１０６】上述した工程を経て得られた本発明を適用
可能な電子放出素子の基本特性について図７、図８を参
照しながら説明する。

【０１０７】図７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測定評価装置としての機能
をも兼ね備えている。図７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７において、７５は真空容器であり、７６は
排気ポンプである。真空容器７５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板
であり、２及び３は素子電極、４は導電性薄膜、５は電
子放出部である。７１は、電子放出素子に素子電圧Ｖｆ
を印加するための電源、７０は素子電極２・３間の導電
性薄膜４を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流
計、７４は素子の電子放出部より放出される放出電流Ｉ
ｅを捕捉するためのアノード電極である。７３はアノー
ド電極７４に電圧を印加するための高圧電源、７２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。

【０１０８】真空容器７５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７６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更に、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２００℃まで加熱できる。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。

【０１０９】図８は、図７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８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。なお、縦・横軸ともリニア
スケールである。

【０１１０】図８からも明らかなように、本発明は適用
可能な表面伝導型電子放出素子は、放出電流Ｉｅに関し
て対する三つの特徴的性質を有する。

【０１１１】即ち、 （ｉ）本発明の電子放出素子は、ある電圧（閾値電圧と
呼ぶ、図８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、一方閾値電圧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に対する明確な閾値電圧Ｖｔｈを持った非線形
素子である。 （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。 （ｉｉｉ）アノード電極７４に捕捉される放出電化は、
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７４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。

【０１１２】以上の説明より理解されるように、本発明
を適用可能な表面伝導型電子放出素子は、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。

【０１１３】図８においては、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。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。）を示す場合もある（不図示）。これら特
性は、前述の工程を制御することで制御できる。

【０１１４】本発明を適用可能な電子放出素子の応用例
について以下に述べる。本発明の表面伝導型電子放出素
子の複数個を基板上に配列し、例えば電子源あるいは、
画像形成装置が構成できる。

【０１１５】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。

【０１１６】一例として、並列に配置した多数の電子放
出素子の個々を両端で接続し、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方向に行列状に複数
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。このようなものは所謂単純マトリクス配置である。
まず単純にマトリクス配置について以下に詳述する。

【０１１７】本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素
子については、前述したとおり（ｉ）乃至（ｉｉｉ）の
特性がある。即ち、表面伝導型電子放出素子からの放出
電子は、閾値電圧以上では、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できる。一方、閾
値電圧以下では、、殆ど放出されない。この特性によれ
ば、多数の電子放出素子を配置した場合においても、個
々の素子に、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て電子放出
量を制御できる。

【０１１８】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、９１は電子源
基板、９２はＸ方向配線、９３はＹ方向配線である。９
４は表面伝導型電子放出素子、９５は結線である。尚、
表面伝導型電子放出素子９４は、前述した平面型あるい
は垂直型のどちらであってもよい。

【０１１９】ｍ本のＸ方向配線９２は、ＤＸ１，ＤＸ２
…ＤＸｍからなり、真空蒸着法，印刷法，スパッタ法等
を用いて形成された導電性金属等で構成することができ
る。配線の材料、膜厚、巾は、適宜設計される。Ｙ方向
配線９３は、ＤＸ１，ＤＸ２…ＤＹｎのｎ本の配線より
なり、Ｘ方向配線９２と同様に形成される。これらｍ本
のＸ方向配線９２とｎ本のＹ方向配線９３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（ｍ，ｎは、共に正の整数）。

【０１２０】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９２を形成した基板９１の
全面域は一部に所望の形状で形成され、特に、Ｘ方向配
線９２とＹ方向配線９３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９２とＹ方向配線９３は、それぞれ外部端子として引
き出されている。

【０１２１】表面伝導型電子放出素子９４を構成する一
対の電極（不図示）は、ｍ本のＸ方向配線９２とｎ本の
Ｙ方向配線９３と導電性金属等からなる結線９５によっ
て電気的に接続されている。

【０１２２】配線９２と配線９３を構成する材料、結線
９５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あるいは全部が同一であって
も、またそれぞれ異なってもよい。これらの材料は、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いうこともできる。

【０１２３】Ｘ方向配線９２には、Ｘ方向に配列した表
面伝導型電子放出素子９４の行を、選択するための走査
信号を印加する不図示の走査信号印加手段が接続され
る。一方、Ｙ方向配線９３には、Ｙ方向に配列した表面
伝導型電子放出素子９４の各列を入力信号に応じて、変
調するための不図示の変調信号発生手段が接続される。
各電子放出素子に印加される駆動電圧は、当該素子に印
加される走査信号と変調信号の差電圧として供給され
る。

【０１２４】上記構成においては、単純マトリクス配線
を用いて、個別の素子を選択し、独立に駆動可能とする
ことができる。

【０１２５】こ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と図１１
及び図１２を用いて説明する。図１０は画像形成装置の
表示パネルの一例を示す模式図であり、図１１は図１０
の画像形成装置に使用される蛍光膜の模式図である。図
１２はＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行うた
めの駆動回路の一例を示すブロック図である。

【０１２６】図１０において、９１は電子放出素子を複
数配した電子源基板、１０１は電子源基板９１を固定し
たリアプレート、１０６はガラス基板１０３の内面に蛍
光膜１０４とメタルバック１０５等が形成されたフェー
スプレートである。１０２は、支持枠であり該支持枠１
０２には、リアプレート１０１、フェースプレート１０
６がリフィットガラス等を用いて接続されている。１０
８は外囲器であり、例えば大気中あるいは、窒素中で、
４００〜５００℃の温度範囲で１０分以上焼成すること
で、封着して構成される。

【０１２７】９４は、図１における電子放出部５に相当
する。９２、９３は、表面伝導型電子放出素子の一対の
素子電極と接続されたＸ方向配線及びＹ方向配線であ
る。

【０１２８】外囲器１０８は、上述の如く、フェースプ
レート１０６、支持枠１０２、リアプレート１０１で構
成される。リアプレート１０１は主に基板９１の強度を
補強する目的で設けられるため、基板９１自体で十分な
強度を持つ場合は別体のリアプレート１０１は不要とす
ることができる。即ち、基板９１に直接支持枠１０２を
封着し、フェースプレート１０６、支持枠１０２及び基
板９１で外囲器１０８を構成しても良い。一方、フェー
スプレート１０６、リアプレート１０１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
気圧に対して十分な強度をもつ外囲器１０８を構成する
こともできる。

【０１２９】図１１は、蛍光膜を示す模式図である。蛍
光膜１０４は、モノクロームの場合は蛍光体のみから構
成することができる。カラーの蛍光膜の場合は、蛍光体
の配列によりブラックストライプあるいはブラックマト
リクスなどと呼ばれる黒色導電材１１１と蛍光体１１２
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１１２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１０４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。

【０１３０】ガラス基板１０３に蛍光体を塗布する方法
は、モノクローム、カラーによらず、沈澱法、印刷法等
が採用できる。蛍光膜１０４の内面側には、通常メタル
バック１０５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の内面側への光をフェースプレ
ート１０６側へ鏡反射させることにより、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。

【０１３１】フェースプレート１０６には、更に蛍光膜
１０４の導電性を高めるため、蛍光膜１０４の外面側に
透明電極（不図示）を設けてもよい。

【０１３２】前述の封着を行う際には、カラーの場合は
各色蛍光体と電子放出素子とを対応させる必要があり、
十分な位置合わせが不可欠となる。

【０１３３】図１０に示した画像形成装置は、例えば以
下のようにして製造される。

【０１３４】外囲器１０８は、前述の安定化工程と同様
に、適宜加熱しながら、イオンポンプ、ソープションポ
ンプなどのオイルを使用しない排気装置により不図示の
排気管を通じて排気し、１０のマイナス７乗Ｔｏｒｒ程
度の真空度の有機物質の十分少ない雰囲気にした後、封
止が成される。外囲器１０８の封止後の真空度を維持す
るために、ゲッター処理を行うこともできる。これは、
外囲器１０８の封止を行う直前あるいは封止後に、抵抗
加熱あるいは高周波加熱等を用いた加熱により、外囲器
１０８内の所定の位置（不図示）に配置されたゲッター
を加熱し、蒸着膜を形成する処理である。ゲッターは通
常Ｂａ等が主成分であり、該蒸着膜の吸着作用により、
たとえば１×１０のマイナス５乗ないしは１×１０のマ
イナス７乗Ｔｏｒｒの真空度を維持するものである。こ
こで、表面伝導型電子放出素子のフォーミング処理以降
の工程は、適宜設定できる。

【０１３５】次に、単純マトリクス配置の電子源を用い
て構成した表示パネルに、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に
基づいたテレビジョン表示を行う為の駆動回路の構成例
について、図１２を用いて説明する。図１２において、
１２１は画像表示パネル、１２２は走査回路、１２３は
制御回路、１２４はシフトレジスタである。１２５はラ
インメモリ、１２６は同期信号分離回路、１２７は変調
信号発生器、ＶｘおよびＶａは直流電圧源である。

【０１３６】表示パネル１２１は、端子Ｄｏｘ１乃至Ｄ
ｏｘｍ、端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎ、及び高圧端子Ｈｖ
を介して外部の電気回路と接続している。端子Ｄｏｘ１
乃至Ｄｏｘｍには、表示パネル内に設けられている電子
源、即ち、Ｍ行Ｎ列の行列状にマトリクス配線された表
面伝導型電子放出素子群を一行（Ｎ素子）ずつ順次駆動
する走査信号が印加される。

【０１３７】端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｎには、前記走査信号
により選択された一行の表面伝導型電子放出素子の各素
子の出力電子ビームを制御する為の変調信号が印加され
る。高圧端子Ｈｖには、直流電圧源Ｖａより、例えば１
０ｋＶの直流電圧が供給されるが、これは表面伝導型電
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
のるに十分なエネルギーを付与する為の加速電圧であ
る。

【０１３８】走査回路１２２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１２１の端子Ｄｘ１ないしＤｘｍと電気的に接続
される。Ｓ１乃至Ｓｍの各スイッチング素子は、制御回
路１１３が出力する制御信号Ｔｓｃａｎに基づいて動作
するものであり、例えばＦＥＴのようなスイッチング素
子を組み合わせることにより構成することができる。

【０１３９】直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には表面伝
導型電子放出素子の特性（電子放出閾値電圧）に基づき
走査されていない素子に印加される駆動電圧が電子放出
閾値電圧以下となるような一定電圧を出力するように設
定されている。

【０１４０】制御回路１２３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１２３は、同期信
号分離回路１２６より送られる同期信号Ｔｓｙｎｃに基
づいて、各部に対してＴｓｃａｎおよびＴｓｆｔおよび
Ｔｍｒｔの各制御信号を発生する。

【０１４１】同期信号分離回路１２６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１２６により分離された同期信号は、垂直同
期信号と水平同期信号より成るが、ここでは説明の便宜
上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信号と
して表した。該ＤＡＴＡ信号はシフトレジスタ１２４に
入力される。

【０１４２】シフトレジスタ１２４は、時系列的シリア
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１２３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１
２４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乃至ＩｄｎのＮ個の並列信号として前記シフトレジス
タ１２４より出力される。

【０１４３】ラインメモリ１２５は、画像１ライン分の
データを必要時間の間だけ記憶する為の記憶装置であ
り、制御回路１２３より送られる制御信号Ｔｍｒｙに従
って適宜Ｉｄ１乃至Ｉｄｎの内容を記憶する。記憶され
た内容は、Ｉ′ｄ１乃至Ｉ′ｄｎとして出力され、変調
信号発生器１２７に入力される。

【０１４４】変調信号発生器１２７は、画像データＩ′
ｄ１乃至Ｉ′ｄｎの各々に応じて表面伝導型電子放出素
子の各々を適切に駆動変調する為の信号源であり、その
出力信号は、端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを通じて表示パ
ネル１２１内の表面伝導型電子放出素子に印加される。

【０１４５】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閾値電圧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。電子放出閾値以上の電圧に対しては、素子への印
加電圧の変化に応じて放出電流も変化する。このことか
ら、本素子にパルス状の電圧を印加する場合、例えば電
子放出閾値以下の電圧を印加しても電子放出は生じない
が、電子放出閾値以上の電圧を印加する場合には電子ビ
ームが出力される。その際、パルスの波高値Ｖｍを変化
され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事
が可能である。

【０１４６】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１１７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。

【０１４７】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１２７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回路を用いるこ
とができる。

【０１４８】シフトレジスタ１２４やラインメモリ１２
５は、デジタル信号式のものをもアナログ信号式のもの
をも採用できる。画像信号のシリアル／パラレル変換や
記憶が所定の速度で行われれば良いからである。

【０１４９】デジタル信号式を用いる場合は、同期信号
分離回路１２６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１２６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１２５
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１２７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１２７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１２７には、例え
ば高速の発振器および発振器の出力する波数を計数する
計数器（カウンタ）及び計数器の出力値と前記メモリの
出力値を比較する比較器（コンパレータ）を組み合せた
回路を用いる。必要に応じて、比較器の出力するパルス
幅変調された変調信号を表面伝導型電子放出素子の駆動
電圧にまで電圧増幅するめの増幅器を付加することもで
きる。

【０１５０】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１２７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（ＶＣＯ）を採
用でき、必要に応じて表面伝導型電子放出素子の駆動電
圧まで電圧増幅するための増幅器を付加することもでき
る。

【０１５１】このような構成をとり得る本発明を適用可
能な画像表示装置においては、各電子放出素子に、容器
外端子Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ，Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを
介して電圧を印加することにより、電子放出が生ずる。
高圧端子Ｈｖを介してメタルバック１０５、あるいは透
明電極（不図示）に高圧を印加し、電子ビームを加速す
る。加速された電子は、蛍光膜１０４に衝突し、発光が
生じて画像が形成される。

【０１５２】ここで述べた画像形成装置の構成は、本発
明を適用可能な画像形成装置の一例であり、本発明の技
術思想に基づいて種々の変形が可能である。入力信号に
ついては、ＮＴＳＣ方式を挙げたが入力信号はこれに限
られるものではなく、ＰＡＬ，ＳＥＣＡＭ方式など他、
これよりも、多数の走査線からなるＴＶ信号（例えば、
ＭＵＳＥ方式をはじめとる高品位ＴＶ）方式をも採用で
きる。

【０１５３】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。

【０１５４】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、１３０は電子源基
板、１３１は表面伝導型電子放出素子である。１３２、
Ｄｘ１〜Ｄｘ１０は、電子放出素子１３１を接続するた
めの共通配線である。電子放出素子１３１は、基板１３
０上に、Ｘ方向に並列に複数個配置されている（これを
素子行と呼ぶ）。この素子行が複数個配されて、電子源
を構成している。各素子行の共通配線間に駆動電圧を印
加することで、各素子行を独立に駆動させることができ
る。即ち、電子ビームを放出させたい素子行には、電子
放出閾値以上の電圧を、電子ビームを放出しない素子行
には、電子放出閾値以下の電圧を印加する。各素子行間
の共通配線Ｄｘ２〜Ｄｘ９は、例えばＤｘ２、Ｄｘ３を
同一配線とすることもできる。

【０１５５】図１４は、はしご型配置の電子源を備えた
画像形成装置におけるパネル構造の一例を示す模式図で
ある。１４０はグリット電極、１４１は電子が通過する
ための空孔、１４２はＤｏｘ１、Ｄｏｘ２、…Ｄｏｘｍ
よりなる容器外端子である。１４３はグリット電極１４
０と接続されたＧ１、Ｇ２、…Ｇｎからなる容器外端
子、１４４は各素子行間の共通配線を同一配線とした電
子源基板である。図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と同
一の符号を付している。ここに示した画像形成装置と、
図１０に示した単純マトリクス配置の画像形成装置との
大きな違いは、電子源基板１３０とフェースプレート１
０６の間にグリッド電極１４０を備えているか否かであ
る。

【０１５６】図１４においては、基板１３０とフェース
プレート１０６の間には、グリッド電極１４０が設けら
れている。グリッド電極１４０は、表面伝導型電子放出
素子から放出された電子ビームを変調するためのもので
あり、はしご型配置の素子行と直交して設けられたスト
ライプ状の電極に電子ビームを通過するため、各素子に
対応して１個ずつ円形の開口１４１が設けられている。
グリッドの形状や設置位置は図１４に示したものに限定
されているものではない。例えば、開口としてメッシュ
状に多数の通過口を設けることもでき、グリッドを表面
伝導型電子放出素子の周囲や近傍に設けることもでき
る。

【０１５７】容器外端子１４２およびグリッド容器外端
子１４３は、不図示の制御回路と電気的に接続されてい
る。

【０１５８】本例の画像形成装置では、素子行を１列ず
つ順次駆動（走査）していくのと同期してグリッド電極
列に画像１ライン分の変調信号を同期に印加する。これ
により、各電子ビームの蛍光体への照射を制御し、画像
を１ラインずつ表示することができる。

【０１５９】本発明の画像形成装置は、テレビジョン放
送の表示装置、テレビ会議システムやコンピューター等
の表示装置の他、感光性ドラム等を用いて構成された光
プリンターとしての画像形成装置等としても用いること
ができる。

【０１６０】次に、本発明の構成上の第３の特徴を容易
に実現する電子放出素子について説明する。図２６に、
本発明の電子放出素子の模式的構成図を示す。図２６
中、２６０１は絶縁性基板で、その上に不連続金属層２
６０２、更には分散して存在するダイヤモンド粒子２６
０３が形成され、不連続金属層２６０２には、金属が凝
集し、間隔の広がった個所（電子放出部）２６０４が存
在する。本発明の電子放出素子の電子放出機構には不明
な点が多いが、例えば、本発明の電子放出素子の基板表
面に平行に、不図示の電極等を用いて電圧を印加する
と、分散して存在するダイヤモンド粒子間で電子放出が
起こり、その一部が真空中に放出されて電子放出が認め
られるのではないかと考えられる。

【０１６１】本発明の電子放出素子の構成は、図２６の
不連続金属層上に分散してダイヤモンド粒子が形成され
た構成に限らず、例えば図２７に示すような絶縁性基板
２７０１上に分散してダイヤモンド粒子２７０２が形成
され、更にその上に不連続金属層２７０３が形成された
構成でもよい。

【０１６２】本発明において絶縁性基板は、種々のガラ
ス、石英、セラミック、等用いることができる。また、
本発明の絶縁性基板は、金属及び半導体基板上に絶縁物
層を形成したものも含む。

【０１６３】電子放出素子への分散したダイヤモンド粒
子の形成方法は、天然ダイヤモンド粒子または高圧合成
人工ダイヤモンド粒子を絶縁性基板または金属層上に散
布する、または気相成長により絶縁性基板または金属層
上にダイヤモンド結晶粒子を形成する、等の方法があ
る。天然ダイヤモンド粒子または高圧合成人工ダイヤモ
ンド粒子を絶縁性基板または金属層上に散布する場合、 １）粒子径５００ｎｍ以下のダイヤモンド粒子を含んだ
水または有機溶媒等の液体を絶縁性基板または金属層上
に塗布し液体成分を乾燥させ、ダイヤモンド粒子を付着
させる、 ２）粒子径１μｍ以上のダイヤモンド粒子を含んだ水ま
たは有機溶媒等の液体を絶縁性基板または金属層が形成
された絶縁性基板を入れ、超音波振動を印加し、粒子径
５００ｎｍ以下に破砕されたダイヤモンド粒子を絶縁性
基板または金属層が形成された絶縁性基板に付着させ
る、等の方法がある。

【０１６４】更に、気相成長法により絶縁性基板または
金属層上に分散したダイヤモンド結晶粒子を形成する場
合、前述のＣＶＤ法により形成することができる。

【０１６５】本発明の分散して存在するダイヤモンド粒
子は、粒子径５００ｎｍ以下、好ましくは２５０ｎｍ以
下、最適には１００ｎｍ以下である。これは、微細なダ
イヤモンド粒子の方が、電子放出特性が高いためであ
る。その理由には不明な点が多いが、微細な粒子近接し
て存在したほうが、高い電界が得られ、電子放出特性が
向上するためと考えられる。

【０１６６】分散して存在するダイヤモンド粒子の存在
密度は、少なくとも電子放出部近傍では、１０⁵個／ｃ
ｍ²以上、好ましくは１０⁶個／ｃｍ²以上、最適には５
×１０ ⁶個／ｃｍ²以上が望ましい。

【０１６７】本発明における電子放出は、基本的には分
散して存在するダイヤモンド結晶から起こっており、本
発明の不連続金属層は、分散して存在するダイヤモンド
粒子間に電界を印加させるために存在する。このため、
不連続金属層は金属に限らず、種々の半導体及び酸化ス
ズ等の透明導電膜を用いることも可能であるが、この層
の抵抗値は低いことが望ましいので、一般的には金属層
が好ましい。また、この不連続金属層の材質は、低抵抗
であると、及び安定であること、更には、不連続化が容
易であることから、貴金属である、金、白金、プラチ
ナ、パラジウムが少なくとも一部に用いられていること
が好ましい。これらの貴金属は、蒸着法、メッキ法、更
には金属錯体の塗布等の方法により形成することができ
る。

【０１６８】本発明の不連続金属層は、あらかじめ、不
連続の状態で形成してもよいが、いったん、均一膜で形
成した後、熱印加を含む不連続化のための処理を行って
形成してもよい。熱印加を含む不連続化処理としては、 １）レーザー照射により金属層を加熱し、その一部を溶
融または蒸発させ不連続化する、 ２）金属層及び分散して存在するダイヤモンド粒子に電
圧を加え、金属層の一部を溶融または蒸発させ不連続化
する等の方法がある。レーザー照射の場合、ＹＡＧレー
ザー、ＣＯ₂レーザー、窒素レーザー、エキシマレーザ
ー等を用いることができる。通電加熱の場合、金属層が
赤熱するまで、電圧を印化し、金属層を溶融、蒸発させ
不連続化する。この不連続化処理により、金属膜に１μ
ｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以下、最適には１０ｎｍ
の微細な金属が凝集し、間隔の広がった個所（電子放出
部）が発生する。これにより、基板表面に平行に、電極
等を用いて電圧を印加すると、金属が凝集し、間隔の広
がった個所（電子放出部）近傍に分散して存在するダイ
ヤモンド粒子の間で電子放出が始まる。

【０１６９】不連続金属層の厚さは、材質及び不連続化
処理の方法及び条件によっても変化するが、前記のよう
に微細な金属が凝集し、間隔の広がった個所（電子放出
部）を形成されるため、１００ｎｍ以下、好適には５０
ｎｍ以下、最適には１０ｎｍ以下が望ましい。

【０１７０】

【実施例】以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳し
く説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の目的が達成される範囲内での各要素
の置換や設計変更がなされるものをも包含する。また、
以下の実施例でいう亀裂部（電子放出部）とは、導電性
薄膜に形成された間隙のことをいう。

【０１７１】（実施例１）本実施例にかかわる基本的な
表面伝導型電子放出素子の構成は、図１の（ａ）（平面
図）及び図１の（ｂ）（断面図）と同様である。尚、図
１５の（ａ）及び（ｂ）に示す通り、基板１上に、同一
形状の素子が、２個ずつ形成されている基板を２枚用意
した。本実施例においては、図１５の（ａ）に示したよ
うに、本実施例の表面伝導型電子放出素子が形成された
基板を基板Ａ、図１５の（ｂ）に示したように、比較用
の表面伝導型電子放出素子が形成された基板を基板Ｂと
呼ぶ。

【０１７２】本実施例の表面伝導型電子放出素子の基本
的な構成及び製造方法を図１、図５、及び図１５を用い
て以下に説明する。

【０１７３】工程−ａ 清浄化した青板ガラス上に厚さ０．５ミクロンのシリコ
ン酸化膜をスパッタ法で形成した基板１上に、素子電極
２、３と素子電極間ギャップＧとなるべきパターンをホ
トレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−４１日立化成社製）を
形成し、真空蒸着法により厚さ５００オングストローム
のＰｔを堆積した。ホトレジストパターンを有機溶剤で
溶解し、堆積膜をリフトオフし、素子電極間隔Ｌが３ミ
クロン、素子電極の幅Ｗが３００ミクロンの素子電極
２、３を形成した（図５の（ａ））。

【０１７４】工程−ｂ 電子放出素子の導電性薄膜４をマスク蒸着を行うため
に、所望のマスクを用いて膜厚１０００オングストロー
ムのＣｒ膜を真空蒸着により堆積したのち、そのうえに
Ｉｒ金属をスパッタ法で堆積した。こうして形成された
Ｉｒ微粒子からなる導電性薄膜４の膜厚は１００オング
ストローム、シート抵抗値は２×１０の３乗Ω／□であ
った。

【０１７５】工程−Ｃ Ｃｒ膜及び焼成後の導電性薄膜４を酸エッチャントによ
りエッチングして所望のパターンに形成した（図５の
（ｂ））。

【０１７６】以上の工程により基板１上に、素子電極
２、３，導電性薄膜４等を形成した。

【０１７７】工程−ｄ 次に、図７の測定装置に設置し、真空ポンプにて排気
し、１０のマイナス６乗ｔｏｒｒの真空度に達成した
後、素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源７１によ
り、２基板（基板Ａ，Ｂ）の各２素子の素子電極２、３
間にそれぞれ、電圧を印加して、導電性薄膜４に亀裂部
５を形成するための通電処理（フォーミング処理）を行
った（図５の（ｃ））。該フォーミング処理の電圧波形
を図２５の（ｂ）に示す。

【０１７８】図２５の（ｂ）中、Ｔ１及びＴ２は電圧波
形のパルス幅とパルス間隔であり、本実施例ではＴ１を
１ミリ秒、Ｔ２を１０ミリ秒とし、矩形波の波高値（フ
ォーミング処理時のピーク電圧）は０．１Ｖステップで
昇圧し、フォーミング処理を行った。また、フォーミン
グ処理中は、同時に、０．１Ｖの電圧で、Ｔ２間に抵抗
測定パルスを挿入し、抵抗を測定した。尚、フォーミン
グ処理の終了は、抵抗測定パルスでの測定値が、約１Ｍ
オーム以上になった時とし、同時に素子への電圧の印加
を終了した。それぞれの素子のフォーミング電圧ＶＦ
は、基板Ａでは７．３Ｖ、基板Ｂでは７．１Ｖであっ
た。

【０１７９】工程−ｅ 続いて、上記フォーミング処理した基板Ａ上の２素子に
それぞれの素子電極に電圧をパルス幅１ミリ秒、繰り返
し周期１０ミリ秒、電圧１５Ｖの矩形パルスを印加しな
がら、熱フィラメントＣＶＤ法によりダイヤモンド層６
を２００オングストローム形成した。形成条件は、基板
温度９００℃、圧力１０ｔｏｒｒ、ガス流量をＨ２：１
００ｓｃｃｍ、ＣＨ４：１ｓｃｃｍ、フィラメント温度
２０００℃、フィラメントと基板との距離を１ｃｍとし
た。

【０１８０】一方、基板Ｂの２素子に対しては、図７の
測定装置内に置いたまま、アセトンガスを、１０のマイ
ナス４乗ｔｏｒｒ導入し、パルス幅１ミリ秒、繰り返し
周期１０ミリ秒、電圧１５Ｖの矩形パルスを素子電極間
に印加しながら、１５分間、活性化工程を施した。尚、
活性化工程とは、前述した図７の測定装置内で、素子電
極間に、パルス電圧を印加することを繰り返し処理をす
ることで、著しく、素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅを増
加する工程である。

【０１８１】以下の工程により、基板Ａ，Ｂの各々２素
子ずつ電子放出素子を作製した。

【０１８２】上述の工程で作成し表面伝導型電子放出素
子の特性及び形態を把握するために、基板Ａ，Ｂ上の表
面伝導型電子放出素子を各１個ずつ、その電子放出特性
の測定を上述の図７の測定評価装置を用いて行った。ま
た残りの１個ずつを電子顕微鏡で形態の観察をした。ま
た、顕微ラマンを用いて、電子放出部近傍を観察した。

【０１８３】なお、アノード電極と電子放出素子間の距
離を４ｍｍ、アノード電極の電位を１ｋＶ、電子放出特
性測定時の真空装置内の真空度を１×１０マイナス７乗
ｔｏｒｒとした。基板Ａ，Ｂの素子とも、素子電極２お
よび３の間に素子電圧を１５Ｖ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。基板Ａ上に
形成された本実施例の表面伝導型電子放出素子では、４
ｍＡ程度の素子電流Ｉｆが流れ、電子を放出する亀裂部
５（電子放出部）より放出される電子の放出電流Ｉｅ
は、１０μＡが観察された。一方、基板Ｂ上に形成され
た比較用の表面伝導型電子放出素子では、素子電流Ｉ
ｆ、放出電流Ｉｅそれぞれ１ｍＡ、１μＡが観察され
た。

【０１８４】電子顕微鏡で観察した基板Ａ，Ｂ上の各素
子の形態は、基板Ａ上の本実施例の表面伝導型電子放出
素子形態については、図１に示したものと同様に、素子
電極間の導電性薄膜４の全体に微粒子からなる被膜６が
形成されていた。一方、基板Ｂ上の比較用の表面伝導型
電子放出素子では、図１６のように電子を放出する亀裂
部５（電子放出部）の一部より高電位側の導電性薄膜上
を主として、被膜が形成されていた。

【０１８５】顕微ラマンでこれらの被膜を観察すると、
上記基板Ａの表面伝導型電子放出素子では、ダイヤモン
ドのピークが観察され、一方、比較用の基板Ｂの表面伝
導型電子放出素子では、グラファイト、アモルファスカ
ーボンからなる炭素被膜が観察された。

【０１８６】次に、これらの素子の動作安定性をみるた
めに、素子電極に１５Ｖを印加し、動作し、素子電流Ｉ
ｆ、放出電流Ｉｅの変化を観察した。この結果基板Ａ上
の、本実施例の表面伝導型電子放出素子の方が、減少が
少なかった。つまり、基板Ａ上の本実施例の表面伝導型
電子放出素子では、ダイヤモンドを主成分とする微粒子
からなる被膜を導電性薄膜の全体に形成したため、電子
親和力あるいは仕事関係の低下がおこり、素子電流Ｉ
ｆ、放出電流Ｉｅが基板Ｂ上の、比較用の表面伝導型電
子放出素子と比べて増加したと考えられる。動作安定性
の増加は、電子放出部の材料の安定性によるものと考え
られる。

【０１８７】以上により、電子を放出する亀裂部５（電
子放出部）にダイヤモンドを主成分とする材料を有する
ので、より素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが安定し、且
つ、電子を放出する亀裂部５（電子放出部）より効率の
よい電子放出が得られた。

【０１８８】（実施例２）本実施例にかかわる基本的な
表面伝導型電子放出素子の構成は、図１の（ａ）（平面
図）及び（ｂ）（断面図）と同様である。尚、図１５の
（ａ）及び（ｂ）に示す通り、基板１上に、同一形状の
素子が、２個ずつ形成されている基板を２枚用意した。
本実施例においても実施例１と同じく、図１５の（ａ）
に示したように、本実施例の表面伝導型電子放出素子が
形成された基板を基板Ａ、図１５の（ｂ）に示したよう
に、比較用の表面伝導型電子放出素子が形成された基板
を基板Ｂと呼ぶ。

【０１８９】本実施例の表面伝導型電子放出素子の基本
的な構成及び製造方法を実施例１と同様に図１、図５、
及び図１５を用いて以下に説明する。

【０１９０】工程−ａ 基板１として石英基板を用い、これを洗剤、純水及び有
機溶剤により充分に洗浄後、基板Ａ、Ｂにそれぞれマス
クを用いてスパッタ法により、素子電極材料としてＰｔ
を５００オングストローム堆積し、素子電極２、３を形
成した。尚、素子電極間隔Ｌは、基板Ａ、Ｂとも３μｍ
である（図５の（ａ））。

【０１９１】工程−ｂ その後、基板Ａ、Ｂの双方に、導電性薄膜４のパターン
ニングの目的でリフトオフ用のＣｒ膜（不図示）を５０
０オングストロームの膜厚で真空蒸着した。この時、導
電性薄膜４の幅Ｗ′に対応するＣｒ膜の開口部分の寸法
を１００μｍとした。

【０１９２】次に素子電極２、３を形成した基板１上
に、有機パラジウム溶液（奥野製薬（株）製、ｃｃｐ−
４２３０）をスピンナーにより回転塗布して放置するこ
とにより、有機Ｐｂ薄膜を形成した。この後、有機Ｐｂ
薄膜を３００℃で１０分間大気中で加熱焼成処理し、主
としてＰｄＯ微粒子からなる導電性薄膜４を形成した。
この導電性薄膜４の膜厚は約１００オングストローム、
シート抵抗値Ｒｓは６×１０の４乗Ω／□であった。

【０１９３】工程−ｃ その後、Ｃｒ膜及び導電性薄膜４を酸エッチャントによ
りウエットエッチングして所望のパターンを有する導電
性薄膜４を得た（図５の（ｂ））。

【０１９４】工程−ｄ 次に、基板Ａ、Ｂとも図７の測定評価系の真空装置７５
内に設置し、真空ポンプにて排気し１０のマイナス６乗
Ｔｏｒｒの真空度に達した後、素子電圧Ｖｆを印加する
ための電源７１により素子電極２、３間に電圧を印加し
てフォーミング処理を行い、電子放出部５を形成した
（図５の（ｃ））。

【０１９５】フォーミング処理の電圧波形を図２５の
（ｂ）に示す。図２５の（ｂ）中、Ｔ１及びＴ２は電圧
波形のパルス幅とパルス間隔であり、本実施例ではＴ１
を１ミリ秒、Ｔ２を１０ミリ秒とし、矩形波の波高値
（フォーミング時のピーク電圧）は０．１Ｖステップで
昇圧し、フォーミング処理を行った。また、フォーミン
グ処理中は、同時に、０．１Ｖの電圧で、Ｔ２間に抵抗
測定パルスを挿入し抵抗を測定した。尚フォーミング処
理の終了は、抵抗測定パルスでの測定値が、約１Ｍオー
ム以上になった時とし、同時に、素子への電圧の印加を
終了した。それぞれの素子のフォーミング電圧Ｖｆｏｒ
ｍは、基板Ａでは、６．５Ｖと基板Ｂでは、６．４Ｖで
あった。

【０１９６】工程−ｅ 続いて、フォーミング処理した基板Ａの素子を真空装置
７５から取り出し、ダイヤモンド粒子を分散させたアセ
トン溶液中で２０分間超音波洗浄器にかけ、ダイヤモン
ド核形成処理を行った。ダイヤモンド粒子は粒径が５０
０ｎｍ程度のダイヤモンドパウダーを用いた。

【０１９７】引き続き基板Ａに対しては、素子電極２、
３間に電圧を１５Ｖずつ印加しながら、マイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法によりダイヤモンド層を形成した。形成条
件は、ガス圧力を３０Ｔｏｒｒ、ガス流量をＣＨ４：３
ｓｃｃｍ、Ｈ２：９７ｓｃｃｍ、マイクロ波のパワーを
５００Ｗとした。

【０１９８】一方、基板Ｂに対しては、アセトンを１×
１０のマイナス４乗Ｔｏｒｒ導入し、素子電極２、３間
にパルス電圧を印加して素子を１５分間駆動させて活性
化処理を行った。本実施例では、矩形波の正電圧パルス
をパルス幅を１ｍ秒、パルス間隔（トリガー時間間隔）
を１０ｍ秒とし、駆動電圧（波高値を）基板Ａ、双方に
対して１５Ｖとした。

【０１９９】工程−ｆ 続いて、基板Ａ、Ｂのそれぞれ１素子づつを真空容器７
５に配置して十分に排気を行った後、真空容器全体を１
２０℃で６時間加熱し、真空装置７５内を約１０のマイ
ナス８乗Ｔｏｒｒとし、安定化工程を行った。

【０２００】こうして、基板Ａ、Ｂ上に各２素子ずつの
表面伝導型電子放出素子を作製した。

【０２０１】上述の工程で作製した表面伝導型電子放出
素子の特性及び形態を把握するために、素子Ａ、Ｂを各
１個づつ、その電子放出特性の測定を上述の測定評価装
置を用いて、行った。また残りの１個づつを電子顕微鏡
で形態の観察をした。また、顕微ラマンを用いて、電子
放出部近傍を観察した。

【０２０２】尚、測定条件は、アノード電極７４と電子
放出素子間の距離Ｈを４ｍｍ、アノード電極７４の電位
を１ｋＶ、電子放出特性測定時の真空装置内の真空度を
１×１０のマイナス７乗Ｔｏｒｒとした。

【０２０３】基板Ａ、Ｂの素子とも、素子電極２及び３
の間に素子電圧を１５Ｖ印加し、その時流れる素子電流
Ｉｆ及び放出電流Ｉｅを測定した。基板Ａでは素子電流
Ｉｆが４．２ｍＡ、放出電流Ｉｅが９．６μＡであっ
た。一方基板Ｂでは、素子電流Ｉｆが１．１ｍＡ、放出
電流Ｉｅが１．０μＡであった。

【０２０４】電子顕微鏡で観察した基板Ａ、Ｂ上の各素
子の形態は、基板Ａ上の本実施例の表面伝導型電子放出
素子の形態については、図１に示したものと同様に、素
子電極間の導電性薄膜４の全体に微粒子からなる被膜６
が形成されていた。一方、基板Ｂ上の比較用の表面伝導
型電子放出素子では、図１６のように電子を放出する亀
裂部５（電子放出部）の一部より高電位側の導電性薄膜
上を主として、被膜６が形成されていた。

【０２０５】顕微ラマンでこれらの被膜を観察すると、
基板Ａ上の本実施例の表面伝導型電子放出素子では、ダ
イヤモンドのピークが観察され、しかも前述の実施例１
以上のダイヤモンドのピーク強度が観測された。一方、
基板Ｂ上の比較用の表面伝導型電子放出素子では、前述
の実施例１での比較用サンプルと同様にグラファイト、
アモルファスカーボンからなる炭素被膜が観察された。

【０２０６】次に、これらの表面伝導型電子放出素子の
動作安定性をみるために、表面伝導型電子放出素子に１
５Ｖを印加して、動作（駆動）させ、素子電流Ｉｆ、放
出電流Ｉｅの変化を観察した。この結果、基板Ａ上の本
実施例の表面伝導型電子放出素子は、初期の駆動より安
定した電流が得られ、１００時間駆動においても、素子
電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、１０％減少で済んだ。一
方、基板Ｂ上の比較用の表面伝導型電子放出素子は、同
様の駆動で、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、４５％減
少した。つまり、基板Ａ上の本実施例の表面伝導型電子
放出素子では、ダイヤモンドを主成分とする微粒子から
なる被膜を導電性薄膜の全体に形成したため、電子親和
力あるいは仕事関数の低下がおこり、素子電流Ｉｆ、放
出電流Ｉｅが、基板Ｂ上の比較用の表面伝導型電子放出
素子と比べて増加したと考えられる。動作安定性の増加
は、電子放出部先端の材料の安定性によるものと考えら
れる。

【０２０７】以上により、電子を放出する亀裂部５（電
子放出部）にダイヤモンドを主成分とする材料を有する
ので、より素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが安定し、且
つ、電子を放出する亀裂部５（電子放出部）より効率の
よい電子の放出が得られた。

【０２０８】（実施例３）本実施例は、多数の表面伝導
型電子放出素子を単純マトリクス配置した電子源を用い
た画像形成装置の例である。

【０２０９】電子源の一部の平面図を図１７に示す。ま
た、図中のＡ−Ａ′断面図を図１８に示す。但し図１
７、図１８で、同じ記号を示したものは、同じものを示
す。ここで１は基板、９２は図９のＤｘｍに対応するＸ
方向配線（下配線とも呼ぶ）、９３は図９のＤｙｎに対
応するＹ方向配線（上配線とも呼ぶ）、２、３は素子電
極、５は電子放出部、１８１は層間絶縁層、１８２は、
素子電極２と下配線９２と電気的接続のためのコンタク
トホールである。尚、本実施例において、４はダイヤモ
ンドを主成分とする材料を有する導電性薄膜である。

【０２１０】以下に、上記電子源及びそれを用いた図１
０に示す画像形成装置の製造方法を、図３０の（ａ）〜
（ｄ）、図３１の（ｅ）〜（ｈ）、図３２の（ｉ）によ
り工程順に従って具体的に説明する。

【０２１１】工程−ａ 清浄化した青板ガラス上に厚さ０．５マイクロメートル
のシリコン酸化膜をスパッタ法で形成した基板１上に、
真空蒸着により厚さ５ナノメートルのＣｒ、厚さ６００
ナノメートルのＡｕを順次積層した後、ホトレジスト
（ＡＺ１３７０ヘキスト社製）をスピンナーにより回転
塗布、ベークした後、ホトマスク像を露光、現像して、
下配線９２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９
２を形成する（図３０の（ａ））。

【０２１２】工程−ｂ 次に厚さ１．０マイクロメートルのシリコン酸化膜厚か
らなる層間絶縁層１８１をＲＦスパッタ法により堆積す
る（図３０の（ｂ））。

【０２１３】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１
８２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１８１をエッチングしてコ
ンタクトホール１８２を形成する。エッチングはＣＦ４
とＨ２ガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅｌ ｏｎ
Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によった（図３０の（ｃ））。

【０２１４】工程−ｄ その後、素子電極２、３と素子電極間ギャップＧとなる
べきパターンをホトレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−４１
日立化成社製）形成し、真空蒸着法により、厚さ１００
０オングストロームのＰｔを堆積した。ホトレジストパ
ターンを有機溶剤で溶解し、Ｐｔ堆積膜をリフトオフ
し、素子電極間隔Ｌが３ミクロン、素子電極の幅Ｗが１
５０ミクロンの素子電極２、３を形成した（図３０の
（ｄ））。

【０２１５】工程−ｅ 素子電極２、３の上に上配線９３のホトレジストパター
ンを形成した後、厚さ５ナノメートルのＴｉ、厚さ５０
０ナノメートルのＡｕを順次真空蒸着により堆積し、リ
フトオフにより不要の部分を除去して、所望の形状の上
配線９３を形成した（図３１の（ｅ））。

【０２１６】工程−ｆ 素子間電極ギャップＬ及びこの近傍に開口を有するマス
クにより膜厚１０００オングストロームのＣｒ膜１８３
を真空蒸着により堆積・パターニングし、そのうえに有
機Ｐｄ（ｃｃｐ４２３０奥野製薬（株）社製）溶液に、
実施例２で用いたダイヤモンドパウダーを混合し、予め
超音波振動を１５分間し、ダイヤモンド微粒子を粉砕
し、分散させた溶液をスピンナーにより回転塗布、３０
０℃で１０分間の加熱焼成処理をした。また、こうして
形成された主元素としてＰｄよりなる微粒子からなる導
電性薄膜４の膜厚は１００オングストローム、シート抵
抗値は３．５×１０の４乗Ω／□であった。更に上記導
電性薄膜４はダイヤモンド微粒子が混合された状態であ
った。更に実施例２と同様にマイクロ波を用いたＣＶＤ
法を行い、上記ダイヤモンド微粒子を更に成長させた
（図３１の（ｆ））。

【０２１７】工程−ｇ Ｃｒ膜１８３及び焼成後の導電性薄膜４を酸エッチャン
トによりエッチングして所望のパターンを形成した（図
３１の（ｇ））。

【０２１８】工程−ｈ コンタクトホール１８２部分以外にレジストを塗布する
ようなパターンを形成し、真空蒸着により厚さ５ナノメ
ートルのＴｉ、厚さ５００ナノメートルのＡｕを順次堆
積した。リフトオフにより不要の部分を除去することに
より、コンタクトホール１８２を埋め込んだ（図３１の
（ｈ））。

【０２１９】以上の工程により絶縁性基板９１上に下配
線９２、層間絶縁層１８１、上配線９３、素子電極２、
３、ダイヤモンド微粒子を有する導電性薄膜４等を形成
した。

【０２２０】次に、以上のようにしてダイヤモンド微粒
子を有する複数の導電性薄膜４が単純マトリクス配置さ
れた基板をリアプレート１０１上に固定した後、基板の
５ｍｍ上方に、フェースプレート１０６（ガラス基板１
０３の内面に蛍光膜１０４とメタルバック１０５が形成
されて構成される）を支持枠１０２を介し配置し、フェ
ースプレート１０６、支持枠１０２、リアプレート１０
１の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中あるいは
窒素雰囲気中で４００℃ないし５００℃で１０分以上焼
成することで封着した（図１０）。また、リアプレート
１０１への基板の固定もフリットガラスを行った。図１
０において、９２、９３はそれぞれＸ方向及びＹ方向の
素子配線である。蛍光膜１０４は、モノクロームの場合
は蛍光体のみから成るが、本実施例では蛍光膜１０４
は、図１１の（ａ）に示すような、ストライプ形状を採
用し、先にブラックストライプ１１１を形成し、その間
隙部に各色蛍光体１１２を塗布して、蛍光膜１０４を作
製した。ブラックストライプ１１１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１０３に蛍光体１１２を塗布する方法はスラリ
ー法を用いた。

【０２２１】また、蛍光膜１０４の内面側には通常メタ
ルバック１０５が設けられる。メタルバックは、蛍光膜
作製後、蛍光膜の内面側表面の平滑化処理（通常フィル
ミングと呼ばれる）を行い、その後、Ａｌを真空蒸着す
ることで作製した。

【０２２２】フェースプレート１０６には、更に蛍光膜
１０４の導電性を高めるため、蛍光膜１０４の外面側に
透明電極（不図示）が設けられてる場合もあるが、本実
施例では、メタルバックのみで十分な導伝性が得られた
ので省略した。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。

【０２２３】工程−ｉ 以上の工程にて作製された外囲器１０８内の雰囲気を、
排気管（不図示）を通じて真空ポンプにて排気し、十分
な真空度に達した後、端子Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘｍ及びＤｏ
ｙ１〜Ｄｏｙｎを通じ、各素子の素子電極２、３間に電
圧を印加して、前述のマトリクス配置された各導電性薄
膜４を通電処理（フォーミング処理）することにより各
導電性膜４に亀裂部（電子放出部）５を作成した（図３
２の（ｉ））。フォーミング処理の電圧波形は、図２５
のｂと同様であるが、本実施例ではＴ１を１ミリ秒、Ｔ
２を１０ミリ秒とし、約１×１０のマイナス７乗ｔｏｒ
ｒ以上の真空雰囲気下で行った。

【０２２４】次に、外囲器１０８内の雰囲気を排気管
（図示せず）を通じ１０のマイナス８乗ｔｏｒｒ程度の
真空度まで排気し、不図示の排気管をガスバーナーで熱
することで溶着し外囲器１０８の封止を行った。

【０２２５】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。

【０２２６】以上のように完成した本実施例の画像表示
装置（図１０）において、各電子放出素子９４には、容
器外端子Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘｍ及びＤｏｙ１〜Ｄｏｙｎ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１０５、あるいは透明電
極（不図示）に数ｋＶ以上の高圧を印加し、電子ビーム
を加速し、蛍光膜１０４に衝突させ、励起・発光させる
ことで画像を表示した。

【０２２７】また、本発明の画像形成装置は、例えばテ
レビジョン放送をはじめとする種々の画像情報源より提
供される画像情報を表示できるように構成した表示装置
であり、図１０に示した画像形成装置を図１２に示した
駆動回路を用いて、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて
表示を行った。

【０２２８】さらに、本実施例に使用した表面伝導型電
子放出素子を用いた画像表示装置は、明るく良好な画像
を長時間にわたって安定に表示することができた。

【０２２９】（実施例４）本実施例にかかわる基本的な
表面伝導型電子放出素子の構成は、図２０の（ａ）（平
面図）及び図２０の（ｂ）（断面図）と同様である。
尚、本実施例においても、図１５の（ａ）及び（ｂ）に
示す通り、基板１上に、同一形状の素子が、２個ずつ形
成されている基板Ａ、Ｂを２枚用意した。本実施例にお
いては、図１５の（ａ）に示したように、本実施例の表
面伝導型電子放出素子が形成された基板を基板Ａ、図１
５の（ｂ）に示したように、比較用の表面伝導型電子放
出素子が形成された基板を基板Ｂと呼ぶ。

【０２３０】本実施例の表面伝導型電子放出素子の基本
的な構成及び製造方法を図５、図２０及び図１５を用い
て以下に説明する。

【０２３１】工程−ａ 清浄化した青板ガラス上に厚さ０．５ミクロンのシリコ
ン酸化膜をスパッタ法で形成した基板１上に、素子電極
２、３と素子電極間ギャップＧとなるべきパターンをホ
ストレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−４１日立化成社製）
形成し、真空蒸着法により厚さ５００オングストローム
のＰｔを堆積した。ホストレジストパターンを有機溶剤
で溶解し、堆積膜をリフトオフし、素子電極間隔Ｌが３
ミクロン、素子電極の幅Ｗが３００ミクロンの素子電極
２、３を形成した（図５の（ａ））。

【０２３２】工程−ｂ 電子放出素子の導電性薄膜４をマスク蒸着を行うため
に、所望のマスクを用いて、膜厚１０００オングストロ
ームのＣｒ膜を真空蒸着により堆積したのち、そのうえ
にＰｄ金属を、スパッタ法で堆積した。こうして形成さ
れたＰｄ微粒子からなる導電性薄膜４の膜厚は１００オ
ングストローム、シート抵抗値は２×１０の３乗Ω／□
であった。

【０２３３】工程−ｃ Ｃｒ膜および焼成後の導電性薄膜４を酸エッチャントに
よりエッチングして所望のパターンを形成した（図５の
（ｂ））。

【０２３４】以上の工程により基板１上に、素子電極
２、３、導電性薄膜４等を形成した。

【０２３５】工程−ｄ 次に、図７の測定装置に設置し、真空ポンプにて排気
し、１０のマイナス６乗ｔｏｒｒの真空度に達した後、
素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源７１により、
２基板（基板Ａ、Ｂ）の各２素子の素子電極２、３間に
それぞれ、電圧を印加して、導電性薄膜４に亀裂部５を
形成するために通電処理（フォーミング処理）を行った
（図５の（ｃ））。フォーミング処理の電圧波形を図２
５の（ｂ）に示す。

【０２３６】図２５の（ｂ）中、Ｔ１及びＴ２は電圧波
形のパルス幅とパルス間隔であり、本実施例ではＴ１を
１ミリ秒、Ｔ２を１０ミリ秒とし、矩形波の波高値（フ
ォーミング処理時のピーク電圧）は０．１Ｖステップで
昇圧し、フォーミング処理を行った。また、フォーミン
グ処理中は、同時に、０．１Ｖの電圧で、Ｔ２間に抵抗
測定パルスを挿入し、抵抗を測定した。尚、フォーミン
グ処理の終了は、抵抗測定パルスでの測定値で、約１Ｍ
オーム以上になった時とし、同時に、素子への電圧の印
加を終了した。それぞれの素子のフォーミング電圧ＶＦ
は、基板Ａでは７．０Ｖと、比較用の基板Ｂでは７．１
Ｖであった。

【０２３７】工程−ｅ 続いて、フォーミング処理した基板Ａ上の２素子にそれ
ぞれ活性化工程を施し、ダイヤモンドを主成分とする薄
膜を約２００オングストローム形成した。形成条件は、
基板温度を室温、圧力１ｔｏｒｒ、ガス流量をＨ２：１
００ｓｃｃｍ、ＣＨ４：１ｓｃｃｍで、一対の素子電極
へのパルス状の電圧の印加は、図２２に従い、説明す
る。図２２の（ａ）において、横軸は、活性化工程の時
間、縦軸は、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅであり、縦軸
は、任意単位、横軸は、分単位であり、活性化工程は、
１０分で終了した。図２２の（ｂ）において、活性化工
程の初期および後期における素子電極に印加するパルス
の電圧波形であり、縦軸が電圧、横軸が時間、Ｔ１、Ｔ
２は、それぞれ、電圧波形のパルス幅とパルス間隔であ
る。活性化工程初期には、電圧２５Ｖ、Ｔ１は１００マ
イクロ秒、Ｔ２は１ミリ秒で行い、活性化の終了に近い
活性化後期では、電圧１５Ｖ、Ｔ１は５０マイクロ秒、
Ｔ２は１ミリ秒である。活性化初期から、後期にいたる
途中は、初期、後期のパルスの中間のパルスを与えた。
この様にして、活性化工程の進行にともない、パルスの
電圧波形を制御した。

【０２３８】一方、比較用の基板Ｂの２素子に対して
は、図７の測定装置内に置いたまま、アセトンガスを、
１０のマイナス４乗ｔｏｒｒ導入し、パルス幅１ミリ
秒、繰り返し周期１０ミリ秒、電圧１５Ｖの矩形パルス
を素子電極間に印加しながら、１５分間、活性化工程を
施した。尚、活性化工程とは、前述した図７の測定装置
内で、素子電極間に、パルス電圧を印加することを繰り
返し処理することで、著しく素子電流Ｉｆ及び放出電流
Ｉｅを増加する工程である。

【０２３９】以上の工程により、基板Ａ、Ｂの各々に２
素子ずつの電子放出素子を作製した。

【０２４０】上述の工程で作製し表面伝導型電子放出素
子の特性及び形態を把握するために、基板Ａ、Ｂ上の表
面伝導型電子放出素子を各１個ずつ、その電子放出特性
の測定を上述の図７の測定評価装置を用いて行った。ま
た残りの１個ずつを電子顕微鏡で形態の観察をした。ま
た、顕微ラマンを用いて、電子放出部近傍を観察した。

【０２４１】なお、アノード電極と電子放出素子間の距
離を４ｍｍ、アノード電極の電位を１ｋＶ、電子放出特
性測定時の真空装置内の真空度を１×１０のマイナス７
乗ｔｏｒｒとした。基板Ａ、Ｂの素子とも、素子電極２
及び３の間に素子電圧を１５Ｖ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。基板Ａ上に
形成された本実施例の表面伝導型電子放出素子では、
１．５ｍＡ程度の素子電流Ｉｆが流れ、電子を放出する
亀裂部５（電子放出部）より放出される電子の放出電流
Ｉｅは、１０μＡが観察された。一方、基板Ｂ上に形成
された比較用の表面伝導型電子放出素子形では、素子電
流Ｉｆ、放出電流Ｉｅそれぞれ１ｍＡ、１μＡが観察さ
れた。

【０２４２】電子顕微鏡で観察した基板Ａ、Ｂ上の各素
子の形態は、基板Ａ上の本実施例の表面伝導型電子放出
素子の形態については、図２０に示したものと同様に、
素子電極間の導電性薄膜４の亀裂部５の近傍に微粒子か
らなる被膜６が形成されていた。一方、基板Ｂ上の比較
用の表面伝導型電子放出素子では図１６のように、電子
を放出する亀裂部５（電子放出部）の一部より高電位側
を主として、被膜が形成されていた。

【０２４３】顕微ラマンでこれらの被膜を観察すると、
基板Ａ上の本実施例の表面伝導型電子放出素子は、ダイ
ヤモンドのピークが観察され、一方、基板Ｂ上の比較用
の表面伝導型電子放出素子では、グラファイト、アモル
ファスカーボンからなる炭素被膜が、観察された。

【０２４４】次に、これらの素子の動作安定性をみるた
めに、１５Ｖを印加し、動作し、素子電流Ｉｆ、放出電
流Ｉｅの変化を観察した。この結果、基板Ａ上の本実施
例の表面伝導型電子放出素子の方が、減少が少なかっ
た。つまり、本実施例の表面伝導型電子放出素子では、
ダイヤモンドを主成分とする微粒子からなる被膜を導電
性薄膜の亀裂５の近傍に形成したため、電力親和力ある
いは仕事関数の低下がおこり、素子電流Ｉｆ、放出電流
Ｉｅが、基板Ｂ上の比較用の表面伝導型電子放出素子と
比べて増加したと考えられる。又、動作安定性の増加
も、電子放出部先端の材料の安定性によるものと考えら
れる。

【０２４５】以上により、電子を放出する亀裂部５（電
子放出部）にダイヤモンドを主成分とする材料を有する
ので、より素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが安定し、且
つ、電子を放出する亀裂部５（電子放出部）より効率の
よい電子放出が得られた。

【０２４６】（実施例５）本実施例にかかわる基本的な
表面伝導型電子放出素子の構成を図２１（断面図）に示
す。尚、本実施例においても、図１５の（ａ）及び
（ｂ）に示す通り、基板１上に、同一形状の素子が、２
個ずつ形成されている基板Ａ、Ｂを２枚用意した。本実
施例においても、図１５の（ａ）に示したように、本実
施例の表面伝導型電子放出素子が形成された基板を基板
Ａ、比較用の表面伝導型電子放出素子が形成された基板
を基板Ｂと呼ぶ。

【０２４７】本実施例の表面伝導型電子放出素子の製造
方法を、図５、図１５及び図２１に基づいて説明する。

【０２４８】まず、前述した実施例４と同様に、図５の
（ａ）〜（ｃ）を用いて説明した工程−ａ、工程−ｂ、
工程−ｃ、工程−ｄを行った。

【０２４９】工程−ｅ 続いて、フォーミング処理した基板Ａ上の２素子にそれ
ぞれ活性化工程を施した。まず、第１の活性化工程を施
した。アセトンガスを、１０のマイナス４乗ｔｏｒｒ導
入し、素子電圧は１５Ｖ、Ｔ１は１ミリ秒、Ｔ２は１０
ミリ秒として電圧波形を素子電極間に印加しながら、５
分間で終了した。次に第２の活性化工程を施した。形成
条件は、基板温度を室温、圧力０．５ｔｏｒｒ、ガス流
量をＨ２：２００ｓｃｃｍ、Ｃ₂ Ｈ₄ ：１ｓｃｃｍで、
一対の素子電極へのパルス状の電圧の印加は、実施例４
と同様にし、７分間で終了した。

【０２５０】一方、基板Ｂ上の比較用の表面伝導型電子
放出素子の２素子に対しては、図７の測定装置内に置い
たまま、アセトンガスを、１０のマイナス４乗ｔｏｒｒ
導入し、パルス幅１ミリ秒、繰り返し周期１０ミリ秒、
電圧１５Ｖの矩形パルスを素子電極間に印加しながら、
１５分間、活性化工程を施した。

【０２５１】こうして、基板Ａ、Ｂ上に各２素子ずつを
作製した。

【０２５２】上述の工程で作製し表面伝導型電子放出素
子の特性及び形態を把握するために、基板Ａ、Ｂ上の表
面伝導型電子放出素子を各１個ずつ、その電子放出特性
の測定を上述の図７の測定評価装置を用いて行った。ま
た残りの１個ずつを電子顕微鏡で形態の観察をした。ま
た、顕微ラマンを用いて、電子放出部近傍を観察した。

【０２５３】なお、アノード電極と電子放出素子間の距
離を４ｍｍ、アノード電極の電位を１ｋＶ、電子放出特
性測定時の真空装置内の真空度を１×１０のマイナス７
乗ｔｏｒｒとした。基板Ａ、Ｂの素子とも、素子電極２
及び３の間に素子電圧を１５Ｖ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。基板Ａ上の
本実施例の表面伝導型電子放出素子では、１．８ｍＡ程
度の素子電流Ｉｆが流れ、電子を放出する亀裂部５（電
子放出部）より放出される電子の放出電流Ｉｅは、９μ
Ａが観察された。一方、基板Ｂ上の比較用の表面伝導型
電子放出素子では、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅそれぞ
れ１ｍＡ、１μＡが観察された。

【０２５４】電子顕微鏡で観察した基板Ａ上の本実施例
の表面伝導型電子放出素子の形態は、図２１に示したも
のと同様に、素子電極間の導電性薄膜４の亀裂部５の近
傍に微粒子からなる被膜が形成されていた。一方、基板
Ｂ上の比較用の表面伝導型電子放出素子でも、図１６の
ように電子を放出する亀裂部５（電子放出部）の一部よ
り高電位側を主として、被膜６が形成されていた。

【０２５５】顕微ラマンでこれらの被膜を観察すると、
基板Ａ上の本実施例の表面伝導型電子放出素子は、ダイ
ヤモンドのピークが主に観察され、更にグラファイトの
ピークも観察され、一方、比較用の表面伝導型電子放出
素子では、グラファイト、アモルファスカーボンからな
る炭素被膜が、観察された。

【０２５６】次に、これらの素子の動作安定性をみるた
めに、素子電極に１５Ｖを印加し、動作し、素子電流Ｉ
ｆ、放出電流Ｉｅの変化を観察した。この結果、上記本
実施例の表面伝導型電子放出素子の方が、素子電流Ｉ
ｆ、放出電流Ｉｅの減少が少なかった。つまり、本実施
例の表面伝導型電子放出素子では、ダイヤモンドを主成
分とする微粒子を主体とする被膜を導電性薄膜の亀裂近
傍に形成したため、電子親和力あるいは仕事関数の低下
がおこり、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、比較用の表
面伝導型電子放出素子と比べて増加したと考えられる。
動作安定性の増加は、電子放出部先端の材料の安定性に
よるものと考えられる。

【０２５７】以上により、電子を放出する亀裂部５（電
子放出部）にダイヤモンドを主成分とする材料を有する
ので、より素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが安定し、且
つ、電子を放出する亀裂部５（電子放出部）より効率の
よい電子放出が得られた。

【０２５８】（実施例６）本実施例は、多数の表面伝導
型電子放出素子を単純マトリクス配置した電子源を用い
た画像形成装置の例である。

【０２５９】電子源の一部の平面図を図１７に示す。ま
た、図中のＡ−Ａ′断面図を図１８に示す。但し図１
７、図１８で、同じ記号を示したものは、同じものを示
す。ここで１は基板、９２は図９のＤｘｍに対応するＸ
方向配線（下配線とも呼ぶ）、９３は図９のＤｙｎに対
応するＹ方向配線（上配線とも呼ぶ）、２、３は素子電
極、５は電子放出部、１８１は層間絶縁層、１８２は素
子電極２と下配線９２と電気的接続のためのコンタクト
ホールである。尚、本実施例において、４はダイヤモン
ドを主成分とする材料を有する導電性薄膜である。

【０２６０】以下に、上記電子源及びそれを用いた図１
０に示す画像形成装置の製造方法を、図３０の（ａ）〜
（ｄ）、図３１の（ｅ）〜（ｈ）、図３２の（ｉ）に基
づいて説明する。まず、本実施例においては図３０の
（ａ）〜（ｄ）、図３１の（ｅ）を用いた先に説明した
実施例３の工程−ａ〜工程ｅまでを同様に行った。

【０２６１】工程−ｆ 次に、素子間電極ギャップＬ及びこの近傍に開口を有す
るマスクにより膜厚１０００オングストロームのＣｒ膜
１８３を真空蒸着により堆積・パターニングし、そのう
えに有機Ｐｄ（ｃｃｐ４２３０奥野製薬（株）社製）溶
液に、平均粒径３００ｎｍのダイヤモンドパウダーを混
合し、予め超音波振動を１５分間し、ダイヤモンド微粒
子を粉砕し、分散させた溶液をスピンナーにより回転塗
布、３００℃で１０分間の加熱焼成処理をした。また。
こうして形成された主元素としてＰｄよりなる微粒子か
らなる導電性薄膜４の膜厚は１００オングストローム、
シート抵抗値は３．５×１０の４乗Ω／□であった。更
に上記導電性薄膜４はダイヤモンド微粒子が混合された
状態であった（図３１（ｆ））。

【０２６２】工程−ｇ Ｃｒ膜１８３及び焼成後の導電性薄膜４を酸エッチャン
トによりエッチングして所望のパターンを形成した（図
３１の（ｇ））。

【０２６３】工程−ｈ コンタクトホール１８２部分以外にレジストを塗布する
ようなパターンを形成し、真空蒸着により厚さ５ナノメ
ートルのＴｉ、厚さ５００ナノメートルのＡｕを順次堆
積した。リフトオフにより不要の部分を除去することに
より、コンタクトホール１８２を埋め込んだ（図３１の
（ｈ））。

【０２６４】以上の工程により絶縁性基板９１上に下配
線９２、層間絶縁層１６１、上配線９３、素子電極２、
３、ダイヤモンド微粒子を有する導電性薄膜４等を形成
した。

【０２６５】次に、以上のようにしてダイヤモンド微粒
子を有す複数の導電性薄膜４が単純マトリクス配置され
た基板をリアプレート１０１上に固定した後、基板の５
ｍｍ上方に、フェースプレート１０６（ガラス基板１０
３の内面に蛍光膜１０４とメタルバック１０５が形成さ
れて構成される）を支持枠１０２を介し配置し、フェー
スプレート１０６、支持枠１０２、リアプレート１０１
の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中あるいは窒
素雰囲気中で４００℃ないし５００℃で１０分以上焼成
することで封着した（図１０）。また、リアプレート１
０１への基板の固定もフリットガラスで行った。図１０
において、９２、９３はそれぞれＸ方向及びＹ方向の素
子配線である。蛍光膜１０４は、モノクロームの場合は
蛍光体のみから成るが、本実施例では蛍光膜１０４は、
図１１の（ａ）に示すような、ストライプ形状を採用
し、先にブラックストライプ１１１を形成し、その間隙
部に各色蛍光体１１２を塗布して、蛍光膜１０４を作製
した。ブラックストライプ１１１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１０３に蛍光体１１２を塗布する方法はスラリー
法を用いた。

【０２６６】また、蛍光膜１０４の内面側には通常メタ
ルバック１０５が設けられる。メタルバックは、蛍光膜
作製後、蛍光膜の内面側表面の平滑化処理（通常フィル
ミングと呼ばれる）を行い、その後、Ａｌを真空蒸着す
ることで作製した。

【０２６７】フェースプレート１０６には、更に蛍光膜
１０４の導電性を高めるため、蛍光膜１０４の外面側に
透明電極（不図示）が設けられる場合もあるが、本実施
例では、メタルバックのみで十分な導伝性が得られたの
で省略した。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。

【０２６８】工程−ｉ 以上の工程にて作製された外囲器１０８内の雰囲気を排
気管（不図示）を通じて真空ポンプにて排気し、十分な
真空度に達した後、端子Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘｍ及びＤｏｙ
１〜Ｄｏｙｎを通じ、各素子の電極２、３間に電圧を印
加して、前述のマトリクス配置された各導電性薄膜４を
通電処理（フォーミング処理）することにより各導電性
薄膜４に亀裂部を作成した（図３２の（ｉ））。フォー
ミング処理の電圧波形は、図２５のｂと同様であるが、
本実施例ではＴ１を１ミリ秒、Ｔ２を１０ミリ秒とし、
約１×１０のマイナス６乗ｔｏｒｒ以上の真空雰囲気下
で行った。

【０２６９】次に前述の実施例４の工程−ｅの活性化工
程を施した。尚、活性化工程のパルスは、実施例４と相
違して、一対の素子電極に、交互に高電位側、低電位側
が印加される様にした。ダイヤモンドを主成分とする微
粒子６を形成した。こうして、本実施例における電子放
出素子９４を作製した。

【０２７０】次に１０のマイナス７乗ｔｏｒｒ程度の真
空度まで排気し、２００℃でベーキングを１０時間行う
安定化工程を施した後、不図示の排気管をガスバーナー
で熱することで溶着し外囲器の封止を行った。

【０２７１】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。

【０２７２】以上のように完成した本実施例の画像表示
装置（図１０）において、各電子放出素子９４には、容
器外端子Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎ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１０５、あるいは透明電極
（不図示）に数ｋＶ以上の高圧を印加し、電子ビームを
加速し、蛍光膜１０４に衝突させ、励起・発光させるこ
とで画像を表示した。

【０２７３】また、本発明の画像形成装置は、例えばテ
レビジョン放送をはじめとする種々の画像情報源により
提供される画像情報を表示できるように構成した表示装
置であり、図１０に示した画像形成装置を図１２に示し
た駆動回路を用いて、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じ
て表示を行った。

【０２７４】また、本実施例の画像表示装置において
は、各電子放出素子９４は図１９の（ａ）（平面図）及
び（ｂ）（断面図）に対応する、ダイヤモンド微粒子を
主成分とする被膜６が、電子を放出する亀裂部５（電子
放出部）に形成されているのがわかった。

【０２７５】さらに、本実施例に使用した表面伝導型電
子放出素子を用いた画像表示装置は、明るく良好な画像
を長時間にわたって安定に表示することができた。

【０２７６】（実施例７）本実施例にかかわる基本的な
表面伝導型電子放出素子の構成は、図１の（ａ）（平面
図）及び図１の（ｂ）（断面図）と同様である。尚、本
実施例においても図１５の（ａ）及び（ｂ）に示す通り
基板１上に、同一形状の素子が、２個ずつ形成されてい
る基板Ａ、Ｂを２枚用意した。本実施例においては、図
１５の（ａ）に示したように、本実施例の表面伝導型電
子放出素子が形成された基板Ａ、図１５の（ｂ）に示し
たように、比較用の表面伝導型電子放出素子が形成され
た基板を基板Ｂと呼ぶ。

【０２７７】本実施例の表面伝導型電子放出素子の製造
方法の説明を図１、図５及び図２３に基づいて説明す
る。

【０２７８】工程−ａ 清浄化した青板ガラス上に厚さ０．５ミクロンのシリコ
ン酸化膜をスパッタ法で形成した基板１上に、素子電極
２、３と素子電極間ギャップＧとなるべきパターンをホ
トレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−４１日立化成社製）形
成し、真空蒸着法により厚さ５００オングストロームの
Ｐｔを堆積した。ホストレジストパターンを有機溶剤で
溶解し、堆積膜をリフトオフし、素子電極間隔Ｌが３ミ
クロン、素子電極の幅Ｗが３００ミクロンの素子電極
２、３を形成した（図５の（ａ））。

【０２７９】工程−ｂ 電子放出素子の導電性薄膜４をマスク蒸着を行うため
に、所望のマスクを用いて、膜厚１０００オングストロ
ームのＣｒ膜を真空蒸着により堆積したのち、そのうえ
にＩｒ金属を、スパッタ法で堆積した。こうして形成さ
れたＩｒ微粒子からなる導電性薄膜４の膜厚は１００オ
ングストローム、シート抵抗値は２×１０の３乗Ω／□
であった。

【０２８０】工程−ｃ Ｃｒ膜および焼成後の導電性薄膜４を酸エッチャントに
よりエッチングして所望のパターンを形成した（図５の
（ｂ））。

【０２８１】以上の工程により基板１上に、素子電極
２、３、導電性薄膜４等を形成した。

【０２８２】工程−ｄ 次に、図７の測定装置に設置し、真空ポンプにて排気
し、１０のマイナス６乗ｔｏｒｒの真空度に達した後、
素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源７１により、
２基板（基板Ａ、Ｂ）の各２素子の素子電極２、３間に
それぞれ、電圧を印加し、通電処理（フォーミング処
理）を行った（図５の（ｃ））。フォーミング処理の電
圧波形を図２５の（ｂ）に示す。

【０２８３】図２５の（ｂ）中、Ｔ１及びＴ２は電圧波
形のパルス幅とパルス間隔であり、本実施例ではＴ１を
１ミリ秒、Ｔ２を１０ミリ秒とし、矩形波の波高値（フ
ォーミング処理時のピーク電圧）は０．１Ｖステップで
昇圧し、フォーミング処理を行った。また、フォーミン
グ処理中は、同時に、０．１Ｖの電圧で、Ｔ２間に抵抗
測定パルスを挿入し、抵抗を測定した。尚、フォーミン
グ処理の終了は、抵抗測定パルスでの測定値で、約１Ｍ
オーム以上になった時とし、同時に、素子への電圧の印
加を終了した。それぞれの素子のフォーミング電圧ＶＦ
は、基板Ａでは７．４Ｖと、比較用の基板Ｂでは７．１
Ｖであった。

【０２８４】工程−ｅ 続いて、図２３に示すように、フォーミング処理した基
板Ａ上の２素子にそれぞれの素子電極が全て等電位とな
る様に結線して陰極とし、陽極２３３に表面が鏡面研磨
されたカーボン電極を用いて、直流高電圧電源２３４及
び電流計２３５を結線して容器２３１内に配置した。こ
こで、基板Ａと陽極電極２３３との距離は約２ｍｍとし
た。有機溶媒２３２として、関東化学（株）製電子工業
用エタノール（試薬特級、純度９９．５％）を用い、基
板Ａ及び陽極電極２３３が完全に浸るまで、容器２３１
内に満たした。その後、不図示のヒータによって容器２
３１を加熱し、溶媒２３２の温度を６０℃に保ちながら
１ｋＶの電圧を印加した。

【０２８５】初め、２ｍＡ／ｃｍ² の電流が流れ、１時
間後に約半分の電流となって一定となった。電圧印加開
始から３時間経ったところで素子を取り出し、窒素ブロ
ーによって乾燥させた後、大気中１２０℃のクリーンオ
ーブン中で２０分間加熱乾燥させた。

【０２８６】こうして得られた素子上の析出膜は、約３
００オングストロームの膜厚をもっていた。

【０２８７】一方、比較用の基板Ｂに対しては、図７の
測定装置内に置いたまま、アセトンガスを１０のマイナ
ス４乗ｔｏｒｒ導入し、パルス幅１ミリ秒、繰り返し周
期１０ミリ秒、電圧１５Ｖの矩形パルスを素子電極間に
印加しながら、１５分間、活性化工程を施した。

【０２８８】以上の工程により、基板Ａ、Ｂの各々に２
素子ずつの電子放出素子を作製した。

【０２８９】上述の工程で作製し表面伝導型電子放出素
子の特性及び形態を把握するために、基板Ａ，Ｂ上の表
面伝導電子放出素子を各１個すつ、その電子放出特性の
測定を上述の図７の測定評価装置を用いて行った。また
残りの１個ずつを電子顕微鏡で形態の観察をした。ま
た、顕微ラマンを用いて、電子放出部近傍を観察した。

【０２９０】なお、アノード電極と電子放出素子間の距
離を４ｍｍ、アノード電極の電位を１ｋＶ、電子放出特
性測定時の真空装置内の真空度を１×１０のマイナス７
乗ｔｏｒｒとした基板Ａ，Ｂの素子とも、素子電極２及
び３の間に素子電圧を１５Ｖ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。基板Ａ上に形
成された本実施例の表面伝導型電子放出素子では、４ｍ
Ａ程度の素子電流Ｉｆが流れ、電子を放出する亀裂部５
（電子放出部）より放出される電子の放出電流Ｉｅは、
１０μＡが観察された。一方、基板Ｂ上に形成された比
較用の表面伝導型電子放出素子では、素子電流Ｉｆ、放
出電流Ｉｅそれぞれ１ｍＡ、１μＡが観察された。

【０２９１】電子顕微鏡で観察した基板Ａ、Ｂの素子の
形態は、基板Ａ上の本実施例の表面伝導型電子放出素子
の形態については、図１に示したものと同様に、素子電
極間の導電性薄膜４の全体に微粒子からなる被膜が形成
されていた。一方、基板Ｂ上に形成された比較用の表面
伝導型電子放出素子では、電子を放出する亀裂部５（電
子放出部）の一部より高電位側として用いた導電性薄膜
上を主として、被膜が形成されていた。

【０２９２】顕微ラマンでこれらの被膜を観察すると、
前記本実施例の表面伝導型電子放出素子では、ダイヤモ
ンドのピークが観察され、一方、前記比較用の表面伝導
型電子放出素子では、グラファイト、アモルファスカー
ボンからなる炭素被膜が、観察された。

【０２９３】次に、これらの素子の動作安定性をみるた
めに、１５Ｖを印加し、動作し、素子電流Ｉｆ、放出電
流Ｉｅの変化を観察した。この結果、基板Ａ上の本実施
例の表面伝導型電子放出素子の方が、素子電流Ｉｆ、放
出電流Ｉｅの減少が少なかった。つまり、前記本実施例
の表面伝導型電子放出素子では、ダイヤモンドを主成分
とする微粒子からなる被膜を導電性薄膜の全体に形成し
たため、電子親和力の低下がおこり、素子電流Ｉｆ、放
出電流Ｉｅが、基板Ｂ上の比較用の表面伝導型電子放出
素子と比べて増加したと考えられる。動作安定性の増加
は、電子放出部先端の材料の安定性によるものと考えら
れ。

【０２９４】以上より、電子を放出する亀裂部５（電子
放出部）にダイヤモンドを主成分とする材料を有するの
で、より素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが安定し、且つ、
電子を放出する亀裂部５（電子放出部）より効率のよい
電子放出が得られた。

【０２９５】（実施例８）実施例にかかわる基本的な表
面伝導型電子放出素子の構成は、図１の（ａ）（平面
図）及び（ｂ）（断面図）と同様である。尚、実施例７
と同様に、同一形状の本実施例の素子が、２個形成され
ている基板Ｃを用意した。

【０２９６】本実施例に係わる表面伝導型電子放出素子
の構成及び製造方法を以下に説明する。まず、図５の
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を用いて前述した実施例７の工
程−ａ、工程−ｂ、工程−ｃ、工程−ｄを同様に行っ
た。

【０２９７】工程−ｅ 続いて、図２４に示すように、フォーミング処理した基
板Ｃ上の２素子を素子の形成面を上にして容器２４１内
に配置した。ここで、有機溶媒２４２として、キシダ化
学（株）製ベンゼン（試薬特級、純度９９．５％）を用
い、基板Ｃ表面が液面下２ｍｍとなるように容器２４１
内に満たした。ここで、高出力レーザ２４４としてコン
テニュアム社製モードロックＮｄ：ＹＡＧレーザ（パル
ス幅３０ナノ秒、２Ｊ／ｃｍ² ）を用い、素子のほぼ鉛
直上からレーザビームパルス２４４を５発照射した。こ
こで、レーザパルス２４３は、不図示のアパーチャーに
より約１ｍｍのビーム径に整形されており、導電性薄膜
４がちょうどビームの中心にくるように調整されてい
る。その後、素子を取り出し、窒素ブローによって乾燥
させた後、大気中１２０℃のクリーンオーブン中で２０
分間加熱乾燥させた。

【０２９８】こうして、基板Ｃ上に本実施例の表面伝導
型電子放出素子を作製した。

【０２９９】上述の工程で作製した表面伝導型電子放出
素子の特性及び形態を把握するために、基板Ｃ上の本実
施例の表面伝導型電子放出素子の１個を用い、その電子
放出特性の測定を上述の図７の測定評価装置を用いて行
った。また残りの１個を電子顕微鏡で形態の観察した。
また、顕微ラマンを用いて、電子放出部近傍を観察し
た。

【０３００】なお、アノード電極と電子放出素子間の距
離を４ｍｍ、アノード電極の電位を１ｋＶ、電子放出特
性測定時の真空装置内の真空度を１×１０のマイナス７
乗ｔｏｒｒとした。素子電極２及び３の間に素子電圧を
１５Ｖ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。その結果、２ｍＡ程度の素子電流Ｉ
ｆが流れ、放出電流Ｉｅは９μＡが観察された。

【０３０１】電子顕微鏡で観察した基板Ｃ上の本実施例
の表面伝導型電子放出素子の形態は、前記実施例７の基
板Ａ上に作製された表面伝導型電子放出素子と同様で、
素子電極間の導電性薄膜全体に微粒子からなる被膜が形
成されていた。

【０３０２】顕微ラマンで観察すると、基板Ｃ上の本実
施例の表面伝導型電子放出素子では、ダイヤモンドのピ
ークが主に観察され、更に、グラファイトのピークも観
察された。

【０３０３】次に、この素子の動作安定性をみるため
に、実施例７と同様に１５Ｖを印加し、動作し、素子電
流Ｉｆ、放出電流Ｉｅの変化を観察した。この結果、基
板Ｃ上の本実施例の表面伝導型電子放出素子は、前記実
施例７の基板Ａ上に作製された表面伝導型電子放出素子
と同様に、明らかに、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅの減
少が少なかった。つまり、実施例の表面伝導型電子放出
素子では、ダイヤモンドを主成分とする微粒子を主体と
する被膜を導電性薄膜の亀裂近傍に形成したため、電子
親和力あるいは仕事関数の安定がおこり、素子電流Ｉ
ｆ、放出電流Ｉｅが実施例７で述べた基板Ｂ上に作製さ
れた素子と比べて増加したと考えられる。動作安定性の
増加は、電子放出部先端の材料の安定性によるものと考
えられる。

【０３０４】以上により、電子を放出する亀裂部５（電
子放出部）にダイヤモンドを主成分とする材料を有する
ので、より素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが安定し、且
つ、電子を放出する亀裂部５（電子放出部）より効率の
よい電子の放出が得られた。

【０３０５】（実施例９）本実施例は、多数の表面伝導
型電子放出素子を単純マトリクス配置した電子源を用い
た画像形成装置の例である。

【０３０６】電子源の一部の平面図を図１７に示す。ま
た、図中のＡ−Ａ′断面図を図１８に示す。但し図１
７、図１８で、同じ記号を示したものは、同じものを示
す。ここで１は基板、９２は図９のＤｘｍに対応するＸ
方向配線（下配線とも呼ぶ）、９３は図９のＤｙｎに対
応するＹ方向配線（上配線とも呼ぶ）、２、３は素子電
極、５は電子放出部、１８１は層間絶縁層、１８２は素
子電極２と下配線９２と電気的接続のためのコンタクト
ホールである。尚、本実施例において、４はダイヤモン
ドを主成分とする材料を有する導電性薄膜である。

【０３０７】以下に、上記電子源及びそれを用いた図１
０に示す画像形成装置の製造方法を図３０の（ａ）〜
（ｄ）、図３１の（ｅ）〜（ｈ）、図３２の（ｉ）によ
り工程順に従って具体的に説明する。

【０３０８】工程−ａ 清浄化した青板ガラス上に厚さ０．５マイクロメートル
のシリコン酸化膜をスパッタ法で形成した基板１上に、
真空蒸着により厚さ５ナノメートルのＣｒ、厚さ６００
ナノメートルのＡｕを順次積層した後、ホストレジスト
（ＡＺ１３７０ヘキスト社製）をスピンナーにより回転
塗布、ベークした後、ホトマスク像を露光、現像して、
下配線９２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９
２を形成する（図３０の（ａ））。

【０３０９】工程−ｂ 次に厚さ１．０マイクロメートルのシリコン酸化膜から
なる層間絶縁層１８１をＲＦスパッタ法により堆積する
（図３０の（ｂ））。

【０３１０】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
１８２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１８１をエッチングして
コンタクトホール１８２を形成する（図３０の
（ｃ））。エッチングはＣＦ₄ とＨ₂ ガスを用いたＲＩ
Ｅ（Ｒｅａｃｔｉｖｅｌｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によ
った。

【０３１１】工程−ｄ その後、素子電極２、３と素子電極間ギャップＧとなる
べきパターンをホトレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−４１
日立化成社製）形成し、真空蒸着法により、厚さ１００
０オングストロームのＰｔを堆積した。ホトレジスタパ
ターンを有機溶剤で溶解し、Ｐｔ堆積膜をリフトオフ
し、素子電極間隔Ｌが３ミクロン、素子電極の幅Ｗが１
５０ミクロンの素子電極２、３を形成した（図３０の
（ｄ））。

【０３１２】工程−ｅ 素子電極２、３の上に上配線９３のホトレジストパター
ンを形成した後、厚さ５ナノメートルのＴｉ、厚さ５０
０ナノメートルのＡｕを順次真空蒸着により堆積し、リ
フトオフにより不要の部分を除去して、所望の形状の上
配線９３を形成した（図３１の（ｅ））。

【０３１３】工程−ｆ 素子間電極ギャップＬ及びこの近傍に開口を有するマス
クにより膜厚１０００オングストロームのＣｒ膜１８３
を真空蒸着により堆積・パターニングし、そのうえに有
機Ｐｂ（ｃｃｐ４２３０奥野製薬（株）社製）をスピン
ナーにより回転塗布、３００℃で１０分間の加熱焼成処
理をした。また、こうして形成された主元素としてＰｄ
よりなる微粒子からなる導電性薄膜４の膜厚は１００オ
ングストローム、シート抵抗値は５×１０の４乗Ω／□
であった（図３１の（ｆ））。

【０３１４】工程−ｇ Ｃｒ膜１８３及び焼成後の導電性薄膜４を酸エッチャン
トによりエッチングして所望のパターンを形成した（図
３１の（ｇ））。

【０３１５】工程−ｈ コンタクトホール１８２部分以外にレジストを塗布する
ようなパターンを形成し、真空蒸着により厚さ５ナノメ
ートルのＴｉ、厚さ５００ナノメートルのＡｕを順次堆
積した。リフトオフにより不要の部分を除去するとによ
り、コンタクトホール１８２を埋め込んだ（図３１の
（ｈ））。

【０３１６】工程−ｉ 以上の工程を経た基板１を真空装置内に配置して真空ポ
ンプにて排気し、十分な真空度に達した後、電極２、３
間に電圧を印加し、前記のマトリクス配置された、各導
電性薄膜４に亀裂部５を、該各導電性薄膜４を通電処理
（フォーミング処理）することにより作成した（図３２
の（ｉ））。前記フォーミング処理の電圧波形は、図２
５の（ｂ）と同様であるが、本実施例ではＴ１を１ミリ
秒、Ｔ２を１０ミリ秒とし、約１×１０のマイナス７乗
ｔｏｒｒ以上の真空雰囲気下で行った。

【０３１７】次に、フォーミング処理を施した基板１上
の各素子に、前述の実施例７と同様の図２３に示す方法
を用いて、ダイヤモンドを主成分とする微粒子からなる
薄膜の形成を行った。

【０３１８】以上の工程により絶縁性基板９１上に下配
線９２、層間絶縁層１８１、上配線９３、素子電極２、
３、導電性薄膜４、電子放出部５、ダイヤモンド薄膜６
（図１参照）等を形成した。

【０３１９】次に、以上のようにして多数の表面伝導型
電子放出素子９４が単純マトリクス配置された基板をリ
アプレート１０１上に固定した後、基板の５ｍｍ上方
に、フェースプレート１０６（ガラス基板１０３の内面
に蛍光膜１０４とメタルバック１０５が形成されて構成
される）を支持枠１０２を介し配置し、フェースプレー
ト１０６、支持枠１０２、リアプレート１０１の接合部
にフリットガラスを塗布し、大気中あるいは窒素雰囲気
中で４００℃ないし５００℃で１０分以上焼成すること
で封着した（図１０）。また、リアプレート１０１への
基板の固定もフリットガラスで行った。図１０におい
て、９２、９３はそれぞれＸ方向及びＹ方向の素子配線
である。蛍光膜１０４は、モノクロームの場合は蛍光体
のみから成るが、本実施例では蛍光膜１０４は、図１１
の（ａ）に示すような、ストライプ形状を採用し、先に
ブラックストライプ１１１を形成し、その間隙部に各色
蛍光体１１２を塗布して、蛍光膜１０４を作製した。ブ
ラックストライプ１１１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１
０３に蛍光体１１２を塗布する方法はスラリー法を用い
た。

【０３２０】また、蛍光膜１０４の内面側には通常メタ
ルバック１０５が設けられる。メタルバックは、蛍光膜
作製後、蛍光膜の内面側表面の平滑化処理（通常フィル
ミングと呼ばれる）を行い、その後、Ａ１を真空蒸着す
ることで作製した。

【０３２１】フェースプレート１０６には、更に蛍光膜
１０４の導電性を高めるため、蛍光膜１０４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。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。

【０３２２】以上のようにして作製した外囲器１０８の
雰囲気を排気管（図示せず）を通じ１０のマイナス６乗
ｔｏｒｒ程度の真空度まで排気し、不図示の排気管をガ
スバーナーで熱することで溶着し外囲器の封止を行っ
た。

【０３２３】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。

【０３２４】以上のように完成した本実施例の画像表示
装置において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄ₀ ×
１〜Ｄ₀ ×ｍ及びＤ₀ ｙ１〜Ｄ₀ ｙｎ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１０５、あるいは透明電極（不図示）
に数ｋＶ以上の高圧を印加し、電子ビームを加速し、蛍
光膜１０４に衝突させ、励起・発光させることで画像を
表示した。

【０３２５】また、本発明の画像形成装置は、たとえば
テレビジョン放送をはじめとする種々の画像情報源より
提供される画像情報を表示できるように構成した表示装
置であり、図１０に示した画像形成装置を図１２に示し
た駆動回路を用いて、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じ
て表示を行なった。

【０３２６】さらに、本実施例に使用した表面伝導型電
子放出素子を用いた画像表示装置は、明るく良好な画像
を長時間にわたって安定に表示することができた。

【０３２７】（実施例１０）本実施例は、図２６及び図
２７のようなダイヤモンド金属からなる微粒子を一対の
素子電極間に分散した電子放出素子の例である。

【０３２８】本実施例は、図２８に示すような工程で電
子放出素子を作成した。

【０３２９】１）まず、青板ガラス基板２８０１上にス
パッタ蒸着法により白金よりなる金属膜２８０２を約５
０ｎｍ形成した（図２８のＡ）。

【０３３０】２）この基板上に、０．２５μｍ以下の人
工合成ダイヤモンド砥粒をエチルアルコールに分散させ
たものを散布し、乾燥させてダイヤモンド粒子２８０３
を基板上に固定した（図２８のＢ）。なお、同様に形成
しサンプルを別途、走査型電子顕微鏡で観察したとこ
ろ、基板上に約２００ｎｍ以下のダイヤモンド粒子が数
個程度凝集しながら分散して存在しているのが確認され
た。

【０３３１】３）この基板上に電極２８０４を形成し、
基板を真空容器中に設置し、真空度が１×１０の７乗Ｔ
ｏｒｒになるまで排気した。電極間に電圧を印加するこ
とで通電加熱し、金属層の一部を溶融または蒸発させ
て、金属膜を不連続化する。これにより、金属膜中に金
属が凝集し、間隔の広がった個所（電子放出部）２８０
５が形成される（図２８のＣ）。なお、同様に形成した
サンプルを別途、走査型電子顕微鏡で観察したところ、
金属が凝集し、間隔の広がった個所（電子放出部）が金
属膜に形成されているのが観察された。

【０３３２】４）更に、基板の真上に、透明導電膜２８
０７及び蛍光体２８０８が形成された青板ガラス２８０
６を設置する。電極２８０４間に、電源２８０９を用い
て電圧を印加すると、金属が凝集し、間隔の広がった個
所（電子放出部）２８０５付近のダイヤモンド粒子より
電子放出が起こり、更に、引き出し電圧印加用電源２８
１０を用いて電子を加速させることにより、蛍光体２８
０８を発光させることができる（図２８のＤ）。

【０３３３】本実施例の電子放出素子において、放出電
流の安定性は非常に高く、５００時間の耐久テスト中で
の電流値の変動は、±１０％以下であった。

【０３３４】（実施例１１）本実施例は、図２６及び図
２７のようなダイヤモンド金属からなる微粒子を一対の
素子電極間に分散した電子放出素子の例である。

【０３３５】本実施例は、図２９に示すような工程で電
子放出素子を作成した。

【０３３６】１）まず、石英基板２９０１上に気相合成
法によりダイヤモンド粒子２９０２を分散して形成す
る。合成方法は、公知の熱フィラメントＣＶＤ法で、合
成条件は、フィラメント温度；２１００℃、圧力；５×
１０の３乗Ｐａ、基板温度８３０℃で、原料ガスは、水
素；１００ｍｌ／ｍｉｎ、メタン；１ｍｌ／ｍｉｎで、
合成時間；８分、とした。なお、同様に形成したサンプ
ルを別途、走査型電子顕微鏡で観察したところ、基板上
に約１５０ｎｍ以下のダイヤモンド粒子が分散して存在
しているのが確認された（図２９のＡ）。

【０３３７】２）この基板上に、スパッタ蒸着法により
金属膜２９０３を約５０ｎｍ形成した（図２９のＢ）。

【０３３８】３）この基板上に電極２９０４を形成し、
基板を真空容器中に設置し、真空度が１×１０の７乗Ｔ
ｏｒｒになるまで排気した。電極間に電圧を印加するこ
とで通電加熱し、金属層の一部を溶融または蒸発させ
て、金属膜を不連続化する。これにより、金属膜中に金
属が凝集し、間隔の広がった個所（電子放出部）２９０
５が形成される（図２９のＣ）。なお、同様に形成した
サンプルを別途、走査型電子顕微鏡で観察したところ、
金属が凝集し、間隔の広がった個所（電子放出部）２９
０５が金属膜に形成されているのが観察された。

【０３３９】４）更に、基板の真上に、透明導電膜２９
０７及び蛍光体２９０８が形成された青板ガラス２９０
６を設置する。電極２９０４間に、電源２９０９を用い
て電圧を印加すると、金属が凝集し、間隔の広がった個
所（電子放出部）２９０５付近のダイヤモンド粒子より
電子放出が起こり、更に、引き出し電圧２９１０を用い
て電子を加速させることにより、蛍光体２９０８を発光
させることができる（図２９のＤ）。

【０３４０】本実施例の電子放出素子において、放出電
流の安定性は非常に高く、５００時間の耐久テスト中で
の電流値の変動は、±１０％以下であった。

【０３４１】（実施例１２）本実施例は、図２６及び図
２７のようなダイヤモンド金属からなる微粒子を一対の
素子電極間に分散した電子放出素子の例である。

【０３４２】本実施例ではダイヤモンド粒子の大きさの
依存性について検討を行った。

【０３４３】本実施例では、実施例１０と同様に図２８
に示すような行程で電子放出素子を作成した。

【０３４４】１）まず、石英ガラス基板上にスパッタ蒸
着法によりパラジウム薄膜を焼く６０ｎｍ形成した。

【０３４５】２）この基板上に、公知のマイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法によりダイヤモンド粒子を形成した。合成
条件は、マイクロ波出力；６５０Ｗ、圧力；２×１０の
３乗Ｐａ、基板温度；８００℃で、原料ガスは、水素；
１５０ｍｌ／ｍｉｎ、エチルアルコール；１ｍｌ／ｍｉ
ｎとし、合成時間に変えて、表１に示すような種々の粒
子径のダイヤモンド粒子を形成した。なお、同様に形成
したサンプルを別途、走査型電子顕微鏡で観察したとこ
ろ、基板上にダイヤモンド粒子が分散して存在している
のが確認された。

【０３４６】また、電極の形成及び金属膜の不連続化方
法、さらには電子放出測定の条件は実施例１０と同様に
した。

【０３４７】表１によれば、粒子径が５００ｎｍ以下に
おいて良好な電子放出量を有することが分かる。

【０３４８】また、本実施例の電子放出素子において、
放出電流の安定性は非常に高く、５００時間の耐久テス
ト中での電流値の変動は、±１０％以下であった。

【０３４９】

【表１】

【０３５０】（実施例１３）本実施例は、図２６及び図
２７のようなダイヤモンド金属からなる微粒子を一対の
素子電極間に分散した電子放出素子の例である。

【０３５１】本実施例においては、不連続金属層の厚み
の依存性について検討を行った。本実施例においては不
連続金属層の膜厚を変化させる以外は実施例１２と同様
にして電子放出素子を作成した。

【０３５２】表２によれば、不連続金属層膜厚が１００
ｎｍ以下において良好な電子放出量を有することが分か
る。

【０３５３】また、本実施例の電子放出素子において、
放出電流の安定性は非常に高く、５００時間の耐久テス
ト中での電流値の変動は、±１０％以下であった。

【０３５４】

【表２】

【０３５５】（実施例１４）本実施例は、図２６及び図
２７のようなダイヤモンド金属からなる微粒子を一対の
素子電極間に分散した電子放出素子の例である。

【０３５６】本実施例では、種々の金属層を用いて電子
放出素子を作成した。

【０３５７】本実施例においては、金属層の種類を変化
させる以外は、実施例１２と同様にして電子放出素子を
作成した。

【０３５８】

【表３】

【０３５９】表３によれば、金属層材質として貴金属
（酸化パラジウム、金―銅合金、銀、白金―ロジウム）
を含有することにより良好な電子放出量を有することが
分かる。

【０３６０】（実施例１５）図３３は、前記説明の表面
伝導型放出素子を電子ビーム源として用いたディスプレ
イパネルに、たとえばテレビジョン放送をはじめとする
種々の画像情報源より提供される画像情報を表示できる
ように構成した表示装置の一例を示すための図である。
図中３３００はディスプレイパネル、３３０１はディス
プレイパネルの駆動回路、３３０２はデイスプレイコン
トローラ、３３０３はマチプレクサ、３３０４はデコー
ダ、３３０５は入出力インターフェース回路、３３０６
はＣＰＵ、３３０７は画像生成回路、３３０５および３
３０９および３３１０は画像メモリーインターフェース
回路、３３１１は画像入力インターフェース回路、３３
１２および３３１３はＴＶ信号受信回路、３３１４は入
力部である。（なお、本表示装置は、たとえばテレビジ
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）。

【０３６１】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。

【０３６２】まず、ＴＶ信号受信回路３３１３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為の回路である。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方式をはじめ
とするいわゆる高品位ＴＶ）は、大面積化や大画素数化
に適した前記ディスプレイパネルの利点を生かすのに好
適な信号源である。ＴＶ信号受信回路３３１３で受信さ
れたＴＶ信号は、デコーダ３３０４に出力される。

【０３６３】また、ＴＶ信号受信回路３３１２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３３１３と同様に、受
信するＴＶ信号の方式に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３３０４に
出力される。

【０３６４】また、画像入力インターフェース回路３３
１１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３３０
４に出力される。

【０３６５】また、画像メモリーインターフェース回路
３３１０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３３０４に出力さ
れる。

【０３６６】また、画像メモリーインターフェース回路
３３０９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３３０４に出力される。

【０３６７】また、画像メモリーインターフェース回路
３３０８は、いわゆる静止画ディスクのように、静止画
像データを記憶している装置から画像信号を取り込むた
めの回路で、取り込まれた静止画像データは３３０４に
入力される。

【０３６８】また、入出力インターフェース回路３３０
５は、本表示装置と、外部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ＣＰＵ３３０６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。

【０３６９】また、画像生成回路３３０７は、前記入出
力インターフェース回路３３０５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ＣＰＵ
３３０６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
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。

【０３７０】本回路により生成された表示用画像データ
は、デコーダ３３０４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３３０５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。

【０３７１】また、ＣＰＵ３３０６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かか
わる作業を行う。

【０３７２】たとえば、マルタプレクサ３３０３に制御
信号を出力し、ディスプレイパネルに表示する画像信号
を適宜選択したり組み合わせたりする。また、その際に
は表示する画像信号に応じてディスプレイパネルコント
ローラ３３０２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。

【０３７３】また、前記画像生成回路３３０７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を介して外部のコン
ピュータやメモリーをアクセスして画像データや文字・
図形情報を入力する。なお、ＣＰＵ３３０６は、むろん
のこれ以外の目的の作業にも関わるものであって良い。
たとえは、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か
かわっても良い。あるいは、前述したように入出力イン
ターフェース回路３３０５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良い。

【０３７４】また、入力部３３１４は、前記ＣＰＵ３３
０６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事が可能であ
る。

【０３７５】また、デコーダ３３０４は、前記３３０７
ないし３３１３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３３０４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ＭＵＳＥ方式をはじめとして、
逆変換するに際して画像メモリーを必要とするようなテ
レビ信号を扱うためである。また、画像メモリーを備え
る事により、静止画の表示が容易になる。あるいは前記
画像生成回路３３０７およびＣＰＵ３３０６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。

【０３７６】また、マルチプレクサ３３０３は、前記Ｃ
ＰＵ３３０６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３３０３はデコーダ３３０４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３３０１に出力する。その場合には、一画面表示時
間内で画像信号を切り替えて選択することにより、いわ
ゆる多画面テレビのように、一画面を複数の領域に分け
て領域に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。

【０３７７】また、ディスプレイパネルコントローラ３
３０２は、前記ＣＰＵ３３０６より入力される制御信号
にもとづき駆動回路３３０１の動作を制御するための回
路である。

【０３７８】まず、ディスプレイパネルの基本的な動作
に関わるものとして、たとえばディスプレイパネルの駆
動用電源（図示せず）の動作シーケンスを制御するため
の信号を駆動回路３３０１に対して出力する。また、デ
ィスプレイパネルの駆動方法に関わるものとして、たと
えば画面表示周波数や走査方法（たとえばインターレー
スかノンインターレースか）を制御するための信号を駆
動回路３３０１に対して出力する。

【０３７９】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３３０１に対して出力する場合
もある。

【０３８０】また、駆動回路３３０１は、ディスプレイ
パネル３３００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３３０３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３３
０２より入力される制御信号にもとづいて動作するもの
である。

【０３８１】以上、各部の機能を説明したが、図３３に
例示した構成により、本表示装置においては多様な画像
情報源より入力される画像情報をディスプレイパネル３
３００に表示する事が可能である。すなわち、テレビジ
ョン放送をはじめとする各種の画像信号はデコーダ３３
０４において逆変換された後、マルチプレクサ３３０３
において適宜選択され、駆動回路３３０１に入力され
る。一方、ディスプレイコントローラ３３０２は、表示
する画像信号に応じて駆動回路３３０１の動作を制御す
るための制御信号を発生する。駆動回路３３０１は、上
記画像信号と制御信号にもとづいてディスプレイパネル
３３００に駆動信号を印加する。これにより、ディスプ
レイパネル３３００において画像が表示される。これら
の一連の動作は、ＣＰＵ３３０６により統括的に制御さ
れる。

【０３８２】また、本表示装置においては、前記デコー
ダ３３０４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路３３
０７および情報の中から選択したものを表示するだけで
なく、表示する画像情報に対して、たとえば拡大、縮
小、回転、移動、エッジ強調、間引き、補間、色変換、
画像の縦横比変換などをはじめとする画像処理や、合
成、消去、接続、入れ換え、はめ込みなどをはじめとす
る画像編集を行う事も可能である。また本実施例の説明
では特に触れなかったが、上記画像処理や画像編集と同
様に、音声情報に関しても処理や編集を行なうための専
用回路を設けても良い。

【０３８３】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。

【０３８４】なお、上記図３３は、表面伝導型放出素子
を電子ビーム源とするディスプレイパネルを用いた表示
装置の構成の一例を示したにすぎず、これのみに限定さ
れるものでない事は言うまでもない。たとえば、図３３
の構成要素のうち使用目的上必要のない機能に関わる回
路は省いても指し支えない。またこれとは逆に、使用目
的によってはさらに構成要素を追加しても良い。たとえ
ば、本表示装置をテレヒ電話機として応用する場合に
は、テレビカメラ、音声マイク、照明機、モデムを含む
送受信回路などを構成要素に追加するのが好適である。

【０３８５】本表示装置においては、とりわけ表面伝導
型放出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネルの
薄形化が容易なため、表示装置の奥行きを小さくするこ
とができる。それに加えて、本発明の表面伝導型放出素
子を電子ビーム源とするディスプレイパネルは大輝度が
高く、駆動時の安定性の高い表示装置であった。

【０３８６】

【発明の効果】本発明の電子放出素子は、電極間に、電
子放出部を有する導電性薄膜が設けられた電子放出素子
において、電子放出部が、ダイヤモンドを主成分とする
材料を有することを特徴とする電子放出素子である。

【０３８７】また、本発明の電子放出素子の製造方法
は、電極間に、電子放出部を有する導電性膜が設けられ
た電子放出素子の製造方法において、電子放出部にダイ
ヤモンドを形成する工程を有することを特徴とする。

【０３８８】更に、電極間に、電子放出部を有する導電
性膜が設けられた電子放出素子の製造方法において、ダ
イヤモンドを有する導電性膜に、電子放出部を形成する
工程を有することを特徴とする。

【０３８９】本発明の電子を放出する亀裂部（電子放出
部）にダイヤモンドを主成分とする材料を形成した電子
放出素子によれば、導電性薄膜が、熱伝導率が高く、融
点も高いなど熱的に安定で、真空中に存在する残存ガス
に対しても、化学的に安定であり、また、電子を放出す
る亀裂部（電子放出部）が、低電子親和力のダイヤモン
ドを主成分とする被膜で被覆されているので、おおきな
放出電流、動作駆動時の放出電流のノイズ、及び減少が
少なくすることができる。

【０３９０】本発明の電子放出素子の製造方法によれ
ば、電子放出部を形成する工程であるフォーミング処理
工程とダイヤモンド形成工程を有するので、電子放出部
を形成する工程であるフォーミング処理工程で形成され
た亀裂部を保護しながら、安定な電子放出素子を形成す
ることができる。

【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１例を示す
模式的平面図及び断面図である。

【図２】図１の中で、導電性薄膜と部分的に拡大した模
式図である。

【図３】従来の表面伝導型電子放出素子の一例を示す模
式図である。

【図４】本発明の適用可能な垂直型表面伝導型電子放出
素子の構成を示す模式図である。

【図５】本発明の表面伝導型電子放出素子の製造方法の
１例を示す模式図である。

【図６】本発明の適用可能な表面伝導型電子放出素子の
製造に際して採用できる通電フォーミング処理における
電圧三角波形の一例を示す模式図である。

【図７】測定評価機能を備えた真空処理装置の一例を示
す模式図である。

【図８】本発明の表面伝導型電子放出素子についての放
出電流Ｉｅ、素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関係の一例
を示すグラフである。

【図９】本発明の単純マトリクス配置した電子源の一例
を示す模式図である。

【図１０】本発明の画像形成装置の表示パネルの一例を
示す模式図である。

【図１１】蛍光膜の一例を示す模式図である。

【図１２】画像形成装置にＮＴＳＣ方式のテレビ信号に
応じて表示を行なうための駆動回路の一例を示すブロッ
ク図である。

【図１３】本発明の梯子配置の電子源の一例を示す模式
図である。

【図１４】本発明の画像形成装置の表示パネルの一例を
示す模式図である。

【図１５】本発明にかかわる表面伝導型電子放出素子の
構成図である。

【図１６】比較用の従来技術を使用した表面伝導型電子
放出素子の断面図である。

【図１７】本発明の単純マトリックス配置した電子源の
一部を示す平面図である。

【図１８】図１７中のＡ−Ａ′断面図である。

【図１９】本発明の表面伝導型電子放出素子の１例を示
す模式図である。

【図２０】本発明の表面伝導型電子放出素子の１例を示
す断面図である。

【図２１】本発明の表面伝導型電子放出素子の１例を示
す断面図てある。

【図２２】本発明にかかわる活性化工程の１例を示す模
式図である。

【図２３】本発明にかかわる電気分解によるダイヤモン
ド形成方法を示す模式図である。

【図２４】本発明にかかわる熱分解によるダイヤモンド
形成方法を示す模式図である。

【図２５】本発明の適用可能な表面伝導型電子放出素子
の製造に際して採用できる通電フォーミング処理におけ
る電圧矩形波形の１例を示す模式図である。

【図２６】本発明の電子放出素子の模式的構成図であ
る。

【図２７】本発明の電子放出素子の別の模式的構成図で
ある。

【図２８】電子放出素子の作成工程である。

【図２９】電子放出素子の別の作成工程である。

【図３０】本発明の電子源の製造方法の１例を示す模式
図である。

【図３１】本発明の電子源の製造方法の１例を示す模式
図である。

【図３２】本発明の電子源の製造方法の１例を示す模式
図である。

【図３３】画像情報を表示できるように構成した本発明
の表示装置の１例を示す図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 素子電極 ３ 素子電極 ４ 導電性薄膜 ５ 電子放出部 ６ ダイヤモンド薄膜 ４１ 段差形成部 ７０ 電流計 ７１ 電源 ７２ 電流計 ７３ 高圧電源 ７４ アノード電極 ７５ 真空容器 ７６ 排気ポンプ ９１ 基板 ９２ Ｘ方向配線 ９３ Ｙ方向配線 ９４ 表面伝導型電子放出素子 ９５ 結線 １０１ リアプレート １０２ 支持枠 １０３ ガラス基板 １０４ 蛍光膜 １０５ メタルバック １０６ フェースプレート １０７ 排気管 １０８ 外囲器 １１１ 黒色導電材 １１２ 蛍光体 １２１ 画像表示パネル １２２ 走査回路 １２３ 制御回路 １２４ シフトレジスタ １２５ ラインメモリ １２６ 同期信号分離回路 １２７ 変調信号発生器 １３０ 基板 １３１ 表面伝導型電子放出素子 １３２ 共通配線 １４０ グリッド電極 １４１ 空孔 １４２ 端子 １４３ 端子 １４４ 基板 １８１ 層間絶縁層 １８２ コンタクトホール １８３ Ｃｒ膜 ２３１ 容器 ２３２ 有機溶媒 ２３３ 陽極 ２３４ 直流高圧電源 ２３５ 電流計 ２４１ 容器 ２４２ 有機溶媒 ２４３ レーザパルス ２４４ レーザビームパルス ２６０１ 絶縁性基板 ２６０２ 不連続金属層 ２６０３ ダイヤモンド粒子 ２６０４ 電子放出部 ２７０１ 絶縁性基板 ２７０２ ダイヤモンド粒子 ２７０３ 不連続金属層 ２７０４ 電子放出部 ２８０１ 青板ガラス基板 ２８０２ 金属膜 ２８０３ ダイヤモンド粒子 ２８０４ 素子電極 ２８０５ 電子放出部 ２８０６ 青板ガラス ２８０７ 透明導電膜 ２８０８ 蛍光体 ２８０９ 電源 ２８１０ 引きだし電圧印加用電源 ２９０１ 石英基板 ２９０２ ダイヤモンド粒子 ２９０３ 金属膜 ２９０４ 電極 ２９０５ 電子放出部 ２９０６ 青板ガラス ２９０７ 透明導電膜 ２９０８ 蛍光体 ２９０９ 電源 ２９１０ 引き出し電圧印加用電源 ３３００ ディスプレイパネル ３３０１ 駆動回路 ３３０２ ディスプレイパネルコントローラ ３３０３ マルチプレクサ ３３０４ デコーダ ３３０５ 入出力インターフェース回路 ３３０６ ＣＰＵ ３３０７ 画像生成回路 ３３０８ 画像メモリインターフェース回路 ３３０９ 画像メモリインターフェース回路 ３３１０ 画像メモリインターフェース回路 ３３１１ 画像入力インターフェース回路 ３３１２ ＴＶ信号受信回路 ３３１３ ＴＶ信号受信回路 ３３１４ 入力部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平林 敬二 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 谷口 靖 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 (32)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極間に、電子放出部を有する導電性膜
   が設けられた電子放出素子において、該電子放出部が、
   ダイヤモンドを主成分とする材料を有することを特徴と
   する電子放出素子。
2. 【請求項２】 前記導電性膜が、グラファイトを有する
   請求項１に記載の電子放出素子。
3. 【請求項３】 前記導電性膜は、ダイヤモンドを主成分
   とする材料と前記導電性膜を構成する導電性材料とが混
   在した膜である請求項１に記載の電子放出素子。
4. 【請求項４】 前記導電性材料が、前記ダイヤモンドを
   主成分とする材料で被覆されている請求項３に記載の電
   子放出素子。
5. 【請求項５】 前記導電性膜を構成する導電性微粒子の
   一部が、ダイヤモンド微粒子で被覆されている請求項１
   に記載の電子放出素子。
6. 【請求項６】 前記電子放出素子が、表面伝導型電子放
   出素子である請求項１〜５のいずれかに記載の電子放出
   素子。
7. 【請求項７】 入力信号に応じて電子を放出する電子源
   であって、請求項１〜６のいずれかに記載の電子放出素
   子を、基板上に複数個配置したことを特徴とする電子
   源。
8. 【請求項８】 基板上に、前記電子放出素子を複数個並
   列に配置し、個々の該電子放出素子の両端を配線に接続
   した該電子放出素子の行を複数個有し、且つ、該電子放
   出素子の変調する手段を有する請求項１に記載の電子
   源。
9. 【請求項９】 基板上に、互いに電気的に絶縁されたｍ
   本のＸ方向配線とｎ本のＹ方向配線とを、前記電子放出
   素子の一対の電極と接続した請求項７に記載の電子源。
10. 【請求項１０】 入力信号に基づいて、画像を形成する
    画像形成装置であって、画像形成部材と請求項７〜９の
    いずれかに記載の電子源を有することを特徴とする画像
    形成装置。
11. 【請求項１１】 前記画像形成部材が、蛍光体である請
    求項１０に記載の画像形成装置。
12. 【請求項１２】 電極間に、電子放出部を有する導電性
    膜が設けられた電子放出素子の製造方法において、導電
    性膜に形成された電子放出部に、ダイヤモンドを形成す
    る工程を有することを特徴とする電子放出素子の製造方
    法。
13. 【請求項１３】 電極間に、電子放出部を有する導電性
    膜が設けられた電子放出素子の製造方法において、ダイ
    ヤモンドを含む導電性膜に、電子放出部を形成する工程
    を有することを特徴とする電子放出素子の製造方法。
14. 【請求項１４】 電極間に、電子放出部を有する導電性
    膜が設けられた電子放出素子の製造方法において、グラ
    ファイトを含む導電性膜に、ダイヤモンドを形成する工
    程を有することを特徴とする電子放出素子の製造方法。
15. 【請求項１５】 電極間に、電子放出部を有する導電性
    膜が設けられた電子放出素子の製造方法において、導電
    性膜に形成された電子放出部に、グラファイト及びダイ
    ヤモンドを形成する工程を有することを特徴とする電子
    放出素子の製造方法。
16. 【請求項１６】 前記ダイヤモンドを含む導電性膜に、
    更に、ダイヤモンドを形成する工程を有する請求項１３
    に記載の電子放出素子の製造方法。
17. 【請求項１７】 前記ダイヤモンドを含む導電性膜の形
    成工程は、ダイヤモンドを分散させた有機金属溶液を塗
    布する工程を有する請求項１３に記載の電子放出素子の
    製造方法。
18. 【請求項１８】 前記ダイヤモンドを形成する工程は、
    有機溶媒を電気分解して、導電性膜にダイヤモンドを堆
    積させる請求項１２に記載の電子放出素子の製造方法。
19. 【請求項１９】 前記ダイヤモンドを形成する工程は、
    有機溶媒を熱分解して、導電性膜にダイヤモンドを堆積
    させる請求項１２に記載の電子放出素子の製造方法。
20. 【請求項２０】 前記ダイヤモンドを形成する工程は、
    ダイヤモンドを形成するための原料ガスの中で、導電性
    膜上に、ダイヤモンドを化学的気相成長させる請求項１
    ２に記載の電子放出素子の製造方法。
21. 【請求項２１】 前記ダイヤモンドを含む導電性膜の形
    成工程は、前記ダイヤモンドを形成するための原料ガス
    の中で、導電性膜上に、ダイヤモンドを化学的気相成長
    させる請求項１３に記載の電子放出素子の製造方法。
22. 【請求項２２】 前記ダイヤモンドを形成する工程は、
    前記ダイヤモンドを形成するための原料ガスの中で、導
    電性膜に、電圧を印加する工程を有する請求項１２に記
    載の電子放出素子の製造方法。
23. 【請求項２３】 前記電圧を印加する工程は、導電性膜
    の局部的温度が、８００℃以上１２００℃以下となる電
    圧を印加する工程である請求項２２に記載の電子放出素
    子の製造方法。
24. 【請求項２４】 更に、グラファイトを形成するための
    原料ガスの中で、導電性膜に、該導電性膜の局部的温度
    が、１２００℃より大きく２０００℃以下となる電圧を
    印加する工程を有する請求項２３に記載の電子放出素子
    の製造方法。
25. 【請求項２５】 前記電圧を印加する工程が、一対の電
    極間に、交互に高電位、低電位を印加する工程である請
    求項２２〜２４のいずれかに記載の電子放出素子の製造
    方法。
26. 【請求項２６】 前記グラファイトを形成するための原
    料ガスの中の有機物質の分圧比が、前記ダイヤモンドを
    形成するための原料ガス中の有機物質の分圧比よりも大
    きい請求項２４に記載の電子放出素子の製造方法。
27. 【請求項２７】 前記ダイヤモンドを形成するための原
    料ガスが、有機物質を有する請求項２０〜２６のいずれ
    かに記載の電子放出素子の製造方法。
28. 【請求項２８】 前記ダイヤモンドを形成するための原
    料ガスが、有機物質とその希釈ガスを有する請求項２７
    に記載の電子放出素子の製造方法。
29. 【請求項２９】 前記希釈ガスが、水素、又はフッソガ
    ス、又は水素及びフッソガスの混合ガスである請求項２
    ８に記載の電子放出素子の製造方法。
30. 【請求項３０】 更に、前記ダイヤモンドを形成するた
    めの原料ガスの中で、導電性膜上に、ダイヤモンドを化
    学的気相成長させる請求項１７に記載の電子放出素子の
    製造方法。
31. 【請求項３１】 更に、前記ダイヤモンドを形成するた
    めの原料ガスの中で、導電性膜に、電圧を印加する工程
    を有する請求項１７に記載の電子放出素子の製造方法。
32. 【請求項３２】 画像形成部材及び電子放出素子を有す
    る画像形成装置の製造方法において、請求項１２〜３１
    に記載の電子放出素子の製造方法により、製造される画
    像形成装置の製造方法。