JP2003086083A - 電子放出素子、電子源基板、画像形成装置、及びそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 より均一で安定な電子放出特性を有する電子
放出素子及びその製造方法、電子放出素子を複数備える
電子源、及び電子源の製造プロセスのタクトアップを図
ることができる電子源の製造方法、さらにより均一で動
作安定性に優れ、より高品位な画像を形成し得る画像形
成装置及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 素子電極２、３間に、電子放出部を有す
る導電性膜４を形成する電子放出素子の製造方法であっ
て、基板１上の素子電極２、３間に導電性膜４を形成す
る工程と、素子電極２、３間領域における導電性膜４を
真空中で還元ガスを用いて還元し、導電性膜４の還元状
態を未還元状態と完全還元状態との中間状態に還元する
工程と、導電性膜４に通電し電子放出部を形成する工程
とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子、複
数の電子放出素子を配してなる電子源、該電子源を用い
た表示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
ａｎｄ Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓ
ｓｉｏｎ”，Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｐｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）あるいはＣ．
Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒ
ｔｉｅｓ ｏｆ Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ ＦｉｅｌｄＥｍ
ｉｓｓｉｏｎ Ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ Ｍｏｌｙ
ｂｄｅｎｕｍ Ｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，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，“Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｕｎｎｅｌ−Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．, 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，ＲｅｃｉｏＥｎｇ．Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎ 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、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：“Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ
Ｆｉｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ₃Ｏ₂
／ＳｎＯ₂薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａ
ｎｄ Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥＴｒａｎ
ｓ．ＥＤ Ｃｏｎｆ．”，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。

【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２
３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。なお、図
中の間隔Ｌは０．５〜１ｍｍ、Ｗ’は０．１ｍｍに設定
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。なお、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Ｍ．ハートウェルの素子とは別に、
本出願人は、絶縁性の基体上に、導電体により形成され
た対向する一対の素子電極を形成し、これらの電極とは
別に両電極を連絡する導電性膜を形成し、通電フォーミ
ングにより電子放出部を形成した構成の素子を報告して
いる。かかる通電フォーミングの方法としては、パルス
電圧を印加し、このパルスの波高値を漸増させる方法が
適用できることも報告している。これらの構成及び方法
については、例えば特願平６−１４１６７０号の明細書
中に、その一例が開示されている。

【００１０】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、大面積にわた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。

【００１１】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）。

【００１２】また電子放出素子のフォーミング工程での
技術においては、還元物質を含有する雰囲気中で通電し
作成する方法が挙げられている（例えば、特開２０００
−２００５４５号公報）。

【００１３】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）。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】電子放出素子について
は、これを適用した画像形成装置が、表示画像を構成す
る画素間の輝度のばらつきが少ない均一な画像を安定し
て提供できるよう、更に電子放出特性の均一性と安定性
の向上が要望されている。

【００１５】しかしながら、上述のＭ．ハートウェルの
電子放出素子にあっては、電子放出の均一性と安定性に
ついて、必ずしも満足のゆくものが得られていない。具
体的には、前述のフォーミング処理によって形成された
電子放出部は、その形態が電子放出部全体に渡って不均
一であるため、かかる素子を基板上に複数配置して、例
えば平面型画像形成装置などに利用する電子源を形成す
ると、複数の素子間においても電子放出部の形態が不均
一であり、その電子放出特性に至っても均一な電子放出
を行うことが困難であろうと思われる。従って、これを
用いて均一で動作安定性に優れた画像形成装置を提供す
ることは極めて難しいと言わざるを得ない。

【００１６】一方、本出願人により報告された電子放出
素子及びその製造方法によれば、上記の問題点は相当改
善することができ、これを用いた電子源及び画像形成装
置についても、前述の出願においてもその例が報告され
ている。

【００１７】しかしながら、より高度な応用に用いるた
めには、電子放出特性の均一性と安定性の更なる向上が
求められている。とりわけ、多数の表面伝導型電子放出
素子を配置した電子源を製造する工程で、通電フォーミ
ングにより電子放出部を形成する工程では、比較的大き
な電力が必要となり、従って、配線を流れる電流も大き
くなる。このため、配線の有する電気抵抗により電圧降
下が起こり、フォーミング工程で電子放出素子にかかる
実効的な電圧が素子毎に異なってしまう。このため、素
子毎の電子放出特性に無視できない違いが生ずる場合が
ある。

【００１８】また、電子放出素子の形成に大きな電力を
必要とするため、電子放出部が必ずしも好ましい状態に
形成されず、電子放出効率などの電子放出特性自体も十
分なものが得られない場合がある。

【００１９】こういった問題を解決するため本出願人は
特開２０００−２００５４５号公報において、還元物質
を含有する雰囲気中で導電性膜を通電しフォーミングす
る方法を提案した。この提案によれば導電性膜に印加す
る電圧を一定に保っていても、還元物質によって素子膜
の抵抗値が徐々に低下することで導電性膜部分の発熱
（仕事率）が増大し、発熱がある閾値に達したときに導
電性膜に亀裂が形成されるので、どの電子放出素子も均
一な発熱状態で亀裂が形成される。これにより同一基板
上に形成された複数の電子放出素子の面内ばらつきは、
著しく改善されるようになった。

【００２０】しかしながら電子源基板を複数作製するに
あたり、導電性膜を形成する工程とフォーミング工程と
の間に時間が空いてしまう場合がある。そのため電子源
基板は導電性膜の形成まで終えた状態で大気に暴露させ
たまま放置される場合がある。この様な場合、導電性膜
の表面に水分子などのガス成分が吸着してしまうことが
ある。こういった吸着物はその後のフォーミング工程に
おいて、導電性膜の還元を阻害するだけでなく、導電性
膜に亀裂が形成されるときの発熱の閾値を大きくするこ
とが知られている。また吸着物の量は放置時間が長いほ
ど増加するうえ、放置される環境によって吸着物の種類
や量も異なる。このため、導電性膜の形成後の放置状態
によって、フォーミング亀裂の状態が変わってしまうと
いう問題があった。すなわち、電子源基板ごとに電子放
出特性が異なってしまうという問題があった。

【００２１】また、電子源基板のフォーミング工程にお
いては、同時に基板上の多数の導電性膜をフォーミング
するため、かなり大掛かりな装置と相当量の電力が必要
である。このため同時に複数の電子源基板をフォーミン
グできる様な装置を作製することはかなり困難であり、
一般的には１基板ずつフォーミング処理がなされてい
る。ところが従来のフォーミング工程では、１基板ごと
に真空排気、還元ガス導入等の工程を繰り返すため、非
常に時間を要していた。特に還元ガスの導入工程は時間
を要していた。このため、さらに量産に適した製造方法
が望まれていた。

【００２２】本発明の目的は、上述した解決すべき技術
課題を解決し、より均一で安定な電子放出特性を有する
電子放出素子及びその製造方法、該電子放出素子を複数
備える電子源、及び電子源の製造プロセスのタクトアッ
プを図ることができる電子源の製造方法、さらに、より
均一で動作安定性に優れ、より高品位な画像を形成し得
る画像形成装置及びその製造方法を提供することにあ
る。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成すべ
く、本発明の電子放出素子の製造方法は、素子電極間
に、電子放出部を有する導電性膜を形成する電子放出素
子の製造方法であって、基板上の素子電極間に導電性膜
を形成する工程と、素子電極間領域における導電性膜を
真空中で還元ガスを用いて還元し、該導電性膜の還元状
態を未還元状態と完全還元状態との中間状態に還元する
工程と、導電性膜に通電し電子放出部を形成する工程と
を有することを特徴とする。

【００２４】前記電子放出素子の製造方法において、前
記導電性膜を還元する工程において、導電性膜の抵抗値
を５００Ω以上２０００Ω以下にし、その後、導電性膜
に亀裂を形成する通電処理及び炭素蓄積する活性化処理
を行うことが好ましい。

【００２５】また、前記導電性膜としてＰｄＯ膜を用い
ることが好ましい。

【００２６】さらに、前記還元工程後の導電性膜を不活
性ガスもしくは非反応性ガス、または真空中に保存する
ことが好ましい。

【００２７】本発明の電子放出素子は、上記のいずれか
に記載の方法により製造されることを特徴とする。

【００２８】本発明の電子源の製造方法は、基板上に複
数の電子放出素子を配してなる電子源の製造方法におい
て、上記基板上に配される複数の電子放出素子が上記の
いずれかに記載の方法により製造されることを特徴とす
る。

【００２９】本発明の電子源は、基板上に複数の電子放
出素子を配してなる電子源において、上記の電子源の製
造方法により製造されることを特徴とする。

【００３０】本発明の画像形成装置の製造方法は、複数
の電子放出素子を有する電子源と、該電子源から放出さ
れる電子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、上記電子源に
配される複数の電子放出素子が上記のいずれかに記載の
方法により製造されることを特徴とする。

【００３１】本発明の画像形成装置は、複数の電子放出
素子を有する電子源と、該電子源から放出される電子の
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、上記の画像形成装置の製造方法によ
り製造されることを特徴とする。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を図面に基づいて説明するが、本発明は本実施形態に限
るものではない。

【００３３】本発明を適用し得る電子放出素子は、前述
したような冷陰極型の電子放出素子に分類されるもの
で、それらの中でも電子放出特性等の観点から特に表面
伝導型の電子放出素子が好適である。このため、以下で
は表面伝導型電子放出素子を例に挙げて説明する。

【００３４】本発明を適用し得る表面伝導型電子放出素
子の基本的構成には、大別して平面型と垂直型の２種類
のものがある。ここでは平面型の表面伝導型電子放出素
子の基本的な構成について説明する。

【００３５】図１は、本発明を適用し得る平面型の表面
伝導型電子放出素子の一構成例を示す模式図であり、
（ａ）はその平面図、（ｂ）はその縦断面図である。

【００３６】図１において、１は基板（基体）、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。

【００３７】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。

【００３８】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、Ｐ
ｄ−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、Ｉｎ₂Ｏ₃−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。

【００３９】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ１、導電
性膜４の幅Ｗ２及び厚さ等は、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。

【００４０】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。

【００４１】なお、図１に示した構成だけでなく、基板
１上に、導電性膜４、対向する素子極２，３の順に積層
した構成とすることもできる。

【００４２】導電性膜４を構成する主な材料としては、
例えばＰｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃ
ｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等の金
属、ＰｄＯ、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＰｂＯ、Ｓｂ₂Ｏ₃等
の酸化物、ＨｆＢ₂、ＺｒＢ₂、ＬａＢ₆、ＣｅＢ₆、ＹＢ
₄、ＧｄＢ₄等の硼化物、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、Ｔａ
Ｃ、ＳｉＣ、ＷＣなどの炭化物、ＴｉＮ、ＺｒＮ、Ｈｆ
Ｎ等の窒化物、Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体、カーボン等が挙
げられる。

【００４３】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。この導電性膜
４の膜厚は、好ましくは数Åから数百ｎｍであり、その
抵抗値Ｒｓが、１０²〜１０⁷Ω／□の抵抗値を示す膜厚
で形成したものが好ましく用いられる。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）と置いたときの値である。上記
抵抗値を示す膜厚はおよそ５ｎｍから５０ｎｍの範囲に
あり、この膜厚範囲において、それぞれの材料の薄膜は
微粒子膜の形態を有している。

【００４４】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から数百ｎｍの範囲、好
ましくは１ｎｍから２０ｎｍの範囲である。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】「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”（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）。

【００５１】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。

【００５２】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の手法等
に依存したものとなるが、かかる亀裂幅は一様で５０ｎ
ｍ以下であることが好ましい。亀裂幅の測定は、電子顕
微鏡により亀裂を電子放出部全長にわたって観察し、電
子放出部に沿って、１μｍ毎に測定点を決め、各部で亀
裂の幅を測定する。そして、本明細書において『亀裂幅
が一様である』とは、全測定点の７０％以上の点におけ
る測定値が、ある中心値の上下２０％以内に収まってい
ることを意味する。また、電子放出部全体について『亀
裂幅』という場合は、上記の中心値を意味する。

【００５３】電子放出部５の内部には、数Åから数十ｎ
ｍ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。電
子放出部５及びその近傍の導電性膜４には、後述する活
性化工程を経た場合、その活性化工程を行った気相中に
含まれる一部あるいは全ての元素からなる単体物質及び
化合物を有する場合もある。具体的には、炭素及び／又
は炭素化合物あるいは金属及び／又は金属化合物を有す
る。なお、電子放出部５の位置は、図１に限るものでは
ない。

【００５４】図１に示した構成の表面伝導型電子放出素
子を例に、図２の製造工程図に基づいてその製造方法の
一例を以下に説明する。なお、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。

【００５５】１）絶縁性基板１を洗剤、純水及び有機溶
剤等を用いて十分に洗浄した後、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２（ａ））。

【００５６】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、前述した導電性膜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。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、金属酸化物からなる導電性膜（例
えばＰｄＯ）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、インクジェット法等を用いるこ
ともできる。

【００５７】３）続いて、図２１に示すような真空処理
装置を用いて導電性膜４を還元させる還元工程を施す。
図２１において、２１は処理装置内を真空雰囲気にする
ためのポンプ、２２はポンプと真空処理装置内を任意に
開閉するためのバルブ、２３は多数の電子源基板を入れ
内部を真空雰囲気にしたり、任意のガスを入れるための
真空容器、２４は真空容器内の圧力を計測する真空計、
２５は真空容器内の電子源基板の導電性膜の抵抗値を測
定するための電流計、２６は真空容器内に入れる還元物
質を含有ガス（例えばＨ₂）と真空容器内を大気開放さ
せるためのガス（例えばＮ₂）のボンベであり、２７は
真空容器内の電子源基板と電流計を結ぶ導電線、２８は
電子源基板である。

【００５８】真空容器２３内に電子源基板２８を入れ、
バルブ２２を開き、ポンプ２１により真空容器２３内を
排気して、真空計２４により中の圧力を確認する。好ま
しくは１．３×１０^-3Ｐａ以下が望ましい。次に、ボン
ベ２６から還元物質を含むガスを真空容器２３内に導入
し素子電極２、３間からの導電性膜４の抵抗値を電流計
２５によりモニターする。抵抗値が所望の値になったと
ころで、還元物質を含有する雰囲気中より取り出し、終
了とする。好ましくは、５００Ω以上２０００Ω以下が
望ましい。

【００５９】本発明者らの実験によると、図４に示す通
りフォーミング処理時に導電性膜にかかる亀裂形成のた
めの発熱（仕事率）（以下、「Ｐ」とする。）がより低
いところで行える導電性膜の抵抗値は、５００Ω以上２
０００Ω以下が良いという事が判っている。

【００６０】図４の説明をすると、横軸は初期の抵抗値
が平均的な値の４０００Ωの導電性膜の還元過程での抵
抗値、縦軸にフォーミングに必要なＰをプロットした説
明図である。この説明図が示す通り導電性膜の還元過程
での抵抗値が、より高い領域と低い領域ではフォーミン
グに必要なＰは大きくなっている。より低いＰでフォー
ミングできる領域は導電性膜の抵抗値が５００Ω以上２
０００Ω以下である事がわかる。上記の結果は初期の抵
抗が４０００Ωの導電性膜であるが、本発明者らの実験
によると導電性膜の初期の抵抗値が４０００Ω以外で
も、結果はほぼ同じで導電性膜の初期の値にはほとんど
左右されず、５００Ω以上２０００Ω以下が良好である
事がわかった。

【００６１】導電性膜４が金属酸化物よりなる場合は、
還元性を有する物質としてＨ₂、ＣＯ等がある。

【００６２】さらに、前述の還元工程は一括で多数の電
子源基板を処理する事が可能である。

【００６３】上述の電子源基板の保管方法としては、一
括で還元処理した多数の電子源基板を大気中の保管で良
いが、電子源基板が大気中の水分子を吸着し、後の電子
源の特性に差がついてしまうことがあるため、好ましく
は非反応性ガス、もしくは不活性化ガス（Ｎ₂、Ａ
ｒ）、または真空中で保管する事が望ましい。

【００６４】４）続いて、フォーミング工程を施す。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には局所的に破壊，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（図２（ｃ））。

【００６５】フォーミング処理のために素子に印加する
電圧は、パルス状の電圧を用いる。パルスの形状として
は、例えば図３（ａ）に示すような波高値が一定の三角
波パルスや、図３（ｂ）に示すような波高値の漸増する
三角波パルスを用いることができる。

【００６６】図３（ａ）に示す形状のパルスの場合、例
えばパルス幅Ｔ１を１μ秒〜１０ｍ秒、パルス間隔Ｔ２
を１０μ秒〜１００ｍ秒程度とし、波高値を適宜選択し
て、数秒から数十分印加する。図３（ｂ）に示す形状の
パルスの場合、Ｔ１、Ｔ２は上記と同様とし、波高値を
徐々に増加させながら印加する。

【００６７】通電フォーミング処理の終了は、パルスと
パルスの間に、導電性膜４の破壊、変形もしくは変質を
引き起こさない程度の電圧パルスを印加し、素子に流れ
る電流を測定して検知することができる。例えば０．１
Ｖ程度の電圧印加により素子に流れる電流を測定し、抵
抗値を求めて、１ＭΩを越えた時点で通電フォーミング
を終了するのが好ましい。

【００６８】なお、上記の通電フォーミング処理は、真
空雰囲気中にて行う。

【００６９】上記のような導電性膜の状態で通電フォー
ミング処理を行うと、必要な電力は従来のように真空中
で同様な処理を行った場合に比べ、数十％低下させるこ
とができる。これは、従来の方法では、素子に流れる電
流により発生するジュール熱により、導電性膜４の温度
が上昇し、これにより局所的な破壊、変形ないし変質が
生じ、電子放出部５が形成されるに対し、上記のような
導電性膜の状態で通電フォーミング処理を行うと、処理
に必要な電力を低下させることができるためであると本
発明者らの実験結果から推測される（図４参照）。

【００７０】また、通電フォーミングのパルス電圧とし
ては、図３（ａ）あるいは図３（ｂ）に示す波形を好ま
しく用いることもできる。

【００７１】かかる通電フォーミングでは、パルス電圧
の波高値を、例えば０．１Ｖステップずつ増加させなが
ら電圧を印加し、導電性膜４が低抵抗化もしくは凝集を
始める電圧Ｖｈまでパルス波高値が達した後、一定時間
Ｔｈ、例えば数秒から数十分電圧Ｖｈを保持しながらパ
ルスを印加することで行う。あるいは、Ｖｈの値が予め
十分な精度で求められている場合には、パルス波高値を
初めからＶｈに設定し、一定時間の保持を行っても良
い。

【００７２】このように、電圧Ｖｈで一定時間Ｔｈ保持
することで、導電性膜４の一部に導電性膜材料が凝集し
た微粒子からなる不連続膜の領域を徐々に形成すること
ができる。この間、導電性膜４を含む素子電極２、３間
の抵抗値は高抵抗に向かい、十分に抵抗値が高抵抗に達
した状態でフォーミング処理を終了する。

【００７３】また、Ｔｈの時間保持する間に抵抗値が十
分に高抵抗に達しない場合には、更に、パルス幅を大き
くしてパルスを印加して高抵抗化を進め、フォーミング
を終了させる方法（図３（ａ））と、パルス波高値を再
び増加させて高抵抗化を進め、フォーミングを終了させ
る方法（図３（ｂ））、そしてこの両方を併用して、パ
ルス幅を広げて更にパルス波高値を増加させる方法（不
図示）がある。このようにして、導電性膜４の一部に５
０ｎｍ以下の幅の亀裂からなる電子放出部５を形成でき
る。この点に関して更に説明する。

【００７４】前述の特願平６−１４１６７０号の明細書
に開示されたパルス波高値を漸増させる方法を、ＰｄＯ
微粒子よりなる導電性膜を有する素子を真空中でフォー
ミング処理する工程に適用した場合、素子の抵抗値は、
パルス波高値を増加させるにつれて、図５に示したよう
に変化し、パルス波高値がＶｆｏｒｍに達した時点で、
フォーミング処理が完了する。すなわち、素子電極間に
パルス電圧を印加し、導電性膜に電流を流すことによ
り、発熱が起こり、導電性膜の温度が上昇する。この発
熱量が大きければ導電性膜の一部が一挙に変形・変質さ
れ、抵抗値が大きくなる。一方、発熱量がそれほど大き
くない場合には、導電性膜の材質が徐々に凝集を起こ
す。該導電性膜の材質が、ＰｄＯの様に比較的容易に還
元される金属酸化物の場合には、還元が同時に進行す
る。

【００７５】図５において、パルス波高値がＶｓを越え
た後、素子の抵抗値が一旦減少してから上昇に転ずるの
は、還元による抵抗の低下と、凝集により電流のパスが
切断されて抵抗が上昇する効果との競合によるものと思
われる。導電性膜が、金属により形成されている場合に
は、抵抗の低下は金属酸化物の場合よりも小さくなる
が、同様の振る舞いをする。この場合の抵抗の低下の要
因は明確にはわからないが、導電性膜を構成する金属微
粒子あるいは金属の結晶粒の間の接触抵抗が小さくなる
ためではないかと推測している。いずれにしても、パル
ス波高値がＶｓ以上になると、導電性膜の材質が凝集を
起こすものと考えられる。Ｖｓの値自体は、印加するパ
ルスのパルス幅、パルス間隔、導電性膜の抵抗及び材質
などに依存するものである。

【００７６】すなわち、導電性膜４が低抵抗化もしくは
凝集を始める電圧Ｖｈとは、上記Ｖｓより大きく、且つ
Ｖｆｏｒｍよりも十分に小さな電圧値である。

【００７７】図３に示した通電フォーミングのパルス電
圧波形において、パルス幅Ｔ１は例えば１μ秒〜１０ｍ
秒、パルス間隔Ｔ２は１００μ秒〜数秒、一定時間Ｔｈ
後のパルス電圧のパルス幅Ｔ１は１０μ秒〜１秒であ
り、Ｖｈは導電性膜４の材料及び形態、Ｔ１、Ｔ２等に
より適宜設定されるが、電圧を単調に増加させながら電
圧を印加していく従来のフォーミング処理で観測される
フォーミング電圧Ｖｆｏｒｍ、即ち素子抵抗が急激に高
抵抗化する電圧に対して、０．数％〜数十％低い電圧に
設定される。パルス幅Ｔ１に対しパルス間隔Ｔ２は十分
に長いことが好ましく、Ｔ２／Ｔ１≧５、望ましくはＴ
２／Ｔ１≧１０、さらに望ましくはＴ２／Ｔ１≧１００
である。なお、印加する電圧波形は、図示される三角波
に限定されるものではなく、矩形波等の所望の波形を用
いることができる。Ｖｈの適切な値は、Ｔ１、Ｔ２の値
はもちろんのこと、パルス波形が矩形波、三角波などの
いずれであるかなどによっても影響を受けるため、これ
らの条件に合わせて設定される。

【００７８】５）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。

【００７９】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、素子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、ケトン類、アミン類、フ
ェノール、カルボン酸、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
などＣ_nＨ_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_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。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。

【００８０】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、適宜行うことができる。
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。

【００８１】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。）、炭化水素（Ｃ
_mＨ_nで表される化合物、ないしこの他にＮ、Ｏ、Ｃｌな
どの他の元素を有する化合物を含む。）であり、その膜
厚は、５０ｎｍ以下の範囲とするのが好ましく、３０ｎ
ｍ以下の範囲とすることがより好ましい。

【００８２】６）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
容器内の圧力は極力低くすることが必要で、１．３×１
０^-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。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。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。

【００８３】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、有機物質あるいは金
属化合物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できる。

【００８４】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ないし金属の堆積を
抑制でき、結果として素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、
安定する。

【００８５】上述した工程を経て得られる電子放出素子
の基本特性について、図６及び図７を参照しながら説明
する。

【００８６】図６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６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。

【００８７】図６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
の導電性膜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〜１０ｋＶ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２〜８ｍｍの範囲として測定を行
うことができる。

【００８８】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。

【００８９】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から構成されており、
適宜切り替えて使用する。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
より加熱できるようになっている。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。

【００９０】図７は、図６に示した真空処理装置を用い
て測定された放出電流Ｉｅ及び素子電流Ｉｆと、素子電
圧Ｖｆとの関係を示す説明図である。図７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。

【００９１】図７からも明らかなように、本発明を適用
し得る表面伝導型電子放出素子は、放出電流Ｉｅに関し
て次の３つの特徴的性質を有する。

【００９２】即ち、第１に、本素子はある電圧（閾値電
圧と呼ぶ；図６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、一方閾値電圧Ｖｔｈ以
下では放出電流Ｉｅが殆ど検出されない。つまり、放出
電流Ｉｅに対する明確な閾値電圧Ｖｔｈを持った非線形
素子である。

【００９３】第２に、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。

【００９４】第３に、アノード電極５４（図６参照）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。

【００９５】以上の説明より理解されるように、本発明
を適用し得る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。

【００９６】図７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。）例を示したが、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）。これらの特性
は、前述の表面伝導型電子放出素子を複数個基板上に配
列することにより、本発明に関わる電子源を構成でき、
かかる電子源を用いて本発明に関わる画像形成装置を構
成できる。

【００９７】以下、本発明に関わる電子源及び画像形成
装置ついて詳細に説明する。

【００９８】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におけ
る電極の一方を、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における電極の他方を、
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。

【００９９】まず単純マトリクス配置について以下に詳
述する。

【０１００】本発明に適用し得る表面伝導型電子放出素
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。

【０１０１】以下この原理に基づき、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８を用いて説
明する。図８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。なお、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。

【０１０２】ｍ本のＸ方向配線７２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。
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７
３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）。

【０１０３】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。

【０１０４】表面伝導型電子放出素子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。

【０１０５】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。

【０１０６】Ｘ方向配線７２には、Ｘ方向に配列した表
面伝導型電子放出素子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方向に配列した表面伝導
型電子放出素子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。

【０１０７】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。

【０１０８】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９と図１０及
び図１１を用いて説明する。図９は、画像形成装置の表
示パネルの一例を示す概略構成図であり、図１０は、図
９の画像形成装置に使用される蛍光膜の概略図である。
図１１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概略図である。

【０１０９】図９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、例えば大気中あるいは窒素中で、４００〜５０
０℃の温度範囲で１０分間以上焼成することで封着し
て、外囲器９０が構成されている。

【０１１０】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方向配線であ
る。

【０１１１】外囲器９０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９
０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９０を構成することもできる。

【０１１２】図１０は、蛍光膜を示す概略図である。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１０（ａ））あるい
はブラックマトリクス（図１０（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。

【０１１３】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９０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。

【０１１４】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。

【０１１５】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。

【０１１６】外囲器９０の封着を行った後、電子放出素
子の通電フォーミング処理を行う。外囲器９０内を排気
装置により十分排気した後、必要に応じて所望のガスを
外囲器９０内に導入し、電子源の各素子行のうちの一つ
を選択し、これに属する電子放出素子に同時にパルス電
圧を印加する。パルス電圧のパルス幅Ｔ１、パルス間隔
Ｔ２、波高値は、単体の素子のフォーミング処理に用い
るものと同様である。

【０１１７】本発明の電子源の製造方法では、各素子行
へ順次パルス電圧の印加してフォーミング処理を行う際
に、パルス発生手段と電子源との間に素子行選択手段を
設け、１乃至数パルス毎に選択する素子行を変えて複数
の素子行のフォーミング処理を同時に行うことが好まし
い。また、この時、Ｔ２≧５×Ｔ１を満たすように、パ
ルス間隔Ｔ２をパルス幅Ｔ１に比べて相当に長く設定す
ることが好ましく、これにより全素子行をフォーミング
処理するための時間を大幅に短縮することが可能であ
る。

【０１１８】また、本発明の製造方法では、電子源の全
体を複数の素子行からなるいくつかのブロックに分割
し、各ブロック毎にフォーミング処理を行っても良く、
電子源の大きさや処理に用いるパルスの形状などの条件
に応じて適宜選択する。

【０１１９】外囲器９０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
質が十分に少ない雰囲気にした後、封止が成される。外
囲器９０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９０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９０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１．３×１０^-3
Ｐａないしは１．３×１０^-5Ｐａの圧力を維持するもの
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。

【０１２０】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１１を用いて説明する。図１１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。

【０１２１】表示パネル１０１は、端子Ｄｘ１乃至Ｄｘ
ｍ、端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｎ及び高圧端子８９を介して外
部の電気回路と接続している。端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍ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表面伝導
型電子放出素子群を１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１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８９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
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。

【０１２２】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１０１の端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍと電
気的に接続される。各スイッチング素子は、制御回路１
０３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。

【０１２３】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。

【０１２４】制御回路１０３は、外部より入力される画
像信号に基づいて適切な表示が行われるように、各部の
動作を整合させる機能を有する。制御回路１０３は、同
期信号分離回路１０６より送られる同期信号Ｔｓｙｎｃ
に基づいて、各部に対してＴｓｃａｎ，Ｔｓｆｔ及びＴ
ｍｒｙの各制御信号を発生する。

【０１２５】同期信号分離回路１０６は、外部から入力
されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から、同期信号成分と
輝度信号成分とを分離するための回路で、一般的な周波
数分離（フィルター）回路等を用いて構成できる。同期
信号分離回路１０６により分離された同期信号は、垂直
同期信号と水平同期信号より成るが、ここでは説明の便
宜上Ｔｓｙｎｃ信号として図示した。前記テレビ信号か
ら分離された画像の輝度信号成分は、便宜上ＤＡＴＡ信
号と表した。このＤＡＴＡ信号は、シフトレジスタ１０
４に入力される。

【０１２６】シフトレジスタ１０４は、時系列的にシリ
アルに入力される前記ＤＡＴＡ信号を、画像の１ライン
毎にシリアル／パラレル変換するためのもので、前記制
御回路１０３より送られる制御信号Ｔｓｆｔに基づいて
動作する（即ち、制御信号Ｔｓｆｔは、シフトレジスタ
１０４のシフトクロックであると言い換えてもよ
い。）。シリアル／パラレル変換された画像１ライン分
のデータ（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当）
は、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。

【０１２７】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ｎ個の並列信号の内容を記憶する。記憶された
内容は、ｎ個の画像データとして出力され、変調信号発
生器１０７に入力される。

【０１２８】変調信号発生器１０７は、ｎ個の画像デー
タの各々に応じて、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Ｄｙ１乃至Ｄｙｎ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。

【０１２９】前述したように、本発明に適用し得る電子
放出素子は放出電流Ｉｅ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Ｖｔｈがあ
り、Ｖｔｈ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。

【０１３０】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。

【０１３１】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。

【０１３２】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。

【０１３３】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。

【０１３４】このような構成をとり得る本発明を適用可
能な画像形成装置においては、各電子放出素子に、容器
外端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙｎ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
８９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。

【０１３５】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。

【０１３６】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１２及び図１３を用いて説明す
る。

【０１３７】図１２は、梯子型配置の電子源の一例を示
す概略図である。図１２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Ｄ１〜Ｄ１０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Ｄｘ２〜Ｄｘ９は、例えばＤｘ２とＤｘ３、Ｄｘ
４とＤｘ５、Ｄｘ６とＤｘ７及びＤｘ８とＤｘ９を一体
の同一配線とすることもできる。

【０１３８】図１３は、梯子型配置の電子源を備えた画
像形成装置における表示パネルの一例を示す概略構成図
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、Ｄ１乃至Ｄｍ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１３においては、図９、図１２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
９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。

【０１３９】図１３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１３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。

【０１４０】容器外端子Ｄ１乃至Ｄｍ及びグリッド容器
外端子Ｇ１乃至Ｇｎは、不図示の制御回路と電気的に接
続されている。

【０１４１】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。

【０１４２】以上説明した本発明を適用可能な画像形成
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。

【０１４３】

【実施例】以下に、本発明の実施例を詳細に説明する
が、本発明はこれらの実施例に限るものではない。

【０１４４】〔実施例１〕実施例１では、電子放出素子
として図１に示すタイプの電子放出素子を作製した。

【０１４５】また図１４〜図１８は、マトリクス状に電
子放出素子を有する基板を示す平面図である。図１４〜
図１８において、１は基板、２、３は素子電極、７３は
Ｙ方向配線、７５は絶縁性膜、７２はＸ方向配線、４は
表面伝導型電子放出素子の導電性膜であり、電子放出部
を形成している。

【０１４６】以下この素子の作成方法を、図１４〜図１
８を用いて説明する。

【０１４７】〈ガラス基板 素子電極形成〉図１４で
は、基板１としてアルカリ成分が少ないＰＤ−２００
（旭硝子（株）社製）の２．８ｍｍ厚ガラスを用い、更
にこの上にナトリウムブロック層としてＳｉＯ₂膜１０
０ｎｍを塗付焼成したものを用いた。

【０１４８】さらに素子電極２、３は、ガラス基板１上
に、スパッタ法によって下引き層としてチタニウムＴｉ
を５ｎｍ、その上に白金Ｐｔを４０ｎｍを成膜した後、
ホトレジストを塗布し、露光、現像、エッチングという
一連のフォトリソグラフィー法によってパターニングし
て形成した。

【０１４９】本実施例では素子電極の間隔Ｌ＝１０μ
ｍ、対応する長さＷ＝１００μｍとした。

【０１５０】〈下配線形成と絶縁膜形成〉Ｘ方向配線と
Ｙ方向配線の配線材料に関しては、多数の表面伝導型素
子にほぼ均等な電圧が供給されるように低抵抗であるこ
とが望まれ、材料、膜厚、配線巾等が適宜設定される。

【０１５１】図１５に示すように、共通配線としてのＹ
方向配線（下配線）７３は、素子電極２、３の一方に接
して、かつそれらを連結するようにライン状のパターン
で形成した。材料には銀Ａｇフォトぺーストインキを用
い、スクリーン印刷した後、乾燥させてから、所定のパ
ターンに露光し現像した。この後４８０℃前後の温度で
焼成して配線を形成した。

【０１５２】配線の厚さは約１０μｍ、線幅は５０μｍ
である。なお、終端部は配線取り出し電極として使うた
めに、線幅をより大きくした。

【０１５３】〈絶縁膜形成〉図１６に示すように、上下
配線を絶縁するために、層間絶縁層７５を配置する。後
述のＸ方向配線（上配線）７２下に、先に形成したＹ方
向配線（下配線）７３との交差部を覆うように、かつ上
配線（Ｘ方向配線）７２と素子電極２、３の他方との電
気的接続が可能なように、接続部にコンタクトホールを
開けて形成した。

【０１５４】工程はＰｂＯを主成分とする感光性のガラ
スペーストをスクリーン印刷した後、露光−現像した。
これを４回繰り返し、最後に４８０℃前後の温度で焼成
した。この層間絶縁層の厚みは、全体で約３０μｍであ
り、幅は１５０μｍである。

【０１５５】〈上配線形成〉図１７に示すように、Ｘ方
向配線（上配線）７２は、先に形成した絶縁膜の上に、
Ａｇぺーストインキをスクリーン印刷した後乾燥させ、
この上に再度同様なことを行い２度塗りしてから、４８
０℃前後の温度で焼成した。上記絶縁膜２５を挟んでＹ
方向配線（下配線）２４と交差しており、絶縁膜７５の
コンタクトホール部分で素子電極２、３の他方とも接続
されている。

【０１５６】この配線によって他方の素子電極は連結さ
れており、パネル化した後は走査電極として作用する。

【０１５７】このＸ方向配線の厚さは、約１５μｍであ
る。外部駆動回路との引出し配線もこれと同様の方法で
形成した。

【０１５８】図示していないが、外部駆動回路への引出
し端子もこれと同様の方法で形成した。

【０１５９】このようにしてＸＹマトリクス配線を有す
る基板が形成された。

【０１６０】〈導電性膜形成〉図１８では、上記基板を
十分にクリーニングした後、撥水剤を含む溶液で表面を
処理し、表面が疎水性になるようにした。これはこの後
塗布する導電性膜の形成用の水溶液が、素子電極上に適
度な広がりをもって配置されるようにすることが目的で
ある。

【０１６１】その後、素子電極間にインクジェット塗布
方法により、導電性膜４を形成した。本工程の模式図を
図１５に示す。図１５において、１は基板、２、３は素
子電極、４は導電性膜、５は電子放出素子、７は液滴付
与手段、８は液滴である。

【０１６２】実際の工程では、基板上における個々の素
子電極の平面的ばらつきを補償するために、基板上の数
箇所においてパターンの配置ずれを観測し、観測点間の
ポイントのずれ量は直線近似して位置補完し、塗付する
ことによって、全画素の位置ずれをなくして、対応した
位置に的確に塗付するように努めた。

【０１６３】本実施例では、導電性膜４としてパラジウ
ム膜を得る目的で、先ず水８５：イソプロピルアルコー
ル（ＩＰＡ）１５からなる水溶液に、パラジウム−プロ
リン錯体０．１５重量％を溶解し、有機パラジウム含有
溶液を得た。この他若干の添加剤を加えた。

【０１６４】この溶液の液滴８を、液滴付与手段７とし
て、ピエゾ素子を用いたインクジェット噴射装置を用
い、ドット径が６０μｍとなるように調整して素子電極
２、３間に付与した。その後この基板１を空気中にて、
３５０℃で１０分間の加熱焼成処理をして酸化パラジウ
ム（ＰｄＯ）とした。ドットの直径は約６０μｍ、厚み
は最大で１０ｎｍの膜が得られた。

【０１６５】以上の工程により、導電性膜部分に酸化パ
ラジウムＰｄＯ膜が形成された。同工程で、１０枚の電
子源基板を作成した。同電子源基板の導電性膜の抵抗値
は３５００Ω〜４５００Ωであった。１０枚の電子源基
板は不活性ガスの中に保管することとした。

【０１６６】次に、画像形成装置を作製した。その作製
手順を以下に説明する。

【０１６７】導電性膜の還元工程を図２１を参照して説
明する。

【０１６８】図２１において、まず、上記未フォーミン
グの電子源基板１０枚を真空容器２３の中におき、真空
容器２３内の圧力を１．３×１０^-3Ｐａ以下にした後、
還元ガスとして、Ｎ₂＝９８％、Ｈ₂＝２％の混合ガスを
真空容器２３内に導入し、圧力を５×１０^-2Ｐａとし
た。その状態で電子源の素子膜の抵抗値を電流計２５で
モニターしながら３０分保持し、その後それぞれの電子
源が還元されて、抵抗値が５００Ω〜２０００Ωになっ
た。その後、還元ガスを排気し、電子源基板２８を真空
容器２３から取り出した。

【０１６９】次にフォーミング処理のために電子源基板
を前述の真空容器とは別の真空容器に１枚入れ圧力を
１．３×１０^-3Ｐａとした。なお、残りの９枚は大気中
に保管しておくことにした。フォーミング処理の為に各
電子放出素子にパルス電圧を印加するための配線を、図
２０に模式的に示す。

【０１７０】図２０において、Ｙ方向配線７３は、外部
端子Ｄｙ１〜Ｄｙｎを共通電極１４０１に接続すること
により共通接続され、パルス発生器１４０２のグランド
側の端子に接続される。Ｘ方向配線７２は外部端子Ｄｘ
１〜Ｄｘｍを介して制御スイッチング回路１４０３に接
続されている（図２０では、ｍ＝２０，ｎ＝６０の場合
が示されている。）。制御スイッチング回路１４０３
は、各端子をパルス発生器１４０２またはグランドのい
ずれかに接続するもので、図２０はその機能を模式的に
示したものである。

【０１７１】フォーミング処理は、スイッチング回路１
４０３によりＸ方向の素子行を１行選択し、１パルス印
加する毎に選択する素子行を切り替えて、すべての素子
行を同時に処理する方法で行った。

【０１７２】印加したパルス電圧の波形は、図３（ｂ）
に示したような波高値の漸増する三角波パルスである。
パルス幅Ｔ１は１ｍ秒、パルス間隔Ｔ２は１０ｍ秒とし
た。また、上記のパルスとパルスの間に、波高値０．１
Ｖの矩形波パルスを挿入し、素子の抵抗値を測定した。

【０１７３】続いて、活性化処理を行った。外部からＸ
Ｙ配線を通じてパルス電圧を素子電極に繰り返し印加す
ることによって行う。そして、炭素原子を含むガスを導
入し、それに由来する炭素あるいは炭素化合物を、前記
亀裂近傍にカーボン膜として堆積させる工程である。

【０１７４】本工程ではカーボン源としてトルニトリル
を用い、真空空間内に導入し、１．３×１０^-4Ｐａを維
持した。導入するトルニトリルの圧力は、真空装置の形
状や真空装置に使用している部材等によって若干影響さ
れるが、１×１０^-5Ｐａ〜１×１０^-2Ｐａ程度が好適で
ある。

【０１７５】図２２の（ａ）、（ｂ）に、活性化工程で
用いられる電圧印加の好ましい一例を示した。印加する
最大電圧値は、１０〜２０Ｖの範囲で適宜選択される。
図２２の（ａ）中、Ｔ１は、電圧波形の正と負のパルス
幅、Ｔ２はパルス間隔であり、電圧値は正負の絶対値が
等しく設定されている。また、図２２の（ｂ）中、Ｔ１
およびＴ１’はそれぞれ、電圧波形の正と負のパルス
幅、Ｔ２はパルス間隔であり、Ｔ１＞Ｔ１’、電圧値は
正負の絶対値が等しく設定されている。

【０１７６】このとき、素子電極３に与える電圧を正と
しており、素子電流Ｉｆは、素子電極３から素子電極２
へ流れる方向が正である。約６０分後に放出電流Ｉｅが
ほぼ飽和に達した時点で通電を停止し、トルニトリルの
導入を止め、活性化処理を終了した。

【０１７７】以上の工程で、電子源素子を有する基板を
作成することができた。

【０１７８】活性化処理のため、このとき真空容器内の
圧力は、２．７×１０^-3Ｐａであった。印加したパルス
は、波高値１４Ｖ、パルス幅３０μ秒の三角波パルス
で、上記フォーミングと同様に、Ｘ方向の行毎に行っ
た。

【０１７９】次いで、上記電子源基板７１をリアプレー
ト８１上に固定した後、基板７１の５ｍｍ上方に、フェ
ースプレート８６（ガラス基板８３の内面に画像形成部
材であるところの蛍光膜８４とメタルバック８５が形成
されて構成される。）を支持枠８２を介して配置し、フ
ェースプレート８６、支持枠８２、リアプレート８１の
接合部にフリットガラスを塗布し、大気中で４００℃で
１０分間焼成することで封着した。なお、リアプレート
８１への基板７１の固定もフリットガラスで行った。

【０１８０】画像形成部材であるところの蛍光膜８４
は、カラーを実現するために、ストライプ形状（図１０
（ａ）参照）の蛍光体とし、先にブラックストライプ９
１を形成し、その間隙部にスラリー法により各色蛍光体
９２を塗布して蛍光膜８４を作製した。ブラックストラ
イプ９１の材料としては、通常よく用いられている黒鉛
を主成分とする材料を用いた。

【０１８１】また、蛍光膜８４の内面側にはメタルバッ
ク８５を設けた。メタルバック８５は、蛍光膜８４の作
製後、蛍光膜８４の内面側表面の平滑化処理（通常、フ
ィルミングと呼ばれる）を行い、その後、Ａｌを真空蒸
着することで作製した。

【０１８２】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体９２と各表面伝導型電子放出素子７４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。

【０１８３】以上のようにして形成した真空容器（外囲
器９０）内を、加熱しながら排気し、真空容器内の圧力
が１．３×１０^-4Ｐａ以下になったところで、排気管
（不図示）をガスバーナーで加熱して溶着して真空容器
を封止し、さらに真空容器内の圧力を低く維持するた
め、高周波加熱によりゲッター処理を行った。

【０１８４】以上のようにして作製した画像形成装置
を、単純マトリクス駆動により、各電子放出素子に順次
電子放出を行わせ、各素子についてＩｅの値を測定し
た。

【０１８５】残り９枚の電子源基板は還元工程後の保管
時間が異なる場合での電子源基板毎の電子放出特性の差
を見る為にあえて、１日ごとに前述と同じ方法で、画像
形成装置を作成したところ、フォーミング処理時の亀裂
形成のための発熱（仕事率）Ｐは、処理日時が１０枚共
に違うが、ほぼ同じであった。また形成された亀裂を光
学顕微鏡で観察したところ１０枚に、変化はなかった。
次に単純マトリクス駆動により電子放出を行わせた結
果、１０枚の電子源基板毎でのＩｅの値のバラツキを求
めたところ、バラツキの幅は７％であった。

【０１８６】〔実施例２〕実施例１と工程を同じとして
未フォーミングの電子源基板を１０枚作成し、還元工程
も実施例１と同じく同時に処理した。還元後の工程の作
成は同日中に作成できなかったため真空中に保管してお
き、実施例１と同じように画像形成装置を作成した。単
純マトリクス駆動により、各電子放出素子に順次電子放
出を行わせ、各素子についてＩｅの値を測定した。同じ
ように残り９枚の電子源基板は還元工程後の保管時間が
異なる場合での電子源基板毎の電子放出特性の差を見る
為に、あえて１日ごとに前述と同じ方法で画像形成装置
を作成したところ、フォーミング処理時の亀裂形成のた
めの発熱（仕事率）Ｐは、処理日時が１０枚共に違う
が、ほぼ同じであった。また形成された亀裂を光学顕微
鏡で観察したところ１０枚に、変化はなかった。

【０１８７】単純マトリックス駆動により電子放出を行
わせ、１０枚の電子源基板毎でのＩｅの値のバラツキを
求めたところ、バラツキの幅は５％となり、実施例１よ
りもより良くなった。これは未フォーミングの電子源基
板を真空中で保管した方が、導電性膜の表面に水分子な
どのガス成分の吸着量が大気中の保管に比べて減少し、
導電性膜に亀裂が形成されるときの発熱の閾値をより小
さくし、フォーミング亀裂の状態の変化をより小さくし
たため、すなわち電子源基板ごとの電子放出特性をより
差のないものにしている。

【０１８８】よって、本発明の製造方法による還元工程
で、同時に一括で多くの電子源基板を還元処理する方法
で製造した電子源基板を同日中にその後の工程を製造で
きないときには、処理できない電子源基板は還元性ガス
の影響を受けない、真空保管、もしくは不活性ガス、非
反応性ガス中で保管した方が、より安定した電子源基板
が作成できる。

【０１８９】〔比較例１〕実施例１の工程、素子電極形
成〜素子膜形成を同じとして作成し、１０枚の電子源基
板を作成した。

【０１９０】次に、以上のようにして作製した未フォー
ミングの電子源基板を１枚用いて同日中に還元処理し、
画像形成装置を作製した。その作製手順は実施例１と同
じとする。残りの９枚の電子源基板は大気中に保管して
ことにする。

【０１９１】フォーミング処理時の発熱（仕事率）Ｐは
実施例１もしくは２とほぼ同じであった。フォーミング
亀裂を光学顕微鏡で観察してみると亀裂形状も実施例１
もしくは２とほぼ同じであった。

【０１９２】以上のようにして作成した電子源基板を用
い画像形成装置を作成し、単純マトリクス駆動により、
各電子放出素子に順次電子放出を行わせ、各素子につい
てＩｅの値を測定した。次の日に残りの９枚の電子源基
板から１枚用いて同じように還元工程から作製し、画像
形成装置を作製した。フォーミング処理時の発熱（仕事
率）Ｐは前述の電子源基板より大きくなり、フォーミン
グ亀裂を光学顕微鏡で観察してみると亀裂幅は広がって
いた。

【０１９３】同じように１日ごとに残りの８枚を電子源
基板を還元工程から作製し、画像形成装置を作製した。
結果、作製した順にフォーミング処理時の発熱（仕事
率）Ｐは前述の電子源基板より大きくなっていき、フォ
ーミング亀裂の亀裂幅は広がっていった。

【０１９４】これは比較例１の作成方法で電子源基板を
作成すると、未フォーミングの電子源基板作成から還元
工程までの時間に差がついたために、大気中での水分子
などの吸着物質の量が電子源基板毎に増量したために導
電性膜の還元が阻害されたためと思われる。

【０１９５】１０枚の電子源基板毎でのＩｅの値のバラ
ツキを求めたところ、１４％と実施例１または２より大
きくなった。

【０１９６】還元工程までの時間に差がついたために、
大気中での水分子などの吸着物質の量が電子源基板毎に
増量したために導電性膜の還元が阻害されたためフォー
ミング亀裂に差がつき、電子放出特性にも差がでたため
である。

【０１９７】そして、画像形成装置の製造のタクトにお
いても、比較例１では電子源基板の還元工程を個別に作
成している為、実施例１または２のように、導電性膜の
還元までを多数同時に行っている方法に比べてタクトが
あまり良くない結果になっている。

【０１９８】〔実施例３〕実施例１および２で形成され
た電子源基板を用いて、図９に示す様な画像形成装置を
製作した。電子源基板をガラス材からなるリアプレート
８１、支持枠８２、フェースプレート（発光表示板）８
６の中に収め、各部材を接着した。接着にはフリットガ
ラスを用い、４５０℃に加熱して接着した。フェースプ
レートの内側には、メタルバック８５と、赤緑青３色よ
りなる蛍光膜８４が形成してあり、メタルバックに接続
された高圧端子８９が画像形成装置外部に引き出される
構造とした。さらに、不図示の排気管を通し、真空ポン
プを使って内部の空気を排気した。排気管をガスバーナ
ーで溶着させ、画像形成装置を完成させた。この画像形
成装置のメタルバック８５には、高圧端子８７を通して
４ｋＶの電位を与え、Ｘ方向端子７２およびＹ方向端子
７３に画像信号を入力することで、画像表示を行った。
画像信号の入力には、図１１に示す駆動回路を使用し
た。

【０１９９】その結果、均一で安定な電子放出特性を有
する電子源基板を用いたことにより、面内ばらつきだけ
でなく、形成された画像形成装置間のばらつきもない良
好な表示特性が観察された。

【０２００】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
均一で安定な電子放出素子が得られ、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、各電子放出素子から均一で安定な電
子放出を行うことが可能となり、さらに、かかる電子源
を用いた画像形成装置においては、輝度のばらつきが少
なく動作安定性に優れた高品位な画像を表示することが
可能となった。

【０２０１】さらに電子源の製造過程において電子放出
を多数設置した電子源を多数同時に還元しストックして
おき、後に必要な電子源のみを通電処理できるので、電
子源の製造プロセスのタクトアップが可能になり、多数
作成した時のバラツキも小さくなった。

【０２０２】したがって、本発明によれば、カラー画像
にも対応可能で、輝度のばらつきが少なく動作安定性に
優れた表示品位の高い大面積フラットディスプレーが実
現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用し得る平面型の表面伝導型電子放
出素子の一構成例を示す模式図であり、（ａ）はその平
面図、（ｂ）はその縦断面図である。

【図２】図１の電子放出素子の製造方法の一例を示す概
略図である。

【図３】本発明におけるフォーミング処理に用いる電圧
波形の一例を示す説明図である。

【図４】フォーミング処理時における導電性の抵抗値と
亀裂形成のための発熱（仕事率）Ｐの関係を示す説明図
である。

【図５】フォーミング処理の方法による、パルス波高値
と素子抵抗の関係を示す説明図である。

【図６】本発明における真空処理装置（測定評価装置）
の一例を示す模式図である。

【図７】図６の真空処理装置を用いて測定された放出電
流Ｉｅ及び素子電流Ｉｆと、素子電圧Ｖｆとの関係を示
す説明図である。

【図８】本発明における単純マトリクス配置の電子源を
示す概略構成図である。

【図９】本発明における単純マトリクス配置の電子源を
用いた画像形成装置に用いる表示パネルを示す概略構成
図である。

【図１０】図９の表示パネルにおける蛍光膜を示す概略
図である。

【図１１】図９の表示パネルを駆動する駆動回路の一例
を示す概略図である。

【図１２】本発明における梯子型配置の電子源を示す概
略図である。

【図１３】本発明において、梯子型配置の電子源を用い
た画像形成装置に用いる表示パネルを示す概略構成図で
ある。

【図１４】実施例１の電子源の製造方法における素子電
極を形成した状態示す平面図である。

【図１５】実施例１の電子源の製造方法におけるＹ方向
配線を形成した状態示す平面図である。

【図１６】実施例１の電子源の製造方法における絶縁膜
を形成した状態示す平面図である。

【図１７】実施例１の電子源の製造方法におけるＸ方向
配線を形成した状態示す平面図である。

【図１８】実施例１の電子源の製造方法における導電性
薄膜を形成した状態示す平面図である。

【図１９】実施例１において、インクジェット方式を用
いた電子放出素子の製造方法を示す説明図である。

【図２０】実施例１におけるフォーミング処理の配線図
を示す概略図である。

【図２１】本発明における導電性膜の還元のための真空
処理装置を示す概略図である。

【図２２】実施例１において、活性化処理に用いた電圧
波形を示す説明図である。

【図２３】従来の電子放出素子の一例を示す平面図及び
断面図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２、３ 素子電極 ４ 導電性膜 ５ 電子放出部 ７ 液滴付与装置 ８ 液滴 ２１ 排気ポンプ ２２ バルブ ２３ 真空容器 ２４ 真空計 ２５ 電流計 ２６ ガスボンベ ２７ 導電線 ２８ 電子源基板 ５０ 電流計 ５１ 電源 ５２ 電流計 ５３ 高圧電源 ５４ アノード電極 ５５ 真空容器 ５６ 排気ポンプ ７１ 電子源基板 ７２ Ｘ方向配線 ７３ Ｙ方向配線 ７４ 電子放出素子 ７５ 絶縁膜 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 ８９ 高圧端子 ９０ 外囲器 ９１ 黒色伝導体 ９２ 蛍光体 １０１ 表示パネル １０２ 走査回路 １０３ 制御回路 １０４ シフトトランジスタ １０５ ラインメモリ １０６ 同期信号分離回路 １０７ 変調信号発生器 １１０ 電子源基板 １１１ 電子放出素子 １１２ 共通配線 １２０ グリッド電極 １２１ 開口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺田 匡宏 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 5C036 EE02 EE16 EF01 EF06 EF09 EG12 EH08 EH18

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 素子電極間に、電子放出部を有する導電
   性膜を形成する電子放出素子の製造方法であって、 基板上の素子電極間に導電性膜を形成する工程と、 素子電極間領域における導電性膜を真空中で還元ガスを
   用いて還元し、該導電性膜の還元状態を未還元状態と完
   全還元状態との中間状態に還元する工程と、 導電性膜に通電し電子放出部を形成する工程とを有する
   ことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
2. 【請求項２】 前記導電性膜を還元する工程において、
   導電性膜の抵抗値を５００Ω以上２０００Ω以下にし、
   その後、導電性膜に亀裂を形成する通電処理及び炭素蓄
   積する活性化処理を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。
3. 【請求項３】 前記導電性膜としてＰｄＯ膜を用いるこ
   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
   の製造方法。
4. 【請求項４】 前記還元工程後の導電性膜を不活性ガス
   もしくは非反応性ガス、または真空中に保存することを
   特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電子放出
   素子の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１から４のいずれかに記載の方法
   により製造されることを特徴とする電子放出素子。
6. 【請求項６】 基板上に複数の電子放出素子を配してな
   る電子源の製造方法において、 上記基板上に配される複数の電子放出素子が請求項１か
   ら４のいずれかに記載の方法により製造されることを特
   徴とする電子源の製造方法。
7. 【請求項７】 基板上に複数の電子放出素子を配してな
   る電子源において、請求項６に記載の方法により製造さ
   れることを特徴とする電子源。
8. 【請求項８】 複数の電子放出素子を有する電子源と、
   該電子源から放出される電子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、 上記電子源に配される複数の電子放出素子が請求項１か
   ら４のいずれかに記載の方法により製造されることを特
   徴とする画像形成装置の製造方法。
9. 【請求項９】 複数の電子放出素子を有する電子源と、
   該電子源から放出される電子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、 請求項８に記載の方法により製造されることを特徴とす
   る画像形成装置。