JPH11283493A

JPH11283493A - 電子放出素子、電子源、画像形成装置及びそれらの製造方法

Info

Publication number: JPH11283493A
Application number: JP8314898A
Authority: JP
Inventors: Toshiichi Onishi; 敏一大西
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-03-30
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 1999-10-15

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】導電性膜４に電子放出部５となる亀裂を
形成した後、有機物質を含む雰囲気下で素子電極２，３
間に電圧を印加して活性化する際に、活性化開始時には
順方向・逆方向の両方向に電圧を印加し、活性化終了時
には順方向（駆動の際に電圧を印加する方向）にのみ電
圧を印加することを特徴とする電子放出素子の製造方
法。【効果】放出電流量を増大させることができると共
に、駆動時の経時劣化を防止することができる。

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２
４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
間隔Ｌ１は、０．５〜１ｍｍ、Ｗ１は、０．１ｍｍ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】前記電子源、画像形成
装置等に用いられる電子放出素子については、明るい表
示画像を安定して提供できるよう、長時間の駆動に際し
ても安定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。

【００１３】上記電子放出の効率とは、例えば前述の表
面伝導型電子放出素子であれば、導電性膜の両端に電圧
を印加した際に、これに流れる電流（以下、「素子電
流」という。）と真空中に放出される電流（以下、「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。

【００１４】上記表面伝導型電子放出素子の電子放出効
率を向上させる方法の一つに、「活性化」と称される処
理を行う方法がある。この活性化処理とは、有機物質を
含む雰囲気中で、素子にパルス電圧を印加し、前述の通
電フォーミングによって形成された亀裂近傍に、炭素或
は炭素化合物を堆積させる処理である。

【００１５】電子放出素子の駆動に際して印加される電
圧は、正極から負極への１方向（「順方向」と称す。）
であるため、上記従来の活性化処理においては、かかる
駆動時と同じ順方向に電圧が印加されていた。この様な
活性化処理を施した素子では、主に導電性膜の正極側に
炭素或は炭素化合物が形成され、負極側では僅かにしか
形成されないのが一般的である。一方、活性化処理にお
いて、負極から正極への方向（「逆方向」と称す。）に
も電圧を印加することにより、導電性膜の負極側へも炭
素或は炭素化合物を形成することができる。この様な活
性化処理を施した素子では、電子放出領域が増大し、よ
り大きな放出電流が得られる。

【００１６】また、活性化処理を行った場合には、安定
な電子放出特性を得るため、「安定化」と称させる処理
が行われるのが一般的である。この安定化処理とは、活
性化工程における有機物質を排気し、活性化工程以後に
炭素或は炭素化合物が素子上に堆積するのを抑制する処
理である。

【００１７】しかしながら、上記活性化処理によって素
子の電子放出特性は改善されるものの、特に導電性膜の
両極側に炭素或は炭素化合物を形成し、放出電流量の著
しい増大を図った場合には、上記安定化処理を行ったと
しても、安定な電子放出特性が得られず、経時的に放出
電流が大きく低下するという問題があった。

【００１８】本発明の目的は、上記問題点を解消し、良
好な電子放出特性有し、且つ駆動時における特性劣化を
改善し得る電子放出素子を提供することにある。また本
発明の別の目的は、かかる電子放出素子を複数用いて、
高輝度で且つ安定した表示特性を有する画像形成装置を
提供することにある。

【００１９】

【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。

【００２０】即ち、本発明の第一は、基体上に形成され
た正負一対の電極間に、亀裂領域を含む電子放出部を有
する導電性膜を備える電子放出素子の製造方法であっ
て、導電性膜に亀裂を形成した後、有機物質を含む雰囲
気下で上記電極間に電圧を印加する活性化工程を有し、
該活性化工程において、活性化開始時には順方向・逆方
向の両方向に電圧を印加し、活性化終了時には順方向に
のみ電圧を印加することを特徴とする電子放出素子の製
造方法にある。

【００２１】上記本発明第一の製造方法は、更にその特
徴として、「前記活性化工程において、任意の時間にお
ける、順方向に印加される電圧波形の時間積分値をＪ
_n 、逆方向に印加される電圧波形の時間積分値をＪ_r と
した場合、開始時から終了時にかけて、Ｊ_r ／Ｊ_n を減
少させる」こと、「前記活性化工程において、開始時か
ら終了時にかけて、逆方向の印加電圧の波高値を減少さ
せる」こと、「前記活性化工程において、開始時から終
了時にかけて、逆方向の印加電圧のパルス幅を減少させ
る」こと、「前記活性化工程において、開始時から終了
時にかけて、単位時間当たりの逆方向の印加電圧のパル
ス数を減少させる」こと、をも含むものである。

【００２２】また、本発明の第二は、上記本発明第一の
方法にて製造されたことを特徴とする電子放出素子にあ
る。

【００２３】また、本発明第三は、基体上に、複数の電
子放出素子が配列された電子源の製造方法において、前
記電子放出素子が、上記本発明第一の方法にて製造され
ることを特徴とする電子源の製造方法にある。

【００２４】また、本発明の第四は、基体上に、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、上記本発明第二の電子放出素子であることを
特徴とする電子源にある。

【００２５】上記本発明第四の電子源は、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
配線されている」こと、「前記複数の電子放出素子が、
梯子状に配線されている」こと、をも含むものである。

【００２６】また、本発明の第五は、基体上に、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の製造方法において、前記電子
源が、上記本発明第三の方法にて製造されることを特徴
とする画像形成装置の製造方法にある。

【００２７】更に、本発明の第六は、基体上に、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
本発明第四の電子源であることを特徴とする画像形成装
置にある。

【００２８】本発明者は、活性化処理において導電性膜
の両極側に炭素或は炭素化合物を堆積させた電子放出素
子の特性劣化の原因について鋭意検討を重ねた結果、以
下の事を知見し、本発明に至ったものである。

【００２９】即ち、上記の活性化処理において、単に極
性を反転させて順方向・逆方向に交互にパルス電圧を印
加した場合には、前述の安定化処理を行ったとしても、
素子駆動時の電圧印加初期において、主に導電性膜の負
極側から微小放出ガスが発生し、これが原因で放出電流
が著しく低下してしまうことが判明した。

【００３０】かかる微小放出ガスの発生は、駆動時に順
方向の電圧を素子に印加すると、活性化終了直前まで導
電性膜の両極側に堆積した炭素或は炭素化合物の内、負
極側に堆積したものについては、その堆積時とは異なる
極性の電圧が印加されることによるものと推測してい
る。。

【００３１】そこで本発明においては、活性化開始時に
は順方向・逆方向の両方向に電圧を印加し、活性化終了
時には順方向にのみ電圧を印加することで、活性化終了
直前に負極側に炭素或は炭素化合物が堆積するのを抑制
すると共に、負極側に堆積した炭素或は炭素化合物から
活性化終了直前に微小放出ガスを発生させることによ
り、長時間の駆動を行っても放出電流の低下が少ない電
子放出素子を実現したものである。

【００３２】

【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。

【００３３】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。

【００３４】本発明に係る表面伝導型電子放出素子の基
本的構成には大別して、平面型と垂直型がある。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。

【００３５】図１は、本発明に係る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と３は電極（素子電極）、４は導
電性膜、５は電子放出部である。

【００３６】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。

【００３７】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、例えばＮｉ、Ｃ
ｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等
の金属或は合金及びＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ₂ 、Ｐｄ
−Ａｇ等の金属或は金属酸化物とガラス等から構成され
る印刷導体、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、素子電極幅Ｗ、導電性膜
４の形状等は、応用される形態等を考慮して、設計され
る。素子電極間隔Ｌは、好ましくは、数百ｎｍから数百
μｍの範囲とすることができ、より好ましくは、素子電
極間に印加する電圧等を考慮して数μｍから数十μｍの
範囲とすることができる。

【００３９】素子電極幅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。

【００４０】尚、図１に示した構成だけでなく、基板１
上に、導電性膜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。

【００４１】導電性膜４を構成する材料としては、例え
ばＰｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，
Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属、Ｐ
ｄＯ，ＳｎＯ₂ ，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ，ＰｂＯ，Ｓｂ₂ Ｏ₃ 等の
酸化物、ＨｆＢ₂ ，ＺｒＢ₂，ＬａＢ₆ ，ＣｅＢ₆ ，Ｙ
Ｂ₄ ，ＧｄＢ₄ 等の硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，
ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣなどの炭化物、ＴｉＮ，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。

【００４２】導電性膜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 から１０⁷ Ω／□の値である。なおＲ
ｓは、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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】「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）。

【００５０】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。

【００５１】電子放出部５は、導電性膜４の一部に形成
された高抵抗の亀裂により構成され、導電性膜４の膜
厚、膜質及び後述する通電フォーミングの手法等に依存
したものとなる。電子放出部５の内部には、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４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５及びその近傍の導電性膜４には、後述
の活性化工程により形成される炭素或は炭素化合物を有
する。

【００５２】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。

【００５３】図２は、本発明に係る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。２１は段差形成部である。基板１、素子
電極２及び３、導電性膜４、電子放出部５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２１は、真空蒸着
法、印刷法、スパッタ法等で形成されたＳｉＯ₂ 等の絶
縁性材料で構成することができる。段差形成部２１の膜
厚は、先に述べた平面型の表面伝導型電子放出素子の素
子電極間隔Ｌに対応し、数百ｎｍから数十μｍの範囲と
することができる。この膜厚は、段差形成部の製法、及
び、素子電極間に印加する電圧を考慮して設定される
が、数十ｎｍから数μｍの範囲が好ましい。

【００５４】導電性膜４は、素子電極２及び３と段差形
成部２１作製後に、該素子電極２，３の上に積層され
る。電子放出部５は、図２においては、段差形成部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はない。

【００５５】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。

【００５６】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上に、
有機金属溶液を塗布して、有機金属薄膜を形成する。有
機金属溶液には、前述の導電性膜４の材料の金属を主元
素とする有機金属化合物の溶液を用いることができる。
有機金属薄膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッチン
グ等によりパターニングし、導電性膜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、導電性膜４の形成法はこれに限られるもの
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。

【００５８】３）続いて、フォーミング工程を施す。こ
のフォーミング工程の方法の一例として通電処理による
方法を説明する。素子電極２，３間に、不図示の電源よ
り通電すると、導電性膜４の部位に、構造の変化した亀
裂領域が形成される。この亀裂領域が電子放出部５を構
成する（図３（ｃ））。通電フォーミングの電圧波形の
例を図４に示す。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】通電フォーミング処理の終了は、パルス間
隔Ｔ２中に、導電性膜４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。

【００６３】４）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。この工程により、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。

【００６４】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、素子電
極２，３間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、導電性膜４に形成さ
れた電子放出部５に、炭素或は炭素化合物が堆積し、素
子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅが、著しく変化するようにな
る。

【００６５】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。

【００６６】本発明の製造方法では、活性化工程での電
圧印加条件を活性化開始時と終了時で異ならせることを
最大の特徴とする。

【００６７】活性化開始時には、正極，負極からなる素
子電極（ここで、正極，負極は、電子放出素子を駆動さ
せる際の電圧印加方向を基準に定義している。）に対し
て、順方向・逆方向の両方向に電圧を印加し、活性化終
了時には、順方向にのみ電圧を印加する。具体的には、
活性化開始時には、例えば図５（ａ）に示される様な電
圧波形を印加し、活性化終了時には、例えば図５（ｂ）
に示される様な電圧波形を印加する。

【００６８】活性化開始時に両方向の電圧印加が行われ
ることにより、炭素或は炭素化合物が素子の両極に堆積
するため、電子放出領域が増大し、大きな放出電流値が
得られる。一方、活性化終了時に順方向にのみ電圧印加
が行われることにより、活性化終了直前に負極側への炭
素或は炭素化合物の堆積が抑制されると共に、負極側に
堆積した炭素或は炭素化合物から、順方向に電圧印加し
た際に脱離する物質を予め除去することができたものと
推定され、素子駆動の際に負極側から微小放出ガスが発
生することに伴う経時劣化が抑制される。

【００６９】上記の様に、活性化工程での電圧印加条件
を活性化開始時と終了時で異ならせる場合、開始時から
終了時へと、連続的あるいは段階的に電圧印加条件を変
化させることが好ましい。

【００７０】本発明において、図５（ａ）の活性化開始
時の波形を図５（ｂ）の活性化終了時の波形に変化させ
る際の、具体的な手法例を図６乃至図８に示す。

【００７１】図６は、活性化開始時から終了時にかけ
て、逆方向の電圧パルスの波高値を減少させる手法、図
７は、活性化開始時から終了時にかけて、逆方向の電圧
パルスのパルス幅を減少させる手法、図８は、活性化開
始時から終了時にかけて、単位時間当たりの逆方向の電
圧パルスのパルス数を減少させる手法を示している。こ
れらの例からも示されるように、本発明においては、活
性化処理の任意の時間における、順方向に印加される電
圧波形の時間積分値をＪ_n 、逆方向に印加される電圧波
形の時間積分値をＪ_r とした場合、開始時から終了時に
かけて、Ｊ_r ／Ｊ_n を減少させるように波形を変化させ
る手法であれば、どのような手法でも良い。

【００７２】ここでは、逆方向の電圧パルスの波高値，
パルス幅，パルス数を変化させる例を示したが、これら
に限定されるものではなく、また、これらを組み合わせ
て変化させても良い。また、図５乃至図８では、矩形波
の例を示したが、正弦波、三角波、鋸波等の任意の波形
を用いることができる。更に、本発明においては、活性
化開始時の順方向の波高値をＶ_act.i 、終了時の順方向
の波高値をＶ_act.e 、駆動時電圧の波高値をＶ_drive と
したとき、Ｖ_act.i ＜Ｖ_drive ＜Ｖ_act.e の関係を満足
するように設定することが好ましい。

【００７３】尚、活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉ
ｆと放出電流Ｉｅを測定しながら、適宜行うことができ
る。

【００７４】５）このような工程を経て得られた電子放
出素子は、安定化工程を行うことが好ましい。この工程
は、真空容器内の有機物質を排気する工程である。真空
容器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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】先述したように、本発明による電子放出素
子では、活性化終了時に順方向にのみ電圧を印加するこ
とで、負極側に堆積した炭素或は炭素化合物から、順方
向に電圧印加した際に脱離する物質を予め除去すること
ができるが、かかる微小放出ガス成分の除去をより一層
確実に行うために、上記安定化工程において、素子に駆
動時の電圧印加条件と等しい電圧印加条件で電圧を印加
するのが好ましい。これにより、素子駆動時における負
極側からの微小放出ガスの発生をより一層確実に防止す
ることができ、これに伴う経時劣化が抑制される。

【００７８】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９，図１０を参照しな
がら説明する。

【００７９】図９（ａ）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、真空容器には図９（ｂ）の構成の
測定系を備えている。図９（ｂ）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。

【００８０】図９（ｂ）において、５５は真空容器であ
り、この中に電子放出素子が配される。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
は素子電極２，３間の導電性膜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５よ
り放出される放出電流Ｉｅを捕捉するためのアノード電
極、５３はアノード電極５４に電圧を印加するための高
圧電源、５２は電子放出部５より放出される放出電流Ｉ
ｅ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〜８ｍ
ｍの範囲として測定を行うことができる。

【００８１】真空容器５５内には、更に不図示の真空計
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。

【００８２】図９（ａ）では、排気ポンプは、ターボポ
ンプ，ドライポンプからなる通常の高真空装置系を示し
たが、更に、イオンポンプ等からなる超高真空装置系と
により構成することもできる。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２００℃まで加熱できる。また、真空容器に
は、ニードルバルブを介して、所望の種類のガスを導入
することができる。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工程以降を行うことができ
る。

【００８３】図１０は、図９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１０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。

【００８４】図１０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。

【００８５】即ち、第１に、本素子はある電圧（閾値電
圧と呼ぶ；図１０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。

【００８６】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。

【００８７】第３に、アノード電極５４（図９（ｂ）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。

【００８８】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。

【００８９】図１０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。

【００９０】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。

【００９１】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梯子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。

【００９２】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。

【００９３】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１１を用いて説明する。図１１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。

【００９４】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７
３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）。

【００９５】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。

【００９６】表面伝導型電子放出素子７４を構成する一
対の素子電極（不図示）は、それぞれｍ本のＸ方向配線
７２とｎ本のＹ方向配線７３に、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。

【００９７】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。

【００９８】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。

【００９９】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。

【０１００】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１２と図１３
及び図１４を用いて説明する。図１２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１３は、図
１２の画像形成装置に使用される蛍光膜の模式図であ
る。図１４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。

【０１０１】図１２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８
４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分間以上焼成することで、封着して構成され
る。

【０１０２】７４は、図１に示したような表面伝導型電
子放出素子である。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
向配線ある。

【０１０３】外囲器８８は、上述の如く、フェースプレ
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を構成してもよい。一方、フェースプレート８６とリ
アプレート８１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８８を構成することもできる。

【０１０４】図１３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１３（ａ））あるい
はブラックマトリクス（図１３（ｂ））等と呼ばれる黒
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。黒色導
電材９１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。

【０１０５】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、沈澱法や印刷法等
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。

【０１０６】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。

【０１０７】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。

【０１０８】図１２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。

【０１０９】外囲器８８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１×１０^-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。

【０１１０】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１４を用いて説明する。図１４において、
１０１は画像表示パネル、１０２は走査回路、１０３は
制御回路、１０４はシフトレジスタ、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及びＶａは直流電圧源である。

【０１１１】表示パネル１０１は、端子Ｄｘ１乃至Ｄｘ
ｍ、端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｎ及び高圧端子８７を介して外
部の電気回路と接続している。端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍに
は、表示パネル１０１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）づつ順次駆動する為
の走査信号が印加される。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８７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（図中、Ｓ１乃至Ｓ
ｍ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１０１の端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍと電気的に接
続される。各スイッチング素子Ｓ１乃至Ｓｍは、制御回
路１０３が出力する制御信号Ｔｓｃａｎに基づいて動作
するものであり、例えばＦＥＴのようなスイッチング素
子を組み合わせることにより構成することができる。

【０１１３】直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には表面伝
導型電子放出素子の特性（電子放出閾値電圧）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。

【０１１４】制御回路１０３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，Ｔｓｆｔ及びＴ
ｍｒｙの各制御信号を発生する。

【０１１５】同期信号分離回路１０６は、外部から入力
されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から、同期信号成分と
輝度信号成分とを分離するための回路で、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。このＤＡＴＡ信号は、シフトレジスタ１０
４に入力される。

【０１１６】シフトレジスタ１０４は、時系列的にシリ
アルに入力される前記ＤＡＴＡ信号を、画像の１ライン
毎にシリアル／パラレル変換するためのもので、前記制
御回路１０３より送られる制御信号Ｔｓｆｔに基づいて
動作する（即ち、制御信号Ｔｓｆｔは、シフトレジスタ
１０４のシフトクロックであると言い換えてもよ
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１０４より出力される。

【０１１７】ラインメモリ１０５は、画像１ライン分の
データを必要時間の間だけ記憶する為の記憶装置であ
り、制御回路１０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙに従
って適宜Ｉｄ１乃至Ｉｄｎの内容を記憶する。記憶され
た内容は、Ｉｄ’１乃至Ｉｄ’ｎとして出力され、変調
信号発生器１０７に入力される。

【０１１８】変調信号発生器１０７は、画像データＩ
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１０１内の表面伝導型電子放出素子に印加される。

【０１１９】前述したように、本発明の電子放出素子は
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。

【０１２０】従って、入力信号に応じて電子放出素子を
変調する方式としては、電圧変調方式とパルス幅変調方
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１０７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。

【０１２１】シフトレジスタ１０４やラインメモリ１０
５は、デジタル信号式のもの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。

【０１２２】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等
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。

【０１２３】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。

【０１２４】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Ｄｘ１乃至Ｄｘｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを介して電
圧を印加することにより、電子放出が生じる。高圧端子
８７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。

【０１２５】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。

【０１２６】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１５及び図１６を用いて説明す
る。

【０１２７】図１５は、梯子型配置の電子源の一例を示
す模式図である。図１５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Ｄ１〜Ｄ１０であ
り、これらは外部端子として引き出されている。電子放
出素子１１１は、基板１１０上に、Ｘ方向に並列に複数
個配置されている（これを素子行と呼ぶ）。この素子行
が複数個配置されて、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。各素子行間に位置する共
通配線Ｄ２〜Ｄ９は、例えばＤ２とＤ３、Ｄ４とＤ５、
Ｄ６とＤ７、Ｄ８とＤ９を一体の同一配線とすることも
できる。

【０１２８】図１６は、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。１２０はグリッド電極、１２１は電子が通過するた
めの開口、Ｄ１乃至Ｄｍは容器外端子、Ｇ１乃至Ｇｎは
グリッド電極１２０と接続された容器外端子である。１
１０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１６においては、図１２、図１５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１２
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。

【０１２９】図１６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、表面伝導型電子放出素
子１１１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１２１が設けられてい
る。グリッド電極の形状や配置位置は、図１６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。

【０１３０】容器外端子Ｄ１乃至Ｄｍ及びグリッド容器
外端子Ｇ１乃至Ｇｎは、不図示の制御回路と電気的に接
続されている。

【０１３１】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。

【０１３２】以上説明した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。

【０１３３】

【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。

【０１３４】［実施例１］本実施例に係る表面伝導型電
子放出素子の構成は、図１（ａ），（ｂ）の平面図及び
断面図と同様である。

【０１３５】本実施例に係る表面伝導型電子放出素子の
製造法を、図１７乃至図１９を用いて説明する。

【０１３６】絶縁性基板１として石英基板を用い、これ
を洗剤、純水及び有機溶剤にて十分に洗浄を行った（図
１７（ａ））。

【０１３７】レジスト材（ＲＤ−２０００Ｎ；日立化成
社製）を２５００ｒｐｍで４０秒間スピンナー塗布し、
８０℃で２５分間加熱しプリベークした（図１７
（ｂ））。

【０１３８】電極間隔Ｌが２μｍ、電極幅Ｗが５００μ
ｍの素子電極形状に対応するマスクを用いて密着露光し
（図１７（ｃ））、ＲＤ−２０００Ｎ用現像液で現像し
た後、１２０℃で２０分間加熱しポストベークした。

【０１３９】抵抗加熱蒸着機を用いて、素子電極材料と
してＮｉを毎秒０．３ｎｍで膜厚が１００ｎｍになるま
で蒸着し（図１７（ｄ））、アセトンでリフトオフし、
アセトン，イソプロピルアルコール、続いて酢酸ブチル
で洗浄後、乾燥した（図１７（ｅ））。

【０１４０】Ｃｒを全面に膜厚４０ｎｍになるまで蒸着
した（図１８（ａ））後、レジスト材（ＡＺ１３７０；
ヘキスト社製）を２５００ｒｐｍで３０秒間スピンナー
塗布し、９０℃で３０分間加熱しプリベークした（図１
８（ｂ））。

【０１４１】導電性膜のパターンと同様の開口を有する
マスクを用いて露光し（図１８（ｃ））、現像液ＭＩＦ
３１２で現像した（図１８（ｄ））後、１２０℃で３０
分間加熱しポストベークした。

【０１４２】（ＮＨ₄ ）Ｃｅ（ＮＯ₃ ）₆ ／ＨＣｌＯ₄
／Ｈ₂ Ｏ＝１７ｇ／５ｃｃ／１００ｃｃの組成の溶液に
３０秒浸漬し、クロムをエッチングした（図１７
（ｅ））後、アセトン中で１０分間超音波攪拌してレジ
ストを剥離した（図１８（ｆ））。

【０１４３】有機パラジウム溶液（ｃｃｐ４２３０；奥
野製薬（株）製）を８００ｒｐｍで３０秒間スピンナー
塗布し、３００℃で１０分間焼成し、酸化パラジウム
（ＰｄＯ）微粒子（平均粒径：７ｎｍ）を主体とする微
粒子状の導電性膜４を形成した（図１８（ｇ））。

【０１４４】Ｃｒ膜をリフトオフし、所望のパターンを
有する導電性膜４を得た（図１８（ｈ））。このパター
ンは、その幅（素子の幅）を３００μｍとし、素子電極
２と３のほぼ中央部に配置した。また、この導電性膜４
の膜厚は１０ｎｍ、シート抵抗値は５×１０⁴ Ω／□で
あった。

【０１４５】以上のように作製された素子を図９の真空
処理装置の真空容器５５内に設置した後、真空容器５５
内を真空ポンプにて排気した。真空容器５５内の真空度
が２．７×１０⁵ Ｐａに達した後、素子に素子電圧Ｖｆ
を印加するための電源５１より、素子電極２，３間に電
圧を印加し、通電処理（フォーミング処理）を行った
（図１９（ａ））。これにより、導電性膜４には亀裂領
域からなる電子放出部５が形成された（図１９
（ｂ））。

【０１４６】本実施例では、フォーミング処理の電圧波
形として図４（ｂ）に示したような波形（但し、三角波
ではなく矩形波）を用いた。尚、この電圧波形のパルス
幅Ｔ１を１ｍ秒、パルス間隔Ｔ２を１０ｍ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、フォーミング処理を行った。また、
フォーミング処理中は、同時に、０．１Ｖの電圧で、Ｔ
２間に抵抗測定用パルスを挿入し、抵抗を測定した。フ
ォーミング処理の終了は、抵抗測定パルスでの測定値
が、約１ＭΩ以上となった時とし、同時に、素子への電
圧の印加を終了した。フォーミング終了時の矩形波の波
高値（即ち、フォーミング電圧ＶＦ）は、５．０Ｖであ
った。

【０１４７】以上のようにして作製された素子につい
て、室温下でアセトンを約１．３×１０^-2Ｐａ導入し
て、素子電極間に電圧を印加して活性化処理を行った。
活性化開始時の電圧波形は、波高値が±１０Ｖ、パルス
幅が１００μ秒、パルス間隔が５ｍ秒の両極の矩形波
（順方向、逆方向等しく印加）を用いた。その後、矩形
波の波高値は±１０Ｖから±１４Ｖまで３．３ｍＶ／ｓ
ｅｃで徐々に電圧を増加させ、同時に逆方向のパルス幅
を１００μ秒から０へと減少させ、活性化終了時には、
波高値が＋１４Ｖ、パルス幅が１００μ秒、パルス間隔
が１０ｍ秒の片極の矩形波（順方向のみ印加）となるよ
うに、連続的に印加電圧条件を変化させた。

【０１４８】以上の活性化処理を行った後、アセトンを
排気し、素子及び真空容器全体を１５０℃で１０時間加
熱して安定化工程を行った。

【０１４９】以上のようにして得られた素子の特性を、
引き続き図１１の真空処理装置を用いて測定した。尚、
アノード電極５４の電圧は１ＫＶ、アノード電極５４と
電子放出素子との距離Ｈは４ｍｍ、真空容器５５内の真
空度は約１０^-6Ｐａとし、素子電極２，３間に波高値１
３．５Ｖ、パルス幅０．１ｍｓ、パルス間隔１０ｍｓ
（１００Ｈｚ）の矩形波を印加して測定を行った。

【０１５０】その結果、初期の素子電流Ｉｆは４ｍＡ、
放出電流Ｉｅは３．５μＡ、電子放出効率η＝Ｉｅ／Ｉ
ｆ（％）は０．０８８％となり、１時間後には、素子電
流は２．８ｍＡ、放出電流は２．３μＡ、電子放出効率
ηは０．０８２％となった。

【０１５１】また、素子電流，放出電流の減少率δｆ，
δｅは、それぞれ７０％と６６％であった。但し、素子
電流，放出電流の減少率δｆ，δｅは、例えば測定開始
時（ｔ＝０）から１時間後（ｔ＝１）における減少率で
あれば、 δｆ＝Ｉｆ（ｔ＝１）／Ｉｆ（ｔ＝０）×１００ δｅ＝Ｉｅ（ｔ＝１）／Ｉｅ（ｔ＝０）×１００と定義した。

【０１５２】［比較例１］実施例１と同様の素子に同様
のフォーミングを行った後に、室温下でアセトンを約
１．３×１０^-2Ｐａ導入して、素子電極間に電圧を印加
して活性化処理を行った。活性化開始時の電圧波形は、
波高値が±１０Ｖ、パルス幅が１００μ秒、パルス間隔
が５ｍ秒の両極の矩形波（順方向、逆方向等しく印加）
を用いた。その後、矩形波の波高値は±１０Ｖから±１
４Ｖまで３．３ｍＶ／ｓｅｃで徐々に電圧を増加させ
た。

【０１５３】活性化工程以降は実施例１と同様に行い、
得られた電子放出素子の特性を実施例１と同様に評価し
た。

【０１５４】その結果、初期の素子電流Ｉｆは５ｍＡ、
放出電流Ｉｅは４．３μＡ、電子放出効率ηは０．０８
８％となり、１時間後には、素子電流は３．３ｍＡ、放
出電流は２．６μＡ、電子放出効率ηは０．０７９％と
なった。また、素子電流，放出電流の減少率δｆ，δｅ
は、それぞれ６４％と６０％であった。

【０１５５】以上の実施例１及び比較例１より、活性化
開始時に順方向・逆方向の両極に印加すると共に、パル
ス幅を変化させることで活性化終了時には順方向にのみ
印加して活性化工程を行うことにより、駆動時における
放出電流の低下が少ない電子放出素子を得ることができ
た。

【０１５６】［実施例２］実施例１と同様の素子に同様
のフォーミングを行った後に、室温下でアセトンを約
１．３×１０^-2Ｐａ導入して、素子電極間に電圧を印加
して活性化処理を行った。活性化開始時の電圧波形は、
波高値が±１０Ｖ、パルス幅が１００μ秒、パルス間隔
が５ｍ秒の両極の矩形波（順方向、逆方向等しく印加）
を用いた。その後、矩形波の波高値は±１０Ｖから±１
４Ｖまで３．３ｍＶ／ｓｅｃで徐々に電圧を増加させた
後、逆方向のパルスの波高値を−１２，−１０，…，０
Ｖと段階的に減少させ、活性化終了時には、波高値が＋
１４Ｖ、パルス幅が１００μ秒、パルス間隔が１０ｍ秒
の片極の矩形波（順方向のみ印加）となるように、連続
的に印加電圧条件を変化させた。

【０１５７】活性化工程以降は実施例１と同様に行い、
得られた電子放出素子の特性を実施例１と同様に評価し
た。

【０１５８】その結果、初期の素子電流Ｉｆは４．５ｍ
Ａ、放出電流Ｉｅは４μＡ、電子放出効率ηは０．０８
７％となり、１時間後には、素子電流は３．３ｍＡ、放
出電流は２．８μＡ、電子放出効率ηは０．０８４％と
なった。また、素子電流，放出電流の減少率δｆ，δｅ
は、それぞれ７３％と７０％であった。

【０１５９】［比較例２］実施例１と同様の素子に同様
のフォーミングを行った後に、室温下でアセトンを約
１．３×１０^-2Ｐａ導入して、素子電極間に電圧を印加
して活性化処理を行った。活性化開始時の電圧波形は、
波高値が＋１０Ｖ、パルス幅が１００μ秒、パルス間隔
が５ｍ秒の片極の矩形波（順方向のみ印加）を用いた。
その後、矩形波の波高値は＋１０Ｖから＋１４Ｖまで
３．３ｍＶ／ｓｅｃで徐々に電圧を増加させた。

【０１６０】活性化工程以降は実施例１と同様に行い、
得られた電子放出素子の特性を実施例１と同様に評価し
た。

【０１６１】その結果、初期の素子電流Ｉｆは３ｍＡ、
放出電流Ｉｅは２μＡ、電子放出効率ηは０．０６６％
となり、１時間後には、素子電流は２．０ｍＡ、放出電
流は１．３μＡ、電子放出効率ηは０．０６５％となっ
た。また、素子電流，放出電流の減少率δｆ，δｅは、
それぞれ６７％と６５％であった。

【０１６２】以上の実施例２及び比較例２により、活性
化開始時に順方向・逆方向の両極に印加すると共に、パ
ルス幅を変化させることで活性化終了時には順方向にの
み印加して活性化工程を行うことにより、放出電流値が
大きく、且つ駆動時における放出電流の低下が少ない電
子放出素子を得ることができた。

【０１６３】［実施例３］本実施例では、図１５に示し
たような梯子状配置の電子源基板を用いて、図１６に示
したような画像形成装置を構成した例を説明する。

【０１６４】実施例１と同様の製造方法で、電子放出素
子を電子源基板１１０上にライン状に多数作製した。次
に、この電子源基板１１０をリアプレート８１上にフリ
ットガラスを用いた固定した後、電子源基板１１０の上
方に、電子通過孔１２１を有するグリッド電極１２０を
共通配線１１２と直交する方向に配置した。更に電子源
基板１１０の５ｍｍ上方に、フェースプレート８６（ガ
ラス基板の内面に蛍光膜とメタルバックが形成されて構
成される）を支持枠８２を介して配置し、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、大気中で４００℃乃至５００℃
で１０分間以上焼成することで封着した（図１６参
照）。

【０１６５】フェースプレートに形成した蛍光膜は、図
１３（ａ）に示すように、黒色導電材９１と蛍光体９２
とで構成され、ブラックストライプ配列のカラーの蛍光
膜を用いた。この蛍光膜は、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て作製した。
ガラス基板に蛍光体を塗布する方法は、スラリー法を用
いた。

【０１６６】また、蛍光膜の内面側にはメタルバックを
設けた。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。

【０１６７】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。

【０１６８】以上のようにして完成したガラス容器（外
囲器８８）内の雰囲気を排気管（不図示）を通じ真空ポ
ンプにて排気し、十分な真空度に達した後、容器外端子
Ｄ１〜Ｄｍを通じて素子電極間に電圧を印加し、前述の
フォーミング処理を行い、電子放出部を形成した。次
に、ガラス容器内にアセトンを１．３×１０^-2Ｐａ導入
し、容器外端子Ｄ１〜Ｄｍを通じて素子電極間に電圧を
印加し、活性化工程を行った。活性化工程での電圧印加
条件は、実施例１と同様に行った。その後、アセトンを
排気した。

【０１６９】最後に、約１．３×１０^-4Ｐａ程度の真空
度で、１２０℃で１０時間のベーキングを行った後、実
施例１と同様の安定化工程を行い、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８８の封止を
行った。

【０１７０】以上のようにして作製したパネルの容器外
端子Ｄ１乃至ＤｍとＧ１乃至Ｇｎ、及び高圧端子８７を
夫々必要な駆動系に接続し、画像形成装置を完成した。
各電子放出素子に、容器外端子Ｄ１乃至Ｄｍを通じ電圧
を印加することにより電子放出させ、放出された電子は
グリッド電極１２０の電子通過孔１２１を通過した後、
高圧端子８７を通じメタルバックに印加された数ＫＶ以
上の高圧により加速され、蛍光膜に衝突し、励起・発光
させる。その際、グリッド電極１２０に情報信号に応じ
た電圧を容器外端子Ｇ１乃至Ｇｎを通じ印加することに
より、電子通過孔１２１を通過する電子ビームを制御
し、画像を表示することができる。

【０１７１】本実施例では、絶縁層であるＳｉＯ₂ （不
図示）を介し、電子源基板１１０の１０μｍ上方に５０
μｍ径の電子通過孔１２１を有するグリッド電極１２０
を配置することで、加速電圧として６ＫＶを印加したと
き、電子ビームのオンとオフは５０Ｖ以内の変調電圧で
制御できた。

【０１７２】また、表示画像は、良好なコントラストが
得られ、数時間連続して表示させても、殆ど変化しなか
った。

【０１７３】［実施例４］本実施例では、実施例１と同
様の工程により作製された電子放出素子を単純マトリク
ス配置した図１１に示したような電子源基板を用いて、
図１２に示したような画像形成装置を作製した例を示
す。

【０１７４】電子源基板の一部の平面図を図２０に示
す。また、図２０中のＡ−Ａ’の断面図を図２１に、製
造手順を図２２及び図２３に示す。尚、図２０〜図２３
において同じ符号は同じ部材を示す。ここで、７１は電
子源基板、７２はＸ方向配線（下配線とも呼ぶ）、７３
はＹ方向配線（上配線とも呼ぶ）、１５１は層間絶縁
層、１５２は素子電極２と下配線７２と電気的接続のた
めのコンタクトホールである。

【０１７５】本実施例の製造方法を、図２２及び図２３
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２２及び図２３の（ａ）〜（ｈ）
に対応するものである。

【０１７６】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７１上に真空蒸着によ
り、厚さ５０ÅのＣｒ、厚さ６０００Å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し、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を形成した。

【０１７７】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した。

【０１７８】工程−ｃ工程ｂで堆積したシリコン酸化膜にコンタクトホール１
５２を形成するためのホトレジストパターンを作り、こ
れをマスクとして層間絶縁層１５１をエッチングしてコ
ンタクトホール１５２を形成した。エッチングはＣＦ₄
とＨ₂ ガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ・Ｉｏｎ
・Ｅｔｃｈｉｎｇ）法を用いた。

【０１７９】工程−ｄその後、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）で形成し、真空蒸着法により、厚さ５０
ÅのＴｉ、厚さ１０００Å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が３μｍ、幅Ｗが３
００μｍの素子電極２，３を形成した。

【０１８０】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５０ÅのＴｉ、厚さ５０００Åの
Ａｕを真空蒸着により順次堆積し、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。

【０１８１】工程−ｆ膜厚１０００ÅのＣｒ膜１５３を真空蒸着により堆積・
パターニングし、その上に有機Ｐｄ（ｃｃｐ４２３０；
奥野製薬（株）製）をスピンナーにより回転塗布、３０
０℃で１０分間の加熱焼成処理した。こうして形成され
た主としてＰｄＯよりなる微粒子からなる導電性膜４の
膜厚は１００Å、シート抵抗値は５×１０⁴ Ω／□であ
った。

【０１８２】工程−ｇＣｒ膜１５３及び焼成後の導電性膜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。

【０１８３】工程ー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５０Åの
Ｔｉ、厚さ５０００Å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。

【０１８４】次に、以上のようにして作製した未フォー
ミングの電子源基板７１を用いて表示装置を構成した例
を図１２と図１３を用いて説明する。

【０１８５】上述のようにして多数の導電性膜４をマト
リクス配線した電子源基板７１（図２０）をリアプレー
ト８１上に固定した後、電子源基板７１の５ｍｍ上方
に、フェースプレート８６（ガラス基板８３の内面に螢
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、Ｖ
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、大気中で４００℃乃至５００℃で１０分以
上焼成することで封着した（図１２）。尚、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
なった。

【０１８６】フェースプレートに形成した蛍光膜８４
は、図１３（ａ）に示すように、黒色導電材９１と蛍光
体９２とで構成され、ブラックストライプ配列のカラー
の蛍光膜を用いた。この蛍光膜８４は、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て
作製した。ガラス基板に蛍光体を塗布する方法は、スラ
リー法を用いた。

【０１８７】また、蛍光膜の内面側にはメタルバック８
５を設けた。メタルバック８５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。

【０１８８】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。

【０１８９】以上のようにして完成したパネル（外囲器
８８）内の雰囲気を、不図示の排気管を通じてオイルを
使用しない真空ポンプにて１．３×１０^-4Ｐａまで排気
した。その後、容器外端子Ｄｘ１乃至ＤｘｍとＤｙ１乃
至Ｄｙｎを通じ素子電極２，３間に電圧を印加し、導電
性膜４をフォーミング処理することで、電子放出部５を
作製した。尚、フォーミング処理の電圧波形は、実施例
３と同様とした。

【０１９０】以上のようにして作製された電子放出部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３０Åであっ
た。

【０１９１】次に、外囲器８８内にアセトンを１．３×
１０^-2Ｐａ導入し、容器外端子Ｄｘ１乃至ＤｘｍとＤｙ
１乃至Ｄｙｎを通じ素子電極２，３間に電圧を印加し、
活性化工程を行った。活性化工程での電圧印加条件は、
実施例１と同様に行った。その後、アセトンを排気し
た。

【０１９２】最後に、約１．３×１０^-4Ｐａ程度の真空
度で、１２０℃で１０時間のベーキングを行った後、実
施例１と同様の安定化工程を行い、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８８の封止を
行った。

【０１９３】以上のようにして作製したパネルの容器外
端子Ｄｘ１乃至ＤｘｍとＤｙ１乃至Ｄｙｎ、及び高圧端
子８７を夫々必要な駆動系に接続し、画像形成装置を完
成した。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乃至Ｄ
ｘｍとＤｙ１乃至Ｄｙｎを通じ、電圧を印加することに
より、電子放出させ、高圧端子８７を通じ、メタルバッ
ク８５に数ＫＶ以上の高圧を印加し、電子ビームを加速
し、螢光膜８４に衝突させ、励起・発光させることで画
像を表示することができる。

【０１９４】本実施例の画像表示装置においては、良好
なコントラストが得られ、数時間連続して表示させて
も、表示画像は殆ど変化しなかった。

【０１９５】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、活
性化開始時には順方向・逆方向の両方向に電圧印加が行
われ、活性化終了時には順方向にのみ電圧印加が行われ
ることにより、電子放出領域が増大し、大きな放出電流
値が得られると共に、素子駆動時における電子放出量の
経時劣化が抑制される。これにより、電子放出効率が高
く、且つ安定な電子放出特性を有する電子放出素子が得
られる。

【０１９６】また、上記本発明の電子放出素子を複数配
置することで、動作安定性に優れた電子源を作製でき、
さらに、本発明の画像形成装置においては、明るく表示
安定性に優れた画像を形成でき、例えばカラーフラット
テレビが実現される。

【０１９７】また、本発明による電子放出素子は、この
他にも電子線（ＥＢ）描画装置、記録装置等にも適用す
ることが可能であり、本発明の製造方法によれば、これ
らの装置を簡単な工程で作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子放出素子の一例である平面型の表
面伝導型電子放出素子を模式的に示した図である。

【図２】本発明の電子放出素子の一例である垂直型の表
面伝導型電子放出素子を模式的に示した図である。

【図３】図１の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】本発明に係る活性化工程の開始時及び終了時の
印加電圧波形の一例を示す模式図である。

【図６】本発明に係る活性化工程の開始時から終了時ま
で印加電圧の波高値を変化させる一例を示す模式図であ
る。

【図７】本発明に係る活性化工程の開始時から終了時ま
で印加電圧のパルス幅を変化させる一例を示す模式図で
ある。

【図８】本発明に係る活性化工程の開始時から終了時ま
で印加電圧のパルスの数を変化させる一例を示す模式図
である。

【図９】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１０】本発明の表面伝導型電子放出素子の放出電流
Ｉｅおよび素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関係の典型的
な例を示す図である。

【図１１】本発明の適用可能な単純マトリクス配置の電
子源の一例を示す模式図である。

【図１２】本発明の適用可能な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１３】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１４】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１５】本発明の適用可能な梯子型配置の電子源の一
例を示す模式図である。

【図１６】本発明の適用可能な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１７】実施例１に係る電子放出素子の製造方法を説
明するための工程図である。

【図１８】実施例１に係る電子放出素子の製造方法を説
明するための工程図である。

【図１９】実施例１に係る電子放出素子の製造方法を説
明するための工程図である。

【図２０】実施例４に係るマトリクス配線した電子源基
板の一部平面を示す模式図である。

【図２１】図２０のＡ−Ａ’断面模式図である。

【図２２】実施例４に係る電子源基板の製造方法を説明
するための工程図である。

【図２３】実施例４に係る電子源基板の製造方法を説明
するための工程図である。

【図２４】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２，３素子電極４導電性膜５電子放出部２１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５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５４に電圧を印加するための高圧電
源５４電子放出部５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７１電子源基板７２Ｘ方向配線７３Ｙ方向配線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８７高圧端子８８外囲器９１黒色導電材９２蛍光体１０１表示パネル１０２走査回路１０３制御回路１０４シフトレジスタ１０５ラインメモリ１０６同期信号分離回路１０７変調信号発生器１１０電子源基板１１１電子放出素子１１２電子放出素子を配線するための共通配線１２０グリッド電極１２１電子が通過するための開口１５１層間絶縁層１５２コンタクトホール１５３Ｃｒ膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上に形成された正負一対の電極間
に、亀裂領域を含む電子放出部を有する導電性膜を備え
る電子放出素子の製造方法であって、導電性膜に亀裂を形成した後、有機物質を含む雰囲気下
で上記電極間に電圧を印加する活性化工程を有し、該活性化工程において、活性化開始時には順方向・逆方
向の両方向に電圧を印加し、活性化終了時には順方向に
のみ電圧を印加することを特徴とする電子放出素子の製
造方法。
【請求項２】前記活性化工程において、任意の時間に
おける、順方向に印加される電圧波形の時間積分値をＪ
_n 、逆方向に印加される電圧波形の時間積分値をＪ_r と
した場合、開始時から終了時にかけて、Ｊ_r ／Ｊ_n を減
少させることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素
子の製造方法。
【請求項３】前記活性化工程において、開始時から終
了時にかけて、逆方向の印加電圧の波高値を減少させる
ことを特徴とする請求項２に記載の電子放出素子の製造
方法。
【請求項４】前記活性化工程において、開始時から終
了時にかけて、逆方向の印加電圧のパルス幅を減少させ
ることを特徴とする請求項２に記載の電子放出素子の製
造方法。
【請求項５】前記活性化工程において、開始時から終
了時にかけて、単位時間当たりの逆方向の印加電圧のパ
ルス数を減少させることを特徴とする請求項２に記載の
電子放出素子の製造方法。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の方法に
て製造されたことを特徴とする電子放出素子。
【請求項７】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６に記載の電子放
出素子。
【請求項８】基体上に、複数の電子放出素子が配列さ
れた電子源の製造方法において、前記電子放出素子が、
請求項１〜５のいずれかに記載の方法にて製造されるこ
とを特徴とする電子源の製造方法。
【請求項９】基体上に、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６ま
たは７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１０】前記複数の電子放出素子が、マトリク
ス状に配線されていることを特徴とする請求項９に記載
の電子源。
【請求項１１】前記複数の電子放出素子が、梯子状に
配線されていることを特徴とする請求項９に記載の電子
源。
【請求項１２】基体上に、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
装置の製造方法において、前記電子源が、請求項８に記
載の方法にて製造されることを特徴とする画像形成装置
の製造方法。
【請求項１３】基体上に、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９〜１１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。