JPH11345563A

JPH11345563A - 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: JPH11345563A
Application number: JP15086898A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Sugioka; 秀行杉岡
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-06-01
Filing date: 1998-06-01
Publication date: 1999-12-14

Abstract

(57)【要約】【課題】画像形成装置の電子ビーム源として好適な優
れた電子放出特性を有する電子放出素子を安定して得ら
れるようにする。【解決手段】素子電極２，３間に跨がる導電性膜４へ
の亀裂形成時または亀裂形成直後に、急冷手段３１から
液体３３を噴射することによって導電性膜４を冷却する
ことを特徴とする。

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。表面伝導型電子放出素子の例と
しては、Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，ＲａｄｉｏＥ
ｎｇ．ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１０，１２
９０（１９６５）等に開示されたものがある。

【０００５】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。

【０００６】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
７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。

【０００７】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。

【０００８】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。

【０００９】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）。

【００１０】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）。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来の表面伝導型電子放出素子においては、フォーミン
グ時の亀裂の制御が困難であった。すなわち、亀裂形成
時における表面拡散等による膜の凝集過程速度が温度に
対して急激な増加関数であるため、亀裂幅が所望の幅よ
り拡大するのを制御することが困難であった。このた
め、必要以上に亀裂幅が増大し、電子放出特性に優れた
電子放出素子を必ずしも得られていない。

【００１２】本発明の目的は、上記問題点を解決し、電
子放出特性の改善を図った電子放出素子を安定して得ら
れるようにすることにある。本発明の別の目的は、高輝
度で高品位画像を形成し得る画像形成装置を安定して提
供することにある。

【００１３】

【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。

【００１４】即ち、本発明の第１は、基体上に形成され
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、導電性膜への亀裂形
成時または亀裂形成直後に、該導電性膜を急冷すること
を特徴とする電子放出素子の製造方法にある。

【００１５】本発明の第１によれば、導電性膜への亀裂
形成時における表面拡散等の凝集過程を抑制・制御し、
亀裂幅が所望の幅よりも拡大するのを防止することがで
きるものである。

【００１６】上記本発明の第１は、さらにその特徴とし
て、「「前記導電性膜の急冷を、液体を該導電性膜に噴
射することによって行う」こと、「前記液体の噴射を、
該液体を急加熱し発泡させることによって行う」こと、
「前記導電性膜の急冷を、気体を該導電性膜に噴射する
ことによって行う」こと、「前記導電性膜を加熱し、該
導電性膜の凝集によって亀裂を発生させる」こと、「前
記導電性膜に亀裂が発生するのを検知し、この検知結果
に基づいて該導電性膜を急冷する」こと、「前記導電性
膜に亀裂を形成する処理操作と該導電性膜の急冷処理操
作とを、それぞれ適当な期間をおいて同期させて行う」
こと、「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、をも含むものである。

【００１７】また、本発明の第２は、上記本発明の第１
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。

【００１８】また、本発明の第３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１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。

【００１９】また、本発明の第４は、上記本発明の第３
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。

【００２０】上記本発明の第４は、さらにその特徴とし
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。

【００２１】また、本発明の第５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３の方法により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。

【００２２】さらに、本発明の第６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４の電子源であることを特徴とする画像形成装
置にある。

【００２３】

【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。

【００２４】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）は縦断面図、
図１（ｂ）は平面図である。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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】導電性膜４を構成する材料は、例えばＰ
ｄ，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、ＨｆＢ₂ ，ＺｒＢ₂ ，ＬａＢ₆ ，ＣｅＢ₆ ，ＹＢ
₄ ，ＧｄＢ₄ 等の硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，Ｔ
ａＣ，ＳｉＣ，ＷＣなどの炭化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，Ｈ
ｆＮ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。

【００３０】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間の抵抗値等を考慮して適宜設
定されるが、通常は、数Å〜数百ｎｍの範囲とするのが
好ましく、より好ましくは１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲とす
るのが良い。その抵抗値は、Ｒｓが１０² Ωから１０⁷
Ωの値であるのが好ましい。なお、Ｒｓは、幅がｗで長
さがｌの薄膜の長さ方向に測定した抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ
（ｌ／ｗ）と置いたときに現れる値である。

【００３１】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〜数百ｎｍの範囲、好ま
しくは、１ｎｍ〜２０ｎｍの範囲である。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】「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）。

【００３８】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。

【００３９】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、材料及び後述する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。また、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って形成される炭素あるいは
炭素化合物を有することもできる。

【００４０】次に、垂直型の電子放出素子について説明
する。

【００４１】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及び電子放出部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。

【００４２】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、図１に示したような電子放出素子
を例に挙げて、その製造方法の一例を説明する。

【００４３】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。

【００４４】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、前述の導電性膜の材料の金属を主元素と
する有機化合物の溶液を用いることができる。この有機
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、導電性膜４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、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。

【００４５】３）次に、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。

【００４６】本発明の最大の特徴は、このフォーミング
工程において導電性膜４に亀裂を形成する際に、導電性
膜４を急冷する点にある。本工程を図３を参照して具体
的に説明する。なお、図３において、図１に示した部位
と同一の部位には同一の符号を付しており、３１は急冷
手段、３２は急冷手段３１の駆動手段、３３は急冷手段
３１から噴射する液体、３４は通電処理用の電圧源、３
５は通電処理時の電流をモニターするための電流検出手
段であると同時に亀裂の形成を検知する亀裂検知手段で
ある。

【００４７】素子電極２，３間に通電を行うと、導電性
膜４の部位に亀裂からなる電子放出部５が形成される。
かかる亀裂は、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】導電性膜４への亀裂発生は、通電処理時の
電流をモニターすることによって検知できる（詳しくは
実施例において説明する。）。そして、この亀裂形成時
または亀裂形成直後に、急冷手段３１を駆動手段３２に
よって駆動し、急冷手段３１から液体３３を導電性膜４
に滴下し、これを急冷する。このようにして導電性膜４
を急冷することにより、導電性膜４の表面拡散等の凝集
過程を抑制・制御し、亀裂幅が所望の幅よりも拡大する
のを防止することができる。

【００４９】通電フォーミングの電圧波形の例を図４に
示す。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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のが好ましい。活性化工程と
は、この工程により、素子電流Ｉ_f 、放出電流Ｉ_e が、
著しく変化する工程である。

【００５５】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、素子
電極２，３間にパルス電圧の印加を繰り返すことで行う
ことができる。

【００５６】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
雰囲気内で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、アセ
チレンなどＣ_n Ｈ_2nやＣ_n Ｈ_2n-2等の組成式で表される
不飽和炭化水素、ベンゼン、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
活性化処理により、雰囲気中に存在する有機物質から、
炭素或は炭素化合物が素子上に堆積し、素子電流Ｉ_f ，
放出電流Ｉ_e が著しく変化するようになる。

【００５７】ここで、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２００Å程度で結晶構造がやや乱れ
たもの、ＧＣは結晶粒が２０Å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、３０ｎｍ以下の範囲とすることがより好ましい。

【００５８】活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉ_f を
測定しながら、適宜行うことができる。

【００５９】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、電子放出素子が配置された真空容器内の有機物質を
排気する工程である。真空容器を排気する真空排気装置
は、装置から発生するオイルが素子の特性に影響を与え
ないように、オイルを使用しないものを用いるのが好ま
しい。具体的には、ソープションポンプ、イオンポンプ
等の真空排気装置を挙げることが出来る。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１．３×１０^-6Ｐａ以下が好ま
しく、さらには１．３×１０^-8Ｐａ以下が特に好まし
い。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易くするのが好ましい。このと
きの加熱条件は、８０℃以上、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
１．３×１０^-6Ｐａ以下が特に好ましい。

【００６０】安定化工程を行った後の、駆動時の雰囲気
は、上記安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが好ま
しいが、これに限るものではなく、有機物質が十分除去
されていれば、真空度自体は多少低下しても十分安定な
特性を維持することが出来る。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Ｉ_f ，放出電流Ｉ
_e が安定する。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】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）。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】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。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】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、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。

【００９４】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。

【００９５】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Ｔ_scan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。

【００９６】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。

【００９７】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Ｔ_syncに基
づいて、各部に対してＴ_scan，Ｔ_sft 及びＴ_mry の各制
御信号を発生する。

【００９８】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Ｔ_sync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１０４に
入力される。

【００９９】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Ｔ_sft に基づいて動
作する（即ち、制御信号Ｔ_sft は、シフトレジスタ１０
４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１
０４より出力される。

【０１００】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Ｔ_mry に従っ
て適宜Ｉ_di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。

【０１０１】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。

【０１０２】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。

【０１０３】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。

【０１０４】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。

【０１０５】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。

【０１０６】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。

【０１０７】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。

【０１０８】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。

【０１０９】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。

【０１１０】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。

【０１１１】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。

【０１１２】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。

【０１１３】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。

【０１１４】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。

【０１１５】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。

【０１１６】

【実施例】以下、具体的な実施例を挙げて本発明を説明
するが、本発明はこれらの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。

【０１１７】［実施例１］本実施例は、電子放出素子の
製造工程における導電性膜への亀裂形成時に、導電性膜
の冷却に液体を用いるものである。

【０１１８】具体的には、図３に示したように、急冷手
段３１として、液体３３を噴射する急冷手段を用いるこ
とにより、導電性膜４に発生する亀裂部の温度が局部的
に高いような場合にも、この高温部に液体３３が接触し
突発的な蒸発が起きる際に液体３３の蒸発に必要な潜熱
を奪う効果により、効果的に冷却できる。

【０１１９】ここで、液体３３としては、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の有機物または、
その混合液や水または有機物または無機物を含む水溶液
等を用いることができる。

【０１２０】図１３は、素子電極２，３を介して単発パ
ルスを導電性膜４に印加した時に、亀裂検知手段３５で
検知される素子電流Ｉ_f の時間応答を模式的に示した図
である。

【０１２１】図１３中、１３１は導電性膜４の凝集変化
による表面被覆率の低下を反映した抵抗の増大の始期を
示すものであり、亀裂形成の兆候を示す電流変化とし
て、亀裂発生の検出に利用できる。すなわち、亀裂検出
手段３５は、例えば、素子電流Ｉ_f の減少を検知し、こ
の検知結果に基づきトリガー信号を駆動手段３２に送り
冷却手段３１を駆動することによって、亀裂形成直後に
導電性膜４を急冷することができる。

【０１２２】また、図１３中、１３２は電流が急増する
始期を示すものであり、例えば導電性膜４としてＰｄＯ
等の酸化物を用いた場合に、導電性膜が金属に還元され
ることによって抵抗率が低下することが顕著に見られる
電流増加部であり、これも亀裂形成の兆候を示す電流変
化として、亀裂発生の検出に利用できる。すなわち、亀
裂検出手段３５は、例えば、ある適当な期間における素
子電流Ｉ_f の急激な増加を検知し、この検知結果に基づ
きトリガー信号を駆動手段３２に送り冷却手段３１を駆
動することによって、亀裂形成直後に導電性膜４を急冷
することができる。

【０１２３】導電性膜４の冷却に液体を用いる別の急冷
手段の実施例を、図１４に示す。図１４は、細管１４１
とその内壁に配置したヒーター１４２を有し、このヒー
ター１４２で細管１４１内の液体１４３を急加熱し、発
泡させることにより、液体１４３を管外へ噴射する急冷
手段３１の例であり、同図において、１４４は液体１４
３の急加熱によって発生する気泡であり、１４５はヒー
ター１４２の駆動手段であり、１４６は液体を保持する
タンクであり、１４７は液体を細管１４１に供給する供
給管である。

【０１２４】いま、図３において、基板１をガラス基
板、素子電極２，３の材料を白金（Ｐｔ）とし、電極の
厚さを１００ｎｍ、電極幅を１００μｍ、導電性膜４の
材料を酸化パラジウム（ＰｄＯ）、その厚さを１０ｎｍ
とし、液体３３を水とするとき、電圧源３４を用いて、
例えばパルス高１０Ｖ、パルス幅５ｍｓｅｃの矩形パル
スを素子電極２，３間に印加すると、約１ｍｓｅｃ後に
図１３の１３１に相当する電流ピークが亀裂検知手段３
５によって検出でき、トリガーパルスを図１４に示した
急冷手段３１の駆動手段（図３中の駆動手段３２）に送
り、急冷手段３１を駆動し細管１４１内の液体１４２を
発泡（１４４）させることにより、水の液滴を亀裂部５
に噴射し、導電性膜４全体の温度を急激に低下させるこ
とができる。

【０１２５】ここで、亀裂形成時に亀裂幅を増加させて
しまう要因となる表面拡散等による膜の凝集過程速度
が、温度に対して急激な増加関数であるために、膜の温
度の低下によって、膜の凝集速度が急激に抑制される。

【０１２６】例えば、表面拡散に対する拡散係数Ｄは次
に示すアレニウス型、Ｄ ∝ ｅｘｐ（−ΔＥ／Ｔ）で表わされ、温度の上昇に対して、指数関数的に増加す
る。ここで、ΔＥは表面拡散に対する活性化エネルギー
である。すなわち、亀裂形成直後に膜の温度が低下する
と、表面拡散等による膜の凝集速度が急激に抑制され、
電子放出素子にとって、好ましくない亀裂幅の増大を抑
制できる。

【０１２７】［比較例］実施例１とほぼ同じ条件で、急
冷手段３１を駆動しない場合には、図１３の１３１に相
当する電流ピークが亀裂検知手段３５によって検出さ
れ、その後、電流値が低下し、膜が電気的に切れた状態
になるが、膜の温度はしばらく保持され、その間に亀裂
部の凝集が進行してしまう。

【０１２８】本発明による実施例１の素子及び比較例の
素子の素子特性を、図５の測定評価系にて測定したとこ
ろ、本発明の素子では素子電流Ｉ_f 、放出電流Ｉ_e は、
それぞれ２ｍＡ、１．８μＡであった。一方、比較例の
素子では素子電流Ｉ_f 、放出電流Ｉ_e は、それぞれ０．
９ｍＡ、０．０７μＡであった。このように、電子放出
部の作成方法に依存して、本発明の素子では、素子特性
が改善されていることがわかる。

【０１２９】［実施例２］本実施例は、電子放出素子の
製造工程における導電性膜への亀裂形成時に、導電性膜
の冷却に気体を用いるものである。

【０１３０】図１５は実施例２の特徴をよく表わす図で
ある。ここで、実施例２は気体１５３を噴射することを
特徴とする急冷手段３１’を用いること、及び、加熱手
段１５１を有し、該加熱手段１５１により導電性膜４を
加熱し、膜の凝集によって発生する亀裂を検知手段３５
で検知して急冷することを除いては、実施例１と同様で
ある。

【０１３１】気体１５３を噴射する急冷手段３１’は、
例えば加熱気体と電磁弁を有するノズルから構成され、
亀裂検知手段３５から送られるトリガー信号により、駆
動回路３２によって該ノズルの電磁弁が開放状態にさ
れ、気体１５３を亀裂部５に発射し、亀裂部を冷却す
る。

【０１３２】ここで、気体１５３としては、空気また
は、乾燥空気、あるいは、Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘ
ｅ等の不活性ガス、あるいは窒素ガス等、多種の材料を
用いることができる。

【０１３３】また、１５２は加熱手段であるところのヒ
ーター付き加熱プレート１５１を駆動する手段であり、
急冷手段３１’の駆動と同期して停止するものであり、
通電処理用の電圧源３４はここでは電流をモニターする
ために微小電圧を印加する手段として使われる。

【０１３４】今、例えば、微小電圧０．１Ｖを電圧源３
４により、素子電極２，３間に印加し、この時の素子電
流を亀裂検知手段３５でモニターしながら、加熱プレー
ト１５１を室温から２００℃〜３００℃程度の温度に上
昇させると、導電性膜４の凝集が徐々に進行し、表面の
被覆率の低下に伴って、膜の抵抗が増加することに対応
して電流が減少し、これを亀裂検知手段３５が検出しト
リガーパルスを急冷装置駆動回路３２に送り、急冷手段
３１’を駆動し、気体１５３を亀裂部５に噴射するとと
もに、加熱手段駆動回路１５２により加熱プレート１５
１の加熱を停止し、膜全体の温度を低下させることによ
り、表面拡散による薄膜形状の変化を抑制する。

【０１３５】ここでは、表面拡散による凝集により、導
電性膜４全体の被覆率を均一に低下させることにより亀
裂を形成させるため、亀裂幅が特定のところばかり広が
ることが防止できると同時に、急冷によって、亀裂形成
後に、膜の凝集が進行し、亀裂形成が変化することを抑
制できる。

【０１３６】なお、急冷手段として、実施例１の液体噴
射による急冷手段３１を用い、本実施例で用いた加熱手
段１５１（図１５参照）により、導電性膜４を加熱し、
膜の凝集によって発生する亀裂を検知手段３５で検知し
て、急冷してもよい。

【０１３７】［実施例３］図１６は実施例３の特徴をよ
く表わす図である。

【０１３８】実施例３は、亀裂形成に関する処理操作、
例えば、通電処理や加熱処理操作と急冷手段３１の駆動
をそれぞれ適当な期間をおいて同期させて駆動し、導電
性膜４の亀裂形成時または亀裂形成直後に急冷手段３１
を用いて急冷することを除いて実施例１及び実施例２と
同様である。

【０１３９】同図で、１６１は亀裂形成に関する処理操
作と急冷手段３１の駆動をそれぞれ適当な期間ΔＴをお
いて同期させて駆動するトリガー発生装置であり、急冷
手段３１の駆動回路３２に送られるトリガー信号は、電
圧源３４に送られるトリガー信号に比べて、ある適当な
期間ΔＴだけ遅れて発生させられる。

【０１４０】ここで、期間ΔＴを適当に選ぶことによ
り、導電性膜４の亀裂形成時または亀裂形成直後に急冷
することができ、亀裂形成後の膜の凝集を抑制し亀裂幅
が所望の幅より拡大するのを防止できると同時に、亀裂
発生検知前に急冷手段３１の駆動準備ができるため、急
冷手段３１の駆動準備期間が長い場合にも亀裂形成直後
の極めて近い期間に急冷できる効果がある。

【０１４１】

【発明の効果】以上説明した如く、導電性膜の亀裂形成
時または亀裂形成直後に急冷することにより、亀裂形成
後の表面拡散等による膜の凝集変化を抑制し亀裂幅が所
望の幅より拡大するのを防止でき、電子放出特性の改善
効果がある。

【０１４２】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改善が図られる。更に、
かかる電子源を用いた画像形成装置においては、高輝度
で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】本発明に係る平面型の電子放出素子の一例を示
す模式図である。

【図２】本発明に係る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
めの模式図である。

【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】本発明に係る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】本発明の実施例１における亀裂形成時の導電
性膜の電流応答の模式図である。

【図１４】本発明の実施例１に関連する液体噴射型急冷
装置の概略図である。

【図１５】本発明の実施例２における急冷装置の概略図
である。

【図１６】本発明の実施例３における急冷装置の概略図
である。

【図１７】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亀裂を含む電子放出部２１段差形成部材３１，３１’ 急冷手段３２急冷手段の駆動回路３３液体３４電圧源３５亀裂検知手段５０素子電流Ｉ_f を測定するための電流計５１電子放出素子に素子電圧Ｖ_f 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Ｉ_e 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１３１第１の亀裂形成情報１３２第２の亀裂形成情報１４１細管１４２ヒーター１４３液体１４４発泡１４５ヒーターの駆動回路１４６液体保持タンク１４７供給管１５１加熱手段１５２加熱手段の駆動回路１５３気体１６１トリガー発生回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上に形成さ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、導電性膜への亀裂形成時または亀裂形成直後に、該導電
性膜を急冷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】前記導電性膜の急冷を、液体を該導電性
膜に噴射することによって行う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】前記液体の噴射を、該液体を急加熱し発
泡させることによって行う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】前記導電性膜の急冷を、気体を該導電性
膜に噴射することによって行う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５】前記導電性膜を加熱し、該導電性膜の凝
集によって亀裂を発生させることを特徴とする請求項１
〜４のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項６】前記導電性膜に亀裂が発生するのを検知
し、この検知結果に基づいて該導電性膜を急冷すること
を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電子放出
素子の製造方法。
【請求項７】前記導電性膜に亀裂を形成する処理操作
と該導電性膜の急冷処理操作とを、それぞれ適当な期間
をおいて同期させて行うことを特徴とする請求項１〜５
のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項８】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１〜７のいずれか
に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項９】請求項１〜８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１０】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１〜８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１１】請求項１０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１２】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１１に記
載の電子源。
【請求項１３】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１１に記載の電
子源。
【請求項１４】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１０に記載の
方法により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１５】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１１〜１３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。