JPH1055746A

JPH1055746A - 電子放出素子、それを用いた電子源及び画像形成装置、並びにそれらの駆動方法

Info

Publication number: JPH1055746A
Application number: JP22467996A
Authority: JP
Inventors: Hirokatsu Miyata; 浩克宮田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-08-08
Filing date: 1996-08-08
Publication date: 1998-02-24

Abstract

(57)【要約】【課題】高品位画像形成装置を実現し得る電子ビーム
源としての電子放出素子を提供する。【解決手段】各電子放出部５ａ，５ｂが夫々形成され
た各導電性膜４ａ，４ｂに接続する一方の電極２が共通
の電極であり、他方の電極がそれぞれ独立した電極３
ａ，３ｂであることを特徴とする電子放出素子。【効果】各電子放出部から交互に電子放出させると駆
動劣化が少なく、表示品位の低下を抑制することができ
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
電子放出素子を多数個配置してなる電子源、該電子源を
用いて構成した表示装置や露光装置等の画像形成装置及
びそれらの駆動方法に関する。

【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の２種類が知ら
れている。冷陰極電子放出素子には電界放出型（以下、
「ＦＥ型」と称す。）、金属／絶縁層／金属型（以下、
「ＭＩＭ型」と称す。）や表面伝導型電子放出素子等が
有る。

【０００３】ＦＥ型の例としては、Ｗ．Ｐ．Ｄｙｋｅ
ａｎｄＷ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“ＦｉｅｌｄＥｍｉｓ
ｓｉｏｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎ
Ｐｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）あるいはＣ．
Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“ＰｈｙｓｉｃａｌＰｒｏｐｅｒ
ｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍ
ｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈｍｏｌｙｂ
ｄｅｎｕｍｃｏｎｅｓ”，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−Ｅｍｉ
ｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，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の例としては、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，ＲａｄｉｏＥｎｇ．Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎＰｈｙｓ．，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、絶縁性基板上
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ＳｎＯ_２薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によ
るもの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“ＴｈｉｎＳｏｌｉｄ
Ｆｉｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ_２Ｏ_３
／ＳｎＯ_２薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌａ
ｎｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥＴｒａｎ
ｓ．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
な例として、前述のＭ．ハートウェルの素子構成を図１
９に模式的に示す。同図において１は基板である。４は
導電性膜で、Ｈ型形状のパターンに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５が形成される。尚、図中の
素子電極間隔Ｌは、０．５〜１ｍｍ、Ｗ’は、０．１ｍ
ｍで設定されている。

【０００８】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膜４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５を形成す
るのが一般的である。即ち、通電フォーミングとは、前
記導電性膜４の両端に電圧を印加通電し、導電性膜４を
局所的に破壊、変形もしくは変質させて構造を変化さ
せ、電気的に高抵抗な状態の電子放出部５を形成する処
理である。尚、電子放出部５では導電性膜４の一部に亀
裂が発生しており、その亀裂付近から電子放出が行われ
る。

【０００９】上述の表面伝導型電子放出素子は、構造が
単純であることから、大面積に亙って多数素子を配列形
成できる利点がある。そこで、この特徴を活かすための
種々の応用が研究されている。例えば、荷電ビーム源、
表示装置等の画像形成装置への利用が挙げられる。

【００１０】従来、多数の表面伝導型電子放出素子を配
列形成した例としては、並列に表面伝導型電子放出素子
を配列し、個々の表面伝導型電子放出素子の両端（両素
子電極）を配線（共通配線とも呼ぶ）にて夫々結線した
行を多数行配列（梯子型配置とも呼ぶ）した電子源が挙
げられる（例えば、特開昭６４−３１３３２号公報、特
開平１−２８３７４９号公報、同２−２５７５５２号公
報）。

【００１１】また、特に表示装置においては、液晶を用
いた表示装置と同様の平板型表示装置とすることが可能
で、しかもバックライトが不要な自発光型の表示装置と
して、表面伝導型電子放出素子を多数配置した電子源
と、この電子源からの電子線の照射により可視光を発光
する蛍光体とを組み合わせた表示装置が提案されている
（アメリカ特許第５０６６８８３号明細書）。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の表面伝導型電子放出素子においては、次のような問
題点があった。

【００１３】前述のようにフォーミング処理を施した素
子は、基本的には後述する活性化工程を施すことによっ
て電子放出機能を有するものとなる。しかし、このよう
にして電子放出機能を持つに至った素子は、高真空中で
の駆動により徐々に電子放出量が減少する傾向を示す。
かかる電子放出特性の劣化は、電子放出素子を画像形成
装置等に応用した場合には、直接、輝点の形状や明るさ
の低下につながるために重大な欠陥となる。

【００１４】本発明は、上記問題を鑑み、駆動劣化が少
なく、安定した電子放出特性を実現する電子放出素子、
更には、表示品位の低下を抑制し、安定な表示特性を示
す画像形成装置を提供することを目的とするものであ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明の構成は、以下の通りである。

【００１６】即ち、本発明の第一は、電極間を接続する
導電性膜に形成された電子放出部を複数有する電子放出
素子において、各電子放出部が形成された導電性膜に接
続する一方の電極が共通電極であり、他方の電極が独立
電極であることを特徴とする電子放出素子にある。

【００１７】上記本発明第一の電子放出素子は、更にそ
の特徴として、「前記複数の電子放出部から放出された
電子ビームが、ほぼ同一の点に到達するように配置され
ている」こと、「表面伝導型電子放出素子である」こ
と、をも含むものである。

【００１８】また、本発明の第二は、上記本発明第一の
電子放出素子の駆動方法であって、前記複数の電子放出
部から順次交代で電子放出させることを特徴とする電子
放出素子の駆動方法にある。

【００１９】また、本発明の第三は、基板上に、複数の
電子放出素子が配列された電子源において、前記電子放
出素子が、上記本発明第一に記載の電子放出素子である
ことを特徴とする電子源にある。

【００２０】上記本発明第三の電子源は、更にその特徴
として、「前記複数の電子放出素子がマトリクス状に配
置されており、個々の電子放出素子の共通電極を行配線
に接続し、個々の電子放出素子の各独立電極を前記行配
線と直交するそれぞれ異なる列配線に接続した」こと、
「前記電子放出素子の複数が梯子状に配置されており、
個々の電子放出素子の共通電極を第一の行配線に接続
し、個々の電子放出素子の各独立電極をそれぞれ異なる
第二の行配線に接続し、更に変調手段を設けた」こと、
をも含むものである。

【００２１】また、本発明の第四は、上記本発明第三の
電子源の駆動方法であって、各電子放出素子の複数の電
子放出部から順次交代で電子放出させることを特徴とす
る電子源の駆動方法にある。

【００２２】また、本発明の第五は、基板上に、複数の
電子放出素子が配列された電子源と、該電子源から放出
される電子線の照射により画像を形成する画像形成部材
とを有する画像形成装置において、前記電子源が、上記
本発明第三の電子源であることを特徴とする画像形成装
置にある。

【００２３】上記本発明第五の画像形成装置は、更にそ
の特徴として、「上記電子源の同一の電子放出素子に含
まれる複数の電子放出部より放出された電子ビームが、
上記画像形成部材の同一の画素を照射する」こと、をも
含むものである。

【００２４】更に、本発明の第六は、上記本発明第五の
画像形成装置の駆動方法であって、各電子放出素子の複
数の電子放出部から順次交代で電子放出させることを特
徴とする画像形成装置の駆動方法にある。

【００２５】上記本発明第六の駆動方法は、更にその特
徴として、「１フレーム毎に各電子放出素子の複数の電
子放出部から順次交代で電子放出させる」ことをも含む
ものである。

【００２６】

【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。

【００２７】本発明を適用し得る電子放出素子は、先述
したような冷陰極型の電子放出素子に分類されるもの
で、電子放出機構の点から表面伝導型の電子放出素子と
云える。

【００２８】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。

【００２９】まず、平面型の表面伝導型電子放出素子に
ついて説明する。

【００３０】図１は、２つの電子放出部を有する本発明
の平面型の表面伝導型電子放出素子の一構成例を示す模
式図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は縦断面
図である。図１において、１は基板、２は共通電極、３
ａ，３ｂは独立電極、４ａ，４ｂは導電性膜、５ａ，５
ｂは電子放出部である。

【００３１】基板１としては、石英ガラス、Ｎａ等の不
純物含有量を減少させたガラス、青板ガラス、青板ガラ
スにスパッタ法等によりＳｉＯ₂ を積層した積層体、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。

【００３２】共通電極２及び独立電極３ａ，３ｂの材料
としては、一般的な導体材料を用いることができ、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
選択される。

【００３３】電極間隔Ｌ、電極長さＷ、導電性膜４ａ，
４ｂの形状等は、応用される形態等を考慮して、設計さ
れる。電極間隔Ｌは、好ましくは、数百ｎｍから数百μ
ｍの範囲とすることができ、より好ましくは、電極間に
印加する電圧等を考慮して１μｍから１００μｍの範囲
とすることができる。

【００３４】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。また、電極の膜厚ｄは、１０ｎｍ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、導電性膜４、各電極２，３ａ，３ｂの順に積層し
た構成とすることもできる。

【００３６】導電性膜４ａ，４ｂを構成する材料として
は、例えばＰｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉ
ｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等
の金属、ＰｄＯ，ＳｎＯ₂ ，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ，ＰｂＯ，Ｓｂ
₂ Ｏ₃ 等の酸化物、ＨｆＢ₂ ，ＺｒＢ₂ ，ＬａＢ₆ ，Ｃ
ｅＢ₆ ，ＹＢ₄ ，ＧｄＢ₄ 等の硼化物、ＴｉＣ，Ｚｒ
Ｃ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣなどの炭化物、Ｔｉ
Ｎ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導
体、カーボン等が挙げられる。

【００３７】導電性膜４ａ，４ｂ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、各電極へのステップカバ
レージ、電極間の抵抗値等を考慮して適宜設定されが、
通常は、数Å〜数百ｎｍの範囲とするのが好ましく、よ
り好ましくは１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲とするのが良い。
その抵抗値は、Ｒｓが１０² Ω／□から１０⁷ Ω／□の
値である。なおＲｓは、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）と置いた
ときに表れる値である。

【００３８】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（いくつかの微粒子が集合し、
全体として島状構造を形成している場合も含む）をとっ
ている。微粒子の粒径は、数Åから数百ｎｍの範囲、好
ましくは、１ｎｍから２０ｎｍの範囲である。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】例えば、「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、「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２〜３ｎ
ｍ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）と記述されて
いる。

【００４３】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。

【００４４】「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）。

【００４５】上記のような一般的な呼び方をふまえて、
本明細書において「微粒子」とは多数の原子・分子の集
合体で、粒径の下限は数Å〜１ｎｍ程度、上限は数μｍ
程度のものを指すこととする。

【００４６】電子放出部５ａ，５ｂは、それぞれ導電性
膜４ａ，４ｂの一部に形成された亀裂領域により構成さ
れ、導電性膜の膜厚，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
５ａ，５ｂの内部には、数Å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、導電性膜４ａ，４ｂ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
出部及びその近傍の導電性膜には、炭素あるいは炭素化
合物を有する場合もある。

【００４７】次に、垂直型の表面伝導型電子放出素子に
ついて説明する。

【００４８】図２は、２つの電子放出部を有する本発明
の垂直型の表面伝導型電子放出素子の一構成例を示す模
式図であり、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。６ａ，６ｂは段差
形成部である。基板１、共通電極２及び独立電極３ａ，
３ｂ、導電性膜４、電子放出部５ａ，５ｂは、前述した
平面型の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６ａ，６ｂ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６
ａ，６ｂの膜厚は、先に述べた平面型の表面伝導型電子
放出素子の電極間隔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、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μｍの範囲が好ましい。尚、導電
性膜４は、各電極と段差形成部の作製後に、各電極の上
に積層される。

【００４９】図１の平面型の表面伝導型電子放出素子に
おいては導電性膜が２つに分離され、図２の垂直型の表
面伝導型電子放出素子においては導電性膜が分離されて
いないが、これらとは逆に、導電性膜を分離させずに平
面型の表面伝導型電子放出素子を構成するもでき、導電
性膜を２つに分離して垂直型の表面伝導型電子放出素子
を構成することもできる。

【００５０】本発明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に基づ
いて説明する。尚、図３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。

【００５１】１）基板１を洗剤、純水及び有機溶剤等を
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上に共通電極２及び独立電極３ａ，３
ｂを形成する（図３（ａ））。

【００５２】２）各電極を設けた基板１上に、有機金属
溶液を塗布して有機金属薄膜を形成し、該有機金属薄膜
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、導電性膜４ａ，４ｂを形成する（図３
（ｂ））。有機金属溶液には、前述の導電性膜の材料の
金属を主元素とする有機化合物の溶液を用いることがで
きる。ここでは有機金属溶液の塗布法を挙げて説明した
が、導電性膜の形成法はこれに限定されるものではな
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。

【００５３】３）続いて、フォーミング処理を施す。こ
のフォーミング処理には通電処理法、微細加工技術を用
いた方法等、種々の方法があるが、ここではその一例と
して通電処理による方法を説明する。

【００５４】共通電極２と独立電極３ａ，３ｂ間に、そ
れぞれ不図示の電源より通電すると、導電性膜４ａ，４
ｂの部位に、構造の変化した電子放出部５ａ，５ｂが形
成される（図３（ｃ））。通電フォーミングの電圧波形
の例を図４に示す。

【００５５】電圧波形は、特に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
加させながらパルスを印加する図４（ｂ）に示した手法
がある。

【００５６】まず、パルス波高値を定電圧とした場合に
ついて図４（ａ）で説明する。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１μ秒〜１０ｍ秒、Ｔ２は１０μ秒〜１００
ｍ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、矩形波等の所望
の波形を採用することができる。

【００５７】次に、パルス波高値を増加させながら電圧
パルスを印加する場合について図４（ｂ）で説明する。
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
ップ程度づつ、増加させることができる。

【００５８】通電フォーミング処理の終了は、パルス間
隔Ｔ２中に、導電性膜４ａ，４ｂ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
る電流を測定し、抵抗値を求めて、１ＭΩ以上の抵抗を
示した時に通電フォーミングを終了させることができ
る。

【００５９】４）フォーミングを終えた素子には、活性
化処理を施すのが好ましい。この活性化処理により、素
子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅを著しく変化させることが
できる。

【００６０】活性化処理は、例えば、有機物質のガスを
含有する雰囲気下で、共通電極２と独立電極３ａ，３ｂ
の間に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、前述の素子電極の形態、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電子放出部５ａ，５ｂ及
びその周囲に堆積し、素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅが、
著しく変化して増加するようになる。

【００６１】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を包含するもの
で、ＨＯＰＧはほぼ完全なグラファイト結晶構造、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、３０ｎ
ｍ以下の範囲とすることがより好ましい。

【００６２】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、適宜行うことができる。
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。

【００６３】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、素子を配置した真空容器内の有機物質を排気する工
程である。真空容器を排気する真空排気装置は、装置か
ら発生するオイルが素子の特性に影響を与えないよう
に、オイルを使用しないものを用いるのが好ましい。具
体的には、ソープションポンプ、イオンポンプ等の真空
排気装置を挙げることが出来る。

【００６４】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には、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、上記炭素あるいは炭素化合物がほぼ
新たに堆積しない分圧で１×１０^-6Ｐａ以下が好まし
く、さらには１×１０^-8Ｐａ以下が特に好ましい。さら
に真空容器内を排気するときには、真空容器全体を加熱
して、真空容器内壁や、電子放出素子に吸着した有機物
質分子を排気しやすくするのが好ましい。このときの加
熱条件は、８０〜２００℃好ましくは１５０℃以上で、
できるだけ長時間処理するのが望ましいが、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、１〜３×１０^-5Ｐａ以下が好ましく、さらには１×
１０^-6Ｐａ以下が特に好ましい。

【００６５】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、圧力自体は多少上昇しても十分安定な特
性を維持することが出来る。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。

【００６６】上述した工程を経て得られた本発明の電子
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。

【００６７】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。

【００６８】図５において、５５は真空容器であり、５
６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。また、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は各導電性膜４ａ，
４ｂを流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、５
４は各電子放出部５ａ，５ｂ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、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は各電子放
出部５ａ，５ｂ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５４の
電圧を１ＫＶ〜１０ＫＶの範囲とし、アノード電極５４
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。

【００６９】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。

【００７０】排気ポンプ５６は、ターボポンプ、ロータ
リーポンプ等からなる通常の高真空装置系と、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。ここに示した電子放出素子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。

【００７１】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及び素子電流Ｉｆと、素子電
圧Ｖｆと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。尚、縦・横軸ともリニ
アスケールである。

【００７２】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
て次の３つの特徴的性質を有する。

【００７３】即ち、第１に、本素子はある電圧（閾値電
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、一方閾値電圧Ｖｔｈ以
下では放出電流Ｉｅが殆ど検出されない。つまり、放出
電流Ｉｅに対する明確な閾値電圧Ｖｔｈを持った非線形
素子である。

【００７４】第２に、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。

【００７５】第３に、アノード電極５４（図５参照）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。

【００７６】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。

【００７７】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（ＭＩ特性）例を示したが、
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（ＶＣＮＲ特性）を示す場合もある（不図示）。
これらの特性は、前述の工程を制御することで制御でき
る。

【００７８】先述したように、本発明において用いてい
る表面伝導型電子放出素子には、真空中での駆動に際
し、一般に素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅの双方に経時
的な劣化が認められる。本発明者らの研究によれば、か
かる素子の駆動に伴う劣化の速度は、駆動電圧及び駆動
時のパルス間隔により大きく変化し、駆動電圧が高いほ
ど劣化は大きい。しかし、駆動電圧は前述のように電子
放出量とトレードオフの関係があるため、駆動電圧によ
る改善は困難である。

【００７９】そこで、駆動時のパルス間隔を変化させた
場合の放出電流の劣化について検討した結果、パルスの
間隔が長いほど素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅの劣化は
遅いということがわかった。図７は、パルス幅１ｍ秒の
パルスを、パルス間隔１０ｍ秒、２０ｍ秒、５０ｍ秒、
１００ｍ秒と変化させて素子に印加して駆動させた場合
の放出電流Ｉｅの概略の劣化挙動の差異を模式的に示し
たものである。横軸のスケールは印加されたパルス数を
対数目盛で示したものである。素子電流Ｉｆもほぼ放出
電流Ｉｅと同様な劣化挙動を示し、電子放出効率（Ｉｅ
／Ｉｆ）は劣化によって大きく変化することはなかっ
た。

【００８０】本発明は、このような駆動時のパルス間隔
依存性を利用して素子の劣化速度を遅くするもので、具
体的には、図１及び図２に示したように１つの電子放出
素子中に独立して駆動可能な複数の電子放出部を形成
し、各電子放出部を順次駆動させる構成をとることによ
り、長時間使用による輝度の低下の少ない電子放出素子
を実現している。そして、かかる電子放出素子を画像形
成装置の電子ビーム源として用いることにより、表示特
性に優れた画像形成装置を実現できる。

【００８１】図１に示したような平面型の表面伝導型電
子放出素子の駆動に際しては、共通電極２を陽極、各独
立電極３ａ，３ｂを陰極とし、図５に示したような駆動
系により各電子放出部５ａ，５ｂから交互に電子放出す
るように給電することができる。この場合、放出された
電子は、それぞれ５７ａ及び５７ｂ（図５参照）で模式
的に示されるような軌道を描いてアノード電極５４に到
達するが、これらの軌道は陽極（すなわち共通電極２）
に対して対称となるため、各電極及び導電性膜の幅，厚
さ、アノード電圧等を適宜設定することで、各電子放出
部から放出される電子の到達点をほぼ同一の点にするこ
とが可能となる。

【００８２】図２に示したような垂直型の表面伝導型電
子放出素子の場合には、共通電極２を陰極、各独立電極
３ａ，３ｂを陽極として駆動するのが望ましく、この点
は平面型の表面伝導型電子放出素子と逆である。かかる
垂直型の表面伝導型電子放出素子においても、各電子放
出部５ａ，５ｂから交互に電子放出するように給電して
駆動する。この場合にも、各電極及び導電性膜の幅，厚
さ、アノード電圧等を適宜設定することで、各電子放出
部から放出される電子の到達点をほぼ同一の点にするこ
とが可能となる。

【００８３】また、図８に示すような、４つの電子放出
部５ａ〜５ｄを有する平面型の表面伝導型電子放出素子
の場合にも、共通電極２を陽極、各独立電極３ａ〜３ｄ
を陰極とし、各電子放出部５ａ〜５ｄから順次交代で電
子放出するように給電して駆動する。この場合、電子放
出部５ａと５ｂ及び電子放出部５ｃと５ｄの夫々の組は
共通電極２に対して対称となるため、各電極及び導電性
膜の幅，厚さ、アノード電圧等を適宜設定することで、
同じ組の電子放出部から放出される電子の到達点をほぼ
同一の点にすることが可能となる。しかし、異なる組の
電子放出部（例えば電子放出部５ａと５ｃ）から放出さ
れる電子の到達点は、互いに電子放出部の間隔分だけず
れることになる。また、図９に４つの電子放出部５ａ〜
５ｄ（但し５ｂ，５ｄは隠れた位置にある）を有する垂
直型の表面伝導型電子放出素子を示したが、このような
素子の場合にも、異なる組の電子放出部（例えば電子放
出部５ａと５ｃ）から放出される電子の到達点は、互い
に電子放出部の間隔分だけずれることになる。

【００８４】従って、複数の電子放出部を有する本発明
の電子放出素子を、例えば画像形成装置の１画素に対応
させて用いる場合には、表示特性及び電子ビームの制御
面からいえば特に２個の電子放出部を有するものが好ま
しく用いられる。

【００８５】次に、本発明の電子放出素子の応用例につ
いて述べる。本発明の表面伝導型電子放出素子を複数個
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。

【００８６】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、梯子状配置のものがあ
る。これは、例えば図１，図２，図８，図９に示したよ
うな表面伝導型電子放出素子を用いる場合には、行方向
に多数個配置した各電子放出素子の共通電極２どうし、
及び各電子放出素子の同じ位置に配置された独立電極３
ａ，３ｂ（あるいは３ａ〜３ｄ）どうしを同一の行方向
配線に接続し、かかる行を多数個配し、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ものである。この場合、
図１または図８に示したような平面型の表面伝導型電子
放出素子を用いたときには、共通電極２を陽極、各独立
電極３ａ，３ｂ（あるいは３ａ〜３ｄ）を陰極とし、図
２または図９に示したような垂直型の表面伝導型電子放
出素子を用いたときには、共通電極２を陰極、各独立電
極３ａ，３ｂ（あるいは３ａ〜３ｄ）を陽極とし、各独
立電極を接続した複数の配線に対して交互に給電がなさ
れる。

【００８７】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、同じ行に配された各電子
放出素子の共通電極２を、Ｘ方向の配線に共通に接続
し、同じ列に配された各電子放出素子の同じ位置に配置
された独立電極３ａ，３ｂ（あるいは３ａ〜３ｄ）どう
しを複数の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。この場合においても、図１または図８に示したよう
な平面型の表面伝導型電子放出素子を用いたときには、
共通電極２を陽極、各独立電極３ａ，３ｂ（あるいは３
ａ〜３ｄ）を陰極とし、図２または図９に示したような
垂直型の表面伝導型電子放出素子を用いたときには、共
通電極２を陰極、各独立電極３ａ，３ｂ（あるいは３ａ
〜３ｄ）を陽極とし、各電子放出素子の複数の独立電極
にそれぞれ接続された複数のＸ方向配線に対して交互に
給電がなされる。もちろん、共通電極２をＹ方向、独立
電極３ａ，３ｂ（あるいは３ａ〜３ｄ）をＸ方向に接続
してもかまわない。

【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、前述した通り３つの特性がある。即ち、
表面伝導型電子放出素子からの放出電子は、閾値電圧以
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、閾値電圧以下では、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、複数の電子放出部
を有する本発明の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１０を用いて説明する。図１０
は、図１に示したような、１素子中に２つの電子放出部
を有する平面型の表面伝導型電子放出素子を用いた場合
の模式図であるが、本発明の適用可能な電子放出素子の
配置はこれに限定されるものではない。図１０におい
て、１１０１は電子源基板、１１０２は各素子の独立電
極３ａに接続されたＸ方向配線、１１０３は各素子の独
立電極３ｂに接続されたＸ方向配線、１１０４は各素子
の共通電極２に接続されたＹ方向配線である。また、１
１０５は結線である。

【００９１】各素子の電子放出部５ａから電子放出をさ
せる場合に給電されるｍ本のＸ方向配線１１０２は、Ｄ
ｘａ１，Ｄｘａ２，……，Ｄｘａｍからなり、各素子の
電子放出部５ｂから電子放出をさせる場合に給電される
ｍ本のＸ方向配線１１０３は、Ｄｘｂ１，Ｄｘｂ２，…
…，Ｄｘｂｍ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１１０４は、Ｄｙ１，Ｄｙ２，……，Ｄｙｎのｎ
本の配線よりなり、Ｘ方向配線１１０２，１１０３と同
様に形成される。これらｍ本ずつのＸ方向配線１１０２
と１１０３との間、及びこれら計２ｍ本のＸ方向配線と
ｎ本のＹ方向配線１１０４との間には、不図示の層間絶
縁層が設けられており、これらの配線間を電気的に分離
している（ｍ，ｎは、共に正の整数）。

【００９２】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、一方のＸ方向配線１１０２を形成した
基板１１０１の全面或は一部に所望の形状で形成され、
その上にもう一方のＸ方向配線１１０３を形成した後、
さらに基板１１０１の全面或は一部に形成される。特
に、Ｘ方向配線１１０２，１１０３とＹ方向配線１１０
４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１１０２，１１０３と
Ｙ方向配線１１０４は、それぞれ外部端子として引き出
されている。

【００９３】表面伝導型電子放出素子を構成する共通電
極２とＹ方向配線１１０４、独立電極３ａとｍ本のＸ方
向配線１１０２、独立電極３ｂともう一つのｍ本のＸ方
向配線１１０３とは、それぞれ導電性金属等からなる結
線１１０５によって電気的に接続されている。

【００９４】配線１１０２，１１０３，１１０４を構成
する材料、結線１１０５を構成する材料及び素子電極
２，３ａ，３ｂ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、また夫々異なってもよ
い。これらの材料は、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。

【００９５】Ｘ方向配線１１０２，１１０３には、Ｘ方
向に配列した表面伝導型電子放出素子の行を選択するた
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。走査信号は、各素子の電子放出部５ａから電
子放出させるためのＸ方向配線１１０２のＤｘａ１から
Ｄｘａｍまで順次印加された後、各素子の電子放出部５
ｂから電子放出させるためのＸ方向配線１１０３のＤｘ
ｂ１からＤｘｂｍまで順次印加される。つまり、Ｘ方向
配線１１０２と１１０３には交互に給電が行われる。一
方、Ｙ方向配線１１０４には、Ｙ方向に配列した表面伝
導型電子放出素子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。

【００９６】上記構成においては、単純なマトリクス配
線を用いて、個別の素子の個別の電子放出部を選択し、
独立に駆動可能とすることができる。

【００９７】図１０に示した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１
１と図１２及び図１３を用いて説明する。図１１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
１２は、図１１の画像形成装置に使用される蛍光膜の模
式図である。図１３は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応
じて表示を行うための駆動回路の一例を示すブロック図
である。

【００９８】図１１において、図１０に示した部位と同
じ部位には図１０に付した符号と同じ符号を付してい
る。図１１中、１１０１は電子放出素子を複数配した電
子源基板、１２０１は電子源基板１１０１を固定したリ
アプレート、１２０６はガラス基板１２０３の内面に蛍
光膜１１０４とメタルバック１１０５等が形成されたフ
ェースプレートである。１２０２は支持枠であり、該支
持枠１１０２には、リアプレート１１０１、フェースプ
レート１１０６がフリットガラス等を用いて接続されて
いる。１２０７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分間以上
焼成することで、封着して構成される。

【００９９】１２０９は、図１に示したような平面型の
表面伝導型電子放出素子である。１２０８は高圧端子で
あり、直流電圧源より例えば１０Ｋ［Ｖ］の直流電圧が
供給される。かかる直流電圧は、表面伝導型電子放出素
子１２０９から放出される電子ビームに、蛍光体を励起
するのに十分なエネルギーを付与するための加速電圧で
ある。

【０１００】外囲器１２０７は、上述の如く、フェース
プレート１２０６、支持枠１２０２、リアプレート１２
０１で構成される。リアプレート１２０１は主に電子源
基板１１０１の強度を補強する目的で設けられるため、
電子源基板１１０１自体で十分な強度を持つ場合は別体
のリアプレート１２０１は不要とすることができる。即
ち、電子源基板１１０１に直接支持枠１２０２を封着
し、フェースプレート１２０６、支持枠１２０２及び電
子源基板１１０１で外囲器１２０７を構成してもよい。
一方、フェースプレート１２０６とリアプレート１２０
１の間に、スぺーサーと呼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１２０７を構成することもできる。

【０１０１】図１２は、蛍光膜を示す模式図である。蛍
光膜１２０４は、モノクロームの場合は蛍光体のみで構
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（図１２（ａ））あ
るいはブラックマトリクス（図１２（ｂ））等と呼ばれ
る黒色導電材１３０１と蛍光体１３０２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１３０２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１２０４
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。黒色導電材１３０１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。

【０１０２】ガラス基板１２０３に蛍光体を塗布する方
法は、モノクローム、カラーによらず、沈澱法や印刷法
等が採用できる。蛍光膜１２０４の内面側には、通常メ
タルバック１２０５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１２０６側へ鏡面反射す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。

【０１０３】フェースプレート１２０６には、更に蛍光
膜１２０４の導電性を高めるため、蛍光膜１２０４の外
面側に透明電極（不図示）を設けてもよい。

【０１０４】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る必要があり、十分
な位置合わせが不可欠となる。

【０１０５】図１１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。

【０１０６】外囲器１２０７内は、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
ンポンプ等のオイルを使用しない排気装置により不図示
の排気管を通じて排気し、１０^-5Ｐａ程度の真空度の有
機物質の十分に少ない雰囲気にした後、封止が成され
る。外囲器１２０７の封止後の真空度を維持するため
に、ゲッター処理を行うこともできる。これは、外囲器
１２０７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１２
０７内の所定の位置に配置されたゲッター（不図示）を
加熱し、蒸着膜を形成する処理である。ゲッターは通常
Ｂａ等が主成分であり、該蒸着膜の吸着作用により、例
えば１０^-5Ｐａ以上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。

【０１０７】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１３を用いて説明する。図１３において、
１４０１は図１２に示したような画像表示パネル、１４
０２は走査回路、１４０３は制御回路、１４０４はシフ
トレジスタ、１４０５はラインメモリ、１４０６は同期
信号分離回路、１４０７は変調信号発生器、Ｖｘ及びＶ
ａは直流電圧源である。

【０１０８】表示パネル１４０１は、端子Ｄｘａ１乃至
Ｄｘａｍ、端子Ｄｘｂ１乃至Ｄｘｂｍ、端子Ｄｙ１乃至
Ｄｙｎ、及び高圧端子１２０８を介して外部の電気回路
と接続している。端子Ｄｘａ１乃至Ｄｘａｍ及び端子Ｄ
ｘｂ１乃至Ｄｘｂｍには、表示パネル１４０１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１行（ｎ素
子）ずつ順次駆動する為の走査信号が印加される。端子
Ｄｘａ１乃至Ｄｘａｍ、及び端子Ｄｘｂ１乃至Ｄｘｂｍ
の計２ｍ個の端子に信号を印加する順序としては、例え
ば端子Ｄｘａ１からＤｘａｍまで走査信号が印加された
後、端子Ｄｘｂ１からＤｘｂｍまで信号が印加され、再
び端子Ｄｘａ１からＤｘａｍまでといった順に走査信号
が印加される方法、即ちＤｘａのｍ個の端子とＤｘｂの
ｍ個の端子に対して交互に信号が印加される方法が用い
られる。

【０１０９】端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｎには、前記走査信号
により選択された１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１２０８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。

【０１１０】走査回路１４０２について説明する。同回
路は、内部に２ｍ個のスイッチング素子（図中、Ｓ１乃
至Ｓ２ｍで模式的に示している）を備えたものである。
各スイッチング素子は、直流電圧電源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１４０１の端子Ｄｘａ１乃至Ｄｘａ
ｍ、及び端子Ｄｘｂ１乃至Ｄｘｂｍと電気的に接続され
る。各スイッチング素子Ｓ１乃至Ｓ２ｍは、制御回路１
４０３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。

【０１１１】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（電子放出閾値電圧）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
放出閾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。

【０１１２】制御回路１４０３は、外部より入力される
画像信号に基づいて適切な表示が行われるように、各部
の動作を整合させる機能を有する。制御回路１４０３
は、同期信号分離回路１４０６より送られる同期信号Ｔ
ｓｙｎｃに基づいて、各部に対してＴｓｃａｎ，Ｔｓｆ
ｔ及びＴｍｒｙの各制御信号を発生する。

【０１１３】同期信号分離回路１４０６は、外部から入
力されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から、同期信号成分
と輝度信号成分とを分離するための回路で、一般的な周
波数分離（フィルター）回路等を用いて構成できる。同
期信号分離回路１４０６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ＤＡＴ
Ａ信号と表した。このＤＡＴＡ信号は、シフトレジスタ
１４０４に入力される。

【０１１４】シフトレジスタ１４０４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１４０３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１４０４のシフトクロックであると言い換えてもよ
い。）。シリアル／パラレル変換された画像１ライン分
のデータ（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当）
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１４０４より出力される。

【０１１５】ラインメモリ１４０５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１４０３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、Ｉｄ’１乃至Ｉｄ’ｎとして出力され、変
調信号発生器１４０７に入力される。

【０１１６】変調信号発生器１４０７は、画像データＩ
ｄ’１乃至Ｉｄ’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Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを通じて表示パ
ネル１４０１内の表面伝導型電子放出素子に印加され
る。

【０１１７】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に関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閾値電圧Ｖｔｈがあ
り、Ｖｔｈ以上の電圧が印加された時のみ電子放出が生
じる。電子放出閾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
子放出閾値電圧以下の電圧を印加しても電子放出は生じ
ないが、電子放出閾値電圧以上の電圧を印加する場合に
は電子ビームが出力される。その際、パルスの波高値Ｖ
ｍを変化させることにより、出力電子ビームの強度を制
御することが可能である。また、パルスの幅Ｐｗを変化
させることにより、出力される電子ビームの電荷の総量
を制御することが可能である。

【０１１８】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、電圧変調方式とパルス幅変調方
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１４０７としては、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電圧パ
ルスの波高値を変調できるような電圧変調方式の回路を
用いることができる。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１４０７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。

【０１１９】シフトレジスタ１４０４やラインメモリ１
４０５は、デジタル信号式のものでもアナログ信号式の
ものでも採用できる。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。

【０１２０】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路１４０６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１４０
６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１４０５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１４０７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１４
０７には、例えばＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて
増幅回路等を付加する。パルス幅変調方式の場合、変調
信号発生器１４０７には、例えば高速の発振器及び発振
器の出力する波数を計数する計数器（カウンタ）及び計
数器の出力値と前記メモリの出力値を比較する比較器
（コンパレータ）を組み合わせた回路を用いる。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。

【０１２１】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１４０７には、例えばオペアンプ等
を用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフ
ト回路等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
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。

【０１２２】このような構成をとり得る本発明を適用可
能な画像形成装置においては、各電子放出素子に、容器
外端子Ｄｘａ１乃至Ｄｘａｍ、端子Ｄｘｂ１乃至Ｄｘｂ
ｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを介して電圧を印加することによ
り、電子放出が生じる。高圧端子１２０８を介してメタ
ルバック１２０５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１２０４に衝突し、発光が生じて画像が形成され
る。

【０１２３】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方式等の他、
これら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。

【０１２４】次に、前述の梯子型配置の電子源及び画像
形成装置について、図１４及び図１５を用いて説明す
る。

【０１２５】図１４は、梯子型配置の電子源の一例を示
す模式図である。図１４は、図１に示したような、１素
子中に２つの電子放出部を有する平面型の表面伝導型電
子放出素子を用いた場合の模式図であるが、本発明の適
用可能な電子放出素子の配置はこれに限定されるもので
はない。

【０１２６】図１４において、１５０１は電子源基板、
１５０５は２つの電子放出部５ａ，５ｂを有する電子放
出素子であり、この電子放出素子１５０５は電子源基板
１５０１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。）。そして、この素子行がｎ列配され
て電子源を構成している。

【０１２７】また、図１４において、１５０２は各素子
行に含まれる複数の電子放出素子の共通電極２に接続さ
れた配線、１５０３は独立電極３ａに接続された配線、
１５０４は独立電極３ｂに接続された配線である。

【０１２８】各素子の電子放出部５ａから電子放出をさ
せる場合に給電されるｎ本の配線１５０２は、Ｄｘａ
１，Ｄｘａ２，……，Ｄｘａｎからなり、各素子の電子
放出部５ｂから電子放出をさせる場合に給電されるｎ本
の配線１５０３は、Ｄｘｂ１，Ｄｘｂ２，……，Ｄｘｂ
ｎからなり、配線１５０４は、Ｄｙ１，Ｄｙ２，……，
Ｄｙｎのｎ本の配線からなり、それぞれ外部端子として
引き出されている。

【０１２９】各素子行の配線１５０２と配線１５０３又
は１５０４の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、電子放出閾値以上の電圧を印
加し、電子ビームを放出させたくない素子行には、電子
放出閾値以下の電圧を印加する。かかる電子源を駆動す
る際は、各電子放出素子１５０５の２つの電子放出部５
ａ，５ｂから交互に電子が放出されるように電圧の印加
を行う。

【０１３０】図１５は、図１４に示したような梯子型配
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。図１５においては、図１１及
び図１４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。１６０１はグリッド
電極、１６０２は電子が通過するための開口、１６０３
はグリッド電極１２０と接続されたＧ１乃至Ｇｍからな
る容器外端子である。ここに示した画像形成装置と、図
１１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、電子源基板とフェースプレート１２０６の
間にグリッド電極１６０１を備えているか否かである。

【０１３１】図１５においては、電子源基板１５０１と
フェースプレート１２０６の間には、グリッド電極１６
０１が設けられている。グリッド電極１６０１は、表面
伝導型電子放出素子１５０５から放出された電子ビーム
を変調するためのものであり、梯子型配置の素子行と直
交して設けられたストライプ状の電極に電子ビームを通
過させるため、各素子に対応して１個ずつ円形の開口１
６０２が設けられている。グリッド電極の形状や配置位
置は、図１５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、グリッド電極を表面伝導型電子放出素子の
周囲や近傍に設けることもできる。

【０１３２】容器外端子Ｄｘａ１乃至Ｄｘａｎ，Ｄｘｂ
１乃至Ｄｘｂｎ，Ｄｙ１乃至Ｄｙｎ及びグリッド容器外
端子Ｇ１乃至Ｇｍは、不図示の制御回路と電気的に接続
されている。

【０１３３】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）して行くのと同期してグリッド電極
列に画像１ライン分の変調信号を同時に印加する。これ
により、各電子ビームの蛍光体への照射を制御し、画像
を１ラインずつ表示することができる。素子行を走査す
る際は、１素子中に２つある電子放出部５ａ，５ｂに対
応する各独立電極３ａ，３ｂにそれぞれ接続された端子
Ｄｘａ，Ｄｘｂに対して、交互に給電がなされる。これ
によって、１画素に対応する１素子中の２つの電子放出
部から、１フレーム毎に交互に電子放出をさせることが
可能である。

【０１３４】以上説明した本発明による駆動方法を適用
し得る画像形成装置は、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。

【０１３５】

【実施例】以下に、具体的な実施例を挙げて本発明を説
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。

【０１３６】［実施例１］本実施例に係る基本的な表面
伝導型電子放出素子の構成は図１及び図８と同様であ
り、１つの素子にそれぞれ２個，４個の電子放出部を有
する。

【０１３７】図１にＬで示した電極間隔は１０μｍ、Ｗ
で示した電極幅は４ｍｍであり、これらは図８に示した
素子においても同じである。

【０１３８】本実施例に係るこれらの表面伝導型電子放
出素子の作成法を以下に説明する。

【０１３９】絶縁性基板１として石英ガラス基板を用
い、これを有機溶剤により充分に洗浄した後、基板上に
厚さ５ｎｍのＴｉ、及び厚さ３０ｎｍのＰｔを真空蒸着
し、フォトリソグラフィーの工程によりそれぞれの共通
電極２及び独立電極３ａ，３ｂ（３ａ〜３ｄ）を形成し
た。これらの素子電極の間に、膜厚３ｎｍのＰｄＯ薄膜
からなる導電性膜４ａ，４ｂ（４ａ〜４ｄ）をフォトリ
ソグラフィーの工程により形成した。

【０１４０】このようにして作成した素子に対してフォ
ーミング工程を施し、それぞれ電子放出部５ａ，５ｂ
（５ａ〜５ｄ）を形成する。このフォーミング工程につ
いて説明する。

【０１４１】本実施例では、共通電極２と独立電極３
ａ，３ｂ（３ａ〜３ｄ）の間に通電を行うことで電子放
出部を形成する通電フォーミングを用いた。具体的に
は、共通電極２をグランドレベルにし、独立電極３ａ，
３ｂ（３ａ〜３ｄ）に負の電圧を印加して行った。通電
フォーミングに用いた電圧波形は、三角波のパルスで、
パルス幅１ｍ秒、パルス間隔１０ｍ秒とし、電圧を２Ｖ
／分、０．１Ｖステップで上昇させた。

【０１４２】本実施例では、フォーミングの際、図１の
素子では２つ、図８の素子では４つの独立電極に同時に
電圧パルスを印加し、同時に複数の電子放出部を形成し
たが、１つずつフォーミングしても同じ結果が得られ
る。

【０１４３】このようにフォーミングを行った素子に対
して、次に活性化の工程を施した。本実施例では、１．
３×１０^-3Ｐａのアセトン雰囲気下において、±１５Ｖ
の矩形パルスを連続して印加することで活性化を行っ
た。この時。共通電極２をグランドレベルにしておい
て、独立電極側に電圧パルスを印加した。矩形パルスの
幅は０．１ｍ秒、パルス間隔は１０ｍ秒とし、１パルス
毎にパルスの極性を逆転させ、４０分間連続印加した。
この活性化処理によって、活性化前には極くわずかであ
った素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅが著しく増加した。
本実施例では、活性化処理はフォーミング処理の時と異
なり、１つの電子放出部毎に行ったが、複数個の電子放
出部を一度に活性化することも可能である。

【０１４４】活性化を終えた素子は、イオンポンプ、タ
ーボモレキュラーポンプ、及びスクロールポンプを排気
装置として用いた真空容器内で、１２０℃で３時間加熱
され、有機物質を除去する安定化工程を施した。この
時、真空容器全体も加熱を行った。

【０１４５】以上のようにして作成した電子放出素子の
特性を、図５に示した構成の測定評価装置を用いて測定
した。具体的には、上記安定化を行った真空容器５５内
の圧力を１．０×１０^-5Ｐａとし、素子上４ｍｍ離れた
アノード電極５４の電位を１ＫＶとして測定した。

【０１４６】共通電極２を陽極、独立電極３ａ，３ｂ
（３ａ〜３ｄ）を陰極とし、これらの電極間に素子電圧
Ｖｆ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。測定された電流−電圧特性の一例を
図１６に示す。図１６より分かるように、本実施例の素
子においては、素子電圧Ｖｆ＝１０Ｖ付近から急激に素
子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅが増加し、素子電圧１５Ｖ
では素子電流Ｉｆ＝１０．８ｍＡ、放出電流Ｉｅ＝１
３．３μＡであり、電子放出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆ（％）
は０．１２％であった。この特性は１つの電子放出部か
らの電子放出に関する特性であるが、各素子の各電子放
出部はほぼこれと同じ特性を示した。

【０１４７】本実施例の素子を、素子特性を測定したの
と同じ真空容器内で駆動し、劣化の様子を測定した。駆
動は、いずれの素子も共通電極２をグランドレベルにし
ておいて、独立電極３ａ，３ｂ（３ａ〜３ｄ）に−１５
Ｖの矩形パルスを連続印加して行った。矩形パルスの幅
は０．１ｍ秒とした。そして、いずれの素子も２５ｍ秒
間隔で０．１ｍ秒間だけ、電子がアノード電極５４に届
くような条件で行った。つまり、図１の素子の場合には
２つの電子放出部から交互に電子放出させるため、２つ
の独立電極３ａ，３ｂへの給電は交互に行われ、従っ
て、１つの電子放出部当たり５０ｍ秒間隔で０．１ｍ秒
間電子が放出されることになる。同様に、図８の素子の
場合には、１つの電子放出部当たり１００ｍ秒間隔で
０．１ｍ秒間電子が放出されることになる。

【０１４８】上記の測定結果を図１７に示す。尚、図１
７には、電子放出部が１つだけの比較用素子についての
測定結果も併せて示している。この比較用素子について
は、電子放出部が１つなので、電子放出部からは２５ｍ
秒間隔で０．１ｍ秒間電子が放出された。

【０１４９】図１７の横軸は時間軸で、１素子に電圧が
印加されている間の時間の通算時間をとっている。ま
た、縦軸は、初期の放出電流Ｉｅに対する経時後のＩｅ
の割合（％）である。この図から分かるように、各素子
の劣化挙動には大きな差があり、電子放出の間隔が長い
ほど劣化が穏やかである。更に特筆する点は、図中の点
Ａ，Ｂ，Ｃにおいて各素子の１電子放出部当たりの総電
子放出時間は同じであるにもかかわらず、劣化の程度が
異なる点である。すなわち、電子放出の間隔を長くした
ことによる総電子放出時間の差以上に、劣化の程度を抑
えることができる。

【０１５０】１つの素子を１０００秒間駆動した後の放
出電流量は、図１の素子では初期の７０．１％、図８の
素子では初期の８０．４％、比較例の素子では初期の５
２．０％であった。尚、素子電流Ｉｆの劣化挙動も、図
１７の放出電流Ｉｅの劣化挙動とほぼ同じであった。

【０１５１】以上のように、１素子に複数の電子放出部
を形成し、１電子放出部あたりの電子放出の間隔を長く
することにより、素子の挙動劣化を大きく改善できるこ
とが確認された。また、より多くの電子放出部を交互に
駆動させることにより、電子放出の間隔を長くしたこと
による総電子放出時間の差以上に、劣化の程度を抑える
ことができることが確かめられた。

【０１５２】［実施例２］実施例１と同様に、１素子中
にそれぞれ２個（図２参照），４個（図９参照）の電子
放出部を有する本発明の垂直型の表面伝導型電子放出素
子と、１素子中に１個の電子放出部を有する比較用の垂
直型の表面伝導型電子放出素子を、フォトグラフィーの
工程によって作成した。尚、平面型の表面伝導型電子放
出素子の場合と同様に、いずれの素子も素子電極間隔は
１０μｍ、素子電極幅は４ｍｍ、導電性膜の幅は３００
μｍである。

【０１５３】本実施例における各素子では、実施例１の
平面型の表面伝導型電子放出素子とは反対に、共通電極
２が陰極、独立電極３ａ，３ｂ（３ａ〜３ｄ）が陽極で
ある。

【０１５４】各素子に対して実施例１と同じ手順でフォ
ーミング工程を施した。本実施例では、共通電極２をグ
ランドレベルにし、独立電極３ａ，３ｂ（３ａ〜３ｄ）
に正の電圧を印加して行った。これ以外のフォーミング
の条件は実施例１と同じである。

【０１５５】本実施例においても、フォーミングの際、
図２の素子では２つ、図９の素子では４つの独立電極に
同時に電圧パルスを印加し、同時に複数の電子放出部を
形成したが、１つずつフォーミングしても同じ結果が得
られる。

【０１５６】このようにフォーミングを行った素子に対
して、活性化の工程を施した。活性化の条件も、共通電
極２をグランドレベルにしておいて、独立電極側に電圧
パルスを印加して行った以外は、実施例１と同じであ
る。活性化処理によって、素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉ
ｅの著しい増加が確認された。

【０１５７】活性化を終えた素子は、実施例１で用いた
のと同じ真空容器内で、実施例１と同じ条件で加熱し、
安定化工程を施した。そして実施例１と同じ装置を用い
て同じ条件で素子の電流−電圧特性を測定した。その結
果、図１６に示したのと同様な非線形な電流−電圧特性
が観測された。本実施例の素子においても、素子電圧Ｖ
ｆ＝１０Ｖ付近から急激に素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉ
ｅが増加し、代表的な素子では素子電圧１５Ｖで素子電
流Ｉｆ＝１１．４ｍＡ、放出電流Ｉｅ＝１２．５μＡで
あり、電子放出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆ（％）は０．１１％
であった。

【０１５８】この各素子についても劣化挙動を測定し
た。駆動条件は、共通電極２をグランドレベルにしてお
いて、独立電極３ａ，３ｂ（３ａ〜３ｄ）に＋１５Ｖの
矩形パルスを連続印加するという極性の違い以外は、実
施例１と同じである。従って、本実施例の場合にも、１
つの電子放出部のみを有する比較用素子では２５ｍ秒間
隔で０．１ｍ秒間の電子放出が行われ、２つの電子放出
部を有する図２の素子では１つの電子放出部当たり５０
ｍ秒間隔で０．１ｍ秒間の電子放出が行われ、４つの電
子放出部を有する図９の素子では１つの電子放出部当た
り１００ｍ秒間隔で０．１ｍ秒間の電子放出が行われ
る。

【０１５９】このような条件のもとで測定された本実施
例の素子の劣化挙動は、実施例１で観測された劣化挙動
と基本的に同じであり、１つの素子を１０００秒間駆動
した後の放出電子量の初期の放出電子量に対する割合
は、図２の素子では７１．１％、図９の素子では８２．
０％、比較用の素子では５３．８％であった。本実施例
の場合にも、素子電流Ｉｆの劣化挙動は、放出電流Ｉｅ
の劣化挙動とほぼ同じであった。

【０１６０】このように、垂直型の表面伝導型電子放出
素子の場合にも、実施例１で述べた平面型の表面伝導型
電子放出素子の場合と同様に、１素子に複数の電子放出
部を形成し、１電子放出部あたりの電子放出の間隔を長
くすることにより、素子の挙動劣化を大きく改善できる
ことが確認された。また、より多くの電子放出部を交互
に駆動させることにより、電子放出の間隔を長くしたこ
とによる総電子放出時間の差以上に、劣化の程度を抑え
ることができることが確かめられた。

【０１６１】［実施例３］図１に示したような、２つの
電子放出部を有する平面型の表面伝導型電子放出素子
を、Ｘ方向に１００個、Ｙ方向に１００個、単純マトリ
クス配置で配した。この配置は、図１０に示した通りの
ものである。図１０に示すように、同じ列に配された素
子の共通電極２はＹ方向配線１１０４に共通に接続さ
れ、同じ行に配された素子の独立電極３ａと３ｂは夫々
Ｘ方向配線１１０２と１１０３に共通に接続されてい
る。

【０１６２】それぞれの素子電極及び配線は、実施例
１，２で用いたものと同じ膜厚５ｎｍのＴｉ及び膜厚３
０ｎｍのＰｔで、Ｘ方向配線とＹ方向配線の間には絶縁
層としてＳｉＯ₂ が設けられている。電子放出部５ａ，
５ｂを形成するための導電性膜４ａ，４ｂとしては、実
施例１，２と同じ膜厚３ｎｍのＰｄＯを用いた。これら
は全てフォトリソグラフィーの工程によって作られてい
る。本実施例で作成した単純マトリクス配置の電子源基
板１１０１の部分平面図及び各部の寸法を図１８に示
す。

【０１６３】以上のようにして作成した未フォーミング
の電子源基板を用いて、図１１に示したような画像形成
装置を作製した。

【０１６４】先ず、上記電子源基板１１０１に、リアプ
レート１２０１、支持枠１２０２、フェースプレート１
２０６を接続し、Ｘ方向配線１１０２を端子Ｄｘａ１〜
Ｄｘａ１００に、Ｘ方向配線１１０３を端子Ｄｘｂ１〜
Ｄｘｂ１００に、Ｙ方向配線１１０４を端子Ｄｙ１〜Ｄ
ｙ１００に夫々電気的に接続した。

【０１６５】次に、フォーミング処理を施した。本実施
例では、Ｘ方向配線１１０２，１１０３に接続した端子
をグランドレベルに接続し、Ｙ方向配線１１０４に接続
した端子にパルス電圧を印加して１ラインずつフォーミ
ングを行ったが、フォーミングの方法はこれに限ったも
のではない。フォーミングの際に素子を流れる電流の測
定より、フォーミングはどのラインも均一に、かつほぼ
完全に行われたことが確かめられた。

【０１６６】フォーミング工程を終えた後、活性化処理
を施した。活性化は実施例１，２と同じ圧力のアセトン
雰囲気下で、各素子に対して実施例１，２と同じ条件の
矩形波パルスが印加される様にして行った。活性化処理
によって、素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅの著しい増大
が確認された。

【０１６７】この後、パネル全体を２００℃に加熱しな
がらイオンポンプ、ターボモレキュラーポンプ、及びス
クロールポンプによって排気し、真空度が１．０×１０
^-5Ｐａに達した時点で封止した。

【０１６８】本実施例では、電子源基板１１０１とフェ
ースプレート１２０６との間隔を１．５ｍｍとしてい
る。かかる構成において、アノード電極に相当するメタ
ルバック１２０５に６ＫＶを印加して、本実施例の電子
放出素子を素子電圧Ｖｆ＝１４Ｖで駆動した場合に、１
素子中の２つの電子放出部から放出される電子は蛍光体
のほぼ同じ位置に衝突する様になっている。

【０１６９】この画像形成装置を駆動周波数４０Ｈｚで
単純マトリクス駆動した。駆動は、走査信号、情報信号
ともパルス幅０．１ｍ秒、波高値７Ｖの矩形波を用いて
行う２値の駆動で、走査信号の印加されるラインの各素
子の独立電極には−７Ｖの走査信号パルスが印加され、
各素子の共通電極には＋７Ｖの情報信号パルスが印加さ
れ、これらの電圧差の１４Ｖが各導電性膜に形成された
電子放出部に印加されて電子が放出される。一方、走査
信号の印加されないラインの各素子の独立電極はグラン
ドレベルであるため、グランドレベルと情報信号パルス
の電圧差の７Ｖが各導電性膜に形成された電子放出部に
印加されるために、電子が放出されない。１画素に対応
する１つの電子放出素子において、２つの電子放出部が
１フレーム毎に交互に電子放出するように、各素子の２
つの独立電極３ａ，３ｂに接続する端子ＤｘａｎとＤｘ
ｂｎには交互に走査信号が印加される様にした。

【０１７０】このような駆動に伴う劣化挙動を測定した
結果、本実施例の画像形成装置では、１０００秒間駆動
した後の放出電流量Ｉｅの初期Ｉｅに対する割合は、各
素子の平均値で８１．７％であった。

【０１７１】一方、１素子中に１つの電子放出部のみを
有する従来の電子放出素子を用いて同様な単純マトリク
ス配置の画像形成装置を作成し、同じ条件で駆動させた
ところ、１０００秒間駆動した後の放出電流量Ｉｅの初
期Ｉｅに対する割合は、各素子の平均値で６０．５％で
あり、本実施例の場合にも１素子に複数の電子放出部を
形成し、１電子放出部あたりの電子放出の間隔を長くす
ることにより、素子の挙動劣化を大きく改善できること
が確認された。

【０１７２】［実施例４］図１に示したような、２つの
電子放出部を有する平面型の表面伝導型電子放出素子
を、Ｘ方向に１００個、Ｙ方向に１００個、梯子状配置
で配した。この配置は、図１４に示した通りのものであ
る。図１４に示すように、同じ行に配された素子の共通
電極２は配線１５０２に共通に接続され、同じ行に配さ
れた素子の独立電極３ａと３ｂは夫々配線１５０３と１
５０４に共通に接続されている。

【０１７３】電子源基板１５０１の作成方法及び各部材
の材質は全て実施例３と同じであり、各素子の各部の寸
法も実施例１と同じである。

【０１７４】以上のようにして作成した未フォーミング
の電子源基板を用いて、図１５に示したような画像形成
装置を作製した。

【０１７５】先ず、上記電子源基板１５０１に、リアプ
レート１２０１、支持枠１２０２、フェースプレート１
２０６を接続し、配線１５０３を端子Ｄｘａ１〜Ｄｘａ
１００に、配線１５０４を端子Ｄｘｂ１〜Ｄｘｂ１００
に、配線１５０２を端子Ｄｙ１〜Ｄｙ１００に夫々電気
的に接続した。尚、図１５に示すように、各素子行と直
交する方法にグリッド電極１６０１が設けられている。

【０１７６】次に、フォーミング処理及び活性化処理を
行った。これらの処理条件は実施例３と同じであり、処
理結果も実施例３とほぼ同じであった。

【０１７７】この後、実施例３の場合と同様に、パネル
全体を２００℃に加熱しながらイオンポンプ、ターボモ
レキュラーポンプ、及びスクロールポンプによって排気
し、真空度が１．０×１０^-5Ｐａに達した時点で封止し
た。

【０１７８】本実施例では、電子源基板１５０１とフェ
ースプレート１２０６との間隔を２ｍｍとしている。か
かる構成において、メタルバック１２０５に１０ＫＶを
印加して、電子放出素子を素子電圧Ｖｆ＝１４Ｖで駆動
した場合に、１素子中の２つの電子放出部から放出され
る電子は蛍光体のほぼ同じ位置に衝突する様になってい
る。

【０１７９】この画像形成装置を駆動周波数４０Ｈｚで
駆動した。駆動は、各行とも各素子の共通電極に接続さ
れた端子Ｄｙｎをグランドレベルに接続し、各素子の独
立電極に接続された端子Ｄｘａｎ及びＤｘｂｎに１フレ
ーム毎に交互にパルス幅０．１ｍ秒、波高値−１４Ｖの
矩形パルスを印加した。この場合、実施例３の単純マト
リクスの場合と異なり、電子放出を行わない間、素子に
は電圧は全く印加されない。つまり、各素子の各電子放
出部には５０ｍ秒間隔で０．１ｍ秒間だけ電圧パルスが
印加され、電子が放出されることになる。

【０１８０】このような駆動に伴う劣化挙動を測定した
結果、本実施例の画像形成装置では、１０００秒間駆動
した後の放出電流量Ｉｅの初期Ｉｅに対する割合は、各
素子の平均値で８３．８％であった。

【０１８１】一方、１素子中に１つの電子放出部のみを
有する従来の電子放出素子を用いて同様な梯子状配置の
画像形成装置を作成し、同じ条件で駆動させたところ、
１０００秒間駆動した後の放出電流量Ｉｅの初期Ｉｅに
対する割合は、各素子の平均値で６４．４％であり、本
実施例の場合にも１素子に複数の電子放出部を形成し、
１電子放出部あたりの電子放出の間隔を長くすることに
より、素子の挙動劣化を大きく改善できることが確認さ
れた。

【０１８２】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、１
素子に複数の電子放出部を形成し、１電子放出部あたり
の電子放出の間隔を長くすることにより、素子の劣化を
大きく改善することができる。また、より多くの電子放
出部を交互に駆動させることにより、電子放出の間隔を
長くしたことによる総電子放出時間の差以上に、劣化の
程度を抑えることができる。

【０１８３】また、かかる構成の電子放出素子を多数用
いて構成した電子源及び画像形成装置にあっては、駆動
劣化が少なく、表示品位の低下を抑制し、高品位な画像
を安定して表示することができる。

【０１８４】特に、１素子中に２つの電子放出部を有す
る電子放出素子は、最も構成が単純であるため作成工程
が簡単であり、かつ各電子放出部から放出される電子の
画像形成部材への衝突位置をほぼ同じ点に容易に制御で
きるため、かかる素子の１つを１画素に対応させて駆動
する画像形成装置を容易に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】２つの電子放出部を有する本発明の平面型の表
面伝導型電子放出素子の一例を模式的に示した図であ
る。

【図２】２つの電子放出部を有する本発明の垂直型の表
面伝導型電子放出素子の一例を模式的に示した図であ
る。

【図３】図１の平面型の表面伝導型電子放出素子の製造
方法の一例を説明するための図である。

【図４】本発明の電子放出素子の製造に際して採用でき
る通電フォーミング処理における電圧波形の一例を示す
模式図である。

【図５】本発明の電子放出素子の製造に用いることので
きる真空処理装置（測定評価装置）の一例を示す概略構
成図である。

【図６】本発明の表面伝導型電子放出素子の放出電流Ｉ
ｅおよび素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関係の典型的な
例を示す図である。

【図７】表面伝導型電子放出素子の電子放出特性の劣化
挙動について説明するための図である。

【図８】４つの電子放出部を有する本発明の平面型の表
面伝導型電子放出素子の一例を模式的に示した図であ
る。

【図９】４つの電子放出部を有する本発明の垂直型の表
面伝導型電子放出素子の一例を模式的に示した図であ
る。

【図１０】２つの電子放出部を有する本発明の平面型の
表面伝導型電子放出素子を単純マトリクス配置した電子
源の一例を示す模式図である。

【図１１】図１０の電子源を用いて構成した画像形成装
置の表示パネルの一例を示す模式図である。

【図１２】表示パネルにおける蛍光膜の一例を示す模式
図である。

【図１３】本発明の単純マトリクス配置の画像形成装置
にＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行うための
駆動回路の一例を示すブロック図である。

【図１４】２つの電子放出部を有する本発明の平面型の
表面伝導型電子放出素子を梯子状配置した電子源の一例
を示す模式図である。

【図１５】図１４の電子源を用いて構成した画像形成装
置の表示パネルの一例を示す模式図である。

【図１６】実施例１で作成した電子放出素子の１つの電
子放出部の放出電流−素子電圧特性、及び素子電流−素
子電圧特性を示す図である。

【図１７】実施例１で作成した各素子の挙動劣化を示す
図である。

【図１８】実施例３で作成した単純マトリクス配置の電
子源の一部を示す模式図である。

【図１９】従来例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基板２共通電極３ａ〜３ｄ独立電極４ａ〜４ｄ導電性膜５ａ〜５ｄ電子放出部６ａ，６ｂ段差形成部材５０素子電流Ｉｆを測定するための電流計５１電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電
源５２電子放出部より放出される放出電流Ｉｅを測定す
るための電流計５３アノード電極に電圧を印加するための高圧電源５４電子放出部より放出される電子を捕捉するための
アノード電極５５真空容器５６排気ポンプ５７ａ，５７ｂ電子ビーム１１０１電子源基板１１０２，１１０３Ｘ方向配線１１０４Ｙ方向配線１１０５結線１２０１リアプレート１２０２支持枠１２０３ガラス基板１２０４蛍光膜１２０５メタルバック１２０６フェースプレート１２０７外囲器１２０８高圧端子１２０９表面伝導型電子放出素子１３０１黒色導電材１３０２蛍光体１４０１表示パネル１４０２走査回路１４０３制御回路１４０４シフトレジスタ１４０５ラインメモリ１４０６同期信号分離回路１４０７変調信号発生器１５０１電子源基板１５０２共通電極に接続された配線１５０３，１５０４独立電極に接続された配線１５０５表面伝導型電子放出素子１６０１グリッド電極１６０２電子が通過するための開口１６０３グリッド容器外端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極間を接続する導電性膜に形成された
電子放出部を複数有する電子放出素子において、各電子
放出部が形成された導電性膜に接続する一方の電極が共
通電極であり、他方の電極が独立電極であることを特徴
とする電子放出素子。
【請求項２】前記複数の電子放出部から放出された電
子ビームが、ほぼ同一の点に到達するように配置されて
いることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項３】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又は２に記載の
電子放出素子。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の電子放
出素子の駆動方法であって、前記複数の電子放出部から
順次交代で電子放出させることを特徴とする電子放出素
子の駆動方法。
【請求項５】基板上に、複数の電子放出素子が配列さ
れた電子源において、前記電子放出素子が、請求項１〜
３のいずれかに記載の電子放出素子であることを特徴と
する電子源。
【請求項６】前記複数の電子放出素子がマトリクス状
に配置されており、個々の電子放出素子の共通電極を行
配線に接続し、個々の電子放出素子の各独立電極を前記
行配線と直交するそれぞれ異なる列配線に接続したこと
を特徴とする請求項５に記載の電子源。
【請求項７】前記電子放出素子の複数が梯子状に配置
されており、個々の電子放出素子の共通電極を第一の行
配線に接続し、個々の電子放出素子の各独立電極をそれ
ぞれ異なる第二の行配線に接続し、更に変調手段を設け
たことを特徴とする請求項５に記載の電子源。
【請求項８】請求項５〜７のいずれかに記載の電子源
の駆動方法であって、各電子放出素子の複数の電子放出
部から順次交代で電子放出させることを特徴とする電子
源の駆動方法。
【請求項９】基板上に、複数の電子放出素子が配列さ
れた電子源と、該電子源から放出される電子線の照射に
より画像を形成する画像形成部材とを有する画像形成装
置において、前記電子源が、請求項５〜７のいずれかに
記載の電子源であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】上記電子源の同一の電子放出素子に含
まれる複数の電子放出部より放出された電子ビームが、
上記画像形成部材の同一の画素を照射することを特徴と
する請求項９に記載の画像形成装置。
【請求項１１】請求項９又は１０に記載の画像形成装
置の駆動方法であって、各電子放出素子の複数の電子放
出部から順次交代で電子放出させることを特徴とする画
像形成装置の駆動方法。
【請求項１２】１フレーム毎に各電子放出素子の複数
の電子放出部から順次交代で電子放出させることを特徴
とする請求項１１に記載の画像形成装置の駆動方法。