JPH11339635A

JPH11339635A - 電子放出素子、電子源および画像形成装置

Info

Publication number: JPH11339635A
Application number: JP14412898A
Authority: JP
Inventors: Toshiichi Onishi; 敏一大西; Masato Yamanobe; 正人山野辺
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-05-26
Filing date: 1998-05-26
Publication date: 1999-12-10

Abstract

(57)【要約】【課題】電子放出素子において、素子を駆動させる
と、素子または陽極からの微少放出ガスがあり、これが
原因で放出電流が低下してくるという問題点があり、こ
れを解決すること。【解決手段】絶縁性基板上に対向して設けられた一対
の素子電極と、該素子電極間に形成された、電子放出部
を有する導電性薄膜と、該電子放出部の近傍に、通電発
熱部材上に積層されたゲッター設置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子源およびその
応用である表示装置、記録装置等にかかわり、特に、電
子放出素子の製造方法とそれにより得られる電子放出素
子を用いた画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子放出素子としては大別し
て熱電子放出素子と冷陰極電子放出素子を用いた２種類
のものが知られている。冷陰極電子放出素子には電界放
出型（以下「ＦＥ型」という。）、金属／絶縁層／金属
型（以下「ＭＩＭ型」という。）や表面伝導型電子放出
素子等がある。

【０００３】ＦＥ型の例としては W. P. Dyke & W. W.
Dolan,“Field Emission”, Advance in Electron Phys
ics, 8, 89 (1956) あるいはC. A. Spindt, “PHYSICAL
Properties of thin-film field emission cathodes w
ith molybdenium cones ”,J. Appl. 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. Mead,“Oper
ation of Tunnel-Emission Devices”, 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型の例としては、
M. I. Elinson, Radio Eng. Electron Phys., 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、基板上に形成
された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことに
より、電子放出が生ずる現象を利用するものである。こ
の表面伝導型電子放出素子としては、前記エリンソン等
によるＳｎＯ₂薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によるもの
[G. Dittmer:“Thin Solis Films, ”9, 317 (1972)]、
Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの［M. Hartwell an
d C. G. Fonstad:“ IEEE Trans. ED Conf. ”, 519 (1
975)] 、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２８
に模式的に示す。同図において１は基板である。４は導
電性薄膜で、Ｈ型形状のパターンにスパッタで形成され
た金属酸化物薄膜等からなり、後述の通電フォーミング
と呼ばれる通電処理により電子放出部５が形成される。
なお、図中の素子電極間隔Ｌ１は、０．５〜１ｍｍ、Ｗ
は、０．１ｍｍで設定されている。

【０００８】従来、これらの表面伝導型電子放出素子に
おいては、電子放出を行う前に導電性薄膜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った。すなわち、通電フォー
ミングとは前記導電性薄膜４両端に直流電圧あるいは非
常にゆっくりとした昇電圧例えば１Ｖ／分程度を印加通
電し、導電性薄膜を局所的に破壊、変形もしくは変質せ
しめ、電気的に高抵抗な状態にした電子放出部５を形成
することである。なお、電子放出部５は導電性薄膜４の
一部に亀裂が発生しその亀裂付近から電子放出が行われ
る。前記通電フォーミング処理をした表面伝導型電子放
出素子は、上述導電性薄膜４に電圧を印加し、素子に電
流を流すことにより、上述の電子放出部５より電子を放
出せしめるものである。

【０００９】上述の表面伝導型電子放出素子は、構造が
単純で製造も容易であることから、大面積にわたり多数
素子を配列形成できる利点がある。そこで、この特徴を
生かせるようないろいろな応用が研究されている。

【００１０】例えば、荷電ビーム源、表示装置等が挙げ
られる。多数の表面伝導型電子放出素子を配列形成した
例としては、後述するように梯子型配置と呼ぶ並列に表
面伝導型電子放出素子を配列し、個々の素子の両端を配
線（共通配線とも呼ぶ）で、それぞれ結線した行を多数
行配列した電子源が挙げられる。（例えば、特開昭６４
−０３１３３２、特開平１−２８３７４９、１−２５７
５５２等）

【００１１】また、特に表示装置等の画像形成装置にお
いては、近年、液晶を用いた平板型表示装置がＣＲＴに
替わって普及してきたが、自発光型でないため、バック
ライトを持たなければならない等の問題点があり、自発
光型の表示装置の開発が望まれてきた。自発光型表示装
置としては、表面伝導型電子放出素子を多数配置した電
子源と電子源より放出される電子によって、可視光を発
光させる蛍光体とを組み合わせた表示装置である画像形
成装置が、挙げられる。（例えばＵＳＰ５０６６８８
３）

【００１２】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、素
子を駆動させると、素子または陽極からの微少放出ガス
があり、これが原因で放出電流が低下してくるという問
題点があった。本発明者らは、これは、素子電極間また
は素子電極とアノード電極間で局所的な放電現象を起こ
し、素子に何らかのダメージを与えているためと推測し
ている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記問題点
を鑑みて検討した結果、絶縁性基板上に対向して設けら
れた一対の素子電極と、該素子電極間に形成された、電
子放出部を有する導電性薄膜と、該電子放出部の近傍
に、通電発熱部材上に積層されたゲッターを有すること
を特徴とする電子放出素子を用いることにより、長時間
の駆動を行っても放出電流の低下がない電子放出素を提
供するものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
を説明する。図１は、本発明の好ましい実施態様である
表面伝導型電子放出素子の１例を示す斜視図である。図
１において１は基板、２と３は素子電極、４は導電性薄
膜、５は電子放出部である。また、２１は通電発熱部
材、２２はゲッター、２０３は通電発熱部材に電圧を印
加するための電極、２４は絶縁膜である。

【００１５】実施態様本発明を適用し得る好ましい実施態様である表面伝導型
電子放出素子の基本的構成には大別して、平面型および
垂直型の２つがある。

【００１６】まず、平面型表面伝導型電子放出素子につ
いて説明する。図１は、本発明を適用可能な平面型表面
伝導型電子放出素子の構成を示す斜視図であり、図１に
おいては１は基板、２と３は素子電極、４は導電性薄
膜、５は電子放出部である。また、２１は通電発熱部
材、２２はゲッター、２０３は通電発熱部材に電圧を印
加するための電極、２４は絶縁膜である。

【００１７】また図２は電子放出部を有する導電性薄膜
の平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。

【００１８】基板１としては、石英ガラス、Ｎａ等の不
純物含有量を減少したガラス、青板ガラス、青板ガラス
にスパッタ法等によりＳｉＯ2 を積層しガラス基板およ
びアルミナ等のセラミックスおよびＳｉ基板等を用いる
ことができる。

【００１９】対向する素子電極２，３と通電発熱部材２
１（図１）に電圧を印加するための電極２０３（図１）
の材料としては、一般的な導体材料を用いることができ
る。これは例えばＮｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，
Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属あるいは合金およびＰ
ｄ，Ａｇ，Ａｕ，ＲｕＯ2 ，Ｐｄ−Ａｇ等の金属あるい
は金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体、Ｉｎ
₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ 等の透明導電体およびポリシリコン等
の半導体材料等から選択することができる。

【００２０】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、導電性
薄膜４の形状等は、応用される形態等を考慮して、設計
される。素子電極間隔Ｌ１は、好ましくは数千オングス
トロームから数百マイクロメートルの範囲とすることが
でき、より好ましくは素子電極間に印加する電圧等を考
慮して数マイクロメートルから数十マイクロメートルの
範囲とすることができる。

【００２１】素子電極長さＷ１は、電極の抵抗値、電子
放出特性を考慮して、数マイクロメートるから数百マイ
クロメートルの範囲とすることができる。素子電極２，
３の膜厚ｄは、数百オングストロームから数マイクロメ
ートルの範囲とすることができる。

【００２２】なお、図１に示した構成だけでなく、基板
１上に導電性薄膜４、対向する素子電極２，３の順に積
層した構成とすることもできる。

【００２３】導電性薄膜４には良好な電子放出特性を得
るために、微粒子で構成された微粒子膜を用いるのが好
ましい。その膜厚は素子電極２，３へのステップカバレ
ージ、素子電極２，３間の抵抗値および後述するフォー
ミング条件等を考慮して適宜設定されるが、通常は数オ
ングストロームから数千オングストロームの範囲とする
のが好ましく、より好ましくは１０オングストロームよ
り５００オングストロームの範囲とするのがよい。その
抵抗値は、Ｒｓが１０² から１０⁷ Ω／□の値である。
なおＲｓは、厚さがｔ、幅がｗで長さがｌの薄膜の抵抗
Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ（ｌ／ｗ）とおいたときに現れる。

【００２４】本願明細書において、フォーミング処理に
ついては、通電処理を例に挙げて説明するが、フォーミ
ング処理はこれに限られるものではなく、膜に亀裂を生
じさせて高抵抗状態を形成する処理を包含するものであ
る。

【００２５】導電性薄膜４を構成する材料は、Ｐｄ，Ｐ
ｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆ
ｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｄ等の金属、ＰｄＯ，Ｓ
ｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃ ，ＰｂＯ，Ｓｂ₂Ｏ₃ 等の酸化物、Ｈ
ｆＢ₂，ＺｒＢ₂，ＬａＢ₆ ，ＣｅＢ₆，ＹＢ₄，ＧｄＢ₄
等の硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，Ｓｉ
Ｃ，ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等の窒化
物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体、カーボン等の中から適宜選
択される。

【００２６】ここで述べる微粒子膜とは複数の微粒子が
集合した膜であり、その微細構造は、微粒子が個々に分
散配置した状態あるいは微粒子が互いに隣接、あるいは
重なり合った状態（いくつかの微粒子が集合し、全体と
して島状構造を形成している場合も含む）をとってい
る。微粒子の粒径は、数オングストロームから数千オン
グストロームの範囲、好ましくは１０オングストローム
から２００オングストロームの範囲である。

【００２７】なお、本明細書では頻繁に「微粒子」とい
う言葉を用いるので、その意味について説明する。小さ
な粒子を「微粒子」と呼び、これよりも小さなもの「超
微粒子」と呼ぶ。「超微粒子」よりも小さく原子の数が
数百個程度以下のものを「クラスター」と呼ぶことは広
く行われている。しかしながら、それぞれの境は厳密な
ものではなく、どのよう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。

【００２８】「実験物理学講座１４表面・微粒子」
（木下是雄編、共立出版１９８６年９月１日発行）
では次のように記述されている。「本稿で微粒子と言う
ときにはその直径が大体２〜３μｍ程度から１０ｎｍ程
度までとし、特に超微粒子と言うときは粒径が１０ｎｍ
程度から２〜３ｎｍ程度までを意味することにする。両
者を一括して単に微粒子と書くこともあって決して厳密
なものではなく、大体の目安である。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）

【００２９】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。「創
造科学技術推進制度の“超微粒子プロジェクト”（１９
８１〜１９８６）では、粒子の大きさ（径）がおよそ１
〜１００ｎｍの範囲のものを“超微粒子”(ultra fine
particle) と呼ぶことにした。すると１個の超微粒子は
およそ１００〜１０⁸個ぐらいの原子の集合体というこ
とになる。原子の尺度でみれば超微粒子は大〜巨大粒子
である。」（「超微粒子−創造科学技術−」林主税、上
田良二、田崎明編；三田出版１９８８年２ページ１〜
４行目）「超微粒子よりさらに小さいもの、すなわち原
子が数個〜数百個で構成される１個の粒子は普通クラス
ターと呼ばれる」（同書２ページ１２〜１３行目）

【００３０】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、粒径の下限は数オングストローム〜１０オング
ストローム程度、上限は数μｍ程度のものを指すことと
する。

【００３１】電子放出部５は、導電性薄膜４の一部に形
成された高抵抗の亀裂により構成され、導電性薄膜４の
膜厚、膜質、材料およ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５の内部に
は、数オングストロームから数百オングストロームの範
囲の粒径の導電性微粒子が存在する場合もある。この導
電性微粒子は、導電性薄膜４を構成する材料の元素の一
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およびその近傍の導電性薄膜４には、炭素および
炭素化合物を有することもできる。

【００３２】ゲッターには、一般に蒸発型、非蒸発型に
分けられる。蒸発型のゲッターとしては、Ｂａ，Ｓｒ，
Ｍｇ等の金属が用いられ、これらを加熱蒸着（フラッシ
ュ）させて、真空維持をさせる装置内面に蒸着させるこ
とでガス吸着能力を発現させる。

【００３３】また、非蒸発型ゲッターとしては、Ｔａ，
Ｚｒ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｖ等の金属の単体、混
合体、合金が用いられる。

【００３４】電子放出素子の近傍に蒸発型のゲッターを
配置すると、蒸発したゲッターが素子に付着して、リー
ク等の弊害が生じるので、本発明では、非蒸発型ゲッタ
ーを用いる方が好ましい。

【００３５】これらは、３００〜１０００℃程度の温度
で焼成をして、ガス吸着能力を発現させる。（ゲッター
の活性化）

【００３６】ゲッターは、通電発熱部材上に形成され
る。特に、通電発熱部材は、ゲッターを加熱するために
配置され、Ａｕ，Ｎｉ等の金属やＩＴＯ等の導電性酸化
物等の材料で作られた薄膜、ワイヤー、微粒子等を用い
ることができる。通電加熱温度は、ゲッターの種類等に
より異なるが、３００〜１０００℃の範囲であることが
好ましい。加熱温度が低いと、充分なガス吸着能力が得
られず、また、加熱温度が高いと、近傍の電子放出部に
熱的なダメージが大きく、また、局所的な加熱は、真空
を維持させる装置（例えば、ディスプレイパネル）に熱
的なひずみを生じさせるので、真空漏れ等が生じやすく
なる。通電発熱部材に通電する場合、電子放出素子を駆
動させる素子電極とは別の電極を設けてもよいし、素子
電極の一方と電気的に接続されてもよい。

【００３７】通電発熱部に通電する際の素子電極等の構
成例を図２３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。本発明で
は、導電性薄膜が通電発熱部材を兼ねていてもよい。こ
の際の素子電極等の構成例を図２３（ｄ），（ｅ）に示
す。この場合、電子放出素子を駆動を行うと、導電性薄
膜に電流が流れ、導電性薄膜上のゲッターが加熱され
る。

【００３８】そこで、本発明では、素子電極のエッジ部
に形成することが好ましい。（図２３（ｄ））

【００３９】素子電極のエッジ部は、導電性薄膜が薄く
なりやすく、抵抗が大きいので、通電の際の発熱量が大
きい領域である。また、ゲッターを積層することで、導
電性薄膜の段差切れを防止することができる点で好まし
い。電子放出部にかなり近い領域にゲッターを作成する
と、電子放出部でショートが発生しやすくなる。

【００４０】次に、垂直型表面伝導型電子放出素子につ
いて説明する。図７は、本発明の表面伝導型電子放出素
子を適用できる垂直型表面伝導型電子放出素子の一例を
示す模式図である。図７においては、図２に示した部位
と同じ部位には図２に付した符号と同一符号を付してい
る。３１は段さ形成部である。基板１、素子電極２およ
び３、導電性薄膜４、電子放出部５は、前述した平面型
表面伝導型電子放出素子の場合と同様の材料で構成する
ことができる。段さ形成部３１は、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等で形成されたＳｉＯ₂等の絶縁性材料
で構成することができる。段さ形成部３１の膜厚は、先
に述べた平面型表面伝導型電子放出素子の素子電極間隔
Ｌに対応し、数千オングストロームから数十マイクロメ
ートルの範囲とすることができる。この膜厚は、段さ形
成部の製法および素子電極間に印加する電圧を考慮して
設定されるが、数百オングストロームから数マイクロメ
ートルの範囲が好ましい。

【００４１】導電性薄膜４は、素子電極２および３と段
さ形成部３１作成後に、該素子電極２，３の上に積層さ
れる。電子放出部５は、図７においては、段さ形成部３
１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。

【００４２】上述の表面伝導型電子放出素子の製造方法
としては様々な方法があるが、その一例を図１，２，
３，５，６，９に模式的に示す。以下、図１および図
２，３，５，６，９を参照しながら製造方法の一例につ
いて説明する。図２，３，５，６，９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。

【００４３】１）基板１を洗剤、純水および有機溶剤等
を用いて十分に洗浄し、真空蒸着法スパッタ法等により
素子電極材料を堆積後、例えばフォトリソグラフィー技
術を用いて基板１上に素子電極２，３と通電発熱部材２
１に電圧を印加するための電極２０３を形成する（図
３、図４）。

【００４４】２）フォトリソグラフィー技術を用いて、
通電発熱部材２１を電極２０３と素子電極２の間に形成
する。通電部材が、ＩＴＯＡｕ等の薄膜等の場合は、
素子電極、導電性子薄膜と同様に蒸着、スパッター等で
作成できる。

【００４５】３）ゲッター（２２）は、真空製膜（蒸
着、スッパター等）法＋フォトリソグラフィー法、印刷
法、スラリー法（樹脂＋感光剤＋ゲッターでスラリーを
作成し、フォトリソグラフィー技術で加工）等が用いら
れるが、これらに限定されない（図５）。

【００４６】４）素子電極２，３を設けた基板１に、有
機金属溶液を塗布して、有機金属薄膜を形成する。有機
金属溶液には、前述の導電性膜４の材料の金属を主元素
とする有機金属化合物を溶液を用いることができる。有
機金属薄膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッチング
等によりパターニングし、導電性薄膜４を形成する（図
６）。ここでは、有機金属溶液の塗布法を挙げて説明し
たが、導電性薄膜４の形成法はこれに限られるものでな
く、真空蒸着法、スパッタ法、化学的気相堆積法、分散
塗布法、ディッピング法、スピンナー法等を用いること
もできる。

【００４７】５）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、図１０（ａ）に
示しててある電源７を用いて、通電を行うと、導電性薄
膜４の部位に、構造の変化した電子放出部５が形成され
る（図１０）。通電フォーミングによれば導電性薄膜４
に局所的に破壊、変形もしくは変質等の構造変化した部
位が形成される。該部位が電子放出部５を構成する。通
電フォーミングの電圧波形の例を図１１に示す。

【００４８】電圧波形は、パルス波形が好ましい。これ
にはパルス波高値を定電圧としたパルスを連続的に印加
する図１１（ａ）に示した手法と、パルス波高値を増加
させながら電圧パルスを印加する図１１（ｂ）に示した
手法がある。図１１（ａ）のにおけるＴ１およびＴ２は
電圧波形のパルス幅とパルス間隔である。通常Ｔ１は１
マイクロ秒〜１０ミリ秒、Ｔ２は１０マイクロ秒〜１０
０ミリ秒の範囲で設定される。三角波の波高値（通電フ
ォーミング時のピーク電圧）は、表面伝導型電子放出素
子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、例えば図１１
（ｃ）に示すように矩形波等所望の波形を採用すること
ができる。

【００４９】図１１（ｂ）におけるＴ１およびＴ２は、
図１１（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ステップ程度ずつ増加させることができ
る。

【００５０】通電フォーミング処理の終了は、パルス間
隔Ｔ２中に、導電性薄膜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素子
電流を測定し、抵抗値を求めて、１ＭΩ以上の抵抗を示
したとき、通電フォーミングを終了させる。

【００５１】６）フォーミングを終えた素子には活性化
工程と呼ばれる処理を施すのが好ましい。活性化工程と
は、この工程により、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが著
しく変化する工程である。

【００５２】活性化工程は、例えば有機物質のガスを含
有する雰囲気下で、通電フォーミングと同様に、パルス
の印加を繰り返すことで行うことができる。この雰囲気
は、例えば油拡散ポンプやロータリーポンプ等を用いて
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、イオンポンプ等
により一旦十分に排気した真空中に適当な有機物質のガ
スを導入することによっても得られる。このときの好ま
しい有機物質のガス圧は、前述の応用の形態、真空容器
の形状や、有機物質の種類等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でき、具体的には、メタン、エタ
ン、プロパン等Ｃ_nＨ_2n+2で表される飽和炭化水素、エ
チレン、プロピレン等Ｃ_nＨ_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。

【００５３】この処理により雰囲気中に存在する有機物
質から炭素あるいは炭素化合物が素子上に堆積し、素子
電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、著しく変化するようにな
る。活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉｆと放出電流
Ｉｅを測定しながら、適宜行う。なおパルス幅、パルス
間隔、パルス波高値等は適宜設定される。

【００５４】炭素および炭素化合物とは、例えばグラフ
ァイト（いわゆるＨＯＰＧ’，ＰＧ，（，ＧＣ）を包含
する、ＨＯＰＧはほぼ完全なグラファイト結晶構造、Ｐ
Ｇは結晶粒が２００オングストローム程度で結晶構造が
やや乱れたもの、ＧＣは結晶粒が２０オングストローム
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およ
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５００オングストロ
ーム以下の範囲とするのが好ましく、３００オングスト
ローム以下の範囲とすることがより好ましい。

【００５５】７）このような化工程を経て得られた電子
放出素子は、安定化工程を行うことが好ましい。この工
程は真空容器内の有機物質排気する工程である。真空容
器を排気する真空排気装置は、装置から発生するオイル
が素子の特性に影響を与えないように、オイルを使用し
ないものを用いるのが好ましい。具体的にはソープショ
ンポンプ、イオンポンプ等の真空排気装置を挙げること
ができる。

【００５６】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ポンプを用い、これから発生するオ
イル成分に由来する有機ガスを用いた場合は、この成分
の分圧を極力低く抑える必要がある。真空容器内の有機
成分の分圧は、上記の炭素および炭素化合物がほぼ新た
に堆積しない分圧で１×１０^-8Ｔｏｒｒ以下が好まし
く、さらには１×１０^-10 Ｔｏｒｒ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℃で５時間以上が望まし
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等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^-7Ｔｏｒｒ以下が好ま
しく、さらに１×１０^-8Ｔｏｒｒ以下が特に好ましい。

【００５７】安定化工程を行った後の、駆動時の雰囲気
は、上記安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが好ま
しいが、これに限るものではなく、有機物質が十分除去
されていれば、真空度自体は多少低下しても十分安定な
特性を維持することができる。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Ｉ
ｅが安定する。

【００５８】上述した工程を経て得られた本発明を適用
可能な電子放出素子の基本特性について図８、図９、図
２４を参照しながら説明する。図９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、測定評価装置の構成を
図８に示している。図８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。

【００５９】真空容器内には電子放出素子が配されてい
る。すなわち、１は電子放出素子を構成する基板であ
り、２および３は素子電極、４は導電性薄膜、５は電子
放出部である。１０は、電子放出素子に素子電圧Ｖｆを
印加するための電源、１１は素子電極２・３間の導電性
薄膜４を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、
１２は素子の電子放出部より放出される放出電流Ｉｅを
捕捉するためのアノード電極である。１３はアノード電
極１２に電圧を印加するための高圧電源、１４は素子の
電子放出部５より放出される放出電流Ｉｅを測定するた
めの電流計である。一例として、アノード電極の電圧を
１ｋＶ〜１０ｋＶの範囲とし、アノード電極と電子放出
素子との距離Ｈを２ｍｍ〜８ｍｍの範囲として測定を行
うことができる。

【００６０】真空容器内には、不図示の真空計等の真空
雰囲気下での測定に必要な機器が設けられていて、所望
の真空雰囲気下での測定評価を行えるようになってい
る。排気ポンプは、ターボポンプ、ロータリーポンプか
らなる通常の高真空装置系を示したが、さらに、イオン
ポンプ等からなる超高真空装置系とにより構成されてい
てもよい。ここに示した電子源基板を配した真空処理装
置の全体は、不図示のヒーターにより２００℃まで加熱
できる。したがって、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。

【００６１】図２４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、素子電流Ｉｆと素子電圧
Ｖｆの関係を模式的に示した図である。図２４において
は、放出電流Ｉｅが素子電流Ｉｆに比べて著しく小さい
ので、任意単位で示している。なお、縦・横軸ともリニ
アスケールである。

【００６２】図２４からも明らかなように、本発明の表
面伝導型電子放出素子は、放出電流Ｉｅに関して対する
三つの特徴的性質を有する。

【００６３】すなわち、（ｉ）本素子はある電圧（しきい値電圧と呼ぶ、図２４
中のＶｔｈ）以上の素子電圧を印加すると急激に放出電
流Ｉｅが増加し、一方しきい値電圧Ｖｔｈ以下では放出
電流Ｉｅがほとんど検出されない。つまり、放出電流Ｉ
ｅに対する明確なしきい値電圧Ｖｔｈをもった非線形素
子である。

【００６４】（ii）放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに単調
増加依存するため、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御
できる。

【００６５】（iii）アノード電極１２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１２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。

【００６６】以上の説明により理解されるように、本発
明の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。

【００６７】図２４においては、素子電流Ｉｆが素子電
圧Ｖｆに対して単調増加する（以下、「ＭＩ特性」とい
う。）例を実線に示した。素子電流Ｉｆが素子電圧Ｖｆ
に対して電圧制御型負性抵抗特性（以下、「ＶＣＮＲ特
性」という。）を示す場合もある（不図示）。これら特
性は、前述の工程を制御することで制御できる。

【００６８】次に、ゲッターの動作原理を説明する。

【００６９】電子放出素子の電子放出部は、素子を駆動
させると、かなりの高温になり、電子放出部からは、ガ
ス放出が起きやすい。また、電子放出素子から放出され
た電子は、陽極に引き上げられ、衝突する。この際にも
陽極からのガス放出が起こりやすい。放出されたガス
は、駆動電圧で作られている高電界、または、陽極への
電圧印加で作られている高電界で、イオン化となり、高
電界で加速されて素子に損傷を与える、いわゆる放電が
生じやすい。

【００７０】本発明では、通電発熱部材によって加熱さ
れたゲッターは、活性化され、ガス吸着能力が上昇す
る。この状態で電子放出素子のごく近傍で、素子、ある
いは陽極からガス放出があっても、速やかに吸着される
ため、放電が起こりにくくなる。本発明では、この局所
的なガス吸着で放電を抑えることで、長時間の素子駆動
を行っても放出電流の低下を防ぐことができる。

【００７１】通電発熱部材に通電する場合、電子放出素
子を駆動させる素子電極とは別の電極を設けてもよい
し、素子電極の一方と電気的に接続されてもよい。この
際、素子の駆動する印加電圧がパルス波形の場合は、駆
動パルスが印加されていない、パルス間に通電発熱部材
にパルス通電することが望ましい。

【００７２】また、素子駆動に伴って、変化する素子電
流、または放出電流の減少に応じて、通電発熱部材に印
加されるパルスのパルス幅、電圧値、周期を変化させ、
通電発熱部材への投入電力を変化させてもよい。

【００７３】本発明で、素子近傍に設けられた通電発熱
部材は、ゲッターを加熱させるだけではなく、電子放出
部近傍の電位を変化させ、グリッド電極または電子集束
電極としても用いることができる。

【００７４】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。本発明の表面伝導型電子放出素
子の複数個を基板上に配列し、例えば電子源あるいは、
画像形成装置が構成できる。

【００７５】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。

【００７６】一例として、並列に配置した多数の電子放
出素子の個々を両端で接続し、電子放出素子の行を多数
個配し（行方向と呼ぶ）、この配線と直交する方向（列
方向と呼ぶ）で、該電子放出素子の上方に配した制御電
極（グリッドとも呼ぶ）により、電子放出素子からの電
子を制御駆動するはしご状配置のものがある。これとは
別に、電子放出素子をＸ方向および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
いわゆる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。

【００７７】本発明の表面伝導型電子放出素子について
は前述したとおり（ｉ）ないし（iii)の特性がある。す
なわち、表面伝導型電子放出素子からの放出電子は、し
きい値電圧以上では、対向する素子電極間に印加するパ
ルス状電圧の波高値と幅で制御できる。一方、しきい値
電圧以下では、ほとんど放出されない。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。

【００７８】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２５
を用いて説明する。図２５において、８１は電子源基
板、８２はＸ方向配線、８３はＹ方向配線である。８４
は表面伝導型電子放出素子、８５は結線である。なお、
表面伝導型電子放出素子８４は、前述した平面型あるい
は垂直型のどちらであってもよい。

【００７９】ｍ本のＸ方向配線８２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。また、ゲッタ２０５が配置された通電発熱部材に
電圧を印加するためのｍ本のＸ方向配線２００は、ＤＸ
１’，ＤＸ２’，・・・・ＤＸｍ’からなり、真空蒸着
法、印刷法、スパッタ法等を用いて形成された導電性金
属等で構成することができる。Ｙ方向配線８３は、ＤＹ
１，ＤＹ２，・・・，ＤＹｎのｎ本の配線よりなり、Ｘ
方向配線８２，２００と同様に形成される。これらｍ本
のＸ方向配線８２および２００とｎ本のＹ方向配線８３
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）。

【００８０】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８２を形成した基板８１の
全面あるいは一部に所望の形状で形成され、特にＸ方向
配線８２とＹ方向配線８３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
８２とＹ方向配線８３は、それぞれ外部端子として引き
出されている。

【００８１】表面伝導型放出素子８４を構成する一対の
電極（不図示）は、ｍ本のＸ方向配線８２とｎ本のＹ方
向配線８３と導電性金属等からなる結線８５によって電
気的に接続されている。また、ゲッター２０５が積層さ
れた通電発熱部材は、ｍ本のＸ方向配線８２とｍ本のＸ
方向配線２００と導電性金属等からなる結線８５によっ
て電気的に接続されている。

【００８２】配線８２と配線２００と配線８３を構成す
る材料、結線８５を構成する材料および一対の素子電極
を構成する材料は、その構成元素の一部あるいは全部が
同一であっても、またそれぞれ異なってもよい。これら
材料は、例えば前述の素子電極の材料より適宜選択され
る。素子電極を構成する材料と配線材料が同一である場
合には、素子電極に接続した配線は素子電極ということ
もできる。

【００８３】Ｘ方向配線８２には、Ｘ方向に配列した表
面伝導型放出素子８４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８３にはＹ方向に配列した表面伝導型放
出素子８４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。

【００８４】上記構成においては、単純なマトリクス配
線を用いて、個別の素子を選択し、独立に駆動可能とす
ることができる。このような単純マトリクス配置の電子
源を用いて構成した画像形成装置について、図１７と図
１６および図２７を用いて説明する。

【００８５】図１７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１６は、図１７の画像形成装
置に使用される蛍光膜の模式図である。図２７はＮＴＳ
Ｃ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。

【００８６】図１７において、１は電子放出素子を複数
配した電子源基板、９１は電子源基板８１を固定したリ
アプレート、９６はガラス基板９３の内面に蛍光膜９４
とメタルバック９５等が形成されたフェースプレートで
ある。９２は、支持枠であり該支持枠９２には、リアプ
レート９１、フェースプレート９６がフリットガラス等
を用いて接続されている。９８は外囲器であり、例えば
大気中あるいは、窒素中で、４００〜５００℃の温度範
囲で１０分以上焼成することで、封着して構成される。

【００８７】８４は、図１における電子放出部に相当す
る。８２，８３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方向配線およびＹ方向配線であ
る。２００は、通電発熱部材への電圧印加のための配線
である。

【００８８】外囲器９８は、上述のごとく、フェースプ
レート９６、支持枠９２、リアプレート９１で構成され
る。リアプレート９１は主に基板８１の強度を補強する
目的で設けられるため、基板８１自体で十分な強度をも
つ場合は別体のリアプレート１は不要とすることができ
る。すなわち、基板１に直接支持枠９２を封着し、フェ
ースプレート９６、支持枠９１および基板１で外囲器９
８を構成してもよい。一方、フェースプレート９６、リ
アプレート９１間に、スペ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９８を構成することもできる。

【００８９】図１６は、蛍光膜を示す模式図である。蛍
光膜９４は、モノクロームの場合は蛍光体のみから構成
することができる。カラーの蛍光膜の場合は蛍光体の配
列によりブラックストライプあるいはブラックマトリク
ス等と呼ばれる黒色導電材１０１と蛍光体１０２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１０２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９
４における外光反射によるコントラストの低下を抑制す
ることにある。ブラックストライプの材料としては、通
常用いられている黒鉛を主成分とする材料の他、導電性
があり、光の透過および反射が少ない材料を用いること
ができる。

【００９０】ガラス基板（図不示）に蛍光体を塗布する
方法は、モノクローム、カラーによらず、沈澱法、印刷
法等が採用できる。蛍光膜９４の内面側には、通常メタ
ルバック（図不示）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（図不示）へ鏡面反射させることにより輝度を
向上させること、電子ビーム加速電圧を印加するための
電極として作用させること、外囲器内で発生した負イオ
ンの衝突によるダメージから蛍光体を保護すること等で
ある。メタルバックは、蛍光膜作製後、蛍光膜の内面側
表面の平滑化処理（通常、「フィルミング」と呼ばれ
る。）を行い、その後Ａｌを真空蒸着等を用いて堆積さ
せることで作製できる。

【００９１】フェースプレート９６には、さらに蛍光膜
９４の導電性を高めるため、蛍光膜９４の外面側に透明
電極（不図示）を設けてもよい。前述の封着を行う際い
は、カラーの場合は各色蛍光体と電子放出素子とを対応
させる必要があり、十分な位置合わせが不可欠となる。

【００９２】図１７に示した画像形成装置は、例えば、
以下のようにして製造される。外囲器９８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^-7Ｔｏｒｒ程
度の真空度の有機物質の十分少ない雰囲気にした後、封
止が成される。外囲器９８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９８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９８
内の所定の位置（不図示）に配置されたゲーッタを加熱
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 ^-5ないしは１×１０^-7Ｔｏｒｒ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。

【００９３】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ための駆動回路の構成
例について、図２６を用いて説明する。図２６におい
て、１６１は画像表示パネル、１６２は走査回路、１６
３は制御回路、１６４はシフトレジスタである。１６５
はラインメモリ、１６６は同期信号分離回路、１６７は
変調信号発生器、ＶｘおよびＶａは直流電圧源である。

【００９４】表示パネル１６１は、端子Ｄｏｘ１ないし
Ｄｏｘｍ、端子Ｄｏｙ１ないしＤｏｙｎ、および高圧端
子Ｈｖを介して外部の電気回路と接続している。端子Ｄ
ｏｘ１ないしＤｏｘｍには、表示パネル内に設けられて
いる電子源、すなわち、Ｍ行Ｎ列の行列状にマトリクス
配線された表面伝導型電子放出素子群を一行（Ｎ素子）
ずつ順次駆動するための走査信号が印加される。

【００９５】端子Ｄｙ１ないしＤｙｎには、前記走査信
号により選択された一行の表面伝導型電子放出素子の各
素子の出力電子ビームを制御するための変調信号が印加
される。高圧端子Ｈｖには、直流電圧源Ｖａより、例え
ば１０Ｋ［Ｖ］の直流電圧が供給されるが、これは表面
伝導型電子放出素子から放出される電子ビームに蛍光体
を励起するのに十分なエネルギーを付与するための加速
電圧である。

【００９６】走査回路１６２について説明する。同回路
は、内部にＭ個のスイッチング素子を備えたもので（図
中、Ｓ１ないしＳｍで模式的に示している）ある。各ス
イッチング素子は、直流電圧源Ｖｘの出力電圧もしくは
０［Ｖ］（グランドレベル）のいずれか一方を選択し、
表示パネル１６１の端子Ｄｘ１ないしＤｘｍと電気的に
接続される。Ｓ１ないしＳｍの各スイッチング素子は、
制御回路１６３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。

【００９７】直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には表面伝
導型電子放出素子の特性（電子放出しきい値電圧）に基
づき走査されていない素子に印加される駆動電圧が電子
放出しきい値電圧以下となるような一定電圧を出力する
よう設定されている。

【００９８】制御回路１６３は、外部より入力する画像
信号に基づいて適切な表示が行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１６３は、同期信
号分離回路１６６より送られる同期信号Ｔｓｙｎｃに基
づいて、各部に対してＴｓｃａｎおよびＴｓｆｔおよび
Ｔｍｒｙの各制御信号を発生する。

【００９９】同期信号分離回路１６６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１６６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なるが、ここでは説明の便宜
上Ｔｓｙｎｃ信号として図示した。前記テレビ信号から
分離された画像の輝度信号成分は便宜上ＤＡＴＡ信号と
表した。該ＤＡＴＡ信号はシフトレジスタ１６４に入力
される。

【０１００】シフトレジスタ１６４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１６３より送られる制御信号Ｔｓｆｔに基づいて
動作する。（すなわち、制御信号Ｔｓｆｔは、シフトレ
ジスタ１６４のシフトクロックであるということもでき
る）。シリアル／パラレル変換された画像１ライン分
（電子放出素子Ｎ素子分の駆動データに相当）のデータ
は、ＩｄｌないしＩｄｎのＮ個の並列信号として前記シ
フトレジスタ１６４より出力される。

【０１０１】ラインメモリ１６５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ための記憶装置であ
り、制御回路１６３より送られる制御信号Ｔｍｒｙにし
たがって適宜ＩｄｌないしＩｄｎの内容を記憶する。記
憶された内容は、Ｉ’ｄｌないしＩ’ｄｎとして出力さ
れ、変調信号発生器１６７に入力される。

【０１０２】変調信号発生器１６７は、画像データＩ’
ｄｌないしＩ’ｄｎの各々に応じて表面伝導型電子放出
素子の各々を適切に駆動変調するための信号源であり、
その出力信号は、端子Ｄｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じて
表示パネル１６１内の表面伝導型電子放出素子に印加さ
れる。

【０１０３】前述したように、本発明を適用可能なの電
子放出素子は放出電流Ｉｅに対して以下の基本特性を有
している。すなわち、電子放出には明確なしきい値電圧
Ｖｔｈがあり、Ｖｔｈ以上の電圧を印加されたときのみ
電子放出が生じる。電子放出しきい値以上の電圧に対し
ては、素子への印加電圧の変化に応じて放出電流も変化
する。このことから、本素子にパルス状の電圧を印加す
る場合、例えば電子放出しきい値以下の電圧を印加して
も電子放出は生じないが、電子放出しきい値以上の電圧
を印加する場合には電子ビームが出力される。その際、
パルスの波高値Ｖｍを変化させることにより出力電子ビ
ームの強度を制御することが可能である。また、パルス
の幅Ｐｗを変化させることにより出力される電子ビーム
の電荷の総量を制御することが可能である。

【０１０４】したがって、入力信号に応じて、電子放出
素子を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅
変調方式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際
しては、変調信号発生器１６７として、一定長さの電圧
パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜パルス
の波高値を変調するような電圧変調方式の回路を用いる
ことができる。

【０１０５】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１６７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。

【０１０６】シフトレジスタ１６４やラインメモリ１６
５は、デジタル信号式のものをもアナログ信号式のもの
をも採用できる。画像信号のシリアル／パラレル変換や
記憶が所定の速度で行われればよいからである。

【０１０７】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路１６６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１６６の出力部にＡ／Ｄ変
換器を設ければよい。これに関連してラインメモリ１６
５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１６７に用いられる回路が若干異なった
ものとなる。すなわち、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１６７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１６７には、
例えば高速の発振器および発振器の出力する波数を計数
する計数器（カウンタ）およ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。

【０１０８】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１６７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
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。

【０１０９】このような構成をとり得る本発明を適用可
能な画像表示装置においては、各電子放出素子に、容器
外端子Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍ、Ｄｏｙ１ないしＤｏｙ
ｎを介して電圧を印加することにより、電子放出が生ず
る。高圧端子Ｈｖを介してメタルバック９５、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９４（不図示）に衝突
し、発光が生じて画像が形成される。

【０１１０】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。

【０１１１】次に、はしご型配置の電子源および画像表
示装置について図２７および図１５を用いて説明する。
（以下図２７及び図１５の符号をを参照しながら説明す
る）図２７は、はしご型配置の電子源の一例を示す模式
図である。図２７において、１１０は電子源基板、８９
は電子放出素子である。Ｃ１〜Ｃ５、Ｄｘ１〜Ｄｘ１０
は、電子放出素子８９とゲッターが積層された通電発熱
部材８８を接続するための共通配線である。電子放出素
子８９、通電発熱部材８８は、基板１１０上に、Ｘ方向
に並列に複数個配される（これを素子行と呼ぶ）。この
素子行が複数個配されて、電子源を構成している。各素
子行の共通配線間Ｄｘ１〜Ｄｘ１０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。すなわち、電子ビームを放出させたい素子行には、
電子放出しきい値以上の電圧を、電子ビームを放出しな
い素子行には、電子放出しきい値以下の電圧を印加す
る。各素子行間の共通配線Ｄｘ２〜Ｄｘ９を、例えばＤ
ｘ２，Ｄｘ３を同一配線とすることもできる。また、Ｃ
１〜Ｃ５とＤｘ１〜Ｄｘ１０間の電圧を印加すること
で、ゲッターを独立に加熱させることができる。

【０１１２】図１５は、はしご型配置の電子源を備えた
画像形成装置におけるパネルの構造の一例を示す模式図
である。１３２はグリッド電極、１３３は電子が通過す
るための空孔、１３０はＣ１，Ｃ２，・・・・Ｃｍ、Ｄ
ｏｘ１，Ｄｏｘ２，・・・Ｄｏｘｍよりなる容器外端子
である。１３１は、グリッド電極１３２と接続されたＧ
１，Ｇ２，・・・・，Ｇｎからなる容器外端子、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。

【０１１３】図１５においては、図１７、図２７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１
７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９６の
間にグリッド電極１３２を備えているか否かである。

【０１１４】図１５においては、基板１１０とフェース
プレート９６の間には、グリッド電極１３２が設けられ
ている。グリッド電極１３２は、表面伝導型電子放出素
子から放出された電子ビームを変調するものであり、は
しご型配置の素子行と直交して設けられたストライプ状
の電極に電子ビ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１３３が設けられている。グリッ
ドの形状や設置位置は図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。

【０１１５】容器外端子１３０およびグリッド容器外端
子１３１は、不図示の制御回路と電気的に接続されてい
る。

【０１１６】本例の画像形成装置では、素子行を１列ず
つ順次駆動（走査）していくのと同期してグリッド電極
列に画像の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。本発明の画像
形成装置は、テレビジョンン放送の表示装置、テレビ会
議システムやコンピュータ等の表示装置の他、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
成装置としても用いることもできる。

【０１１７】

【実施例】以下、実施例により本発明を詳しく説明す
る。

【０１１８】実施例１図３は本実施例の電子放出素子の製造方法を示す図であ
る。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３（ａ））。

【０１１９】レジスト材ＲＤ−２０００Ｎを、２５００
ｒｐｍ、４０秒スピンナー塗布し８０℃、２５分加熱し
てプリベークした（図３（ｂ））。電極間隔Ｌは２μ
ｍ、電極長さＷは５００μｍの素子電極形状に対応する
マスクを用いて密着露光し、ＲＤ−２０００Ｎ用現像液
で現像した（図３（ｃ））。１２０℃、２０分加熱して
ポストベークした。

【０１２０】電極の材料には、ニッケル金属を用いた。
抵抗加熱蒸着機を用いてニッケルを毎秒０．３ｎｍで膜
厚が１００ｎｍになるまで蒸着した（図３（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３
（ｅ））。

【０１２１】デポマスクで基板をマスクした上で、スパ
ッター装置で絶縁膜ＳｉＯ₂ ２４を膜厚６００ｎｍ製膜
を行い、次に、フォトレジストでパターン作成後、ＣＦ
₄ とＨ2 ガスを用いてＳｉＯ₂膜をドライエッチングし
た。最後に、前述と同様に通電発熱部材用のＮｉ電極２
０３をパターニングした（図４（ａ））。

【０１２２】デポジマスクを用いＩＴＯをスパッター装
置で製膜した（抵抗値１００Ω／□）。レジスト材ＡＺ
１３７０を２５００ｒｐｍ、３０秒スピンナー塗布し、
９０℃、３０分加熱しプリベークした。通電発熱部材に
対応するマスクを用いて密着露光し、現像液ＭＩＦ−３
１２で現像した。１２０℃、２０分加熱してポストベー
クした。ドライエッチングでＩＴＯ膜２１をパターニン
グした。以上のようにして、図４（ｂ）に示した構成の
素子電極、通電発熱部材を作成した。

【０１２３】次に、クロムを基板全面に５０ｎｍ蒸着し
た（図５（ａ））。

【０１２４】レジスト材ＡＺ１３７０を２５００ｒｐ
ｍ、３０秒スピンナー塗布し、９０℃、３０分加熱しプ
リベークした（図５（ｂ））。

【０１２５】ゲッター材料を塗布するパターンを有する
マスクを用いて露光し（図５（ｃ））、現像液ＭＩＦ３
１２で現像した（図５（ｄ））。１２０℃、３０分加熱
しポストベークした。

【０１２６】（ＮＨ₄）Ｃｅ（ＮＯ₃）₆／ＨＣｌＯ₄ ／
Ｈ₂Ｏ＝１７ｇ／５ｃｃ／１００ｃｃ組成の溶液に３０
秒浸漬し、クロムをエッチングした（図５（ｅ））。ア
セトン中、１０分間超音波撹拌してレジストを剥離した
（図５（ｆ））。

【０１２７】スラリー法で、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｆｅ，Ｖを主
成分として含むゲッター材料を塗布し、３００℃で焼成
後（図５（ｇ））、クロムをリフトオフして、ゲッター
層２２をＩＴＯ膜の上に作成した（図５（ｈ））。

【０１２８】次にクロムを基板全面に５０ｎｍ蒸着した
（図６（ａ））。レジスト材ＡＺ１３７０を２５００ｒ
ｐｍ、３０秒スピンナー塗布し、９０℃、３０分加熱し
プリベークした（図６（ｂ））。

【０１２９】電子源材料を塗布するパターンを有するマ
スクを用いて露光し（図６（ｃ））、現像液ＭＩＦ３１
２で現像した（図６（ｄ））。１２０℃、３０分加熱し
ポストベークした。

【０１３０】（ＮＨ₄）Ｃｅ（ＮＯ₃）₆ ／ＨＣｌＯ₄ ／
Ｈ₂Ｏ＝１７ｇ／５ｃｃ／１００ｃｃの組成の溶液に３
０秒浸漬し、クロムをエッチングした（図６（ｅ））。
アセトン中、１０分間超音波撹拌してレジストを剥離し
た（図６（ｆ））。

【０１３１】ｃｃｐ４２３０（奥野製薬（株）を８００
ｒｐｍ、３０秒スピンナー塗布し３００℃、１０分焼成
し、酸化パラジウム（ＰｄＯ）微粒子（平均粒径：７ｎ
ｍ）を主体とする微粒子状の導電性薄膜４を形成した
（図６（ｇ））。

【０１３２】クロムをリフトオフした（図６（ｈ））。

【０１３３】このパターンは、その幅（素子の幅）Ｗを
３００μｍとし、素子電極２と３のほぼ中央部に配置し
た。

【０１３４】また、この導電性薄膜４の膜厚は１０ｎ
ｍ、シート抵抗値は５×１０^-4Ω／□であった。以上の
ようにして作成された電子放出素子の構成図を図７に示
した。

【０１３５】次に、素子を図８、図９の測定評価装置に
設置し、真空ポンプにて排気し、２×１０^-7Ｔｏｒｒの
真空度に達した後、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間にそれぞれ、電圧を
印加し、通電処理（フォーミング処理）した。（図１０
（ａ），（ｂ））フォーミング処理の電圧波形を図１１
（ｂ）に示す。

【０１３６】図１１（ｂ）中、Ｔ１およびＴ２は電圧波
形のパルス幅とパルス間隔であり、本実施例ではＴ１を
１ミリ秒、Ｔ２を１０ミリ秒とし、矩形波の波高値（フ
ォーミング時のピーク電圧）は０．１Ｖステップで昇圧
し、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、Ｔ２間に抵抗測定
パルスを挿入し、抵抗を測定した。なおフォーミング処
理の終了は、抵抗測定パルスでの測定値が、約１ＭΩ以
上になったときとし、同時に、素子への電圧の印加を終
了した。それぞれの素子のフォーミング電圧ＶＦは、
５．０Ｖであった。

【０１３７】このように作成された電子放出部５は、亀
裂形状を有し、幅は約１５０ｎｍであった。以上のよう
にして作成された素子について、室温下でアセトンを約
１×１０^-4Ｔｏｒｒ導入して、素子電極間に電圧を印加
して活性化を行った。活性化での電圧波形は、パルス幅
１００マイクロ秒とパルス間隔１０ミリ秒の矩形波を用
い、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ながら行った。アセト
ンを排気した。

【０１３８】以上のようにして得られた素子の特性は、
アノード電極の電圧は１ｋＶ、アノード電極と電子放出
素子との距離Ｈは４ｍｍで測定した。また、真空度１×
１０ ^-8Ｔｏｒｒの環境下で測定を行った。素子の駆動
は、電圧が４Ｖ、パルス幅０．１ｍｓ、１００Ｈｚの矩
形波を用いた。また、ゲッターの活性化のためにＩＴＯ
膜に通電を行い、電圧５Ｖ、パルス幅０．０５ｍｓ、１
００Ｈｚの矩形波を印加した。素子駆動パルスとＩＴＯ
通電パルスは、同時に印加されないように、電圧印加の
タイミングをコントローラー２７で制御した（図１
２）。

【０１３９】素子電流は１．８ｍＡ、放出電流は１．２
μＡとなり、電子放出効率ηは０．０７％であった。ま
た、素子電流、放出電流の減少率δｆ，δｅは、それぞ
れ６３％と６４％であった。ただし、素子電流、放出電
流の減少率は、測定開始ｔ＝０から任意の時間ｔでの減
少率δｆ，δｅは、 δｆ＝Ｉｆ（ｔ＝ｔ）／Ｉｆ（ｔ＝０）×１００ δｅ＝Ｉｅ（ｔ＝ｔ）／Ｉｅ（ｔ＝０）×１００と定義した。

【０１４０】実施例２実施例１と同様の製膜手法を用いて、Ｎｉ電極２，３，
２０３，２０４、ＩＴＯ膜２１、ＳｉＯ²膜２４の順に
作成し、図１３に示した構成の電極、ゲッターを作成し
た。

【０１４１】以後の工程は、実施例１と同様に行った。
以上のようにして作成された電子放出素子の構成図を図
１４に示した。素子電流は１．５ｍＡ、放出電流は１．
２μＡとなり、電子放出効率ηは０．０８％であった。
また、素子電流、放出電流の減少率δｆ，δｅは、それ
ぞれ６２％と６１％であった。

【０１４２】比較例１実施例１で、ＩＴＯ膜パルスを印加しなかった以外は実
施例１と同様に行った。

【０１４３】素子電流は０．９ｍＡ、放出電流は０．７
μＡとなり、電子放出効率ηは０．０７８％であった。
また、素子電流、放出電流の減少率δｆ，δｅは、それ
ぞれ５２％と４６％であった。

【０１４４】実施例３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９１上に固定した後、電子源
基板１１０の上方に、電子通過孔１３３を有するグリッ
ド電極１３２を電子放出素子、ＩＴＯ膜の配線電極１２
４，１２５，１２６と直交する方向に配置した。

【０１４５】さらに電子源基板１１０の５ｍｍ上方に、
フェースプレート９６（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９２を介
し配置し、フェースプレート９６、支持枠９２、リアプ
レート９１の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中
あるいは雰囲気中で４００℃ないし５００℃で１０分以
上焼成することで封着した（図１５）。

【０１４６】またリアプレート９１への電子源基板１１
０の固定もフリットガラスで行った。図１５において８
９は電子放出素子、８８はゲッターである。蛍光膜９４
は、黒色導電材１０１と蛍光体１０２とで構成された、
ブラックストライプ配列のカラーの蛍光膜を用いた（図
１６）。先にブラックストライプを形成し、その間隙部
に各色蛍光体を塗布し、蛍光膜９４を作製した。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。

【０１４７】また、蛍光膜９４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。

【０１４８】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。以上のようにして完成
したガラス容器内の雰囲気を排気管（図示せず）を通じ
真空ポンプにて排気し、十分な真空度に達した後、容器
外端子Ｄｘ１ないしＤｘｍを通じ素子電極間に電圧を印
加し、前述のフォーミングを行い、電子放出部を形成し
た。

【０１４９】次に、ガラス容器内にアセトンを１×１０
^-4Ｔｏｒｒ導入し、容器外端子Ｄｘ１ないしＤｘｍとを
通じ素子電極間に電圧を１０分間印加し活性化工程を行
った。その後、アセトンを排気した。

【０１５０】最後に約１×１０^-6Ｔｏｒｒの真空度で、
不図示の排気管をガスバーナーで熱することで溶着し外
囲器の封止を行った。以上のように完成した本発明の画
像表示装置において、各電子放出素子には、容器外端子
Ｄｘ１ないしＤｘｍ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１３２の
電子通過孔１３３を通過した後、高圧端子Ｈｖを通じ、
メタルバック、あるいは透明電極（不図示）に印加され
た数ｋＶ以上の高圧により加速され、蛍光膜９４に衝突
し、励起・発光させる。その際、グリッド電極１３２に
情報信号に応じた電圧を容器外端子Ｇ１ないしＧｎを通
じ印加することにより、電子通過孔１３３を通過する電
子ビームを制御し画像表示するものである。

【０１５１】また、各ＩＴＯ膜には、容器外端子Ｃ１な
いしＣｍとＤｘ１ないしＤｘｍを通じ、電圧を印加する
ことにより、ゲッターを加熱することができた。電圧印
加のタイミングは、同一配線上の素子に電圧が印加され
ていないように、電圧印加タイミングを調整した。

【０１５２】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１３３を有するグリッド電極１３２
を配置することで、加速電圧として６ｋＶ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。また、表示画像は、良好なコントラストが
得られ、数時間表示させても、変化しなかった。

【０１５３】実施例４本実施例では、実施例１と同様の工程により作成された
電子源を用いた表示等に用いる画像形成装置を説明す
る。図１７は、画像形成装置の基本構成図であり、図１
６は、蛍光膜である。

【０１５４】電子源の一部の平面図を図１８に示す。ま
た、図中のＡ−Ａ’断面図を図１９に、図中のＡ−Ｂ断
面図を図２０に示す。ただし、図１８、図１９、図２０
で、同じ記号を示したものは、同じものを示す。ここで
１は基板、８２は図１７のＤｘｎに対応するＸ方向配線
（下配線とも呼ぶ）、８３は図１７のＤｙｎに対応する
Ｙ方向配線（上配線とも呼ぶ）、２００は図１７のＤｘ
ｎ’に対応するＩＴＯ膜への電圧印加のためのＸ方向配
線、４は電子放出部を含む膜膜、２，３は素子電極、１
５１は層間絶縁層、１５２は素子電極２と下配線８２と
電気的接続のためのコンタクトホールである。次に製造
方法を図２１、図２２により工程順にしたがって具体的
に説明する。

【０１５５】工程−ａ清浄化した青板ガラス上に厚さ０．５ミクロンのシリコ
ン酸化膜をスパッタ法で形成した基板１上に、真空蒸着
により厚さ５０オングストロームのＣｒ、厚さ６０００
オングストロームのＡｕを順次積層した後、ホトレジス
ト（ＡＺ１３７０ヘキスト社製）をスピンナーにより回
転塗布、ベークした後、ホトマスク像を露光、現像し
て、下配線８２のレジストパターンを形成し、Ａｕ／Ｃ
ｒ堆積膜をウェットエッチングして、所望の形状の下配
線８２，２００を形成する。

【０１５６】工程−ｂ次に厚さ１．０ミクロンのシリコン酸化膜からなる層間
絶縁層１５１をＲＦスパッタ法により堆積する。

【０１５７】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を形成する。エッチングはＣＦ₄
とＨ₂ガスを用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching) 法
によった。

【０１５８】工程−ｄその後、素子電極２と素子電極３間ギャップＧとなるべ
きパターンおよび、ＩＴＯ膜の通電用電極２０３のパタ
ーンをホトレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−４１日立化成
社製）形成し、真空蒸着法により、厚さ５０オングスト
ロームのＴｉ、厚さ１０００オングストロームの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た。素子電極間隔
Ｌ１は３ミクロンとし、素子電極の幅Ｗ１を３００ミク
ロン、を有する素子電極２，３およびＩＴＯ膜の通電用
電極２０３を形成した。素子電極２と通電発熱部材用電
極２０３間距離は１０００ミクロン、電極幅は５００ミ
クロンとした。

【０１５９】工程−ｅ素子電極３の上に上配線８３のホトレジストパターンを
形成した後、厚さ５０オングストロームのＴｉ，厚さ５
０００オングストロームのＡｕを順次真空蒸着により堆
積し、リフトオフにより不要の部分を除去して、所望の
形状の上配線８３を形成した。

【０１６０】工程−ｆ通電発熱部材に対応する位置近傍に開口部を有するデポ
マスクで、ＩＴＯ膜２０１をスパッターにより製膜した
後、ドライエッチングでパターンニングした。さらに、
ＩＴＯ膜上に開口部を有する。膜厚１０００オングスト
ロームのＣｒ膜１５３を真空蒸着により堆積・パターニ
ングした。スラリー法で、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｆｅ，Ｖを主成
分として含むゲッター材料を塗布後、３００℃で１０分
間の加熱焼成処理をした。Ｃｒ膜１５３および焼成後の
ゲッター２０２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。

【０１６１】工程−ｇ膜厚１０００オングストロームの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（ｃ
ｃｐ４２３０奥野製薬（株）社製）をスピンナーにより
回転塗布、３００℃で１０分間の加熱焼成処理をした。
また、こうして形成された主元素としてＰｄＯよりなる
微粒子からなる導電性薄膜４の膜厚は１００オングスト
ローム、シート抵抗値は５×^-4Ω／□であった。

【０１６２】工程−ｈＣｒ膜１５３および焼成後の導電性薄膜４を酸エッチン
トによりエッチングして所望のパターンを形成した。

【０１６３】工程−ｉ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５０オン
グストロームのＴｉ、厚さ５０００オングストロームの
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。以上の工程により絶縁性基板１上に下配線８２，２
００、層間絶縁層１５１、上配線８３、素子電極２，
３、導電性薄膜４等を形成した。

【０１６４】次に、以上のようにして作成した電子源を
用いて表示装置を構成した例を、図１６と図１７を用い
て説明する。以上のようにして多数の平面型表面電導電
子放出素子を作成した基板１をリアプレート９１上に固
定した後、基板１の５ｍｍ上方に、フェースプレート９
６（ガラス基板９３の内面に蛍光膜９４とメタルバック
９５が形成されて構成される）を支持枠９２を介し配置
し、フェースプレート９６、支持枠９２、リアプレート
９１の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中あるい
は窒素雰囲気中で４００℃ないし５００℃で１０分以上
焼成することで封着し、外囲器９８を作成した（図１
７）。

【０１６５】また、リアプレート９１への基板１の固定
もフリットガラスで行った。図１７において、８４は電
子放出素子、８２，８３はそれぞれＸ方向およびＹ方向
の配線である。２００は、ＩＴＯ膜に電圧を印加するた
めの配線電極、２０５は、ＩＴＯ膜とゲッターの積層体
である。

【０１６６】蛍光膜９４は、黒色導電材１０１と蛍光体
１０２とで構成された、ブラックストライプ配列のカラ
ーの蛍光膜を用いた（図１６）。先にブラックストライ
プを形成し、その間隙部に各蛍光体を塗布し、蛍光膜９
４を作製した。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。また、蛍光膜９４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外囲器９８内の
雰囲気を排気管（図示せず）を通じオイルを使用しない
真空ポンプにて×１０^-6Ｔｏｒｒまで排気した。その
後、容器外端子Ｄｘ１ないしＤｘｍとＤｙ１ないしＤｙ
ｎを通じ電子放出素子８４の電極２，３間に電圧を印加
し、電子放出部５を、導電性薄膜４を通電処理（フォー
ミング処理）することにより作成した。フォーミング処
理の電圧波形を図１１（ｂ）に示す。

【０１６９】このように作成された電子放出部５は、パ
ラジウム元素を主成分とする微粒子が分散配置された状
態となり、その微粒子の平均粒径は３０オングストロー
ムであった。

【０１７０】次に、外囲器９８内にアセトンを１×１０
^-4Ｔｏｒｒ導入し、容器外端子Ｄｘｏ１ないしＤｘｍと
ＤｙｌないしＤｙｎを通じ電子放出素子８４の電極２，
３間に電圧を１０分間印加し活性化工程を行った。その
後、アセトンを排気した。

【０１７１】次に１×１０-6Ｔｏｒｒ程度の真空度で、
１２０℃１０時間のベーキングを行った後、不図示の排
気管をガスバーナーで熱することで溶着し外囲器９８の
封止を行った。

【０１７２】以上のように完成した本発明の画像表示装
置において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄｘ１な
いしＤｘｍ，Ｄｙ１ないしＤｙｎを通じ、走査信号およ
び変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ、印加
することにより、電子放出させ、高圧端子Ｈｖを通じ、
メタルバック９に数ｋＶ以上の高圧を印加し、電子ビー
ムを加速し、蛍光膜９４に衝突させ、励起・発光させる
ことで画像を表示した。

【０１７３】また、容器外端子Ｄｘ１’ないしＤｘｍ’
を通じ、ＩＴＯ膜に通電し、ゲッターを加熱した。通電
のためのパルス印加は、素子に走査電圧が印加されてい
ないタイミングで印加した。表示画像は、良好なコント
ラストが得られ、数時間表示させても、変化しなかっ
た。

【０１７４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明者らは上記
問題点を鑑みて検討した結果、絶縁性基板上に対向して
設けられた一対の素子電極と、該素子電極間に形成され
た、電子放出部を有する導電性薄膜と、該電子放出部の
近傍に、通電発熱部材上に積層されたゲッターを有する
ことを特徴とする電子放出素子を用いることにより、長
時間駆動して電子放出量の低下が酸くない素子が得られ
るという効果がある。しかも、この素子を表示媒体に用
いた際、安定した表示特性が得られるという効果があ
る。

【０１７５】また、本発明の製造方法で得られる電子放
出素子を、画像表示装置に適用することが可能である。
実施例３ではグリッド電極を用いた画像表示装置、実施
例４では単純マトリックス配置の画像表示装置を示した
が、電子放出素子からの電子を蛍光体に衝突させる構成
であれば、どのような装置でもよい。

【０１７６】また、本発明の製造方法で得られる電子放
出素子は、この他に、電子線（ＥＢ）描画装置、記録装
置に適用することが可能である。

【０１７７】本発明の製造方法によれば、これらの装置
を簡単な工程で作成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面伝導型電子放出素子の構成を示す
斜視図

【図２】本発明に係わる基本的な表面伝導型電子放出素
子の構成を示す模式的平面図および断面図

【図３】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の素子
電極の製造方法を示す工程図

【図４】本発明実施例１の表面伝導型電子放出素子の電
極、通電発熱部材の構成を示す斜視図

【図５】本発明実施例１の表面伝導型電子放出素子のゲ
ッターの製造方法を示す工程図

【図６】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の導電
性薄膜の製造方法を示す工程図

【図７】本発明の垂直型表面伝導型電子放出素子の構成
を示す模式図

【図８】電子放出特性を測定するための測定評価装置の
概略構成図

【図９】本発明に係わる活性化工程を行う真空装置の概
略構成図

【図１０】本発明に係わる通電フォーミングの工程図

【図１１】本発明に係わる通電フォーミングの電圧波形
の例

【図１２】通電発熱部材に電圧印加するための装置の概
略構成図

【図１３】本発明実施例２の表面伝導型電子放出素子の
電極、通電発熱部材の構成を示す斜視図

【図１４】本発明実施例２の表面伝導型電子放出素子の
構成を示す斜視図

【図１５】実施例３の画像形成装置の表示パネルの概略
構成図

【図１６】蛍光膜

【図１７】実施例４の画像形成装置の表示パネルの概略
構成図

【図１８】実施例４の電子源の平面図

【図１９】実施例４の電子源の断面図

【図２０】実施例４の電子源の断面図

【図２１】実施例４の電子源製造図

【図２２】実施例４の電子源製造図（続き）

【図２３】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の構
成例を示す平面図、断面図

【図２４】本発明の表面伝導型電子放出素子についての
放出電流Ｉｅ、素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関係の一
例を示すグラフである。

【図２５】本発明の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２６】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２７】本発明の梯子配置の電子源の一例を示す模式
図である。

【図２８】従来の表面伝導型電子放出素子

【符号の説明】

１基板２，３素子基板４導電性薄膜５電子放出部７電源１０電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加するための
電源１１素子電極２，３間の導電性薄膜４を流れる素子
電流Ｉｆを測定するための電流計１２素子の電子放出部より放出される放出電流Ｉｅ
を捕捉するためのアノード電極１３アノード電極１２に電圧を印加するための高圧
電源１４素子の電子放出部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２１通電発熱部材（ＩＴＯ膜）２２ゲッター２４絶縁層（ＳｉＯ2 層）２５通電発熱部材に流れる電流を測定するための電
流計２６通電発熱部材に電圧を印加するための電源２７素子と通電発熱部材への電圧印加のタイミング
を制御するコントローラー８２Ｘ方向配線８３Ｙ方向配線８４表面伝導型電子放出素子８５結線９１リアプレート９２支持枠９３ガラス基板９４蛍光膜９５メタルバック９６フェースプレート９８外囲器１０１黒色導電材１０２蛍光体１１０電子源基板１２４配線１３２グリッド電極１３３電子が通過するための空孔１５１層間絶縁層１５２コンタクトホール１６１表示パネル１６２走査回路１６３制御回路１６４シフトレジスタ１６５ラインメモリ１６６同期信号分離回路１６７変調信号発生器ＶｘおよびＶａ直流電圧源２００ＩＴＯ膜への電圧印加のための配線２０１ＩＴＯ膜２０２ゲッター２０３ＩＴＯ膜への電圧印加のための電極２０４ＩＴＯ膜への電圧印加のための電極２０５ゲッターとＩＴＯ膜の積層体２０６ゲッター層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｊ 31/12 Ｈ０１Ｊ 31/12 Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性基板上に対向して設けられた一対
の素子電極と、該素子電極間に形成された、電子放出部
を有する導電性薄膜と、該電子放出部の近傍に、通電発
熱部材上に積層されたゲッターを有することを特徴とす
る電子放出素子。
【請求項２】ゲッターが非蒸着型であることを特徴と
する請求項１記載の電子放出素子。
【請求項３】該通電発熱部材が、素子電極と電気的に
接続されていることを特徴とする請求項１または２記載
の電子放出素子。
【請求項４】電子放出素子が表面伝導型電子放出素子
である請求項１〜３の何れか記載の電子放出素子。
【請求項５】請求項１〜４の何れか記載の電子放出素
子を用いたことを特徴とする電子源。
【請求項６】請求項１〜４の何れか記載の電子放出素
子を用いたことを特徴とする画像形成装置。