JPH09265900A

JPH09265900A - 電子放出素子、電子源、画像形成装置及びこれらの製造方法

Info

Publication number: JPH09265900A
Application number: JP7802496A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Iwasaki; 達哉岩崎; Takeo Tsukamoto; 健夫塚本; Masaaki Shibata; 雅章柴田
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】より電子放出効率を高め、安定で長寿命な電
子放出素子を得ることが困難。【解決手段】通電による加熱により、少なくともその
一部に電子放出部５を形成してなる導電性薄膜４と、前
記加熱により反応性気体を分解することで、前記電子放
出部とその近傍に堆積してなる反応生成物999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、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
成装置及びこれら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。ＦＥ型の例としては、W. P. Dyke&
W. W. Dolan、"Field emission"、Advance in Electron P
hysics、8、89（1956）あるいはC.A.Spindt,"PHYSICAL Pr
operties of thin-film fieldemission cathodes with
molybdenium cones",J.Appl.Phys.,47,5248(1976) 等
に開示されたものが知られている。ＭＩＭ型の例として
はC. A. Me ad、”Operation of Tunnel-Emission Devic
es”、J. Apply. Phys. 、32、646 （1961）等に開示され
たものが知られている。

【０００３】表面伝導型電子放出素子型の例としては、
M.I. Elinson、Radio Eng. ElectronPys. 、10、1290,（19
65）等に開示されたものがある。表面伝導型電子放出素
子は、基板上に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行
に電流を流すことにより、電子放出が生ずる現象を利用
するものである。この表面伝導型電子放出素子として
は、前記エリンソン等によるＳｎＯ₂薄膜を用いたも
の、Ａｕ薄膜によるもの［G. Dittmer:"Thin Solid Fil
ms"、9、317(1972)］、Ｉｎ₂Ｏ₃／ＳｎＯ₂薄膜によるもの
［M. Hartwell and C. G. Fonstad:"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。

【０００４】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を形成することであ
る。

【０００５】尚、電子放出部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と考える
ことができる。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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の表面伝導型電子
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。

【０００７】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。しかし
ながら、従来の表面伝導型電子放出素子にあっては、安
定な電子放出特性、寿命及び電子放出効率について、必
ずしも満足のゆくものが得られておらず、これを用いて
高輝度で動作安定性に優れた画像形成装置を提供するの
は極めて難しいというのが実状である。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被覆することが
行われている（特願平６−１８１２８６号）。

【０００８】この手法においては、図２１に示すよう
に、主に電子放出部及びその正極側の電子照射領域に金
属を主成分とする膜998が選択的に形成される。以下こ
の手法を活性化CVDと呼ぶ。

【０００９】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号公報、特開平1-283749，2-257552号公報
等）。

【００１０】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、米国特許第506688
3号）。

【００１１】これらを鑑み、本発明の目的は、第１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
供することにあり、第２に、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
置およびこれらの製造方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】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。

【００１３】本発明の第１の電子放出素子は、通電によ
る加熱により、少なくともその一部に電子放出部を形成
してなる導電性薄膜と、前記加熱により反応性気体を分
解することで、前記電子放出部とその近傍に堆積してな
る反応生成物と、を有することを特徴とするものであ
る。

【００１４】本発明の第２の電子放出素子は、上記第１
の電子放出素子において、前記反応生成物が前記反応性
気体の中心元素を主成分とすることを特徴とするもので
ある。

【００１５】本発明の第３の電子放出素子は、上記第１
又は第２の電子放出素子において、前記反応生成物が前
記導電性薄膜と比して、高融点であることを特徴とする
ものである。

【００１６】本発明の第４の電子放出素子は、上記第１
又は第２の電子放出素子において、前記反応生成物が前
記導電性薄膜と比して、低仕事関数であることを特徴と
するものである。

【００１７】本発明の第５の電子放出素子は、上記第１
〜第４のいずれかの電子放出素子において、前記反応生
成物の膜厚が50ｎｍ以下であることを特徴とするもので
ある。

【００１８】本発明の第６の電子放出素子は、上記第１
〜第５のいずれかの電子放出素子において、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
るものである。

【００１９】本発明の第１の電子放出素子の製造方法
は、導電性薄膜を通電により加熱し、該加熱により、少
なくとも該導電性薄膜の一部に電子放出部を形成する処
理を、反応性気体雰囲気中で行うことを特徴とするもの
である。

【００２０】本発明の第２の電子放出素子の製造方法
は、上記第１の電子放出素子の製造方法において、前記
導電性薄膜はその両端部がそれぞれ電極に電気的に接続
され、前記導電性薄膜への通電は両電極間への電圧印加
により行われることを特徴とするものである。

【００２１】本発明の第３の電子放出素子の製造方法
は、上記第１又は第２の電子放出素子の製造方法におい
て、前記反応性気体が有機金属化合物であることを特徴
とするものである。

【００２２】本発明の第４の電子放出素子の製造方法
は、上記第３の電子放出素子の製造方法において、前記
有機金属化合物がシクロペンタジエニル化合物であるこ
とを特徴とするものである。

【００２３】本発明の第５の電子放出素子の製造方法
は、上記第１又は第２の電子放出素子の製造方法におい
て、前記反応性気体がカルボニル化合物であることを特
徴とするものである。

【００２４】本発明の第６の電子放出素子の製造方法
は、第１〜第５のいずれかの電子放出素子の製造方法に
おいて、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ものである。

【００２５】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源であって、請求項１〜６のいず
れかの電子放出素子を、基体上に複数個配置してなるも
のである。

【００２６】本発明の第２の電子源は、上記第１の電子
源において、基体上に、複数の電子放出素子を一方向に
配置してなる素子列を一列又は２列以上有し、該素子列
の各電子放出素子を駆動するための配線がはしご状に配
されていることを特徴とするものである。

【００２７】本発明の第３の電子源は、上記第１の電子
源において、基体上に、複数の電子放出素子を一方向に
配置してなる素子列を２列以上有し、該素子列の各電子
放出素子を駆動するための配線がマトリクス状に配され
ていることを特徴とするものである。

【００２８】本発明の第１の画像形成装置は、入力信号
にもとづいて画像を形成する画像形成装置であって、少
なくとも、上記第１〜第３のいずれかの電子源と、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
部材とを備えた画像形成装置である。

【００２９】本発明の電子源の製造方法は、上記第１〜
第６のいずれかの電子放出素子の製造方法を用いて、同
一基板上に複数の電子放出素子を形成したことを特徴と
するものである。

【００３０】本発明の画像形成装置の製造方法は、上記
第１〜６のいずれかの電子放出素子の製造方法を用いた
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してなることを特徴とするも
のである。

【００３１】本発明は上記構成の電子放出素子及びその
製造方法によって、上記活性化CVD法と同等もしくはそ
れ以上の効果、すなわち電子放出効率、寿命等の諸特性
の改善を成し得るものである。

【００３２】また、活性化CVD法による堆積生成物は電
子放出部の正極側の電子照射領域に堆積するのに対し、
本発明による堆積生成物（反応生成物）は、電子放出部
及びその両側に堆積する傾向が強いという特徴がある。
図２０（ｂ）に示すように、活性化CVD法は電子放出
（照射）領域、つまり電子放出部における電子放出点の
周辺のみに堆積するため、時としてフォーミングで形成
された電子放出部の形状によっては、堆積が少ない部分
が生じることがあったが、本発明による製造方法（以下
フォーミング熱CVD法という）は、図２０（ａ）に示す
ように、電子放出部全域にわたり一様に堆積するという
特徴があるため、電子放出量のさらなる増加が成されて
いる。

【００３３】

【発明の実施の形態】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。

【００３４】（平面型表面伝導型電子放出素子）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１
は、本発明の電子放出素子を示す断面図であり、図２
（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は基板、２と３は素子電極、４
は導電性薄膜、５は電子放出部、999は反応生成物であ
る。なお素子電極２，３は導電性薄膜の端部を電極とし
て用いることができれば、必ずしも設けなくてもよい。

【００３５】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。

【００３６】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、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から適宜選択するこ
とができる。

【００３７】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（ナノ
メートル）から数百μｍ（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μｍから数十μｍ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μｍの範囲とするこ
とができる。素子電極２、３の膜厚ｄは、数十ｎｍから
数μｍの範囲とすることができる。

【００３８】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。

【００３９】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とその近傍にフォーミング熱CVD
法により堆積した反応生成物999により構成され、導電
性薄膜４の膜厚、膜質、材料及び後述するフォーミング
熱CVD法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、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４を構成する材料や反応生成物を構成
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。また、電子放出部５及びその近傍の導電性
薄膜４には、炭素及び炭素化合物を有することもでき
る。

【００４０】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10²〜10⁷Ω／□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抵抗値である。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】「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が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）。

【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”(ultra f
ineparticle)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-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）。

【００４６】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。

【００４７】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，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＰｂＯ，Ｓｂ₂Ｏ₃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Ｐｄ，ＰｄＯ，Ｎ
ｉ，Ｐｔ，Ａｕ，ＰｂＯなどが望ましい。

【００４８】反応生成物999を構成する材料は、Ｗ，Ｌ
ａ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ｉｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｍｇ，Ｂ
ａ，Ｚｒ，Ｃｓ等の金属、ＭｇＯ，ＢａＯ，Ｙ₂Ｏ₃，Ｌ
ａ₂Ｏ₃等の酸化物、ＨｆＢ₂，ＺｒＢ₂，ＬａＢ₆，Ｃｅ
Ｂ₆，ＹＢ₄，ＧｄＢ₄等の硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，Ｈ
ｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、Ｓｉ，Ｇｅ等
の半導体等が挙げられる。

【００４９】反応生成物、つまり表面伝導型電子放出素
子の電子放出部に望ましい材料としては、寿命、効率、
安定性などの電子放出特性を向上させる材料であるが、
その材料選択に対して系統だった結論は得られていない
のが現状である。しかし、表面伝導型電子放出素子も他
の熱電子放出素子や電界放出素子などとの関連から、高
電界、イオン衝撃、電子衝撃に耐えうる材料としての高
融点材料や、大きな放出電流が期待できる低仕事関数材
料などが視点となりうることは容易に想像される。他に
も化学的安定性、高電子反射率材料などにも視点を置く
ことできるであろう。また、後述の活性化工程において
さらに電子放出部に炭素及び炭素化合物を堆積すること
も可能であるが、その場合には炭素との密着性に優れる
材料という視点も挙げられる。

【００５０】上述のように導電性薄膜として好ましい材
料と、電子放出部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な電子放出部に反応
生成物を堆積することにより電子放出特性に大きな効果
を示すものである。

【００５１】（垂直型表面伝導型電子放出素子）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２
（ｃ）は、本発明の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。

【００５２】図２（ｃ）においては、図２（ａ），
（ｂ）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は段さ形成部である。基板
１、素子電極２及び３、導電性薄膜４、電子放出部５
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。段さ形成部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。段さ形成部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、段さ形成部の製造方
法及び素子電極間に印加する電圧等を考慮して設定され
るが、数十ｎｍから数μｍの範囲が好ましい。

【００５３】導電性薄膜４は、素子電極２及び３と段さ
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（ｃ）においては段差形成部
21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。

【００５４】（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に模式的に示す。

【００５５】以下、図２及び図３を参照しながら製造方
法の一例について説明する。図３においても、図２に示
した部位と同じ部位には図２に付した符号と同一の符号
を付している。

【００５６】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））。

【００５７】２）素子電極２、３を設けた基板１に、
有機金属溶液を塗布して、有機金属薄膜を形成する。有
機金属溶液には、前述の導電性薄膜４の材料の金属を主
元素とする有機金属化合物の溶液を用いることができ
る。有機金属薄膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッ
チング等によりパターニングし、導電性薄膜４を形成す
る（図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。

【００５８】３）つづいて、フォーミング工程を施
す。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。

【００５９】通電フォーミングの電圧波形の例を図４に
示す。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。

【００６０】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の形態に応
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。

【００６１】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
0.1 Ｖステップ程度づつ、増加させることができる。

【００６２】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0.1 Ｖ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、100kΩ以上の抵抗を示し
た時、通電フォーミングを終了させる。

【００６３】従来、フォーミングは真空中、もしくは不
活性ガス中で行われているが、本発明においては、反応
性気体雰囲気中でフォーミング工程を行う。上述のよう
に通電処理を行うとその自己発熱ジュール熱に伴い、図
１９に示すように導電性薄膜の温度上昇をおこす。ある
温度以上において反応性ガスは熱分解し、反応生成物の
堆積を進行させつつ、同時進行で薄膜を局所的に破壊せ
しめ、電子放出部を形成する。つまり、電子放出部形成
工程であるフォーミングと化学気相成長による薄膜堆積
を同時進行させる。この手法をフォーミング熱CVD法と
呼ぶことにする。

【００６４】フォーミング時の温度上昇は、フォーミン
グ時に消費される電力（これは、導電性薄膜の抵抗率、
融点、膜厚などを主要因とする）や、導電性薄膜の熱電
導率などを主要因として決まるため、反応性ガスの分解
温度に対してこれらを適宜設計することにより、堆積量
を制御することができる。堆積量としては電子放出部表
面が反応生成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。なお膜厚を50ｎｍ以下としたのは、50ｎｍを超える
とリーク電流が増え、電子放出電流が小さくなる場合が
あるからである。

【００６５】このフォーミング工程で使用する反応性気
体としては、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,B(C₂H₅)₃,
Au(CH₃)₂(C₅H₇O₂),Ir(C₃H₅)₃,Mg(C₅H₅)₂,Y(C₅H₅)₃,Mo(C
₅H₅)₂H₂,W(C₅H₅)₂H₂,Al(OCH₃)₃,Mg(OCH₃)₂,Nb(OCH₃)₂,Z
r(OC₂H₅)₄,Al(AcAc)₃,Ba(AcAc)₂,La(DPM)₃,Ba(DPM) 等
の有機金属化合物やAlCl₃,BCl₃,CsF,W(CO)₆,WF₆,LaCl₃,
Cs₂CO₃,Na₂CO₃ 等の無機化合物が挙げられる。ここで、
AcAcはCH₃COCH₂COCH₃、DPMは(CH₃)₃CCOCH₂COC(CH₃)₃の
略名である。また、これらのガスをとともにH₂,O₂,N₂あ
るいはAr等の不活性ガスを混合してに用いることもあ
る。

【００６６】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62内の反応性材料は、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,O₂,N₂,Ar等
を用いることもできる。

【００６７】反応生成物999は、用いた反応性気体の中
心金属を主成分とし、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、半導体、絶縁体である。
また、生成物のなかには、時に、炭素が混入することも
ある。また、上記のガスを複数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。

【００６８】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
素子特性の向上が図られることがある。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。

【００６９】活性化工程は、例えば、有機物質のガスを
含有する雰囲気下で、通電フォーミングと同様に、パル
スの印加を繰り返すことで行うことができる。この雰囲
気は、例えば油拡散ポンプやロータリーポンプなどを用
いて真空容器内を排気した場合に雰囲気内に残留する有
機ガスを利用して形成することができる他、イオンポン
プなどにより一旦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、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CnH2n+2で表される飽和炭化水
素、エチレン、プロピレンなどCnH2n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。有機ガスの代わりに、先にフォーミング
工程において示した反応性気体の雰囲気下で同様な処理
を施すことも可能である。これは先に述べた活性化CVD
に対応する。これらの処理により、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（反応性気体を
用いた場合には反応堆積物）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。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。

【００７０】炭素及び炭素化合物とは、例えばグラファ
イト（いわいるHOPG ,PG ,GC）を包含する、HOPGはほぼ
完全なグラファイトの結晶構造、PGは結晶粒が20ｎｍ程
度で結晶構造がやや乱れたもの、GCは結晶粒が2ｎｍ程
度になり結晶構造の乱れがさらに大きくなったものを指
す。）、非晶質カーボン（アモルファスカーボン及び、
アモルファスカーボンと前記グラファイトの微結晶の混
合物を指す）であり、その膜厚は、50ｎｍ以下の範囲と
するのが好ましく、30ｎｍ以下の範囲とすることがより
好ましい。

【００７１】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排気する工程である。真
空容器内の圧力は、1.33〜4×10^-5Pa以下が好ましく、
さらに1.33×10^-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、80〜250℃、好ましくは150℃以上
で、できるだけ長時間行うのが望ましいが、特にこの条
件に限るものではなく、真空容器の大きさや形状、電子
放出素子の構成などの諸条件により適宜選ばれる条件に
より行う。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。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】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
て対する三つの特徴的性質を有する。

【００７８】（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Ｖth以下
では放出電流Ｉｅがほとんど検出されない。つまり、放
出電流Ｉｅに対する明確なしきい値電圧Ｖthを持った非
線形素子である。

【００７９】（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。

【００８０】（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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】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。

【００８６】以下この原理に基ずき、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。

【００８７】ｍ本のＸ方向配線72は、ＤX1 ，ＤX2 ，・
・・，ＤXmからなり、真空蒸着法，印刷法，スパッタ法
等を用いて形成された導電性金属等で構成することがで
きる。配線の材料，膜厚，巾は適宜設計される。Ｙ方向
配線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）。

【００８８】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，製造方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。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】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ＮTS
C 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。

【００９４】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、40
0 〜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。

【００９５】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。

【００９６】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88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。

【００９７】図９（ａ），（ｂ）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。

【００９８】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86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Ａ
ｌを真空蒸着等を用いて堆積させることで作製できる。

【００９９】フェースプレート86には、更に蛍光膜84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。

【０１００】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。

【０１０１】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。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、1.33×10^-5Pa程度の圧
力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1.33×10^-3
ないしは1.33×10^-5Paの圧力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。

【０１０２】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。

【０１０３】表示パネル101は、端子Dox1乃至Doxm、端
子Doy1乃至Doyn、及び高圧端子Hvを介して外部の電気回
路と接続している。端子Dox1乃至Doxmには、表示パネル
内に設けられている電子源、即ち、M 行N 列の行列状に
マトリクス配線された表面伝導型電子放出素子群を一行
(N素子) ずつ順次駆動する為の走査信号が印加される。

【０１０４】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10kV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。

【０１０５】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ある
（図中、S1ないしSmで模式的に示している）。各スイッ
チング素子は、直流電圧源Vxの出力電圧もしくは0V（グ
ランドレベル）のいずれか一方を選択し、表示パネル10
1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FE
T 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。

【０１０６】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。

【０１０７】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。

【０１０８】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。

【０１０９】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。

【０１１０】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。変調信号発生器107は、画像データI'd1乃至I'd
nの各々に応じて表面伝導型電子放出素子の各々を適切
に駆動変調する為の信号源であり、その出力信号は、端
子Doy1乃至Doynを通じて表示パネル101内の表面伝導型
電子放出素子に印加される。

【０１１１】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Vmを変化
させることにより出力電子ビームの強度を制御すること
が可能である。また、パルスの幅Pwを変化させることに
より出力される電子ビームの電荷の総量を制御すること
が可能である。

【０１１２】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。

【０１１３】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。

【０１１４】シフトレジスタ104やラインメモリ105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。

【０１１５】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、これには同期信号分離回路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
105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。

【０１１６】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。

【０１１７】このような構成をとり得る本発明を適用可
能な画像表示装置においては、各電子放出素子に、容器
外端子Ｄox1乃至Ｄoxm、Ｄoy1乃至Ｄoynを介して電圧を
印加することにより、電子放出が生ずる。高圧端子Ｈｖ
を介してメタルバック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。

【０１１８】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。

【０１１９】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。

【０１２０】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は電子放出素子111
を接続するための共通配線Ｄx1〜Ｄx10 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。

【０１２１】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
空孔、122 はＤ1,Ｄ2,・・・,Ｄm 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,Ｇ
2，・・・，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。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。

【０１２２】図１２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−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。

【０１２３】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。

【０１２４】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。

【０１２５】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。

【０１２６】

【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。

【０１２７】［実施例１］本実施例は、フォーミング熱
CVD法を用いWを主成分とする反応生成物を堆積した表面
伝導型電子放出素子の例である。

【０１２８】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。即ち、本実施例にかか
わる表面伝導型電子放出素子は、基板１、素子電極２，
３、導電性薄膜４、反応堆積物999、電子放出部５を備
えている。

【０１２９】本実施例に係わる表面伝導型電子放出素子
の製造方法を、以下、順を追って、図２及び図３に基づ
いて説明する。図２，図３において、図１と同様に、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。

【０１３０】工程−ａ）清浄化した青板ガラス上に厚さ
0.5μｍのシリコン酸化膜をスパッタ法で形成した基板
１上に、素子電極２，３と素子電極間ギャップとなるべ
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50ｎｍ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３μｍとし、素子電極の
幅Ｗを３００μｍ、を有する素子電極２，３を形成した
（図２（ａ），図３（ａ））。

【０１３１】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Ｃｒ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、３
００℃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１０ｎｍ、シート抵抗値は２×１
０ ⁴Ω／□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。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（図３（ｂ））。

【０１３２】工程−ｃ）次に、図１８の真空処理装置に
上記工程−ｂを終えた素子を設置した。図１８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１８
においても、図２に示した部位と同じ部位には図２に付
した符号と同一の符号を付している。図１８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は導電性薄膜である。51は電子放出素子に素子電圧Ｖ
ｆ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
である。

【０１３３】これを、ターボポンプにて排気し、2.66×
10^-4Paの圧力に達した後、反応性気体としてＷ（ＣＯ）
₆を導入し、通電処理によりフォーミングを施した。こ
のときバブラーを温度80℃とし、分圧は2.66×10^-2Pa、
基板温度60℃とした。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、素子電極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１０ミリ秒とし、矩形波の波高値（フォーミング
時のピーク電圧）は0.1Ｖステップで昇圧した。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
100kΩ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、9.5Ｖであった。また、比較用の素子として、真空
中2.66×10^-4Paにおいて同様フォーミングを行った素子
を用意した。

【０１３４】工程−ｄ）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、有機物質としてCH₄を真空装置内に導入し、分
圧133Paの真空雰囲気を維持し、矩形波電圧パルスを印
加しつつ、時間とともに徐々に活性化電圧Vactを増加さ
せる手法を用いた。このとき、パルス幅Ｔ1は1msec、繰
り返し周波数１／Ｔ2は１００Ｈｚに設定し、活性化電
圧Vactは１０Ｖから１８Ｖまで0.2Ｖ/ 1minのレートで
増加させた。

【０１３５】工程−ｅ）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、１２０℃のべーキングを２時間行った。

【０１３６】（特性評価・比較）上述の工程−ａから工
程ｅで作製した表面伝導型電子放出素子の特性を、図１
８の測定評価装置において測定し、特性評価した。な
お、アノード電極と電子放出素子間の距離を４ｍｍ、ア
ノード電極の電位を１ｋＶ、電子放出特性測定時の真空
装置内の真空度を１×１０^-9ｔｏｒｒとした。

【０１３７】測定評価条件は素子電圧Ｖｆを１６Ｖと
し、その時の素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅを測定し
た。 If(mA) Ie(μA) 効率(%) フォーミングCVD法 1.0 1.1 0.11 従来法（比較例） 0.8 0.8 0.10 次に、波高値１６Ｖ、１ｍｓｅｃ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に対し単調増加の特性（MI特性）を示し
た。

【０１３８】次に、経時変化の測定により、寿命を評価
した。このとき、素子電圧は１６Vとし、パルス幅は2μ
sec、パルス間隔２０ｍｓｅｃ．の矩形波を用いた。従
来のものは、一定時間駆動した後には40%程度のIeの減
少が見られたが、本実施例の手法を用いた素子において
はIeの減少は２０％程度に抑制されていた。

【０１３９】μ-Auger、ＥＰＭＡ等の分析により、電子
放出部及びその近傍に堆積物としてＷの確認がされた。
また、図２０（ａ）のように亀裂長方向に均一に堆積物
が存在することが確認された。

【０１４０】これらより、フォーミング熱CVD法を用い
ることによって高融点材料であるＷを主成分とした反応
生成物を堆積することによって、電子放出量、電子放出
効率、寿命を向上しする効果があることがわかった。

【０１４１】［実施例２］本実施例は、フォーミング熱
CVD法を用いMgを主成分とする反応生成物を堆積した表
面伝導型電子放出素子の例である。

【０１４２】本実施例において、フォーミング及び活性
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。フォーミング工程（工程−ｃ）において、反応
性気体としてMg(C₅H₅)₂を導入し、通電処理によりフォ
ーミングを施した。このときバブラー温度は60℃とし、
反応性気体の分圧は5.33×10^-2Pa、基板温度は30℃とし
た。

【０１４３】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、素子電極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１０
ミリ秒とし、矩形波の波高値（フォーミング時のピーク
電圧）は0.1Ｖステップで昇圧した。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100kΩ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6.0Ｖであ
った。

【０１４４】本実施例においては、フォーミング工程
後、活性化工程は行わずとも、電子放出が確認されたた
め、そのまま特性評価を行った。

【０１４５】（特性評価・比較）従来の真空中における
フォーミングを施した素子との１４Vにおける特性の比
較を以下に示す。また、本実施例においては、本素子、
比較素子ともに活性化工程を行わなかった。次に、波高値１４Ｖ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
対し単調増加の特性（MI特性）を示した。

【０１４６】次に、経時変化の測定により、寿命を評価
した。このとき、素子電圧は１６Vとし、パルス幅は2μ
sec、パルス間隔２０ｍｓｅｃ．の矩形波を用いた。本
実施例の手法を用いた素子においてはIeの減少は、従来
の活性化を施した素子（例えば、実施例１の比較例）と
同程度であった。

【０１４７】μ-Auger、ＥＰＭＡ等の分析により、電子
放出部及びその近傍に堆積物としてMgが存在することが
確認された。また、図２０（ａ）のように亀裂長方向に
均一に堆積物が存在することが確認された。

【０１４８】これらより、フォーミング熱CVD法を用
い、低仕事関数材料であるMgを主成分とした反応生成物
を堆積することによって、電子放出量、電子放出効率、
を向上する効果があることがわかった。［実施例３］本実施例は、フォーミング熱CVD法を用いL
a及びBを主成分とする反応生成物を堆積した表面伝導型
電子放出素子の例である。本実施例においては、フォー
ミング工程を除いては、実施例２と同様に電子放出素子
を作成した。

【０１４９】本実施例においてはフォーミング工程（工
程−ｃ）において、反応性気体をとしてLa(DPM)及びB(C
₂H₅)₃を混合、導入し、通電処理によりフォーミングを
施した。このとき基板温度100℃とし、分圧はLa(DPM)を
1.33×10^-1Pa、B(C₂H₅)₃を1.33×10^-1Paとし、バブラー
温度はそれぞれ150℃、-30℃とした。またH₂をキャリア
ガスとして用い、その流量は５sccmとした。

【０１５０】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、素子電極2,3間にそれぞれ、矩形
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１０ミリ秒とし、矩形波の波高
値（フォーミング時のピーク電圧）は0.1Ｖステップで
昇圧した。また、フォーミング処理中は、同時に、0.1
Ｖ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100kΩ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、9.0Ｖであった。

【０１５１】本実施例においては、フォーミング工程
後、活性化工程は行わずとも、電子放出が確認されたた
め、そのまま特性評価を行った。

【０１５２】（特性評価・比較）以下に、従来の真空中
におけるフォーミングを施した素子との１４Vにおける
特性比較を示す。本実施例においては、本素子、比較素
子ともに活性化工程を行わなかった。

【０１５３】 If(mA) Ie(μA) 効率(%) フォーミングCVD法 1.2 0.6 0.05 従来法（比較例） 0.1 0.005 0.005 これより、フォーミング熱CVD法を用いることにIe及び
効率の増加がなされたことがわかる。

【０１５４】次に、波高値１４Ｖ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。

【０１５５】次に、経時変化の測定により、寿命を評価
した。このとき、素子電圧は１６Vとし、パルス幅は2μ
sec、パルス間隔２０ｍｓｅｃ．の矩形波を用いた。従
来のものは、一定時間駆動した後には４０％程度のIeの
減少が見られたが、本実施例の手法を用いた素子におい
てはIeの減少は３０％程度に抑制されていた。

【０１５６】μ-Auger、ＥＰＭＡ等の分析により、電子
放出部及びその近傍に堆積物としてLa及びBが存在する
ことが確認された。また、図２０（ａ）のように亀裂長
方向に均一に堆積物が存在することが確認された。

【０１５７】これらより、フォーミング熱CVD法を用
い、LaとBを主成分とした反応生成物を堆積することに
よってることによって、電子放出量、電子放出効率、寿
命を向上する効果があることがわかった。［実施例４］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。ま
た、本実施例はフォーミング工程において、フォーミン
グ熱CVD法を用いMgを主成分とする反応生成物を堆積し
た例である。

【０１５８】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Ｄxm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との電気的接続のためのコンタクトホ
ールである。

【０１５９】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（ａ）〜（ｄ）及び図１６の（ａ）〜
（ｄ）に対応するものである。

【０１６０】工程−ａ）清浄化した青板ガラス上に厚さ
0.5μｍのシリコン酸化膜をスパッタ法で形成した基板7
1上に、真空蒸着により厚さ５ｎｍのＣｒ、厚さ６００
ｎｍのＡｕを順次積層した後、ホトレジスト（ＡＺ１３
７０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堆積膜をウエ
ットエッチングして、所望の形状の下配線72を形成する
（図１５（ａ））。

【０１６１】工程−ｂ）次に、厚さ１．０μｍのシリコ
ン酸化膜からなる層間絶縁層151をＲＦスパッタ法によ
り堆積する（図１５（ｂ））。

【０１６２】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152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15
1をエッチングしてコンタクトホール152を形成する（図
１５（ｃ））。エッチングはＣＦ₄とＨ ₂ガスを用いたＲ
ＩＥ（Reactive Ion Etching）法によった。

【０１６３】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３μｍとし、素子電極の幅Ｗを３００μｍ、を有する
素子電極２，３を形成した（図１５（ｄ））。

【０１６４】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Ｔ
ｉ、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（図１６（ａ））。

【０１６５】工程−ｆ）次に、膜厚１００ｎｍのCr膜15
3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１０
ｎｍ、シート抵抗値は５×１０⁴Ω／□であった（図１
６（ｂ））。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。

【０１６６】工程−ｇ）Ｃｒ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（図１６（ｃ））。

【０１６７】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（図１６
（ｄ））。

【０１６８】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。

【０１６９】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。

【０１７０】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。

【０１７１】図８において、74は電子放出素子、72，73
はそれぞれＸ方向及びＹ方向の素子配線である。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。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。

【０１７２】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。

【０１７３】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、Mg(C₅H₅)₂を導入し、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。

【０１７４】本実施例ではＴ1を１ミリ秒、Ｔ2を１０ミ
リ秒とした。

【０１７５】このように作成された電子放出部５は、パ
ラジウム及びマグネシ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。

【０１７６】次に、安定化処理としてガラス容器をベー
キングし、1.33×10^-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。

【０１７７】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。

【０１７８】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。

【０１７９】本実施例の画像形成装置は極めて高輝度且
つ安定な表示画像の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。［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。

【０１８０】図中、２００は表示パネル、２０１は表示
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。

【０１８１】尚、本画像形成装置は、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。

【０１８２】以下、画像信号の流れに沿って各部の機能
を説明する。

【０１８３】まず、ＴＶ信号受信回路２１３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信号を受信する為の回路である。

【０１８４】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、Ｓ
ＥＣＡＭ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ＭＵＳ
Ｅ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表示パネルの利点を生かすの
に好適な信号源である。

【０１８５】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。

【０１８６】ＴＶ信号受信回路２１２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。

【０１８７】画像入力インターフェース回路２１１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２０４に出力さ
れる。

【０１８８】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。

【０１８９】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２０
４に出力される。

【０１９０】画像メモリーインターフェース回路２０８
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p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。

【０１９１】入出力インターフェース回路２０５は、本
画像形成装置と、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
は本画像形成装置の備える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。

【０１９２】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。本回路の内
部には、たとえば画像データや文字・図形情報を蓄積す
るための書き換え可能メモリーや、文字コードに対応す
る画像パターンが記憶されている読み出し専用メモリー
や、画像処理を行うためのプロセッサーなどをはじめと
して画像の生成に必要な回路が組み込まれている。

【０１９３】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。

【０１９４】また、ＣＰＵ２０６は、主として本画像形
成装置の動作制御や、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、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２０２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
査線の数など画像形成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
メモリをアクセスして画像データや文字・図形情報を入
力する。

【０１９５】なお、ＣＰＵ２０６は、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２０
５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。

【０１９６】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。

【０１９７】また、デコーダ２０４は、前記画像生成回
路２０７ないしＴＶ信号受信回路２１３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。

【０１９８】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２０７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得られる。

【０１９９】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。

【０２００】表示パネルコントローラ２０２は、前記Ｃ
ＰＵ２０６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。

【０２０１】表示パネルの基本的な動作に関わるものと
して、たと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２０１
に対して出力する。また、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。

【０２０２】駆動回路２０１は、表示パネル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、前記表示
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。

【０２０３】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２０４
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。

【０２０４】一方、デイ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表示パネル２０
０に駆動信号を印加する。これにより、表示パネル２０
０において画像が表示される。これらの一連の動作は、
ＣＰＵ２０６により統括的に制御される。

【０２０５】また、本画像形成装置においては、前記デ
コーダ２０４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路２
０７および情報の中から選択したものを表示するだけで
なく、表示する画像情報に対して、たとえば拡大、縮
小、回転、移動、エッジ強調、間引き、補間、色変換、
画像の縦横比変換などをはじめとする画像処理や、合
成、消去、接続、入れ換え、はめ込みなどをはじめとす
る画像編集を行うことも可能である。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。

【０２０６】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。

【０２０７】なお、図１７は、表面伝導型放出素子を電
子ビーム源とする表示パネルを用いた画像形成装置の構
成の一例を示したにすぎず、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。

【０２０８】たとえば、図１７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、本画像形成装置をテレ
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。

【０２０９】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。

【０２１０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、フォー
ミング熱CVD法により、電子放出部及びその近傍に反応
生成物を堆積させることにより、導電性薄膜材料とは異
なる性質を有する材料の電子放出部を形成し、その材料
の特徴を生かすことにより、長寿命化、高効率化などの
電子放出特性の向上をさせる効果がある。また、この手
法は活性化CVD法と比しても、さらなる電子放出点の増
加という効果がある。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。また、本発明の電子放出素子を応用した
画像形成装置においては、高品位な画像を低消費電力で
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子放出素子の一例を示す断面図であ
る。

【図２】平面型表面伝導型電子放出素子及び垂直型表面
伝導型電子放出素子を示す概略的構成図である。

【図３】表面伝導型電子放出素子の製造方法を示す図で
ある。

【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
的な測定評価系の一例を示す概略的構成図である。

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

【図７】単純マトリックス配置の電子放出装置の概略的
構成図である。

【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であ
る。

【図９】図８の表示パネルにおける蛍光膜を示す図であ
る。

【図１０】図８の表示パネルを駆動する駆動回路の一例
を示す図である。

【図１１】梯型配置の電子放出装置の概略的構成図であ
る。

【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である。

【図１３】実施例４における電子放出装置を示す概略的
平面図である。

【図１４】図１３におけるA-A'断面図である。

【図１５】実施例４における電子放出装置の製造手順を
示す図である。

【図１６】実施例４における電子放出装置の製造手順を
示す図である。

【図１７】実施例５における画像形成装置を示すブロッ
ク図である。

【図１８】フォーミング熱CVD法を示す概略的構成図で
ある。

【図１９】フォーミング時の導電性薄膜の温度上昇分布
を示す断面図である。

【図２０】フォーミング熱CVD法と活性化CVD法による堆
積物の分布を示す概略的平面図である。

【図２１】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 段差形成部材、 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、72 ｘ方
向配線（下配線）、 73 ｙ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、 153 Ｃｒ層、101
表示パネル、 102 走査回路、 103 制御回路、10
4 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、999
反応堆積物。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】通電による加熱により、少なくともその
一部に電子放出部を形成してなる導電性薄膜と、前記加熱により反応性気体を分解することで、前記電子
放出部とその近傍に堆積してなる反応生成物と、を有す
ることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】請求項１に記載の電子放出素子におい
て、前記反応生成物が前記反応性気体の中心元素を主成
分とすることを特徴とする電子放出素子。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の電子放出
素子において、前記反応生成物が前記導電性薄膜と比し
て、高融点であることを特徴とする電子放出素子。
【請求項４】請求項１又は請求項２に記載の電子放出
素子において、前記反応生成物が前記導電性薄膜と比し
て、低仕事関数であることを特徴とする電子放出素子。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかの請求項に記載
の電子放出素子において、前記反応生成物の膜厚が５０
ｎｍ以下であることを特徴とする電子放出素子。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかの請求項に記載
の電子放出素子において、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電子放出素子。
【請求項７】導電性薄膜を通電により加熱し、該加熱
により、少なくとも該導電性薄膜の一部に電子放出部を
形成する処理を、反応性気体雰囲気中で行うことを特徴
とする電子放出素子の製造方法。
【請求項８】請求項７に記載の電子放出素子の製造方
法において、前記導電性薄膜はその両端部がそれぞれ電
極に電気的に接続され、前記導電性薄膜への通電は両電
極間への電圧印加により行われることを特徴とする電子
放出素子の製造方法。
【請求項９】請求項７又は請求項８に記載の電子放出
素子の製造方法において、前記反応性気体が有機金属化
合物であることを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項１０】請求項９に記載の電子放出素子の製造
方法において、前記有機金属化合物がシクロペンタジエ
ニル化合物であることを特徴とする電子放出素子の製造
方法。
【請求項１１】請求項７又は請求項８に記載の電子放
出素子の製造方法において、前記反応性気体がカルボニ
ル化合物であ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７〜１１のいずれかの請求項に
記載の電子放出素子の製造方法において、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
電子放出素子の製造方法。
【請求項１３】入力信号に応じて電子を放出する電子
源であって、請求項１〜６のいずれかの電子放出素子
を、基体上に複数個配置してなる電子源。
【請求項１４】請求項１３に記載の電子源において、
基体上に、複数の電子放出素子を一方向に配置してなる
素子列を一列又は２列以上有し、該素子列の各電子放出
素子を駆動するための配線がはしご状に配されているこ
とを特徴とする電子源。
【請求項１５】請求項１３に記載の電子源において、
基体上に、複数の電子放出素子を一方向に配置してなる
素子列を２列以上有し、該素子列の各電子放出素子を駆
動するための配線がマトリクス状に配されていることを
特徴とする電子源。
【請求項１６】入力信号にもとづいて画像を形成する
画像形成装置であって、少なくとも、請求項１３〜１５
のいずれかの電子源と、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備えた画像形成装
置。
【請求項１７】請求項７〜１２のいずれかの電子放出
素子の製造方法を用いて、同一基板上に複数の電子放出
素子を形成したことを特徴とする電子源の製造方法。
【請求項１８】請求項７〜１２のいずれかの電子放出
素子の製造方法を用いた電子源と、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して
なることを特徴とする画像形成装置の製造方法。