JP2000082384A - 電子放出素子、電子源及び画像形成装置並びに電子放出素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気的な耐熱温度が高い電子放出素子を提供
する。 【解決手段】 基板上に、一対の素子電極と、素子電極
間に電子放出部を有する導電性薄膜が形成された表面伝
導型電子放出素子において、導電性薄膜が白金族元素か
ら成り、基板上の少なくとも導電性薄膜と接する表面
に、ＳｉＯ₂ を主たる成分とし、かつ、酸化ビスマスを
含有した下びき膜を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面伝導型電子放
出素子、該電子放出素子を用いた電子源、該電子源を用
いた画像形成装置に関するものである。

【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。ＦＥ型の例としてはW.P.Dyke & W.
W.Dolan,“Field Emission”,Advance in Electoron Ph
ysics,8,89(1956)、あるいは、C.A.Spindt,“Physical
Properties of Thin-Film Field Emission Cathodes wi
th Molybdenium cones”,J.Apply.Phys.,47,5248(1976)
等に開示されたものが知られている。ＭＩＮ型の例とし
てはC.A.Mead,“Operation of Tunnel-Emission Device
s”,J.Apply.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型の例として
は、M.I.Elinson,Recio Eng.ElectronPhys.,10,1290(19
65)等に開示されたものがある。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 Solid Film
s”,9,317(1972)]、Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 薄膜によるも
の[M.Hartwell and C.G.Fonstad:“IEEE Trans.ED Con
f.”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。

【０００３】これらの表面伝導型電子放出素子の典型的
な例としてＭ．ハートウェルの素子構成を図１６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。尚、
図中の素子電極間隔Ｌは、０．５〜１ｍｍ、Ｗは、０．
１ｍｍに設定されている。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。即ち、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。尚、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、上述電子放出部５より電子
を放出せしめるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本出願人は、例えば特
開平７−２３５２５５号公報に開示されているように、
電子放出部を含む導電性薄膜を、素子電極とは別の適当
な材質により形成するのが好ましいことを報告してい
る。この導電性薄膜の材料としては、Ｐｄ等の白金族の
金属またはその酸化物が好ましく用いられる。しかしな
がら、水素ガス等、該導電性薄膜の凝集を促進するガス
を含む特定の雰囲気の下では、電気的な耐熱温度が４０
０℃以下になってしまい、製造工程上の制約となる場合
があった。なお、本明細書において、「電気的な耐熱温
度」とは、導電性薄膜の凝集が進行し、導通がとれなく
なる温度のことをさす。

【０００５】本発明は、電気的な耐熱温度が高い電子放
出素子を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するために鋭意検討を行って成されたものであ
り、下述する構成のものである。即ち、本発明の表面伝
導型電子放出素子は基板上に、一対の素子電極と、該素
子電極間に電子放出部を有する導電性薄膜が形成された
表面伝導型電子放出素子において、該導電性薄膜が白金
族元素から成り、前記基板上の少なくとも前記導電性薄
膜と接する表面に、ＳｉＯ₂ を主たる成分とし、かつ、
酸化ビスマス粒子を含有した下びき膜を有することを特
徴とする電子放出素子である。

【０００７】また、該導電性薄膜は、白金族元素−Ｐ
ｄ，Ｐｔ，Ｒｕが好ましいが、Ｐｄが特に好ましい。

【０００８】上記白金族化合物としては、焼成可能な錯
体または塩であれば特に制約されないが、水溶液中で安
定なアミン錯体などが好ましい。

【０００９】また、下びき膜は、ＳｉＯ₂ 膜を主たる成
分とし、内部に含まれる酸化ビスマス粒子のうち、導電
性薄膜と接する表面に存在する酸化ビスマス粒子は、導
電性薄膜に含まれる金属全体を１００ｍｏｌ％とした場
合、１〜１０ｍｏｌ％となることが、好ましい。

【００１０】更に、本発明は電子源、及び画像形成装置
を包含する。

【００１１】本発明の電子源は、入力信号に応じて電子
を放出する電子源であって、上記の電子放出素子を基体
上に複数個配置したもので、好ましくは、個々の素子の
両端を配線に接続した電子放出素子の行を複数もち、更
に、変調手段を有することを特徴とする。更に好ましく
は、基体に互いに、電気的に絶縁されたｍ本のＸ方向配
線とｎ本のＹ方向配線とに、該電子放出素子の一対の素
子電極とを接続した電子放出素子を複数個配列したこと
を特徴とするものである。

【００１２】本発明の画像形成装置は、入力信号にもと
づいて、画像を形成するものであって、少なくとも、画
像形成部材と上記の電子源より構成されたことを特徴と
するものである。

【００１３】［作用］本発明の電子放出素子の導電性微
粒子膜４と基板１との間に酸化ビスマス粒子７を含む下
びき膜６を設けることにより、電気的な耐熱温度が高く
なる。これは、Ｂｉが導電性微粒子膜と基板との間のバ
ッファー層的な機能を果たし、微粒子膜の形状を安定化
しているのではないかと推定される。この作用はＢｉの
融点の低温性（２７１．３℃）または電子配置構造（最
深項⁴ Ｓ_3/2 ）に起因しているのではないかと推定して
いる。

【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。

【００１５】本実施形態による表面伝導型電子放出素子
の基本的構成には大別して、平面型及び垂直型の２つが
ある。まず、平面型表面伝導型電子放出素子について説
明する。

【００１６】図１は、本発明の表面伝導型電子放出素子
の１例を示す模式図である（本発明の特徴を最も良く表
す図を挙げる）。図１において、１は基板、２、３は素
子電極、４は電子放出部形成材料（微粒子膜）、５は電
子放出部、６は下びき膜、７は下びき膜中に析出したＢ
ｉＯ粒子である。

【００１７】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形成したＳｉＯ₂ を積層したガラ
ス基板及び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。

【００１８】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る。これは例えば
Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃ
ｕ，Ｐｄ等の金属或は合金及びＰｄ，Ａｇ，Ａｕ，Ｒｕ
Ｏ₂ ，Ｐｄ−Ａｇ等の金属或は金属酸化物とガラス等か
ら構成される印刷導体、Ｉｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ 等の透明
導電体及びポリシリコン等の半導体導体材料等から適宜
選択することができる。

【００１９】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Ｌは、好ましく、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、数μ
ｍ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μ
ｍ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。

【００２０】尚、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。

【００２１】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るが、通常は、
０．１ｎｍの数倍から数百ｎｍの範囲とするのが好まし
く、より好ましくは１ｎｍより５０ｎｍの範囲とするの
が良い。その抵抗値は、Ｒｓが１０２から１０７Ω／□
の値である。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。

【００２２】本発明においては、導電性薄膜４を構成す
る材料は、白金族元素−Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕが好ましく、
特にＰｄが好ましい。

【００２３】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、０．１ｎｍの数倍から数百ｎｍの
範囲、好ましくは、１ｎｍから２０ｎｍの範囲である。
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。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。「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だいたい２〜３μｍ程度から１
０ｎｍ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２〜３ｎｍ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）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”（１９８１〜１
９８６）では、粒子の大きさ（径）がおよそ１〜１００
ｎｍの範囲のものを“超微粒子”（ｕｌｔｒａｆｉｎｅ
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個く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−」株
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）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０．１ｎｍの数倍から１ｎｍ程
度、上限は数μｍ程度のものを指すこととする。

【００２４】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、材料及び後述する通電フォーミング等の手
法等に依存したものとなる。電子放出部５の内部には、
０．１ｎｍの数倍から数十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及びその近傍
の導電性薄膜４には、炭素及び炭素化合物を有すること
もできる。

【００２５】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２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。

【００２６】図２においては、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。導電性薄膜４は、素子電極２
及び３と段差形成部２１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
のでない。また、段差形成部２１の表面には下びき膜６
が形成されている。図においては、下引き膜６は、段差
形成部２１の全体に形成されているが、電子放出部５を
形成する部位にあればよい。

【００２７】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３に模式的
に示す。以下、図１及び図３を参照しながら製造方法の
一例について説明する（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。）。

【００２８】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、基板上の少なくとも導電性薄膜４と
接する表面に、下びき膜６を形成する。下びき膜６の主
成分であるＳｉＯ₂ 膜は液体コーティング剤を用いて、
塗布・浸漬法あるいは溶液の液滴を付与する等という形
で形成するのが簡便である。この液体コーティング剤内
に、Ｂｉ化合物を含有する水溶液、もしくはＢｉＯを混
合したものを基板１に塗布あるいは浸漬乃至は溶液の液
滴を付与するという工程により生成する（図３
（ａ））。

【００２９】その後、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
（ｂ））。素子電極の下に下びき膜はあってもなくても
良いが、ない場合は素子電極作成後に下びき膜を形成し
ても良い。

【００３０】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、導電性薄膜４を形成する（図３
（ｃ））。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。

【００３１】つづいて、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３（ｄ））。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の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４に示す。

【００３２】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４（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４（ｂ）に示した手
法がある。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１μｓｅｃ
〜１０ｍｓｅｃ、Ｔ₂ は、１０μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ
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、矩形波など所望の波形
を採用することができる。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。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２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
を示した時、通電フォーミングを終了させる。

【００３３】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。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
応用の形態、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、ケント類、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、メンタ、エタン、プロパンなどＣｎＨ_2n+2で表さ
れる飽和炭化水素、エチレン、プロピレン、などＣｎＨ
_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、
プロピオン酸等あるいはこれらの混合物が使用できる。
この処理により、雰囲気中に存在する有機物質から、炭
素あるいは炭素化合物が素子上に堆積し、素子電流Ｉ
ｆ、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
ルス波高値などは適宜設定される。

【００３４】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、ＨＯＰＧはほぼ完全なグラファイトの結晶構造、Ｐ
Ｇ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、３
０ｎｍ以下の範囲とすることがより好ましい。

【００３５】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。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、上記の炭素及び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
質分子を排気しやすくするのが好ましい。このときの加
熱条件は、８０〜２５０℃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、１×１０^-5Ｐａ以下が好ましく、さらに１．３×１
０^-6Ｐａ以下が特に好ましい。

【００３６】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、また真空容器や基板などに吸着したＨ
₂０，０₂なども除去でき、結果として素子電流Ｉｆ、放
出電流Ｉｅが、安定する。

【００３７】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５、図６を参
照しながら説明する。

【００３８】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。図５において、５５は真空容器であり、５６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。即ち、１は電子放出素子を構成する基体
であり、２及び３は素子電極、４は導電性薄膜、５は電
子放出部である。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
性薄膜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より放出される放出電流Ｉ
ｅを捕捉するためのアノード電極である。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。

【００３９】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。排気ポンプ５６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と更に、イオンポンプ
等からなる超高真空装置系とにより構成されている。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加熱できる。従って、この真空
処理装置を用いると、前述の通電フォーミング以降の工
程も行うことができる。

【００４０】図６は、図５に示した真空処理装置を用い
て測定された放出電流Ｉｅ、素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖ
ｆの関係を模式的に示した図である。図６においては、
放出電流Ｉｅが素子電流Ｉｆに比べて著しく小さいの
で、任意単位で示している。なお、縦・横軸ともリニア
スケールである。

【００４１】図６からも明らかなように、本発明を適用
可能な表面伝導型電子放出素子は、放出電流Ｉｅに関し
て対する三つの特徴的性質を有する。

【００４２】即ち、 (i) 本素子はある電圧（しきい値電圧と呼ぶ、図７中の
Ｖｔｈ）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Ｉｅに
対する明確なしきい値電圧Ｖｔｈを持った非線形素子で
ある。

【００４３】(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。

【００４４】(iii) アノード電極５４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。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。

【００４５】図６においては、素子電流Ｉｆが素子電圧
Ｖｆに対して単調増加する（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。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。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。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、前述したとお
り(i)乃至(iii)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、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、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。

【００４６】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７を用いて説明する。図７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。
尚、表面伝導型電子放出素子７４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。

【００４７】ｍ本のＸ方向配線７２は、Ｄx1，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。配線の材料、膜厚、巾は、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）。

【００４８】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。

【００４９】表面伝導型放出素子７４を構成する一対の
電極（不図示）は、ｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ方
向配線７３と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。

【００５０】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。

【００５１】Ｘ方向配線７２には、Ｘ方向に配列した表
面伝導型放出素子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
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。

【００５２】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。

【００５３】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なうた
めの駆動回路の一例を示すブロック図である。

【００５４】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が低融点のフリット
ガラスなどを用いて、接合される。７４は、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
方向配線である。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
８８を構成しても良い。一方、フェースプレート８６、
リアプレート８１間に、スペーサーとよばれる不図示の
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。

【００５５】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
スなど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。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、光の透過及び反射が少ない材料を用いることができ
る。ガラス基板９３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８６側へ鏡面
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Ａ
ｌを真空蒸着等を用いて堆積させることで作製できる。
フェースプレート８６には、更に蛍光膜８４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。

【００５６】前述の封着を行う際には、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。

【００５７】図８に示した画像形成装置の製造方法の一
例を以下に説明する。図１１はこの工程に用いる装置の
概要を示す模式図である。画像形成装置１３１は、排気
管１３２を介して真空チャンバー１３３に接続され、さ
らにゲートバルブ１３４を介して排気装置１３５に接続
されている。真空チャンバー１３３には、内部の圧力及
び雰囲気中の各成分の分圧を測定するために、圧力計１
３６、四重極質量分析器（Ｑ−ｍａｓｓ）１３７等が取
り付けられている。画像表示装置１３１の外囲器８８内
部の圧力などを直接測定することは困難であるため、該
真空チャンバー１３３内の圧力などを測定し、処理条件
を制御する。真空チャンバー１３３には、さらに必要な
ガスを真空チャンバー内に導入して雰囲気を制御するた
め、ガス導入ライン１３８が接続されている。該ガス導
入ライン１３８の他端には導入物質源１４０が接続され
ており、導入物質がアンプルやボンベなどに入れて貯蔵
されている。ガス導入ラインの途中には、導入物質を導
入するレートを制御するためのガス導入制御装置（導入
制御手段）１３９が設けられている。ガス導入制御装置
１３９としては具体的には、スローリークバルブなど逃
す流量を制御可能なバルブや、マスフローコントローラ
ーなどが、導入物質の種類に応じて、それぞれ使用が可
能である。図１１の装置により外囲器８８の内部を排気
し、フォーミングを行う。この際、例えば図１２に示す
ように、Ｙ方向配線７３を共通電極１４１に接続し、Ｘ
方向配線７２の内の一つに接続された素子に電源１４２
によって、同時に電圧パルスを印加して、フォーミング
を行うことができる。パルスの形状や、処理の終了の判
定などの条件は、個別素子のフォーミングについての既
述の方法に準じて選択すればよい。また、複数のＸ方向
配線に、位相をずらせたパルスを順次印加（スクロー
ル）することにより、複数のＸ方向配線に接続された素
子をまとめてフォーミングすることも可能である。図中
１４３は電流測定用抵抗を、１４４は、電流測定用のオ
シロスコープを示す。フォーミング終了後、活性化工程
を行う。外囲器８８内は、十分に排気した後に有機物質
がガス導入ランイ１３８から導入される。あるいは、個
別素子の活性化方法として記述のように、まず油拡散ポ
ンプやローターポンプで排気し、これによって真空雰囲
気中に残留する有機物質を用いても良い。また、必要に
応じて有機物質以外の物質も導入される場合がある。こ
の様にして形成した、有機物質を含む雰囲気中で、各電
子放出素子に電圧を印加することにより、炭素あるいは
炭素化合物、ないし両者の混合物が電子放出部に堆積
し、電子放出量がドラスティックに上昇するのは、個別
素子の場合と同様である。このときの電圧の印加方法
は、上記フォーミングの場合と同様の結線により、一つ
の方向配線につながった素子に、同時の電圧パルスを印
加すればよい。活性化工程終了後は、個別素子の場合と
同様に、安定化工程を行うことが好ましい。外囲器８８
を加熱して、８０〜２５０℃に保持しながら、イオンポ
ンプ、ソープションポンプなどのオイルを使用しない排
気装置１３５により排気管１３２を通じて排気し、有機
物質の十分少ない雰囲気にした後、排気管をバーナーで
熱して溶解させて封じきる。外囲器８８の封止後の圧力
を維持するために、ゲッター処理を行なうこともでき
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（不図示）に配置された
ゲッターを加熱し、蒸着膜を形成する処理である。ゲッ
ターは通常はＢａ等が主成分であり、該蒸着膜の吸着作
用により、外囲器８８内の雰囲気を維持するものであ
る。

【００５８】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は画像表示表示パネルであり外囲器８８に対応す
る。１０２は走査回路、１０３は制御回路、１０４はシ
フトレジスタである。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およ
びＶａは直流電圧源である。表示パネル１０１は、端子
Ｄox1乃至Ｄoxm 、端子Ｄoy1 乃至Ｄoyn 、及び高圧端
子Ｈｖを介して外部の電気回路と接続している。端子Ｄ
ox1 乃至Ｄoxm には、表示パネル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一行（Ｎ素子）ずつ順次駆
動する為の走査信号が印加される。端子Ｄy1乃至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為の変
調信号が印加される。高圧端子Ｈｖには、直流電圧源Ｖ
ａより、例えば１０ｋＶ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。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を備えたもの
で（図中、Ｓ１乃至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０Ｖ（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。Ｓ１乃至Ｓｍの各スイッチング素子は、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。

【００５９】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。制御回路１０３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なわれるように
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Ｔｓ
ｙｎｃに基づいて、各部に対してＴｓｃａｎおよびＴｓ
ｆｔおよびＴｍｒｙの各制御信号を発生する。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
る為の回路である。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。該ＤＡＴＡ信号はシ
フトレジスタ１０４に入力される。

【００６０】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、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。

【００６１】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、Ｉ′ｄ１乃至Ｉ′ｄｎとして出力され、変調
信号発生器１０７に入力される。変調信号発生器１０７
は、画像データＩ′ｄ１乃至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為の
信号源であり、その出力信号は、端子Ｄoy1 乃至Ｄoyn
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。

【００６２】前述したように、本発明を適用可能な電子
放出素子は放出電流Ｉｅに対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しきい値電圧Ｖｔｈ
があり、Ｖｔｈ以上の電圧を印加された時のみ電子放出
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、
例えば電子放出閾値以下の電圧を印加しても電子放出は
生じないが、電子放出閾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Ｖ
ｍを変化させることにより出力電子ビームの強度を制御
することが可能である。また、パルスの幅Ｐｗを変化さ
せることにより出力される電子ビームの電荷の総量を制
御することが可能である。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、
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、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。

【００６３】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。シフトレジスタ１０４やラインメモリ１
０５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なわれれば良いからである。

【００６４】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１０
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などを付加する。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）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。

【００６５】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、例えばオペアンプなど
を用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフ
ト回路など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（ＶＯＣ）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。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 乃至Ｄoxm 、Ｄoy1 乃至Ｄoyn 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。

【００６６】次に、はしご型配置の電子源及び画像形成
装置について図１３及び図１４を用いて説明する。

【００６７】図１３は、はしご型配置の電子源の一例を
示す模式図である。図１３において、１１０は電子源基
板、７４は電子放出素子である。１１２、Ｄx1〜Ｄx10
は、電子放出素子７４を接続するための共通配線であ
る。電子放出素子７４は、基板１１０上に、Ｘ方向に並
列に複数個配されている（これを素子行と呼ぶ）。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Ｄ
x2〜Ｄx9は、例えばＤx2，Ｄx3を同一配線とすることも
できる。

【００６８】図１４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
ため空孔、１２２はＤox1 ，Ｄox2 ，…，Ｄoxm よりな
る容器外端子である。１２３は、グリッド電極１２０と
接続されたＧ１，Ｇ２，…Ｇｎからなる容器外端子、１
２４は各素子間の共通配線を同一配線とした電子源基板
である。図１４においては、図８、図１３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。図１４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、表面伝導型放出素子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、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１２１が設けられている。グリッドの形状や設置位
置は図１４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放出素子の周囲や近傍
に設けることもできる。容器外端子１２２およびグリッ
ド容器外端子１２３は、不図示の制御回路と電気的に接
続されている。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。

【００６９】ここで述べた画像形成装置の構成は、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方式な
ど他、これよりも、多数の走査線からなるＴＶ信号（例
えば、高品位ＴＶ）方式をも採用できる。

【００７０】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。

【００７１】

【実施例】以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳し
く説明するが、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。

【００７２】［実施例１］本発明にかかわる基本的な表
面伝導型電子方式素子の構成は、図１と同様である。

【００７３】以下、図１を用いて本発明に関わる素子の
基本的な構成及び製造法を説明する。

【００７４】図１において１は基板、２と３は素子電
極、４は導電性微粒子膜、５は電子放出部、６は下びき
膜、７は酸化ビスマス粒子である。

【００７５】以下、順をおって製造方法の説明を図１に
基づいて説明する。

【００７６】１）基板１として青板ガラスを用い、脱
脂、洗浄後、ＳｉＯ₂ 流体コーティング剤（東京応化工
業製ＯＣＤ）にエチレンジアミン四酢酸−ビスマス（Ｅ
ＤＴＡ−Ｂｉ錯体）水溶液を添加した溶液をスピンナー
により回転塗布した。その後４００℃で１時間焼成し、
膜厚約１０００Åの下びき膜６を形成した。

【００７７】２）基板１表面上に素子電極２，３を形成
した。素子電極の材料としては導電性を有するものであ
ればよいが、本実施例ではＴｉ／Ｎｉとし、膜厚はＴｉ
／Ｎｉ＝５／００ｎｍとした。電極間隔は５μｍとし
た。

【００７８】３）微粒子を形成したくないところに、膜
厚１００ｎｍのＣｒ膜を設け、その後ディッピング法ま
たはスピナー法で有機パラジウム（ＣＣＰ４２３０ 奥
野製薬（株）社製）をスピンナーで回転塗布、３００℃
−２０分間の加熱焼成を行った。その後エッチャントに
よりＣｒマスクを除去して所望の導電性微粒子膜４を形
成した。

【００７９】４）次に、真空容器中で素子電極２，３間
に電圧を印加し、導電性微粒子膜４を通電処理（フォー
ミング処理）することにより、電子放出部５を作製し
た。フォーミング処理の電圧波形を図４に示す。本実施
例では電圧波形のパルス幅Ｔ₁を１ミリ秒、Ｔ₂ を１０
ミリ秒とし、三角波の波高値（フォーミング時のピーク
電圧）を漸増させ、フォーミング処理は約１×１０^-6Ｔ
ｏｒｒの真空雰囲気下で行った。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
上になった時とし、同時に素子への電圧の印加を終了し
た。

【００８０】５）以上のようにして作製された素子につ
いてその電子放出特性を測定した。本電子放出素子の電
極２および３の間に素子電圧を印加し、素子電流Ｉｆ、
放出電流Ｉｅを測定したところ、Ｉｆが１ｍＡ、Ｉｅが
０．５μＡとなり、電子放出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆ（％）
は０．０５％であった。

【００８１】こうして作製した素子と、比較としてＢｉ
Ｏを含まない下びき膜を形成した素子とについて電気的
な耐熱温度測定を行った。測定はＨ₂／Ｎ₂＝２％／９８
％混合ガス中の大気圧還元雰囲気下で、素子を加熱しな
がら電気抵抗値を測定することによって行った。これら
の導電性薄膜の電気的な耐熱温度を測定した結果を図１
５に示す。

【００８２】図１５から明らかなように、温度変化によ
る電気抵抗値変化の現象としては、まず室温では還元雰
囲気によるＰｄＯ→Ｐｄの還元が進行するため、電気抵
抗値が低下する。その後、金属の温度特性による電気抵
抗値のわずかな上昇が続く。そしてある温度以上になる
と、導電性薄膜の凝集と思われる現象によって、電気抵
抗値が急激に高くなる。

【００８３】図１５より、電気抵抗値が急激に上昇しは
じめる温度を見ると、Ｂｉを添加した素子の方がその温
度が高くなった。即ち、電気的な耐熱温度が高くなって
いることが示された。

【００８４】［実施例２］実施例１と同様にして得られ
た下びき膜、及び、素子電極２，３を形成した石英基板
１上に、実施例１と同様にしてＰｔからなる導電性微粒
子膜６を形成した。

【００８５】さらに実施例１と同様なフォーミング処理
を行うことによって電子放出部５を形成した。

【００８６】こうして作製した素子と、比較としてＢｉ
Ｏを含まない下びき膜を形成した素子とについて実施例
１と同様にして、電気的な耐熱温度測定を行ったとこ
ろ、実施例１と同様の効果が得られた。

【００８７】［実施例３］実施例１と同様にして得られ
た下びき膜、及び、素子電極２，３を形成した石英基板
１上に、実施例１と同様にしてＰｔからなる導電性微粒
子膜６を形成した。さらに実施例１と同様なフォーミン
グ処理を行うことによって、電子放出が見られることを
確認した。アノード電極５４の代わりに、前述した蛍光
膜とメタルバックを有するフェースプレートを真空装置
内に配置した。こうして電子源からの電子放出を試みた
ところ、蛍光膜の一部が発光し、素子電流Ｉｅに応じて
発光の強さが変化した。こうして本素子が発光表示素子
として機能することがわかった。

【００８８】［実施例４］実施例１と同様にして得られ
た電子放出素子を複数ならべてマトリクス状に形成した
電子源に、リアプレート８１、支持枠８２、フェースプ
レート８６を接続し、真空封止して、図９に示した画像
形成装置を作製した。図１０に示した駆動回路を用い
て、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行った。

【００８９】本表示装置においては、とりわけ表面伝導
型電子放出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネ
ルの薄型化が容易なため、表示装置の奥行きを小さくす
ることができる。それに加えて、表面伝導型電子放出素
子を電子ビーム源とするディスプレイパネルは大画面化
が容易で輝度が高く、視野角特性にも優れるため、本表
示装置は臨場感にあふれ、迫力に富んだ画像を視認性良
く表示することが可能である。

【００９０】本実施例における表示装置は、ＮＴＳＣ方
式のテレビ信号に応じたテレビ画像を良好に安定して表
示することができた。

【００９１】

【発明の効果】以上説明したように、少なくとも導電性
薄膜４と接する表面に、酸化ビスマスを含む下びき膜を
有することにより、電気的な耐熱温度を高めることがで
きるために、製造工程上の制限を緩和することが可能と
なる。具体的には、素子を製造する際の安定化工程や画
像形成装置製造の際に耐熱感度付近まで真空容器を加熱
して容器内の有機物質を排気することができる。

【００９２】したがって、素子の耐熱温度によって制限
されるような温度制御や工程を省くことによる製造コス
トの低減が図られたり、ベーキング（加熱）温度の高温
化による素子特性の安定化や長寿命などの効果も奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態及び実施例による表面伝導型
電子放出素子の構成を示す模式的平面図である。

【図２】本発明の実施形態による垂直型表面伝導型電子
放出素子の構成を示す模式図である。

【図３】本発明の実施形態及び実施例による表面伝導型
電子放出素子の製造方法を示す模式図である。

【図４】本発明の実施形態及び実施例による表面伝導型
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】測定評価機能を備えた真空処理装置の一例を示
す模式図である。

【図６】本発明の実施形態及び実施例による表面伝導型
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７】本発明の実施形態及び実施例による単純マトリ
クス配置した電子源を示す模式図である。

【図８】本発明の実施形態及び実施例による画像形成装
置の表示パネルを示す模式図である。

【図９】蛍光膜一例を示す模式図である。

【図１０】画像形成装置にＮＴＳＣ方式のテレビ信号に
応じて表示を行なうための駆動回路の一例を示すブロッ
ク図である。

【図１１】本発明の実施形態による画像形成装置の製造
装置の概念図である。

【図１２】本発明の実施形態によるフォーミングのため
の装置の概念図である。

【図１３】本発明の実施形態による梯子配置の電子源の
一例を示す模式図である。

【図１４】本発明の実施形態による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１５】本発明の表面伝導型電子放出素子及び従来の
表面伝導型電子放出素子の電気的な耐熱温度の一例を示
すグラフである。

【図１６】従来の表面伝導型電子放出素子の一例を示す
模式図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２，３ 素子電極 ４ 導電性薄膜 ５ 電子放出部 ６ 下びき膜 ７ 酸化ビスマス粒子 ２１ 段差形成部 ５０ 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 ５１ 電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電
源 ５３ アノード電極５４に電圧を印加するための高圧電
源 ５４ 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 ５５ 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 ５６ 真空装置 ５７ 排気ポンプ ７１ 電子源基板 ７２ Ｘ方向配線 ７３ Ｙ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 ９３ ガラス基板 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およびＶａ 直流電圧源 １１０ 電子源基板 １１２ Ｄx1〜Ｄx10 は、前記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空孔 １２２ Ｄox1 , Ｄox2 、…Ｄoxm よりなる容器外端子 １２３ グリッド電極１２０と接続されたＧ１，Ｇ２

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に、一対の素子電極と、該素子電
   極間に電子放出部を有する導電性薄膜が形成された電子
   放出素子において、 該導電性薄膜が白金族元素から成り、 前記基板上の少なくとも前記導電性薄膜と接する表面
   に、ＳｉＯ₂ を主たる成分とし、かつ、酸化ビスマス粒
   子を含有した下びき膜を有することを特徴とする電子放
   出素子。
2. 【請求項２】 前記白金族元素がＰｄであることを特徴
   とする請求項１に記載の電子放出素子。
3. 【請求項３】 前記下びき膜内部に含まれる酸化ビスマ
   ス粒子のうち、前記導電性薄膜と接する表面に存在する
   酸化ビスマス粒子が、前記導電性薄膜に含まれる金属全
   体を１００ｍｏｌ％とした場合、１〜１０ｍｏｌ％の範
   囲であることを特徴とする請求項１または２に記載の電
   子放出素子。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
   電子放出素子を複数備え、更に、該複数の電子放出素子
   から放出される電子線を情報信号に応じて変調する変調
   手段を備えることを特徴とする電子源。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の電子源を備えることを
   特徴とする画像形成装置。
6. 【請求項６】 基板上に、一対の素子電極と、該素子電
   極間に電子放出部を有する導電性薄膜が形成された電子
   放出素子の製造方法において、 前記基板上の少なくとも導電性薄膜と接することになる
   表面に、ＳｉＯ₂ を主たる成分とし、かつ、酸化ビスマ
   ス粒子を含有した下びき膜を形成するステップを有する
   ことを特徴とする電子放出素子の製造方法。