JP2000021291A

JP2000021291A - 電子放出素子、それを用いた電子源及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2000021291A
Application number: JP18798098A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Ishizaki; 明美石崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-07-03
Filing date: 1998-07-03
Publication date: 2000-01-21

Abstract

(57)【要約】【課題】高密度に配置可能で電子放出効率が高く、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
提供する。【解決手段】渦巻き形状を有する一対の素子電極２，
３の渦巻き部分２ａ，３ａが互いに隣接して配置されて
おり、この渦巻き部分２ａ，３ａを覆って設けられた導
電性膜４に渦巻き状の電子放出部５が形成されているこ
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
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。

【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】表面伝導型電子放出素
子を例えば画像形成装置に適用する場合、明るい画像を
表示するために、個々の表面伝導型電子放出素子が充分
な電子を放出することが必要であり、そのための手段と
しては各画素に対応する電子放出部の数あるいは面積
（長さ）を増すことによって、放出電流Ｉ_e を増加させ
ることが考えられる。

【００１３】しかしながら、単純に各素子を大きくする
と画素が荒くなってしまうため、限られた面積の中で電
子放出部を増やす工夫が必要である。

【００１４】本発明の目的は、小さな素子面積の中で大
きな（長い）電子放出部を効率良く確保し、より大きな
放出電流が得られる電子放出素子を提供することにあ
る。

【００１５】また本発明の目的は、上記のような電子放
出素子を用いた電子源及び高輝度・高品位な画像形成装
置を提供することにある。

【００１６】

【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。

【００１７】即ち、本発明の第１は、一対の電極間に、
電子放出部が形成された導電性膜を有する電子放出素子
において、上記一対の電極が渦巻き状の形状を有し、双
方の渦巻き部分が互いに隣接し合うことを特徴とする電
子放出素子にある。

【００１８】上記本発明の第１は、さらにその特徴とし
て、「前記一対の電極の渦巻き部分の間のピッチが、５
μｍ〜１００μｍの範囲内である」こと、「表面伝導型
電子放出素子である」こと、を含む。

【００１９】また、本発明の第２は、入力信号に応じて
電子を放出する電子源であって、基体上に、上記本発明
の第１の電子放出素子を複数配置したことを特徴とする
電子源にある。

【００２０】上記本発明の第２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、を含む。

【００２１】また、本発明の第３は、入力信号に基づい
て画像を形成する装置であって、少なくとも、上記本発
明の第２の電子源と、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こと
を特徴とする画像形成装置にある。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の電子放出素子の
一構成例を模式的に示した平面図である。図１におい
て、１は絶縁性基板、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。

【００２３】図１に示されるように本発明の電子放出素
子においては、一対の素子電極２，３が渦巻き状の形状
を有し、双方の渦巻き部分（２ａ及び３ａ）が互いに隣
接し合っている。なお、渦巻き部分２ａ，３ａの形状は
特に限定するものではなく、図１のような矩形状のもの
の他にも、円形、楕円形、多角形等、任意の形状とする
ことができる。

【００２４】本発明の電子放出素子の第一の効果とし
て、従来の表面伝導型電子放出素子（図１７）に比べ
て、同一の素子面積における電子放出部５の長さをより
長くすることが挙げられる。従って、本発明の電子放出
素子の多数を面状に配置した電子源を画像形成装置の電
子ビーム源として適用した場合には、画素を大きくする
ことなく輝度を向上することが可能になる。また、同程
度の輝度を得るために単位長さ当たりの電子放出部から
の電子放出量を小さく抑えることができるため、素子の
劣化を抑制できる。

【００２５】また、本発明の電子放出素子の第二の効果
として、渦巻き部分２ａ，３ａの外周の極性を選択する
ことにより、電子放出に関し次のような特徴をもたせる
ことができる。すなわち、渦巻き部分２ａ，３ａの外周
に配置される電極の極性を正とした場合には、極性が負
の場合と比べ、放出した電子が発散する傾向を持つが、
高い輝度を有する。これに対して、渦巻き部分２ａ，３
ａの外周に配置される電極の極性を負とした場合には、
放出電子の輝度はやや低下するものの、渦巻き部分の中
心軸方向から電子の軌道が発散することを抑える効果を
持つ。これらいずれの渦巻き電極構造を選択するかは、
目的により自由に決定することとなるが、いずれの渦巻
き電極構造を選択した場合でも共通する利点として挙げ
られる点は、電極を渦巻き状に形成することで、画素を
大きくすることなく、対称性の非常に優れたビームスポ
ットを、高密度に形成できることである。従って、本発
明の電子放出素子を用いることにより、より高輝度・高
品位画質な画像を形成できる。

【００２６】以下、本発明の実施態様を具体的に説明す
る。

【００２７】絶縁性基板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。

【００２８】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。

【００２９】素子電極２，３の渦巻き部分２ａ，３ａの
幅をそれぞれｄ１，ｄ２、これらの間隔をＤ、渦巻きの
巻き数をＮとすると、これらの値は応用される形態等を
考慮して、適宜設計される。上記ｄ１及びｄ２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
る。上記Ｄ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。巻き数Ｎは、少なくとも１以上、好ま
しくは２以上とする。

【００３０】導電性膜４を構成する材料としては、例え
ばＰｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，
Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属、Ｐ
ｄＯ，ＳｎＯ₂ ，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ，ＰｂＯ，Ｓｂ₂ Ｏ₃ 等の
酸化物導電体、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
ン等が挙げられる。

【００３１】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ｄ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、
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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】「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）。

【００３９】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。

【００４０】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
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、炭素及び炭素化合物を有することもできる。

【００４１】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２に基づいて説明す
る。尚、図２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。

【００４２】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上に渦巻き部分２ａ及び３ａを有す
る素子電極２及び３を形成する（図２（ａ））。

【００４３】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４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（図２
（ｂ））。ここでは、有機金属溶液の塗布法を挙げて説
明したが、導電性膜４の形成法はこれに限られるもので
はなく、真空蒸着法、スパッタ法、化学的気相堆積法、
分散塗布法、ディッピング法、スピンナー法等を用いる
こともできる。

【００４４】３）続いて、フォーミング工程を施す。こ
のフォーミング工程の方法の一例として通電処理による
方法を説明する。素子電極２，３間に、不図示の電源よ
り通電すると、導電性膜４の部位に、構造の変化した電
子放出部５が形成される（図２（ｃ））。本発明の電子
放出素子では、素子電極２，３の渦巻き部分２ａ，３ａ
に挟まれた部分に連続して渦巻き状の電子放出部が形成
される。

【００４５】通電フォーミングの電圧波形の例を図３に
示す。

【００４６】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３（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３（ｂ）に示した手法
がある。

【００４７】まず、パルス波高値を定電圧とした場合に
ついて図３（ａ）で説明する。図３（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。

【００４８】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３（ｂ）で説明する。
図３（ｂ）におけるＴ₁ 及びＴ₂ は、図３（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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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間にパルスの印加を繰り返すことで行うこと
ができ、この処理により、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。

【００５２】活性化工程における有機物質のガスを含有
する雰囲気は、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、オ
イルを使用しないイオンポンプなどにより一旦十分に排
気した真空中に適当な有機物質のガスを導入することに
よっても得られる。このときの好ましい有機物質のガス
圧は、前述の素子の形態、真空容器の形状や、有機物質
の種類などにより異なるため、場合に応じ適宜設定され
る。適当な有機物質としては、アルカン、アルケン、ア
ルキンの脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、アルコ
ール類、アルデヒド類、ケトン類、アミン類、フェノー
ル、カルボン、スルホン酸等の有機酸類等を挙げること
が出来、具体的には、メタン、エタン、プロパンなどＣ
_n Ｈ_2n+2で表される飽和炭化水素、エチレン、プロピレ
ンなどＣ_n Ｈ_2n等の組成式で表される不飽和炭化水素、
ベンゼン、トルエン、メタノール、エタノール、ホルム
アルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、メチルエチ
ルケトン、メチルアミン、エチルアミン、フェノール、
蟻酸、酢酸、プロピオン酸等が使用できる。

【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Ｉ_f ，放出電流Ｉ_e が、著しく変化するように
なる。

【００５４】炭素あるいは炭素化合物とは、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、Ｐ
Ｇは結晶粒が２０ｎｍ程度で結晶構造がやや乱れたも
の、ＧＣは結晶粒が２ｎｍ程度になり結晶構造の乱れが
さらに大きくなったものを指す。）、非晶質カーボン
（アモルファスカーボン及び、アモルファスカーボンと
前記グラファイトの微結晶の混合物を指す。）であり、
その膜厚は、５０ｎｍ以下の範囲とするのが好ましく、
３０ｎｍ以下の範囲とすることがより好ましい。

【００５５】活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉ_f と
放出電流Ｉ_e を測定しながら、適宜行うことができる。

【００５６】５）このような工程を経て得られた電子放
出素子は、安定化工程を行うことが好ましい。この工程
は、真空容器内の有機物質を排気する工程である。真空
容器を排気する真空排気装置は、装置から発生するオイ
ルが素子の特性に影響を与えないように、オイルを使用
しないものを用いるのが好ましい。具体的には、ソープ
ションポンプ、イオンポンプ等の真空排気装置を挙げる
ことが出来る。

【００５７】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１０
^-6Ｐａ以下が好ましく、さらには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、１０^-5Ｐａ以下が好ましく、さら
には１０^-6Ｐａ以下が特に好ましい。

【００５８】安定化工程を行った後の、駆動時の雰囲気
は、上記安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが好ま
しいが、これに限るものではなく、有機物質が十分除去
されていれば、圧力自体は多少上昇しても十分安定な特
性を維持することが出来る。このような真空雰囲気を採
用することにより、新たな炭素あるいは炭素化合物の堆
積を抑制でき、結果として素子電流Ｉ_f ，放出電流Ｉ_e
が、安定する。

【００５９】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４及び図５を参照しな
がら説明する。

【００６０】図４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４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。

【００６１】図４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Ｖ_f 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Ｉ_f 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Ｉ_e を捕捉
するためのアノード電極、５３はアノード電極５４に電
圧を印加するための高圧電源、５２は電子放出部５より
放出される放出電流Ｉ_e を測定するための電流計であ
る。一例として、アノード電極５４の電圧を１ｋＶ〜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。

【００６２】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。

【００６３】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。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。

【００６４】図５は、図４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５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。

【００６５】図５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。

【００６６】即ち、第１に、本素子はある電圧（閾値電
圧と呼ぶ；図５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。

【００６７】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。

【００６８】第３に、アノード電極５４（図４参照）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。

【００６９】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。

【００７０】図５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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】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６を
用いて説明する。図６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。

【００７５】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）。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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７と図８及び
図９を用いて説明する。図７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８は、図７の画像形
成装置に使用される蛍光膜の模式図である。図９は、Ｎ
ＴＳＣ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。

【００８２】図７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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】図８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８（ａ））あるいはブ
ラックマトリクス（図８（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。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】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。

【００８９】図７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。

【００９０】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。

【００９１】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９を用いて説明する。図９において、１０
１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。

【００９２】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。

【００９３】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。

【００９４】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。

【００９５】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。

【００９６】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。

【００９７】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。

【００９８】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_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。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】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。

【０１０２】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。

【０１０３】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。

【０１０４】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。

【０１０５】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。

【０１０６】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。

【０１０７】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１０及び図１１を用いて説明す
る。

【０１０８】図１０は、梯子型配置の電子源の一例を示
す模式図である。図１０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。

【０１０９】図１１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１１においては、図７、図１０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
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８６の
間にグリッド電極１２０を備えているか否かである。

【０１１０】図１１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１１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。

【０１１１】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。

【０１１２】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。

【０１１３】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。

【０１１４】

【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も包含する。

【０１１５】［実施例１］本実施例に係る表面伝導型電
子放出素子の構成は、図１と同様である。図１におい
て、１は絶縁性基板、２と３は素子電極、２ａと３ａは
素子電極の渦巻き部分、４は導電性膜、５は電子放出部
である。

【０１１６】本実施例に係る表面伝導型電子放出素子の
作製工程は、基本的には図２と同様であり、以下、図１
及び図２を用いて本実施例の作製工程を説明する。

【０１１７】１）石英ガラス基板１を用意し、これを有
機溶剤により充分に洗浄後、基板面上にＰｔからなる素
子電極２，３を形成した。ここで正および負の素子電極
２，３の渦巻き部分２ａ，３ａの幅ｄ１，ｄ２およびこ
れらの間隔Ｄは等しく２０μｍとし、渦巻きの巻き数Ｎ
は３とした（図２（ａ））。

【０１１８】２）次に、Ｐｄをスパッタしてから大気中
において３００℃で加熱して酸化させた後に、フォトリ
ソ、ドライエッチによって、素子電極２，３の渦巻き部
２ａ，３ａ全体を覆う導電性膜４を形成した（図２
（ｂ））。

【０１１９】３）次に、真空容器中で素子電極２，３の
間に電圧を印加し、導電性膜４を通電処理（フォーミン
グ処理）した。フォーミングの電圧波形は三角波を用
い、パルス幅Ｔ₁ を１ｍｓｅｃ．、パルス間隔Ｔ₂ を１
０ｍｓｅｃ．とし、三角波の波高値（フォーミング時の
ピーク電圧）は５Ｖとし、約１．３×１０^-4Ｐａの真空
雰囲気下で６０秒間行った。その結果、素子電極２，３
の渦巻き部分２ａ，３ａ間の領域の導電性膜４の部位に
連続して渦巻き状の電子放出部５が形成された（図２
（ｃ））。

【０１２０】４）次に、真空容器中にアセトンを１．３
×１０^-1Ｐａ導入し、活性化を行った。活性化時の素子
電圧は、１５Ｖ矩形パルスで、パルス幅を１ｍｓｅ
ｃ．、パルス間隔を１０ｍｓｅｃ．とし、３０分間行っ
た。

【０１２１】以上のようにして作成された素子につい
て、その電子放出特性を図４の構成の測定評価装置によ
り測定した。なお、アノード電極５４は蛍光スクリーン
も兼ねており、導電性ガラスの内側に蛍光体を塗布した
構造を持つ。そのため、該ガラス板を通じて真空外から
電子ビームによるスポットをスクリーン上において観察
できる。

【０１２２】本実施例では、アノード電極５４と電子放
出素子間の距離を４ｍｍ、アノード電極５４の電位を１
ｋＶ、電子放出特性測定時の真空容器５５内の真空度を
１．３×１０^-4Ｐａとした。本電子放出素子の素子電極
２，３間に素子電圧を印加し、その時に流れる素子電流
Ｉ_f 及び放出電流Ｉ_e を測定したところ、素子電圧７Ｖ
程度から急激に素子電流Ｉ_f 、放出電流Ｉ_e が増加し、
素子電圧１４Ｖでは素子電流Ｉ_f が５．２ｍＡ、放出電
流Ｉ_e が５．４μＡとなり、電子放出効率η＝Ｉ_e ／Ｉ
_f （％）は０．１％であった。また、スクリーン上のビ
ームスポットを実体顕微鏡により拡大観察した結果、そ
の形状は、楕円形であり、該楕円内部において輝度ムラ
はほとんどなく、全体に強い輝度を有していた。次に同
様な方法で２０素子を作製し、素子ごとの電子放出特性
のばらつきを測定したところ、Ｉ_f およびＩ_e のばらつ
きは５％以内であった。

【０１２３】［実施例２］素子電極の形状以外は実施例
１とまったく同様な方法により、表面伝導型電子放出素
子を作製した。素子電極の形状は、ｄ１＝Ｄ＝２０μ
ｍ、ｄ２＝１０μｍ、巻き数Ｎ＝３とした（不図示）。
実施例１と同様に素子特性の測定を行った結果、素子電
圧１４Ｖでは素子電流Ｉ_f が５．３ｍＡ、放出電流Ｉ_e
が１１．２μＡとなり、電子放出効率η＝Ｉ_e ／Ｉ_f
（％）は０．２％であった。

【０１２４】また、スクリーン上のビームスポットを実
体顕微鏡により拡大観察した結果、その形状は、楕円形
であり、該楕円内部において輝度ムラはほとんどなく、
全体に強い輝度を有していた。また、電子ビームスポッ
トの輝度は実施例１より高かった。

【０１２５】［実施例３］本実施例では図１２に示すよ
うに、素子電極２，３の渦巻き部分２ａ，３ａの形状を
円形状の渦巻き形状とし、ｄ１＝ｄ２＝Ｄ＝２０μｍ、
巻き数Ｎ＝３とした。

【０１２６】導電性膜４は、インクジェット方式を用い
て、導電性材料からなる液滴を付与し、導電性膜４を形
成した。

【０１２７】インクジェット方式を用いた導電性膜４の
形成方法は、ジメチルスルホキシド４０重量％の水溶液
を調製し、これに酢酸パラジウムをパラジウム重量濃度
０．４％となるように溶解して暗赤色の溶液を得た後
に、この液の一部を別容器にとり減圧して赤褐色のペー
ストとなるまで溶媒を蒸発させたものを、バブルジェッ
ト方式のインクジェット装置によって、図１２（ｂ）に
示すように素子電極２，３の渦巻き部分２ａ，３ａ全体
を覆うように付与した後に、８０℃で２分乾燥させ、次
に３５０℃で１２分焼成して主として酸化パラジウムか
らなる膜厚１５０Åの導電性膜４を形成した。

【０１２８】その後、実施例１と同様に通電処理（フォ
ーミング処理）を施し、電子放出部５を形成し（図１２
（ｃ））、更に実施例１と同様に活性化処理を行った。

【０１２９】以上のようにして作製した電子放出素子の
素子特性を実施例１と同様に測定した結果、素子電圧１
４Ｖでは素子電流Ｉ_f が６．２ｍＡ、放出電流Ｉ_e が
７．４μＡとなり、電子放出効率η＝Ｉ_e ／Ｉ_f （％）
は０．１２％であった。また、スクリーン上のビームス
ポットを実体顕微鏡により拡大観察した結果、その形状
は、円形であり、該円内部において輝度ムラはほとんど
なく、全体に強い輝度を有していた。次に同様な方法で
２０素子を作製し、素子ごとのばらつきを測定したとこ
ろ、Ｉ_f およびＩ_e のばらつきは３％以内でありバラツ
キが少なかった。

【０１３０】［実施例４］実施例３とまったく同様な方
法により、表面伝導型電子放出素子を作製した。ただ
し、ｄ１＝Ｄ＝２０μｍ、ｄ２＝１０μｍ、巻き数Ｎ＝
３とした。

【０１３１】次に、実施例１と同様に素子特性の測定を
行った結果、素子電圧１４Ｖでは素子電流Ｉ_f が４．７
ｍＡ、放出電流Ｉ_e が１１．２μＡ、となり、電子放出
効率η＝Ｉ_e ／Ｉ_f （％）は０．２４％であった。ま
た、スクリーン上のビームスポットを実体顕微鏡により
拡大観察した結果、その形状は、円形であり、該円内部
において輝度ムラはほとんどなく、全体に強い輝度を有
していた。また、電子ビームスポットの輝度は実施例３
より高かった。

【０１３２】［実施例５］実施例３とまったく同様な方
法により、表面伝導型電子放出素子を作製した。ただ
し、素子電極２，３の形状は、図１３に示すように渦巻
き部分２ａ，３ａの外周を負の素子電極３が囲むように
配置した。なお、渦巻き部分の各寸法は、ｄ１＝ｄ２＝
Ｄ＝２０μｍ、巻き数Ｎ＝３とした。この図１３におい
ては、図が煩雑になるのを避けるため、あえて電子放出
部を省略している。

【０１３３】次に、実施例１と同様に素子特性の測定を
行った結果、素子電圧１４Ｖでは素子電流Ｉ_f が４．１
ｍＡ、放出電流Ｉ_e が１１．２μＡとなり、電子放出効
率η＝Ｉ_e ／Ｉ_f （％）は０．２７％であった。また、
スクリーン上のビームスポットを実体顕微鏡により拡大
観察した結果、その形状は、円形であり、該円内部にお
いて輝度ムラはほとんどなく、全体に強い輝度を有して
いた。また、ビームスポットの直径は実施例１〜４の３
／４程度であった。

【０１３４】［実施例６］実施例３とまったく同様な方
法により、表面伝導型電子放出素子を作製した。ただ
し、素子電極２，３の形状は、図１４に示すように渦巻
き部分２ａ，３ａの外周を正の素子電極２が囲むように
配置した。なお、渦巻き部分の各寸法は、ｄ１＝ｄ２＝
Ｄ＝２０μｍ、巻き数Ｎ＝３とした。この図１４におい
ても、図が煩雑になるのを避けるため、あえて電子放出
部を省略している。

【０１３５】次に、実施例１と同様に素子特性の測定を
行った結果、素子電圧１４Ｖでは素子電流Ｉ_f が４．７
ｍＡ、放出電流Ｉ_e が１４μＡとなり、電子放出効率η
＝Ｉ_e ／Ｉ_f （％）は０．３％であった。また、スクリ
ーン上のビームスポットを実体顕微鏡により拡大観察し
た結果、その形状は、円形であり、該円内部において輝
度ムラはほとんどなく、全体に強い輝度を有していた。
また、ビームスポットの直径は実施例３、４、５に比べ
て多少大きかった。

【０１３６】［実施例７］複数対の素子電極とマトリク
ス状配線とを形成した基板（図６）の各素子電極に対し
てそれぞれ実施例３と同様にして導電性膜を形成し、フ
ォーミング処理により電子放出部を形成した後、活性化
処理を行い電子源基板７１とした。

【０１３７】この電子源基板７１に、図７に示すように
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画像形成装置を作成した。その結
果、輝度の均一性が良好な高品位な画像を得ることがで
きた。

【０１３８】［比較例］電子放出素子として図１５に示
すタイプの電子放出素子を作成した。図１５（ａ）は本
素子の平面図を、図１５（ｂ）は断面図を示している。
図１５中、１は絶縁性基板、２および３は素子に電圧を
印加するための一対の素子電極、４は導電性膜、５は電
子放出部を示す。なお、図中のＬは素子電極２と素子電
極３の素子電極間隔、Ｗ₁ は素子電極の幅、ｄ₁ は素子
電極の厚さ、Ｗ₂ は導電性膜の幅、ｄ₂ は導電性膜の厚
さを表している。

【０１３９】図１６を用いて、本比較例の電子放出素子
の作成方法を述べる。まず絶縁性基板１として石英ガラ
ス基板を用意し、これを有機溶剤により充分に洗浄後、
基板面上にＮｉからなる素子電極２，３を形成した（図
１６（ａ））。ここで素子電極間隔Ｌは１０μｍとし、
素子電極の幅Ｗ₁ を５００μｍ、その厚さｄ₁ を１００
０Åとした。

【０１４０】ジメチルスルホキシド４０重量％の水溶液
を調製し、これに酢酸パラジウムをパラジウム重量濃度
０．４％となるように溶解して暗赤色の溶液を得た。こ
の液の一部を別容器にとり減圧して赤褐色のペーストと
なるまで溶媒を蒸発させたものを、バブルジェット方式
のインクジェット装置によって、素子電極２，３に跨が
るように付与した。次に８０℃で２分乾燥させた。次に
３５０℃で１２分間焼成して主として酸化パラジウムか
らなる導電性膜４を形成した（図１６（ｂ））。ここで
導電性膜の幅Ｗ₂ を３００μｍとし、その厚さｄ₂ を１
５０Åとした。

【０１４１】次に、真空容器中で素子電極２，３の間に
電圧を印加し、導電性膜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を作成した（図１６
（ｃ））。フォーミング処理の電圧波形を図３（ａ）に
示す。本比較例では電圧波形のパルス幅Ｔ₁ を１ｍｓｅ
ｃ．、パルス間隔Ｔ₂ を１０ｍｓｅｃ．とし、三角波の
波高値（フォーミング時のピーク電圧）は５Ｖとし、フ
ォーミング処理は約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が分散配置さ
れた状態となり、その微粒子の平均粒径は５０Åであっ
た。

【０１４２】以上のようにして作成された素子について
実施例１と同様に素子特性の測定を行った結果、素子電
圧７Ｖ程度から急激に放出電流Ｉ_e が増加し、素子電圧
１２Ｖでは素子電流Ｉ_f が２．２ｍＡ、放出電流Ｉ_e が
２．４μＡとなり、電子放出効率η＝Ｉ_e ／Ｉ_f （％）
は０．１１％であった。

【０１４３】次に同様な方法で２０素子を作製し、素子
ごとの電子放出効率のばらつきを測定したところ、ばら
つきは１０％であった。

【０１４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ビームスポット形状が極めて対称性の良好で、ビームの
輝度が充分高い電子放出素子を高密度に配置できるの
で、該電子放出素子を画像形成装置の電子源として適用
した場合、高輝度・高精細な高品位の画像表示が実現さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子放出素子の一例を示す模式図であ
る。

【図２】本発明の電子放出素子の製造方法を説明するた
めの図である。

【図３】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４】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５】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６】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７】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８】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９】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１０】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１１】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１２】実施例３に係る電子放出素子の製造方法を説
明するための図である。

【図１３】実施例５に係る電子放出素子の模式図であ
る。

【図１４】実施例６に係る電子放出素子の模式図であ
る。

【図１５】比較例に係る電子放出素子の模式図である。

【図１６】比較例に係る電子放出素子の製造方法を説明
するための図である。

【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２ａ，３ａ素子電極の渦巻き部分４導電性膜５電子放出部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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の電極間に、電子放出部が形成され
た導電性膜を有する電子放出素子において、上記一対の
電極が渦巻き状の形状を有し、双方の渦巻き部分が互い
に隣接し合うことを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】前記一対の電極の渦巻き部分の間のピッ
チが、５μｍ〜１００μｍの範囲内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。
【請求項３】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または２に記載の電
子放出素子。
【請求項４】入力信号に応じて電子を放出する電子源
であって、基体上に、請求項１〜３のいずれかに記載の
電子放出素子を複数配置したことを特徴とする電子源。
【請求項５】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４に記載の
電子源。
【請求項６】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４に記載の電子
源。
【請求項７】入力信号に基づいて画像を形成する装置
であって、少なくとも、請求項４〜６のいずれかに記載
の電子源と、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ことを特徴と
する画像形成装置。