JPH09265899A

JPH09265899A - 電子放出素子及びその製造方法及び電子源及び画像形成装置

Info

Publication number: JPH09265899A
Application number: JP7802096A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Iwasaki; 達哉岩崎
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】良好な電子放出特性と長寿命化を同時に実現
する電子放出素子、及びその製造方法、及びそれを用い
た電子源、及び画像形成装置を提供する。【解決手段】絶縁性基板１上に形成された一対の素子
電極２，３と、該素子電極にまたがって形成され、電子
放出部を有する導電性薄膜４を備える電子放出素子にお
いて、該電子放出素子の電子放出部５及びその低電位側
の前記導電性薄膜４上に難酸化性材料９９９を主成分と
する薄膜が堆積し、さらに、前記電子放出部５及びその
高電位側の前記導電性薄膜４上には易酸化性材料９９８
を主成分とする薄膜が堆積してい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】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子、該
電子放出素子を用いた電子源、該電子源を用いた画像形
成装置、及び該電子放出素子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
して熱電子放出素子と冷陰極電子放出素子を用いた２種
類のものが知られている。冷陰極電子放出素子には電界
放出型（以下、「ＦＥ型」という。）、金属／絶縁層／
金属型（以下、「ＭＩＭ型」という。）や、表面伝導型
電子放出素子等がある。

【０００３】ＦＥ型の例としては、Ｗ．Ｐ．Ｄｙｋｅ＆
Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏ
ｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈ
ｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）あるいはＣ．Ａ．Ｓ
ｐｉｎｄｔ，“ＰＨＹＳＩＣＡＬＰｒｏｐｅｒｔｉｅ
ｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍｉｓ
ｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈｍｏｌｙｂｄ
ｅｎｉｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，４７，５２４８（１９７６）等に開示されたもの
が知られている。

【０００４】ＭＩＭ型の例としては、Ｃ．Ａ．Ｍｅａ
ｄ，“ＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＴｕｎｎｅｌ−Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ”、Ｊ．Ａｐｐｌｙ．Ｐ
ｈｙｓ．，３２、６４６（１９６１）等に開示されたも
のが知られている。

【０００５】表面伝導型電子放出素子型の例としては、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ、ＲａｄｉｏＥｎｇ．Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎＰｙｓ．，１０，１２９０，（１９６５）
等に開示されたものがある。

【０００６】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：“ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉ
ｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／Ｓ
ｎＯ₂ 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌａｎｄ
Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．
ＥＤＣｏｎｆ．”，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。

【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
は前記導電性薄膜両端に電圧を印加通電し、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】表面伝導型電子放出素
子については、適用した画像形成装置が明るい表示画像
を長期にわたり安定して提供できるよう、更に安定で長
寿命な電子放出特性及び電子放出の効率向上が要望され
ている。ここでの効率は、表面伝導型電子放出素子の一
対の素子電極に電圧を印加した際に、両電極間を流れる
電流（以下、「素子電流」という。）と真空中に放出さ
れる電流（以下、「電子放出電流」という。）との比で
評価されるものであり、素子電流が小さく、放出電流が
大きい電子放出素子が望まれている。安定的に制御し得
る電子放出特性と効率の向上及び長寿命化がなされれ
ば、例えば蛍光体を画像形成部材とする画像形成装置に
おいては、低電力（低電圧、低電流）で明るい高品位な
画像形成装置、例えばフラットテレビが実現できる。ま
た、低電力化にともない、画像形成装置を構成する駆動
回路等のロ−コスト化も図れる。

【０００９】本出願者によって、上述の表面伝導型電子
放出素子の特性の向上をはかるために、フォーミング
後、化学的気相成長法により、電子放出部に金属を主成
分とする被膜を形成することが行われている（特願平６
−１８１２８６号）。

【００１０】この手法においては、図２０に示すよう
に、主に電子放出部及びその高電位側に金属９９７が選
択的に形成される。

【００１１】［発明の目的］本発明の、第１の目的は、
上記手法を発展させ、さらに、電子放出効率が高く、安
定で長寿命な電子放出素子を提供することにある。

【００１２】さて、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
導型放出素子を配列形成した例としては、後述する様
に、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号、特開平１−２８３７４
９、２−２５７５５２号等）。

【００１３】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、ＵＳＰ５０６６８
８３）。

【００１４】これらを鑑み、本発明の第２の目的は、上
記電子放出素子を応用し、高輝度で動作安定性に優れた
電子源及び画像形成装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段及び作用】

［手段］本発明は、上述した課題を解決するために鋭意
検討を行って成されたものであり、下述する構成のもの
である。

【００１６】第１に、絶縁性基板上に形成された一対の
素子電極と、該素子電極にまたがって形成され、電子放
出部を有する導電性薄膜を備える電子放出素子におい
て、該電子放出素子の電子放出部及びその低電位側の前
記導電性薄膜上に、難酸化性材料を主成分とする薄膜が
堆積していることを特徴とする電子放出素子。

【００１７】更には、絶縁性基板上に形成された一対の
素子電極と、該素子電極にまたがって形成され、電子放
出部を有する導電性薄膜を備える電子放出素子におい
て、該電子放出素子の電子放出部及びその低電位側の前
記導電性薄膜上に難酸化性材料を主成分とする薄膜が堆
積し、さらには電子放出部及びその高電位側の前記導電
性薄膜上に易酸化性材料を主成分とする薄膜が堆積して
いることを特徴とする電子放出素子である。

【００１８】その中でも、特に、該難酸化性材料が貴金
属（Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｉｒ）もしくは炭素であ
ること、該易酸化性材料がアルカリ土類金属もしくは遷
移金属であること、難酸化性材料、易酸化性材料の薄膜
が５０ｎｍ以下であること、易酸化性材料表面が酸化さ
れていること、導電性薄膜の主成分がＰｄであること、
電子放出素子が表面伝導型電子放出素子であること、を
特徴とする電子放出素子である。

【００１９】第２に、上記電子放出素子の製造方法にお
いて、少なくとも、反応性気体雰囲気中において、該電
子放出素子の一対の素子電極の間に電圧を印加すること
により、前記電子放出部及びその低電位側の導電性薄膜
上に、難酸化性材料の薄膜を堆積する工程を有するこ
と、少なくとも、反応性気体雰囲気中において、該電子
放出素子の一対の素子電極の間に電圧を印加することに
より、前記電子放出部及びその高電位側の導電性薄膜上
に、易酸化性材料の薄膜を堆積する工程、を有するこ
と、少なくとも、第１の反応性気体雰囲気中において、
該電子放出素子の一対の素子電極の間に電圧を印加する
ことにより、前記電子放出部及びその低電位側の導電性
薄膜上に、難酸化性材料の薄膜を堆積する工程と、第２
の反応性気体雰囲気中において、該電子放出素子の一対
の素子電極の間に電圧を印加することにより、前記電子
放出部及びその高電位側の導電性薄膜上に、易酸化性材
料の薄膜を堆積する工程と、を有すること、さらに、難
酸化性材料の薄膜を堆積する工程において一対の前記素
子電極間に印加する電圧と、易酸化性材料の薄膜を堆積
する工程において同じく一対の前記素子電極間に印加す
る電圧の極性が逆であること、難酸化性材料もしくは易
酸化性材料の薄膜を堆積する工程が活性化工程であるこ
と、を特徴とする電子放出素子の製造方法である。

【００２０】第３に、入力信号に応じて電子を放出する
電子源であって、上記、電子放出素子を、基体上に、複
数個配置したことを特徴とした電子源である。

【００２１】第４に、入力信号に基づいて、画像を形成
する装置であって、少なくとも、画像形成部材と上記の
電子源より構成されたことを特徴とする画像形成装置で
ある。

【００２２】［作用］本明細書では、貴金属（Ｐｔ，Ａ
ｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｉｒｅｔｃ，）や炭素等を難酸化性
材料と呼ぶことにする。難酸化材料を主成分として堆積
される薄膜は、上記元素を主成分とした金属もしくは半
導体である。

【００２３】また、本明細書では、アルカリ土類金属、
遷移金属、希土類等の、例えばＭｇ，Ｃａ，Ｂａ，Ｌ
ａ，Ｙ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｗ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｓ
ｍ等を易酸化性材料と呼ぶことにする。易酸化材料を主
成分とする薄膜は、上記元素を主成分とし、その金属、
あるいは金属酸化物からなる。

【００２４】本発明によれば、電子放出素子の電子放出
部及びその低電位側に難酸化性材料を主成分とする薄膜
を堆積することにより、安定な電子放出特性が得られ
る。

【００２５】これは、難酸化性材料が、良伝導性及び表
面不活性などの特徴を有するために、安定した電子供給
を可能とし、それゆえ安定な電子放出特性が得られると
考えられる。

【００２６】さらに、本発明の電子放出素子の電子放出
部及びその高電位側には、堆積物として易酸化性材料を
主成分とする薄膜が配されることにより、安定で長寿命
の電子放出特性が得られるとともに、大きな放出電流特
性、すなわち高効率な電子放出特性が得られる。

【００２７】高電位側の材料として易酸化材料が望まし
い理由については定かではないが、通常の１．３×１０
^-5Ｐａ程度の圧力の真空度では、これらの金属の表面は
酸化（酸素終端）されていることが予想され、この表面
酸化により、高電界、イオン衝撃、電子衝撃に耐え得る
性質や化学的に安定な物性が得られ、それゆえ安定で長
寿命の電子放出特性が得られると考えられる。

【００２８】また、この表面酸化により、低仕事関数の
性質や、低電位側から供給される電子に対して高い電子
反射率を有する性質が得られ、それゆえ大きな放出電流
特性、すなわち高効率な電子放出特性が得られると考え
られる。

【００２９】

【発明の実施の形態】

＜本発明を用いた表面伝導型電子放出素子の構成＞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。

【００３０】まず、平面型表面伝導型電子放出素子につ
いて説明する。

【００３１】図１は、本発明を適用した表面伝導型電子
放出素子を示す断面図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、
それを模式的に示す平面図、断面図である。図１におい
て、１は絶縁性基板、２は低電位側素子電極、３は高電
位側素子電極、４は導電性薄膜、５は電子放出部、９９
８は易酸化性材料を主成分とする薄膜、９９９は難酸化
性材料を主成分とする薄膜である。

【００３２】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。

【００３３】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等の金属或は合金及びＰｄ，Ａｇ，Ａｕ，Ｒｕ
Ｏ₂ ，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 −ＳｎＯ₂ 等の透明
導電体及びポリシリコン等の半導体導体材料等から適宜
選択することができる。ここで、低電位側素子電極及び
高電位側素子電極とは、各々、駆動時に低電位、高電位
の電極として用いられることを意味し、後述のフォーミ
ング、活性化、安定化等の製造工程においては、これに
限られるものではなく、逆向き、すなわち各々高電位、
低電位の電極として使用することもできる。

【００３４】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、数百ｎｍから
数百μｍ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μｍから数十μ
ｍの範囲とすることができる。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μｍから数百μ
ｍの範囲とすることができる。素子電極２、３の膜厚ｄ
は、数十ｎｍから数μｍの範囲とすることができる。

【００３５】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。

【００３６】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などの開口から構成され、導電性
薄膜４の膜厚、膜質、材料及び後述するフォーミングに
依存したものとなる。また、電子放出部及びその低電位
側には易酸化性材料を主成分とする薄膜９９８が堆積さ
れる。さらには、電子放出部及びその高電位側には難酸
化性材料を主成分とする薄膜９９９が堆積される。

【００３７】電子放出部５の内部には、０．１ｎｍの数
倍から数十ｎｍの範囲の粒径の導電性微粒子が存在する
場合もある。この導電性微粒子は、導電性薄膜を構成す
る材料や易酸化性材料を主成分とする薄膜９９８、難酸
化性材料を主成分とする薄膜９９９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。

【００３８】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、
０．１ｎｍの数倍から数百ｎｍの範囲とするのが好まし
く、より好ましくは１ｎｍより５０ｎｍ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ｌ
の薄膜の抵抗Ｒを、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、膜に亀裂などを生
じさせて高抵抗状態を形成する処理を包含するものであ
る。

【００３９】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、０．１ｎｍの数倍から数百ｎｍの
範囲、好ましくは、１ｎｍから２０ｎｍの範囲である。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。「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。

【００４３】「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）。

【００４４】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。

【００４５】「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”（ｕｌｔｒａｆｉｎｅｐａｒｔｉｃｌｅ）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０．１ｎｍの数倍〜１ｎｍ程度、上限は数μｍ
程度のものを指すこととする。

【００４６】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，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属、Ｐｄ
Ｏ，ＳｎＯ₂ ，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ，ＰｂＯ，Ｓｂ₂ Ｏ₃ 等の酸
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。導電性薄膜の材料としては、後述のフォー
ミング工程を制御良く行い、一様な亀裂などの開口を再
現性良く形成することができることが望まれる。亀裂形
成およびその制御には、導電性薄膜の抵抗値、膜厚、膜
質などが大きな寄与をすることから、これらを制御しや
すい材料であることが望まれる。また、フォーミング工
程に必要な電力が小さいことも、特に多数の素子を同時
にフォーミングする必要があるときに重要である。フォ
ーミング電力は、主として導電性薄膜の材料の物性値
（融点、比抵抗、熱伝導率など）に依存し、融点が高い
ときにフォーミング電力が大きい傾向がある。これら
に、薄膜の安定性なども考慮すると、上記の中でもＰ
ｄ，ＰｄＯ，Ｎｉ，Ｐｔ，ＰｂＯなどが望ましい。

【００４７】上述のように、本発明を適用した表面伝導
型電子放出素子の電子放出部及びその低電位側には難酸
化性材料を主成分とする薄膜９９９が配される。ここ
で、低電位側及び高電位側とは、各々、動作時に低電
位、高電位の電極として用いられることを意味し、後述
のフォーミング、活性化、安定化等の製造工程において
は、これに限られるものではなく、逆向き、すなわち各
々高電位、低電位の電極として使用することもできる。

【００４８】ここで、難酸化性材料とは、具体的には貴
金属（Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｉｒｅｔｃ，）やＣ
等が挙げられる。難酸化性材料を主成分とする薄膜９９
９は、上記元素を主成分とした金属もしくは半導体であ
る。電子放出部及びその低電位側に配される材料として
難酸化性材料が好ましい理由としては、良伝導性及び表
面不活性などの特徴を有するために、安定した電子供給
を可能とし、それゆえ安定な電子放出特性が得られると
考えられる。

【００４９】さらに、本発明の表面伝導型電子放出素子
の電子放出部及びその高電位側には、堆積物として易酸
化性材料を主成分とする薄膜９９８が配されることが望
ましい。ここで、易酸化性材料とは、アルカリ土類金
属、遷移金属、希土類等であり、例えばＭｇ，Ｃａ，Ｂ
ａ，Ｌａ，Ｙ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｗ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔ
ａ，Ｓｍ等が挙げられる。易酸化性材料を主成分とする
薄膜９９８は、上記元素を主成分とし、その金属、ある
いは金属酸化物からなる。

【００５０】高電位側の材料として易酸化性材料が望ま
しい理由については定かではないが、通常の１．３×１
０^-5Ｐａ程度の圧力の真空度では、これらの金属の表面
は酸化（酸素終端）されていることが予想され、この表
面酸化により、高電界、イオン衝撃、電子衝撃に耐え得
る性質や化学的に安定な物性が得られ、それゆえ安定で
長寿命の電子放出特性が得られると考えられる。さらに
は、この表面酸化により、低仕事関数の性質や、低電位
側から供給される電子に対して高い電子反射率を有する
性質が得られ、それゆえ大きな放出電流特性、すなわち
高効率な電子放出特性が得られると考えられる。

【００５１】易酸化性材料を主成分とする薄膜９９８及
び難酸化性材料を主成分とする薄膜９９９の堆積量とし
ては、電子放出部表面が堆積物で覆われる程度必要と
し、膜厚として、単原子層から５０ｎｍ以下の範囲とす
るのが好ましく、より好ましくは３０ｎｍ以下の範囲と
することがより好ましい。

【００５２】上述のように導電性薄膜４として好ましい
材料と、低電位側、高電位側に配される材料として好ま
しい材料は必ずしも一致しないことから、本発明の構成
のように電子放出部及びその近傍を、堆積物で被うこと
により電子放出諸特性に大きな効果を示すものである。
時に、導電性薄膜としてＰｔの様に低電位側に望ましい
難酸化性材料を用いた場合、低電位側に必ずしも堆積物
が必要ない場合もあるが、この場合にもフォーミング時
に電子放出部近傍の導電性薄膜が一部痛む事があるた
め、さらなる堆積を施すことがより望ましい。

【００５３】次に、垂直型表面伝導型電子放出素子につ
いて説明する。

【００５４】図２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。

【００５５】図２においては、図１に示した部位と同じ
部位には図１に付した符号と同一の符号を付している。
２１は段差形成部である。基板、素子電極２及び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、数百ｎｍから数十μｍの範囲とすることができる。
この膜厚は、段差形成部の製法、及び、素子電極間に印
加する電圧を考慮して設定されるが、数十ｎｍから数μ
ｍの範囲が好ましい。

【００５６】導電性薄膜４は、素子電極２及び３と段
差形成部２１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２においては、段差形成部２
１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。

【００５７】＜本発明を適用した表面伝導型電子放出素
子の製造方法＞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３に示
す。

【００５８】図３においても、図１に示した部位と同じ
部位には図に付した符号と同一の符号を付している。

【００５９】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
３（ａ））。

【００６０】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
３（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。

【００６１】３）つづいて、フォーミング工程を施す。
このフォーミング工程の方法の一例として通電処理によ
る方法を説明する。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３（ｃ））。
通電フォーミング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。通電フォーミ
ングの電圧波形の例を図４に示す。

【００６２】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４（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４（ｂ）に示した手
法がある。

【００６３】図４（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（通電フォー
ミング時のピーク電圧）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。

【００６４】図４（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図４
（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（通電フォーミング時のピーク電圧）は、例えば
０．１Ｖステップ程度ずつ、増加させることができる。

【００６５】通電フォーミング処理の終了は、パルス間
隔Ｔ２中に、導電性薄膜２を局所的に破壊、変形しない
程度の電圧を印加し、電流を測定して検知することがで
きる。例えば０．１Ｖ程度の電圧印加により流れる素子
電流を測定し、抵抗値を求めて、１ＭΩ以上の抵抗を示
した時、通電フォーミングを終了させる。

【００６６】４）フォーミングを終えた素子には、以下
に述べる活性化工程と呼ばれる処理を施すことにより堆
積物として易酸化性材料９９８を主成分とする薄膜及び
難酸化性材料を主成分とする薄膜９９９を素子上に堆積
することができる（図３（ｄ））。この活性化工程によ
り、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅを著しく変化、向上さ
せる事ができる。

【００６７】活性化工程は、例えば、後述の有機物質ガ
スもしくは反応性気体を含有する雰囲気下で、電圧パル
スの印加を繰り返すことで行うことができる。この電圧
パルスの極性により、主に電子放出部及び高電位を印加
した電極側に反応生成物を堆積することができる。但
し、時に、そのガス種及び電圧パルスの印加条件によっ
ては、低電位を印加した電極側に反応生成物が堆積する
こともある。

【００６８】この反応生成物は、有機ガスの雰囲気下で
行った場合には、炭素あるいは炭素化合物であり、ここ
で言う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、ＨＯ
ＰＧはほぼ完全なグラファイトの結晶構造、ＰＧは結晶
粒が２０ｎｍ程度で結晶構造がやや乱れたもの、ＧＣは
結晶粒が２ｎｍ程度になり結晶構造の乱れがさらに大き
くなったものを指す。）、非晶質カーボン（アモルファ
スカーボン及び、アモルファスカーボンと前記グラファ
イトの微結晶の混合物を指す）である。

【００６９】一方、反応性気体の雰囲気下で行った場合
には、反応生成物は、反応性気体の中心金属を主成分と
する多結晶、単結晶あるいはアモルファスによる金属、
金属化合物（酸化物、窒化物）、半導体、絶縁体であ
る。また、生成物の中には、時に、炭素が混入する事も
ある。また、複数の反応性気体を混合して使用すること
により、化合物を堆積することも可能である。

【００７０】活性化工程を行なう有機物質ガスの雰囲気
としては、例えば油拡散ポンプやロータリーポンプなど
を用いて真空容器内を排気した場合に、雰囲気内に残留
する有機ガスを利用して形成することができる他、イオ
ンポンプなどにより一旦十分に排気した真空中に適当な
有機物質のガスを導入することによっても得られる。適
当な有機物質としては、アルカン、アルケン、アルキン
の脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、アルコール
類、アルデヒド類、ケトン類、アミン類、フェノール、
カルボン、スルホン酸等の有機酸類等を挙げることが出
来、具体的には、メタン、エタン、プロパンなどＣｎＨ
_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。

【００７１】一方、活性化工程を行なう反応性気体と
は、通常のＣＶＤ法に用いられるガスを指し、金属アル
コキシドをはじめとする有機金属化合物や、ハロゲン化
合物、カルボニル化合物等をはじめとする無機化合物が
挙げられる。より詳しくは、Ａｌ（ＣＨ₃ ）₃ ，Ａｕ
（ＣＨ₃ ）₂ （Ｃ₅ Ｈ₇ Ｏ₂ ），Ｉｒ（Ｃ₃ Ｈ₅ ）₃ ，
Ｍｇ（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₂ ，Ｙ（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₃ ，Ｍｏ（Ｃ₅ Ｈ
₅ ）₂ Ｈ₂ ，Ｗ（Ｃ₅ Ｈ₅）₂ Ｈ₂ ，Ａｌ（ＯＣＨ₃ ）₃
，Ｍｇ（ＯＣＨ₃ ）₂ ，Ｎｂ（ＯＣＨ₃ ）₂ ，Ｚｒ
（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₄ ，Ａｌ（ＡｃＡｃ）₃ ，Ｂａ（ＡｃＡ
ｃ）₂ ，Ｌａ（ＤＰＭ）₃ ，Ｂａ（ＤＰＭ），Ｐｔ（Ｃ
₅ Ｈ₅ ）（ＣＨ₃ ）₃ 等の有機金属化合物やＡｌＣｌ
₃ ，ＣｓＦ，Ｗ（ＣＯ）₆ ，ＷＦ₆ ，ＬａＣｌ₃ ，Ｃｓ
₂ ＣＯ₂ ，Ｎａ₂ＣＯ₃ ，等の無機化合物が挙げられ
る。

【００７２】ここで、ＡｃＡｃはＣＨ₃ ＣＯＣＨ₂ ＣＯ
ＣＨ₃ 、ＤＰＭは（ＣＨ₃ ）₃ ＣＣＯＣＨ₂ ＣＯＣ（Ｃ
Ｈ₃ ）₃ の略名である。

【００７３】反応性気体の供給方法の一例について図１
８を用いて概説する。バブラー６１内の反応性材料６２
は、その蒸気圧により、配管を介し、反応性気体として
真空装置へと導入される。バブラー及び配管は恒温漕内
に配置され、該材料に対して所望の蒸気圧が得られる温
度に制御される。また、キャリアガスとしてＨ₂ ，Ｏ
₂ ，Ｎ₂ ，Ａｒ等を用い（図のボンベ）、混合して導入
することもできる。

【００７４】活性化工程における有機物質及び反応性気
体のガス圧は、前述の電子放出素子の形態、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。

【００７５】また、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。

【００７６】本発明の表面伝導型電子放出素子のよう
に、易酸化性材料を主成分とする薄膜９９８と難酸化性
材料を主成分とする薄膜９９９の２種類の材料を堆積す
る必要がある場合には、本工程を２度に分けて順次行う
ことが挙げられる。この場合には、１度めと２度めの活
性化においては、電圧パルスの極性を反転するなどし
て、所望の素子電極側に反応生成物を堆積することがで
きる。他にも、２種以上のガスを混合する等の条件下に
おいて、一度の本工程により、同時に高電位側と低電位
側に所望の異なる材料を堆積する事ができる場合もあ
る。

【００７７】上記、活性化行程により、易酸化性材料、
難酸化性材料を堆積した表面伝導型電子放出素子のＦＥ
−ＳＥＭ，ＴＥＭによる形態観察の一例を図１９に示し
た。上述したように、電子放出部及びその低電位側には
易酸化性材料を主成分とする薄膜９９８、電子放出部及
びその高電位側には難酸化性材料を主成分とする薄膜９
９９が堆積されている。電子放出部５の内部には、０．
１ｎｍの数倍から数十ｎｍの範囲の粒径の導電性微粒子
が存在し、この導電性微粒子は、導電性薄膜を構成する
材料や易酸化性材料を主成分とする薄膜９９８、難酸化
性材料を主成分とする薄膜９９９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している。

【００７８】５）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
容器内の圧力は、（１．３〜３．９）×１０^-5Ｐａ以下
が好ましく、さらに、１．３×１０^-6Ｐａ以下が特に好
ましい。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。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、８０〜２
００℃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。このような工程を施すことにより、新たな炭素ある
いは炭素化合物の堆積を抑制できる真空雰囲気が得ら
れ、結果として素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが安定す
る。

【００７９】但し、本工程を行うまでもなく、真空容器
中の有機物質が十分除去されており、素子表面の清浄度
も十分に高い際には、この安定化工程は必ずしも必要で
はない。

【００８０】＜本発明を用いた表面伝導型電子放出素子
の基本特性＞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５、図６を参
照しながら説明する。

【００８１】図５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。図５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Ｉ
ｅ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。

【００８２】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。ま
た、真空容器５５内には、先に説明した反応性気体導入
系（図１８）が接続されている。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度まで加熱できる。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。

【００８３】図６は、図５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６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。

【００８４】図６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
て三つの特徴的性質を有する。

【００８５】即ち、（ｉ）本素子はある電圧（しきい値
電圧と呼ぶ、図６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。

【００８６】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。

【００８７】図６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。

【００８８】＜本発明の表面伝導型電子放出素子を用い
た電子源あるいは画像形成装置＞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を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。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】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、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。

【００９２】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７を用いて説明する。図７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。尚、表面伝導型電子放出素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。

【００９３】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、巾は、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）。

【００９４】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。

【００９５】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。

【００９６】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。

【００９７】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。

【００９８】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。

【００９９】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８と図９及び
図１０を用いて説明する。図８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９は、図８の画像
形成装置に使用される蛍光膜の模式図である。図１０
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。

【０１００】図８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８４
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度の温度範
囲で１０分以上焼成することで、封着して構成される。

【０１０１】７４は、図１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。

【０１０２】外囲器８８は、上述の如く、フェースープ
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、フェースープレート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。

【０１０３】図９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。

【０１０４】ガラス基板９３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。

【０１０５】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。

【０１０６】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。

【０１０７】図８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。

【０１０８】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、１．３×１０^-5Ｐａ程度の圧力
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、ゲッター処理を行なうこともできる。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、たとえ
ば１．３×１０^-3ないしは１．３×１０^-5Ｐａの圧力の
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。

【０１０９】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１０を用いて説明する。図１０において、
１０１は画像表示パネル、１０２は走査回路、１０３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およびＶａは直流電圧源である。

【０１１０】表示パネル１０１は、端子Ｄｘ１乃至Ｄｘ
ｍ、端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｎ、及び高圧端子Ｈｖを介して
外部の電気回路と接続している。端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍ
には、表示パネル内に設けられている電子源、即ち、Ｍ
行Ｎ列の行列状にマトリクス配線された表面伝導型電子
放出素子群を一行（Ｎ素子）ずつ順次駆動する為の走査
信号が印加される。

【０１１１】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
０Ｋ［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為の加速電圧で
ある。

【０１１２】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。

【０１１３】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。

【０１１４】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な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およびＴｓｆｔおよ
びＴｍｒｙの各制御信号を発生する。

【０１１５】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為の回路で、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信号と表
した。該ＤＡＴＡ信号はシフトレジスタ１０４に入力さ
れる。

【０１１６】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乃至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。

【０１１７】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為の記憶装置であ
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１０７に入力される。

【０１１８】変調信号発生器１０７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Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを通じて表示パネル
１０１内の表面伝導型電子放出素子に印加される。

【０１１９】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を変化させる事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。

【０１２０】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。

【０１２１】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。

【０１２２】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。

【０１２３】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ための増幅器を付加すること
もできる。

【０１２４】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。

【０１２５】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Ｄｘ１乃至Ｄｘｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙｎ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８５、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。

【０１２６】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方式などの
他、これよりも、多数の走査線からなるＴＶ信号（例え
ば、ＭＵＳＥ方式をはじめとする高品位ＴＶ）方式をも
採用できる。

【０１２７】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１１及び図１２を用いて説明する。

【０１２８】図１１は、はしご型配置の電子源の一例を
示す模式図である。図１１において、１１０は電子源基
板、１１１は電子放出素子である。１１２、Ｄｘ１〜Ｄ
ｘ１０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。

【０１２９】図１２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
ための空孔、１２２はＤｘ１，Ｄｘ２，…Ｄｘｍ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、１
２４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１２においては、図８、図１１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８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。

【０１３０】図１２においては、基板１１０とフェ−ス
プレ−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−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−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１２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。

【０１３１】容器外端子１２２およ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。

【０１３２】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−ムの蛍光体への照射を制御し、画像
を１ラインずつ表示すことができる。

【０１３３】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。

【０１３４】［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たものをも包含
する。

【０１３５】［実施例１］（表面伝導型電子放出素
子）本実施例は、低電位側には難酸化材料としてＡｕを主成
分とする薄膜を、高電位側には易酸化材料としてＷを主
成分とする薄膜を堆積した表面伝導型電子放出素子の例
である。

【０１３６】本実施例にかかわる表面伝導型電子放出素
子の構成は、図１と同様である。図１において１は絶縁
性基板、２は低電位側素子電極、３は高電位側素子電
極、４は導電性薄膜、５は電子放出部、９９８は易酸化
性材料を主成分とする薄膜、９９９は難酸化性材料を主
成分とする薄膜である。

【０１３７】本実施例に係わる表面伝導型電子放出素子
の製法を、以下、順を追って、図３に基づいて説明す
る。図３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。

【０１３８】工程−ａ清浄化した青板ガラス上に厚さ０．５×１０^-6ｍ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５ｎｍのＴｉ、厚さ５
０ｎｍのＰｔを順次堆積した。ホトレジストパターンを
有機溶剤で溶解し、Ｐｔ／Ｔｉ堆積膜をリフトオフし、
素子電極間隔Ｌは３×１０^-6ｍとし、素子電極の幅Ｗを
３００×１０^-6ｍ、を有する素子電極２，３を形成し
た。

【０１３９】工程−ｂ次に、電子放出部を形成するための導電性薄膜４を所定
の形状にパターニングするために、通常良く用いられる
蒸着マスクを素子電極上に配置し、膜厚１００ｎｍのＣ
ｒ膜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）をス
ピンナーにより回転塗布し、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１
０ｎｍ、シート抵抗値は２×１０ ⁴ 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。さらに、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。

【０１４０】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。

【０１４１】工程−ｃ（フォーミング工程）次に、図５の真空処理装置に上記工程ｂを終えた素子を
設置した。

【０１４２】図５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。図５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Ｉ
ｅ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。また、真空容器５５内には、先
に説明した反応性気体導入系（図１８）が接続されてい
る。

【０１４３】これを、ターボポンプにて排気し、２．６
×１０^-4Ｐａの圧力に達した後、通電処理によりフォー
ミングを施した。通電処理としては、素子電圧Ｖｆを印
加するための電源５１より、２，３間にそれぞれ、図４
（ｂ）に示すような三角波の電圧パルスを印加した。図
４（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１
０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１
ＭΩ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。典型的な素子のフォーミング電圧ＶＦは６
Ｖであった。

【０１４４】工程−ｄ（活性化工程）続いて、フォーミング処理した素子に活性化処理を施し
た。本実施例の活性化工程においては、以下に示すよう
に２段階の活性化（活性化−１及び２）を施した。

【０１４５】活性化−１まず、反応性気体をとしてＡｕ（ＣＨ₃ ）₂ （Ｃ₅ Ｈ₇
Ｏ₂ ）を導入し、分圧１．３×１０^-6Ｐａの真空雰囲気
を維持し、−１４Ｖ（すなわち、低電位側素子電極２が
高電位になるように）方形波電圧パルスを２０ｍｉｎ印
加することにより難酸化性材料であるＡｕを主成分とす
る薄膜を堆積した。このときバブラーを温度１２０℃と
し、基板温度６０℃とした。このとき、パルス幅Ｔ１は
１ｍｓ，繰り返し周波数１／Ｔ２は１００Ｈｚに設定し
た。

【０１４６】活性化ー２次に、Ａｕ（ＣＨ₃ ）₂ （Ｃ₅ Ｈ₇ Ｏ₂ ）を十分に排気
後、反応性気体をとしてＷ（ＣＯ）₆ を導入し、分圧
１．３×１０^-3Ｐａの真空雰囲気を維持し、＋１４Ｖの
方形波電圧パルスを２０ｍｉｎ印加することにより易酸
化性材料であるＷを主成分とする薄膜を堆積した。この
ときバブラーを温度３０℃とし、基板温度６０℃、とし
た。このとき、パルス幅Ｔ１は１ｍｓ，繰り返し周波数
１／Ｔ２は１００Ｈｚに設定した。

【０１４７】また、比較例として、有機物質としてアセ
トンによる活性化し、主に高電位側にＣを主成分とした
膜を堆積した素子（下表比較例１）、及び活性化１のみ
を施し、主に低電位側にＡｕを主成分とした膜を堆積し
た素子（下表比較例２）、及び活性化２のみを施し、主
に高電位側にＷを主成分とした膜を堆積した素子（下表
比較例３）を用意した。

【０１４８】工程−ｅ（安定化工程）最後に、真空雰囲気を有機物質のほぼ存在しない、超高
真空に移行するため、安定化処理として、１５０℃のべ
ーキングを５時間行った。特性評価・比較上述の工程ａからｅで作製した表面伝導電子放出素子の
特性を、図５の測定評価装置において測定し、特性評価
した結果を下表に示す。

【０１４９】

【表１】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
空装置内の圧力を１．３×１０^-6Ｐａとした。測定評価
条件は素子電圧Ｖｆを１４Ｖとし、その時の素子電流Ｉ
ｆ及び放出電流Ｉｅを測定した。パルス幅は２μｓ、繰
り返し周波数は１／５０ｓの矩型波を用いた経時変化の
測定により評価し、表には２時間後のＩｅの残存率を示
した。本実施例１および比較例２においては比較例１，
３に比し、Ｉｅの経時安定性に優れた。

【０１５０】ここで、表中の堆積物の欄には、μ−Ａｕ
ｇｅｒ、ＥＰＭＡ等の分析により素子上に確認された主
な元素を記した。比較例１及び３の低電位側比較例及び
２の低電位側においては、主に導電性薄膜の材料が検出
され、堆積物は微量であった。

【０１５１】また、これらの素子は、波高値を１４Ｖお
よび１２Ｖ、パルス幅を１ｍｓの三角波で測定したとこ
ろ図６で示されるような素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが
素子電圧Ｖｆに対し、ほぼ単調増加の特性（ＭＩ特性）
を示した。

【０１５２】これらより、易酸化材料であるＷを主成分
とし薄膜を主に高電位側に、難酸化性材料であるＡｕを
主成分とし薄膜を低電位側に堆積することによって、電
子放出量、電子放出効率、寿命を向上する効果がある事
がわかった。

【０１５３】［実施例２］本実施例は、低電位側には難
酸化材料としてＰｔを主成分とする薄膜を、高電位側に
は易酸化材料としてＭｇを主成分とする薄膜を、用いた
表面伝導型電子放出素子の例である。

【０１５４】本実施例において、活性化工程を除いて
は、実施例１と同様に電子放出素子を作成した。

【０１５５】活性化−１まず、反応性気体としてＰｔ（Ｃ₅ Ｈ₅ ）（ＣＨ₃ ）₃
を導入し、分圧１．３×１０^-3Ｐａの圧力の真空雰囲気
を維持し、−１４Ｖのパルス幅Ｔ１は１ｍｓ，繰り返し
周波数１／Ｔ２は１００Ｈｚの方形波電圧パルスを２０
ｍｉｎ印加することにより難酸化性材料であるＰｔを主
成分とする薄膜を堆積した。このときバブラーを温度１
５０℃とし、基板温度６０℃、とした。

【０１５６】活性化−２次に、Ｐｔ（Ｃ₅ Ｈ₅ ）（ＣＨ₃ ）₃ を十分に排気後、
反応性気体をとしてＭｇ（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₂ を導入し、分圧
１．３×１０^-3Ｐａの圧力の真空雰囲気を維持し、１４
Ｖの方形波電圧パルスを２０ｍｉｎ印加することにより
易酸化性材料であるＭｇを主成分とする薄膜を堆積し
た。このときバブラーを温度３０℃とし、基板温度６０
℃とした。このとき、パルス幅Ｔ１は１ｍｓ，繰り返し
周波数１／Ｔ２は１００Ｈｚに設定した。

【０１５７】また、従来の比較例として、活性化１のみ
を施し、主に低電位側にＰｔを主成分とした膜を堆積し
た素子（下表比較例４）、及び活性化２のみを施し、主
に高電位側にＷを主成分とした膜を堆積した素子（下表
比較例５）を用意した。

【０１５８】特性評価・比較実施例１と同様な評価を行った。

【０１５９】

【表２】本実施例２及び比較例４においては比較例１、５に比
し、Ｉｅの経時安定性に優れた。

【０１６０】ここで、表中の堆積物の欄には、μ−Ａｕ
ｇｅｒ、ＥＰＭＡ等の分析により素子上に確認された主
な元素を記した。比較例の高電位側及び５の低電位側に
おいては、主に導電性薄膜の材料が検出され、堆積物は
微量であった。

【０１６１】また、これらの素子は、波高値を１４Ｖお
よび１２Ｖ、パルス幅を１ｍｓの三角波で測定したとこ
ろ、図６で示されるような素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅ
が素子電圧Ｖｆに対し、ほぼ単調増加の特性（ＭＩ特
性）を示した。

【０１６２】これらより、易酸化材料であるＭｇを主成
分とし薄膜を主に高電位側に、難酸化性材料であるＡｕ
を主成分とし薄膜を低電位側に堆積することによって、
電子放出量、電子放出効率、寿命を向上する効果がある
事がわかった。

【０１６３】［実施例３］本実施例は、低電位側には難
酸化材料としてＣを主成分とする薄膜を、高電位側には
易酸化材料としてＬａを主成分とする薄膜を、用いた表
面伝導型電子放出素子の例である。

【０１６４】本実施例においては、活性化工程を除いて
は、実施例１と同様に電子放出素子を作成した。

【０１６５】活性化−１まず、反応性気体をとしてアセトンを導入し、分圧１．
３×１０^-3Ｐａの圧力を維持し、−１４Ｖのパルス幅Ｔ
１は１ｍｓ，繰り返し周波数１／Ｔ２は１００Ｈｚの方
形波電圧パルスを２０ｍｉｎ印加することにより難酸化
性材料であるＣを主成分とする薄膜を堆積した。このと
きバブラーを温度８０℃とし、基板温度６０℃、とし
た。活性化−２次に、アセトンを十分に排気後、反応性気体をとしてＬ
ａ（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₃ （ＣＨ₃ ）₃ を導入し、分圧１．３×
１０^-3Ｐａの圧力を維持し、１４Ｖの方形波電圧パルス
を２０ｍｉｎ印加することにより易酸化性材料であるＬ
ａを主成分とする薄膜を堆積した。このときバブラーを
温度１８０℃とし、基板温度６０℃とした。このとき、
パルス幅Ｔ１は１ｍｓ，繰り返し周波数１／Ｔ２は１０
０Ｈｚに設定した。

【０１６６】また、比較例として、活性化１のみを施
し、主に低電位側にＣを主成分とした膜を堆積した素子
（下表比較例６）、及び活性化２のみを施し、主に高電
位側にＬａを主成分とした膜を堆積した素子（下表比較
例７）を用意した。

【０１６７】特性評価・比較実施例１と同様な評価を行った。

【０１６８】

【表３】本実施例３及び比較例６においては比較例１，７に比
し、Ｉｅの経時安定性に優れた。

【０１６９】ここで、表中の堆積物の欄には、μ−Ａｕ
ｇｅｒ、ＥＰＭＡ等の分析により素子上に確認された主
な元素を記した。比較例の高電位側及び５の低電位側に
おいては、主に導電性薄膜の材料が検出され、堆積物は
微量であった。

【０１７０】また、これらの素子は、波高値を１４Ｖお
よび１２Ｖ、パルス幅を１ｍｓの三角波で測定したとこ
ろ、図６で示されるような、素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉ
ｅが素子電圧Ｖｆに対し、ほぼ単調増加の特性（ＭＩ特
性）を示した。

【０１７１】これらより、易酸化材料であるＬａを主成
分とし薄膜を主に高電位側に、難酸化性材料であるＣを
主成分とする薄膜を低電位側に堆積することによって、
電子放出量、電子放出効率、寿命を向上する効果がある
事がわかった。

【０１７２】［実施例４］（画像形成装置）本実施例は、多数の表面伝導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。

【０１７３】電子放出装置の一部の平面図を図１３に示
す。また、図中のＡ−Ａ’断面図を図１４に、製造手順
を図１５及び図１６に示す。但し、図１３、図１４、図
１５及び図１６で、同じ記号を示したものは、同じもの
を示す。ここで７１は電子源基板、７２は図７のＤｘｎ
に対応するＸ方向配線（下配線とも呼ぶ）、７３は図７
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、１５１は層間絶縁
層、１５２は、素子電極２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。

【０１７４】次に製造方法を、図１５及び図１６に基づ
いて工程順に従って具体的に説明する。尚、以下の各工
程ａ〜ｈは図１５及び図１６の（ａ）〜（ｈ）に対応す
るものである。

【０１７５】工程−ａ清浄化した青板ガラス上に厚さ０．５×１０^-6ｍ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５ｎｍのＣｒ、厚さ６００ｎｍのＡｕを
順次積層した後、ホトレジスト（ＡＺ１３７０ヘキス
ト社製）をスピンナーにより回転塗布、ベークした後、
ホトマスク像を露光、現像して、下配線７２のレジスト
パターンを形成し、Ａｕ／Ｃｒ堆積膜をウヱットエッチ
ングして、所望の形状の下配線７２を形成する工程−ｂ次に、厚さ１．０×１０^-6ｍのシリコン酸化膜からなる
層間絶縁層１５１をＲＦスパッタ法により堆積する。

【０１７６】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
５２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１５１をエッチングしてコ
ンタクトホール１５２を形成する。エッチングはＣＦ₄
とＨ₂ ガスを用いたＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎ
Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によった。

【０１７７】工程−ｄその後、素子電極２と素子電極３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５ｎｍの
Ｔｉ、厚さ１００ｎｍのＮｉを順次堆積した。ホトレジ
ストパターンを有機溶剤で溶解し、Ｎｉ／Ｔｉ堆積膜を
リフトオフし、素子電極間隔Ｌは３×１０^-6ｍとし、素
子電極の幅Ｗは３００×１０^-6ｍ、を有する素子電極
２，３を形成した。

【０１７８】工程−ｅ素子電極２，３の上に上配線７３のホトレジストパター
ンを形成した後、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ５００ｎｍの
Ａｕを順次真空蒸着により堆積し、リフトオフにより不
要の部分を除去して、所望の形状の上配線７３を形成し
た。

【０１７９】工程−ｆ次に、膜厚１００ｎｍのＣｒ膜１５３を真空蒸着二より
堆積・パターニングし、そのうえに有機Ｐｄ（ｃｃｐ４
２３０奥野製薬（株）社製）をスピンナーにより回転塗
布し、３００℃で１０分間の加熱焼成処理をした。

【０１８０】また、こうして形成された主元素としてＰ
ｄよりなる微粒子からなる導電性薄膜４の膜厚は１０ｎ
ｍ、シート抵抗値は５×１０⁴ 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
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。

【０１８１】工程−ｇＣｒ膜１５３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。

【０１８２】工程−ｈコンタクトホール１５２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５ｎｍの
Ｔｉ、厚さ５００ｎｍ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１５２を埋め込んだ。

【０１８３】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１５１、上配線７３、素子電極２，
３、導電性薄膜４等を形成した。

【０１８４】つぎに、以上のようにして作成した電子放
出装置を用いて表示装置を構成した例を、図８と図９を
用いて説明する。

【０１８５】以上のようにして多数の平面型表面伝導電
子放出素子を作製した電子源基板７１をリアプレート８
１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８）。また、リ
アプレート８１への電子源基板７１の固定もフリットガ
ラスで行った。

【０１８６】図８において、７４は電子放出素子、７
２，７３はそれぞれＸ方向及びＹ方向の素子配線であ
る。

【０１８７】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。

【０１８８】また、蛍光膜８４の内面側には通常メタル
バック８５が設けられる。メタルバックは、蛍光膜作製
後、蛍光膜の内面側表面の平滑化処理（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８６には、更に蛍光膜
８４の導伝性を高めるため、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。

【０１８９】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。

【０１９０】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、十分な真空度に達した後、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７４の
電極２，３間に電圧を印加し、実施例２と同様な条件に
よりフォーミング処理することにより、電子放出部５を
作成した。フォーミング処理の電圧波形は、図４（ｂ）
と同様である。

【０１９１】本実施例ではＴ１を１ミリ秒、Ｔ２を１０
ミリ秒とした。

【０１９２】このように作成された電子放出部３は、パ
ラジウムの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３ｎｍであった。

【０１９３】続いて、フォーミング処理した素子に活性
化処理を施した。本実施例の活性化工程においては、ま
ず、反応性気体として、Ｐｔ（Ｃ₅ Ｈ₅ ）（ＣＨ₃ ）₃
を導入し、分圧１．３×１０^-3Ｐａの圧力を維持し、−
１５Ｖのパルス幅Ｔ１は１ｍｓ，繰り返し周波数１／Ｔ
２は１００Ｈｚの方形波電圧パルスを２０ｍｉｎ印加す
ることにより難酸化性材料であるＰｔを主成分とする薄
膜を堆積した。このときバブラーを温度１５０℃とし、
基板温度６０℃とした。

【０１９４】次に、Ｐｔ（Ｃ₅ Ｈ₅ ）（ＣＨ₃ ）₃ を十
分に排気後、反応性気体をとしてＭｇ（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₂ を
導入し、分圧１．３×１０^-3Ｐａの圧力を維持し、１５
Ｖの方形波電圧パルスを２０ｍｉｎ印加することにより
易酸化性材料であるＭｇを主成分とする薄膜を堆積し
た。このときバブラーを温度３０℃とし、基板温度６０
℃とした。このとき、パルス幅Ｔ１は１ｍｓ，繰り返し
周波数１／Ｔ２は１００Ｈｚに設定した。

【０１９５】次に、安定化処理としてガラス容器をベー
キングし、１．３×１０^-5Ｐａ程度の圧力まで排気し、
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。

【０１９６】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。

【０１９７】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８５、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８４
に衝突させ、励起・発光させることで画像を表示した。

【０１９８】本実施例の画像形成装置は極めて高輝度且
つ安定な表示画像を長時間にわたって得られる画像形成
装置であった。さらに、諧調特性およびフルカラー表示
に優れたコントラストの高い画像形成装置であった。

【０１９９】［実施例５’］図１７は、前述の表面伝導
型電子放出素子を用いた表示パネルに、例えばテレビジ
ョン放送を初めとする種々の画像情報源より提供される
画像情報を表示できるように構成した本発明の画像形成
装置の一例を示す図である。

【０２００】図中１６１００は表示パネル、１６１０１
は表示パネルの駆動回路、１６１０２はディスプレイコ
ントローラ、１６１０３はマルチプレクサ、１６１０４
はデコーダ、１６１０５は入出力インターフェース回
路、１６１０６はＣＰＵ、１６１０７は画像生成回路、
１６１０８及び１６１０９及び１６１１０は画像メモリ
ーインターフェース回路、１６１１１は画像入力インタ
ーフェース回路、１６１１２及び１６１１３はＴＶ信号
受信回路、１６１１４は入力部である。

【０２０１】尚、本画像形成装置は、例えばテレビジョ
ン信号のように、映像情報と音声情報の両方を含む信号
を受信する場合には当然映像の表示と同時に音声を再生
するものであるが、本発明の特徴と直接関係しない音声
情報の受信、分離、再生、処理、記憶等に関する回路や
スピーカー等については説明を省略する。

【０２０２】以下、画像信号の流れに沿って各部の機能
を説明する。

【０２０３】まず、ＴＶ信号受信回路１６１１３は、例
えば電波や空間光通信等のような無線伝送系を用いて伝
送されるＴＶ信号を受信するための回路である。

【０２０４】受信するＴＶ信号の方式は特に限られるも
のではなく、例えばＮＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式、ＳＥＣ
ＡＭ方式等、いずれの方式でもよい。また、これらより
更に多数の走査線よりなるＴＶ信号、例えばＭＵＳＥ方
式を初めとする所謂高品位ＴＶは、大面積化や大画素数
化に適した前記表示パネルの利点を生かすのに好適な信
号源である。

【０２０５】ＴＶ信号受信回路１６１１３で受信された
ＴＶ信号は、デコーダ１６１０４に出力される。

【０２０６】ＴＶ信号受信回路１６１１２は、例えば同
軸ケーブルや光ファイバー等のような有線伝送系を用い
て伝送されるＴＶ信号を受信するための回路である。前
記ＴＶ信号受信回路１６１１３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１６１０４に出力され
る。

【０２０７】画像入力インターフェイス回路１６１１１
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１６１０４に
出力される。

【０２０８】画像メモリーインターフェイス回路１６１
１０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１６１０４に出力され
る。

【０２０９】画像メモリーインターフェイス回路１６１
０９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
１６１０４に出力される。

【０２１０】画像メモリーインターフェイス回路１６１
０８は、静止画ディスクのように、静止画像データを記
憶している装置から画像信号を取り込むための回路で、
取り込まれた静止画像データはデコーダ１６１０４に入
力される。

【０２１１】入出力インターフェイス回路１６１０５
は、本表示装置と、外部のコンピュータもしくはコンピ
ュータネットワークもしくはプリンターなどの出力装置
とを接続するための回路である。画像データや文字・図
形情報の入出力を行うのは勿論のこと、場合によっては
本画像形成装置の備えるＣＰＵ１６１０６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。

【０２１２】画像生成回路１６１０７は、前記入出力イ
ンターフェイス回路１６１０５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ＣＰＵ１
６１０６より出力される画像データや文字・図形情報に
基づき、表示用画像データを生成するための回路であ
る。本回路の内部には、例えば画像データや文字・図形
情報を蓄積するための書き換え可能メモリーや、文字コ
ードに対応する画像パターンが記憶されている読み出し
専用メモリーや、画像処理を行うためのプロセッサー等
を初めとして、画像の生成に必要な回路が組み込まれて
いる。

【０２１３】本回路により生成された表示用画像データ
は、デコーダ１６１０４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イス回路１６１０５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。

【０２１４】ＣＰＵ１６１０６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。

【０２１５】例えば、マルチプレクサ１６１０３に制御
信号を出力し、表示パネルに表示する画像信号を適宜選
択したり組み合わせたりする。その際には表示する画像
信号に応じて表示パネルコントローラ１６１０２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１６１０７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
ターフェイス回路１６１０５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。

【０２１６】尚、ＣＰＵ１６１０６は、これ以外の目的
の作業にも関わるものであってよい。例えば、パーソナ
ルコンピュータやワードプロセッサ等のように、情報を
生成したり処理する機能に直接関わってもよい。あるい
は前述したように、入出力インターフェイス回路１６１
０５を介して外部のコンピュータネットワークと接続
し、例えば数値計算等の作業を外部機器と協同して行っ
てもよい。

【０２１７】入力部１６１１４は、前記ＣＰＵ１６１０
６に使用者が命令やプログラム、あるいはデータなどを
入力するためのものであり、例えばキーボードやマウス
の他、ジョイスティック、バーコードリーダー、音声認
識装置等の多様な入力機器を用いることが可能である。

【０２１８】デコーダ１６１０４は、前記１６１０７な
いし１６１１３より入力される種々の画像信号を３原色
信号、又は輝度信号とＩ信号、Ｑ信号に逆変換するため
の回路である。尚、図中に点線で示すように、デコーダ
１６１０４は内部に画像メモリーを備えるのが望まし
い。これは、例えばＭＵＳＥ方式を初めとして、逆変換
するに際して画像メモリーを必要とするようなテレビ信
号を扱うためである。

【０２１９】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１６１０
７及びＣＰＵ１６１０６と協同して、画像の間引き、補
間、拡大、縮小、合成を初めとする画像処理や編集が容
易になるという利点が得られる。

【０２２０】マルチプレクサ１６１０３は、前記ＣＰＵ
１６１０６より入力される制御信号に基づき、表示画像
を適宜選択するものである。即ち、マルチプレクサ１６
１０３はデコーダ１６１０４から入力される逆変換され
た画像信号の内から所望の画像信号を選択して駆動回路
１６１０１に出力する。その場合には、一画面表示時間
内で画像信号を切り換えて選択することにより、所謂多
画面テレビのように、一画面を複数の領域に分けて領域
によって異なる画像を表示することも可能である。

【０２２１】表示パネルコントローラ１６１０２は、前
記ＣＰＵ１６１０６より入力される制御信号に基づき、
駆動回路１６１０１の動作を制御するための回路であ
る。

【０２２２】表示パネルの基本的な動作に関わるものと
して、例えば表示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１６１０
１に対して出力する、表示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１６１０１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１６１０１に対して出力する場合もある。

【０２２３】駆動回路１６１０１は、表示パネル１６１
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１６１０３から入力される画像信号
と、前記表示パネルコントローラ１６１０２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。

【０２２４】以上、各部の機能を説明したが、図１７に
例示した構成により、本画像形成装置においては多様な
画像情報源より入力される画像情報を表示パネル１６１
００に表示することが可能である。即ち、テレビジョン
放送を初めとする各種の画像信号は、デコーダ１６１０
４において逆変換された後、マルチプレクサ１６１０３
において適宜選択され、駆動回路１６１０１に入力され
る。一方、表示パネルコントローラ１６１０２は、表示
する画像信号に応じて駆動回路１６１０１の動作を制御
するための制御信号を発生する。駆動回路１６１０１
は、上記画像信号と制御信号に基づいて表示パネル１６
１００に駆動信号を印加する。これにより、表示パネル
１６１００において画像が表示される。これらの一連の
動作は、ＣＰＵ１６１０６により統括的に制御される。

【０２２５】本画像形成装置においては、前記デコーダ
１６１０４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路１６
１０７及び情報の中から選択したものを表示するだけで
なく、表示する画像情報に対して、例えば拡大、縮小、
回転、移動、エッジ強調、間引き、補間、色変換、画像
の縦横比変換等を初めとする画像処理や、合成、消去、
持続、入れ換え、嵌め込み等を初めとする画像編集を行
うことも可能である。また、本実施例の説明では特に触
れなかったが、上記画像処理や画像編集と同様に、音声
情報に関しても処理や編集を行なうための専用回路を設
けてよい。

【０２２６】従って、本画像形成装置は、テレビジョン
放送の表示機器、テレビ会議の端末機器、静止画像及び
動画像を扱う画像編集機器、コンピュータの端末機器、
ワードプロセッサを初めとする事務用端末機器、ゲーム
機などの機能を一台で兼ね備えることが可能で、産業用
あるいは民生用として極めて応用範囲が広い。

【０２２７】尚、図１７は、表面伝導型電子放出素子を
電子ビーム源とする表示パネルを用いた画像形成装置と
する場合の構成の一例を示したに過ぎず、本発明の画像
形成装置がこれのみに限定されるものでないことは言う
までもない。

【０２２８】例えば図１７の構成要素の内、使用目的上
必要のない機能に関わる回路は省いても差し支えない。
また、これとは逆に、使用目的によっては更に構成要素
を追加してもよい。例えば、本表示装置をテレビ電話機
として応用する場合には、テレビカメラ、音声マスク、
照明機、モデムを含む送受信回路等を構成要素に追加す
るのが好適である。

【０２２９】本画像形成装置においては、とりわけ表面
伝導型電子放出素子を電子源としているので、表示パネ
ルの薄形化が容易であり、画像形成装置の奥行きを小さ
くすることができる。それに加えて、表面伝導型電子放
出素子を電子ビーム源とする表示パネルは大画面化が容
易で輝度が高く視野角特性にも優れるため、画像形成装
置は臨場感にあふれ、迫力に富んだ画像を視認性良く表
示することが可能である。

【０２３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電子放出
素子によれば、電子放出部より低電位側には、安定した
電子供給を可能にするために良伝導性及び表面不活性な
難酸化性材料を配し、高電位側には、安定且つ大きな放
出電流を可能にするために易酸化性材料を配することに
より、効率と安定性に優れ、長寿命の電子放出素子を実
現することができる。

【０２３１】さらに、この手法は、大面積にわたり複数
の電子放出素子を配列した電子源に対しても容易に適応
できる。

【０２３２】また、本発明を適用した表面伝導型電子放
出素子を応用した画像形成装置においては、高輝度な画
像を長期にわたり低消費電力で提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した（平面型）表面伝導型電子放
出素子を示す構成図。

【図２】本発明を適用した垂直型表面伝導型電子放出素
子を示す構成図。

【図３】本発明を適用した表面伝導型電子放出素子の製
造方法を示す図。

【図４】フォーミング工程に用いる通電処理の電圧波形
を示す図。

【図５】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の基本
的な測定評価系の一例を示す概略的構成図。

【図６】表面伝導型電子放出素子の放出電流−素子電圧
特性（Ｉ−Ｖ特性）を示す図。

【図７】単純マトリックス配置の電子放出装置の概略的
構成図。

【図８】単純マトリックス配置の電子放出装置を用いた
画像形成装置に用いる表示パネルの概略的構成図。

【図９】図８の表示パネルにおける蛍光膜を示す図。

【図１０】図８の表示パネルを駆動する駆動回路の一例
を示す図。

【図１１】梯型配置の電子放出装置の概略的構成図。

【図１２】梯型配置の電子放出装置を用いた画像形成装
置に用いる表示パネルの概略的構成図。

【図１３】実施例４における電子放出装置を示す概略的
平面図。

【図１４】図１５におけるＡ−Ａ’断面図。

【図１５】実施例４における電子放出装置の製造手順を
示す図。

【図１６】実施例４における電子放出装置の製造手順を
示す図。

【図１７】実施例５における画像形成装置を示すブロッ
ク図。

【図１８】反応性気体の導入系を示す概略的構成図。

【図１９】本発明の電子放出素子の一例を観察した図。

【図２０】活性化ＣＶＤ法を用いて作成された表面伝導
型電子放出素子の一例を示す断面図。

【符号の説明】

１基板２低電位側素子電極３高電位側素子電極４導電性薄膜５電子放出部２１段差形成部材４０パルス印加装置４４ガス導入管５０素子電流Ｉｆを測定するための電流計５１電源５２放出電流Ｉｅを測定するための電流計５３高圧電源５４アノード電極５５真空装置５６排気ポンプ６１バブラー６２反応性材料６３マスフローコントローラー７１電子源基板７２ｘ方向配線（下配線）７３ｙ方向配線（上配線）７４表面伝導型電子放出素子７５結線８１リアプレート８２支持枠８３ガラス基板８４蛍光膜８５メタルバック８６フェースプレート８８外囲器９１黒色導電材９２蛍光体１５１層間絶縁層１５２コンタクトホール１５３Ｃｒ層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１０７変調信号発生器１１２共通配線１２０グリッド電極１２１空孔１２２容器外端子１２３グリッドに接続された容器外端子９９７金属を主成分とする膜９９８易酸化性材料を主成分とする薄膜９９９難酸化性材料を主成分とする薄膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性基板上に形成された一対の素子電
極と、該素子電極にまたがって形成され、電子放出部を
有する導電性薄膜を備える電子放出素子において、該電子放出素子の電子放出部及びその低電位側の前記導
電性薄膜上に、難酸化性材料を主成分とする薄膜が堆積
していることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】絶縁性基板上に形成された一対の素子電
極と、該素子電極にまたがって形成され、電子放出部を
有する導電性薄膜を備える電子放出素子において、前記電子放出部及びその高電位側の前記導電性薄膜上
に、易酸化性材料を主成分とする薄膜が堆積しているこ
とを特徴とする電子放出素子。
【請求項３】絶縁性基板上に形成された一対の素子電
極と、該素子電極にまたがって形成され、電子放出部を
有する導電性薄膜を備える電子放出素子において、該電子放出素子の電子放出部及びその低電位側の前記導
電性薄膜上に、難酸化性材料を主成分とする薄膜を堆積
し、前記電子放出部及びその高電位側の前記導電性薄膜上
に、易酸化性材料を主成分とする薄膜を堆積したことを
特徴とする電子放出素子。
【請求項４】前記難酸化性材料は、少なくとも、Ｐ
ｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｉｒの貴金属、又は炭素である
ことを特徴とする請求項１又は３記載の電子放出素子。
【請求項５】前記易酸化性材料は、アルカリ土類金
属、遷移金属、希土類であることを特徴とする請求項２
又は３記載の電子放出素子。
【請求項６】前記難酸化性材料の膜厚が、５０ｎｍ以
下であることを特徴とする請求項１又は３又は４記載の
電子放出素子。
【請求項７】前記易酸化性材料の膜厚が５０ｎｍ以下
であることを特徴とする請求項２又は３又は５に記載の
電子放出素子。
【請求項８】前記易酸化性材料表面が、酸化されてい
ることを特徴とする請求項２，３，５，７のいずれかに
記載の電子放出素子。
【請求項９】前記導電性薄膜の主成分が、Ｐｄである
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の電子
放出素子。
【請求項１０】前記電子放出素子が、表面伝導型電子
放出素子であることを特徴とする請求項１〜９のいずれ
かに記載の電子放出素子。
【請求項１１】請求項１、３、４、６、９、１０のい
ずれかに記載の電子放出素子の製造方法において、少なくとも反応性気体雰囲気中において、該電子放出素
子の一対の素子電極の間に電圧を印加することにより、
前記電子放出部及びその低電位側の導電性薄膜上に、前
記難酸化性材料の薄膜を堆積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。
【請求項１２】請求項２、３、５、７、８、９、１０
のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法において、少なくとも反応性気体雰囲気中において、該電子放出素
子の一対の素子電極の間に電圧を印加することにより、
前記電子放出部及びその高電位側の導電性薄膜上に、前
記易酸化性材料の薄膜を堆積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。
【請求項１３】請求項３〜１０のいずれかに記載の電
子放出素子の製造方法において、少なくとも第１の反応性気体雰囲気中において、前記電
子放出素子の一対の素子電極の間に電圧を印加すること
により、前記電子放出部及びその低電位側の導電性薄膜
上に、前記難酸化性材料の薄膜を堆積する工程と、第２の反応性気体雰囲気中において、前記電子放出素子
の一対の素子電極の間に電圧を印加することにより、前
記電子放出部及びその高電位側の導電性薄膜上に、前記
易酸化性材料の薄膜を堆積する工程と、を有することを
特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項１４】前記難酸化性材料の薄膜を堆積する工
程において一対の前記素子電極間に印加する電圧と、前
記易酸化性材料の薄膜を堆積する工程において同じく一
対の前記素子電極間に印加する電圧の極性とが、逆であ
ることを特徴とする請求項１３記載の電子放出素子の製
造方法。
【請求項１５】前記難酸化性材料もしくは易酸化性材
料の薄膜を堆積する工程が、活性化工程であることを特
徴とする請求項１１〜１４のいずれかに記載の電子放出
素子の製造方法。
【請求項１６】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１〜１０のいずれかに記載の電子放
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１７】入力信号に基づいて、画像を形成する
装置であって、少なくとも、画像形成部材と請求項１６
記載の電子源を有して構成されたことを特徴とする画像
形成装置。