JPH09223459A - 電子放出素子、電子源、および画像形成装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大面積化が容易でかつ電力効率が良い電子放
出素子およびこれを用いた輝度むらの少ない画像形成装
置を提供する。 【解決手段】 電極２，３間に電子放出部５が形成され
た導電性膜４を有する電子放出素子の製造方法におい
て、前記電子放出部の形成工程が、酸化物あるいは金属
と酸化物とで構成された導電性膜の還元工程と、この還
元工程の前後に行われる、該導電性膜への通電工程とを
有する。

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、電
子源、画像形成装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子放出素子として熱電子源と冷
陰極電子源の２種類が知られている。冷陰極電子源には
電界放出型（以下ＦＥ型と略す）、金属／絶縁層／金属
型（以下ＭＩＭ型と略す）や表面伝導型電子放出素子等
がある。ＦＥ型の例としてはＷ．Ｐ．Ｄｙｋｅ ＆
Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏ
ｎ”，Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）あるいはＣ．Ａ．Ｓ
ｐｉｎｄｔ，“ＰＨＹＳＩＣＡＬ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅ
ｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓ
ｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｍｏｌｙｂｄ
ｅｎｉｕｍ ｃｏｎｅｓ”Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，
４７，５２４８８（１９７６）等が知られている。

【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型の例としては、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ．Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ Ｐｙｓ．，１０，（１９６５）等がある。

【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Ｅｌｉｎｓｏ
ｎ等によるＳｎＯ₂ 薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜による
もの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ，“Ｔｈｉｎ ＳｏｌｉｄＦ
ｉｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］．Ｉｎ₂ ０₃ ／
ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔ ｗｅｌｌ ａ
ｎｄ Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ，“ＩＥＥＥＴｒａｎ
ｓ．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】これらの表面伝導型電子放出素子の典型的
な素子構成として前述のＭ．Ｈａｒｔｗｅｌｌの素子構
成を図２３に示す。同図において２２１は基板である。
２２４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、後述の通電
フォーミングと呼ばれる通電処理により電子放出部２２
３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。尚、電
子放出部２２３の位置および形状については、不明であ
るので模式図として表した。

【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２２４を予め
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２２３を形成するのが一般的であった。即ち、通電フ
ォーミングとは前記導電性薄膜２２４両端に直流電圧あ
るいは非常にゆっくりとした昇電圧例えば１Ｖ／分程度
を印加通電し、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
２２３を形成することである。尚、電子放出部２２３は
導電性薄膜２２４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。前記通電フォーミング処理をし
た表面伝導型電子放出素子は、上述導電性薄膜２２４に
電圧を印加し、素子に電流を流すことにより、上述電子
放出部２２３より電子を放出せしめるものである。

【０００８】上述の表面伝導型放出素子は、構造が単純
で製造も容易であることから、大面積にわたり多数素子
を配列形成できる利点がある。そこで、この特徴を生か
せるようないろいろな応用が研究されている。例えば、
荷電ビーム源、表示装置等があげられる。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、後述する
様に、梯型配置と呼ぶ並列に表面伝導型電子放出素子を
配列し、個々の素子の両端を配線（共通配線とも呼ぶ）
で、それぞれ結線した行を多数行配列した電子源があげ
られる（例えば、特開昭６４−０３１３３２、特開平１
−２８３７４９、２−２５７５５２等）。また、特に表
示装置等の画像形成装置においては、近年、液晶を用い
た平板型表示装置が、ＣＲＴに替わって、普及してきた
が、自発光型でないため、バックライトを持たなければ
ならない等の問題点があり、自発光型の表示装置の開発
が、望まれてきた。自発光型表示装置としては、表面伝
導型電子放出素子を多数配置した電子源と電子源より放
出された電子によって、可視光を発光せしめる蛍光体と
を組み合わせた表示装置である画像形成装置が、あげら
れる（例えば、ＵＳＰ５０６６８８３）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来、導電性薄膜２２
４は金属膜に比較し、抵抗が十分大きなもので構成して
いた。これは、通電フォーミングにより電子放出部を形
成するため、電子放出部形成用の導電性薄膜の抵抗を小
さくすると通電フォーミングに要する電流が大きくな
り、複数素子を同時に通電フォーミングするマルチ電子
源などの製造には現実的でない大電流仕様の通電処置装
置が必要になってしまうためである。

【００１０】一方、これら電子源およびこれを用いた画
像形成装置においては、装置の大型化（大面積化）に伴
い、素子電極等のパターンニングには、表面伝導型電子
放出素子の素子電極間の長さ（ギャップ長）が、３μｍ
以上好ましくは、数１０μｍ以上であることが、露光機
の性能、および歩留まり等製造上の問題より必要とな
る。

【００１１】上述の導電性薄膜として金属の酸化物ある
いは金属と酸化物の混合物薄膜を用いて適度な抵抗の薄
膜を実現しているが、特に広ギャップ長の素子におい
て、フォーミング時に電極ギャップ内に形成される亀裂
幅に分布が発生するという問題が発生する場合があっ
た。これは広ギャップにすることでギャップ内に該導電
性薄膜の膜厚分布等で発生する抵抗分布が大きくなり、
通電フォーミングで消費される電力が局所的に異なって
しまうことで亀裂幅に分布が発生したものである。亀裂
幅分布が存在する素子の駆動電極間に電圧をかけ、電子
を亀裂部から放出させる際、この分布により、亀裂部に
印加される電界強度にも分布が発生し、電子放出部が一
部に偏り結果として蛍光体の画素中心と電子ビーム中心
がずれてしまい輝度が低下する場合もあり、輝度の分布
を発生させる原因となっていた。更に上記金属酸化物の
膜厚が薄く抵抗が大きい場合、フォーミング電流が流れ
ず、亀裂が形成されない部分が発生した。これは電子放
出駆動の際、オーミックなリーク電流となり、駆動電力
を上昇させる原因ともなっていた。

【００１２】ここで、該導電性薄膜の膜厚分布が存在し
た場合のフォーミング時の亀裂形成について図２２を用
いて説明する。図２２（ａ）中、１は絶縁性基板、２、
３は金属の電極で素子に電流を注入するものである。４
は導電性薄膜、２１７は導電性薄膜の中央部、２１８、
２１９は導電性薄膜の両端部を示す。フォーミングは外
部の電源Ｖから電極２、３を通じて導電性薄膜に電圧を
印加して電流を流すことで行うのであるが、ここでは電
子放出部が電極間の中央部で形成される際、その両端部
２１８、２１９と中央部２１７で導電性薄膜の膜厚が異
なる場合を考え、その中央部２１７の膜厚が両端部２１
８、２１９に比較して厚いとしたが、一般には、導電性
薄膜の膜厚は異なっていても構わない。

【００１３】この際、導電性薄膜中央部２１７の膜厚を
ｄｓ、幅をｗｓ、抵抗をＲｓ、両端部２１８、２１９の
導電性薄膜の膜厚をｄｆ、幅をｗｆ、抵抗をＲｆとする
と、素子は、図２２（ｂ）のような等価回路でフォーミ
ングされることになる。導電性薄膜の抵抗率を一定値ρ
とし、フォーミングに必要な電力をＰ０とすると導電性
薄膜は並列につながった抵抗成分となるため、電力Ｐ０
を印加するのに必要な駆動電圧は両端部２１８、２１９
でＶｆ、中央部でＶｓとすると数１式で示される。

【００１４】

【数１】 すなわちｄｓに対するｄｆの比が小さくなるほどＶｆは
大きくなってしまい、極端に薄くなった場合、フォーミ
ングに必要な電圧が過剰に大きくなり、既にフォーミン
グされている亀裂幅を広げたり、通電により該導電性薄
膜の還元が進行し、低抵抗化により大電流が流れる等に
より亀裂幅の分布発生の原因となる場合があった。

【００１５】図２２（ｃ）のようにフォーミングが不完
全な場合、電子放出駆動時のリーク電流による消費電力
の増加の要因となっていた。素子数を増やすと、リーク
電流は素子数に応じて大きくなるため、画素数を増やし
た高品位画像形成装置、ならびに大画面画像形成装置で
は消費電力が不必要に大きくなる欠点を有していた。さ
らに、電力の効率向上を考えると素子の膜厚分布を小さ
く抑える必要が生じ、素子形状の設計の自由度を制限
し、印刷、インクジェット法、バブルジェット法など簡
便な製造方法による導電性薄膜では、膜厚分布を小さく
形成するのは難しく、大量生産は困難であるという問題
があった。

【００１６】そこで本発明の目的は、かかる従来の問題
を鑑みて、簡易な構成でかつ容易に、装置の大型化（大
面積化）にも適用可能な、電力効率の良い電子放出素
子、したがって輝度むらの少ない画像形成装置を実現す
ることにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明では、電極間に電子放出部が形成された導電性膜
を有する電子放出素子の製造方法において、前記電子放
出部の形成工程が、酸化物あるいは金属と酸化物とで構
成された導電性膜の還元工程と、該還元工程の前後に行
われる、該導電性膜への通電工程とを有することを特徴
とする。

【００１８】また、前記導電性膜が、ＰｄＯ、Ｓｎ
Ｏ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＰｂＯ、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＭｏＯ、Ｍｏ
Ｏ_２から選ばれる酸化物、あるいはＰｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、
Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚ
ｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂから選ばれる金属と前記酸化
物との混合物で構成されていることを特徴とする。

【００１９】また、前記還元工程の前に行われる通電工
程は、前記導電性膜に流れる電流が所定の電流値以下に
なったところで終了することを特徴とする。

【００２０】また、基体上に、複数の電子放出素子が配
置された電子源の製造方法において、前記電子放出素子
が、上記いずれかの方法にて製造されることを特徴とす
る。

【００２１】また、基体上に、複数の電子放出素子が配
置された電子源と、前記電子源からの電子の照射により
画像を形成する画像形成部材とを有する画像形成装置の
製造方法において、前記電子放出素子が、上記いずれか
の方法にて製造されることを特徴とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】次に本発明の好ましい実施形態を
示す。まず、本発明の特徴であるフォーミング工程につ
いて図１を用いて説明する。通電フォーミングと呼ばれ
る通電処理は、素子電極２、３間に、不図示の電源より
通電し、導電性薄膜４の部位に、構造の変化した電子放
出部５を形成するものである。この通電フォーミングに
より導電性薄膜４を局所的に破壊、変形もしくは変質せ
しめ、構造の変化した部位を電子放出部５と呼ぶ。通電
フォーミングの電圧波形の例を図２に示す。

【００２３】図２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り、Ｔ１を１マイクロ秒〜１
０ミリ秒、Ｔ２を１０マイクロ秒〜１００ミリ秒とし、
三角波の波高値（通電フォーミングパルスのピーク電
圧）は、例えば０．１Ｖステップ程度づつ、増加させ、
適当な真空雰囲気下で印加する。

【００２４】尚、三角波の波高値と波高値での電流値を
図３に示した。電流の波高値のピーク値をＩｍａｘ、こ
の時の電圧をＶｍａｘとしている。

【００２５】通常、通電フォーミング処理の終了は、三
角波の最大電圧印加時の電流値がピークパルス間隔Ｔ２
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、例えば０．１Ｖ程度の電圧で、素子電流を測定
し、抵抗値を求め、例えば、１Ｍオーム以上の抵抗を示
した時、通電フォーミングを終了とする。しかし、前述
した導電性薄膜の膜厚分布により高抵抗化が困難な場
合、Ｉｍａｘに対して一定の割合の電流値となったとこ
ろで第１回目のフォーミングを終了する。Ｉｍａｘに対
する割合は該導電性薄膜の材料、平均膜厚により適当に
設定するものであるが、好ましくは９０％以下である
（Ｉｅｎｄ／Ｉｍａｘ≦０．９）。

【００２６】そして次に真空中における加熱処理、還元
ガス雰囲気処理等により還元処理を行う。これは還元処
理装置７に素子を装着し、導電性薄膜４の全面が完全に
還元されるまで処理を行う。

【００２７】そして最後に還元後の導電性薄膜を、再度
通電フォーミングする。工程の内容は第１回目と同様に
して行い、素子電流を測定し、抵抗値を求め、例えば、
１Ｍオーム以上の抵抗を示した時、通電フォーミングを
終了する。ここで還元により膜厚が薄く抵抗の比較的高
かった部分が低抵抗化し、電流が流れる様になるため低
電圧でフォーミングが終了可能となるわけである。

【００２８】これにより電子放出素子は、フォーミング
により形成される亀裂が均一になり、電子放出部の位置
および放出量の再現性が増し、製造歩留まりが向上す
る。また、多数の素子を形成した場合、素子間の電子放
出量のばらつきが減少し、均一性も向上する。更に、大
面積基板上に電子放出素子を形成する場合、本発明の製
造方法を用いることで該導電性薄膜の膜厚のマージンを
広げることが可能となるため、印刷、インクジェット、
バブルジェット、スプレー法等の簡便な方法で、安価に
素子を製造可能となる。そして上記電子源を用いた画像
形成装置によれば、大型で輝度の均一性が高い表示装置
が実現可能となる。

【００２９】まず、平面型表面伝導型電子放出素子につ
いて説明する。図４は、本発明を適用可能な平面型表面
伝導型電子放出素子の構成を示す模式図であり、図４
（ａ）は平面図、図４（ｂ）は断面図である。図４にお
いて１は基板、２と３は素子電極、４は導電性薄膜、５
は電子放出部である。

【００３０】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。

【００３１】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等の金属或は合金およびＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒ
ｕＯ₂ 、Ｐｄ−Ａｇ等の金属或は金属酸化物とガラス等
から構成される印刷導体、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 等の透明導電体お
よびポリシリコン等の半導体材料等から適宜選択するこ
とができる。

【００３２】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、好ましくは、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。

【００３３】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。

【００３４】尚、図４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。

【００３５】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が１０² から１０⁷ Ω／□の値であ
る。なおＲｓは、厚さがｔ、幅がｗで長さが１の薄膜の
抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ（１／ｗ）とおいたときに現れる。

【００３６】導電性薄膜４を構成する材料は、ＰｄＯ、
ＳｎＯ₂ 、Ｉｎ₂０₃ 、ＰｂＯ、Ｓｂ₂Ｏ₃ 、ＭｏＯ，Ｍ
ｏＯ₂ 等の酸化物、あるいはＰｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｇ、
Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓ
ｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等の金属と前記酸化物との混合物等
の中から適宜選択される。

【００３７】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、１０Åから２００Å
の範囲である。

【００３８】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。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。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。

【００３９】「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。「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１０ｎｍ程度か
ら２〜３ｎｍ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）。

【００４０】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。「創
造科学技術推進制度の“超微粒子プロジェクト”（１９
８１〜１９８６）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
ｆｉｎｅｐａｒｔｉｃｌｅ）と呼ぶことにした。すると
１個の超微粒子はおよそ１００〜１０⁸個くらいの原子
の集合体ということになる。原子の尺度でみれば超微粒
子は大〜巨大粒子である。」（「超微粒子ー創造科学技
術ー」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１
２〜１３行目）。

【００４１】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。

【００４２】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により構成され、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。電子放出部５
及びその近傍の導電性薄膜４には、炭素あるいは炭素化
合物を有することもできる。

【００４３】次に、垂直型表面伝導型電子放出素子につ
いて説明する。図５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。図５においては、図４に示した部位
と同じ部位には図４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
および３、導電性薄膜４、電子放出部５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、段さ
形成部の製法、および、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から数マイ
クロメートルの範囲が好ましい。

【００４４】導電性薄膜４は、素子電極２および３と段
差形成部２１作製後、該素子電極２、３の上に積層され
る。電子放出部５は、図５においては、段差形成部２１
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ない。

【００４５】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６に模式的
に示す。

【００４６】以下、図４及び６を参照しながら製造方法
の一例について説明する。図６においても、図４に示し
た部位と同じ部位には図４に付した符号と同一の符号を
付している。

【００４７】（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
技術を用いて基板１上に素子電極２、３を形成する（図
６（ａ））。

【００４８】（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６（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、ス
プレー法等の他パターニングを必要としないインクジェ
ット法、バブルジェット法を用いることもできる。

【００４９】（３）つづいて本発明の特徴であるフォー
ミング工程について図１を用いて説明する。

【００５０】通電フォーミングに呼ばれる通電処理は、
素子電極２、３間に、不図示の電源より、通電し、導電
性薄膜４の部位に、構造の変化した電子放出部５を形成
するものである。この通電フォーミングにより導電性薄
膜４を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、構造の
変化した部位を電子放出部５と呼ぶ。通電フォーミング
の電圧波形の例を図２に示す。

【００５１】図２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り、Ｔ１を１マイクロ秒〜１
０ミリ秒、Ｔ２を１０マイクロ秒〜１００ミリ秒とし、
三角波の波高値（通電フォーミングパルスのピーク電
圧）は、例えば０．１Ｖステップ程度づつ、増加させ、
適当な真空雰囲気下で印加する。尚、三角波の波高値と
波高値での電流値を図３に示した。電流の波高値のピー
ク値をＩｍａｘ、この時の電圧をＶｍａｘとしている。

【００５２】通常、通電フォーミング処理の終了は、三
角波の最大電圧印加時の電流値がピークパルス間隔Ｔ２
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、例えば０．１Ｖ程度の電圧で、素子電流を測定
し、抵抗値を求め、例えば、１Ｍオーム以上の抵抗を示
した時、通電フォーミングを終了とする。しかし、前述
した導電性薄膜の膜厚分布により高抵抗化が困難な場
合、Ｉｍａｘに対して一定の割合の電流値となったとこ
ろ、あるいはＶｍａｘに対して一定の割合の電圧となっ
たところで第１回目のフォーミングを終了する。Ｉｍａ
ｘ、Ｖｍａｘに対する割合は該導電性薄膜の材料、平均
膜厚により適当に設定するものであるが、好ましくは９
０％以下である。

【００５３】（４）そして次に真空中における加熱処
理、還元ガス雰囲気処理等により還元処理を行う。これ
は還元処理装置７（図１）に素子を装着し、導電性薄膜
４の全面が完全に還元されるまで処理を行う。

【００５４】（５）そして最後に還元後の導電性薄膜
を、再度通電フォーミングする。工程の内容は第１回目
と同様にして行い、素子電流を測定し、抵抗値を求め、
例えば、１Ｍオーム以上の抵抗を示した時、通電フォー
ミングを終了する。ここで還元により膜厚が薄く抵抗の
比較的高かった部分が低抵抗化し、電流が流れる様にな
るため低電圧でフォーミングが終了可能となるわけであ
る。

【００５５】（６）フォーミングを終えた素子には活性
化工程と呼ばれる処理を施すのが好ましい。活性化工程
とは、この工程により、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅ
が、著しく変化する工程である。

【００５６】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
いて真空容器内に排気した場合に雰囲気内に残留する有
機ガスを利用して形成することができる他、イオンポン
プなどにより一旦十分に排気した真空中に適当な有機物
質のガスを導入することによっても得られる。このとき
の好ましい有機物質のガス圧は、前述の応用の形態、真
空容器の形状や、有機物質の種類などにより異なるため
場合に応じ適宜設定される。適当な有機物質としては、
アルカン、アルケン、アルキンの脂肪族炭化水素類、芳
香族炭化水素類、アルコール類、アルデヒド類、ケトン
類、アミン類、フェノール、カルボン酸、スルホン酸等
の有機酸類等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で表される飽和炭
化水素、エチレン、プロピレンなどＣ_n Ｈ_2n等の組成式
で表される不飽和炭化水素、ベンゼン、トルエン、メタ
ノール、エタノール、ホルムアルデヒド、アセトアルデ
ヒド、アセトン、メチルエチルケトン、メチルアミン、
エチルアミン、フェノール、蟻酸、酢酸、プロピオン酸
等が使用できる。この処理により、雰囲気中に存在する
有機物質から、炭素あるいは炭素化合物が素子上に堆積
し、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、著しく変化するよ
うになる。

【００５７】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。なおパルス
幅、パルス間隔、パルス波高値などは適宜設定される。

【００５８】炭素および炭素化合物とは、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、Ｐ
Ｇは結晶粒が２００オングストローム程度で結晶構造が
やや乱れたもの、ＧＣは結晶粒が２０オングストローム
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。）や非晶質カーボン（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、５００オングス
トローム以下の範囲とするのが好ましく、３００オング
ストローム以下の範囲とすることがより好ましい。

【００５９】（７）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。

【００６０】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^-8Ｔｏｒｒ以下が好まし
く、さらには１×１０^-10 Ｔｏｒｒ以下が特に好まし
い。さらに真空容器内を排気するときには、真空容器全
体を加熱して、真空容器内壁や、電子放出素子に吸着し
た有機物質分子を排気しやすくするのが好ましい。この
ときの加熱条件は、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、１〜３×１０^-7Ｔｏｒｒ以下が
好ましく、さらに１×１０^-8Ｔｏｒｒ以下が特に好まし
い。

【００６１】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。

【００６２】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。
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。

【００６３】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４に示した部
位と同じ部位には図４に付した符号と同一の符号を付し
ている。図７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は導電性薄膜、５は電
子放出部である。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
薄膜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
捕捉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。

【００６４】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。

【００６５】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。図８からも明らかなように、本発明を
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。

【００６６】即ち、（ｉ）本素子はある電圧（しきい値
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、一方しきい値電圧Ｖ
ｔｈ以下では放出電流Ｉｅがほとんど検出されない。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。（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５４
に捕捉される放出電荷は、素子電圧Ｖｆを印加する時間
に依存する。つまり、アノード電極５４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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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。本発明を適用可能な表面伝導型
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。

【００７０】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。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。まず単純マトリクス
配置について以下に詳述する。

【００７１】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）〜（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、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、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。

【００７２】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、７１は電子
源基板、７２はＸ方向配線、７３はＹ方向配線である。
７４は表面伝導型電子放出素子、７５は結線である。な
お、表面伝導型電子放出素子７４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。

【００７３】ｍ本のＸ方向配線７２は、ＤＸ１、ＤＸ
２、・・・ 、ＤＸｍからなり、真空蒸着法、印刷法、スパ
ッタ法等を用いて形成された導電性金属等で構成するこ
とができる。配線の材料、膜厚、幅は、適宜設計され
る。Ｙ方向配線７３は、ＤＹ１、ＤＹ２、・・・ 、ＤＹｎ
のｎ本の配線よりなり、Ｘ方向配線７２と同様に形成さ
れる。これらｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ方向配線
７３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）。

【００７４】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７２を形成した基板７１の
全面或は一部に所望の形状で形成され、特に、Ｘ方向配
線７２とＹ方向配線７３の交差部の電位差に耐え得るよ
うに、膜厚、材料、製法が、適宜設定される。Ｘ方向配
線７２とＹ方向配線７３は、それぞれ外部端子として引
き出されている。

【００７５】表面伝導型放出素子７４を構成する一対の
電極（不図示）は、ｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ方
向配線７３と導電性金属等からなる結線７５によって電
気的に接続されている。

【００７６】配線７２と配線７３を構成する材料、結線
７５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。

【００７７】Ｘ方向配線７２には、Ｘ方向に配列した表
面伝導型放出素子７４の行を、選択するための走査信号
を印加する不図示の走査信号印加手段が接続される。一
方、Ｙ方向配線７３には、Ｙ方向に配列した表面伝導型
放出素子７４の各列を入力信号に応じて、変調するため
の不図示の変調信号発生手段が接続される。各電子放出
素子に印加される駆動電圧は、当該素子に印加される走
査信号と変調信号の差電圧として供給される。

【００７８】上記構成においては、単純なマトリクス配
線を用いて、個別の素子を選択し、独立に駆動可能とす
ることができる。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
行なうための駆動回路の一例を示すブロック図である。

【００７９】図１０において、７１は電子放出素子を複
数配した電子源基板、８１は電子源基板７１を固定した
リアプレート、８６はガラス基板８３の内面に蛍光膜８
４とメタルバック８５等が形成されたフェースプレート
である。８２は、支持枠であり該支持枠８２には、リア
プレート８１、フェースプレート８６がフリットガラス
等を用いて接続されている。８８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。

【００８０】７４は、図４における電子放出部に相当す
る。７２、７３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。

【００８１】外囲器８８は、上述の如く、フェースプレ
ート８６、支持枠８２、リアプレート８１で構成され
る。リアプレート８１は主に基板７１の強度を補強する
目的で設けられるため、基板７１自体で十分な強度を持
つ場合は別体のリアプレート８１は不要とすることがで
きる。即ち、基板７１に直接支持枠８２を封着し、フェ
ースプレート８６、支持枠８２及び基板７１で外囲器８
８を構成しても良い。一方、フェースプレート８６、リ
アプレート８１間に、スペーサーとよばれる不図示の支
持体を設置することにより、大気圧に対して十分な強度
をもつ外囲器８８を構成することもできる。

【００８２】図１１は、蛍光膜を示す模式図である。蛍
光膜８４は、モノクロームの場合は蛍光体のみから構成
することができる。カラーの蛍光膜の場合は、蛍光体の
配列によりブラックストライプあるいはブラックマトリ
クスなどと呼ばれる黒色導電材９１と蛍光体９２とから
構成することができる。ブラックストライプ、ブラック
マトリクスを設ける目的は、カラー表示の場合、必要と
なる三原色蛍光体の各蛍光体９２間の塗り分け部を黒く
することで混色等を目立たなくすることと、蛍光膜８４
における外光反射によるコントラストの低下を抑制する
ことにある。ブラックストライプの材料としては、通常
用いられている黒鉛を主成分とする材料の他、導電性が
あり、光の透過及び反射が少ない材料を用いることがで
きる。

【００８３】ガラス基板８３に蛍光体を塗布する方法
は、モノクローム、カラーによらず、沈澱法、印刷法等
が採用できる。蛍光膜８４の内面側には、通常メタルバ
ック８５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８
６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の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。

【００８４】フェースプレート８６には、更に蛍光膜８
４の導電性を高めるため、蛍光膜８４の外面側に透明電
極（不図示）を設けてもよい。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。

【００８５】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。外囲器８８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^-7Ｔｏｒｒ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８８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８８の封止を行う直前あるいは封止後に、抵抗加熱
あるいは高周波加熱等を用いた加熱により、外囲器８８
内の所定の位置（不図示）に配置されたゲッターを加熱
し、蒸着膜を形成する処理である。ゲッターは通常Ｂａ
等が主成分であり、該蒸着膜の吸着作用により、例えば
１×１０^-5ないしは１×１０^-7Ｔｏｒｒ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。

【００８６】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、１０１は画像表示パネル、１０２は走査回路、１０
３は制御回路、１０４はシフトレジスタである。１０５
はラインメモリ、１０６は同期信号分離回路、１０７は
変調信号発生器、Ｖｘ及びＶａは直流電圧源である。

【００８７】表示パネル１０１は、端子Ｄｏｘ１〜Ｄｏ
ｘｍ、端子Ｄｏｙ１〜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〜Ｄ
ｏｘｍ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）ずつ順次駆動するた
めの走査信号が印加される。

【００８８】端子Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎ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１０Ｋ［Ｖ］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。

【００８９】走査回路１０２について説明する。同回路
は、内部にＭ個のスイッチング素子を備えたもので（図
中、Ｓ１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
０［Ｖ］（グランドレベル）のいずれか一方を選択し、
表示パネル１０１の端子Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍと電気
的に接続される。Ｓ１〜Ｓｍの各スイッチング素子は、
制御回路１０３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。

【００９０】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（電子放出しきい値電圧）に基
づき走査されていない素子に印加される駆動電圧が電子
放出しきい値電圧以下となるような一定電圧を出力する
よう設定されている。

【００９１】制御回路１０３は、外部より入力する画像
信号に基づいて適切な表示が行われるように各部の動作
を整合させる機能を有する。制御回路１０３は、同期信
号分離回路１０６より送られる同期信号Ｔｓｙｎｃに基
づいて、各部に対してＴｓｃａｎ及びＴｓｆｔ及びＴｍ
ｒｙの各制御信号を発生する。

【００９２】同期信号分離回路１０６は、外部から入力
されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から同期信号成分と輝
度信号成分とを分離するための回路で、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１０６により分離された同期信号は、垂直同
期信号と水平同期信号よりなるが、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信号と
表した。該ＤＡＴＡ信号はシフトレジスタ１０４に入力
される。

【００９３】シフトレジスタ１０４は、時系列的にシリ
アルに入力される前記ＤＡＴＡ信号を、画像の１ライン
毎にシリアル／パラレル変換するためのもので、前記制
御回路１０３より送られる制御信号Ｔｓｆｔに基づいて
動作する（即ち、制御信号Ｔｓｆｔは、シフトレジスタ
１０４のシフトクロックであるということもでき
る。）。シリアル／パラレル変換された画像１ライン分
（電子放出素子Ｎ素子分の駆動データに相当）のデータ
は、Ｉｄ１〜ＩｄｎのＮ個の並列信号として前記シフト
レジスタ１０４より出力される。

【００９４】ラインメモリ１０５は、画像１ライン分の
データを必要時間の間だけ記憶するための記憶装置であ
り、制御回路１０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙに従
って適宜Ｉｄ１〜Ｉｄｎの内容を記憶する。記憶された
内容は、Ｉ’ｄ１〜Ｉ’ｄｎとして出力され、変調信号
発生器１０７に入力される。

【００９５】変調信号発生器１０７は、画像データＩ’
ｄ１〜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ための信号源であり、その
出力信号は、端子Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎを通じて表示パネ
ル１１１内の表面伝導型電子放出素子に印加される。

【００９６】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Ｖ
ｍ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。

【００９７】したがって、入力信号に応じて、電子放出
素子を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅
変調方式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際
しては、変調信号発生器１０７として、一定長さの電圧
パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜パルス
の波高値を変調するような電圧変調方式の回路を用いる
ことができる。

【００９８】パルス幅変調方式を実施するに際しては、
変調信号発生器１０７として、一定の波高値の電圧パル
スを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パルス
の幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を用いる
ことができる。

【００９９】シフトレジスタ１０４やラインメモリ１０
５は、デジタル信号式のものをもアナログ信号式のもの
をも採用できる。画像信号のシリアル／パラレル変換や
記憶が所定の速度で行なわれれば良いからである。

【０１００】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路１０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化
する必要があるが、これには１０６の出力部にＡ／Ｄ変
換器を設ければ良い。これに関連してラインメモリ１０
５の出力信号がデジタル信号かアナログ信号かにより、
変調信号発生器１０７に用いられる回路が若干異なった
ものとなる。即ち、デジタル信号を用いた電圧変調方式
の場合、変調信号発生器１０７には、例えばＤ／Ａ変換
回路を用い、必要に応じて増幅回路などを付加する。パ
ルス幅変調方式の場合、変調信号発生器１０７には、例
えば高速の発振器及び発振器の出力する波数を計数する
計数器（カウンタ）及び計数器の出力値と前記メモリの
出力値を比較する比較器（コンパレータ）を組み合せた
回路を用いる。必要に応じて、比較器の出力するパルス
幅変調された変調信号を表面伝導型電子放出素子の駆動
電圧にまで電圧増幅するための増幅器を付加することも
できる。

【０１０１】アナログ信号を用いた電圧変調方式の場
合、変調信号発生器１０７には、例えばオペアンプなど
を用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフ
ト回路などを付加することもできる。パルス幅変調方式
の場合には、例えば、電圧制御型発振回路（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。

【０１０２】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〜Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１〜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９５、あるいは透明電極
（不図示）に高圧を印加し、電子ビームを加速する。加
速された電子は、蛍光膜８４に衝突し、発光が生じて画
像が形成される。

【０１０３】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方式をはじめとする高品位ＴＶ）方式をも採用
できる。

【０１０４】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。図１
３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、１１０は電子源基板、１１１は電
子放出素子である。１１２、Ｄｘ１〜Ｄｘ１０は、電子
放出素子１１１を接続するための共通配線である。電子
放出素子１１１は、基板１１０上に、Ｘ方向に並列に複
数個配されている（これを素子行と呼ぶ）。この素子行
が複数個配されて、電子源を構成している。各素子行の
共通配線間に駆動電圧を印加することで、各素子行を独
立に駆動させることができる。即ち、電子ビームを放出
させたい素子行には、電子放出しきい値以上の電圧を、
電子ビームを放出しない素子行には、電子放出しきい値
以下の電圧を印加する。各素子行間の共通配線Ｄｘ２〜
Ｄｘ９は、例えばＤｘ２、Ｄｘ３を同一配線とすること
もできる。

【０１０５】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。１２０はグリッド電極、１２１は電子が通過する
ため空孔、１２２はＤｏｘ１、Ｄｏｘ２、・・・ 、Ｄｏｘ
ｍよりなる容器外端子である。１２３は、グリッド電極
１２０と接続されたＧ１、Ｇ２、・・・ 、Ｇｎからなる容
器外端子、１２４は各素子行間の共通配線を同一配線と
した電子源基板である。

【０１０６】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１
０に示した単純マトリクス配置の画像形成装置との大き
な違いは、電子源基板１１０とフェースプレート８６の
間にグリッド電極１２０を備えているか否かである。

【０１０７】図１４においては、基板１１０とフェース
プレート８６の間には、グリッド電極１２０が設けられ
ている。グリッド電極１２０は、表面伝導型放出素子か
ら放出された電子ビームを変調するためのものであり、
はしご型配置の素子行と直交して設けられたストライプ
状の電極に電子ビームを通過させるため、各素子に対応
して１個ずつ円形の開口１２１が設けられている。グリ
ッドの形状や設置位置は図１４に示したものに限定され
るものではない。例えば、開口としてメッシュ状に多数
の通過口を設けることもでき、グリッドを表面伝導型放
出素子の周囲や近傍に設けることもできる。

【０１０８】容器外端子１２２及びグリッド容器外端子
１２３は、不図示の制御回路と電気的に接続されてい
る。

【０１０９】本例の画像形成装置では、素子行を１列ず
つ順次駆動（走査）していくのと同期してグリッド電極
列に画像１ライン分の変調信号を同時に印加する。これ
により、各電子ビームの蛍光体への照射を制御し、画像
を１ラインずつ表示することができる。

【０１１０】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。

【０１１１】

【実施例】

［実施例１］本実施例の電子放出素子として図４（ａ）
（素子平面図）、（ｂ）（素子断面図）に示すタイプの
電子放出素子を形成した。その作製方法を図１５を用い
て以下で述べる。

【０１１２】絶縁性基板１５１として石英基板を用い、
これを有機溶剤により充分に洗浄後、該基体１５１面上
に、電極１５２、１５３を形成した（図１５のａ）。電
極の材料として、金を用いた。電極間隔Ｌは１０ミクロ
ンメータとし、電極の長さＷを５００ミクロンメータ、
その厚さｄを１０００オングストロームとした。

【０１１３】次にバブルジェット（ＢＪ）法による液滴
付与手段を用いて上記電極間に有機パラジウム薄膜を塗
布した後、３５０℃で１０分間の加熱処理をして、酸化
パラジウム（ＰｄＯ）微粒子（平均粒径：２０オングス
トローム）からなる微粒子膜（導電性薄膜）１５４を形
成した。このとき、導電性薄膜１５４の半径を８０ミク
ロンメータとして電極１５２、１５３のほぼ中央部に配
置した（図１５のｂ）。なお、この導電性薄膜１５４の
シート抵抗値は３×１０⁴ Ω／□であった。

【０１１４】ここで前記バブルジェット法による有機パ
ラジウム薄膜は、液滴濃度や、重ね打ち回数、吐出条件
によって膜厚、形状を制御するのであるが、上記加熱処
理後、液滴の形状から図１５（ｂ）に示した様にドット
形状となり、中心からドット周囲に向かって膜厚分布を
持つことが多かった。膜厚は、中心が１５ｎｍで、周囲
にいくほど薄くなっていた。

【０１１５】（３）続いて本発明の特徴であるフォーミ
ング工程について図１５を用いて説明する。通電フォー
ミングと呼ばれる通電処理は、素子電極１５２、１５３
間に、不図示の電源より、通電し、導電性薄膜１５４の
一部に、構造の変化した部分１５５を形成するもの（図
１５（ｃ））で、通電フォーミングの電圧波形の例を図
２に示す。

【０１１６】図２におけるＴ１およびＴ２は、電圧波形
のパルス幅とパルス間隔であり、Ｔ１を１ミリ秒、Ｔ２
を１０ミリ秒とし、三角波の波高値（通電フォーミング
パルスのピーク電圧）は、０．１Ｖステップづつ、増加
させ、１０^-6Ｔｏｒｒの真空雰囲気下で印加した。な
お、三角波の波高値と波高値での電流値を図３に示し
た。電流の波高値のピーク値Ｉｍａｘは８ｍＡ、この時
の電圧Ｖｍａｘは８Ｖとなった。フォーミングの終了は
Ｉｍａｘに対して２５％の２ｍＡになったところとし
た。ここで後述する還元処理時に導電性薄膜の抵抗値を
モニタするための未フォーミング素子を残しておく。

【０１１７】（４）そして次に還元ガス雰囲気、ここで
は窒素希釈の２％水素大気圧雰囲気で３０分間還元処理
を行った。これは密閉された還元処理容器１５７に素子
を装着し、導電性薄膜１５４の全面が完全に還元される
まで処理を行うもので（図１５ｄ）、前述したモニタ素
子はシート抵抗で３×１０² Ω／□となった。

【０１１８】（５）そして最後に図１５（ｅ）に示した
様に還元後の導電性薄膜を、再度通電フォーミングす
る。工程の内容は第１回目と同様にして行う。三角波の
最大電圧印加時の電流値がピークパルス間隔Ｔ２中に、
導電性薄膜１５４を局所的に破壊、変形しない程度の電
圧、例えば０．１Ｖ程度の電圧で、素子電流を測定し、
抵抗値を求め、１Ｍオーム以上の抵抗を示した時、通電
フォーミングを終了した。ここで還元により膜厚が薄く
抵抗の比較的高かった部分が低抵抗化し、電流が流れる
様になるため電圧波高値のピークＶｍａｘ５Ｖという低
電圧、電流波高値のピークＩｍａｘ１０ｍＡでフォーミ
ングが終了した。フォーミング後、該導電性薄膜１５４
を観察すると電子放出部となる亀裂１５５が該導電性薄
膜を横断するかたちで端から端まで形成されていた（図
１５（ｅ））。

【０１１９】以上のようにして作製された素子につい
て、その素子間に素子電圧を印加して、その時に流れる
素子電流Ｉｆおよび放出電流Ｉｅを測定し、向こう電流
（％）を求めた。その結果、素子電圧が１６Ｖの時、素
子電流は２．５ｍＡ、放出電流は４．０μＡとなり、電
子放出効率ηは０．１６％、無効電流は１％であった。
再現性も良く１００個製造して無効電流はすべて２％以
下に抑えられていた。

【０１２０】なお、測定方法は以下のようである。 （測定方法）図７は測定評価装置の概略構成図である。
図７において、１は絶縁性基体、２および３は電極、５
は電子放出領域、４は電気的接続を得るための導電膜、
５１は素子に電圧を印加するための電源、５０は素子電
流Ｉｆを測定するための電流計、５４は素子により発生
する放出電流Ｉｅを測定するためのアノード電極、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は放出電流を測定するための電流計である。ここ
で、上記素子電流とは、電流計５０によって測定される
電流量であり、また、上記放出電流とは、電流計５２に
より測定される電流量である。電子放出素子の上記素子
電流、放出電流の測定にあたっては、素子電流２、３に
電源５１と電流計５０とを接続し、該電子放出素子の情
報に電源５３と電流計５２とを接続したアノード電極５
４を配置し、真空度１×１０^-5ｔｏｒｒの環境下で該測
定を行う。測定結果から、無効電流は、図１６に示すよ
うに、無効電流＝（１ｘ／Ｉｆ’）×１００［％］算出
される。ここで、Ｉｆ’は駆動電圧Ｖｄにおける素子電
流値であり、Ｉｘは、素子電圧がゼロのときの素子電流
値と素子放出し始める素子電圧Ｖｅでの素子電流値とを
結ぶ直線の駆動電圧Ｖｄでの外挿値である。

【０１２１】［実施例２］第１の実施例の表面伝導型電
子放出素子を用いた画像形成装置を以下に図を用いて説
明する。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。ただし、図１
７、図１８、図１９で、同じ記号を示したものは、同じ
ものを示す。ここで７１は基板、７２は実施形態で説明
した画像形成装置図１０のＤｘｍに対応するＸ方向配線
（下配線とも呼ぶ）、７３は図１０のＤｙｎに対応する
Ｙ方向配線（上配線とも呼ぶ）、４は導電性薄膜、２、
３は素子電極、１８１は層間絶縁層、１８２は素子電極
５と下配線７２と電気的接続のためのコンタクトホール
である。本実施例ではＸ方向配線を３００、Ｙ方向配線
を１００形成し、３００００個の表面伝導型電子放出素
子を設けた構成とした。次に製造方法を図１９により工
程順に従って具体的に説明する。

【０１２２】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７１上に、真空蒸
着により厚さ５０ÅのＣｒ、厚さ６０００Å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、ベークした後、フ
ォトマスク像を露光、現像して、下配線７２のレジスト
パターンを形成し、Ａｕ／Ｃｒ堆積膜をウェットエッチ
ングして、所望の形状の下配線７２を形成した（図１９
（ａ））。

【０１２３】工程−ｂ 次に厚さ１．０ミクロンのシリコン酸化膜からなる層間
絶縁層１８１をＲＦスパッタ法により堆積した（図１９
（ｂ））。

【０１２４】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を形成するためのフォ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を形成した（図１９（ｃ））。
エッチングはＣＦ₄ とＨ₂ ガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａ
ｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によった。

【０１２５】工程−ｄ その後、素子電極２と素子電極間ギャップＧとなるべき
パターンをフォトレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−４１日
立化成社製）形成し、真空蒸着法により、厚さ５０Åの
Ｔｉ、厚さ１０００ÅのＮｉ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
をリフトオンし、素子電極間隔Ｇは２０ミクロンとし、
素子電極の幅Ｗを３００ミクロン、となるよう素子電極
２、３を形成した（図１９（ｄ））。

【０１２６】工程−ｅ 素子電極２、３の上に上配線７３のフォトレジストパタ
ーンを形成した後、厚さ５０ÅのＴｉ、厚さ５０００Å
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７３を形成
した（図２０（ｅ））。

【０１２７】工程−ｆ 次に、不図示のマスクを用いて、導電性薄膜４を形成し
た（図２０（ｆ））。すなわち、素子間電極ギャップＧ
およびこの近傍に開口を有するマスクであり、このマス
クにより膜厚１０００ÅのＣｒ膜１９１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（ｃｃｐ
４２３０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ＰｄＯｘを主成分とした微粒子
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。な
おここで述べる微粒子膜とは、上述したように、複数の
微粒子が集合した膜であり、その微細構造として、微粒
子が個々に分散配置した状態のみならず、微粒子が互い
に隣接、あるいは、重なり合った状態（島状も含む）の
膜を指し、その粒径とは、前記状態で粒子形状が認識可
能な微粒子についての径をいう。

【０１２８】工程−ｇ Ｃｒ膜１９１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２０（ｇ））。

【０１２９】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５０Åの
Ｔｉ、厚さ５０００Å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２０（ｈ））。

【０１３０】以上の工程により絶縁性基板７１上に下配
線７２、層間絶縁層１８１、上配線７３、素子電極２、
３、導電性薄膜４等を形成した。

【０１３１】次に、以上のようにして作製した電子源を
用いて表示装置を構成した例を、図１０と図１１を用い
て説明する。以上のようにして多数の平面型の表面伝導
型電子放出素子を作製した基板７１をリアプレート８１
上に固定した後、基板７１の５ｍｍ上方に、フェースプ
レート８６（ガラス基板８３の内面に蛍光膜８４とメタ
ルバック８５が形成されて構成される）を支持枠８２を
介し配置し、フェースプレート８６、支持枠８２、リア
プレート８１の接合部にフリットガラスを塗布し、大気
中で４００℃で１５分間焼成することで封着した（図１
０）。またリアプレート８１への基板７１の固定もフリ
ットガラスで行った。図１０において、７４は電子放出
素子、７２、７３はそれぞれＸ方向およびＹ方向の配線
である。

【０１３２】蛍光膜８４は、モノクロームの場合は蛍光
体のみから成るが、本実施例では蛍光体はストライプ形
状を採用し、先にブラックストライプを形成し、その間
隙部に各色蛍光体を塗布し、蛍光膜８４を作製した。ブ
ラックストライプの材料として通常良く用いられている
黒鉛を主成分とする材料を用いた。ガラス基板８３に蛍
光体を塗布する方法はスラリー法を用いた。

【０１３３】また、蛍光膜８４の内面側には通常メタル
バック８５が設けられる。メタルバックは、蛍光膜作製
後、蛍光膜８４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。

【０１３４】フェースプレート８６には、更に蛍光膜８
４の導電性を高めるため、蛍光膜８４の外面側に透明電
極（不図示）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。

【０１３５】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。

【０１３６】以上のようにして完成したガラス容器内の
雰囲気を排気管（不図示）を通じ真空ポンプにて排気
し、十分な真空度に達した後、容器外端子Ｄｏｘ１〜Ｄ
ｏｘｍとＤｏｙ１〜Ｄｏｙｎを通じ電子放出素子７４の
電極２、３間に電圧を印加し、実施例１と同様、電子放
出部（図１５の１５５）を、導電性薄膜（図１５の１５
４）をフォーミング処理することにより作製した。フォ
ーミング処理の電圧波形を図２に示す。

【０１３７】図２におけるＴ１およびＴ２は、電圧波形
のパルス幅とパルス間隔であり、Ｔ１を１ミリ秒、Ｔ２
を１０ミリ秒とし、三角波の波高値（通電フォーミング
パルスのピーク電圧）は、０．１Ｖステップづつ、増加
させ、１０^-6ｔｏｒｒの真空雰囲気下で印加した。

【０１３８】なお、三角波の波高値と波高値での電流値
を図３に示した。１素子あたりの電流の波高値のピーク
値Ｉｍａｘは１０ｍＡ、この時の電圧Ｖｍａｘは１２Ｖ
となった。フォーミングの終了はＩｍａｘに対して２０
％の１．４ｍＡになったところとした。ここで後述する
還元処理時に導電性薄膜の抵抗値をモニタするための未
フォーミング素子を残しておく。

【０１３９】そして次に還元ガス雰囲気として窒素希釈
の２％水素を大気圧までガラス容器内に導入し、３０分
間還元処理を行った。前述したモニタ素子はシート抵抗
で３×１０² Ω／□となった。

【０１４０】そして最後に還元後の導電性薄膜を、再度
通電フォーミングした。工程の内容は第１回目同様であ
る。三角波の最大電圧印加時の電流値がピークパルス間
隔Ｔ２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、例えば０．１Ｖ程度の電圧で、素子電流を
測定し、抵抗値を求め、１Ｍオーム以上の抵抗を示した
時、通電フォーミングを終了とした。

【０１４１】還元処理前は電子放出部を含むＰｄＯ微粒
子膜自体の抵抗が２０ｋΩ、還元処理後はＰｄＯ微粒子
膜の抵抗が１．４５ｋΩとなり膜厚が薄く抵抗の比較的
高かった部分が低抵抗化し、電流が流れる様になるため
電圧波高値のピークＶｍａｘ６Ｖという低電圧、電流波
高値の１素子あたりのピークＩｍａｘ３．３ｍＡでフォ
ーミングが終了した。

【０１４２】以上のようにして還元を行った後フォーミ
ングを再度行い、電子放出素子７４を作製した。

【０１４３】次に１０のマイナス６乗トール程度の真空
度で、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。

【０１４４】最後に封止後の真空度を維持するために、
ゲッター処理を行った。これは、封止を行う直前に、高
周波加熱等の加熱法により、画像形成装置内の所定の位
置（不図示）に配置されたゲッターを加熱し、蒸着膜を
形成処理した。ゲッターはＢａ等を主成分とした。

【０１４５】また、上述の工程で作製した平面型の表面
伝導型電子放出素子の特性を把握するために、同時に、
図１に示した平面型の表面伝導型電子放出素子のＬ、Ｗ
等のものと同様にした標準的な比較サンプルを作製し、
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。なお比較サンプルの測定条件は、アノー
ド電極と電子放出素子間の距離を４ｍｍ、アノード電極
の電位を１ｋＶ、電子放出特性測定時の真空装置内の真
空度を１×１０のマイナス６乗ｔｏｒｒとした。比較サ
ンプルの電極５および６の間に素子電圧を印加し、その
時に流れる素子電流Ｉｆおよび放出電流Ｉｅを測定した
ところ、図８に示したような電流−電圧特性が得られ
た。

【０１４６】本素子では、素子電圧９Ｖ程度から急激に
放出電流Ｉｅが認められ、素子電圧１６Ｖでは素子電流
Ｉｆが２．０ｍＡ、放出電流Ｉｅが３．６μＡとなり、
Ｉｅ，Ｉｆの素子間での変動範囲は１０％以下であっ
た。また、無効電流は３００００個の素子すべて２％以
下に抑えられていた。

【０１４７】次に、上述の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１２１を、ＮＴＳＣ方式の
ＴＶ信号に応じて表示を行うため、前述の図１２の駆動
回路を用いてテレビジョンの表示を行った。なお、本実
施例における表示画像の変調方式には、パルス幅変調方
式を用いた。

【０１４８】以上のようにして完成した本発明に好適な
画像形成装置において、各電子放出素子（図１０参照）
に、容器外端子Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍ、Ｄｏｙ１ない
しＤｏｙｎを通じ、電圧を印加することにより、電子放
出させ、高圧端子Ｈｖを通じ、メタルバック８５、ある
いは透明電極（不図示）に１０ｋＶの高圧を印加し、電
子ビームを加速し、蛍光膜８４に衝突させ、励起・発光
させることで、低電圧駆動、低消費電力で、良好な画像
を表示した。

【０１４９】以上述べた様に本発明の還元処理前後フォ
ーミングにより、低消費電力で駆動可能な電子源およ
び、これを用いた輝度分布の少ない均一画像形成装置が
実現できた。

【０１５０】［実施例３］図２１は、本発明による表面
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、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の一例を示すための図である。図
中、２００はディスプレイパネル、２０１はディスプレ
イパネルの駆動回路、２０２はディスプレイコントロー
ラ、２０３はマルチプレクサ、２０４はデコーダ、２０
５は入出力インターフェース回路、２０６はＣＰＵ、２
０７は画像生成回路、２０８および２０９および２１０
は画像メモリーインターフェース回路、２１１は画像入
力インターフェース回路、２１２および２１３はＴＶ信
号受信回路、２１４は入力部である。なお、本表示装置
は、例えばテレビジョン信号のように映像情報と音声情
報の両方を含む信号を受信する場合には、当然映像の表
示と同時に音声を再生するものであるが、本発明の特徴
と直接関係しない音声情報の受信、分離、再生、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。以下、画像信号の流れに沿って各部の機能
を説明していく。

【０１５１】まず、ＴＶ信号受信回路２１３は、例えば
電波や空間光通信などのような無線伝送系を用いて伝送
されるＴＶ画像信号を受信するための回路である。受信
するＴＶ信号の方式は特に限られるものではなく、例え
ば、ＮＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式、ＳＥＣＡＭ方式などの
諸方式でも良い。また、これらよりさらに多数の走査線
よりなるＴＶ信号（例えばＭＵＳＥ方式をはじめとする
いわゆる高品位ＴＶ）は、大面積化や大画素数化に適し
た前記ディスプレイパネルの利点を生かすのに好適な信
号源である。ＴＶ信号受信回路２１３で受信されたＴＶ
信号は、デコーダ２０４に出力される。

【０１５２】ＴＶ信号受信回路２１２は、例えば同軸ケ
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２１３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２０４に出力される。画像
入力インターフェース回路２１１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２０４に出力される。画像メモリー
インターフェース回路２１０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
２０４に出力される。画像メモリーインターフェース回
路２０９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２０４に出力される。画像メモリーインターフェー
ス回路２０８は、いわゆる静止画ディスクのように、静
止画像データを記憶している装置から画像信号を取り込
むための回路で、取り込まれた静止画像データはデコー
ダ２０４に入力される。

【０１５３】入出力インターフェース回路２０５は、本
表示装置と、外部のコンピュータもしくはコンピュータ
ネットワークもしくはプリンターなどの出力装置とを接
続するための回路である。画像データや文字・図形情報
の入出力を行うのはもちろんのこと、場合によっては本
表示装置の備えるＣＰＵ２０６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。

【０１５４】画像生成回路２０７は、前記入出力インタ
ーフェース回路２０５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ＣＰＵ２０６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出し専用メモリーや、画像
処理を行うためのプロセッサ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。本回路により生
成された表示用画像データは、デコーダ２０４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２０５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。

【０１５５】ＣＰＵ２０６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。例えば、マルチプレクサ２０３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２０
２に対して制御信号を発生し、画面表示周波数や走査方
法（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２０７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２０５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、ＣＰＵ２０６は、むろんこれ以
外の目的の作業にも関わるものであって良い。例えば、
パーソナルコンピュータやワードプロセッサなどのよう
に、情報を生成したり処理する機能に直接関わっても良
いあるいは、前述したように入出力インターフェース回
路２０５を介して外部のコンピュータネットワークと接
続し、例えば数値計算などの作業を外部機器と協同して
行っても良い。

【０１５６】入力部２１４は、前記ＣＰＵ２０６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ほか、
ジョイスティック、バーコードリーダー、音声認識装置
など多様な入力機器を用いることが可能である。

【０１５７】デコーダ２０４は、前記２０７ないし２１
３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２０４
は内部に画像メモリーを備えるのが望ましい。これは、
例えばＭＵＳＥ方式をはじめとして、逆変換するに際し
て画像メモリーを必要とするようなテレビ信号を扱うた
めである。また、画像メモリーを備えることにより、静
止画の表示が容易になる、あるいは前記画像生成回路２
０７およびＣＰＵ２０６と協同して画像の間引き、補
間、拡大、縮小、合成をはじめとする画像処理や編集が
容易に行えるようになるという利点が生まれるからであ
る。

【０１５８】マルチプレクサ２０３は、前記ＣＰＵ２０
６より入力される制御信号に基づき表示画像を適宜選択
するものである。すなわち、マルチプレクサ２０３はデ
コーダ２０４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２０１に出力
する。その場合には、一画面表示時間内で画像信号を切
り替えて選択することにより、いわゆる多画面テレビの
ように、一画面を複数の領域に分けて領域によって異な
る画像を表示することも可能である。

【０１５９】また、ディスプレイパネルコントローラ２
０２は、前記ＣＰＵ２０６より入力される制御信号に基
づき駆動回路２０１の動作を制御するための回路であ
る。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、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２０１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、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２０１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２０１に対して出力する
場合もある。また、駆動回路２０１は、ディスプレイパ
ネル２００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２０３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２０２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。

【０１６０】以上、各部の機能を説明したが、図２１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
情報源により入力される画像情報をディスプレイパネル
２００に表示することが可能である。すなわち、テレビ
ジョン放送をはじめとする各種の画像信号はデコーダ２
０４において逆変換された後、マルチプレクサ２０３に
おいて適宜選択され、駆動回路２０１に入力される。一
方、ディスプレイコントローラ２０２は、表示する画像
信号に応じて駆動回路２０１の動作を制御するための制
御信号を発生する。駆動回路２０１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２００に駆動信
号を印加する。これにより、ディスプレイパネル２００
において画像が表示される。これらの一連の動作は、Ｃ
ＰＵ２０６により統括的に制御される。

【０１６１】また、本表示装置においては、前記デコー
ダ２０４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路２０７
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、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
編集を行うことも可能である。また、本実施例の説明で
は特に触れなかったが、上記画像処理や画像編集と同様
に、音声情報に関しても処理や編集を行うための専用回
路を設けても良い。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。

【０１６２】なお、上記図２１は、表示伝導型電子放出
素子を電子ビーム源とするディスプレイパネルを用いた
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ことは言うまでもない。例えば、図
２１の構成要素のうち使用目的上必要のない機能に関わ
る回路は省いても差し支えない。またこれとは逆に、使
用目的によってはさらに構成要素を追加しても良い。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
送受信回路などを構成要素に追加するのが好適である。

【０１６３】本表示装置においては、とりわけ表面伝導
型電子放出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネ
ルの薄形化が容易なため、表示装置の奥行きを小さくす
ることができる。それに加えて、表面伝導型電子放出素
子を電子ビーム源とするディスプレイパネルは輝度が高
く視野角特性にも優れるため、本表示装置は臨場感にあ
ふれた画像を視認性良く表示することが可能である。ま
た、本発明の製造方法により均一な電子放出特性と、低
消費電力駆動が実現されたビーム源を製造可能となった
ため、低消費電力で、均一なで明るい高品位なカラーフ
ラットテレビが、実現され、さらに表面伝導型電子放出
素子を製造する際、膜厚分布が比較的大きい印刷法や、
インクジェット法バブルジョット法等の大面積、および
大量生産技術が利用可能となったため、臨場感にあふれ
迫力に富んだ大画面画像形成装置が容易に製造可能とな
った。

【０１６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電子放出素子の製造歩留まりおよび消費電力を小さくす
ることが可能となり、低消費電力な電子源およびこれを
用いた高品位な画像表示装置が実現可能となる。更に、
素子を構成する導電性薄膜の形成を印刷、バブルジェッ
ト法、インクジェット法、スプレー塗布法などを用いた
大量生産も可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の基本的な表面伝導型電子放出素子の
製造方法を示す模式的断面図である。

【図２】 本発明に好適な通電フォーミングの電圧波形
の例を示す図である。

【図３】 本発明に好適な通電フォーミングの電圧波高
値と電流波高値の関係を示す図である。

【図４】 本発明に好適な基本的な表面伝導型電子放出
素子の構成を示す模式的平面図および断面図である。

【図５】 本発明に好適な基本的な垂直型表面伝導型電
子放出素子の構成を示す模式的断面図であ

【図６】 本発明の一実施形態に係る製造方法を示す図
である。

【図７】 電子放出特性を測定するための測定評価装置
の概略構成図である。

【図８】 本発明の表面伝導型電子放出素子の放出電流
Ｉｅおよび素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関係の典型的
な例を示すグラフである。

【図９】 本発明が適用しうる単純マトリクス配置の電
子源を説明する模式図である。

【図１０】 本発明が適用しうる単純マトリクス配置の
電子源を用いた画像形成装置の表示パネルの概略構成図
である。

【図１１】 図１０のパネルに適用しうる蛍光膜を示す
図である。

【図１２】 本発明が適用しうる画像形成装置をＮＴＳ
Ｃ方式のテレビ信号に応じて表示を行なう例の駆動回路
のブロック図である。

【図１３】 本発明が適用しうる梯子配置の電子源を示
す図である。

【図１４】 本発明が適用しうる梯子配置の電子源を用
いた画像形成装置の表示パネルの概略構成図である。

【図１５】 本発明が適用しうる本発明に好適な表面伝
導型電子放出素子の製造方法の一例を示す図である。

【図１６】 本発明の表面伝導型電子放出素子の放出電
流Ｉｅおよび素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関係の典型
的な例を示すグラフである。

【図１７】 本発明が適用しうる単純マトリクス配置の
電子源の一部の平面図である。

【図１８】 図１５中のＡ−Ａ’断面図である。

【図１９】 本発明が適用しうる単純マトリクス配置の
電子源の製造方法を示す図である。

【図２０】 本発明が適用しうる単純マトリクス配置の
電子源の製造方法を示す図である。

【図２１】 本発明が適用しうる画像形成装置を用いた
表示装置の例を示す図である。

【図２２】 従来の表面伝導型電子放出素子のフォーミ
ングによる形態の平面図およびフォーミング時の素子等
価回路図である。

【図２３】 従来の表面伝導型電子放出素子を示す図で
ある。

【符号の説明】

１：基板、２，３：素子電極、４：導電性薄膜、５：電
子放出部、２１：段さ形成部、５０：素子電極２、３間
の導電性薄膜４を流れる素子電流Ｉｆを測定するための
電流計、５１：電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加する
ための電源、５２：素子の電子放出部より放出される放
出電流Ｉｅを測定するための電流計、５３：アノード電
極７４に電圧を印加するための高圧電源、５４：素子の
電子放出部より放出される放出電流Ｉｅを捕捉するため
のアノード電極、５５：真空装置、５６：排気ポンプ、
７１：電子源基板、７２：Ｘ方向配線、７３：Ｙ方向配
線、７４：表面伝導型電子放出素子、７５：結線、８
１：リアプレート、８２：支持枠、８３：ガラス基板、
８４：蛍光膜、８５：メタルバック、８６：フェースプ
レート、８７：高圧端子、８８：外囲器、９１：黒色導
電材、９２：蛍光体、１０１：表示パネル、１０２：走
査回路、１０３：制御回路、１０４：シフトレジスタ、
１０５：ラインメモリ、１０６：同期信号分離回路、１
０７：変調信号発生器、１１０：電子源基板、１１１：
電子放出素子、１１２：電子放出素子を配線するための
共通配線、１２０：グリッド電極、１２１：電子が通過
するため空孔、１２２：Ｄｏｘ１、Ｄｏｘ２、・・・ 、Ｄ
ｏｘｍよりなる容器外端子、１２３：グリッド電極１２
０と接続されたＧ１、Ｇ２、・・・ 、Ｇｎからなる容器外
端子、１２４：電子源基板、１５１：基板、１５２，１
５３：素子電極、１５４：導電性薄膜、１５５：電子放
出部、１５７：還元装置、１８１：層間絶縁層、１８
２：コンタクトホール、１９１：Ｃｒ膜、２００：ディ
スプレイパネル、２０１：ディスプレイパネルの駆動回
路、２０２：ディスプレイコントローラ、２０３：マル
チプレクサ、２０４：デコーダ、２０５：入出力インタ
ーフェース回路、２０６：ＣＰＵ、２０７：画像生成回
路、２０８，２０９，２１０：画像メモリーインターフ
ェース回路、２１１：画像入力インターフェース回路、
２１２，２１３：ＴＶ信号受信回路、２１４：入力部、
２１７：導電性薄膜の中央部、２１８，２１９：導電性
薄膜の端部、２２１：基板、２２３：電子放出部、２２
４：導電性薄膜。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極間に電子放出部が形成された導電性
   膜を有する電子放出素子の製造方法において、前記電子
   放出部の形成工程が、酸化物あるいは金属と酸化物とで
   構成された導電性膜の還元工程と、該還元工程の前後に
   行われる、該導電性膜への通電工程とを有することを特
   徴とする電子放出素子の製造方法。
2. 【請求項２】 前記導電性膜が、ＰｄＯ、ＳｎＯ₂ 、Ｉ
   ｎ₂ Ｏ₃ 、ＰｂＯ、Ｓｂ₂ Ｏ₃ 、ＭｏＯ、ＭｏＯ₂ から
   選ばれる酸化物、あるいはＰｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａ
   ｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓ
   ｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂから選ばれる金属と前記酸化物との
   混合物で構成されていることを特徴とする請求項１記載
   の電子放出素子の製造方法。
3. 【請求項３】 前記還元工程の前に行われる通電工程
   は、前記導電性膜に流れる電流が所定の電流値以下にな
   ったところで終了することを特徴とする請求項１または
   ２記載の電子放出素子の製造方法。
4. 【請求項４】 基体上に、複数の電子放出素子が配置さ
   れた電子源の製造方法において、前記電子放出素子が、
   請求項１〜３のいずれかの方法にて製造されることを特
   徴とする電子源の製造方法。
5. 【請求項５】 基体上に、複数の電子放出素子が配置さ
   れた電子源と、前記電子源からの電子の照射により画像
   を形成する画像形成部材とを有する画像形成装置の製造
   方法において、前記電子放出素子が、請求項１〜３のい
   ずれかの方法にて製造されることを特徴とする画像形成
   装置の製造方法。