JPH09265897A

JPH09265897A - 電子放出素子、電子源及び画像形成装置

Info

Publication number: JPH09265897A
Application number: JP7801696A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Okuda; 昌宏奥田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 1997-10-07

Abstract

(57)【要約】【課題】電子放出効率の向上、製造の低コスト化、亀
裂位置の高精度の制御が困難。【解決手段】基体上11に第１素子電極12と第２素子電
極13とが絶縁層16を挟んで積層され、第１及び第２素子
電極12，13の積層された面と垂直方向の面上に導電性薄
膜14が形成されてなる電子放出素子であって、第１素子
電極12、絶縁層16、第２素子電極13は基体の端縁まで形
成され、該端縁側の第１素子電極、絶縁層、第２素子電
極の側面には導電性薄膜14が延長されて形成されてな
り、第１素子電極12と第２素子電極13との間の導電性薄
膜14に電子放出部15が形成されてなる。

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、および表示装置等の画像形成装置にかかわり、特
に、一対の素子電極と該素子電極間に設けられた導電性
薄膜とを備えた電子放出素子、電子源、および表示装置
等の画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子放出素子として熱電子放出素
子と冷陰極電子放出素子の２種類が知られている。冷陰
極電子放出素子には電界放出型（以下ＦＥ型と略す）、
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（以下ＳＣＥと略す）等がある。

【０００３】FE型の例としてはW.P.Dyke and W.W.Dola
n、"Field emission"、Advance inElectron Phys ics、
8、89(1956), あるいはC.A.Spindt,"PHYSICAL Properti
es of thin-film field emission cat hodeswith molyb
denium cones",J.Appl.Phys.,47,5248(1976)等が知られ
ている。ＭＩＭ型の例としては、C.A.Mead、"Thetunnel
-emission amplifier、J.Appl.Phys.、32、64 6(1961）
等が知られている。ＳＣＥ型の例としては、M.I.Elinso
n 、Radio Eng. Electron Pys.、10、(1965)等があ
る。

【０００４】ＳＣＥ型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 Films"、9、317(192)]、In₂O₃/SnO₂薄膜による
もの[M. Hartwell and C.G.Fonsta d:"IEEE Trans.ED C
onf."、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。

【０００５】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．ハートウェルの素子構成を
図１６に示す。同図において、２０１は絶縁性基板であ
る。２０２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
フォーミングと呼ばれる通電処理により電子放出部２０
３が形成される。尚、図中のＬ1は、0.5〜1ｍｍ、Ｗ1
は、0.1ｍｍに設定されている。

【０００６】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２０２を予めフォー
ミングと呼ばれる通電処理によって電子放出部２０３を
形成するのが一般的である。ここで、フォーミングとは
前記導電性薄膜２０２の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２０３を形
成することである。なお、電子放出部２０３は導電性薄
膜２０２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。以下フォーミングにより形成した電子放
出部を含む導電性薄膜を電子放出部を含む薄膜２０４と
呼ぶ。

【０００７】前記フォーミング処理をした表面伝導型電
子放出素子は、上述電子放出部を含む薄膜２０４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２０３より電子を放出せしめるものである。

【０００８】上述の表面伝導型電子放出素子は、構造が
単純で製造も容易であることから、大面積にわたる多数
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、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
を配線にてそれぞれ結線した行を多数行配列した電子放
出素子があげられる（例えば、本出願人の特開平1-0313
32号公報）。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
クライト等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。表面伝導型
電子放出素子を多数配置した電子放出素子と、電子放出
素子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等の画像形成装置は、
大画面の装置でも比較的容易に製造できかつ表示品位の
優れた自発光型表示装置である（例えば、本出願人の米
国特許第5066883号）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記表
面伝導型電子放出素子においては、次のような特性を有
することが望まれてきた。

【００１０】（１）効率が高く電子放出特性が安定し
ていること。ここで効率とは、表面伝導型電子放出素子
の一対の対向する素子電極に電圧を印加したとき、流れ
る電流（以降素子電流Ifと呼ぶ）に対する真空中に放出
される電流（以降電子放出電流Ieと呼ぶ）との電流比を
さす。つまり、素子電流はできるだけ小さく、放出電流
はできるだけ大きいことが望ましい。

【００１１】（２）亀裂の位置が制御できること。特
に、画像形成装置に用いる電子放出素子においては、亀
裂の位置が電子放出点となるため、亀裂の位置が制御で
きないと電子放出位置がばらつくことになり、高解像度
の画像形成装置を作ることができなくなる。

【００１２】（３）安価に製造できること。特に、画
像形成装置に用いる電子放出素子においては、電子放出
素子の数が画像形成装置の画素の数だけ必要になるた
め、一つ一つの素子が安価に製造できることが、画像形
成装置を安価に製造できることにつながる。

【００１３】ところが、従来の表面伝導型電子放出素子
においては、後述するように、電子放出部から放出され
た電子の多くが、直接アノード電極には向かわず、高電
位側の導電性薄膜または素子電極に入射してしまう。こ
のうち、弾性散乱されたものは再びアノードに向かう
が、かなりの部分が吸収されてしまう。従って、直接ア
ノードへ向かう電子の割合を増やすことと、上記高電位
側の導電性薄膜ないし、素子電極上での弾性散乱の効率
を向上させることが、電子放出効率の改善の方法として
考えられる。電子放出効率の低い電子放出素子を画像形
成装置に用いると必要な放出電流を得るために大きな素
子電流Ifが必要となり、その結果、消費電力が大きくな
ってしまったり、配線抵抗による電圧効果が大きくな
り、輝度むらが生じる原因になる。

【００１４】さらに、従来の電子放出素子においては、
亀裂の形成は素子に通電することにより薄膜の一部を、
破壊することによって行うため、より電子放出部の位置
制御の精度が求められても亀裂の位置を正確に制御する
ことが難しいという課題があった。亀裂の位置を正確に
制御しようとすれば、図１６におけるW1を例えば１μｍ
程度以下にパターニングすれば良いが、このようなパタ
ーニングをするためには高精度のフォトリソグラフィー
などを用いなければならず、製造のコストが大幅に高く
なってしまうこととなる。

【００１５】本発明の目的は、上記課題を鑑み、電子放
出効率の高く、安価に製造でき、しかも亀裂位置の制御
された電子放出素子及びそれを用いた画像形成装置を提
供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、以下の構成
を有する電子放出素子、さらにそれを用いた電子源、画
像形成装置により達成される。

【００１７】すなわち、本発明の第１の電子放出素子
は、基体上に第１の素子電極と第２の素子電極とが絶縁
層を挟んで積層され、前記第１及び第２の素子電極の積
層された面と垂直方向の面上に導電性薄膜が形成されて
なる電子放出素子であって、前記第１の素子電極、前記
絶縁層、前記第２の素子電極は前記基体の端縁まで形成
され、該端縁側の前記第１の素子電極、前記絶縁層、前
記第２の素子電極の側面には前記導電性薄膜が延長され
て形成されてなり、前記第１の素子電極と前記第２の素
子電極との間の前記導電性薄膜に電子放出部が形成され
てなる電子放出素子である。

【００１８】本発明の第２の電子放出素子は、基体の第
１の面上及びこの第１面と対向する第２の面上にそれぞ
れ第１の素子電極と第２の素子電極とが絶縁層を挟んで
積層され、前記第１及び第２の面と垂直方向の面上に導
電性薄膜が形成されてなる電子放出素子であって、前記
第１及び第２の面上にそれぞれ積層された第１の素子電
極、前記絶縁層、前記第２の素子電極は、前記第１及び
第２の面の同一方向の端縁までそれぞれ形成され、前記
第１及び第２の面の同一方向の端縁側の前記第１の素子
電極、前記絶縁層、前記第２の素子電極の側面にはそれ
ぞれ前記導電性薄膜が延長されて形成されてなり、前記
第１及び第２の面上にそれぞれ積層された前記第１の素
子電極と前記第２の素子電極との間の前記導電性薄膜に
電子放出部が形成されてなる電子放出素子である。

【００１９】本発明の第３の電子放出素子は、前記電子
放出素子は表面伝導型電子放出素子であることを特徴と
する上記第１又は第２の電子放出素子である。

【００２０】本発明の第１の電子源は、入力信号に応じ
て電子を放出する電子放出素子であって、上記第１〜第
３のいずれかの電子放出素子を、基体上に複数個配置し
たことを特徴とするものである。

【００２１】本発明の第２の電子源は、上記第１の電子
源において、前記基体は短冊状基体であって、前記短冊
状基体の長手方向に上記第１〜第３のいずれかの電子放
出素子が複数個配置され、各電子放出素子の一方の素子
電極は前記短冊状基体に設けられた共通の配線に接続さ
れてなり、前記短冊状基体は、別の基体に電子放出部が
マトリクス状に配されるように前記長手方向と垂直方向
に複数個配列されており、各短冊状基体の同一配列順の
電子放出素子の他方の素子電極が前記別の基体に設けら
れた配線群に電気的に接続されてなることを特徴とする
ものである。

【００２２】本発明の画像形成装置は、上記第１又は第
２の電子源と、該電子源からの電子線の照射により画像
を形成する画像形成部材と、を有することを特徴とする
ものである。

【００２３】ここで、図１、図２及び図３を用いて、従
来例とを対比しつつ本発明の原理について説明する。図
１は本発明の基本的素子構成の平面図を示す。図１にお
いて、１１は基板、１２，１３は素子電極である。ま
た、１６は素子電極間の電気的な絶縁を保つための絶縁
膜である。

【００２４】該素子電極１２，１３の平面とは直角方向
の端面にはある程度の抵抗を有する導電性薄膜１４が形
成されており、前述のフォーミング工程を経て、電子放
出部である亀裂１５が形成されている。ここで、素子電
極１２、１３の間に電圧Vfを印加することにより、電子
放出部１５から電子が出射されることになる。

【００２５】また、比較のために、従来例の構成におけ
る素子構成を図２に示す。図２において、２１は基体、
２２，２３は素子電極、２４は導電性薄膜、２５は電子
放出部である亀裂である。かかる従来例の電子放出素子
において、電子放出部を形成するには、導電性薄膜２４
に、素子電極２２，２３を通じて電圧を印加し、導電性
薄膜を局所的に破壊することにより、電子放出部２５を
形成する。この工程がフォーミング工程である。このと
き、素子電極間に電子放出部である亀裂２５は形成され
るが、一般に、素子電極間の特定の位置に高精度に亀裂
を形成することは難しい。つまり、ある程度の幅（最大
では素子電極の間隔W1程度の幅）で亀裂が蛇行したりす
ることが生じえる。そして、素子電極の間隔が広いと、
蛇行の大きさも大きくなる可能性が高まり、電子放出点
の位置もそれだけ蛇行することになる。蛇行の幅が広い
電子放出素子を画像形成装置の電子放出源として用いた
とすると、蛇行の幅に応じて画像形成部材上の電子線の
照射される位置もばらつくため、より高解像度の画像形
成装置を作ることが困難となる。

【００２６】蛇行の幅をより小さく抑えるには、フォト
リソグラフィーなどのパターニング法を用いて、素子電
極の間隔を狭くすれば良い。しかしながら、フォトリソ
グラフィーを用いる方法は、大面積、例えば４０インチ
程度の面積を持つ画像形成装置に対して、パターニング
することは難しい上に、製造コストが高くなると言う課
題を持っている。さらに、大面積にわたって素子電極間
隔が１μｍ以下の表面伝導型の電子放出素子を作製する
ことは困難である。

【００２７】これに対して本発明の電子放出素子では、
図１のように、絶縁層１６を介して積層した二枚の素子
電極の間に亀裂部１５を形成するので亀裂位置が、絶縁
層の膜厚程度の幅に制御できることになる。絶縁層１６
の膜厚は数１０ｎｍ（ナノメートル）〜数μｍ（マイク
ロメートル）程度に設定するのが普通であるので亀裂位
置もこのオーダーで制御できることになる。さらに、本
発明の構造では、フォトリソグラフィーなどのパターニ
ング法を用いなくても、充分、蛇行の小さい亀裂を形成
できるので、製造コストをより低く抑えることが可能と
なる。

【００２８】次に、本発明の電子放出素子の電子放出効
率について説明する。図３に本発明の電子放出素子に電
圧を印加して電子放出をさせた場合の電子放出部付近の
電界分布（等電位線）を示す。比較のために、従来例の
電子放出素子の電子放出部付近の電界分布を図４に示
す。

【００２９】図４に示すように、従来例の電子放出素子
では、一旦電子放出部から放出された電子の多くは、素
子電極２３あるいは、導電性薄膜２４の高電位側に落下
してしまう。これは、図４でハッチングを施した領域４
１では、一旦放出された電子は下向き（高電位側の素子
電極２３の方向を向いた）力を受けるためである。この
ことが電子放出効率を低くしてしまう原因の一つとなっ
ている。

【００３０】これに対して、本発明の電子放出素子で
は、電界分布が図３のようになっていて、一旦放出され
た電子が高電位側の素子電極方向に力を受ける領域も従
来の表面伝導型電子放出素子に比べて非常に小さくなっ
ている。このため、一旦放出された電子のうち、再び電
子放出素子の高電位側の素子電極に落下してしまう電子
の割合が従来の表面伝導型電子放出素子に比べて非常に
少なくなる。すなわち、本発明の電子放出素子では従来
の電子放出素子にくらべてアノード板に到達する電子の
割合が増える、すなわち、効率が向上することになる。

【００３１】なお、本発明の電子放出素子は、図３の極
性を変えても、図４の従来の電子放出素子より効率が向
上するが、改善効果は図３の極性方向がより効率の改善
効果が得られる。これは、高電位側を外側にした場合
（図３）では図に示すように、高電位側を内側にした場
合に比べて、高電位側の導電性薄膜上に落下してしまう
電子が、アノード板に引き上げられるようになる為であ
る。

【００３２】

【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。

【００３３】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の
基本的な構成について説明する。基板１１として、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Ｓｉ
Ｏ₂を積層したガラス基板等及びアルミナ等のセラミッ
クス等があげられる。積層する素子電極１２，１３の材
料としては導電性を有するものであればどのようなもの
であっても構わず、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，ＲｕＯ₂，Ｐｄ-Ａｇ等の金属或は
金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体、In₂O₃-
SnO₂等の透明導電体及びポリシリコン等の半導体導体材
料等が挙げられる。

【００３４】絶縁層１６の厚さは、数ｎｍ（ナノメート
ル）より数百μｍ（マイクロメートル）である。この値
は、絶縁層１６の絶縁耐圧、許容する亀裂１５の蛇行
幅、等により設定されるが、好ましくは、数十ｎｍより
数μｍである。素子電極１２，１３の膜厚Ｄ2，Ｄ3は、
電極の抵抗値や多数配置された電子放出素子の配置上の
問題より適宜設計され、通常は数十ｎｍより数μｍであ
る。

【００３５】また、電子放出部を含む薄膜１４の膜厚
は、好ましくは、0.1ｎｍの数倍より数百ｎｍで、特に
好ましくは１ｎｍより５０ｎｍであり、素子電極１２，
１３への濡れ性、電子放出部１６と素子電極１２、１３
間の抵抗値及び、後述する通電処理条件等によって、適
宜設定される。薄膜１４の抵抗値は、10³より10⁷Ω／□
のシート抵抗値に設定される。

【００３６】電子放出部を含む薄膜１４を構成する材料
の具体例を挙げるならばＰｄ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔ
ｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、
Ｐｂなどの金属や、ＰｄＯ、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、Ｐｂ
Ｏ、Ｓｂ₂Ｏ₃などの酸化物や、ＨｆＢ₂、ＺｒＢ₂、Ｌａ
Ｂ₆、ＣｅＢ₆、ＹＢ₄、ＧｄＢ₄などの硼化物、ＴｉＣ、
ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物、Ｔ
ｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮなどの窒化物、Ｓｉ、Ｇｅなどの
半導体、カーボンからなる。

【００３７】なおここで述べる微粒子膜とは、複数の微
粒子が集合した膜であり、その微細構造として、微粒子
が個々に分散配置した状態のみならず、微粒子が互いに
隣接、あるいは重なり合った状態（島状も含む）の膜を
さす。微粒子径は、0.1ｎｍの数倍より数百ｎｍ、好ま
しくは、１ｎｍより２０ｎｍである。電子放出部は、好
ましくは、0.1ｎｍの数倍より数十ｎｍ、特に好ましく
は、１ｎｍより５０ｎｍの粒径の導電性微粒子多数個か
らなり、電子放出部を含む薄膜１４の膜厚及び後述する
通電処理条件等の製法に依存しており、適宜設定され
る。

【００３８】電子放出部を有する電子放出素子の製造方
法としては様々な方法が考えられる。その一例を図５に
示す。導電性薄膜は、例えば微粒子膜が挙げられる。そ
の他の番号は図１と同じものに対応する。以下、順をお
って製造方法の説明を図５（ａ）〜（ｄ）に基づいて説
明する。

【００３９】１）基板１１を洗剤、純水および有機溶
剤により十分に洗浄後、真空蒸着法、スパッタ法等によ
り素子電極材料、絶縁層材料を順次堆積後、フォトリソ
グラフィー技術により素子電極１２、絶縁膜１６を形成
する（図５（ａ））。

【００４０】２）さらに、この上にフォトリソグラフ
ィー等によってパターニングした素子電極１３を形成す
る（図５（ｂ））。

【００４１】３）端面１７を研磨した後に、この面上
に有機金属溶液を塗布して放置することにより、有機金
属薄膜を形成する。なお、有機金属溶液とは、前述のＰ
ｄ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆ
ｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等の金属を主元素とす
る有機化合物の溶液である。この後、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１４を形成する（図５（ｃ））。
なお、ここでは、有機金属溶液の塗布法により説明した
が、これに限る物でなく、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
ナー法等によって形成される場合もある。

【００４２】４）つづいて、フォーミングと呼ばれる
通電処理を素子電極１２、１３間に対して行う。これ
は、電圧を不図示の電源によりパルス状あるいは、昇電
圧による通電処理であり、この結果、導電性薄膜１４の
部位に構造変化した電子放出部である亀裂１５が形成さ
れる（図４（ｄ））。この通電処理により導電性薄膜１
４は局所的に破壊、変形もしくは変質する。

【００４３】フォーミング処理以降の電気的処理は、図
６に示す測定評価装置内で行なう。以下に測定評価装置
を説明する。

【００４４】図６は、図１で示した構成を有する素子の
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６において、１１は基体、１２及び１３は
素子電極、１４は電子放出部を含む薄膜、１５は電子放
出部を示す。

【００４５】また、５１は素子に素子電圧Ｖｆを印加す
るための電源、５２は素子電極１２，１３間の電子放出
部を含む薄膜１４を流れる素子電流Ｉｆを測定するため
の電流計、１８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、５３はアノー
ド電極１８に電圧を印加するための高圧電源、５４は素
子の電子放出部より放出される放出電流Ｉｅを測定する
ための電流計である。電子放出素子の上記の素子電流Ｉ
ｆ、放出電流Ｉｅの測定にあたっては、素子電極１２、
１３に電源５１と電流計５２とを接続し、該電子放出素
子の上方に電源５３と電流計５４とを接続したアノード
電極１８を配置している。

【００４６】尚、排気ポンプは、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
ンポンプからなる超高真空装置系からなる。また、真空
装置全体及び電子放出素子基板は、不図示のヒーターに
より200度まで加熱できる。

【００４７】なお、アノード電極の電圧は１ｋＶ〜１０
ｋＶ、アノード電極と電子放出素子との距離ｈは２ｍｍ
〜８ｍｍの範囲で測定した。

【００４８】フォーミング処理は、素子電極間に印加す
る電圧パルスの波高値を一定に保つ場合と素子電極間に
印加する電圧パルスの波高値を増加させながら行う場合
がある。まず、電圧パルスの波高値を一定に保つ場合の
電圧波形の例を図７（ａ）に示す。

【００４９】図７（ａ）中、Ｔ1及びＴ2は電圧波形のパ
ルス幅とパルス間隔であり、Ｔ1は１マイクロ秒〜１０
ミリ秒、Ｔ2は１０マイクロ秒〜１００ミリ秒とした。
また、三角波の波高値（フォーミング時のピーク電圧）
は適宜選択し、1.33×10^-3Pa（パスカル）程度の真空雰
囲気下で印加した。

【００５０】電圧パルス波高値を増加させながら、フォ
ーミングする場合の電圧波形を図７（ｂ）に示す。図７
（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、Ｔ1を１マイクロ秒〜１０ミリ秒、Ｔ２を１
０マイクロ秒〜１００ミリ秒とし、三角波の波高値（フ
ォーミング時のピーク電圧）は、例えば0.1Ｖステップ
程度づつ増加させた。なお、フォーミング中の真空雰囲
気は1.33×10^-3Pa程度に保った。

【００５１】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１４が局所的に破壊、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
て抵抗値を求め、例えば、1ＭΩ以上の抵抗を示した
時、フォーミング終了とした。この時の電圧を、フォー
ミング電Ｖformと呼ぶことにする。

【００５２】以上説明したように、フォーミング処理は
素子の電極間に三角波パルスを印加して行っているが、
素子の電極間に印加する波形は三角波に限定することは
なく、矩形波などの波形を用いても良く、その波高値及
びパルス幅・パルス間隔等についても上述値に限ること
なく、電子放出部が良好に形成される様に、導電性薄膜
の抵抗値等にあわせて、所望の値を選択する。

【００５３】５）次に、フォーミング終了した素子に
活性化処理と呼ぶ処理を施す。活性化処理とは、1.33×
10^-2〜1.33×10^-3Pa程度の圧力で、フォーミング同様、
電圧パルスの波高値が一定のパルスを繰りかえし印加す
る処理のことを言い、真空中に存在する有機物質から、
炭素及び炭素化合物を堆積することで、素子電流If、放
出電流Ieを著しく変化させる処理である。素子電流Ifと
放出電流Ieを測定しながら、例えば、放出電流Ieが飽和
した時点で、活性化処理を終了する。活性化処理の進行
の程度は、装置内の圧力、素子に印加するパルス電圧等
に依存している。この処理によって、フォーミングによ
って、変形、変質した薄膜の近傍の被膜の形成状態が変
化する。

【００５４】６）活性化処理を施した素子には、つづ
いて安定化処理を施すのが望ましい。この処理は電子放
出素子を活性化処理した圧力より低い圧力の真空雰囲気
にし駆動する。また活性化処理した圧力より低い圧力の
真空雰囲気とは、約1.33×10 ^-4Pa以下の圧力であり、よ
り好ましくは、超高真空系であり、炭素、及び炭素化合
物が新たに、ほぼ堆積しない圧力である。従って、これ
によって、これ以上の炭素及び炭素化合物の堆積を抑制
することが可能となり、素子電流If，放出電流Ieが一定
に安定する。

【００５５】上述のような素子構成と製造方法によって
作成された本発明にかかわる電子放出素子の基本特性に
ついて図６、図８を用いて説明する。図６に示した測定
評価装置により測定された放出電流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図８に示す。
なお、図８では放出電流Ｉｅは素子電流Ｉｆに比べて著
しく小さいので、任意単位で示されている。

【００５６】図８からも明らかなように、本電子放出素
子は放出電流Ｉeと素子電圧Vfの関係に対して次の三つ
の特性を有する。

【００５７】（ｉ）まず第一に、本素子はある電圧
（しきい値電圧と呼ぶ、図８のＶth）以上の素子電圧を
印加すると急激に放出電流Ｉeが増加し、一方しきい値
電圧Ｖth以下では放出電流Ｉeがほとんど検出されな
い。すなわち、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。

【００５８】（ii）第二に、放出電流Ｉeが素子電圧
Ｖfに依存するため、放出電流Ｉeは素子電圧Ｖfで制御
できる。

【００５９】（iii）第三に、アノード電極１８に捕捉
される放出電荷量は、素子電圧Ｖfを印加する時間に依
存する。すなわち、アノード電極１８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。

【００６０】一方、素子電流Ｉfは素子電圧Ｖfに対して
単調に増加する（ＭＩ特性と呼ぶ）特性（図８）、また
は、電圧制御型負性抵抗（VCNR特性と呼ぶ）特性（不図
示）を示す場合があるが、これら素子電流の特性は、そ
の製法、および、素子を駆動するときの雰囲気に依存す
る。またVCNR特性を示す境界電圧をVpと呼ぶ。

【００６１】更に図９に本発明の電子放出素子の放出電
流Ieの印加電圧依存性と従来例の表面伝導型電子放出素
子の印加電圧依存性を示す。図９から明らかなように、
本発明の表面伝導型電子放出素子では、従来の表面伝導
型電子放出素子に比べて大幅に電子放出効率の改善が認
められた。

【００６２】次に、本発明の電子放出素子を用いた画像
形成装置について述べる。本発明の電子放出素子を複数
個基板上に配列して、画像形成装置が構成できる。基板
上の配列の方式には、例えば、前述の表面伝導型電子放
出素子を複数個一方向に配列した素子列を複数列配置
し、個々の素子の両端をそれぞれ配線（行配線と呼ぶ）
にて結線したものを多数配列し、この配線と直交する方
向の配線（列配線と呼ぶ）に該電子放出素子の上方の空
間に設置された制御電極（グリッドと呼ぶ）を配線する
方法、及び、ｍ本のＸ方向配線の上にｎ本のＹ方向配線
を設置し、表面伝導型電子放出素子の一対の素子電極に
それぞれ、Ｘ方向配線、Ｙ方向配線を接続した配列法が
あげられる。以後、後者を単純マトリクス配置と呼ぶ。
以下、単純マトリクスについて詳述する。

【００６３】本発明にかかわる表面伝導型電子放出素子
は、上述したように、３つの基本的特性の特徴（ｉ）〜
（iii）を備えている。かかる特性によれば、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
値と巾で制御される。一方、しきい値電圧以下では殆ど
放出されない。従って、多数の電子放出素子を配置した
場合においても、個々の素子に上記パルス状電圧を適宜
印加すれば、入力信号に応じて、表面伝導型電子放出素
子を選択し、その電子放出量が制御出来ることとなる。

【００６４】以下この原理に基づき構成した電子源の電
子放出素子基板の構成について、図１０を用いて説明す
る。

【００６５】ｍ本のＸ方向配線９２は、ＤX1，ＤX2，・・
・，ＤXmからなり、絶縁性基板９１上に、真空蒸着法，
印刷法，スパッタ法等で形成し、所望のパターンとした
導電性金属等からなり、多数の表面伝導型素子にほぼ均
等な電圧が供給される様に、材料，膜厚，配線巾が設定
される。

【００６６】Ｙ方向配線９３は、ＤY1，ＤY2，・・・，ＤY
nのｎ本の配線よりなり、Ｘ方向配線９２と同様に、真
空蒸着法，印刷法，スパッタ法等で形成し、所望のパタ
ーンとした導電性金属等からなり、多数の表面伝導型素
子にほぼ均等な電圧が供給される様に、材料，膜厚，配
線巾等が設定される（このｍ，ｎは、共に正の整数）。

【００６７】これらｍ本のＸ方向配線９２とｎ本のＹ方
向配線９３の間は、電気的に分離されて、マトリクス配
線を構成する。

【００６８】Ｘ方向配線９２とＹ方向配線９３、それぞ
れ外部端子として引き出されている。

【００６９】更に、表面伝導型電子放出素子９４の対向
する電極（不図示）はそれぞれ、Ｘ方向配線９２とＹ方
向配線９３、及び真空蒸着法，印刷法，スパッタ法等で
形成された導電性金属等からなる結線９５を介して電気
的に接続されている。

【００７０】ここで、ｍ本のＸ方向配線９２とｎ本のＹ
方向配線９３と素子電極結線用配線９５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
異なってもよく、Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，
Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属、あるいは合金及びＰ
ｄ，Ａｇ，Ａｕ，ＲｕＯ₂，Ｐｄ-Ａｇ等の金属、あるい
は金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体、In₂O
₃-SnO₂等の透明導体及びポリシリコン等の半導体導体材
料等より適宜選択される。

【００７１】また、詳しくは後述するが、前記Ｘ方向配
線９２には、走査信号を印加するための不図示の走査信
号印加手段と電気的に接続されている。一方、Ｙ方向配
線９３には、変調信号を印加するための不図示の変調信
号発生手段と電気的に接続されている。更に、各表面伝
導型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
るものである。

【００７２】次に、以上のようにして作成した電子放出
素子を用いた表示等にもちいる画像形成装置について図
１１と図１２を用いて説明する。図１１は画像形成装置
の基本構成図であり、図１２は蛍光膜を示す図である。

【００７３】図１１において、１０１は上述のようにし
て電子放出素子を作製した電子放出素子基板、１０２は
電子放出素子基板１０１を固定したリアプレート、１０
３はガラス基板１０４の内面に蛍光膜１０５とメタルバ
ック１０６等が形成されたフェースプレート、１０７は
支持枠であり、リアプレート１０２、支持枠１０７及び
フェースプレート１０３をフリットガラス等を塗布し、
大気中あるいは窒素中で、400〜500度で10分以上焼成す
ることで封着して、外囲器１０８を構成する。

【００７４】図１１において、１０９は図１における電
子放出部に相当する。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（図１０と同様）。また、これら素子電極
への配線は、素子電極と配線材料が同一である場合は、
素子電極と呼ぶ場合もある。外囲器１０８は、上述の如
く、フェースプレート１０３，支持枠１０７，リアプレ
ート１０２で構成したが、リアプレート１０２は主に基
板１０１の強度を補強する目的で設けられるため、基板
１０１自体で十分な強度を持つ場合は別体のリアプレー
ト１０２は不要であり、基板１０１に直接支持枠１０７
を封着し、フェースプレート１０３，支持枠１０７，基
板１０１にて外囲器１０８を構成しても良い。

【００７５】図１１において、蛍光膜１０５は、モノク
ロームの場合は蛍光体のみから成るが、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（図
１２中の１１１）と蛍光体（図１２中の１１２）とで構
成される。ブラックストライプ、ブラックマトリクスが
設けられる目的は、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１０５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で
ある。ブラックストライプの材料としては、通常良く用
いられている黒鉛を主成分とする材料だけでなく、導電
性があり、光の透過及び反射が少ない材料であればこれ
に限るものではない。ガラス基板１０４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、沈澱法や印
刷法等が用いられる。

【００７６】また、蛍光膜１０５の内面側には通常メタ
ルバック１０６が設けられる。メタルバックの目的は、
蛍光体の発光のうち内面側への光をフェースプレート１
０３側へ鏡面反射することにより輝度を向上すること
と、電子ビーム加速電圧を印加するための電極として作
用すること、外囲器内で発生した負イオンの衝突による
ダメージからの蛍光体の保護等である。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
真空蒸着等で堆積することで作製できる。

【００７７】フェースプレート１０３には、更に蛍光膜
１０５の導電性を高めるため、蛍光膜１０５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、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なう
必要がある。

【００７８】外囲器１０８は、不図示の排気管を通じ、
1.33×10^-4Pa程度の圧力にされ、封止が行われる。尚、
不図示の排気管を通じ、例えばロータリーポンプ、ター
ボポンプをポンプ系とする様な通常の真空装置系で、1.
33×10^-4Pa程度の圧力中で、容器外端子Ｄox1ないしＤo
xmとＤoy1ないしＤoynを通じ素子電極９２，９３間に電
圧を印加し、上述のフォーミングを行った後、活性化処
理をし、電子放出部１０９を形成し電子放出素子を作製
した。その後、80度〜250度、好ましくは150度以上でベ
ーキングをできるだけ長時間行いながら、例えば、イオ
ンポンプ等のポンプ系とする超高真空装置系にきりかえ
る。超高真空系の切り替え、及びベーキングは、前述の
安定化処理のためであり、その方法、条件は、これに限
るものでない。

【００７９】また、外囲器１０８の封止後の圧力を維持
するために、ゲッター処理を行なう場合もある。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の加熱法により、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1.33×10^-3ないし1.33×10^-5Paの圧力を維持す
るものである。

【００８０】以上のように完成した本発明の画像表示装
置において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄox1な
いしＤoxm、Ｄoy1ないしＤoynを通じ、電圧を印加し
て、電子放出させた。また、高圧端子Ｈｖを通じ、メタ
ルバック１０６、あるいは透明電極（不図示）に数ｋＶ
以上の高圧を印加し、放出された電子ビームを加速し、
蛍光膜１０５に衝突させ、励起・発光させることで画像
を表示するものである。

【００８１】以上述べた構成は、表示等に用いられる好
適な画像形成装置を作製する上で必要な概略構成であ
り、例えば各部材の材料等詳細な部分は上述内容に限ら
れるものではなく、画像装置の用途に適するよう適宜選
択する。

【００８２】

【実施例】以下に、実施例をあげて、本発明をさらに詳
述する。

【００８３】［実施例１］本発明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の断面図と同様で
ある。尚、図１３に示すように、基板１１上には同一形
状の素子が４個形成されている。本発明に係わる表面伝
導型電子放出素子の製造法は、基本的には図５と同様で
ある。以下、図１，図５，図１３を用いて、本発明に関
わる素子の基本的な構成及び製造方法を説明する。

【００８４】本実施例の各表面伝導型電子放出素子は、
図１に示す構成と同様に、基板１１、素子電極１２，１
３、電子放出部を含む薄膜１４、後述のフォーミング工
程によって形成された電子放出部である亀裂１５であ
り、絶縁膜１６を備えている。

【００８５】（工程−ａ）清浄化した青板ガラス上に素
子電極１２のパターンをフォトレジストで形成した後
に、真空蒸着法により厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ１００ｎ
ｍのＮｉを順次堆積して、素子電極１２を形成した。そ
の後、厚さ１μｍのシリコン酸化膜をスパッタ法で形成
して絶縁膜１６を形成し、さらに、その上に素子電極１
３を真空蒸着法により形成した（図５（ａ），
（ｂ））。なお、絶縁膜１６、素子電極のパターニング
もフォトレジストにより行った。ここでＷ1（図１３）
は３００μｍとした。

【００８６】（工程−ｂ）続いて、端面１７をアルミナ
粉により、研磨して平滑面を形成した。その後、その上
に有機Ｐｄ（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
成処理をして導電性薄膜１４を形成した（図５
（ｃ））。また、こうして形成された主として酸化パラ
ジウムよりなる微粒子からなる導電性薄膜(後述のフォ
ーミング工程後は電子放出部を含む薄膜と呼ぶ)１４の
膜厚は１０ｎｍ、シート抵抗値は２×１０⁴Ω／□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）の膜をさし、その粒径とは、前記状態で粒子形
状が認識可能な微粒子ついての径をいう。

【００８７】（工程−ｃ）次に、図６の測定評価装置に
設置し、真空ポンプにて排気し2.66×10^-3Paの圧力に達
した後、素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源５１
より、素子電極１２、１３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。フォーミング
処理の電圧波形を図７（ｂ）に示す。図７（ｂ）中、Ｔ
1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、三角
波の波高値（フォーミング時のピーク電圧）は0.1Ｖス
テップで昇圧し、フォーミング処理を行なった。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
１ＭΩ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。素子のフォーミング電圧は、5.0Ｖ程度
であった。

【００８８】（工程−ｄ）続いて、フォーミング処理し
た素子に、上記工程−ｃにおけるＴ2と同じ周期でパル
ス幅Ｔ1の矩形波を印加して活性化処理を行った。ここ
で、矩形波の波高値を１４Ｖとした。なお、この時、図
６の測定評価装置内の圧力は2.0×10^-3Paであった。約3
0分で活性化処理を終了した。こうして、電子放出部を
形成し電子放出素子を作製した。

【００８９】前述の工程で作製した表面伝導電子放出素
子の特性を把握するために、その電子放出特性の測定を
上述の図６の測定評価装置を用いて行った。

【００９０】なお、アノード電極と電子放出素子間の距
離を５ｍｍとし、アノード電極の電位を５ｋＶ、電子放
出特性測定時の真空装置内の圧力を1.33×10^-3Paとし
た。電極１２，１３の間に素子電圧を１６Ｖ印加して、
その時に流れる素子電流If及び放出電流Ieを測定した。
どの素子ともに、測定初期より安定した素子電流If、放
出電流Ieが観測された。

【００９１】はじめに、素子電極に加える電圧を変えな
がら放出電流を測定した。この結果を図９に示す。素子
電圧１６Ｖで素子電流Ifが0.8ミリアンペア、放出電流
は８マイクロアンペアであったので電子放出効率はおよ
そ1.0％となった。

【００９２】従来例の素子においては、Ifが0.8ミリア
ンペア、Ieが0.8マイクロアンペアと測定され、効率は
0.1％であった。

【００９３】以上より、本発明の素子は、従来例の素子
に比べて最大で10倍程度の高い電子放出効率を示したこ
とになる。つまり、本発明の素子では、一旦、真空中に
放出された電子が再び高電位側の素子電極に引き込まれ
ずにアノード板に到達したものと考えられる。

【００９４】［実施例２］本実施例は第１の実施例の電
子放出素子を単純マトリクス配置した画像形成装置の例
である。画像形成装置の構成は図１１に示した画像形成
装置の構成を同じである。本実施例においては、第一の
実施例の電子放出素子が、短冊上の基板に図１１のよう
に、多数個並べられていて、しかも、共通のx方向配線
を持っている。また、短冊状の基板は基体１０１上にほ
ぼ、垂直方向に立てられている。

【００９５】次に製造方法を工程順に従って図５、図１
１、図１３を用いて具体的に説明する。

【００９６】（工程−ａ）清浄化した青板ガラス上に素
子電極１２のパターンをフォトレジストで形成した後
に、真空蒸着法により厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ１００ｎ
ｍのＮｉを順次堆積して、素子電極１２を形成した。そ
の後、厚さ１μｍのシリコン酸化膜をスパッタ法で形成
して絶縁膜１６を形成し、さらに、その上に素子電極１
３を真空蒸着法により形成した（図５（ａ），
（ｂ））。なお、絶縁膜１６、素子電極のパターニング
もフォトレジストにより行った。ここでＷ1（図１３）
は３００μｍとした。

【００９７】（工程−ｂ）続いて、端面１７をアルミナ
粉により、研磨して平滑面を形成した。その後、その上
に有機Ｐｄ（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
成処理をして導電性薄膜１４を形成した（図５
（ｃ））。また、こうして形成された主として酸化パラ
ジウムよりなる微粒子からなる導電性薄膜１４の膜厚は
１０ｎｍ、シート抵抗値は２×１０⁴Ω／□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）の膜をさし、その粒径とは、前記状態で粒子形状が
認識可能な微粒子ついての径をいう。

【００９８】（工程−ｃ）一方、長さ５００ｍｍ、幅３
００ｍｍの大面積の絶縁性基体１０１にダイシングソー
によって幅３１０μｍ、深さ１ｍｍの溝部を多数本形成
した。

【００９９】（工程−ｄ）次に、スクリーン印刷法によ
って絶縁性基板１０１上に厚さ２μｍ、幅１００μｍの
Ｙ方向配線９３を形成した。

【０１００】（工程−ｅ）ここで、工程−ｂによって作
られた短冊状電子放出素子を大面積基体１０１の溝部に
差し込むことによって順次ならべていった。このとき、
短冊状基板１１に設けられた電極１２と大面積基体１０
１上の電極９３との電気的な接触を得るために少量のハ
ンダを用いた。さらに、ところどころの短冊状基板１１
の裏側に、フェースプレート１０８を基体１０１に対し
て支えるためのスペーサとなる絶縁性基板(不図示)を配
置させた。このスペーサの数は支えるフェースプレート
の厚さ、面積等によって適宜決定される。本実施例では
短冊状絶縁性基板１１が２０本に対して１本の割合でス
ペーサを配した。

【０１０１】（工程−ｆ）以上のようにして、多数の短
冊状基板１１を組み込んだ絶縁性基体１０１をリアプレ
ート１０２上に固定した後、絶縁性基体１０１に対向す
るように、フェースプレート１０８（ガラス基板１０４
の内面に蛍光膜１０５とメタルバック１０６が形成され
て構成される）を支持枠１０７を介し配置し、フェース
プレート１０３、支持枠１０７、絶縁性基体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。またリアプレート１０２への基体１０
１の固定もフリットガラスで行った。

【０１０２】蛍光膜１０５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１０５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１０
４に蛍光体を塗布する方法はスラリー法を用いた。ま
た、蛍光膜１０５の内面側には通常メタルバック１０６
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。フェースプレート１０３には、更に蛍光膜１０５の
導電性を高めるため、蛍光膜１０５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。

【０１０３】（工程−ｇ）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（図示せず）を通じ真空ポ
ンプにて排気し、十分低い圧力に達した後、容器外端子
Ｄx1ないしＤxmとＤy1ないしＤynを通じ電子放出素子の
電極１２、１３間に電圧を印加し、導電性薄膜１４を通
電処理（フォーミング処理）することにより、電子放出
部を作成した。フォーミング処理の電圧波形を図７に示
す。図７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、三角波の波高値（フォーミング時のピーク電
圧）は５Ｖとし、フォーミング処理は約1.33×10^-4Paの
真空雰囲気下で６０秒間行った。このように作成された
電子放出部は、パラジウム元素を主成分とする微粒子が
分散配置された状態となり、その微粒子の平均粒径は３
ｎｍであった。

【０１０４】（工程−ｈ）次に、1.33×10^-4Pa程度の圧
力で、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。

【０１０５】（工程−ｉ）最後に封止後の圧力を維持す
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。

【０１０６】以上のように完成した本発明の画像表示装
置において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄx1ない
しＤxm，Ｄy1ないしＤynを通じ、走査信号及び変調信号
を不図示の信号発生手段よりそれぞれ印加することによ
り、電子放出させ、高圧端子Ｈｖを通じ、メタルバック
106に数ｋＶ以上の高圧を印加し、電子ビームを加速
し、蛍光膜105に衝突させ、励起・発光させることで画
像を表示した。

【０１０７】［実施例３］本実施例は、短冊状の絶縁性
基板１１の上になるべく多数個の電子放出素子を並べ
て、短冊状絶縁性基板の数を減らすように工夫を行った
ものである。電子放出素子の構成、製法、および、電子
放出特性は前記の実施例とほとんど同じであるので本実
施例に於いては、前記実施例とは異なる部分についての
み、記述することにする。

【０１０８】図１４は本発明の第三の実施例を表わす構
成図で、電子放出素子の断面方向から見た図である。本
構成に於いては短冊状の絶縁性基板１３１の両面に表面
伝導型電子放出素子の素子電極１３２，１３３，１３
４，１３５、層間絶縁膜１３６，１３７が形成されてい
る。また、これらの面と直交する端面には共通の導電性
薄膜１３８が形成されていて、実施例１と同様の方法に
よって亀裂部１３９、１４０が形成されている。この亀
裂部にそれぞれ、電子放出部が存在するものと考えられ
る。

【０１０９】［実施例４］図１５は、前記説明の表面伝
導型電子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。

【０１１０】図中、３００はディスプレイパネル、３０
１はディスプレイパネルの駆動回路、３０２はディスプ
レイコントローラ、３０３はマルチプレクサ、３０４は
デコーダ、３０５は入出力インターフェース回路、３０
６はＣＰＵ、３０７は画像生成回路、３０８および３０
９および３１０は画像メモリインターフェース回路、３
１１は画像入力インターフェース回路、３１２および３
１３はＴＶ信号受信回路、３１４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。

【０１１１】以下、画像信号の流れに沿って各部の機能
を説明する。

【０１１２】まず、ＴＶ信号受信回路３１３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（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３１３で受信されたＴ
Ｖ信号は、デコーダ３０４に出力される。ＴＶ信号受信
回路３１２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。

【０１１３】前記ＴＶ信号受信回路３１３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３０４に出力
される。画像入力インターフェース回路３１１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３０４に出力され
る。

【０１１４】画像メモリーインターフェース回路３１０
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３０４に出力される。画像メ
モリーインターフェース回路３０９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３０４に出力される。画
像メモリーインターフェース回路３０８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３０４に入力される。

【０１１５】入出力インターフェース回路３０５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ＣＰＵ３０６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。

【０１１６】画像生成回路３０７は、前記入出力インタ
ーフェース回路３０５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ＣＰＵ３０６より
出力される画像データや文字・図形情報にもとずき表示
用画像データを生成するための回路である。

【０１１７】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。

【０１１８】本回路により生成された表示用画像データ
は、デコーダ３０４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３０５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。

【０１１９】また、ＣＰＵ３０６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３０３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。

【０１２０】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３０２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。また、前記
画像生成回路３０７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３０５を介して外部のコンピュータやメモリを
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、ＣＰＵ３０６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３０５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協同して行っても良
い。入力部３１４は、前記ＣＰＵ３０６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。

【０１２１】また、デコーダ３０４は、前記画像生成回
路３０７ないしＴＶ信号受信回路３１３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３０４は内部に画像メ
モリ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３０７およびＣＰＵ３
０６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。

【０１２２】マルチプレクサ３０３は、前記ＣＰＵ３０
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３０３はデ
コーダ３０４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３０１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。

【０１２３】ディスプレイパネルコントローラ３０２
は、前記ＣＰＵ３０６より入力される制御信号に基づき
駆動回路３０１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、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３０１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３０１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３０１に対して出力する場合も
ある。

【０１２４】駆動回路３０１は、ディスプレイパネル３
００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３０３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３０２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。

【０１２５】以上、各部の機能を説明したが、図１５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
００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３０
４において逆変換された後、マルチプレクサ３０３にお
いて適宜選択され、駆動回路３０１に入力される。

【０１２６】一方、ディスプレイコントローラ３０２
は、表示する画像信号に応じて駆動回路３０１の動作を
制御するための制御信号を発生する。駆動回路３０１
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３００に駆動信号を印加する。これにより、ディス
プレイパネル３００において画像が表示される。これら
の一連の動作は、ＣＰＵ３０６により統括的に制御され
る。

【０１２７】また、本表示装置においては、前記デコー
ダ３０４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路３０７
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
編集を行うことも可能である。また、本実施例の説明で
は特に触れなかったが、上記画像処理や画像編集と同様
に、音声情報に関しても処理や編集を行なうための専用
回路を設けても良い。

【０１２８】従って、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。

【０１２９】なお、上記図１５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
れるものでないことは言うまでもない。たとえば、図１
５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。

【０１３０】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大画面化
が容易で輝度が高く視野角特性にも優れるため、本表示
装置は臨場感にあふれ迫力に富んだ画像を視認性良く表
示することが可能である。

【０１３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基体上に二層の素子電極を絶縁膜を挟んで積層し、積層
した面とは直角方向の基体端面に導電性薄膜を形成した
電子放出素子によって、電子放出位置が正確に制御で
き、さらに安価に製造できるようになった。また、この
ような構造を用いることによってに電子放出効率を上げ
ることが可能になった。

【０１３２】さらには、入力信号に応じて電子を放出す
る電子放出素子であって、上記の電子放出素子を、基体
上に、複数個配置した電子源にあっては、電子放出位置
が正確に制御できるのでより高精細化ができ、安価に製
造でき、電子放出効率がより向上した電子源とすること
が可能になった。

【０１３３】上記電子源としては、上記電子放出素子を
複数個一方向に配列した素子列を複数列配置し、個々の
素子の両端をそれぞれ配線（行配線）にて結線したもの
を多数配列し、この配線と直交する方向の配線（列配
線）に該電子放出素子の上方の空間に設置された制御電
極（グリッド）を配線する方法、及び、ｍ本のＸ方向配
線の上にｎ本のＹ方向配線を設置し、表面伝導型電子放
出素子の一対の素子電極にそれぞれ、Ｘ方向配線、Ｙ方
向配線を接続した配列法を取ることができ、安定で、か
つ、歩留まりよく作成できるようになる。また、効率の
向上により、消費電力が少なく周辺回路等の負担も軽減
され安価な装置が提供できる。さらに、電子放出位置が
正確に制御できるようになったので、高解像度の電子源
が製造できるようになった。

【０１３４】また、本発明の画像形成装置においては、
入力信号に基づいて、画像を形成する装置であり、少な
くとも、画像形成部材と前記電子放出素子より構成され
たことを特徴とする画像形成装置であるため、安定で制
御された電子放出特性と効率の向上がなされ、例えば蛍
光体を画像形成部材とする画像形成装置においては、低
電流、低消費電力で明るい高品位な画像形成装置、例え
ば、カラーフラットテレビが実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の基本
構成図である。

【図２】従来の表面伝導型電子放出素子の基本構成図で
ある。

【図３】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の電子
放出の原理を説明する図である。

【図４】従来の表面伝導型電子放出素子の電子放出の原
理を説明する図である。

【図５】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の基本
的な製造方法を示す図である。

【図６】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の基本
的な測定評価装置を示す図である。

【図７】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の通電
伝処理の電圧波形を示す図である。

【図８】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の基本
的な特性を示す図である。

【図９】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の基本
的な特性を示す図である。

【図１０】本発明の電子源の電子放出素子のマトリクス
構成図である。

【図１１】本発明の画像形成装置の構成を示す図であ
る。

【図１２】上記画像形成装置に用いる蛍光膜の説明図で
ある。

【図１３】本発明の電子放出素子の斜視図である。

【図１４】実施例３の電子放出素子の基本的構成図であ
る。

【図１５】実施例４の表示装置のブロック図である。

【図１６】従来の表面伝導型電子放出素子の基本構成図
である。

【符号の説明】

１１基板、１２，１３素子電極、１４導電性
薄膜、１５電子放出部（亀裂）、１６絶縁膜、
１７端面、１８アノード板、２１基板、２
２，２３素子電極、２５導電性薄膜、２４電子
放出部（亀裂）、３１，４１放出電子が素子電極方向
の力を受ける領域、５１電源、５２，５４電流
計、５３高圧電源、９２ X方向配線、９３ Y方
向配線、１０１絶縁性基体、１０２リアプレー
ト、１０３フェースプレート、１０４ガラス基
板、１０５蛍光膜、１０６メタルバック、１０
７支持枠、１０８外囲器、１０９電子放出部、
１１１黒色導電体、１１２蛍光体、１３１基
板、１３２，１３３，１３４，１３５素子電極、１
３６，１３７絶縁膜、１３８導電性薄膜、１３
９，１４０電子放出部（亀裂）、３００ディスプ
レイパネル、３０１駆動回路、３０２ディスプレ
イコントローラ、３０３マルチプレクサ、３０４
デコーダ、３０５入出力インターフェース回路、３
０６ＣＰＵ、３０７画像生成回路、３０８，３０
９，３１０画像メモリインターフェース回路、３１１
画像入力インターフェース回路、３１２，３１３
TV信号受信回路、３１４入力部、２０１絶縁性基
板、２０２導電性薄膜、２０３電子放出部、２
０４導電性薄膜。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上に第１の素子電極と第２の素子電
極とが絶縁層を挟んで積層され、前記第１及び第２の素
子電極の積層された面と垂直方向の面上に導電性薄膜が
形成されてなる電子放出素子であって、前記第１の素子電極、前記絶縁層、前記第２の素子電極
は前記基体の端縁まで形成され、該端縁側の前記第１の
素子電極、前記絶縁層、前記第２の素子電極の側面には
前記導電性薄膜が延長されて形成されてなり、前記第１の素子電極と前記第２の素子電極との間の前記
導電性薄膜に電子放出部が形成されてなる電子放出素
子。
【請求項２】基体の第１の面上及びこの第１面と対向
する第２の面上にそれぞれ第１の素子電極と第２の素子
電極とが絶縁層を挟んで積層され、前記第１及び第２の
面と垂直方向の面上に導電性薄膜が形成されてなる電子
放出素子であって、前記第１及び第２の面上にそれぞれ積層された第１の素
子電極、前記絶縁層、前記第２の素子電極は、前記第１
及び第２の面の同一方向の端縁までそれぞれ形成され、
前記第１及び第２の面の同一方向の端縁側の前記第１の
素子電極、前記絶縁層、前記第２の素子電極の側面には
それぞれ前記導電性薄膜が延長されて形成されてなり、前記第１及び第２の面上にそれぞれ積層された前記第１
の素子電極と前記第２の素子電極との間の前記導電性薄
膜に電子放出部が形成されてなる電子放出素子。
【請求項３】前記電子放出素子は表面伝導型電子放出
素子であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載
の電子放出素子。
【請求項４】入力信号に応じて電子を放出する電子放
出素子であって、請求項１〜３のいずれかの請求項に記
載の電子放出素子を、基体上に複数個配置したことを特
徴とする電子源。
【請求項５】請求項４に記載の電子源において、前記基体は短冊状基体であって、前記短冊状基体の長手
方向に請求項１〜３のいずれかの請求項に記載の電子放
出素子が複数個配置され、各電子放出素子の一方の素子
電極は前記短冊状基体に設けられた共通の配線に接続さ
れてなり、前記短冊状基体は、別の基体に電子放出部がマトリクス
状に配されるように前記長手方向と垂直方向に複数個配
列されており、各短冊状基体の同一配列順の電子放出素
子の他方の素子電極が前記別の基体に設けられた配線群
に電気的に接続されてなることを特徴とする電子源。
【請求項６】請求項４又は請求項５に記載の電子源
と、該電子源からの電子線の照射により画像を形成する
画像形成部材と、を有することを特徴とする画像形成装
置。