JP3332676B2 - 電子放出素子、電子源及び画像形成装置と、それらの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子と、
とりわけ長時間安定した電子放出の維持が可能な電子放
出素子、及びそれを用いた電子源、表示装置、露光装置
などの画像形成装置、ならびにそれらの製造方法に関す
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 ｅｍｉｓｓｉｏ
ｎ”、Ａｄｖａｎｃｅｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ、８、８９（１９５６）あるいはＣ．Ａ．Ｓｐ
ｉｎｄｔ，“ＰＨＹＳＩＣＡＬ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓ
ｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈｍｏｌｙｂｄｅｎ
ｉｕｍ ｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４
７，５２４８（１９７６）等に開示されたものが知られ
ている。

【０００３】ＭＩＭ型の例としてはＣ．Ａ．Ｍｅａｄ、
“Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｕｎｎｗｌ−Ｅｍｉｓ
ｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ”、Ｊ．Ａｐｐｌｙ．Ｐｈｙ
ｓ．、３２、６４６（１９６１）等に開示されたものが
知られている。

【０００４】表面伝導型電子放出素子型の例としては、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ、Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ．Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ Ｐｙｓ．、１０、１２９０（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、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 Ｆｉ
ｌｍｓ”、９、３１７（１９７２）〕、Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／Ｓ
ｎＯ₂ 薄膜によるもの〔Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎｄ
Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．
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。

【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２０
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で設定されている。

【０００７】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両端に潮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。

【０００８】上記表面伝導型電子放出素子は、構造が簡
単で比較的容易に多数の電子放出素子を高密度に形成で
きるので、画像表示装置などへの応用が期待されてい
る。長時間にわたって安定した電子放出が得られ、電子
放出特性と効率の向上がなされれば、例えば蛍光体を画
像形成部材とする画像形成装置においては、低電流で明
るい高品位な画像形成装置、例えばフラットテレビが実
現できる。また、低電流化にともない、画像形成装置を
構成する駆動回路等のローコスト化も図れる。

【０００９】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、安定な電子放出特性及び電子
放出効率について、必ずしも満足のゆくものが得られて
おらず、これを用いて高輝度で動作安定性に優れた画像
形成装置を提供するのは極めて難しいというのが実状で
ある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した技術的課題を解決し、安定な電子放出特性を有し、
電子放出の効率向上を図った電子放出素子を提供するこ
とにある。本発明の別の目的は、高輝度で動作安定性に
優れた画像形成装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成する本
発明は即ち、電子放出素子の製造方法であって、対向す
る電極と、該対向する電極の間であって該電極に接続す
る導電性膜を形成する工程と、該導電性膜に亀裂を形成
する工程と、該亀裂内に金属を主体とする膜を形成する
工程とを有し、該金属を主体とする膜を形成する工程
は、前記対向する電極間に、メッキ液中で電圧を印加す
る工程を有することを特徴とする電子放出素子の製造方
法である。

【００１２】又、本発明は、電子放出素子の製造方法で
あって、対向する電極と、該対向する電極の間であって
該電極に接続する導電性膜を形成する工程と、該導電性
膜に亀裂を形成する工程と、該亀裂内に金属を主体とす
る膜を形成する工程とを有し、該金属を主体とする膜を
形成する工程は、前記対向する電極間に、前記金属の元
素を含む金属の雰囲気中で電圧を印加する工程を有する
ことを特徴とする電子放出素子の製造方法である。

【００１３】又、本発明は、基板上に複数の電子放出素
子が配置された電子源と、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、前記電子放出素子が上記
の方法にて製造されることを特徴とする画像形成装置の
製造方法である。

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】以下に本発明を詳述する。

【００１８】上述のように従来の表面伝導型電子放出素
子において、十分に安定な電子放出特性が得られない原
因の一つは、電子放出部では電流による発熱などによ
り、亀裂に臨む導電性薄膜の端部を構成する材質が昇華
などにより失われたり、局所的な溶融による変形が生じ
る等、電子放出部の微細な形状が変化を起こすことであ
ると想像される。

【００１９】上記の課題を解決するため、本発明では、
導電性薄膜に形成された亀裂からなる電子放出部に、当
該部分の導電性薄膜の材質とは異なる金属を主体とする
材質による被覆を形成した構成をとった。該金属の材質
は電子放出部の導電性薄膜の局所的溶融による変形や、
昇華による消耗などを避けるため、当該部分の導電性薄
膜の材質より融点が高い事、あるいは実際に素子を駆動
する真空雰囲気の圧力に等しい蒸気圧を示す温度、一般
的には１．３×１０^-3Ｐａ（〜１０^-5Ｔｏｒｒ）程度の
蒸気圧を示す温度が高いことが求められる。また、金属
の状態ではこの条件は満たさない場合でも、表面に酸化
物層が形成される場合には、該酸化物が上記条件に当て
はまる場合などには、同様の効果が期待できる。本出願
人は、表面伝導型電子放出素子における電子放出部の消
耗は、負極側に比べ正極側の方が顕著に現れる傾向のあ
ることを見いだしている。従って、上記被覆膜は、少な
くとも上記電子放出部の亀裂に臨む正極側の端部を被覆
することを要し、さらに負極側の端部をも被覆するのが
望ましい。また該被覆が亀裂に臨む端部から素子電極に
向かう導電性薄膜の亀裂近傍をも被覆する構造も包含す
るものである。

【００２０】図１は、本発明の平面型表面伝導型電子放
出素子の構成の一例を示す模式図であり、図１（ａ）は
平面図、図１（ｂ）は断面図である。

【００２１】図１において１は基板、２と３は素子電
極、４は導電性薄膜５は電子放出部（亀裂）、６は上述
の高融点材料よりなる被膜である。

【００２２】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
ス基板等及びアルミナ等のセラミックス等を用いること
ができる。

【００２３】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。

【００２４】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、数十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と電子放出し得る電界強度等を考
慮して数μｍから数十μｍの範囲とすることができる。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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Ｒ_ｓが１０^２から１０^７Ω／口の
値である。なおＲ_ｓは、厚さがｔ、幅がｗで長さが１の
薄膜の抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒ_ｓ（１／ｗ）とおいたときに現
れる値である。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物理的処理、あるいは
化学的処理を包含するものである。

【００２８】導電性薄膜４を構成する材料は、Ｐｄ，Ｐ
ｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆ
ｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ，ＳｎＯ₂ ，Ｉ
ｎ₂ Ｏ₃ ，ＰｂＯ，Ｓｂ₂ Ｏ₃ 等の酸化物、ＬａＢ₆ ，
ＣｅＢ₆ ，ＹＢ₄ ，ＧｄＢ₄ 等の硼化物、ＴｉＣ，Ｓｉ
Ｃ等の炭化物、ＴｉＮ等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導
体の中から適宜選択される。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】「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。

【００３３】「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２〜３
ｎｍ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）

【００３４】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。

【００３５】「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）

【００３６】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。

【００３７】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。電子放出部亀裂５は、０．
１ｎｍの数倍から数十ｎｍの範囲の粒径の導電性微粒子
を用いて構成することもできる。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。電子放出部亀裂５に
は、高融点材料よりなる被膜６を有する。

【００３８】次に、垂直型表面伝導型電子放出素子につ
いて説明する。

【００３９】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。

【００４０】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。
７は、段さ形成部である。基板１、素子電極２及び３、
導電性薄膜４、電子放出部亀裂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７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７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、数十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
加する電圧と電子放出し得る電界強度等を考慮して設定
されるが、数十ｎｍから数μｍの範囲が好ましい。

【００４１】導電性薄膜４は、素子電極２及び３と段差
形成部７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７に
直線状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。

【００４２】上述の表面伝導型電子放出素子の製造方法
としては様々な方法があるが、その一例を図４に模式的
に示す。

【００４３】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。

【００４４】１）基板１を洗剤、純水および有機溶剤等
を用いて十分に洗浄後，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（ａ））。

【００４５】２）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、前述の導電性薄膜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（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。

【００４６】３）つづいて、フォーミングと呼ばれる通
電処理を施す。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、電子放出
部亀裂５が形成される（図３（ｃ））。通電フォーミン
グの電圧波形の例を図４に示す。

【００４７】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。

【００４８】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１μｓｅ
ｃ．〜１０ｍｓｅｃ．、Ｔ２は、１０μｓｅｃ．〜１０
０ｍｓｅｃ．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、真空雰囲気下で、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。

【００４９】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。

【００５０】通電フォーミング処理の終了は、パルス間
隔Ｔ２中に、導電性薄膜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。

【００５１】４）つづいて、高融点材料による被膜の形
成を行う。この被膜の材質としては、第５及び第６周期
に属するＩＶ_a 、Ｖ_a 、ＶＩ_a 、ＶＩＩ_a 、ＶＩＩＩ_a
族元素の単体金属ないし合金、あるいはそれらの混合物
が融点が高く好ましい。具体的にはＮｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，
Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒは単体金属として２
０００℃以上の融点を示し好ましい。またＺｒ，Ｒｈも
融点が２０００℃に近く使用可能である。１．３×１０
^-3Ｐａ（１０^-5Ｔｏｒｒ）の蒸気圧を示す温度は、導電
性薄膜としてＰｄを用いた場合、Ｐｄが１３７０Ｋであ
るのに対し、Ｗ；２８４０Ｋ，Ｔａ；２６８０Ｋ，Ｒ
ｅ；２６５０Ｋ，Ｏｓ；２６００Ｋ，Ｎｂ；２３９０Ｋ
等、いずれも好ましく用いることができる。とくにＷ
は、融点が３３８０℃とこれらの金属の中で最も高いた
め好ましい材質である。また、第４周期に属するＮｉは
単体では融点が１４５３℃とＰｄの１５５４℃に比べて
も低いが、Ｗを１０原子％程度含有して合金を形成する
と１５００℃以上まで融点が上昇し、さらに表面に酸化
物層が形成されると融点が２０００℃近くになり、電界
蒸発の速度が非常に遅くなるため、電子放出部の消耗を
防止する効果が期待できる。

【００５２】また該被膜は電子放出部付近のみに形成さ
れるため、素子電極間に電圧を印加し、これにより被膜
が堆積される薄膜堆積法を用いるのが簡便である。具体
的には、素子電極間に電圧を印加し、電界メッキ法によ
りメッキ膜を形成する方法、あるいは当該金属の化合物
を含有する雰囲気中で、素子電極間に電圧を印加し分解
反応を起こさせることにより当該金属の膜を堆積させる
化学的気相成長法などを挙げることが出来る。

【００５３】メッキ法で用いるメッキ浴としては、Ｗ−
Ｎｉ合金被膜を形成するための、Ｎａ₂ ＷＯ₄ ，ＮｉＳ
Ｏ₄ を含むクエン酸−アンモニア浴、Ｎｉ被膜を形成す
るためのスルホサリチル酸Ｎｉ浴等を挙げることが出来
る。また化学的気相成長法で雰囲気形成に用いる金属化
合物としては、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物等
の金属ハロゲン化物、メチル化物、エチル化物、ベンジ
ル化物などのアルキル金属類、アセチルアセトナート、
ジピバノイルメタナート、ヘキサフルオロアセチルアセ
トナート等の金属β−ジケトナート類、アリル錯体、シ
クロペンタジエニル錯体等の金属エニル錯体類、ベンゼ
ン錯体等のアレーン錯体、金属カルボニル類、金属アル
コキシド類など及びこれらの複合した化合物などを挙げ
ることが出来る。本発明では前述の高融点材料を堆積す
る必要があるので、より好適な化合物の例として、Ｎｂ
Ｆ₅ ，ＮｂＣｌ₅ ，Ｎｂ（Ｃ₅ Ｈ₅ ）（ＣＯ）₄ ，Ｎｂ
（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₂ Ｃｌ₂ ，ＯｓＦ₄ ，Ｏｓ（Ｃ₃ Ｈ₇ Ｏ
₂ ）₃ ，Ｏｓ（ＣＯ）₅ ，Ｏｓ₃ （ＣＯ）₁₂，Ｏｓ（Ｃ
₅ Ｈ₅ ）₂ ，ＲｅＦ₅ ，ＲｅＣｌ₅ ，Ｒｅ（ＣＯ）₁₀，
ＲｅＣｌ（ＣＯ）₅ ，Ｒｅ（ＣＨ₃ ）（ＣＯ）₅ ，Ｒｅ
（Ｃ₅ Ｈ₅ ）（ＣＯ）₃ ，Ｔａ（Ｃ₅ Ｈ₅ ）（ＣＯ）
₄ ，Ｔａ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₅ ，Ｔａ（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₂，Ｔａ
（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₂ Ｈ₃ ，ＷＦ₆ ，Ｗ（ＣＯ）₆ ，Ｗ（Ｃ₅
Ｈ₅ ）₂ Ｃｌ₂ ，Ｗ（Ｃ⁵ Ｈ₅ ）₂ Ｈ₂ ，Ｗ（ＣＨ₃ ）
₆ 等が挙げられる。この場合条件によっては、当該金属
以外に炭素などの物質が被膜中に含有される場合もあ
る。

【００５４】この処理においては、上記金属化合物と同
時に水素などエッチング性のある物質を導入し、被覆膜
の結晶性を制御しても良いし、素子を加熱するなどして
被覆膜の形状その他を制御することも可能で、条件に応
じて適宜行われる。

【００５５】この処理により被膜の形成が進行するに伴
い、素子電極間に流れる電流が増加するので、この電流
値を測定して処理の終了を判定する。判定の条件は、処
理に用いる方法、素子の形状などの条件に応じて適宜定
める。

【００５６】処理の終了後、素子の清浄化を行う。具体
的には、メッキ法を用いた場合には、水洗など適当な洗
浄を行い乾燥する。また化学的気相成長法によった場合
は、真空処理装置から該化合物を排気し、必要に応じて
素子や真空処理装置自体を適当な温度に加熱するなどし
て、清浄な真空雰囲気を形成し、適当な時間この中に静
置する。

【００５７】なお、この処理により形成される被覆膜
は、微粒子が緻密に敷き詰められたような状態で形成さ
れる場合があり、このとき微粒子の粒径は、上記処理の
際印加する電圧などによって変化し、また一つの素子上
でも場所によって異なる場合があるが、およそ３０〜１
００ｎｍ程度である。

【００５８】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、図６を参照しながら
説明する。

【００５９】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、１５は真空容器であり、１６は
排気ポンプである。真空容器１５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
子放出部亀裂で、図では省略してあるが亀裂内部／近傍
に高融点材料よりなる被膜を有する。１１は、電子放出
素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源、１０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、１４は素子の電子放出部より放出
される放出電流Ｉｅを捕捉するためのアノード電極であ
る。１３はアノード電極１４に電圧を印加するための高
圧電源、１２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２〜８ｍｍの範
囲として測定を行うことができる。

【００６０】真空容器１５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１６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２５０℃まで加熱できる。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。１８は、必要に応
じて真空装置内に導入する物質を貯蔵しておく物資源
で、アンプル又はボンベを用いる。１７は該導入物質の
導入量を調整するためのバルブである。

【００６１】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。なおいずれもリニアスケー
ルである。

【００６２】図６からも明らかなように、本発明の表面
伝導型電子放出素子は、放出電流Ｉｅに関して三つの特
徴的性質を有する。

【００６３】即ち、（ｉ）本素子はある電圧（しきい値
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、一方しきい値電圧Ｖ
ｔｈ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。

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

【００６５】（ｉｉｉ）アノード電極１４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１４に捕捉される電荷量は、素子
電圧Ｖｆを印加する時間により制御できる。

【００６６】以上の説明より理解されるように、本発明
の表面伝導型電子放出素子は、入力信号に応じて、電子
放出特性を容易に制御できることになる。この性質を利
用すると複数の電子放出素子を配して構成した電子源、
画像形成装置等、多方面への応用が可能となる。

【００６７】図６においては、素子電流Ｉｆは素子電圧
Ｖｆに対して単調増加する（以下、「ＭＩ特性」とい
う。）。素子電流Ｉ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、製造条件を制
御することで制御できる。

【００６８】本発明を適用可能な電子放出素子の応用例
について以下に述べる。本発明の表面伝導型電子放出素
子の複数個を基板上に配列し、例えば電子源あるいは、
画像形成装置が構成できる。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】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巾で制御できる。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。

【００７２】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、２１は電子源基板、２
２はＸ方向配線、２３はＹ方向配線である。２４は表面
伝導型電子放出素子、２５は結線である。尚、表面伝導
型電子放出素子２４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。

【００７３】ｍ本のＸ方向配線２２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、巾は、適宜設計される。
Ｙ方向配線２３は、Ｄｙ１，Ｄｙ２，…，Ｄｙｎのｎ本
の配線よりなり、Ｘ方向配線２２と同様に形成される。
これらｍ本のＸ方向配線２２とｎ本のＹ方向配線２３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）。

【００７４】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２２を形成した基板２１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２２とＹ方向配線２３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２２とＹ方向配線２３は、それぞれ外部端子として引
き出されている。

【００７５】表面伝導型放出素子２４を構成する一対の
電極（不図示）は、ｍ本のＸ方向配線２２とｎ本のＹ方
向配線２３と導電性金属等からなる結線２５によって電
気的に接続されている。

【００７６】配線２２と配線２３を構成する材料、結線
２５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。

【００７７】Ｘ方向配線２２には、Ｘ方向に配列した表
面伝導型放出素子２４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２３には、Ｙ方向に配列した表面伝導型
放出素子２４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。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】図８において、２１は電子放出素子を複数
配した電子源基板、３１は電子源基板２１を固定したリ
アプレート、３６はガラス基板３３の内面に蛍光膜３４
とメタルバック３５等が形成されたフェースプレートで
ある。３２は、支持枠であり該支持枠３２には、リアプ
レート３１、フェースプレート３６がフリットガラス等
を用いて接続されている。３７は外囲器であり、例えば
大気中あるいは、窒素中で、４００〜５００℃の温度範
囲で１０分以上焼成することで、封着して構成される。

【００８１】２４は電子放出素子。２２、２３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。

【００８２】外囲器３７は、上述の如く、フェースプレ
ート３６、支持枠３２、リアプレート３１で構成され
る。リアプレート３１は主に基板２１の強度を補強する
目的で設けられるため、基板２１自体で十分な強度を持
つ場合は別体のリアプレート３１は不要とすることがで
きる。即ち、基板２１に直接支持枠３２を封着し、フェ
ースプレート３６、支持枠３２及び基板２１で外囲器３
７を構成しても良い。一方、フェースプレート３６、リ
アプレート３１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３７を構成することもできる。

【００８３】図９は、蛍光膜を示す模式図である。蛍光
膜３４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３８と蛍光体３９とから構
成することができる。ブラックストライプ、ブラックス
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３９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３４
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。

【００８４】ガラス基板３３に感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３４の内面側には、通常メタルバ
ック３５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３
６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Ａｌを真空蒸着等を用いて堆積させることで作製
できる。

【００８５】フェースプレート３６には、更に蛍光膜３
４の導電性を高めるため、蛍光膜３４の外面側に透明電
極（不図示）を設けてもよい。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】外囲器３７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
ンプなど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
物質の十分少ない雰囲気にした後、封止が成される。外
囲器３７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３７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３７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Ｂａ等が主成分であ
り、該蒸着膜の吸着作用により、たとえば１×１０^-4な
いしは１×１０^-5Ｐａの真空度を維持するものである。
ここで、表面伝導型電子放出素子のフォーミング処理以
降の工程は、適宜設定できる。

【００８９】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、
４１は画像表示パネル、４２は走査回路、４３は制御回
路、４４はシフトレジスタである。４５はラインメモ
リ、４６は同期信号分離回路、４７は変調信号発生器、
ＶｘおよびＶａは直流電圧源である。

【００９０】表示パネル４１は、端子Ｄｏｘ１乃至Ｄｏ
ｘｍ、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Ｄｏｘ１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。

【００９１】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Ｖａより、例えば１
０Ｋ〔Ｖ〕の直流電圧が供給されるが、これは表面伝導
型電子放出素子から放出される電子ビームに蛍光体を励
起するのに十分なエネルギーを付与する為の加速電圧で
ある。

【００９２】走査回路４２について説明する。同回路
は、内部にＭ個のスイッチング素子を備えたもので（図
中、Ｓ１ないしＳｍで模式的に示している）ある。各ス
イッチング素子は、直流電圧源Ｖｘの出力電圧もしくは
０〔Ｖ〕（グランドレベル）のいずれか一方を選択し、
表示パネル４１の端子Ｄｘ１ないし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４３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。

【００９３】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。

【００９４】制御回路４３は、外部より入力する画像信
号に基づいて適切な表示が行われるように各部の動作を
整合させる機能を有する。制御回路４３は、同期信号分
離回路４６より送られる同期信号Ｔｓｙｎｃに基づい
て、各部に対してＴｓｃａｎおよびＴｓｆｔおよびＴｍ
ｒｙの各制御信号を発生する。

【００９５】同期信号分離回路４６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、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４６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Ｔｓ
ｙｎｃ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４４に入力され
る。

【００９６】シフトレジスタ４４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４３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４４
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４
４より出力される。

【００９７】ラインメモリ４５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４３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４７に入力される。

【００９８】変調信号発生器４７は、画像データＩ′ｄ
１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４１内の表面伝導型電子放出素子に印加される。

【００９９】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を変化させる事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
する事が可能である。

【０１００】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４７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。

【０１０１】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４７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４４やラインメモリ４５
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。

【０１０３】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路４６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４６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４５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４７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４７には、例えばＤ／Ａ変調回路を用
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４７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。

【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４７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（ＶＣＯ）を採
用でき、必要に応じて表面伝導型電子放出素子の駆動電
圧まで電圧増幅するための増幅器を付加することもでき
る。

【０１０５】このような構成をとり得る本発明の画像表
示装置においては、各電子放出素子に、容器外端子Ｄｏ
ｘ１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Ｈ
ｖ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方式など他、
これよりも、多数の走査線からなるＴＶ信号（例えば、
ＭＵＳＥ方式をはじめとする高品位ＴＶ）方式をも採用
できる。

【０１０７】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２１及び図１９を用いて説明する。

【０１０８】図２１は、はしご型配置の電子源の一例を
示す模式図である。図２１において、２１は電子源基
板、２４は電子放出素子である。２６、Ｄｘ１〜Ｄｘ１
０は、電子放出素子２４を接続するための共通配線であ
る。電子放出素子２２は、基板２１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Ｄｘ
２〜Ｄｘ９は、例えばＤｘ２、Ｄｘ３を同一配線とする
こともできる。

【０１０９】図１９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。８４はグリッド電極、８５は電子が通過するため
空孔、８６はＤｏｘ１，Ｄｏｘ２，…Ｄｏｘｍよりなる
容器外端子である。８７はグリッド電極８４と接続され
たＧ１，Ｇ２，…Ｇｎからなる容器外端子、２１は電子
源基板である。図１９においては、図７、図８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２１とフェースプレート３６の間にグ
リッド電極８４を備えているか否かである。

【０１１０】グリッド電極８４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８５が設けられている。グ
リッドの形状や設置位置は図１９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。

【０１１１】容器外端子８６及びグリッド容器外端子８
７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。

【０１１３】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】

【発明の実施の形態】以下、実施例を挙げて、更に、本
発明を詳述する。

【０１１５】（実施例１）本実施例の素子は図１に示し
たものと同様の構成を有するものである。図３にもとづ
いて本実施例の製造工程を説明する。

【０１１６】（工程−ａ）清浄化した青板ガラスに厚さ
０．５μｍのシリコン酸化膜をスパッタ法により形成
し、これを基板として用いた。基板１上にホトレジスト
（ＲＤ−２０００Ｎ−４１；日立化成社製）パターンを
形成し、真空蒸着法により、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ１
００ｎｍのＮｉを順次積層した。この後ホトレジストパ
ターンを有機溶剤で溶解し、Ｎｉ／Ｔｉ堆積膜をリフト
オフして素子電極２，３を形成した。素子電極間隔はＬ
＝３μｍ、素子電極の幅はＷ＝３００μｍとした。

【０１１７】（工程−ｂ）導電性薄膜４を形成するため
Ｃｒマスクを形成する。素子電極２，３を形成した基板
に真空蒸着法により厚さ１００ｎｍのＣｒ膜を堆積、通
常のフォトリソグラフィープロセスにより、導電性薄膜
の形状に相当する開口部を設けマスクとする。

【０１１８】これにＰｄアミン錯体溶液（ｃｃｐ−４２
３０；奥野製薬（株）製）をスピンナーにより回転塗布
し、大気中で３００℃１０分間の焼成処理を行った。こ
うして形成された膜は、ＰｄＯを主成分とする微粒子膜
で、膜厚は１０ｎｍであった。

【０１１９】（工程−ｃ）Ｃｒマスクをウェットエッチ
ングして除去する。ＰｄＯ微粒子膜はリフトオフにより
パターニングされ、所望の形態の導電性薄膜４が形成さ
れる。導電性薄膜４の抵抗値は、Ｒｓ＝２×１０⁴ Ω／
口であった。

【０１２０】（工程−ｄ）次に、上記素子を図５の測定
評価兼真空処理装置内に移し、フォーミング処理を行っ
た。真空容器１５の内部を、排気装置１６により圧力が
２．３×１０^-3Ｐａに到達するまで排気した後、素子電
極２，３の間にパルス電圧を印加しフォーミング処理を
施した。

【０１２１】なお、本実施例で使用した排気装置は、ソ
ープションポンプとイオンポンプからなる、いわゆる超
高真空用排気装置である。以下、特にことわらない限
り、排気装置には同様の超高真空用排気装置を用いてい
る。

【０１２２】ここで用いた電圧パルスの波形は図４
（ｂ）に示したもので、パルス幅Ｔ１＝１ｍｓｅｃ．、
パルス間隔Ｔ２＝１０ｍｓｅｃ．である。三角波の波高
値は、０．１Ｖステップで昇圧させた。また一つのフォ
ーミングパルスから次のフォーミングパルスのまでの間
に、０．１Ｖの矩形波パルス（付図示）を挿入し、抵抗
値をモニタしながらフォーミングを行った。フォーミン
グ処理は、抵抗値が１ＭΩを越えたところで終了した。
終了時の波高値（フォーミング電圧）は５．０ないし
５．１Ｖであった。

【０１２３】（工程−ｅ）真空容器１５内に、スローリ
ークバルブ１７を介してＷＦ₆ を導入、真空容器１５内
の圧力が１．３×１０^-1Ｐａに維持されるよう調整し
た。次に素子に波高値１４Ｖの三角波パルスを印加し、
活性化処理を施した。パルス幅、パルス間隔は、上記フ
ォーミング処理に用いたものと同じである。この処理に
より、電子放出部にタングステン（Ｗ）の膜が形成され
る。処理に際しては、素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅを
測定しながらパルス電圧を印加した。本実施例では、約
３０分で、電子放出効率η（＝Ｉｅ／Ｉｆ）が最大に達
したので、ＷＦ₆ の導入を停止し、活性化処理を終了し
た。なお、電子放出効率が最大となったことの判定は、
Ｉｅ，Ｉｆの測定結果からηを算出、さらにηの時間微
分δη／δｔを演算し、この値が０の周辺に１分間停滞
した時点で、そのように判定した。

【０１２４】（実施例２）実施例１と同様に、工程ｄま
でを行い、工程ｅにおいて、真空容器内にＷＦ₆ととも
に、Ｈ₂ を導入した。他の処理は実施例１と同様であ
る。このときＨ₂ の分圧は、１．３×１０^-2Ｐａとなる
ように調整した。

【０１２５】（比較例１）実施例１と同様に工程ｄまで
を行った。続いて、 （工程−ｅ）本比較例においては、ロータリーポンプと
ターボポンプからなる高真空用排気装置により真空容器
内を排気、真空容器内の圧力は２．７×１０^-4Ｐａ程度
となった。次に素子に波高値１４Ｖの三角波パルスを印
加し、活性化処理を施した。この処理により、電子放出
電流Ｉｅと、素子電流Ｉｆが急激に増大する。活性化処
理にあたっては、素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅを測定
しながらパルス電圧を印加した。

【０１２６】この活性化処理を３０分間行った後、パル
ス印加を停止し、排気装置を実施例１と同じ超高真空用
の排気装置に切り替え、真空容器を約２００℃に加熱し
ながら排気を続けた。容器内の圧力が１．３×１０^-6Ｐ
ａに到達したことを確認し、真空容器の加熱を停止しこ
の処理を終了した。

【０１２７】実施例１、２及び比較例１の素子の電子放
出特性とその時間変化を測定した。測定中の真空容器内
の圧力は１．３×１０^-6Ｐａを維持した。測定のために
素子に印加した電圧パルスは、１４Ｖ矩形波パルスで、
パルス間隔Ｔ１＝１００μｓｅｃ．、パルス間隔１０ｍ
ｓｅｃ．とした。Ｉｅの測定は、アノード電極と素子の
間の距離を４ｍｍ、電圧を１ｋＶとして測定した。

【０１２８】１００時間連続して、素子の駆動を行い、
電子放出電流Ｉｅの変化を追跡した。

【０１２９】なお、それぞれ複数作成した素子の一つに
ついては、測定は行わず、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）に
より、電子放出部の形態を観察した。また、Ｗ被覆膜の
結晶性を評価するため、電子線回折を行い回折パターン
が現れるかどうかを確かめた。

【０１３０】電子放出電流Ｉｅの測定結果は次の通りで
あった。

【０１３１】

【表１】

【０１３２】ＳＥＭによる観察では、実施例１，２とも
図１３（ａ）に模式的に示すように電子放出部亀裂の正
極側に、Ｗよりなる被覆膜が形成されているのが確認さ
れた。負極側にははっきりとした被覆膜は見られなかっ
た。なお本実施例と類似の条件で作成した素子に関して
は、条件によっては図１３（ｃ）に模式的に示すよう
に、負極側にも僅かに被覆膜が確認される場合もある。

【０１３３】電子線回折の結果は、実施例１では明確な
回折パターンを示す結晶質の部分と、ハローが観察され
る非晶質の部分が混在しているのに対し、実施例２で
は、はっきりとしたＷの結晶回折パターンが観察され
た。ピーク形状も、実施例１の結晶質の部分よりやや鋭
く、結晶性が高いことが確かめられた。これは、被覆膜
形成工程で導入した水素が、エッチングガスとして働
き、結晶性の良いＷの結晶のみが成長したものと考えら
れる。

【０１３４】（実施例３）実施例１と同様の手順で工程
ｄまでを行った。続いて、 （工程−ｅ）スローリークバルブを介して、真空容器内
にＷＦ₆ を導入。真空容器内の圧力が１．３×１０^-3Ｐ
ａとなるよう調整した。次に素子に図１１（ａ）に示す
ような、極性が交互に入れ替わる、波高値１４Ｖの矩形
波パルスを印加した。パルス幅Ｔ１＝１ｍｓｅｃ．、周
期Ｔ２＝１０ｍｓｅｃ．、逆極性のパルスの間隔Ｔ２＝
５ｍｓｅｃ．である。

【０１３５】電子放出効率ηが最大となったところで、
処理を停止、真空容器内を排気し圧力を１．３×１０^-6
Ｐａ以下とした。

【０１３６】（実施例４）実施例３と同様の工程で作成
したが、工程ｅにおいて、ＷＦ₆ と同時にＨ₂ ガスを導
入した。ＷＦ₆ の分圧は１．３×１０^-3Ｐａ、Ｈ₂ の分
圧は１．３×１０^-4Ｐａとなるように調整した。

【０１３７】実施例３，４の素子について、電子放出特
性の測定、ＳＥＭによる形態観察、電子線回折測定を行
った。電子放出特性の測定条件は、前述の実施例１，
２、比較例１に対するものと同様である。結果は次の通
りである。

【０１３８】

【表２】

【０１３９】ＳＥＭによる形態観察では、実施例３，４
ではＷ被覆膜が、図１３（ｂ）に模式的に示したよう
に、正極側、負極側とも同様に形成されていることが確
認された。電子線回折の結果は、実施例３では、実施例
１と同様、結晶の回折パターンの現れる部分と、ハロー
の現れる部分が混在し、実施例４では実施例２と同様、
はっきりとした結晶の回折パターンが観測された。

【０１４０】（実施例５）実施例１と同様にして工程ｄ
までを行った後、 （工程−ｅ）スローリークバルブを開き、真空容器内に
Ｗ（ＣＯ）₆ を導入。真空容器内の圧力が１．３×１０
^-2Ｐａとなるよう調整した。次に素子に図１１（ｂ）に
示すような、波高値１４Ｖの矩形波パルスを印加し、活
性化処理を施した。パルス幅Ｔ１＝３ｍｓｅｃ．、パル
ス間隔Ｔ２＝１０ｍｓｅｃ．である。この処理により、
電子放出部にタングステンの膜が形成される。この処理
に際しては、素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅを測定しな
がらパルス電圧を印加した。

【０１４１】電子放出効率ηが最大となったところで、
パルス印加とＷ（ＣＯ）₆ の導入を停止、真空容器内を
１．３×１０^-6Ｐａ以下の圧力になるように排気した。

【０１４２】（実施例６）実施例５と同様の条件で作成
した。ただし、工程ｅにおいて、印加したパルスは１８
Ｖ矩形波パルスである。

【０１４３】（実施例７）実施例５と同様の条件で作成
した。ただし、工程ｅにおいて、Ｗ（ＣＯ）₆ と同時に
Ｈ₂ を導入した。Ｗ（ＣＯ）₆ の分圧は、１．３×１０
^-3Ｐａ、Ｈ₂ の分圧は、１．３×１０^-4Ｐａとした。

【０１４４】上記実施例５〜７について、実施例１と同
じ条件で、電子放出特性の測定を行った。結果は次の通
りである。

【０１４５】

【表３】

【０１４６】ＳＥＭによる形態観察を行った結果、いず
れも実施例１と同様に、電子放出部亀裂の正極側にＷよ
りなる被覆膜が形成されていることが確かめられた。

【０１４７】（実施例８）実施例１と同様の手順で工程
ｄまでを行った。続いて、 （工程−ｅ）スローリークバルブを開き、真空容器内に
Ｗ（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₂ Ｈ₂ を導入。真空容器内の圧力が１．
３×１０^-3Ｐａとなるよう調整した。次に素子に図１１
（ｂ）に示すような、波高値１８Ｖの矩形波パルスを印
加し、活性化処理を施した。パルス幅Ｔ１＝３ｍｓｅ
ｃ．、パルス間隔Ｔ２＝１０ｍｓｅｃ．である。この処
理により、電子放出部にタングステンの膜が形成され
る。この処理に際しては、素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉ
ｅを測定しながらパルス電圧を印加した。

【０１４８】電子放出効率ηが最大となったところで、
パルス印加とＷ（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₂ Ｈ₂の導入を停止した。

【０１４９】この素子について、実施例１と同じ条件で
電子放出特性の測定を行った。結果は次の通りである。

【０１５０】

【表４】

【０１５１】ＳＥＭによる形態観察の結果は、実施例１
と同様に電子放出部亀裂の正極側に、被覆膜が形成され
ていることが確かめられた。この被覆膜の組成を電子プ
ローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）で調べたとこ
ろ、Ｗのほかに相当量の炭素を含有することが分かっ
た。

【０１５２】（実施例９）実施例１と同様に工程ｄまで
を行い、続いて、 （工程−ｅ）スローリークバルブを開き、真空容器内に
Ｍｏ（ＣＯ）₆ を導入。真空容器内の圧力が１．３×１
０^-3Ｐａとなるよう調整した。次に素子に図１１（ｂ）
に示すような、波高値１６Ｖの矩形波パルスを印加し、
活性化処理を施した。パルス幅Ｔ１＝３ｍｓｅｃ．、パ
ルス間隔Ｔ２＝１０ｍｓｅｃ．である。この処理によ
り、電子放出部にモリブデンの膜が形成される。処理に
際しては、素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅを測定しなが
らパルス電圧を印加した。

【０１５３】電子放出効率ηが最大となったところで、
パルス印加とＭｏ（ＣＯ）₆ の導入を停止、真空容器内
を１．３×１０^-6Ｐａ以下の圧力になるように排気し
た。

【０１５４】（実施例１０）実施例１と同様にして工程
ｄまでを行った後、 （工程−ｅ）スローリークバルブを開き、真空容器内に
Ｈｆ（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₂ Ｈ₂ を導入。真空容器内の圧力が
１．３×１０^-3Ｐａとなるよう調整した。次に素子に図
１１（ｂ）に示すような、波高値１８Ｖの矩形波パルス
を印加し、活性化処理を施した。パルス幅Ｔ１＝３ｍｓ
ｅｃ．、パルス間隔Ｔ２＝１０ｍｓｅｃ．である。この
処理により、電子放出部にハフニウムの膜が形成され
る。この処理に際しては、素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉ
ｅを測定しながらパルス電圧を印加した。

【０１５５】電子放出効率ηが最大となったところで、
パルス印加とＨｆ（Ｃ₅ Ｈ₅ ）₂ Ｈ₂ の導入を停止し
た。

【０１５６】実施例９，１０について、実施例１と同様
の条件で、電子放出特性を測定した。結果は次の通りで
ある。

【０１５７】

【表５】

【０１５８】ＳＥＭによる形態観察の結果、実施例９，
１０とも電子放出部亀裂の正極側に被覆膜が形成されて
いることが確かめられた。

【０１５９】（実施例１１）実施例１と同様の方法で、
工程ｄまでを行う。続いて、 （工程−ｅ）図１２に模式的に示したメッキ膜形成装置
のメッキ液中に上記素子を浸し、メッキ法による金属膜
の形成を行った。素子電極２を負極、素子電極３を正極
とし、波高値１０Ｖの三角波パルスを印加して電解メッ
キを行った。メッキ液の組成は、小見崇、馬立勝、山本
久；表面技術Ｖｏｌ．４０Ｎｏ．２３１１−３１６（１
９８９）を参考にし、Ｎａ₂ ＷＯ₄ ・２Ｈ₂ Ｏ；４０ｇ
／ｌ，ＮｉＳＯ₄ ・６Ｈ₂ Ｏ；７０ｇ／ｌ，クエン酸；
８０ｇ／ｌであり、ＮＨ₄ ＯＨを用いてｐＨ６に調整し
たものを用いた。

【０１６０】素子に流れる電流が５ｍＡに達したところ
でパルス印加を停止し、洗浄、乾燥を行った。

【０１６１】この処理によりフォーミングで形成された
電子放出部亀裂の主に電極２の側にＷとＮｉの合金から
なる合金膜が形成された。

【０１６２】上記素子について、実施例１と同様の条件
で電子放出特性を測定した。この際の素子の極性は、メ
ッキの場合とは逆に素子電極２を正極、素子電極３を負
極とし、測定を行った。真空装置内の圧力は、１．３×
１０^-6Ｐａ以下となるように排気した。測定結果は次の
通りである。

【０１６３】

【表６】

【０１６４】（実施例１２）本実施例は基板上に表面伝
導型放出素子を複数配置し、図７に模式的に示したよう
にマトリクス的に配線した電子源及びそれを用いた画像
表示装置の製造に本発明を用いた例である。素子の数
は、Ｘ方向、Ｙ方向とも１００個である。

【０１６５】プロセスを図１４を用いて説明する。

【０１６６】工程−Ａ 清浄化した青板ガラス上に厚さ０．５μｍのシリコン酸
化膜をスパッタ法で形成した基板２１上に、真空蒸着法
により、厚さ５ｎｍのＣｒ、厚さ６００ｎｍのＡｕを順
次積層した後、ホトレジスト（ＡＺ１３７０・ヘキスト
社製）をスピンナーにより回転塗布し、ベークした後、
ホトマスク像を露光、現像して下配線パターンを形成
し、Ａｕ／Ｃｒ堆積膜をウェットエッチングして所望の
形状の下配線２２を形成した。

【０１６７】工程−Ｂ 次に厚さ１．０μｍのシリコン酸化膜からなる、層間絶
縁層６１をＲＦスパッタ法により堆積した。

【０１６８】工程−Ｃ 工程Ｂで堆積したシリコン酸化膜にコンタクトホール６
２を形成するためのホトレジストパターンを作り、これ
をマスクとした層間絶縁層６１をエッチングしてコンタ
クトホール６２を形成した。エッチングはＣＦ₄ とＨ₂
ガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔ
ｃｈｉｎｇ）法によった。

【０１６９】工程−Ｄ その後、素子電極２，３と素子電極間ギャップＧとなる
べきパターンをホトレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−４１
・日立化成社製）で形成し、真空蒸着法により、厚さ５
ｎｍのＴｉ、厚さ１００ｎｍのＮｉを順次堆積した。ホ
トレジストパターンを有機溶剤で溶解し、Ｎｉ／Ｔｉ堆
積膜をリフトオフし、素子電極間隔３μｍ、幅３００μ
ｍの素子電極２，３を形成した。

【０１７０】工程−Ｅ 素子電極２，３上に上配線２３のホトレジストパターン
を形成した後、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ５００ｎｍのＡ
ｕを順次真空蒸着により堆積し、リフトオフにより不要
な部分を除去して、所望の形状の上配線２３を形成し
た。

【０１７１】工程−Ｆ 次に、膜厚３０ｎｍのＣｒ膜６３を真空蒸着により堆
積、導電性薄膜４の形状の開口部を有するようにパター
ニングし、その上にＰｄアミン錯体溶液（ｃｃｐ４２３
０）をスピンナーにより回転塗布、３００℃１２分間の
加熱焼成処理を施してＰｄＯ微粒子よりなる導電性薄膜
６４を形成した。この膜の膜厚は７０ｎｍであった。

【０１７２】工程−Ｇ Ｃｒ膜６３をエッチャントを用いてウェットエッチング
してＰｄＯ微粒子よりなる導電性薄膜６４の不要部分と
ともに除去し、所望の形状の導電性薄膜４を形成した。
抵抗値はＲｓ＝４×１０⁴ Ω／口程度であった。

【０１７３】工程−Ｈ コンタクトホール６２部分以外にレジストパターンを形
成し、真空蒸着により厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ５００ｎ
ｍのＡｕを順次堆積した。リフトオフにより不要な部分
を除去することにより、コンタクトホールを埋め込ん
だ。

【０１７４】この様にして作成した電子源を用いて画像
形成装置を構成した。図８を用いて説明する。

【０１７５】工程−Ｉ 電子源基板２１をリアプレート３１上に固定した後、基
板２１の５ｍｍ上方に、フェースプレート３６（ガラス
基板３３の内面に蛍光膜３４とメタルバック３５が形成
されて構成される）を支持枠３２を介し配置し、フェー
スプレート３６、支持枠３２、リアプレート３１の接合
部にフリットガラスを塗布し、大気中あるいは窒素雰囲
気中で４００℃ないし５００℃で１０分以上焼成するこ
とで封着した。またリアプレート３１への基板２１の固
定もフリットガラスで行った。図８において、２４は電
子放出素子、２２，２３はそれぞれＸ方向及びＹ方向の
素子配線である。

【０１７６】蛍光膜３４は、モノクロームの場合は蛍光
体のみから成るが、本実施例では蛍光体はストライプ形
状を採用し、先にブラックストライプを形成し、その間
隙部に各色蛍光体を塗布し、蛍光膜３４を作製した。ブ
ラックストライプの材料として通常良く用いられている
黒鉛を主成分とする材料を用いた。ガラス基板３３に蛍
光体を塗布する方法はスラリー法を用いた。

【０１７７】また、蛍光膜３４の内面側には通常メタル
バック３５が設けられる。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を真空蒸着するこ
とで作製した。

【０１７８】フェースプレート３６には、更に蛍光膜３
４の導伝性を高めるため、蛍光膜３４の外面側に透明電
極が設けられる場合もあるが、本実施例では、メタルバ
ックのみで十分な導電性が得られたので省略した。

【０１７９】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体と電子放出素子とを対応させなくてはいけないた
め、十分な位置合わせを行った。

【０１８０】工程−Ｊ 以上のようにして完成したガラス容器内の雰囲気を排気
管を通じ真空ポンプにて１０^-4Ｐａ程度の真空度まで排
気した。図１５に示すように、Ｙ方向配線を共通結線し
て１ライン毎にフォーミング処理を行う。図中６６はＹ
方向配線２３を共通結線した共通電極、６７は電源、６
８は電流測定用抵抗、６９は電流をモニタするためのオ
シロスコープである。

【０１８１】工程−Ｋ つづいて、被覆膜の形成を行う。処理装置の構成を図１
６に示す。画像表示装置７１は排気管７２を介して真空
チャンバー７３に接続されている。真空チャンバー７３
は排気装置７４により排気され、内部の雰囲気は圧力計
７５と四重極質量分析器（Ｑ−ｍａｓｓ）７６によって
検知される。真空チャンバー７３にはまた、２系統のガ
ス導入系が接続されており、一方は活性化物質の導入
用、他方は活性化物質をエッチングする物質（エッチン
グガス）の導入用である。本実施例ではエッチングガス
用の導入系は使用しない。

【０１８２】活性化物質導入系は電磁弁とマスフローコ
ントローラーよりなるガス導入装置７７を介して、物質
源７８に接続されている。本実施例ではＷ（ＣＯ）₆ を
アンプルにいれたものを気化させて使用した。

【０１８３】ガス導入装置７７を制御してＷ（ＣＯ）₆
をパネル内に導入し圧力が１．３×１０^-4Ｐａとなるよ
うに調整して、１８Ｖ矩形波パルスを印加する。パルス
幅は３ｍｓｅｃ．、パルス間隔は１０ｍｓｅｃ．とし
た。

【０１８４】活性化処理は、１行づつ実行した。一つの
行の素子に接続された１本のＸ方向配線に、波高値Ｖａ
ｃｔ＝１８Ｖの矩形波パルスを印加し、Ｙ方向配線は、
工程Ｊと同様に共通電極に結線する。

【０１８５】一行の素子電流がＩｆ＞２００ｍＡ（１素
子あたり２ｍＡ）となったところでその行の処理を終了
し、つぎの行の処理に移って、同様の処理を繰り返す。

【０１８６】工程−Ｌ すべての行の処理が終了したところで、ガス導入装置の
バルブを閉じＷ（ＣＯ）₆ の導入を停止し、ガラスパネ
ル全体を約２００℃に加熱しながら排気、５時間排気を
続けたところで、単純マトリクス駆動により、電子を放
出させ、蛍光体膜を全面発光させ、正常に動作すること
を確認した後、排気管を加熱蒸着して封じきる。この
後、高周波加熱によりパネル内に設置したゲッター（不
図示）を高周波加熱によりフラッシュさせる。

【０１８７】以上のように完成した本発明の画像形成装
置において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄｘ１な
いしＤｘｍ，Ｄｙ１ないしＤｙｎを通じ、走査信号及び
変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ、印加す
ることにより、電子放出させ、高圧端子Ｈｖを通じ、メ
タルバック３５に５．０ｋＶの高圧を印加し、電子ビー
ムを加速し、蛍光膜３４に衝突させ、励起・発光させる
ことで画像を表示した。全面発光の状態で１００時間連
続で駆動したところ、良好な表示の状態が維持された。

【０１８８】図１７は、実施例１２の画像形成装置（デ
ィスプレイパネル）に、たとえばテレビジョン放送をは
じめとする種々の画像情報源により提供される画像情報
を表示できるように構成した表示装置の一例を示すため
の図である。図中９１はディスプレイパネル、９２はデ
ィスプレイパネルの駆動回路、９３はディスプレイコン
トローラ、９４はマルチプレクサ、９５はデコーダ、９
６は入出力インターフェース回路、９７はＣＰＵ、９８
は画像生成回路、９９および１００および１０１は画像
メモリーインターフェース回路、１０２は画像入力イン
ターフェース回路、１０３および１０４はＴＶ信号受信
回路、１０５は入力部である（なお、本表示装置は、た
とえばテレビジョン信号のように映像情報と音声情報の
両方を含む信号を受信する場合には、当然映像の表示と
同時に音声を再生するものであるが、本発明の特徴と直
線関係しない音声情報の受信，分離，再生，処理，記憶
などに関する回路やスピーカーなどについては説明を省
略する。）。

【０１８９】以下、画像信号の流れに沿って各部の機能
を説明してゆく。

【０１９０】まず、ＴＶ信号受信回路１０４は、たとえ
ば電波や空間光通信などのような無線伝送系を用いて伝
送されるＴＶ画像信号を受信する為の回路である。受信
するＴＶ信号の方式は特に限られるものではなく、たと
えば、ＮＴＳＣ方式，ＰＡＬ方式，ＳＥＣＡＭ方式など
の諸方式でもよい。また、これらよりさらに多数の走査
線よりなるＴＶ信号（たとえばＭＵＳＥ方式をはじめと
するいわゆる高品位ＴＶ）は、大面積化や大画素数化に
適した前記ディスプレイパネルの利点を生かすのに好適
な信号源である。ＴＶ信号受信回路１０４で受信された
ＴＶ信号は、デコーダ９５に出力される。

【０１９１】また、ＴＶ信号受信回路１０３は、たとえ
ば同軸ケーブルや光ファイバーなどのような有機伝送系
を用いて伝送されるＴＶ画像信号を受信するための回路
である。前記ＴＶ信号受信回路１０４と同様に、受信す
るＴＶ信号の方式は特に限られるものではなく、また本
回路で受信されたＴＶ信号もデコーダ９５に出力され
る。

【０１９２】また、画像入力インターフェース回路１０
２は、たとえばＴＶカメラや画像読み取りスキャナーな
どの画像入力装置から供給される画像信号を取り込むた
めの回路で、取り込まれた画像信号はデコーダ９５に出
力される。

【０１９３】また、画像メモリーインターフェース回路
１０１は、ビデオテープレコーダー（ＶＴＲ）に記憶さ
れている画像信号を取り込むための回路で、取り込まれ
た画像信号はデコーダ９５に出力される。

【０１９４】また、画像メモリーインターフェース回路
１００は、ビデオディスクに記憶されている画像信号を
取り込むための回路で、取り込まれた画像信号はデコー
ダ９５に出力される。

【０１９５】また、画像メモリーインターフェース回路
９９は、いわゆる静止画ディスクのように、静止画像デ
ータを記憶している装置から画像信号を取り込むための
回路で、取り込まれた静止画像データはデコーダ９５に
入力される。

【０１９６】また、入出力インターフェース回路９６
は、本表示装置と、外部のコンピュータもしくはコンピ
ュータネットワークもしくはプリンターなどの出力装置
とを接続するための回路である。画像データや文字・図
形情報の入出力を行うのはもちろんのこと、場合によっ
ては本表示装置の備えるＣＰＵ９７と外部との間で制御
信号や数値データの入出力などを行うことも可能であ
る。

【０１９７】また、画像生成回路７７は、前記入出力イ
ンターフェース回路９６を介して外部から入力される画
像データや文字・図形情報や、あるいはＣＰＵ９７より
出力される画像データや文字・図形情報にもとづき表示
用画像データを生成するための回路である。本回路の内
部には、たとえば画像データや文字・図形情報を蓄積す
るための書き換え可能メモリーや、文字コードに対応す
る画像パターンが記憶されている読み出し専用メモリー
や、画像処理を行うためのプロセッサーなどをはじめと
して画像の生成に必要な回路が組み込まれている。

【０１９８】本回路により生成された表示用画像データ
は、デコーダ９５に出力されるが、場合によっては前記
入出力インターフェース回路９６を介して外部のコンピ
ュータネットワークやプリンターに出力することも可能
である。

【０１９９】また、ＣＰＵ９７は、主として本表示装置
の動作制御や、表示画像の生成や選択や編集に関わる作
業を行う。

【０２００】たとえば、マルチプレクサ９４に制御信号
を出力し、ディスプレイパネルに表示する画像信号を適
宜選択したり組み合わせたりする。また、その際には表
示する画像信号に応じてディスプレイパネルコントロー
ラ７２に対して制御信号を発生し、画面表示周波数や走
査方法（たとえばインターレースかノンインターレース
か）や一画面の走査線の数など表示装置の動作を適宜制
御する。

【０２０１】また、前記画像生成回路９８に対して画像
データや文字・図形情報を直接出力したり、あるいは前
記入出力インターフェース回路９６を介して外部のコン
ピュータやメモリーをアクセスして画像データや文字・
図形情報を入力する。なお、ＣＰＵ９７は、むろんこれ
以外の目的の作業にも関わるものであって良い。たとえ
ば、パーソナルコンピュータやワードプロセッサなどの
ように、情報を生成したり処理する機能に直接関わって
も良い。あるいは、前述したように入出力インターフェ
ース回路９６を介して外部のコンピュータネットワーク
と接続し、たとえば数値計算などの作業を外部機器と協
同して行っても良い。

【０２０２】また、入力部１０５は、前記ＣＰＵ９７に
使用者が命令やプログラム、あるいはデータなどを入力
するためのものであり、たとえばキーボードやマウスの
ほか、ジョイスティック，バーコードリーダー，音声認
識装置など多様な入力機器を用いる事が可能である。

【０２０３】また、デコーダ９５は、前記９８ないし１
０４より入力される種々の画像信号を３原色信号、また
は輝度信号とＩ信号、Ｑ信号に逆変換するための回路で
ある。なお、同図中に点線で示すように、デコーダ９５
は内部に画像メモリーを備えるのが望ましい。これは、
たとえばＭＵＳＥ方式をはじめとして、逆変換するに際
して画像メモリーを必要とするようなテレビ信号を扱う
ためである。また、画像メモリーを備える事により、静
止画の表示が容易になる、あるいは前記画像生成回路９
８およびＣＰＵ９７と協同して画像の間引き，補間，拡
大，縮小，合成をはじめとする画像処理や編集が容易に
行えるようになるという利点が生まれるからである。

【０２０４】また、マルチプレクサ９４は、前記ＣＰＵ
９７より入力される制御信号にもとづき表示画像を適宜
選択するものである。すなわち、マルチプレクサ７３は
デコーダ９５から入力される逆変換された画像信号のう
ちから所望の画像信号を選択して駆動回路９２に出力す
る。その場合には、一画面表示時間内で画像信号を切り
替えて選択することにより、いわゆる多画面テレビのよ
うに、一画面を複数の領域に分けて領域によって異なる
画像を表示することも可能である。

【０２０５】また、ディスプレイパネルコントローラ９
３は、前記ＣＰＵ９７より入力される制御信号にもとづ
き駆動回路９２の動作を制御するための回路である。

【０２０６】まず、ディスプレイパネルの基本的な動作
に関わるものとして、たとえばディスプレイパネルの駆
動用電源（図示せず）の動作シーケンスを制御するため
の信号を駆動回路９２に対して出力する。また、ディス
プレイパネルの駆動方法に関わるものとして、たとえば
画面表示周波数や走査方法（たとえばインターレースか
ノンインターレースか）を制御するための信号を駆動回
路９２に対して出力する。

【０２０７】また、場合によっては表示画像の輝度やコ
ントラストや色調やシャープネスといった画質の調整に
関わる制御信号を駆動回路９２に対して出力する場合も
ある。

【０２０８】また、駆動回路９２は、ディスプレイパネ
ル９１に印加する駆動信号を発生するための回路であ
り、前記マルチプレクサ９４から入力される画像信号
と、前記ディスプレイパネルコントローラ９３より入力
される制御信号にもとずいて動作するものである。

【０２０９】以上、各部の機能を説明したが、図２５に
例示した構成により、本表示装置においては多様な画像
情報源より入力される画像情報をディスプレイパネル９
１に表示する事が可能である。すなわち、テレビジョン
放送をはじめとする各種の画像信号はデコーダ９５にお
いて逆変換された後、マルチプレクサ７３において適宜
選択され、駆動回路９２に入力される。一方、ディスプ
レイコントローラ９３は、表示する画像信号に応じて駆
動回路９２の動作を制御するための制御信号を発生す
る。駆動回路９２は、上記画像信号と制御信号にもとず
いてディスプレイパネル９１に駆動信号を印加する。こ
れにより、ディスプレイパネル９１において画像が表示
される。これらの一連の動作は、ＣＰＵ９７により統括
的に制御される。

【０２１０】また、本表示装置においては、前記デコー
ダ９５に内蔵する画像メモリや、画像生成回路９８およ
び情報の中から選択したものを表示するだけでなく、表
示する画像情報に対して、たとえば拡大，縮小，回転，
移動，エッジ強調，間引き，補間，色変換，画像の縦横
比変換などをはじめとする画像処理や、合成，消去，接
続，入れ換え，はめ込みなどをはじめとする画像編集を
行う事も可能である。また、本実施例の説明では特に触
れなかったが、上記画像処理や画像編集と同様に、音声
情報に関しても処理や編集を行うための専用回路を設け
ても良い。

【０２１１】したがって、本表示装置は、テレビジョン
放送の表示機器、テレビ会議の端末機器、静止画像およ
び動画像を扱う画像編集機器、コンピュータの端末機
器、ワードプレセッサをはじめとする事務用端末機器、
ゲーム機などの機能を一台で兼ね備えることが可能で、
産業用あるいは民生用として極めて応用範囲が広い。

【０２１２】なお、上記図２５は、表面伝導型放出素子
を電子ビーム源とするディスプレイパネルを用いた表示
装置の構成の一例を示したにすぎず、これのみに限定さ
れるものでない事は言うまでもない。たとえば、図２５
の構成要素のうち使用目的上必要のない機能に関わる回
路は省いても差し支えない。またこれとは逆に、使用目
的によってはさらに構成要素を追加しても良い。たとえ
ば、本表示装置をテレビ電話機として応用する場合に
は、テレビカメラ、音声マイク、照明機、モデムを含む
送受信回路などを構成要素に追加するのが好適である。

【０２１３】（実施例１３）本実施例は、はしご型配線
をした電子源及びそれを用いた、画像表示装置である。
図１８は、以下の工程の一部を模式的に示したものであ
る。以下、本実施例の製造方法について述べる。この電
子源は、基板上に電子放出素子を１００×１００に配置
されたものである。

【０２１４】工程−Ａ 清浄化した青板ガラス上に厚さ０．５μｍのシリコン酸
化膜をスパッタ法で形成した電子源基板２１上に、素子
電極を兼ねる共通配線の形状の開口を有するホトレジス
ト（ＲＤ−２０００Ｎ−４１：日立化成社製）パターン
を形成し、真空蒸着法により厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ１
００ｎｍのＮｉを順次積層した。この後ホトレジストパ
ターンを有機溶剤で溶解し、ＮｉＴｉ堆積膜をリフトオ
フして、素子電極を兼ねる共通配線８１を形成した。電
極間距離はＬ＝３μｍとした。

【０２１５】工程−Ｂ 真空蒸着法により厚さ３００ｎｍのＣｒ膜を堆積し、通
常のフォトリソグラフィー技術により導電性薄膜のパタ
ーンに相当する開口部８２を形成し、Ｃｒマスク８３と
する。

【０２１６】これにＰｄアミン錯体溶液（ｃｃｐ４２３
０；奥野製薬（株）製）をスピンナーにより回転塗布
し、大気中３００℃１２分間の加熱焼成処理を施した。
こうして形成された膜はＰｄＯを主成分とする導電性の
微粒子膜で、厚さは７ｎｍ前後であった。

【０２１７】工程−Ｃ Ｃｒマスクをウェットエッチして除去、ＰｄＯ膜をリフ
トオフし所望の形状にパターニングされた導電性薄膜４
を得た。導電性薄膜の抵抗値は、Ｒ₅ ＝２×１０⁴ Ω／
口であった。

【０２１８】工程−Ｄ 上記基板を、図５の真空処理装置に設置し、各行毎にフ
ォーミング処理を行った。フォーミング処理の方法は、
実施例１などで示した方法に準じ、各行の抵抗値が１０
０ｋΩを越えたところで処理を終了し次の行の処理に移
った。

【０２１９】工程−Ｅ 上記基板を、実施例１１で用いたのと同様のメッキ浴に
浸し、正極側、負極側の配線間に１０Ｖの矩形波パルス
を印加した。この処理は、１ラインづつおこない、１素
子あたりの電流値が５ｍＡに達したところで、処理を終
了し次のラインの処理に移った。なお、この処理では、
実際の電子放出の際の正極及び負極と電圧のかけ方が反
対になるようにし、メッキ処理の負極、実際の駆動で正
極に当たる側に、Ｗ−Ｎｉ合金よりなる被覆膜を形成し
た。

【０２２０】工程−Ｆ 実施例１２と同様にして表示パネルを形成した。ただし
本実施例はグリッド電極を有するため構成は若干異な
る。図１９のように電子源基板２１、リアプレート３
１、フェースプレート３６とグリッド電極８４を組み合
わせ、外部に容器外端子８６、容器外グリッド電極端子
８７を接続した。８５は、電子通過孔である。

【０２２１】この様にして作成した、実施例１２，１３
の画像表示装置を、全面発光させ、１００時間連続駆動
して観察したところ、いずれも安定した性能が維持され
た。

【０２２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電子放出
素子及びそれを用いた電子源、画像表示装置において
は、駆動に伴う電子放出特性の劣化が抑制され、安定し
た電子放出特性、画像の表示機能が得られるようになっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子放出素子の一例の構成を示す模式
図。

【図２】本発明の電子放出素子の別の一例の構成を示す
模式図。

【図３】本発明の製造プロセスを説明する図。

【図４】本発明の製造プロセスにおいて用いた三角波パ
ルスの波形を示す図。

【図５】本発明の製造プロセス及び特性評価に用いた真
空処理装置の構成を示す模式図。

【図６】本発明の電子放出素子の電子放出特性を示す模
式図。

【図７】本発明の電子源のマトリクス型の配線を説明す
る模式図。

【図８】マトリクス型配線の電子源を用いた画像表示装
置の構成を示す模式図。

【図９】蛍光体膜の構成を説明する模式図。

【図１０】本発明の画像表示装置の駆動方法を説明する
ブロック図。

【図１１】本発明の製造プロセス及び特性評価で用いた
矩形波パルスの波形を示す図。

【図１２】本発明の製造プロセスで用いた電解メッキ装
置の模式図。

【図１３】本発明の電子放出素子の、電子放出部亀裂
と、金属を主体とする被覆膜の構成を示す模式図。

【図１４】マトリクス型配線の電子源の製造プロセスを
説明する図。

【図１５】マトリクス型配線の電子源の製造プロセスに
おける、フォーミング処理のための結線を説明する模式
図。

【図１６】本発明の画像表示装置の製造プロセスに用い
た、真空処理装置。

【図１７】本発明の画像表示装置を用いたシステムの構
成を説明するブロック図。

【図１８】はしご型配線の電子源の製造プロセスを説明
する図。

【図１９】はしご型配線の電子源を用いた画像表示装置
の構成を示す模式図。

【図２０】Ｍ．ハートウェルらによる従来の素子の構成
を示す模式図。

【図２１】はしご型配線の電子源の構成を示す模式図。

【符号の説明】 １，２１ 基板 ２，３ 素子電極 ４ 導電性膜 ５ 電子放出部 ６ 高融点材料の膜 ７ 段差形成部 １０，１２ 電流計 １１，１３，６７ 電源 １４ アノード電極 １５ 真空容器 １６ 排気ポンプ １７ バルブ １８ 導入物質源 ２２ Ｘ方向配線 ２３ Ｙ方向配線 ２４ 電子放出素子 ２５ 結線 ３１ リアプレート ３２ 支持枠 ３３ ガラス基板 ３４ 蛍光膜 ３５ メタルバック ３６ フォースプレート ３７ 外囲器 ４１ 表示パネル ４２ 走査回路 ４３ 制御回路 ４４ シフトレジスタ ４５ ラインメモリ ４６ 同期信号分離回路 ４７ 変調信号 ６１ 層間絶縁層 ６２ コンタクトホール ６３ Ｃｒ膜 ６６ 共通電極 ６８ 電流測定用抵抗 ６９ オシロスコープ ８１ 共通配線 ８２ 開口部 ８３ マスク ８４ グリッド電極 ８５ 電子通過孔 ８６，８７ 容器外端子

フロントページの続き (72)発明者 山野辺 正人 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 審査官 渡戸 正義 (56)参考文献 特開 平８−180795（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−186740（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−298624（ＪＰ，Ａ) 米国特許4954744（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 1/316 H01J 9/02

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子放出素子の製造方法であって、対向
   する電極と、該対向する電極の間であって該電極に接続
   する導電性膜を形成する工程と、該導電性膜に亀裂を形
   成する工程と、該亀裂内に金属を主体とする膜を形成す
   る工程とを有し、該金属を主体とする膜を形成する工程
   は、前記対向する電極間に、メッキ液中で電圧を印加す
   る工程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】 電子放出素子の製造方法であって、対向
   する電極と、該対向する電極の間であって該電極に接続
   する導電性膜を形成する工程と、該導電性膜に亀裂を形
   成する工程と、該亀裂内に金属を主体とする膜を形成す
   る工程とを有し、該金属を主体とする膜を形成する工程
   は、前記対向する電極間に、前記金属の元素を含む金属
   の雰囲気中で電圧を印加する工程を有することを特徴と
   する電子放出素子の製造方法。
3. 【請求項３】 更に、水素を含む雰囲気中で、前記対向
   する電極間に電圧を印加する工程を有する請求項２に記
   載の電子放出素子の製造方法。
4. 【請求項４】 前記金属の雰囲気が、ＩＶ _ａ 、Ｖ _ａ 、Ｖ
   Ｉ _ａ 、ＶＩＩ _ａ 、ＶＩＩＩ _ａ 族に属する元素群から選択
   される元素の化合物を有する請求項２または３に記載の
   電子放出素子の製造方法。
5. 【請求項５】 前記金属の雰囲気が、ＩＶ _ａ 、Ｖ _ａ 、Ｖ
   Ｉ _ａ 、ＶＩＩ _ａ 、ＶＩＩＩ _ａ 族に属する元素群から選択
   される元素のハロゲン化物を有する請求項２または３に
   記載の電子放出素子の製造方法。
6. 【請求項６】 前記ハロゲン化物が、フッ化物である請
   求項５に記載の電子放出素子の製造方法。
7. 【請求項７】 前記フッ化物が、ＷＦ _６ である請求項６
   に記載の電子放出素子の製造方法。
8. 【請求項８】 前記金属の雰囲気が、ＩＶ _ａ 、Ｖ _ａ 、Ｖ
   Ｉ _ａ 、ＶＩＩ _ａ 、ＶＩＩＩ _ａ 族に属する元素群から選択
   される元素のカルボニル化合物を有する請求項２または
   ３に記載の電子放出素子の製造方法。
9. 【請求項９】 前記カルボニル化合物が、Ｗ（ＣＯ） _６
   またはＭｏ（ＣＯ） _６ である請求項８に記載の電子放出
   素子の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記金属の雰囲気が、ＩＶ _ａ 、Ｖ _ａ 、
    ＶＩ _ａ 、ＶＩＩ _ａ 、ＶＩＩＩ _ａ 族に属する元素群から選
    択される元素のエニル錯体を有する請求項２または３に
    記載の電子放出素子の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記エニル錯体が、Ｗ（Ｃ _５ Ｈ _５ ） _２
    Ｈ _２ またはＨｆ（Ｃ _５ Ｈ _５ ） _２ Ｈ _２ である請求項１０に
    記載の電子放出素子の製造方法。
12. 【請求項１２】 基板上に複数の電子放出素子が配置さ
    れた電子源と、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、前記電子放出素子が請求項１〜１１
    のいずれかに記載の方法にて製造されることを特徴とす
    る画像形成装置の製造方法。