JPH11306959A

JPH11306959A - 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: JPH11306959A
Application number: JP10113195A
Authority: JP
Inventors: Yasuko Motoi; 泰子元井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-04-23
Filing date: 1998-04-23
Publication date: 1999-11-05

Abstract

(57)【要約】【課題】均一な電子放出特性を有し、画像形成装置の
電子ビーム源として好適な電子放出素子を再現性良く得
られるようにする。【解決手段】一対の電極２，３間に跨がる導電性膜４
に電子放出部５を有する電子放出素子の製造方法におい
て、電子放出材料を含む微粒子膜と結晶性カーボンを含
む膜によって導電性膜４を構成し、この導電性膜４に通
電して電子放出部５を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子、該
電子放出素子を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、電子放出素子には大別して熱電子
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、「ＭＩ
Ｍ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，“ＦｉｅｌｄＥｍ
ｉｓｓｉｏｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔ
ｒｏｎＰｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）ある
いはＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ， “Ｐｈｙｓｉｃａｌ
Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉ
ｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔ
ｈｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａ
ｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）
等に開示されたものが知られている。

【０００４】ＭＩＭ型の例としては、Ｃ．Ａ．Ｍｅａ
ｄ， “ＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＴｕｎｎｅｌ−Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．，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．
ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１０，１２９０（１
９６５）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ＳｎＯ₂ 薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によ
るもの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“ＴｈｉｎＳｏｌｉｄ
Ｆｉｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂
Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ
ａｎｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥＴ
ｒａｎｓ．ＥＤＣｏｎｆ．”，５１９（１９７
５）］、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】上記電子放出素子を利
用した表示装置において、高品位・高精細な画像を大画
面で得るためには、電子放出素子の行・列の数がそれぞ
れ数百〜数千となり、非常に多くの電子放出素子を配列
する必要がある。従って、各電子放出素子の電気特性が
均一で制御しやすいことが望まれる。

【００１３】また、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
るよう更に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。電子放出の効率とは、前述の導電性
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」と呼ぶ。）と真空中に放出される電流
（以下、「放出電流」と呼ぶ。）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】安定的に制御し得る電子放出特性と効率の
より一層の向上がなされれば、例えば蛍光体を画像形成
部材とする画像形成装置においては、低電流で明るい高
品位な画像形成装置、例えばフラットテレビが実現され
る。また、低電流化に伴い、画像形成装置を構成する駆
動回路等のローコスト化も図れる。

【００１５】しかしながら、上述のＭ．ハートウェルの
電子放出素子にあっては、次のような問題があるため、
均一で安定な電子放出特性及び電子放出効率について、
必ずしも満足のゆくものが得られておらず、これを用い
て高輝度で動作安定性に優れた画像形成装置を提供する
ことは極めて難しいというのが実状である。

【００１６】（１）電子放出部となる島構造の設計が不
可能なため、素子の改良が難しく、素子間のバラツキも
生じやすい。

【００１７】（２）フォーミング工程の際に生じるジュ
ール熱が大きいため、基板が破壊しやすくマルチ化が難
しい。

【００１８】（３）島の材料が金、銀、ＳｎＯ₂ 、ＩＴ
Ｏ等に限定され仕事関数の小さい材料が使えないため、
大電流を得ることができない。

【００１９】そこで、本出願人は、これらの問題を解決
した新規な電子放出素子の製造方法を提案した（特開平
２−５６８２２号公報）。この製造方法は、一対の電極
間に微粒子を含む薄膜導電体を設け、通電を施し電子放
出部を形成するというものである。

【００２０】しかしながら、上記本出願人による製造方
法においても、微粒子を含む薄膜導電体の形成にあた
り、その膜厚制御及び微粒子を均一に分散させることが
難しく、均一な電子放出特性を有する電子放出素子を再
現性良く安定して作製するのは容易ではなかった。

【００２１】本発明の目的は、均一な電子放出特性を有
し、且つ電子放出の効率向上を図った電子放出素子を再
現性良く安定して得られるようにすることにある。本発
明の別の目的は、高輝度で動作安定性に優れた画像形成
装置を提供することにある。

【００２２】

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

【００２３】即ち、本発明の第一は、基体上に設けられ
た一対の電極間に跨がる導電性膜に電子放出部を有する
電子放出素子の製造方法において、電子放出材料を含む
微粒子膜と結晶性カーボンを含む膜からなる導電性膜を
形成した後、該導電性膜に通電して電子放出部を形成す
ることを特徴とする電子放出素子の製造方法にある。

【００２４】また、本発明の第二は、上記本発明の第一
の方法により製造されたことを特徴とする電子放出素子
にある。

【００２５】また、本発明の第三は、基体上に、一対の
電極間に跨がる導電性膜に電子放出部を有する電子放出
素子が複数配列された電子源の製造方法において、これ
らの電子放出素子を上記本発明の第一の方法により製造
することを特徴とする電子源の製造方法にある。

【００２６】また、本発明の第四は、上記本発明の第三
の方法により製造されたことを特徴とする電子源にあ
る。

【００２７】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、該電子源を
上記本発明の第三の方法で製造することを特徴とする画
像形成装置の製造方法にある。

【００２８】さらに、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、該電子源が、上記本
発明の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。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明の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。先
ず、平面型の電子放出素子について説明する。

【００３０】図１は、本発明の平面型の電子放出素子の
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。導電性膜４は、電子放出材料を含む微粒子
膜と結晶性カーボンを含む膜によって構成されている。

【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】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され
る。

【００３３】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さ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。素子電極長さＷは、電極の
抵抗値、電子放出特性を考慮して、数μｍから数百μｍ
の範囲とすることができる。素子電極２，３の膜厚ｄ
は、数十ｎｍから数μｍの範囲とすることができる。

【００３４】尚、図１に示した構成とは別に、基板１上
に、導電性膜４、素子電極２，３の順に形成した構成と
することもできる。

【００３５】導電性膜４を構成する電子放出材料を含む
微粒子膜としては、粒径が数Å〜数μｍの導電性微粒子
の膜、あるいはこれら導電性微粒子が分散されたカーボ
ン薄膜等が挙げられる。導電性微粒子の材料は、例えば
Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃ
ｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属、Ｐｄ
Ｏ，ＳｎＯ₂ ，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ，ＰｂＯ，Ｓｂ₂ Ｏ₃ 等の酸
化物導電体、ＨｆＢ₂，ＺｒＢ₂ ，ＬａＢ₆ ，ＣｅＢ
₆ ，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
ン等の中から選ばれる。

【００３６】上記材料中でも特に金属からなる電子放出
材料を主体に微粒子膜を構成する場合を除き、他の導電
性微粒子からなる電子放出材料を主体に微粒子膜を構成
する場合は、かかる微粒子膜に金属からなる微粒子を含
めることが好ましい。

【００３７】導電性膜４を構成する結晶性カーボンを含
む膜としては、粒径が数Å〜数μｍの結晶性カーボンを
含む膜、あるいは結晶性カーボンが分散された非結晶性
カーボン膜等が挙げられる。

【００３８】結晶性カーボンの具体例としては、ダイヤ
モンド、グラファイト、グラッシーカーボン等の各化学
結合状態の結晶性カーボンあるいはその混合体、Ｃ６
０、Ｃ７２、カーボンナノチューブ等のクラスター状カ
ーボンあるいはそれらの混合体等である。

【００３９】そしてこれらの電子放出材料を含む微粒子
膜と結晶性カーボンを含む膜は、ガスデポジション法、
分散塗布法、ディッピング法、スピナー法、放電法等に
よって形成することができる。これらの膜は、それぞれ
別々に層状形成してもよいし、混合した膜にすることも
可能である。

【００４０】なお、実用的には電子放出材料を含む微粒
子膜の厚さは数十Å〜２００Å、結晶性カーボンを含む
膜の厚さは数十Å〜３００Åが好ましい。

【００４１】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、その内部には、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。

【００４２】次に、垂直型の電子放出素子について説明
する。

【００４３】図２は、本発明の垂直型の電子放出素子の
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２，３、導
電性膜４、電子放出部５は、前述した平面型の電子放出
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２１の製法、及び、素子電極２，３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。

【００４４】本発明の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。

【００４５】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及び３を形成する（図
３（ａ））。

【００４６】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、有機金属膜を形成する。有機
金属溶液には、前述の微粒子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。この有機
金属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、微粒子膜を形成する。ここでは、
有機金属溶液の塗布法を挙げて説明したが、電子放出材
料を含む微粒子膜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。続いて、例えば真空中でグラファイト電極を
放電させて、電子放出材料を含む微粒子膜の上に結晶性
カーボンを含む膜を形成し、導電性膜４を得る（図３
（ｂ））。

【００４７】３）次に、通電フォーミング処理を施す。
素子電極２，３間に通電を行うと、導電性膜４の部位に
電子放出部５が形成される（図３（ｃ））。かかる電子
放出部５は、導電性膜４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である。

【００４８】本発明においては、導電性膜４を電子放出
材料を含む微粒子膜と結晶性カーボンを含む膜によって
構成したことによって、この通電フォーミング処理によ
り均一な電子放出部を再現性良く形成できる。なお、こ
のような導電性膜の構成が、通電処理時の構造変化にど
のように作用しているかは不明である。

【００４９】また、上記の如く導電性膜４を通電処理に
よりその一部を高抵抗化して電子放出部５を形成する以
外にも、通電処理によりその一部を低抵抗化して電子放
出部を形成することもできる。

【００５０】通電フォーミングの電圧波形の例を図４に
示す。

【００５１】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。

【００５２】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。三
角波の波高値（ピーク電圧）は、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。

【００５３】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（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。

【００５４】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、通電フォーミングを終了させる。

【００５５】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及び図６を参照しな
がら説明する。

【００５６】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。

【００５７】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は素子電極２，３間
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〜１
０ｋＶ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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】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Ｉ_e 及び素子電流Ｉ_f と、素子電
圧Ｖ_f 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Ｉ_e が素子電流Ｉ_f 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。

【００６１】図６からも明らかなように、本発明の電子
放出素子は、放出電流Ｉ_e に関して次の３つの特徴的性
質を有する。

【００６２】即ち、第１に、本素子はある電圧（閾値電
圧と呼ぶ；図６中のＶ_th）以上の素子電圧を印加すると
急激に放出電流Ｉ_e が増加し、一方閾値電圧Ｖ_th以下で
は放出電流Ｉ_e が殆ど検出されない。つまり、放出電流
Ｉ_e に対する明確な閾値電圧Ｖ_thを持った非線形素子で
ある。

【００６３】第２に、放出電流Ｉ_e が素子電圧Ｖ_f に単
調増加依存するため、放出電流Ｉ_eは素子電圧Ｖ_f で制
御できる。

【００６４】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Ｖ_f 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Ｖ_f を印加する時間により制御できる。

【００６５】以上の説明より理解されるように、本発明
の電子放出素子は、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。

【００６６】図６においては、素子電流Ｉ_f が素子電圧
Ｖ_f に対して単調増加する（ＭＩ特性）例を示したが、
素子電流Ｉ_f が素子電圧Ｖ_f 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。

【００６７】次に、本発明の電子放出素子の応用例につ
いて以下に述べる。本発明の電子放出素子を複数個基板
上に配列し、例えば電子源や画像形成装置が構成でき
る。

【００６８】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。

【００６９】本発明の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。

【００７０】以下この原理に基づき、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７を
用いて説明する。図７において、７１は電子源基板、７
２はＸ方向配線、７３はＹ方向配線である。７４は電子
放出素子、７５は結線である。

【００７１】ｍ本のＸ方向配線７２は、Ｄ_x1，Ｄ_x2，…
…，Ｄ_xm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、Ｄ_y1，Ｄ_y2，……，Ｄ_yn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）。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】Ｘ方向配線７２には、Ｘ方向に配列した電
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。

【００７６】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。

【００７７】このような単純マトリクス配置の電子源を
用いて構成した画像形成装置について、図８と図９及び
図１０を用いて説明する。図８は、画像形成装置の表示
パネルの一例を示す模式図であり、図９は、図８の画像
形成装置に使用される蛍光膜の模式図である。図１０
は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行うため
の駆動回路の一例を示すブロック図である。

【００７８】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分間以上焼成することで、封着して構成される。

【００７９】７４は、図１に示したような電子放出素子
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。

【００８０】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。

【００８１】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９（ａ））あるいはブ
ラックマトリクス（図９（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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】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。

【００８６】外囲器８８内は、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^-5
Ｐａ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、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。

【００８７】次に、単純マトリクス配置の電子源を用い
て構成した表示パネルに、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に
基づいたテレビジョン表示を行う為の駆動回路の構成例
について、図１０を用いて説明する。図１０において、
１０１は画像表示パネル、１０２は走査回路、１０３は
制御回路、１０４はシフトレジスタ、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。

【００８８】表示パネル１０１は、端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ
_oxm 、端子Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn 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Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm
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Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn には、前記走査信
号により選択された１行の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１０ｋＶの
直流電圧が供給されるが、これは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。

【００８９】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Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm と電気的に接
続される。各スイッチング素子Ｓ₁ 乃至Ｓ_m 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。

【００９０】直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には電子放
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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】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、Ｉ_d1乃至Ｉ_dn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。

【００９４】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Ｉ_d1乃至Ｉ_dnの内容を記憶する。記憶された内
容は、Ｉ_d'1 乃至Ｉ_d'n として出力され、変調信号発生
器１０７に入力される。

【００９５】変調信号発生器１０７は、画像データＩ
_d'1 乃至Ｉ_d'n の各々に応じて、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Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn を通じて表示パネル１０１内
の電子放出素子に印加される。

【００９６】前述したように、本発明の電子放出素子は
放出電流Ｉ_e 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Ｖ_thがあり、Ｖ_th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。

【００９７】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。

【００９８】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。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】このような構成をとり得る本発明の画像形
成装置においては、各電子放出素子に、容器外端子Ｄ
_ox1 乃至Ｄ_oxm 、Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn 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。

【０１０２】ここで述べた画像形成装置の構成は、本発
明の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Ｎ
ＴＳＣ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。

【０１０３】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１１及び図１２を用いて説明す
る。

【０１０４】図１１は、梯子型配置の電子源の一例を示
す模式図である。図１１において、１１０は電子源基
板、１１１は電子放出素子である。１１２は、電子放出
素子１１１を接続するための共通配線Ｄ_x1〜Ｄ_x10 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Ｄ_x2〜Ｄ_x9は、例えばＤ_x2とＤ_x3、Ｄ_x4とＤ_x5、
Ｄ_x6とＤ_x7、Ｄ_x8とＤ_x9とを夫々一体の同一配線とする
こともできる。

【０１０５】図１２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、Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm は容器外端子、Ｇ₁ 乃至Ｇ
_n はグリッド電極１２０と接続された容器外端子であ
る。１１０は各素子行間の共通配線を同一配線とした電
子源基板である。図１２においては、図８、図１１に示
した部位と同じ部位には、これらの図に付したのと同一
の符号を付している。ここに示した画像形成装置と、図
８に示した単純マトリクス配置の画像形成装置との大き
な違いは、電子源基板１１０とフェースプレート８６の
間にグリッド電極１２０を備えているか否かである。

【０１０６】図１２においては、基板１１０とフェース
プレート８６の間には、グリッド電極１２０が設けられ
ている。グリッド電極１２０は、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１２に示したものに限定
されるものではない。例えば、開口としてメッシュ状に
多数の通過口を設けることもでき、グリッド電極を電子
放出素子の周囲や近傍に設けることもできる。

【０１０７】容器外端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm 及びグリッド
容器外端子Ｇ₁ 乃至Ｇ_n は、不図示の制御回路と電気的
に接続されている。

【０１０８】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。

【０１０９】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。

【０１１０】

【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。

【０１１１】［実施例１］本実施例に係る電子放出素子
の構成は図１と同様であり、その製造方法を図１３〜図
１５を用いて説明する。

【０１１２】１）絶縁性基板１として石英基板を用い、
これを洗剤、純水および有機溶剤により十分に洗浄（図
１３（ａ））後、真空蒸着技術、フォトリソグラフィー
技術により該絶縁性基板１面上に電極２，３を形成し
た。具体的には、レジスト材（ＲＤ−２０００Ｎ／日立
化成社製）を２５００ｒｐｍ、４０秒でスピンナー塗布
し、８０℃、２５分加熱してプリベークした（図１３
（ｂ））。電極形状のマスクを用いて密着露光し、ＲＤ
−２０００Ｎ用現像液で現像し（図１３（ｃ））、１２
０℃、２０分加熱してポストベークした。抵抗加熱蒸着
機を用いてニッケルを毎秒３Åで膜厚１０００Åになる
まで蒸着した（図１３（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、つづいて酢酸
ブチルで洗浄後、乾燥した（図１３（ｅ））。

【０１１３】２）次に図１４（ｆ）〜（ｍ）に示すよう
に微粒子を分散させたくないところにはレジスト膜を設
け、その後スピンナー法で有機パラジウム（ＣＣＰ−４
２３０／奥野製薬（株）製）を塗布した後、レジスト膜
を剥離することにより所定の位置に微粒子膜を形成した
後、３００℃で１時間焼成し、酸化パラジウム（Ｐｄ
Ｏ）微粒子（粒径：１０Å〜１５０Å）を主体とする微
粒子膜を形成した。ついで約２００℃に加熱し該微粒子
膜をパラジウム（Ｐｄ）微粒子（粒径：８Å〜１２０
Å、平均粒径２０Å）からなる微粒子膜とした。次に、
真空中でグラファイト電極を放電させ、微粒子膜上に結
晶性カーボンを含む膜を形成し、導電性膜４を得た。本
実施例では、導電性膜４の幅は１ｍｍとした。この導電
性膜４のシート抵抗は５０〜５４Ω／□程度である。

【０１１４】３）次に、図１５（ｎ）〜（ｏ）に示すよ
うに、電極２及び３の間に図４（ａ）のようなパルス電
圧を印加し、通電処理（フォーミング処理）を行ったと
ころ、導電性膜４の部位に電子放出部５が形成された。
なお、本実施例では、パルス幅Ｔ₁ を１ｍ秒、パルス間
隔Ｔ₂ を１０ｍ秒、波高値は４Ｖとし、約１．３×１０
^-4Ｐａの真空雰囲気下で行った。

【０１１５】上記のようにして得られた電子放出素子の
特性を図５に示した測定系により測定した。なお、アノ
ード電極５４と素子の距離Ｈは４ｍｍ、アノード電圧は
１ｋＶ、真空容器５５内は約１．３×１０^-4Ｐａの真空
度とした。

【０１１６】その結果、本実施例の素子は図６に示した
ようなＩ−Ｖ特性を示し、繰り返し電子放出させても、
安定した電子放出特性を示した。また、本実施例によっ
て得られた電子放出素子は、数回の作製に対してほぼ均
一で良好な電子放出特性を示した。

【０１１７】［実施例２］本実施例に係る電子放出素子
の構成は図２と同様であり、その製造方法を図１６を用
いて説明する。

【０１１８】１）絶縁性基板１として石英基板を用い、
これを有機溶剤により十分に洗浄後、該基板１面上に、
真空蒸着法によりＮｉを１０００Å堆積し、フォトリソ
およびエッチングプロセスによってパターニングしてＮ
ｉからなる下部電極２を形成した（図１６（ａ））。そ
の上に、最終的に段差形成部２１となるＳｉＯ₂ をＣＶ
Ｄ法により５０００Å積層した（図１６（ｂ））。更
に、その上にリフトオフ法で厚さ１０００ÅのＮｉから
なる上部電極３（真空蒸着法により堆積）を図１６
（ｃ）に示したように形成した。その後、上部電極３を
マスクとしてドライエッチング法によりＳｉＯ₂ を部分
的に除去して段差形成部２１（図１６（ｄ））。なお、
素子電極２及び３の幅Ｗは５００μｍとした。

【０１１９】２）次に、有機パラジウム（ＣＣＰ−４２
３０／奥野製薬（株）製）をスピンコータを用いて塗布
した後、３００℃で１０分間の加熱処理した後、結晶性
カーボン微粒子分散液を同じくスピンコート法で塗布
し、２５０℃で１０分間焼成することを繰り返し、酸化
パラジウム（ＰｄＯ）微粒子とグラッシーカーボンから
なる微粒子膜を素子電極２及び３の間に位置する段差形
成部２１の端面を被覆するように形成し、幅（素子の
幅）３００μｍの導電性膜４を得た（図１６（ｅ））。
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）の膜をいう。

【０１２０】なお、本実施例では上記結晶性カーボン微
粒子分散液として次の材料をガラスビーズと共にペイン
トシェーカーで２４時間攪拌したものを用いた。・微粒子グラッシーカーボン（粒径１０００Å以下）５．０ｇ・有機分散媒（メチルエチルケトン：シクロヘキサン＝３：１）８００ｃｃ

【０１２１】３）次に、素子電極２と３の間に図４
（ａ）のようなパルス電圧を印加し、通電処理（フォー
ミング処理）することにより電子放出部５を形成した。
なお、本実施例では、パルス幅Ｔ₁ を１ｍ秒、パルス間
隔Ｔ₂ を１０ｍ秒、波高値は５Ｖとし、約１．３×１０
^-4Ｐａの真空雰囲気下で６０秒間行った。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
る微粒子と結晶性カーボンが分散配置された状態であ
る。

【０１２２】上記のようにして得られた電子放出素子の
特性を図５に示した測定系により測定した。なお、真空
容器５５内は約１．３×１０^-4Ｐａの真空度とし、アノ
ード電極５４と素子の距離Ｈは４ｍｍ、アノード電圧は
１ｋＶ、上部素子電極３が高電位となるように電極２と
３の間に素子電圧を印加して、その時に流れる素子電流
Ｉ_f 及び放出電流Ｉ_e を測定した。

【０１２３】その結果、本実施例の素子は図６に示した
ようなＩ−Ｖ特性を示し、素子電圧１６Ｖでは素子電流
Ｉ_f が２．２ｍＡ、放出電流Ｉ_e が１．１μＡとなり、
電子放出効率η＝Ｉ_e ／Ｉ_f は０．０５％であった。ま
た、本実施例によって得られた電子放出素子は、数回の
作製に対してほぼ均一で良好な電子放出特性を示した。

【０１２４】［実施例３］本実施例は、図１に示したよ
うな電子放出素子の多数個を単純マトリクス配置した図
７に示したような電子源基板を用いて、図８に示したよ
うな画像形成装置を作製した例である。

【０１２５】電子源基板の一部の平面図を図１７に示
す。また、図中のＡ−Ａ’断面図を図１８に示す。これ
らの図で７１は電子源基板、７２は図７のＤ_xmに対応す
るＸ方向配線（下配線とも呼ぶ）、７３は図７のＤ_ynに
対応する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との電気的接
続のためのコンタクトホールである。

【０１２６】電子源基板７１は、実施例１の電子放出素
子の製造工程における素子電極２，３及び導電性膜４の
形成パターンを拡張すると共に、下配線７２、層間絶縁
層１４１及び上配線７３等を所定の位置に形成すること
で作製でき、その詳細については省略する。

【０１２７】本実施例では、次のようにして画像形成装
置を作製した。

【０１２８】先ず、複数の導電性膜４がマトリクス配線
された電子源基板７１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を介して
十分に位置合わせをして配置し、フェースプレート８
６、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４３０℃で１０分以上焼成す
ることで封着した。なお、リアプレート８１への電子源
基板７１の固定もフリットガラスで行った。

【０１２９】蛍光膜８４は、カラーを実現するために、
ストライプ形状（図９（ａ）参照）の蛍光体とし、先に
ブラックストライプを形成し、その間隙部にスラリー法
により各色蛍光体９２を塗布して蛍光膜８４を作製し
た。ブラックストライプの材料としては、黒鉛を主成分
とする材料を用いた。

【０１３０】また、蛍光膜８４の内面側にはメタルバッ
ク８５を設けた。メタルバック８５は、蛍光膜８４の作
製後、蛍光膜８４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。

【０１３１】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
極を設ける場合もあるが、本実施例ではメタルバック８
５のみで十分な導電性が得られたので省略した。

【０１３２】以上のようにして完成した外囲器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、１．３×１０^-3Ｐａの真空度に達した後、容器外端
子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm 及びＤ_oy1 乃至Ｄ_oyn を通じて素子
電極間に電圧を印加し、フォーミング処理を行い、電子
放出部を形成した。このときフォーミング処理の電圧波
形は実施例１と同じである。

【０１３３】その後、不図示の排気管を通じ、外囲器８
８内を約６．７×１０^-5Ｐａ程度の真空度まで排気し、
該排気管をガスバーナーで熱することで融着し、外囲器
８８の封止を行った。最後に、封止後の真空度を維持す
るために、高周波加熱法でゲッター処理を行った。

【０１３４】以上のようにして作製した表示パネルの容
器外端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm とＤ_oy1乃至Ｄ_oyn 、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Ｄ_ox1 乃至
Ｄ_oxm とＤ_oy1 乃至Ｄ_oyn を通じて、走査信号及び変調
信号を不図示の信号発生手段より夫々印加することによ
り電子放出させ、高圧端子８７を通じてメタルバック８
５に数ＫＶ以上の高圧を印加して、電子ビームを加速
し、蛍光膜８４に衝突させ、励起・発光させることで画
像を表示した。

【０１３５】本実施例の画像形成装置においては、各電
子放出素子の電子放出特性の均一性に優れ、同時に個々
の電子放出素子の電子放出特性にも優れているため、形
成される画像の画質が高く、また高精細な画像の表示も
可能である。

【０１３６】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、電
子放出効率及び経時安定性に優れた電子放出特性を有す
る電子放出素子を、再現性良く作製することができる。

【０１３７】また、多数の電子放出素子を配列形成し、
入力信号に応じて電子を放出する電子源においては、各
電子放出素子の電子放出特性の均一化が実現される。更
に、かかる電子源を用いた画像形成装置においては、輝
度むら・輝度低下等の画像品位の低下の問題も解消さ
れ、高品位な画像形成装置、例えばカラーフラットテレ
ビが実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の平面型の電子放出素子の一例を示す模
式図である。

【図２】本発明の垂直型の電子放出素子の一例を示す模
式図である。

【図３】本発明の電子放出素子の製造方法を説明するた
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】本発明の電子放出素子の電子放出特性を示す図
である。

【図７】本発明の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８】本発明の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９】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１０】本発明の画像形成装置に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１１】本発明の梯子型配置の電子源の一例を示す模
式図である。

【図１２】本発明の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】実施例１の電子放出素子の製造工程図であ
る。

【図１４】実施例１の電子放出素子の製造工程図であ
る。

【図１５】実施例１の電子放出素子の製造工程図であ
る。

【図１６】実施例２の電子放出素子の製造工程図であ
る。

【図１７】実施例３のマトリクス配線した電子源の一部
を示す模式図である。

【図１８】図１７のＡ−Ａ’断面模式図である。

【図１９】従来例の表面伝導型電子放出素子の模式図で
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５６排気ポンプ７１電子源基板７２Ｘ方向配線７３Ｙ方向配線７４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Ｖｘ，Ｖａ直流電圧源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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上に設けられた一対の電極間に跨が
る導電性膜に電子放出部を有する電子放出素子の製造方
法において、電子放出材料を含む微粒子膜と結晶性カーボンを含む膜
からなる導電性膜を形成した後、該導電性膜に通電して
電子放出部を形成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】前記導電性膜として、電子放出材料を含
む微粒子膜と結晶性カーボンを含む膜の積層膜を形成す
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】前記導電性膜として、電子放出材料を含
む微粒子膜と結晶性カーボンを含む膜の混合した膜を形
成す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４】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１〜３のいずれかに
記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の方法に
より製造されたことを特徴とする電子放出素子。
【請求項６】基体上に、一対の電極間に跨がる導電性
膜に電子放出部を有する電子放出素子が複数配列された
電子源の製造方法において、これらの電子放出素子を請
求項１〜４のいずれかに記載の方法により製造すること
を特徴とする電子源の製造方法。
【請求項７】請求項６に記載の方法により製造された
ことを特徴とする電子源。
【請求項８】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７に記載の
電子源。
【請求項９】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７に記載の電子
源。
【請求項１０】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、該電子源を請求項６に記載の方
法で製造することを特徴とする画像形成装置の製造方
法。
【請求項１１】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、該電子源が、請求項７〜９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。