JPH06231674A - 電子放出素子及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 再現性よく製造可能で、低電圧駆動が可能な
電子放出素子を提供することにある。 【構成】 平面性基板１１と、該基板上に設けられた突
起部１２を有する電子放出電極１３と、前記突起部に近
接し且つ相対向する位置に設けられた電圧印加手段を有
する引き出し電極１４とからなる電子放出素子におい
て、前記引き出し電極表面が、導電性材料からなる超微
粒子１５で被覆されていることを特徴とするものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子放出素子及び該素子
を用いた画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、実用に供されてきた電子線発生源
としては、加熱によって電子線を発生する熱陰極が知ら
れている。このような熱陰極を利用した電子線発生装置
は、加熱によるエネルギーロスが大きい点、及び、予備
加熱にかなりの時間とエネルギーを要する点や熱による
系の不安定化等の問題点があった。

【０００３】そこで、加熱によらない電子放出素子の研
究が進められており、その中のひとつに電界放出型（Ｆ
Ｅ型）の電子放出素子がある。図１２は、従来の電界放
出型電子放出素子の概略的構成図である。

【０００４】同図に示すように、従来の電界放出型電子
放出素子は、放出素子を形成する構成基板１８１上に、
強電界を得るために先端を鋭く尖らせた陰極チップ１８
２と、基板１８１上に絶縁性材料からなる絶縁層１８３
を介して設けられ、かつ陰極チップ１８２の先端部を中
心として概円形状の開口部が形成されたグリッド電極１
８４とから構成され、陰極チップ１８２とグリッド電極
１８４との間に、グリッド電極１８４を高電位とする電
圧を印加し、電界強度の大きくなる陰極チップ１８２の
先端部から電子を放出させるものである。

【０００５】また、従来の電界放出型電子放出素子のひ
とつとして、特公昭４６−２０９４４号公報に開示され
ているように、トンネル効果と二次電子放出を利用した
いわゆる横形電界放出素子が知られている。

【０００６】図１３はその従来の横形電界放出型素子の
構成図である。同図に示すように、従来の横形素子は、
絶縁性基板１９１と、該絶縁性基板１９１上に設けられ
た先端が突出した突端部９２を有する電子放出電極部１
９３と突端部１９２に対向した二次電子放出電極１９４
より構成され、突端部１９２と二次電子放出電極１９４
との間に電圧を印加し、強電界を生じせしめて突端１９
２の先端から電子放出を起こさせる。次に突端部１９２
から放出された電子は二次電子放出電極１９４に衝突し
て多量の二次電子を放出する。この多量に放出される二
次電子をアノード電極（不図示）によって引き出し、電
子線として応用するものである。

【０００７】また、従来より、面状に展開した複数の電
子放出素子と、この電子放出素子から放出された電子線
の照射を各々受ける蛍光体ターゲットとを各々相対向さ
せた薄型の画像形成装置が存在する。これらの電子線を
用いた画像形成装置は基本的に次のような構造からな
る。

【０００８】図１４は従来のディスプレイ装置の概略を
示すものである。２０１は基板、２０２は支持体、２０
３は素子配線電極、２０４は電子放出部、２０５は電子
通過孔、２０６は変調電極、２０７はガラス板、２０８
は画像形成部材で、例えば蛍光体、レジスト材等、電子
が衝突することにより発光、変色、帯電、変質等する部
材からなる。２０９は蛍光体の輝点である。

【０００９】ここで、電子放出部２０４は薄膜技術によ
り形成され、ガラス基板２０１とは接触することのない
中空構造をなすものである。配線電極２０３は電子放出
部材と同一の材料を用いて形成しても、別材料を用いて
形成しても良く、一般に融点が高く、電気抵抗の小さい
ものが用いられる。支持体２０２は絶縁性材料もしくは
導電性材料で形成されている。

【００１０】これら電子線ディスプレイ装置は、配線電
極２０３に電圧を印加し、中空構造をなす電子放出部よ
り電子を放出させ、これら放出された電子線を情報信号
に応じて変調する変調電極２０６に電圧を印加すること
により電子を取り出し、取り出した電子を加速させ、蛍
光体２０８に衝突させるものである。また、配線電極２
０３と変調電極２０６でＸＹマトリクスを形成せしめ、
画像形成部材たる蛍光体２０８上に画像表示を行うもの
である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た図１３に示す従来の電界放出と二次電子放出を複合し
た横形電子放出素子においては、該電界放出型電子放出
素子から放出された電子が二次電子放出電極に衝突して
発生する二次電子を利用するため、従来型の電界放出と
二次電子放出を複合した電子放出素子の効率は二次電子
の放出効率によって支配される。しかし、二次電子放出
効率の高い材料を用いても、二次電子を有効に放出させ
るために必要な一次電子のエネルギーは数百ボルトであ
り、一次電子を放出する突起状の電極と二次電子放出電
極との間に数百ボルトの電圧を印加する必要があるた
め、突起状電極には極めて大きな電界が集中することに
なる。

【００１２】一方、上述した図１２に示す従来の電界放
出型電子放出素子は、電子放出部先端の曲率半径を少な
くとも数百Å程度と極めて微小に形成することが必要で
あり、この電子放出部先端の機械的な強度は極めて弱い
ため、従来は機械的、熱的に強靭な材料を用いて形成さ
れていた。しかし、素子駆動時の電界集中および放出電
流の集中により電子放出部先端は極めて不安定であり、
不慮の放電等により容易に電子放出部の破壊が発生す
る。従って、電子放出部先端に印加される電圧を極力小
さくすることが電界放出型電子放出素子を安定に動作さ
せるひとつの手段である。これは電界放出と二次電子放
出を複合した電子放出素子においても同様であり、前記
素子を安定動作させるためには、二次電子放出電極の印
加電圧を小さくすることが必要条件である。しかるに、
二次電子放出電極に印加する電圧を低下させることは、
二次電子放出効率をもまた低下させるため、電子放出効
率の向上と安定動作を両立させることは極めて困難であ
った。

【００１３】また、電界放出型電子放出素子は前述した
ように極めて微小な先端を有する突起状の電極を用いて
おり、この微小な曲率半径を有する電子放出部の先端形
状によって電子放出素子の特性、性能が支配される。し
たがって、一般的には電界放出型電子放出素子を作製す
る場合には、あらかじめ針状に形成した放出素子の先端
を更に電解研磨を行い、その後にリモルディングを行う
等の工程が必要であるが、この工程は多くの手間を要す
と共に極めて煩雑であり、さらに経験的な要素を多く含
んでいる。それ故に、機械化が難しく、製造条件にバラ
ツキを生じやすく、品質が安定しない等の問題点があっ
たため、一部を除いて、実用化されてはいなかった。更
にまた、上記複雑且つ煩雑な処理を必要とするため、従
来型の電界放出型電子放出素子を複数用いた装置は実現
されてはいなかった。

【００１４】また、上述した電界放出型素子と二次電子
放出を組み合わせた放出素子においても、前記と同様の
問題点を有していた。

【００１５】一方、面状に展開した電子線発生装置と、
電子線の照射によって発光、変質等をする画像形成部材
からなる画像形成装置が考えられているが、この画像形
成装置の電子源として上記電界放出型電子放出素子は個
々の電子放出素子の特性を均一にすることが困難であ
り、更に電子放出させるためには１００Ｖ以上の高い電
圧を必要とするため、画像形成装置への応用は実現され
てはいない。また、電界放出と二次電子放出を複合した
電子放出素子においても上述のように効率よく電子放出
させるために必要な電圧が数百ボルトと極めて高くなる
ため画像形成装置への応用は実現されてはいない。

【００１６】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたものであり、安定かつ再現性よく製造
可能であり、かつ低電圧駆動可能な電子放出素子を提供
することを目的とし、更にまたマルチ化への応用を可能
とする電子放出素子を提供することを目的とするもので
ある。

【００１７】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は上記課
題を解決するためになされたものであり、少なくとも、
概略平面性基板と、該基板上に設けられた突起部を有す
る電子放出電極と、前記突起部に近接し且つ相対向する
位置に設けられた電圧印加手段を有する引き出し電極と
からなる電子放出素子において、前記引き出し電極は、 その表面が導電性材料からなる超微粒子で被覆されて
いるか、又は、 その内部に、導電性材料からなる超微粒子を含有し、
且つ該電極表面に前記微粒子の少なくとも一部が露出し
ている、 ことを特徴とする電子放出素子を提供するものである。
以下において「電子放出素子Ａ」はこの発明の電子放出
素子を意味する。

【００１８】また、本発明は、少なくとも、概略円錐形
に加工された導電性材料からなる突起部と、該突起部と
は電気的に絶縁され且つ外部から電圧印加手段を有する
電極とからなる電界放出型電子放出素子において、該電
子放出素子の電子放出部を形成する概略円錐形に加工さ
れた突起部は、 その表面が導電性材料からなる超微粒子で被覆されて
いるか、又は、 その内部に、導電性材料からなる超微粒子を含有し、
且つ該電極表面に前記微粒子の少なくとも一部が露出し
ている、 ことを特徴とする電子放出素子を提供するものである。
以下において「電子放出素子Ｂ」はこの発明の電子放出
素子を意味する。

【００１９】更に本発明は、真空容器内に少なくとも上
記電子放出素子Ａ又はＢを複数面状に配置した電子放出
素子群と、該電子放出素子群から放出された電子線の照
射により画像を形成する画像形成部材からなる画像形成
装置に関するものである。

【００２０】＜構成＞電界放出型電子放出素子と二次電
子放出を複合したいわゆる横形電子放出素子は、電子放
出部と二次電子放出電極との間に数百ボルトの電圧を印
加し、電子放出素子から放出される電子を二次電子放出
電極に印加された電圧により加速し、加速された電子線
を二次電子放出電極に衝突させることによって発生した
二次電子を放出電子線として用いるものである。

【００２１】従って、電子放出部から電子を引き出す機
構は従来の電界効果を用いた電子放出素子と同様である
が、電子放出部から引き出した電子を二次電子放出電極
に衝突させ、二次電子を発生させる機構を具備するとこ
ろが異なり、この二次電子を発生させるためには通常数
百ボルト程度の電圧が必要となり、素子駆動電圧の上
昇、高電圧印加による電子放出部先端の破壊等不安定化
の原因となっている。

【００２２】そこで、本発明（電子放出素子Ａ）では従
来の電界放出型電子放出素子に相対向する引き出し電極
表面に超微粒子からなる不連続膜を設け、その超微粒子
に放出された電子線を衝突させることで効率よく電子を
取り出すことを可能とするものである。具体的には、引
き出し電極表面に、電子の平均自由行程と同等の半径を
有する超微粒子膜を設けておき、その引き出し電極に適
当な電圧を印加して電子放出部から電子を引き出すもの
である。従来の素子では、電子放出部から放出された電
子は引き出し電極に吸い取られるだけであるが、本発明
（電子放出素子Ａ）による超微粒子を引き出し電極上に
設けておくことで、超微粒子に衝突した電子の一部は向
きを変え、引き出し電極に吸い取られることなく真空中
を進行し、有効な電子線として活用することができる。

【００２３】一方、一般に、電界放出に必要な電界強度
は１０⁷ Ｖ／ｃｍ以上であり、この電界が印加される
と、固体中の電子がトンネル効果によって表面のポテン
シャル障壁を通り抜けて電子は真空中に放出される。こ
こで、電界効果により電子を放出する電子放出部と該電
子放出部に相対向する電極の間に印加される電圧をＶと
し、電子放出部の先端の曲率半径をｒとすると、電子放
出部の先端に生じる電界強度Ｅは Ｅ∝Ｖ／ｒ の関係にある。つまり電界放出型電子放出素子から多く
の電子を放出させる場合には、前記電子放出部先端の曲
率半径ｒを極力小さくすることが重要である。また、電
子放出部先端には、前述のように極めて大きな電界が発
生するとともに、放出部先端に電流が集中する。従っ
て、上述のような強電界下でも先端の形状を維持できる
程度の機械的、あるいは熱的安定性が要求される。

【００２４】従来、電界放出形の電子源としては、前述
のように機械的、熱的に安定な材料を用いて電界研磨、
リモルディング等により先端を針状に加工していたがそ
の先端の曲率半径は数百Å程度が限界であり、さらに複
数の素子を均一に製造することは事実上不可能であっ
た。

【００２５】そこで、本発明（電子放出素子Ｂ）では、
従来の製造方法では実現できなかった極めて微小な曲率
半径を実現するために、電子放出部先端に超微粒子を設
けることで先端の曲率半径を超微粒子の粒径程度まで微
細化して、安定かつ再現性の良い電子放出素子を提供す
るものである。

【００２６】本発明の電子放出素子Ａにおいて用いられ
る超微粒子は、半径が電子の平均自由行程と同等程度の
ものが理想的であり、具体的には１００Å以下程度の超
微粒子が最適であるが、これに限定されるものではなく
効率の低下はあるものの更に大きな半径（具体的には５
００Å以下）を有する微粒子もまた適用可能である。ま
た、適用できる超微粒子材料としてはＰｄ、Ａｇ、Ａ
ｕ、Ｔｉ等の金属材料、ＰｄＯ，ＳｎＯ₂ 等の酸化物導
電体等の超微粒子であればいかなるものを用いてもよ
い。また、その形成方法は、有機金属溶液の分散塗布、
焼成やガスデポジション法等の都合の良い方法によって
形成すれば良い。

【００２７】本発明の電子放出素子Ａの主たる特徴であ
る引き出し電極表面に付設する超微粒子は、電極表面に
超微粒子が露出していることが必要条件である。従って
本発明における超微粒子は引き出し電極表面にのみ付設
するだけではなく引き出し電極内部に含有していても、
その一部が電極表面に露出していれば同等の効果があ
る。

【００２８】また、突起部と引き出し電極との距離は、
０．１μｍ〜１００μｍが好ましく、引出し電極側に印
加される電圧に応じて適宜決定される。

【００２９】本発明の電子放出素子Ａの電子放出電極及
び引き出し電極に応用される材料としては、タングステ
ン、モリブデン、タンタル、チタン、炭素等の高融点金
属材料、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ等の金属炭化物、Ｌａ
Ｂ₆ ，ＳｍＢ₆ ，ＧｄＢ₆ 等の金属ホウ化物、ＷＳｉ
₂ ，ＺｒＳｉ₂ ，ＧｄＳｉ₂ ，ＴｉＳｉ₂ 等の金属シリ
サイド、ＳｎＯ₂ ，ＩＴＯ等の半導体酸化物等が挙げら
れる。

【００３０】一方、本発明の電子放出素子Ｂによれば、
５００Å以下の微粒子を用いることで、従来用いられて
きた先端の曲率半径数百Å程度の電子放出素子と同等以
上の特性を持つ電子放出素子を容易かつ再現性良く実現
できる。さらに、本発明の電子放出素子Ｂでは用いる微
粒子の直径を１００Å以下とすることで、従来形の電界
放出型素子はもとより最新の半導体プロセスを応用した
微細電子放出素子でも実現できない、先端の曲率半径数
十Å電界放出型電子放出素子を容易に実現することを可
能とした。

【００３１】更に本発明の電子放出素子Ｂを用いること
により、電子放出素子の実質的な放出部、すなわち突起
部の先端の形状が、付加される超微粒子の粒径で定まる
ため、極めて均一な素子特性を有する電子放出素子を再
現性良く製造することができるようになる。したがっ
て、本発明の電子放出素子Ｂは従来極めて困難であった
線状あるいは面状に展開した電界放出型電子放出素子の
実現を容易とし更に、特性の揃った線状あるいは面状電
界放出型電子放出素子を実現するものである。

【００３２】本発明の電子放出素子Ｂによる超微粒子の
配置方法は、あらかじめ適当な形状に作製された電界放
出素子の表面に設ける、あるいは、放出素子を形成する
材料中に含有させる等の手法を用いれば良い。どちらの
場合でも、放出部の表面に本発明の電子放出素子Ｂにお
ける超微粒子が露出していれば得られる効果は同様であ
る。なお、超微粒子材料及び電極材料は、既に上述した
電子放出素子Ａと同様のものが使用できる。また、突起
部は概ねその曲率半径が数百Å〜数千Åが放出特性にお
いて好ましい。

【００３３】〈作用〉上記電子放出素子Ａの構成によれ
ば、引き出し電極表面に配置された超微粒子によって、
引き出し電極に衝突した電子が容易にその進行方向を変
え、引き出し電極に取り込まれる電子の数が減少するた
め、電子放出効率が向上する。また、従来の二次電子放
出を応用した電子放出素子に比べ低電圧での素子駆動が
可能となる。さらに、低電圧駆動が可能となるため、残
留ガスのイオン化によって起こる電子放出部表面のスパ
ッタリングによる損傷が避けられるため、放出電流の安
定化と共に長寿命化が可能となる。

【００３４】また、引き出し電極上の極めて微小な超微
粒子が電子放出効率を決めるため、従来型の二次電子放
出を応用した素子よりも引き出し電極の材料選択範囲が
広がる。更にまた、均一な粒径の超微粒子を設けること
で、放出電流が安定化するとともに、個々の放出素子の
電気的特性が均一になるため素子ごとの放出電流の均一
性が向上し、線状、面状の電子放出素子を実現できる。

【００３５】一方、上記電子放出素子Ｂの構成によれ
ば、電子放出部先端に配置された超微粒子によって、実
質的な電子放出部先端の曲率半径が超微粒子の粒径程度
まで微小となり、先端に発生する電界強度は極めて大き
くなる。そのため、従来よりも小さな電圧をグリッド電
極に印加することで従来型の電界放出型素子と同等の放
出電流を得ることができる。また、低電圧駆動が可能と
なるため、残留ガスのイオン化によって起こる電子放出
部表面のスパッタリングによる損傷が避けられるため、
放出電流の安定化と共に長寿命化が可能となる。

【００３６】また、極めて微小な超微粒子が配置される
ため、従来型の素子よりも電子放出点は極めて多くな
り、放出電流が安定化するとともに、個々の放出部の電
気的特性が均一になるため素子ごとの放出電流の均一性
が向上し、線状、面状の電子放出素子を実現できる。

【００３７】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。実施例１〜５は電子放出素子Ａに関し、実施例６〜
９は電子放出素子Ｂに関するものである。

【００３８】実施例１ 図１は本発明の電子放出素子Ａの一実施形態を示す概略
的部分斜視図である。同図に示すように、絶縁性基板１
１上に通常の真空蒸着技術とフォトリソグラフィー技術
を用いてタングステンからなる突起部１２を有する電子
放出電極１３と突起部１２に強電界を発生させ、電子を
引き出すための引き出し電極１４を形成した。突起部１
２の先端は通常の横形電子放出素子と同等の形状であ
り、先端の半径はほぼ数百Åとした。次に引き出し電極
１４表面に本発明の特徴である超微粒子膜１５を形成し
た。本実施例ではパラジウムを超微粒子材料として用い
ており、その形成方法としては有機パラジウム化合物を
含む有機溶媒を回転塗布した後、大気中で焼成を行い、
超微粒子化するという手法を用いた。こうして得られた
超微粒子の粒径はほぼ５０Å程度、ほぼ１層の超微粒子
膜となっていた。また、突起部１２の先端と引き出し電
極との距離は２μｍである。

【００３９】こうして得られた電子放出素子をほぼ１×
１０^-7ｔｏｒｒの真空度に保たれた真空容器中に入れ、
電子放出部の鉛直上方５ｍｍの位置に直流電圧１ｋＶを
印加したアノード電極を設け、電子放出電極１３をアー
ス電位、引き出し電極１４に１ｋＨｚ、７０Ｖの三角波
電圧を印加して電子放出させたところ、アノード電極に
ピーク電流で１μＡの放出電流が測定された。この時の
電子放出電極１３と引き出し電極１４の間に流れた電流
は１ｍＡであった。

【００４０】また、このときの放出電流の経時変化を測
定したところ、１×１０^-7ｔｏｒｒ程度の真空中でも放
出電流の変動は全放出電流の５％以内、５００時間以上
の素子寿命が確認された。

【００４１】比較例１ 実施例１で作製した電子放出素子において、引き出し電
極１４の電極表面にＰｄ超微粒子を付設しない素子を同
様の条件下で電子放出させたところ、数ｎＡから十数ｎ
Ａ程度の放出電流しか得られなかった。

【００４２】また、引き出し電極表面に、超微粒子の代
わりに二次電子放出効率の高いアルミニウム薄膜を付設
し、上記と同様の実験を行ったところ、印加電圧が１０
０Ｖ程度では数ｎＡ程度の放出電流しか得られなかった
が、印加電圧を２００Ｖ以上にしたところ急激な電流上
昇が見られた。しかるに、放出電流の増加と共に電流の
変動も大きくなり最終的には素子破壊が起こり、安定な
電子放出が得られなかった。

【００４３】実施例２ 図２に第２の実施例で作製した電界放出型電子放出素子
Ａの概略的部分斜視図を、図３にａ−ａ断面図を示す。

【００４４】絶縁性基板２１，３１上に実施例１同様タ
ングステンを用いた電子放出電極２３，３３を形成した
後、Ｐｄ超微粒子２５，３５を含有する導電性Ｓｉを用
いた引き出し電極２４，３４を形成し、電子放出素子を
完成した。本実施例では、本発明の特徴である超微粒子
は引き出し電極２４，３４中に含有されると共に、引き
出し電極２４，３４表面にも露出している。

【００４５】こうして得られた電子放出素子をほぼ１×
１０^-7ｔｏｒｒ程度の真空に保たれた真空容器中に入
れ、電子放出電極２３をアース電位、引き出し電極２４
を＋５０Ｖとすることによって電子放出が確認された。
また、グリッド電圧を＋７０Ｖとした場合に、ほぼ１μ
Ａの放出電流が確認された。

【００４６】また、このときの放出電流の経時変化を測
定したところ、１×１０^-7ｔｏｒｒの真空中でも実施例
１と同様に、放出電流の変動は全放出電流の５％以内で
あった。更に直流駆動による素子寿命も実施例１で作製
した電子放出素子とほぼ同等であり、本発明による超微
粒子が引き出し電極内部に含有されていてもその一部が
表面に露出されていれば、同様の効果を有していること
が示された。

【００４７】実施例３ 図４は本発明の電子放出素子Ａの第３の実施例を示す概
略的部分構成図であり、図５は図４ａ−ａ断面図であ
る。同図において、４１、５１は絶縁性ガラス基板、４
２、５２は電子放出部、４３、５３は電子放出電極、４
４、５４は引き出し電極、４５、５５は本発明の特徴で
ある超微粒子である。本発明では、引き出し電極４４の
断面形状を図５に図示したごとくテーパー状に加工した
うえで超微粒子を付設したものであり、素子を構成する
部品の材料は実施例１と同様である。

【００４８】また、引き出し電極をテーパー状に形成す
るため電子放出部先端に生じる電界強度は実施例１で示
した素子に比べて減少するため、電子放出部と引き出し
電極の距離を１μｍとした。

【００４９】こうして得られた素子を実施例１と同様の
条件下で電子放出させたところ、ほぼ５μＡの放出電流
が得られ、電子放出効率もまた向上した。

【００５０】実施例４ 図６は本発明の電子放出素子Ａを用いた第４の実施例を
示す概略的部分断面図である。同図において、６１は導
電性のシリコン基板、６２は通常の半導体プロセスを応
用して作製した電子放出部、６３は電子放出部に導通を
取るための電極部分、６４は引き出し電極、６５は本発
明の特徴である超微粒子、６６は絶縁層である。本素子
においては、より多くの放出電流を得るために電子放出
部６２の上面形状を円形とし、放出部の実効長を長くす
るという手法を用いているとともに引き出し電極６４の
断面形状を図示したように実施例３と同様にテーパー状
の加工を施している。

【００５１】上記構成を用いることで、放出電流の増大
と共に放出電流の安定化も促進され、極めて再現性の良
い電子放出素子が得られた。更にまた、電極部６３と引
き出し電極６４が積層構造にできるため素子の高密度配
置に適した電子放出素子が得られた。

【００５２】実施例５ 図７は、本発明の電子放出素子Ａを用いた画像形成装置
の一実施形態を示す概略的斜視図である。同図におい
て、面状に展開した電子放出素子部分は、実施例４で作
製した電子放出素子を複数配列したものである。

【００５３】同図において、７１は導電性基板、７２は
電界放出型電子放出部、７４は引き出し電極、７６は絶
縁層、７７は電子線の変調を行うグリッド電極、７８は
電子通過孔、７９はメタルバック、７１０は蛍光体、７
１１はガラス基板、７１２は蛍光体の発光輝点である。
また、図中不図示ではあるが引き出し電極７４の表面に
は本発明の特徴である超微粒子が付設されている。

【００５４】本実施例の画像形成装置は、導電性基板７
１をアース電位とし、引き出し電極７４に＋５０〜＋７
０Ｖの電圧を印加することにより、電子放出部７２から
放出させた電子を引き出し電極７４に衝突させ、そこで
発生した電子線を５００〜１０００Ｖを印加した蛍光体
に加速、衝突させて画像を形成するものである。また、
本画像形成装置は当然ながら真空度１×１０^-6〜１×１
０^-7ｔｏｒｒの環境下にて動作するものである。

【００５５】本実施例の電子放出素子を用いた画像形成
装置では、以下の結果が得られた。

【００５６】（１）本実施例では、低電圧によって素子
駆動が可能となり、イオンによる電子放出素子へのダメ
ージが少なくなるため、長寿命化、発光の均一化が図ら
れた。

【００５７】（２）電子放出部の実効長を長くすること
が可能となるため、低い素子駆動電圧で必要十分な放出
電流が得られる。

【００５８】以上、本実施例は画像形成装置についての
み説明したが、画像形成部材としては、蛍光体のほかに
レジスト材や薄膜金属のような、電子線の照射によって
状態が変化するすべての部材が含まれ、電子線応用装置
としては、記録装置、記憶装置、電子線描画装置等のさ
まざまな装置があり、本発明は電子放出素子が複数配置
された面状電子源を用いた画像形成装置であれば同等の
効果がある。

【００５９】実施例６ 図８は本発明の電子放出素子Ｂによる電界放出型電子放
出素子の一実施形態を示す概略的部分断面図である。同
図に示すように、導電性基板１１１上に通常のフォトリ
ソグラフィー技術と斜方蒸着を応用して、タングステン
からなる円錐形状の電子放出素子電極１１２を形成し
た。円錐形状の放出素子電極１１２の底面の直径はほぼ
２μｍ、円錐の高さはほぼ３μｍである。また、円錐先
端の曲率半径はほぼ５００Åになっていた。次に、放出
素子電極１１２の表面に、有機パラジウム化合物を含む
有機溶媒（奥野製薬工業製キャタペーストＣＣＰ）を回
転塗布した後、大気中３００℃、１０分間の焼成を行
い、放出素子電極表面にＰｄ超微粒子膜１１３を膜厚１
００Å程度で形成し、粒径２０〜５０ÅのＰｄ超微粒子
で被覆されたエミッター１１４を形成した。次に、エミ
ッター１１４の先端近傍に直径１μｍの開口径を持つ貫
通孔１１５を有するグリッド電極１１６を絶縁層１１７
を介して導電性基板１１１上に形成して電子放出素子を
完成した。

【００６０】こうして得られた電子放出素子を、ほぼ１
×１０^-7ｔｏｒｒの真空度に保たれた真空容器中に入
れ、エミッターをアース電位とし、グリッド電極に＋５
０Ｖの直流電圧を印加したところ電子放出が確認され、
さらにグリッド印加電圧を〜７０Ｖとすると、ほぼ１μ
Ａの放出電流が得られた。また、このときの放出電流の
経時変化を測定したところ、１×１０^-7ｔｏｒｒの真空
度にもかかわらず、放出電流の変動は全放出電流の５％
以内であり、極めて安定な電子放出が得られた。

【００６１】また、直流駆動による素子寿命は５００時
間以上が確認されており、１×１０^-7ｔｏｒｒの真空中
でもスパッタリングによる劣化が低減されていることが
確認された。

【００６２】この結果、本発明による超微粒子の付設に
よって、電界放出型電子放出素子の低電圧駆動が可能と
なり、また、放出電流が極めて安定化されることが示さ
れた。これは、本発明の主たる特徴であるところの放出
素子の先端形状を超微粒子の粒径程度にまで微細化し、
強電界を発生させるという手法によって可能となったも
のである。

【００６３】比較例２ 実施例６で用いた電子放出電極１１２を、いわゆる通常
の電界放出型素子として電極表面にＰｄ超微粒子を付設
しない素子とし、実施例７と同様の放出実験を行ったと
ころ、ほぼ１×１０^-7ｔｏｒｒの真空中で〜１μＡの放
出電流を得るためには、グリッド電極に印加する電圧は
１００Ｖ以上必要であった。また、この時の放出電流の
変動は、３０〜４０％と極めて不安定であった。

【００６４】実施例７ 図９に、第２の実施例で作製した電界放出型電子放出素
子Ｂの概略的部分断面図を示す。導電性基板１２１上に
粒径２０〜３０ÅのＰｄ超微粒子１２３を含有するシリ
コンを用いた円錐形状のエミッター１２４を形成した
後、実施例６と同様に、絶縁層１２６を介して開口径〜
２μｍの貫通孔を有するグリッド電極１２５を形成し、
電子放出素子を完成した。本実施例では、本発明の特徴
である超微粒子は円錐形状に形成されたエミッター１２
４中に含有されており、また、エミッター表面にも露出
している。

【００６５】こうして得られた電子放出素子をほぼ１×
１０^-7ｔｏｒｒ程度の真空に保たれた真空容器中に入
れ、エミッターをアース電位、グリッド電極を＋５０Ｖ
とすることによって電子放出が確認された。また、グリ
ッド電圧を＋７０Ｖとした場合に、ほぼ１μＡの放出電
流が確認された。

【００６６】また、このときの放出電流の経時変化を測
定したところ、１×１０^-7ｔｏｒｒの真空中でも実施例
６と同様に、放出電流の変動は全放出電流の５％以内で
あった。更に直流駆動による素子寿命も実施例６で作製
した電子放出素子とほぼ同等であり、本発明による超微
粒子がエミッター内部に含有されていてもその一部が表
面に露出されていれば、同様の効果を有していることが
示された。

【００６７】実施例８ 図１０は本発明の電子放出素子Ｂの第３の実施例を示す
概略的構成図である。同図において、１３１は絶縁性ガ
ラス基板、１３２は偏向電極、１３３は絶縁層、１３４
はエミッター、１３５は本発明の特徴である超微粒子、
１３６はグリッド電極である。本実施例では、エミッタ
ー１３４とグリッド電極１３６は絶縁層上の同一面内に
形成されている。また、偏向電極１３２はエミッター１
３４から放出された電子を電子放出素子形成基板に対し
て鉛直方向に偏向するために必要な電極であり、非磁性
の金属材料であることが望ましい。本実施例では、ニッ
ケルをガラス基板１３１上に膜厚１０００Å程度で形成
した。

【００６８】エミッター先端の形状は通常の電界放出型
電子放出素子では極力、曲率半径を小さくする必要があ
るが、本発明で用いるエミッターは超微粒子の付加を行
うために特に微小な曲率半径を必要とはしない。また、
本実施例に用いられる電極、グリッド等の材料は、これ
までの実施例ですでに示した、さまざまな材料が応用で
きる。また、エミッターの作製方法は、通常のフォトリ
ソグラフィーあるいはＦＩＢ等、適当な方法を用いれば
良い。

【００６９】こうして得られたエミッター１３４とグリ
ッド電極１３６が同一平面上に形成された、いわゆる横
形電子放出素子の電子放出部先端に、本発明によるＡｇ
超微粒子をガスデポジション法により形成した。Ａｇ超
微粒子の粒径は、ほぼ２０〜５０Åである。

【００７０】本実施例で作製した電子放出素子を、１×
１０^-7ｔｏｒｒ程度の真空中で電子放出させた結果、通
常の超微粒子を付設しない場合に比べ、低電圧で電子放
出が得られ、本発明が横形素子にも適用可能であること
が示された。

【００７１】実施例９ 図１１は本発明の電子放出素子Ｂを用いた画像形成装置
の一実施形態を示す概略的斜視図である。同図におい
て、面状に展開した電界放出型電子放出素子は、実施例
６で作製した電子放出素子を複数配列したものである。

【００７２】同図において、１４１は導電性基板、１４
２はＰｄ超微粒子を表面に付設したエミッター、１４３
はエミッターから電子を引き出し、更にＯＮ−ＯＦＦを
行うグリッド電極、１４４は電子通過孔、１４５はメタ
ルバック、１４６は蛍光体、１４７はガラス基板、１４
８は蛍光体の発光輝点である。

【００７３】本実施例の画像形成装置は、導電性基板１
４１をアース電位とし、グリッド電極１４３に＋５０〜
＋７０Ｖの電圧を印加することにより、エミッター１４
２から電子を放出させて５００〜１０００Ｖを印加した
蛍光体に放出された電子を衝突させて、画像を形成する
ものである。また、本画像形成装置は当然ながら真空度
１×１０^-6〜１×１０^-7ｔｏｒｒの環境下にて動作する
ものである。

【００７４】本実施例の電子放出素子を用いた画像形成
装置では、以下の結果が得られた。

【００７５】（１）本実施例では、低電圧によって素子
駆動が可能となり、イオンによる電子放出素子へのダメ
ージが少なくなるため、長寿命化、発光の均一化が図ら
れた。

【００７６】（２）残留ガス吸着の影響を受けにくくな
るため、通常の電界放出型素子に比べ、低い真空度での
動作が可能となった。

【００７７】以上、本実施例は画像形成装置についての
み説明したが、本発明の電子放出素子Ａに係る実施例５
で述べたのと同様に種々の電子線応用装置に適用でき
る。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように電子放出素子の引き
出し電極表面に超微粒子を付設する、あるいは引き出し
電極内部に超微粒子を含有することにより以下の効果が
ある。

【００７９】（１）超微粒子の付加により電子放出素子
の素子駆動電圧を低減することができる。

【００８０】（２）超微粒子の付加によって、安定かつ
再現性の良い電子放出素子を提供できる。

【００８１】（３）超微粒子の付加によって、放出電流
を安定化できる。

【００８２】（４）電界放出型素子の、マルチ化、面状
配置化を可能とする。

【００８３】（５）電界放出型素子の画像形成装置への
応用を可能とし、均一な画像表示を行う画像形成装置を
提供できる。

【００８４】また、従来型の電界放出型電子放出素子に
超微粒子を付設することによって、以下の効果がある。

【００８５】（１）均一な特性を有する電界放出型電子
放出素子を実現できる。

【００８６】（２）電界放出型電子放出素子の素子駆動
電圧を低減することができる。

【００８７】（３）超微粒子の付加によって、安定かつ
再現性の良い電子放出素子を提供できる。

【００８８】（４）超微粒子の付加によって、放出電流
を安定化できる。

【００８９】（５）電界放出型素子の、マルチ化、面状
配置化を可能とする。

【００９０】（６）電界放出型素子の画像形成装置への
応用を可能とし、均一な画像表示を行う画像形成装置を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子放出素子Ａの特徴を示す電子放出
素子の構成図である。

【図２】本発明の電子放出素子Ａの第２の実施例を示す
図である。

【図３】図２のａ−ａ断面図である。

【図４】本発明の電子放出素子Ａの第３の実施例を示す
図である。

【図５】図４のａ−ａ断面図である。

【図６】本発明の電子放出素子Ａの第４の実施例を示す
図である。

【図７】本発明の電子放出素子Ａを用いた画像形成装置
の構成図である。

【図８】本発明の特徴を示す電子放出素子Ｂの構成図で
ある。

【図９】本発明の電子放出素子Ｂの第２の実施例を示す
図である。

【図１０】実施例８で作製した平面型電子放出素子の構
成図である。

【図１１】本発明による電子放出素子Ｂを用いた画像形
成装置の構成図である。

【図１２】従来型の電界放出型電子放出素子の構成図で
ある。

【図１３】従来型の平面型電子放出素子の構成図であ
る。

【図１４】従来型電子源を用いた画像形成装置の構成図
である。

【符号の説明】

１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９
１，２０１ 素子形成基板 １２，２２，３２，４２，５２，６２，７２，８２，９
２，２０４ 電子放出部 １３，２３，３３，４３，５３，６３，９３ 電子放出
電極 １４，２４，３４，４４，５４，６４，７４ 放出部に
対向する引き出し電極 １５，２５，３５，４５，５５，６５ 超微粒子 ７８，２０５ 電子通過孔 ７７，８４，２０６ グリッド電極 ６６，７６，８３ 絶縁層 ７１０，２０８ 蛍光体 ７９ メタルバック ７１１，２０７ ガラス基板 ７１２，２０９ 発光輝点 ２０２ 支持体 ２０３ 素子配線電極 １１１，１２１，１３１，１４１，１５１，１６１，１
７１ 素子形成基板 １１２，１２２，１３４，１４２，１５２，１６３ 電
子放出素子 １１３，１２３，１３５ 超微粒子 １１４，１２４，１３４，１４２ 超微粒子を付加した
電子放出素子 １１５，１４４ 電子通過孔 １１６，１２５，１３６，１４３，１５４ グリッド電
極 １１７，１２６，１３３，１５３ 絶縁層 １３２ 偏向電極 １４５ 蛍光体 １４６ メタルバック １４７ ガラス基板 １４８ 発光輝点

フロントページの続き (72)発明者 野村 一郎 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 (72)発明者 岩井 久美 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 (72)発明者 坂野 嘉和 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

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも、概略平面性基板と、該基板
   上に設けられた突起部を有する電子放出電極と、前記突
   起部に近接し且つ相対向する位置に設けられた電圧印加
   手段を有する引き出し電極とからなる電子放出素子にお
   いて、前記引き出し電極表面が、導電性材料からなる超
   微粒子で被覆されていることを特徴とする電子放出素
   子。
2. 【請求項２】 前記引き出し電極表面に付設された超微
   粒子の直径が５００Å以下であることを特徴とする請求
   項１に記載の電子放出素子。
3. 【請求項３】 少なくとも、概略平面性基板と、該基板
   上に設けられた突起部を有する電子放出電極と、前記突
   起部に近接し且つ相対向する位置に設けられた電圧印加
   手段を有する引き出し電極とからなる電子放出素子にお
   いて、前記引き出し電極内部に、導電性材料からなる超
   微粒子を含有し、且つ該引き出し電極表面に前記超微粒
   子の少なくとも一部が露出していることを特徴とする電
   子放出素子。
4. 【請求項４】 前記引き出し電極内部に含有された超微
   粒子の直径が５００Å以下であることを特徴とする請求
   項３に記載の電子放出素子。
5. 【請求項５】 真空容器内に、少なくとも請求項１乃至
   ４のいずれかに記載の電子放出素子を複数配置した面状
   電子源と、該電子源から放出された電子の照射により画
   像を形成する画像形成部材とを設けたことを特徴とする
   画像形成装置。
6. 【請求項６】 少なくとも、概略円錐形に加工された導
   電性材料からなる突起部と、該突起部とは電気的に絶縁
   され且つ外部から電圧印加手段を有する電極とからなる
   電子放出素子において、該電子放出素子の電子放出部を
   形成する概略円錐形に加工された突起部の表面が、導電
   性材料からなる超微粒子で被覆されていることを特徴と
   する電子放出素子。
7. 【請求項７】 前記導電性材料からなる超微粒子の直径
   が５００Å以下であることを特徴とする請求項６に記載
   の電子放出素子。
8. 【請求項８】 少なくとも、概略円錐形に加工された導
   電性材料からなる突起部と、該突起部とは電気的に絶縁
   され且つ外部から電圧印加手段を有する電極とからなる
   電子放出素子において、該電子放出素子の電子放出部を
   形成する概略円錐形に加工された突起部内に、導電性材
   料からなる超微粒子を含有し、且つ該突起部表面に前記
   微粒子の少なくとも一部が露出していることを特徴とす
   る電子放出素子。
9. 【請求項９】 真空容器内に、少なくとも請求項６乃至
   ８に記載の電子放出素子を複数配置した面状電子源と、
   該電子源から放出された電子の照射によって画像を形成
   する画像形成部材とを設けたことを特徴とする画像形成
   装置。