JPH09298030A

JPH09298030A - 電子放出素子及び電子源及び画像形成装置

Info

Publication number: JPH09298030A
Application number: JP10935396A
Authority: JP
Inventors: Takeo Ono; 武夫小野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-04-30
Filing date: 1996-04-30
Publication date: 1997-11-18

Abstract

(57)【要約】【課題】過電流により、素子電極間が短絡した場合
に、他の素子に悪影響を及ぼさない電子放出素子、及び
この電子放出素子を複数配列した電子源、及び画像形成
装置を提供する。【解決手段】基体２０１上に、対向する電極２０２，
２０３と、該電極間に電気的に接続され、電子放出部２
０５を有する導電性薄膜２０４と、を有する電子放出素
子において、前記電極２０２，２０３と前記導電性薄膜
２０４とが、過電流防止材２０６を介して接続されてい
ることを特徴とする電子放出素子。また、この電子放出
素子を、複数個電気的に接続して配列したことを特徴と
する電子源、及び、この電子源と、画像形成部材とを有
する画像形成装置。

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、及
び電子放出素子を複数並べて構成する電子源、及び電子
源と蛍光体などの画像形成部材とを組み合わせて構成す
る画像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子放出素子としては、熱電子源
と冷陰極電子源の２種類が知られている。冷陰極電子源
には、電界放出型（以下ＦＥ型と略す）、金属／絶縁層
／金属型（以下ＭＩＭ型と略す）や、表面伝導型電子放
出素子等がある。

【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．Ｐｈｙｓ．，
４７，５２４８８（１９７６）等が知られている。

【０００４】ＭＩＭ型の例としては、Ｃ．Ａ．Ｍｅａ
ｄ，”Ｔｈｅｔｕｎｎｅｌ−ｅｍｉｓｓｉｏｎａｍ
ｐｌｉｆｉｅｒ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３２，６
４６（１９６１）等が知られている。

【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，（１９６５）等がある。

【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】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。図１６において、１６１は基板であ
る。１６４は導電性薄膜で、Ｈ型形状のパターンに、ス
パッタで形成された金属酸化物薄膜等からなり、後述の
通電フォーミングと呼ばれる通電処理により電子放出部
１６３が形成される。尚、図中の素子電極間隔Ｌは、
０．５〜１ｍｍ、Ｗは、０．１ｍｍで設定されている。

【０００８】尚、電子放出部１６３の位置及び形状につ
いては模式図として表した。

【０００９】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１６３に、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１６３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１６４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１６３を形成することである。尚、電子放出部１６
３は、導電性薄膜１６４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、上記述導電性薄膜
１６４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１６３より電子を放出せしめるものであ
る。

【００１０】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、大面積にわたり多数
素子を配列形成できる利点がある。そこで、この特徴を
生かせるようないろいろな応用が研究されている。例え
ば、荷電ビーム源、表示装置等があげられる。多数の表
面伝導型電子放出素子を配列形成した例としては、後述
する様に、梯型配置と呼ぶ並列に表面伝導型電子放出素
子を配列し、個々の素子の両端を配線（共通配線とも呼
ぶ）で、それぞれ結線した行を多数行配列した電子源が
あげられる（例えば、特開昭６４−０３１３３２号、特
開平１−２８３７４９号、特開平１−２５７５５２号
等）。

【００１１】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
に代わって普及してきたが、自発光型でないため、バッ
クライトを持たなければならない等の問題点があり、自
発光型の表示装置の開発が、望まれてきた。自発光型表
示装置としては、表面伝導型電子放出素子を多数配置し
た電子源と電子源より放出された電子によって、可視光
を発光せしめる蛍光体とを組み合わせた表示装置である
画像形成装置が、あげられる（例えば、ＵＳＰ５０６６
８８３）。

【００１２】図３は、電子源として表面伝導型電子放出
素子を用い、電子ビームを加速し蛍光体に照射し発光さ
せ画像を表示させる薄型の画像表示装置の斜視図であ
る。

【００１３】図３において、１０１は電子放出素子を構
成した青板ガラスからなるバックプレート、１０２と１
０３は一定の間隔を隔て設置された電極、１０４は電子
放出部１０５を含む薄膜、１０８は蛍光体１１０を形成
した青板ガラスからなるフェースプレートである。バッ
クプレート１０１、フェースプレート１０８およびこれ
らを内部に設けた不図示の真空容器により画像形成装置
が構成される。

【００１４】ここで、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、
１．３×１０^-4Ｐａ以下の高真空度の真空中で、不図示
の真空容器外端子より素子に電圧を印加し、上述のフォ
ーミングを行い、電子放出部１０５を形成し、電子放出
素子を作製する。

【００１５】次に、放出された電子は、アノードに引っ
張られ、アノードに設けられた蛍光体１１０を光らせて
画像を形成する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の（表面伝導型）電子放出素子を用いた画像
形成装置には、次のような問題点があった。

【００１７】図３に示した従来の画像形成装置では、電
子放出素子の電極１０２，１０３間に十数Ｖの素子電圧
Ｖｆを印加すると、電子放出部の低電位側から電子が放
出され、その一部の電子が数ｋＶの電圧を印加されたア
ノードとなるフェースプレート１０８に達し、蛍光体１
１０を発光させるのであるが、電子放出部の近傍の吸着
物、あるいは局部的な脱ガスによる放電等で、低電位
側、高電位側が短絡する場合があった。

【００１８】低電位側、高電位側が短絡すると、過電流
が流れ、導電性薄膜１０４、電極１０２，１０３を破壊
し、更に、その際発生するガスによりアノードと電子放
出部との間で、放電が発生し、導電性薄膜１０４、電極
１０２，１０３を破壊するだけでなく、配線を通じて、
電気的に接続した他の素子、例えば、１０６，１０７に
も異常な電圧が印加され、複数の素子の劣化を引き起こ
すという問題があった。

【００１９】更に、アノードに印加する電圧を増加させ
ると、上記素子の電子放出部−アノード間放電により、
ダメージを受ける素子数は、アノード電圧が高い程増加
する傾向にあった。これは、放電により流れる異常電流
が、大きくなり、素子のダメージの程度が大きくなると
ともに、配線に印加される異常電圧も高くなるため、配
線を通して影響を受ける素子数も増加したものである。

【００２０】以上のような問題により、以下の不都合が
生じる。（１）画像形成装置の動作時に、アノードと電子放出素
子間の異常放電が発生する場合があり、この際、放電し
た素子と同じ配線で接続された複数の素子も劣化してし
まい、輝度の不均一化などによる表示画像の品位低下が
起きてしまう。（２）画像形成装置の駆動時に、アノードに印加する電
圧を高くすると、アノード−素子間の放電が発生した場
合、同一配線に接続された素子の、劣化する素子数が増
大してしまうため、アノード電圧を十分に高くできず、
画像形成装置の輝度を下げる原因となっていた。（３）画像形成装置の動作時にアノードと電子放出素子
間に、異常放電が発生する場合があり、この際流れる過
剰電流で発生するノイズにより画像形成装置の駆動制御
回路が故障する危険がある。

【００２１】以上のような問題点があるため、（表面伝
導型）電子放出素子は、素子構造が簡単であるという利
点があるにもかかわらず、産業上積極的に応用されるに
は至っていなかった。

【００２２】［発明の目的］過電流により、素子電極間
が短絡した場合に、他の素子に悪影響を及ぼさない電子
放出素子を提供するとともに、この電子放出素子を複数
配列した電子源、及び画像形成装置を提供する。

【００２３】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者らは上
記問題点を鑑みて検討した結果、対向する２つの電極お
よび導電性薄膜そして電子放出部からなる表面伝導型電
子放出素子を複数並べ、各々は導電性の配線に接続され
た構成の電子源と、該電子源の上部に形成され、蛍光体
を備えたアノード電極からなる画像形成装置において、
該対向する電極と導電性薄膜との電気的接続が所定以上
の電流が流れると絶縁体となる過電流阻止膜で構成し、
この過電流防止膜が該電極を構成する材料の融点より低
い、例えば、鉛、アルミニウム、錫、亜鉛および、これ
らの合金とすることにより、アノード−電子放出素子間
の放電を抑制し、素子の劣化を防ぐ画像形成装置を提供
するものである。

【００２４】また、該過電流防止膜が該電極上に積層さ
れ、更に該過電流防止膜上に配線が積層された構成で、
該過電流防止膜を構成する材料が、エレクトロマイグレ
ーション現象を引き起こす物質、例えばアルミニウムと
することにより、アノード−電子放出素子間の放電を抑
制し、素子の劣化を防ぐことが可能な画像形成装置を提
供するものである。

【００２５】また、本発明は、一つの電子放出素子にお
いても、基体上に、対向する電極と、該電極間に電気的
に接続され、電子放出部を有する導電性薄膜と、を有す
る電子放出素子において、前記電極と前記導電性薄膜と
が、過電流防止材を介して接続されていることを特徴と
する電子放出素子とすることにより、過電流により、そ
の素子電極が短絡した場合にも、接続する他の電子部品
に悪影響を及ぼさないようにすることができる。

【００２６】すなわち、本発明は、パネル駆動時に発生
するＳＣＥ素子周辺の放電により素子電極間あるいはア
ノード素子電極間が短絡状態となり、ＳＣＥ素子が過電
流により劣化した時、配線を通じて接続している他の素
子電極にも異常電位が印加され、Ｖｍａｘ依存によりラ
インで電子放出量が減少し、画像表示の際、輝度がライ
ンで低下してしまうという課題に対して、放電した際、
電極に流れる短絡電流により切れるヒューズの働きをす
るものを電極と配線間に設け、放電短絡時にヒューズ層
が絶縁体となり、短絡した素子が配線と電気的に分離さ
れる構成とすることにより、放電短絡した場合、電極と
配線が絶縁され、配線でつながった他の素子の劣化を防
止することができるというものである。

【００２７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好ましい実施態様
を示す。

【００２８】［構成］図１は、本発明を適用可能な平面
型表面伝導型電子放出素子の構成を示す模式平面図
（ａ）、（ｂ）、および（ｂ）の断面図（ｃ）である。

【００２９】図１において、２０１は基板、２０２と２
０３は素子電極、２０４は導電性薄膜、２０５は電子放
出部である。

【００３０】図１において、素子は２つの対向する電極
２０２、２０３と電子放出部を有する導電性薄膜２０４
とで構成されているが、該導電性薄膜が、過電流により
絶縁体となる過電流防止膜２０６、２０６’を介して、
該電極２０２、２０３に接続する構造としたことが本発
明の特徴となっている。

【００３１】上記構造により、アノード板と電子放出部
間で異常放電が発生した場合、過電流が過電流防止膜２
０６，２０６’を流れ、この過電流防止膜２０６，２０
６’は絶縁体となり、導電性薄膜２０４は、配線からは
電気的に切り放される。これにより、配線を通じて隣接
する他の電子放出素子に異常な電圧が印加され、劣化す
る素子数を増加させることを防ぐことが可能となるわけ
である。

【００３２】このような過電流防止膜の実施形態として
は、以下に説明するように、図１の（ａ）、（ｂ）に示
した様な構成が例としてあげられる。

【００３３】１）過電流防止膜２０６が、可溶抵抗体で
あり、該電極２０２，２０３を構成する物質より融点が
低い物質で構成し、該電極と重ならぬ位置の該導電性薄
膜２０４とを接続する。好ましくは可溶抵抗体を該電極
より、幅が狭いパターンで形成する（図１（ａ））。

【００３４】２）過電流防止膜２０６’が、エレクトロ
マイグレーション現象を引き起こす物質であり、該導電
性薄膜２０４と該電極２０２，２０３との間に積層する
形で構成する（図１（ｂ），（ｃ））。このような構成
において、過電流防止膜２０６は、過電流が流れた場
合、溶断する可溶抵抗体であり、材料としては電極材料
より融点の低いもの、例えばアルミニウム、錫、亜鉛お
よび、これらの合金で構成する。

【００３５】また、過電流防止膜２０６’は、エレクト
ロマイグレーション現象を引き起こす材料であり、例え
ば、アルミニウムを用いる。

【００３６】また、基板２０１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Ｓ
ｉ基板等を用いることができる。

【００３７】対向する素子電極２０２、２０３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、Ａ
ｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属或は合金及びＰｄ、Ａｇ、Ａ
ｕ、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、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。

【００３８】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さ、導電性薄
膜２０４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
μｍの範囲とすることができる。

【００３９】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２０２、２０３の膜厚ｄは、数十
ｎｍから数μｍの範囲とすることができる。

【００４０】尚、図１に示した構成だけでなく、基板２
０１上に、導電性薄膜２０４、対向する素子電極２０
２、２０３の順に積層した構成とすることもできる。

【００４１】導電性薄膜２０４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。

【００４２】また、その膜厚は、素子電極２０２、２０
３へのステップカバレージ、素子電極２０２、２０３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ｎ
ｍ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。

【００４３】また、その抵抗値は、Ｒｓが１０² から１
０⁷ Ω／□の値である。なおＲｓは、厚さがｔ、幅がｗ
で長さがｌの薄膜の長さ方向に測定した抵抗Ｒを、Ｒ＝
Ｒｓ（ｌ／ｗ）とおいたときに表わされる値である。

【００４４】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
の変形、変質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。

【００４５】導電性薄膜２０４を構成する材料として
は、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃ
ｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等の金
属、ＰｄＯ、ＳｎＯ₂ 、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 、ＰｂＯ、Ｓｂ₂ Ｏ
₃ 等の酸化物、ＨｆＢ₂ 、ＺｒＢ₂、ＬａＢ₆ 、ＣｅＢ₆
、ＹＢ₄ 、ＧｄＢ₄ 等の硼化物、ＴｉＣ、ＺｒＣ、Ｈ
ｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ、Ｚｒ
Ｎ、ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体、カーボ
ン等の中から適宜選択される。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】「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。

【００５１】「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）。

【００５２】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。

【００５３】「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）。

【００５４】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。

【００５５】電子放出部２０５は、導電性薄膜２０４の
一部に形成された高抵抗の亀裂などの変形、変質により
構成され、導電性薄膜２０４の膜厚、膜質、材料及び後
述する通電フォーミング等の手法等に依存したものとな
る。電子放出部２０５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２０４を構成
する材料の元素の一部、あるいは全ての元素を含有する
ものとなる。電子放出部２０５及びその近傍の導電性薄
膜２０４には、炭素及び炭素化合物を有することもでき
る。［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、その一例として、図１（ｂ）の電子放
出素子の製造方法を図２に模式的に示す。

【００５６】１）基板２０１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２０１上に素子電極２０２、２０
３を形成する（図２（ａ））。

【００５７】２）素子電極２０２、２０３を設けた基板
２０１に、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２０１上に素子電極２０２、２０３に接続する形で
過電流防止膜２０６’を形成する（図２（ｂ））。

【００５８】この過電流防止膜２０６’は、エレクトロ
マイグレーション現象を引き起こす材料である、例え
ば、アルミニウムを用いる。

【００５９】３）素子電極２０２、２０３、および過電
流防止膜２０６’を設けた基板２０１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２０４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２０４を形成する（図
２（ｃ））。

【００６０】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２０４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】４）つづいて、フォーミング工程を行な
う。通電フォーミングと呼ばれる通電処理は、素子電極
２０２、２０３間に、不図示の電源より、通電し、導電
性薄膜２０４の部位に、構造の変化した電子放出部２０
５を形成するものである（図２（ｄ））。

【００６２】この通電フォーミングにより導電性薄膜２
０４を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、構造の
変化した部位を電子放出部２０５とする。

【００６３】通電フォーミングの電圧波形の例を図４に
示す。図４におけるＴ１及びＴ２は、電圧波形のパルス
幅とパルス間隔であり、Ｔ１を１マイクロ秒〜１０ミリ
秒、Ｔ２を１０マイクロ秒〜１００ミリ秒とし、三角波
の波高値（通電フォーミングパルスのピーク電圧）は、
例えば０．１Ｖステップ程度づつ増加させ、適当な真空
雰囲気下で印加する。

【００６４】通常、通電フォーミング処理の終了は、三
角波の最大電圧印加時の電流値がピークパルス間隔Ｔ２
中に、導電性薄膜２０４を局所的に破壊、変形しない程
度の電圧、例えば０．１Ｖ程度の電圧で、素子電流を測
定し、抵抗値を求め、例えば、１ＭΩ以上の抵抗を示し
た時、通電フォーミングを終了とする。

【００６５】５）次に、真空中における加熱処理、還元
ガス雰囲気処理等により還元処理を行う。

【００６６】６）フォーミングを終えた素子には、活性
化工程と呼ばれる処理を施すのが好ましい。活性化工程
とは、この工程により、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅ
が、著しく変化する工程である。

【００６７】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。

【００６８】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Ｃ_n Ｈ_2n+2で表される飽和炭化水素、エチレ
ン、プロピレンなどＣ_n Ｈ_2n等の組成式で表される不飽
和炭化水素、ベンゼン、トルエン、メタノール、エタノ
ール、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセト
ン、メチルエチルケトン、メチルアミン、エチルアミ
ン、フェノール、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等が使用で
きる。この処理により、雰囲気中に存在する有機物質か
ら、炭素あるいは炭素化合物が素子上に堆積し、素子電
流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、著しく変化するようになる。

【００６９】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（いわゆるＨＯＰＧ’、ＰＧ（、ＧＣ）を包含す
る。ＨＯＰＧは、ほぼ完全なグラファイトの結晶構造、
ＰＧは結晶粒が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、２
０ｎｍ以下の範囲とすることがより好ましい。

【００７１】７）このような工程を経て得られた電子放
出素子は、安定化工程を行うことが好ましい。この工程
は、真空容器内の有機物質排気する工程である。真空容
器を排気する真空排気装置は、装置から発生するオイル
が素子の特性に影響を与えないように、オイルを使用し
ないものを用いるのが好ましい。具体的には、ソープシ
ョンポンプ、イオンポンプ等の真空排気装置を挙げるこ
とが出来る。

【００７２】前記活性化の工程で、排気装置として油拡
散ポンプやロータリーポンプを用い、これから発生する
オイル成分に由来する有機ガスを用いた場合は、この成
分の分圧を極力低く抑える必要がある。真空容器内の有
機成分の分圧は、上記の炭素及び炭素化合物がほぼ新た
に堆積しない分圧で、１．３×１０^-6Ｐａ以下が好まし
く、さらには１．３×１０^-8Ｐａ以下が特に好ましい。

【００７３】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℃で、好ま
しくは１５０℃以上で、できるだけ長時間行なうのが望
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。真空容器内の圧力は極
力低くすることが必要で、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。

【００７４】安定化工程を行った後の、駆動時の雰囲気
は、上記安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが好ま
しいが、これに限るものではなく、有機物質が十分除去
されていれば、真空度自体は多少低下しても十分安定な
特性を維持することが出来る。

【００７５】このような真空雰囲気を採用することによ
り、新たな炭素あるいは炭素化合物の堆積を抑制でき、
結果として素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、安定する。

【００７６】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。

【００７７】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、５１１は真空容器
であり、５１２は排気ポンプである。真空容器５１１内
には電子放出素子が配されている。即ち、５０１は電子
放出素子を構成する基体であり、５０２及び５０３は素
子電極、５０４は導電性薄膜、５０５は電子放出部であ
る。５０６は、電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加する
ための電源、５０７は素子電極５０２、５０３間の導電
性薄膜５０４を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電
流計、５０８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。５０９は
アノード電極５０８に電圧を印加するための高圧電源、
５１０は素子の電子放出部５０５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。

【００７８】真空容器５１１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５１２は、ターボポンプ、ロータ
リーポンプからなる通常の高真空装置系と更に、イオン
ポンプ等からなる超高真空装置系とにより構成されてい
る。ここに示した電子源基板を配した真空処理装置の全
体は、不図示のヒーターにより２００℃まで加熱でき
る。従って、この真空処理装置を用いると、前述の通電
フォーミング以降の工程も行うことができる。

【００７９】図６は、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Ｖｆ
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。

【００８０】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。

【００８１】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
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Ｖｔ
ｈ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５０８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５０８に捕捉される電荷量は、素子電圧Ｖ
ｆを印加する時間により制御できる。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】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。

【００８６】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。

【００８７】また、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。

【００８８】まず単純マトリクス配置について以下に詳
述する。

【００８９】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幅で制御できる。一
方、しきい値電圧以下では、殆ど放出されない。この特
性によれば、多数の電子放出素子を配置した場合におい
ても、個々の素子に、パルス状電圧を適宜印加すれば、
入力信号に応じて、表面伝導型電子放出素子を選択して
電子放出量を制御できる。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】ｍ本のＸ方向配線７２は、Ｄｘ１、Ｄｘ
２、．．Ｄｘｍからなり、真空蒸着法、印刷法、スパッ
タ法等を用いて形成された導電性金属等で構成すること
ができる。配線の材料、膜厚、幅は、適宜設計される。
Ｙ方向配線７３は、Ｄｙ１、Ｄｙ２．．Ｄｙｎのｎ本の
配線よりなり、Ｘ方向配線７２と同様に形成される。こ
れらｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ方向配線７３との
間には、不図示の層間絶縁層が設けられており、両者を
電気的に分離している（ｍ、ｎは、共に正の整数）。

【００９３】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。

【００９４】表面伝導型電子放出素子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。

【００９５】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。

【００９６】Ｘ方向配線７２には、Ｘ方向に配列した表
面伝導型電子放出素子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
伝導型電子放出素子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。

【００９７】上記構成においては、単純なマトリクス配
線を用いて、個別の素子を選択し、独立に駆動可能とす
ることができる。このような単純マトリクス配置の電子
源を用いて構成した画像形成装置について、図８と図９
及び図１０を用いて説明する。

【００９８】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。

【００９９】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℃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。

【０１００】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。

【０１０１】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。

【０１０２】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。

【０１０３】ガラス基板８３に蛍光体を塗布する方法
は、モノクローム、カラーによらず、沈澱法、印刷法等
が採用できる。蛍光膜８４の内面側には、通常メタルバ
ック８５が設けられる。メタルバックを設ける目的は、
蛍光体の発光のうち内面側への光をフェースプレート８
６側へ鏡面反射させることにより輝度を向上させるこ
と、電子ビーム加速電圧を印加するための電極として作
用させること、外囲器内で発生した負イオンの衝突によ
るダメージから蛍光体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。

【０１０４】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。

【０１０５】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。

【０１０６】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。

【０１０７】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８
８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。

【０１０８】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。

【０１０９】図１０において、１００１は画像表示パネ
ル、１００２は走査回路、１００３は制御回路、１００
４はシフトレジスタである。１００５はラインメモリ、
１００６は同期信号分離回路、１００７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１００１は、端子Ｄｏｘ１乃至
Ｄｏｘｍ、端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎ、及び高圧端子Ｈ
ｖを介して外部の電気回路と接続している。端子Ｄｏｘ
１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。

【０１１１】端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎには、前記走査
信号により選択された一行の表面伝導型電子放出素子の
各素子の出力電子ビームを制御する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１０ｋ［Ｖ］の直流電圧が供給されるが、これは表面
伝導型電子放出素子から放出される電子ビームに蛍光体
を励起するのに十分なエネルギーを付与する為の加速電
圧である。

【０１１２】走査回路１００２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１００１の端子Ｄｘ１ないしＤｘｍと電
気的に接続される。

【０１１３】Ｓ１乃至Ｓｍの各スイッチング素子は、制
御回路１００３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。

【０１１４】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。

【０１１５】制御回路１００３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１００３は、
同期信号分離回路１００６より送られる同期信号Ｔｓｙ
ｎｃに基づいて、各部に対してＴｓｃａｎおよびＴｓｆ
ｔおよびＴｍｒｙの各制御信号を発生する。

【０１１６】同期信号分離回路１００６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１００６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１００４に
入力される。

【０１１７】シフトレジスタ１００４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１００３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１００４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１００４より出力される。

【０１１８】ラインメモリ１００５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１００３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１００７に入力される。

【０１１９】変調信号発生器１００７は、画像データ
Ｉ’ｄ１乃至Ｉ’ｄｎの各々に応じて表面伝導型電子放
出素子の各々を適切に駆動変調する為の信号源であり、
その出力信号は、端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを通じて表
示パネル１００１内の表面伝導型電子放出素子に印加さ
れる。

【０１２０】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。

【０１２１】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１００７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。

【０１２２】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１００７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。

【０１２３】シフトレジスタ１００４やラインメモリ１
００５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。

【０１２４】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路１００６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１００６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
１００５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１００７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１００７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１０
０７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。

【０１２５】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１００７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。

【０１２６】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。

【０１２７】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。以下に、実施例をあげて、本発明をさらに
詳述する。

【０１２８】［実施例１］本実施例は、多数の表面伝導
型電子放出素子を単純マトリクス配置したマルチ電子放
出装置（電子源）の例である。

【０１２９】電子源の一部の平面図を図１１に示す。ま
た、図中のＡ−Ａ’断面図を、図１２に示す。但し、図
１１、図１２で、同じ記号を示したものは、同じものを
示す。ここで１は基板、７２は図８のＤｘに対応するＸ
方向配線（下配線とも呼ぶ）、７３は図８のＤｙに対応
するＹ方向配線（上配線とも呼ぶ）、４は電子放出部５
を含む薄膜、６、７は素子電極、１２０１は層間絶縁
層、１２０２は、素子電極６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。

【０１３０】次に製造方法を図１７に示す工程順に従っ
て具体的に説明する。

【０１３１】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、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。

【０１３２】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１２０１をＲＦスパッタ法により堆積する。

【０１３３】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
２０２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１２０１をエッチングし
てコンタクトホール１２０２を形成する。エッチング
は、ＣＦ₄ とＨ₂ガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖ
ｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）法によった。

【０１３４】工程−ｄその後、素子電極６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。

【０１３５】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
１は１０μｍとし、素子電極の幅Ｗ１を２２０μｍ、を
有する素子電極６、７を形成した。

【０１３６】工程−ｅ素子電極６、７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。

【０１３７】工程−ｆここで本発明の特徴である可溶抵抗体を形成する。

【０１３８】素子電極６、７の上に可溶抵抗体７３のホ
トレジストパターンを形成した後、厚さ５０ｎｍのＺｎ
を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、該電極の幅より狭い５０μｍ、長さ５μｍ
のパターンで一部が該電極に重なるよう可溶抵抗体を形
成した。

【０１３９】工程−ｇ次に素子間電極ギャップＬ１およびこの近傍に開口を有
するマスクにより膜厚１００ｎｍのＣｒ膜１２０４を真
空蒸着により、堆積、パターニングし、その上に有機Ｐ
ｄ（ｃｃｐ４２３０奥野製薬（株）社製）をスピンナー
により回転塗布、３００℃で１０分間の加熱焼成処理を
した。また、こうして形成された主元素としてＰｄより
なる微粒子からなる電子放出部形成用薄膜４の膜厚は１
０ｎｍ、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）
の膜を指し、その粒径とは、前記状態で粒子形状が認識
可能な微粒子についての径をいう。

【０１４０】工程−ｈＣｒ膜１２０４および焼成後の電子放出部形成用薄膜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、コンタクトホール１２０２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１２０２を埋め込んだ。

【０１４１】以上の工程により絶縁性基板１上に下配線
７２、層間絶縁層１２０１、上配線７３、素子電極６、
７、導電性薄膜４等を形成した。

【０１４２】ここでＤｙの数は１００、Ｄｘの数は３０
０とした。

【０１４３】以上のようにして電子源を形成した後、図
８に示した構成で画像表示装置を以下に説明するように
作る。

【０１４４】多数の平面型表面伝導型電子放出素子を作
製した基板１をリアプレート８１上に固定した後、基板
１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への基板７
１の固定もフリットガラスで行った。

【０１４５】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。

【０１４６】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。

【０１４７】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、Ａｌを真空蒸着することで作製
した。

【０１４８】フェースプレート８６には、更に蛍光膜８
４の導電性を高めたため、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。

【０１４９】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。

【０１５０】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）を通じロータリーポンプ及
びターボポンプあるいはイオンポンプなどの真空ポンプ
にて排気し、１．３×１０^-4Ｐａより低い圧力の真空度
に達した後、導電性薄膜４をフォーミング処理すること
により作成した。

【０１５１】フォーミング処理の電圧波形は、図４
（ｂ）と同様である。

【０１５２】本実施例ではＴ１を１ミリ秒、Ｔ２を１０
ミリ秒とした。

【０１５３】このように作成された電子放出部５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３ｎｍであった。

【０１５４】次にフォーミングとは異なる矩形波で、波
高１４Ｖで、圧力２．６×１０^-3Ｐａの真空度で、素子
電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅを測定しながら、活性化処理を
おこなった。

【０１５５】図５に模式的に示すような、測定評価装置
を用いて、各電子放出素子の電極６及び７の間に素子電
圧を印加し、その時に流れる素子電流Ｉｆ及び放出電流
Ｉｅを測定したところ、図６に示したような電流−電圧
特性が得られた。いずれの素子においても、素子電圧８
Ｖ程度から急激に放出電流Ｉｅが増加し、素子電圧１６
Ｖでは素子電流Ｉｆが２．２ｍＡ程度、放出電流Ｉｅが
２．２μＡ程度となり、電子放出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆ
は、０．１％であった。

【０１５６】その後、約１．３×１０^-5Ｐａまで排気を
行った後、不図示の排気管をガスバーナーで熱すること
で溶着し外囲器の封止を行い、最後に、封止後の真空度
を維持するために、高周波加熱法で不図示の蒸着型ゲッ
ターを加熱蒸発させた。

【０１５７】なお、図５では、簡単のため、一素子のみ
表示しているが、実際には多数の素子が存在することは
言うまでもない。

【０１５８】上記構成で、アノードとなる表示部に印加
する電圧を上げていった時のアノード到達電流Ｉｅの変
化を、図１３に、可溶抵抗体を形成しない画像形成装置
と比較して示した。

【０１５９】図１３より、可溶抵抗体を形成しない場
合、アノードと表面伝導型電子放出素子との間の異常放
電で配線に異常な電圧が印加され、この配線に接続され
た複数の表面伝導型電子放出素子が劣化してしまい、ア
ノード到達電流は大きく変動する。これに対し本発明の
可溶抵抗体を設けた場合は、放電による過電流、実際に
配線に流れ込む電流をモニタすると１．５Ａ以上が流
れ、約１０ｎｓｅｃでＺｎの可溶抵抗体が溶断するた
め、放電した素子は配線から分離し、劣化はこの１素子
だけに限られ、アノード到達電流の変動は少なくなった
わけである。

【０１６０】結果として画像表示機能が劣化することが
なくアノード電圧を上げることが可能になり、高輝度の
画像形成装置が実現可能となった。［実施例２］実施例１では過剰電流により溶断する可溶
抵抗体を表面伝導型電子放出素子の導電性薄膜と電極と
の間に形成したが、本実施例はエレクトロマイグレーシ
ョン現象を引き起こす物質からなる導電性薄膜層を該表
面伝導型電子放出素子の導電性薄膜と電極との間に積層
した構成としたものである。

【０１６１】電子源の一部の平面図を図１４に示した
が、実施例１の構成図である図１１と異なる所は、可溶
抵抗体１２０３の代わりにエレクトロマイグレーション
現象を起こす材料で形成された膜１４０３で構成されて
いる点である。また、製造方法は、通電絶縁層以外は、
実施例１と同じ構造であるため、同じ工程の説明は省略
し、通電絶縁層形成工程−ｆ’のみ、図１５を参照して
説明する。

【０１６２】工程−ｆ’ ここで本発明の特徴である過電流防止材を形成する。

【０１６３】素子電極６、７の上にホトレジストパター
ンを形成した後、エレクトロマイグレーション現象を引
き起こすＡｌの薄膜１４０３を厚さ１μｍ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、該
電極と同じ２２０μｍ幅、長さ５０μｍのパターンで該
電極に重なるよう形成した。

【０１６４】後の製造工程は実施例１と同じ工程ｇ’、
ｈ’で製造した。

【０１６５】上記構成で、アノードとなる表示部に印加
する電圧を上げていった時のアノード到達電流Ｉｅの変
化は、実施例１と同様で、放電による過電流、実際に配
線に流れ込む電流をモニタすると１．５Ａ以上が流れ、
約１０ｎｓｅｃで過電流防止材層のＡｌがその下に形成
されたＰｔ電極層にエレクトロマイグレーションし、ボ
イド層を形成、高抵抗化するため、放電した素子は配線
から分離し、劣化はこの１素子だけに限られ、アノード
到達電流の変動は実施例１と同程度少なくなった。

【０１６６】結果として画像表示機能が劣化することが
なくアノード電圧を上げることが可能になり、高輝度の
画像形成装置が実現可能となった。

【０１６７】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、表
面伝導型電子放出素子の導電性薄膜と電極との間に過電
流により絶縁、高抵抗化する過電流防止材を設けること
で以下の効果がある。（１）画像形成装置の動作時に、アノードと電子放出素
子間の異常放電が発生した場合でも、放電した素子のみ
が、わずかに劣化し、同じ配線で接続された複数の素子
が劣化して輝度の不均一化などによる表示画像の品位低
下が起きてしまうことがなくなった。（２）画像形成装置の駆動時に、アノードに印加する電
圧を、素子に大きなダメージを与えず高くすることが可
能になったため、画像形成装置の輝度を上げることが可
能となった。（３）画像形成装置の動作時に、アノードと電子放出素
子間の異常放電が発生した場合でも、この際流れる過剰
電流が小さく抑えられるので発生するノイズも小さくな
り、画像形成装置の駆動制御回路が故障することもなく
なった。また、本発明は、画像形成装置に限ることな
く、本発明の電子放出素子を用いることにより、過電流
により電子放出素子の素子電極間が短絡した場合に、他
の電子部品に、過電流が流れることを防止することがで
きる。

【０１６８】また、このような、電子放出素子を複数
個、電気的に接続して配列した電子源においても、同様
の効果を得ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる電子放出素子の構成を示す模式
図である。

【図２】本発明に係わる電子放出素子の製造工程を示す
模式図である。

【図３】従来例の表面伝導型電子放出素子の構成を示す
模式図である。

【図４】通電フォーミング処理に用いる電圧波形図であ
る。

【図５】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の基本
的な測定評価装置の模式図である。

【図６】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の基本
特性図である。

【図７】本発明に係わる電子源の基本構成図である。

【図８】本発明の画像形成装置の模式図である。

【図９】蛍光膜の説明図である。

【図１０】本発明の電子源を用いた画像表示回路ブロッ
ク図である。

【図１１】実施例１の画像形成装置の一部の構成を示す
斜視図である。

【図１２】実施例１の画像形成装置に係わる表面伝導型
電子放出素子の製造プロセス説明図である。

【図１３】実施例１の高電圧印加特性図である。

【図１４】実施例２の画像形成装置の一部の構成を示す
斜視図である。

【図１５】実施例２の画像形成装置に係わる表面伝導型
電子放出素子の製造プロセス説明図である。

【図１６】従来の表面伝導型電子放出素子の平面図であ
る。

【符号の説明】

１、８３、１０１、２０１、５０１、１６１ガラス基
板；６、７、１０２、１０３、２０２、２０３、５０２、５
０３、７５、１６２電極；４、１０４、１０６、１０７、５０４、１６４導電性
薄膜；５、１０５、２０５、５０５、１６３電子放出部；２０６、２０６’、１１０３、１２０３、１４０３過
電流防止膜；８６、１０８フェースプレート；５０８アノード；８４、９２、１１０蛍光体；５０６、５０９電源；５０７、５１０電流計；５１１真空容器；５１２真空排気装置；７４電子放出素子；８２支持枠；８５メタルバック；８８外囲器；９１黒色導電材；１００１画像表示パネル；１００２走査回路；１００３制御回路；１００４シフトレジスタ；１００５ラインメモリ；１００６同期信号分離回路；１００７変調信号発生器；

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上に、対向する電極と、該電極間に
電気的に接続され、電子放出部を有する導電性薄膜と、
を有する電子放出素子において、前記電極と前記導電性薄膜とが、過電流防止材を介して
接続されていることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】前記過電流防止材が、前記電極を構成す
る材料の融点より低いことを特徴とする請求項１記載の
電子放出素子。
【請求項３】前記過電流防止材が、鉛、アルミニウ
ム、錫、亜鉛、および、これらの合金のいずれかである
ことを特徴とする請求項１記載の電子放出素子。
【請求項４】前記過電流防止材が、前記電極と前記導
電性薄膜との間に積層された層構造であり、該過電流防
止層を構成する材料が、エレクトロマイグレーション現
象を引き起こす物質であることを特徴とする請求項１記
載の電子放出素子。
【請求項５】前記エレクトロマイグレーション現象を
引き起こす物質が、アルミニウムであることを特徴とす
る請求項４記載の電子放出素子。
【請求項６】前記電子放出素子が、表面伝導型電子放
出素子であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか
に記載の電子放出素子。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の電子放
出素子の複数個を、電気的に接続して配列したことを特
徴する電子源。
【請求項８】請求項７記載の電子源と、前記電子源から放出される電子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。