JPH08162001A - 電子源基板、電子源、画像形成装置及びそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 基板（１）上に少なくとも素子電極（２），
（３）と電子放出部（５）を含む薄膜とで構成される表
面伝導型電子放出素子において、少なくとも電子放出部
を含む薄膜を形成する該基板表面に、シリコン窒化膜
（３３）を有することを特徴とする表面伝導型電子放出
素子を提供する。また、この表面伝導型電子放出素子を
多数個備えた電子源、及びそれを応用した画像形成装置
とこれらの作製方法を提供する。 【効果】 少なくとも電子放出部を含む薄膜を形成する
基板表面にシリコン窒化膜を有することにより、（１）
封着工程後の導電性薄膜の抵抗の低下を抑制して、各素
子の良好なフォーミングを実施でき、（２）同特性の複
数の電子放出素子を使う場合でも同一特性が得られる。
さらに、本発明の画像形成装置では、（３）無発光点、
輝度ムラのない画像が得られ、（４）安価な青板ガラス
を使用でき、低コストで製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子源及びその応用で
ある表示装置等の画像形成装置にかかわり、特に微粒子
を電子放出部に用いた表面伝導型放出素子を多数個備え
る電子源、及びその応用である表示装置等の画像形成装
置と、それらの作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子放出素子として熱電子源と冷
陰極電子源の２種類が知られている。冷陰極電子源には
電界放出型（以下ＦＥ型と略す）、金属／絶縁層／金属
型（以下ＭＩＭ型と略す）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. Dola
n,“Filed emission”, Advance in Electron Physics,
8, 89 (1956)あるいはC.A. Spindt,“Physical Propert
ies of thin-film fieldemission cathodes with molyb
denium”，J. Appl. Phys., 47, 5248 (1976) 等が知ら
れている。

【０００３】ＭＩＭ型の例としてはC. A. Mead, “The
tunnel-emission amplifier ”, J.Appl. Phys., 32, 6
46 (1961) 等が知られている。

【０００４】表面伝導型電子放出素子型の例としては、
M.I. Elinson, Radio Eng. Electron Phys., 10, (196
5) 等がある。表面伝導型電子放出素子は、基板上に形
成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すこと
により、電子放出が生ずる現象を利用するものである。
この表面伝導型電子放出素子としては、前記エリンソン
等によるＳｎＯ₂ 薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によるも
の［G. Dittmer: “ThinSolid Films ”, 9, 317 (197
2)]、Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの［M. Hartwe
ll 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。

【０００５】これらの表面伝導型電子放出素子の典型的
な素子構成として前述のＭ．ハートウェルの素子構成を
図１７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。
なお、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。電子放出部５の位置
及び形状については、模式図として表した。

【０００６】従来、これらの表面伝導型電子放出素子に
おいては、電子放出を行う前に導電性薄膜４を予め通電
フォーミングと呼ばれる通電処理によって電子放出部５
を形成するのが一般的であった。すなわち、通電フォー
ミングとは、前記導電性薄膜４の両端に直流電圧あるい
は非常にゆっくりとした昇電圧例えば１Ｖ／分程度を印
加通電し、導電性薄膜を局所的に破壊、変形もしくは変
質せしめ、電気的に高抵抗な状態にした電子放出部５を
形成することである。なお、電子放出部５は導電性薄膜
４の一部に亀裂が発生しその亀裂付近から電子放出が行
われる。前記通電フォーミング処理をした表面伝導型電
子放出素子は、上述導電性薄膜４に電圧を印加し、素子
に電流を流すことにより上述電子放出部５より電子を放
出せしめるものである。

【０００７】上述の表面伝導型放出素子は、構造が単純
で製造も容易であることから大面積にわたり多数素子を
配列形成できる利点がある。そこでこの特徴を生かせる
ようないろいろな応用が研究されている。例えば、荷電
ビーム源、画像形成装置等の表示装置が挙げられる。

【０００８】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考えられるが、その一例を図１９
に示す。

【０００９】以下、図１８及び図１９に基づいて説明す
る。図１８は従来の表面伝導型電子放出素子の構成を示
す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）を示す。なお、図１８
と同一の部材については同一符号を付与してある。

【００１０】１）基板１を洗剤、純水及び有機溶剤によ
り十分に洗浄後、真空蒸着法、スパッタ法等により素子
電極材料を堆積後、フォトリソグラフィー技術により該
基板１上に素子電極２，３を形成する（図１９
（ａ））。

【００１１】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放置することにより有機金属薄膜
を形成する。ここでいう有機金属溶液とは、前述の導電
性膜４を形成する金属を主元素とする有機金属化合物の
溶液である。その後、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１９（ｂ））。なお、ここでは
有機金属溶液の塗布法により説明したが、これに限るも
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、スピンナー法等によって
形成される場合もある。

【００１２】３）続いて、通電フォーミングと呼ばれる
通電処理を素子電極２，３間に電圧を不図示の電源によ
りパルス状あるいは、高速の昇電圧による通電処理が行
われると、導電性薄膜４の部位に構造の変化した電子放
出部５が形成される（図１９（ｃ））。この通電処理に
より導電性薄膜４を局所的に破壊、変形もしくは変質せ
しめ、構造の変化した部位を電子放出部５と呼ぶ。電子
放出部５は導電性微粒子で構成されていることをと本出
願人らは観察している。

【００１３】次に、表面伝導型電子放出素子を、行列状
に多数個配列した電子源基板の構成について図２０、及
び図２１に基づいて説明する。

【００１４】電子源基板の一部の平面図を図２０を示
す。また。図中のＡ−Ａ’断面図を図２１に示す。ただ
し、図２０、図２１で、同じ記号を示したものは、同じ
ものを示す。ここで１は基板、７２はＤｘｍに対応する
Ｘ方向配線（下配線とも呼ぶ）、７３はＤｙｎに対応す
るＹ方向配線（上配線とも呼ぶ）、４は導電性薄膜、
２，３は素子電極、３１は層間絶縁層、３２は素子電極
２と下配線７２と電気的接続のためのコンタクトホール
である。

【００１５】さらに、上記の電子源基板を用いた画像形
成装置について、図７を用いて説明する。図７におい
て、７１は電子放出素子を基板上に作製した電子源基
板、８１は電子源基板７１を固定したリアプレート、８
６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、８２は支持枠で
あり、リアプレート８１、支持枠８２及びフェースプレ
ート８６をフリットガラス等を塗布し、大気中あるいは
窒素中で４００〜５００度で１０分以上焼成することで
封着して外囲器８８を構成する。

【００１６】図７において、７４は図１８における電子
放出部に相当する。７２，７３は表面伝導型電子放出素
子の１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。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
例では、画像形成装置を作製する際に、リアプレート、
支持枠、及びフェースプレートを４００〜５００度で封
着する工程があり、このときガラス基板にソーダガラス
等のアルカリ金属、アルカリ土類金属を不純物として多
く含んだガラスを用いると、層間絶縁層にこれらの不純
物が拡散し、導電性薄膜（図１８の４）まで拡散が進行
し、その抵抗を著しく低下させてしまうということがあ
った。かつ、その抵抗の低下の度合いが各素子によって
異なることから、フォーミングの条件が変化し、フォー
ミング後の電子放出素子の特性のバラツキが問題とな
る。また、表面伝導型電子放出素子を並列に多数個配列
した梯子型配置電子源等、ライン毎にフォーミングを行
う場合もある。このとき、封着後の抵抗低下により、素
子の合成抵抗が配線抵抗と同等かそれ以下になると、配
線抵抗による電圧降下の影響が、電圧を印加するところ
から遠い素子程強く、均一なフォーミングを１ライン内
で行うことは困難であった。さらに、各素子の特性のバ
ラツキに伴う輝度のバラツキや、無発光点等が生じ、歩
留まりの低下が問題となり、大画面の行列状電子源及び
これを用いた画像形成装置の作製が困難であった。

【００１８】以上の欠点に鑑み、本発明は、上記従来の
問題を除去するためになされたものであり、その目的と
するところは、 （１）封着工程後の導電性薄膜の抵抗の低下を抑制し、
各素子の良好なフォーミングを行うことができる。

【００１９】（２）同特性の複数の電子放出素子を使う
場合、同一特性を得る。ことが本発明の目的であり、
（１），（２）を同時に満足する表面伝導型電子放出素
子、及びそれを用いた画像形成装置を提供することにあ
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】すなわち、上記目的を達
成すべくなされた本発明は、第一に、基板上に少なくと
も素子電極と電子放出部を含む薄膜とで構成される表面
伝導型電子放出素子において、少なくとも電子放出部を
含む薄膜を形成する該基板表面に、シリコン窒化膜を有
することを特徴とする表面伝導型電子放出素子を提供す
る。本発明の構成で性能が損なわれない理由は未だ明確
ではないが、電子放出部形成用の導電性薄膜が封着等の
高温での処理を行う際に、ガラス基板等からの不純物の
拡散を、シリコン窒化膜により抑えることにより、電子
放出素子の抵抗低下を抑制しているものと考えられる。

【００２１】第二に、絶縁性基板上に、行方向配線と絶
縁層を介して積層された列方向配線とによって、少なく
とも素子電極と電子放出部を含む薄膜とで構成される表
面伝導型電子放出素子の対向する１対の素子電極と電子
放出部とをそれぞれ結線することで、行列状に多数個の
表面伝導型電子放出素子を配列した電子源基板におい
て、少なくとも電子放出部を含む薄膜を形成する該基板
表面に、シリコン窒化膜を有することを特徴とする電子
源を提供する。

【００２２】第三に、絶縁性基板上に、少なくとも素子
電極と電子放出部を含む薄膜とで構成される表面伝導型
電子放出素子の対向する１対の素子電極と電子放出部と
をそれぞれ結線する共通配線を有し、並列状に多数個の
表面伝導型電子放出素子を配列した電子源において、少
なくとも電子放出部を含む薄膜を形成する該基板表面
に、シリコン窒化膜を有することを特徴とする電子源を
提供する。

【００２３】第四に、少なくとも蛍光体と電子源で構成
された画像形成装置において、該電子源が、上記第二又
は第三の電子源であることを特徴とする画像形成装置を
提供する。

【００２４】表面伝導型電子放出素子において、少なく
とも電子放出部を含む薄膜を形成する表面にシリコン窒
化膜を有することにより、封着工程後の導電性薄膜の抵
抗の低下を抑制し、各素子の良好なフォーミングを実施
できる。また、同特性の複数の電子放出素子を使う場合
でも同一特性を得ることができる。

【００２５】さらに、このような電子源を用いた画像形
成装置において、無発光点、輝度ムラのない画像が得ら
れ、安価な青板ガラスを使用できるので低コストで作製
できる。

【００２６】以下に本発明の好ましい実施態様について
図を参照しながら説明する。

【００２７】本発明に用いることのできる表面伝導型電
子放出素子は、基本的に平面型表面伝導型電子放出素子
及び垂直型表面伝導型電子放出素子の２種類が挙げられ
る。図１は、基本的な平面型表面伝導型電子放出素子の
構成を示す模式的平面図（図１−（ａ））及び断面図
（図１−（ｂ））である。図３は、その製造方法であ
る。

【００２８】図１、図３において、１は基板、２，３は
素子電極、４は導電性薄膜、５は電子放出部、３３はシ
リコン窒化膜である。

【００２９】基板１としては、石英ガラス、Ｎａ等の不
純物含有量の少ないガラス、青板ガラス、ＳｉＯ₂ を表
面に形成したガラス基板、及びアルミナ等のセラミック
ス基板が用いられる。

【００３０】素子電極２，３の材料としては一般的導電
体が用いられ、例えばＮｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐ
ｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属あるいは合金、及
びＰｄ，Ａｇ，Ａｕ，ＲｕＯ₂ ，Ｐｄ−Ａｇ等の金属あ
るい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
ン等の半導体材料等から適宜選択される。

【００３１】素子電極間隔Ｌは、好ましくは数百オング
ストロームより数百マイクロメートルである。また素子
電極間に印加する電圧は低い方が望ましく、再現良く作
成することが要求されるため、好ましい素子電極間隔は
数マイクロメートルより数十マイクロメートルである。

【００３２】素子電極長さＷは、電極の抵抗値、電子放
出特性から数マイクロメートルより数百マイクロメート
ルであり、また素子電極２，３の膜厚は、数百オングス
トロームより数マイクロメートルが好ましい。

【００３３】なお、図１の構成だけでなく、基板１上に
シリコン窒化膜３３、導電性薄膜４、素子電極２，３の
順に形成させた構成にしてもよい。

【００３４】シリコン窒化膜３３は、プラズマＣＶＤ
（Chemical Vapor Deposition)装置を用い、ＳｉＨ₄ と
Ｎ₂ を用いて成膜する。その膜厚は素子の構成等によっ
て適宜設定されるが、好ましくは１０００オングストロ
ームから１マイクロメートルである（図３（ａ））。

【００３５】導電性薄膜４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が特に好ましく、
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通電フォーミング
条件等によって、適宜設定されるが、好ましくは数オン
グストロームから数千オングストロームで、特に好まし
くは１０オングストロームより５００オングストローム
である。そのシート抵抗値は１０³ 〜１０⁷ Ω／□であ
る（図３（ｂ））。

【００３６】また導電性薄膜４を構成する材料は、Ｐ
ｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃ
ｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属；Ｐｄ
Ｏ，ＳｎＯ₂ ，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ，ＰｂＯ，Ｓｂ₂ Ｏ₃ 等の酸
化物；ＨｆＢ₂ ，ＺｒＢ₂ ，ＬａＢ₆ ，ＣｅＢ₆ ，ＹＢ
₄ ，ＧｄＢ₄ 等の硼化物；ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，Ｔ
ａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物；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。

【００３７】なお、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、その微細構造として、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（島状も含む）の膜を
さしており、微粒子の粒径は数オングストロームから数
千オングストロームであり、好ましくは１０オングスト
ロームより２００オングストロームである。

【００３８】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であり、通電フォーミング等によ
り形成される。また、亀裂内には数オングストロームか
ら数百オングストロームの粒径の導電性微粒子を有する
こともある。この導電性微粒子は導電性薄膜４を構成す
る物質の少なくとも一部の元素を含んでいる。（図３
（ｃ））。

【００３９】また電子放出部５及びその近傍の導電性薄
膜４は、炭素あるいは炭素化合物を有することもある。

【００４０】図２は、基本的な垂直型表面伝導型電子放
出素子の構成を示す模式的断面図である。

【００４１】図２において、図１と同一の部材について
は同一符号を付与してある。２１は段差形成部である。

【００４２】基板１、素子電極２と３、導電性薄膜４、
電子放出部５は、前述した平面型表面伝導型電子放出素
子と同様の材料で構成することができ、段差形成部２１
は絶縁性材料で構成され、段差形成部２１の膜厚が先に
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
に相当する。その間隔は数百オングストロームより数十
マイクロメートルである。この間隔は段差形成部の製法
及び素子電極間に印加する電圧により制御することがで
きるが、好ましくは数百オングストロームより数マイク
ロメートルである。

【００４３】シリコン窒化膜３３は、プラズマＣＶＤ
（Chemical Vapor Deposition)装置を用い、ＳｉＨ₄ と
Ｎ₂ を用いて段差形成部２１も含めて全面に成膜する。
その膜厚は、素子の構成等によって適宜設定されるが、
好ましくは１０００オングストロームから１マイクロメ
ートルである。成膜後、ＣＦ₄ を用いてドライエッチン
グにより異方性のエッチングを行い、平坦部のシリコン
窒化膜のみ除去し、段差形成部２１の側壁にのみシリコ
ン窒化膜３３を残すようにする。

【００４４】導電性薄膜４は、素子電極２，３と段差形
成部２１、シリコン窒化膜３３を作成後に形成するた
め、素子電極２，３の上に積層される。なお、図２にお
いて電子放出部５は、段差形成部２１の側壁のシリコン
窒化膜３３に直線状に形成されているように示されてい
るが、作製条件、通電フォーミング条件等に依存し、形
状、位置ともこれに限るものではない。

【００４５】前記の通電フォーミングと呼ばれる通電処
理を行う。通電フォーミングは、素子電極２，３間に不
図示の電源より通電を行い、導電性薄膜４を局所的に破
壊、変形もしくは変質せしめ、構造を変化させた部位を
形成させるものである。この局所的に構造変化させた部
位を電子放出部５と呼ぶ（図３−（ｃ））。通電フォー
ミングの電圧波形の例を図４に示す。

【００４６】電圧波形は特にパルス波形が好ましく、パ
ルス波高値が一定の電圧パルスを連続的に印加する場合
（図−４（ａ））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場合（図−４（ｂ））とがある。ま
ずパルス波高値が一定電圧とした場合（図−４（ａ））
について説明する。

【００４７】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り、Ｔ１を１マイク
ロ秒〜１０ミリ秒、Ｔ２を１０マイクロ秒〜１００ミリ
秒とし、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の形態に応じて適宜選
択し、適当な真空度、例えば、１０^-5ｔｏｒｒ程度の真
空雰囲気下で、数秒から数十分印加する。素子の電極間
に印加する波形は三角波に限定することはなく、矩形波
等所望の波形を用いてもよい。

【００４８】図−４（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図
−４（ａ）と同様であり、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
度づつ増加させ適当な真空雰囲気下で印加する。

【００４９】この場合の通電フォーミング処理は，パル
ス間隔Ｔ２中に、導電性薄膜４を局所的に破壊、変形し
ない程度の電圧、例えば０．１Ｖ程度の電圧で、素子電
流を測定して抵抗値を求め、例えば、１Ｍオーム以上の
抵抗を示したときに通電フォーミング終了とする。

【００５０】次に、通電フォーミングが終了した素子に
活性化工程と呼ぶ処理を施すことが望ましい。

【００５１】活性化工程とは、例えば、１０^-4〜１０^-5
ｔｏｒｒ程度の真空度で、通電フォーミング同様、パル
ス波高値が一定の電圧パルスを繰り返し印加する処理の
ことであり、真空中に存在する有機物質に起因する炭素
及び炭素化合物を導電薄膜上に堆積させ、素子電流Ｉ
ｆ、放出電流Ｉｅを著しく変化させる処理である。活性
化工程は素子電流Ｉｆと放出電流Ｉｅを測定しながら、
例えば、放出電流Ｉｅが飽和した時点で終了する。また
印加する電圧パルスは動作駆動電圧で行うことが好まし
い。

【００５２】なお、ここで炭素及び炭素化合物とは、グ
ラファイト（単、多結晶双方を指す）、非晶質カーボン
（非晶質カーボン及び多結晶グラファイトとの混合物を
指す）であり、その膜厚は５００オングストローム以下
が好ましく、より好ましくは３００オングストローム以
下である。

【００５３】こうして作成した電子放出素子をフォーミ
ング工程、活性化工程における真空度よりも高い真空度
の雰囲気下において動作駆動させるのがよい。またさら
に高い真空度の雰囲気下で、８０℃〜１５０℃の加熱後
動作駆動させることが望ましい。

【００５４】なお、フォーミング工程、活性化工程にお
ける真空度より高い真空度とは、例えば約１０^-6ｔｏｒ
ｒ以上の真空度であり、より好ましくは超高真空系であ
り、新たに炭素及び炭素化合物が導電薄膜上にほとんど
堆積しない真空度である。こうすることによって素子電
流Ｉｆ、放出電流Ｉｅを安定化させることが可能にな
る。 次に本発明の画像形成装置について述べる。

【００５５】画像形成装置に用いられる電子源基板は、
複数の表面伝導型電子放出素子を基板上に配列すること
により形成される。

【００５６】表面伝導型電子放出素子の配列の方式に
は、表面伝導型電子放出素子を並列に配置し、個々の素
子の両端を配線で接続する梯子型配置（以下梯子型配置
電子源基板と呼ぶ）や、表面伝導型電子放出素子の１対
の素子電極にそれぞれＸ方向配線、Ｙ方向配線を接続し
た単純マトリクス配置（以下マトリクス型配置電子源基
板と呼ぶ）がある。なお、梯子型配置電子源基板を有す
る画像形成装置には、電子放出素子からの電子の飛翔を
制御する電極である制御電極（グリッド電極）を必要と
する。

【００５７】以下、この原理に基づき構成した電子源の
構成について、図６を用いて説明する。７１は電子源基
板、７２はＸ方向配線、７３はＹ方向配線、７４は表面
伝導型電子放出素子、７５は結線である。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どち
らであってもよい。

【００５８】同図において、電子源基板７１に用いる基
板は前述したガラス基板等であり、用途に応じて形状が
適宜設定される。

【００５９】ｍ本のＸ方向配線７２は、Ｄｘ₁,Ｄｘ₂,・
・・，Ｄｘ_m からなり、Ｙ方向配線７３はＤｙ₁,Ｄｙ₂,
・・・，Ｄｙ_n のｎ本の配線よりなる。

【００６０】また、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、材料、膜厚、配線幅が適宜設
定される。

【００６１】これらｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ方
向配線７３間は、不図示の層間絶縁層により電気的に分
離されてマトリックス配線を構成する（ｍ，ｎはともに
正の整数）。

【００６２】不図示の層間絶縁層は、Ｘ方向配線７２を
形成した基板７１の全面あるいは一部に所望の領域に形
成される。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る。

【００６３】さらに、表面伝導型放出素子７４の素子電
極（不図示）はｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ方向配
線７３と結線７５によって電気的に接続されており、基
板あるいは不図示の層間絶縁層上のいずれに形成しても
よい。

【００６４】また詳しくは後述するが、前記Ｘ方向配線
７２には、Ｘ方向に配列する表面伝導型放出素子７４の
行を入力信号に応じて走査する走査信号を印加するため
の不図示の走査信号発生手段と電気的に接続されてい
る。

【００６５】一方、Ｙ方向配線７３には、Ｙ方向に配列
する表面伝導型放出素子７４の列の各列を、入力信号に
応じて変調させる変調信号を印加するための不図示の変
調信号発生手段と電気的に接続されている。

【００６６】さらに、表面伝導型電子放出素子の各素子
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。

【００６７】上記構成において、単純なマトリクス配線
だけで個別の素子を選択して独立に駆動可能になる。

【００６８】次に、以上のようにして作成した単純マト
リクス型配置電子源を用いた画像形成装置について、図
７、図８及び図９を用いて説明する。図７は画像形成装
置の基本構成図であり、図８は蛍光膜、図９はＮＴＳＣ
方式のテレビ信号に応じて表示をするための駆動回路の
ブロック図を示し、その駆動回路を含む画像形成装置を
表す。

【００６９】前述したように図７において、７１は電子
放出素子を基板上に作製した電子源基板、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８
３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、８２は支持枠であり、リアプレー
ト８１、支持枠８２及びフェースプレート８６をフリッ
トガラス等を塗布し、大気中あるいは窒素中で４００〜
５００度で１０分以上焼成することで封着して外囲器８
８を構成する。

【００７０】図７に示される７４は、図１における電子
放出部に相当する。７２，７３は表面伝導型電子放出素
子の１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。

【００７１】外囲器８８は上述の如く、フェースプレー
ト８６、支持枠８２、リアプレート８１で構成したが、
リアプレート８１は主に電子源基板７１の強度を補強す
る目的で設けられるため、電子源基板７１自体で十分な
強度をもつ場合は別体のリアプレート８１は不要であ
り、電子源基板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、電子源基板７１にて外囲
器８８を構成してもよい。またさらには、フェースプレ
ート８６、リアプレート８１間に、スペーサーと呼ばれ
る耐大気圧支持部材を設置することで、大気圧に対して
十分な強度をもつ外囲器８８にすることもできる。

【００７２】図８中９２は蛍光体である。蛍光体９２
は、モノクロームの場合は蛍光体のみからなるが、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等と呼ばれる黒色導電
材９１と蛍光体９２とで構成される。ブラックストライ
プ、ブラックマトリクスが設けられる目的は、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（図７）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である。ブラックストラ
イプの材料としては、通常よく用いられている黒鉛を主
成分とする材料だけでなく、導電性があり、光の透過及
び反射が少ない材料であればこれに限るものではない。

【００７３】ガラス基板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が用いられ
る。

【００７４】また、蛍光膜８４（図７）の内面側には通
常メタルバック８５が設けられる。メタルバックの目的
は、蛍光体の発光のうち内面側への光をフェースプレー
ト８６側へ鏡面反射することにより輝度を向上するこ
と、電子ビーム加速電圧を印加するための電極として作
用すること、外囲器内で発生した負イオンの衝突による
ダメージからの蛍光体の保護等である。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
真空蒸着等で堆積することで作製できる。

【００７５】フェースプレート８６には、さらに蛍光膜
８４の導電性を高めるため、蛍光膜８４の外面側に透明
電極（不図示）を設けてもよい。

【００７６】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ならず、十
分な位置合わせを行う必要がある。

【００７７】外囲器８８は不図示の排気管を通じ、１０
^-7ｔｏｒｒ程度の真空度にされ、封止が行われる。ま
た、外囲器８８の封止後の真空度を維持するために、ゲ
ッター処理を行う場合もある。これは外囲器８８の封止
を行う直前あるいは封止後に、抵抗加熱あるいは高周波
加熱等の加熱法により、外囲器８８内の所定の位置（不
図示）に配置されたゲッターを加熱し、蒸着膜を形成す
る処理である。ゲッターは通常Ｂａ等が主成分であり、
該蒸着膜の吸着作用により、例えば１×１０^-5〜１０^-7
ｔｏｒｒの真空度を維持するものである。なお、表面伝
導型電子放出素子のフォーミング以降の工程は適宜設定
される。

【００７８】次に、単純マトリクス型配置電子源基板を
用いて構成した画像形成装置を、ＮＴＳＣ方式のテレビ
信号に基づきテレビジョン表示を行うための駆動回路の
概略構成を図９のブロック図を用いて説明する。１０１
は前記表示パネルであり、また１０２は走査回路、１０
３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。

【００７９】以下、各部の機能について説明する。ま
ず、表示パネル１０１は端子Ｄｏｘ₁ないしＤｏｘ_m 、
及び端子Ｄｏｙ₁ ないしＤｏｙ_n 、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。このうち端子Ｄ
ｏｘ₁ ないしＤｏｘ_m には、前記表示パネル内に設けら
れている電子源、すなわち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）ずつ順次駆動してゆくための走査信号が印加され
る。

【００８０】一方、端子Ｄｙ₁ ないしＤｙ_n 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ための変調信号
が印加される。また、高圧端子Ｈｖには、直流電圧源Ｖ
ａより例えば１０Ｋ［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より出力される電子ビー
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
ための加速電圧である。 次に走査回路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
備えるもので（図中、Ｓ₁ ないしＳ_m で模式的に示して
いる）、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 ないしＤｘ
_m と電気的に接続するものである。Ｓ₁ ないしＳ_m の各
スイッチング素子は、制御回路１０３が出力する制御信
号Ｔｓｃａｎに基づいて動作するものであるが、実際に
は例えばＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）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
が可能である。

【００８１】なお、前記直流電圧源Ｖｘは，前記表面伝
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。

【００８２】また制御回路１０３は，外部より入力する
画像信号に基づいて適切な表示が行われるように、各部
の動作を整合させる働きをもつものである。次に説明す
る同期信号分離回路１０６より送られる同期信号Ｔｓｙ
ｎｃに基づいて、各部に対してＴｓｃａｎ，Ｔｓｆｔ及
びＴｍｒｙの各制御信号を発生する。

【００８３】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、周波数分離（フ
ィルター）回路を用いれば構成できるものである。同期
信号分離回路１０６により分離された同期信号は、よく
知られるように垂直同期信号と水平同期信号よりなる
が、ここでは説明の便宜上Ｔｓｙｎｃ信号として図示し
た。一方、前記テレビ信号から分離された画像の輝度信
号成分を便宜上ＤＡＴＡ信号と表すが、同信号はシフト
レジスタ１０４に入力される。

【００８４】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（すなわち制御信号Ｔｓｆｔは、シフトレジスタ
１０４のス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
（電子放出素子Ｎ素子分の駆動データに相当する）のデ
ータは、Ｉｄ₁ ないしＩｄ_n のｎ個の並列信号として前
記シフトレジスタ１０４より出力される。

【００８５】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ための記憶装置であ
り、制御回路１０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙにし
たがって適宜Ｉｄ₁ ないしＩｄ_n の内容を記憶する。記
憶された内容はＩｄ₁ ないしＩｄ'_nとして出力され、変
調信号発生器１０７に入力される。

【００８６】変調信号発生器１０７は、前記画像データ
Ｉｄ'₁ないしＩｄ'_n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ための信号源で、その
出力信号は，端子Ｄｏｙ₁ ないしＤｏｙ_n 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。

【００８７】前述したように、本発明に係る電子放出素
子は、放出電流Ｉｅに対して以下の基本特性を有してい
る（図５）。すなわち、電子放出には明確な閾値電圧Ｖ
ｔｈがあり、Ｖｔｈ以上の電圧を印加されたときのみ電
子放出が生じる。

【００８８】また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してゆ
く。なお、電子放出素子の材料や構成、製造方法を変え
ることにより、電子放出閾値電圧Ｖｔｈの値や印加電圧
に対する放出電流の変化の度合いが変わる場合もある
が、いずれにしても以下のようなことが言える。

【００８９】すなわち、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、第一に
は、パルスの波高値を変化させることにより出力電子ビ
ームの強度を抑制することが可能である。第二には、パ
ルスの幅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。

【００９０】したがって、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
調方式等が挙げられ、電圧変調方式を実施するには、変
調信号発生器１０７としては一定の長さの電圧パルスを
発生するが、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。ま
たパルス幅変調方式を実施するには、変調信号発生器１
０７としては一定の波高値の電圧パルスを発生するが、
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ものである。

【００９１】以上に説明した一連の動作により、本発明
の画像形成装置は表示パネル１０１を用いてテレビジョ
ンの表示を行える。なお、上記説明中特に記載しなかっ
たが、シフトレジスタ１０４やラインメモリ１０５は、
デジタル信号方式のものでもアナログ信号方式のもので
も差し支えなく、要は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われればよい。

【００９２】デジタル信号方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、これは、１０６の出力部にＡ／Ｄ
変換器を備えれば可能である。また、これと関連して、
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。

【００９３】まず、デジタル信号の場合について述べ
る。電圧変調方式においては、変調信号発生器１０７に
は例えばよく知られるＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応
じて増幅回路等を付け加えればよい。

【００９４】またパルス幅変調方式の場合、変調信号発
生器１０７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ことにより構成でき
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け加えてもよい。

【００９５】次にアナログ信号の場合について述べる。
電圧変調方式においては、変調信号発生器１０７には例
えばよく知られるオペアンプ等を用いた増幅回路を用い
ればよく、必要に応じてレベルシフト回路等を付け加え
てもよい。またパルス幅変調方式の場合には、例えばよ
く知られた電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）を用いればよ
く、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け加えてもよい。以
上のようにして完成した画像表示装置において、各電子
放出素子には、容器外端子Ｄｏｘ₁ ないしＤｏｘ_m 、Ｄ
ｏｙ₁ ないしＤｏｙ_n を通じて電圧を印加することによ
り電子放出させ、高圧端子Ｈｖを通じてメタルバック８
５、あるいは透明電極（不図示）に高圧を印加し、電子
ビームを加速し、蛍光膜８４に衝突させ、励起・発光さ
せることで画像を表示することができる。

【００９６】以上に述べた構成は、表示等に用いられる
好適な画像形成装置を作製する上で必要な概略構成であ
り、例えば各部材の材料等、詳細な部分は上述内容に限
られるものではなく、画像形成装置の用途に適するよう
適宜選択する。また、入力信号例として、ＮＴＳＣ方式
を挙げたが、これに限るものでなく、ＰＡＬ，ＳＥＣＡ
Ｍ方式等の諸方式でもよく、また、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）方式でもよい。

【００９７】次に、前述の梯子型配置電子源基板及びそ
れを用いた画像表示装置について図１０、図１１により
説明する。

【００９８】図１０において、１１０は電子源基板、１
１１は電子放出素子、１１２のＤｘ ₁ 〜Ｄｘ₁₀は、前記
電子放出素子に接続する共通配線である。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
される。（これを素子行と呼ぶ）。この素子行を複数個
基板上に配置し、梯子型電子源基板となる。各素子行の
共通配線間に適宜駆動電圧を印加することで、各素子行
を独立に駆動することが可能になる。すなわち、電子ビ
ームを放出させる素子行には電子放出閾値以上の電圧
を、電子ビームを放出させない素子行には電子放出閾値
以下の電圧を印加すればよい。また、各素子行間の共通
配線Ｄｘ₂ 〜Ｄｘ₉ を、例えばＤｘ₂ ，Ｄｘ₃ を同一配
線とするようにしてもよい。

【００９９】図１１は、梯子型配置の電子源を備えた画
像形成装置の構造を示すための図である。１２０はグリ
ッド電極、１２１は電子が通過するための空孔、１２２
は、Ｄｏｘ₁ ，Ｄｏｘ₂ ，・・・，Ｄｏｘ_m よりなる容
器外端子、１２３はグリッド電極１２０と接続されたＧ
₁ ，Ｇ₂ ，・・・，Ｇ_n からなる容器外端子、１２４は
前述のように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。なお、図７、図１０と同一の符号は同
一部材を示す。前述の単純マトリクス配置の画像形成装
置（図７）との違いは、電子源基板１１０とフェースプ
レート８６の間のグリッド電極１２０を備えていること
である。

【０１００】グリッド電極１２０は、表面伝導型放出素
子から放出された電子ビームを変調することができるも
ので、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。
グリッドの形状や設置位置は必ずしも図１１のようなも
のでなくともよく、開口としてメッシュ状に多数の通過
口を設けることもあり、また例えば表面伝導型放出素子
の周囲や近傍に設けてもよい。

【０１０１】容器外端子１２２及びグリッド容器外端子
１２３は、不図示の制御回路と電気的に接続されてい
る。

【０１０２】本画像形成装置では、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とによ
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。

【０１０３】また本発明によれば、テレビジョン放送の
表示装置のみならず、テレビ会議システム、コンピュー
ター等の表示装置に適した画像形成装置を提供すること
ができる。さらには、感光性ドラム等で構成された光プ
リンターとしての画像形成装置としても用いることがで
きる。

【０１０４】

【実施例】以下実施例により本発明をさらに詳細に説明
する。 ［実施例１］本実施例で示すものは、本発明の表面伝導
型電子放出素子、及びその素子を行列状に多数個配列し
た電子源を用いた画像形成装置の作製方法である。

【０１０５】電子源の一部の平面図を図１２に示す。ま
た図中のＡ−Ａ’断面図を図１３に示す。ただし、図１
２、図１３、図１４で、同じ記号を示したものは、同じ
ものを示す。ここで１は基板、７２は図６のＤｘ_m に対
応するＸ方向配線（下配線）、７３は図６のＤｙ_n に対
応するＹ方向配線（上配線））、４は導電性薄膜、２，
３は素子電極、３１は層間絶縁層、３２は素子電極２と
下配線７２との電気的接続のためのコンタクトホール、
３３はシリコン窒化膜である。

【０１０６】次に製造方法を図１４により工程順にした
がって具体的に説明する。

【０１０７】工程−（ａ） 清浄化した青板ガラスからなる基板１上に厚さ０．５ミ
クロンのシリコン酸化膜をスパッタ法で形成した。真空
蒸着により厚さ５０オングストロームのＣｒ、厚さ６０
００オングストロームの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、ベークした後、ホトマスク像を露光、現像
して、下配線７２のレジストパターンを形成し、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７２を形成する。

【０１０８】工程−（ｂ） 次に厚さ０．５ミクロンのシリコン酸化膜からなる層間
絶縁層３１をＲＦスパッタ法により堆積し、さらに厚さ
０．５ミクロンのシリコン窒化膜３３をプラズマＣＶＤ
法によりＳｉＨ₄ とＮ₂ を用いて順次堆積する。シリコ
ン窒化膜成膜用のガスとしてＳｉＨ₄ とＮ₂ を用いた
が、ＳｉＨ₄ とＮＨ₃ ，ＳｉＣｌ₄ とＮＨ ₃ ，ＳｉＣｌ
₄ とＮ₂ 等の組み合わせで成膜してもよい。

【０１０９】工程−（ｃ） 工程−（ｂ）で堆積したシリコン酸化膜、シリコン窒化
膜にコンタクトホールを形成するためのホトレジストパ
ターンを作り、これをマスクとして層間絶縁層３１、シ
リコン窒化膜３３をエッチングしてコンタクトホール３
２を形成する。エッチングは、ＣＦ₄ とＨ₂ ガスを用い
たＲＩＥ（Reactive Ion Etching) 法によった。

【０１１０】工程−（ｄ） 次いで、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）形成し、真空蒸着法により、厚さ５０オ
ングストロームのＴｉ、厚さ１０００オングストローム
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Ｇは３ミクロンとし、素子電極の幅を３００ミク
ロンを有する素子電極２，３を形成した。

【０１１１】工程−（ｅ） 素子電極２，３の上に上配線７３のホトレジストパター
ンを形成した後、厚さ５０オングストロームのＴｉ、厚
さ５０００オングストロームのＡｕを順次真空蒸着によ
り堆積し、リフトオフにより不要の部分を除去して、所
望の形状の上配線７３を形成した。

【０１１２】工程−（ｆ） 基板表面に、有機Ｐｄ（ｃｃｐ４２３０奥野製薬（株）
社製）をスピンナーにより回転塗布、３００℃で１０分
間の加熱焼成処理をした。こうして形成された主元素と
してＰｄよりなる微粒子からなる電子放出部形成用の導
電性薄膜４の膜厚は、約１００オングストローム、シー
ト抵抗値は５×１０⁴ Ω／□であった。 工程−（ｇ） 電子放出部形成用の導電性薄膜４となるべきパターン
を、ホトレジスト（ＯＭＲ８３ ２０ｃｐ，東京応化社
製）で形成し、ドライエッチングを行った。ドライエッ
チングは、通常の平行平板陰極結合型で、真空排気系に
ターボ分子ポンプとロータリーポンプを用いた装置で、
Ａｒ流量＝２０ｓｃｃｍ、ガス圧力４．５Ｐａ，ＲＦ
（１３．５６ＭＨｚ）Ｐｏｗｅｒ＝１５０Ｗにて３分行
った。

【０１１３】ドライエッチング終了後、ホトレジストは
ＵＶ／０３アッシャーにて、１５０℃で３０分処理する
ことにより除去した。

【０１１４】以上の工程により、絶縁性基板１上に下配
線７２、層間絶縁層３１、シリコン窒化膜３３、上配線
７３、素子電極２，３、導電性薄膜４等を形成した。

【０１１５】このようにして得られた表面伝導型電子放
出素子を有するマトリクス型電子源基板（図１２）を用
い、電子源及び画像形成装置（図７）を作製した。前記
実施態様で詳述したように、各部材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４００〜５００
℃で１０分以上焼成することで封着して外囲器８８を構
成した。

【０１１６】次に、真空ポンプにて排気し、十分な真空
度に達した後、端子Ｄｏｘ₁ ないしＤｏｘ_m とＤｏｙ₁
ないしＤｏｙ_n を通じて電子放出素子７４の電極２，３
間に電圧を印加し、導電性薄膜４を通電処理（フォーミ
ング処理）することにより電子放出部５を作製した。フ
ォーミング処理の電圧波形は図４に示されている。

【０１１７】図４中、Ｔ１及びＴ２は電圧波形のパルス
幅とパルス間隔であり、本実施例ではＴ１を１ミリ秒、
Ｔ２を１０ミリ秒とし、三角波の波高値（フォーミング
時のピーク電圧）は５Ｖで、フォーミング処理は、約１
×１０^-6ｔｏｒｒの真空雰囲気下で６０秒間行った。各
電子放出素子７４の封着後の抵抗の低下はなく、逆に一
様に抵抗の上昇が若干見られたが、各素子を均一にフォ
ーミングすることができた。このように作製された電子
放出部５は、バラジウム元素を主成分とする微粒子が分
散配置された状態となり、その微粒子の平均粒径は３０
オングストロームであった。

【０１１８】上記フォーミングを終えた電子放出素子の
特性を、約１×１０^-5ｔｏｒｒの真空雰囲気下で、メタ
ルバック８５の電圧を１ｋＶ、メタルバックと電子放出
素子との距離を４ｍｍにて活性化を行い、放出電流Ｉｅ
が飽和したところで測定したところ、素子電圧１４Ｖ時
の素子電流Ｉｆ＝２．２ｍＡ、Ｉｅ＝１．１μＡで、Ｉ
ｆ，Ｉｅ，共に各素子間のバラツキは、±５〜６％であ
った。

【０１１９】以上のようにして完成した外囲器の雰囲気
を排気管（図示せず）を通じ真空ポンプにて排気し、１
０^-7ｔｏｒｒ程度の真空度で、不図示の排気管をガスバ
ーナーで熱することで溶着し、外囲器の封止を行った。

【０１２０】最後に、封止後の真空度を維持するために
ゲッター処理を行った。これは、封止を行う直前に、高
周波加熱等により、画像形成装置内の所定の位置（不図
示）に配置されたゲッターを加熱し、蒸着膜を形成処理
した。ゲッターはＢａ等を主成分とした。

【０１２１】以上のように完成した本発明の画像表示装
置において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄｏｘ₁
ないしＤｏｘ_m ，Ｄｏｙ₁ ないしＤｏｙ_n 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８５に数ｋＶ以上の高圧を印加し、電
子ビームを加速し、蛍光膜８４に衝突させ、励起・発光
させることで画像を表示した。このとき、封着後の各素
子のフォーミングを均一に行えたことにより、電子放出
特性は均一であり、輝度ムラや、無発光点等は見られな
かった。

【０１２２】以上述べた構成は、表示等に用いられる好
適な画像形成装置を作製する上で必要な概略構成であ
り、例えば各部材の材料等、詳細な部分は上述内容に限
られるものではなく、画像装置の用途に適するよう適宜
選択する。

【０１２３】また、本発明の思想によれば、表示に用い
られる好適な画像形成装置に限るものでなく、感光性ド
ラムと発光ダイオード等で構成された光プリンターの発
光ダイオード等の代替の発光源として、上述の画像形成
装置を用いることもできる。またこの際、上述のｍ本の
行方向配線とｎ本の列方向配線を、適宜選択すること
で、ライン状発光源だけでなく、２次元状の発光源とし
ても応用できる。

【０１２４】［実施例２］本実施例で示すものは、本発
明の表面伝導型電子放出素子、及びその素子を並列に多
数個配列した電子源（梯子型配置電子源）を用いた画像
形成装置の作製方法である。

【０１２５】図１０において、前記したように、１１０
は電子源基板、１１１は電子放出素子、１１２のＤｘ₁
〜Ｄｘ₁₀は、前記電子放出素子に接続する共通配線であ
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る。この素子行を複数個基板上に
配置し、梯子型電子源基板となる。１１２は基板上に平
行に千鳥配置された表面伝導型電子放出素子の電極を接
続する配線電極であり、かかる素子を配線電極間で並列
に配線接続し、電極ギャップＧに対し配線電極ライン毎
に順次電圧を印加することができる。

【０１２６】図１１は、本発明の梯子型電子源基板を用
いた画像形成装置を示す斜視図である。この図におい
て、並列した表面伝導型電子放出素子１１１とグリッド
１２０の列とは、各々直角に交差したマトリクス構造と
なるように構成されている。

【０１２７】すなわち、素子の配線電極１１２によって
並列に接続された表面伝導型電子放出素子１１１の列に
対し、絶縁層３１を介して電子放出部である電極ギャッ
プＧ上に開口を有するグリッド１２０の列が直交して形
成されている。ここで、グリッド１２０の列は、表面伝
導型電子放出素子１１１の列に直交したひと並びの素子
を覆ったマトリックスとなっている。今、メタルバック
８５に高電圧を印加しておき、配線電極１１２の千鳥配
線列に順次電圧を印加掃印し、表面伝導型電子放出素子
１１１を線順次に電子放出させる。次に、グリッド１２
０列に任意の信号電圧を順次印加することによって、蛍
光面発光による任意の画像表示をすることができる。

【０１２８】次に、本発明の梯子型電源基板の製造方法
と画像形成装置の構造を図１６、及び図１１により具体
的に説明する。

【０１２９】工程−（ａ） 清浄化した青板ガラス１上に厚さ０．５ミクロンのシリ
コン窒化膜３３をプラズマＣＶＤ法で形成する。

【０１３０】工程−（ｂ） 次いで、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）形成し、真空蒸着法により、厚さ５０オ
ングストロームのＴｉ、厚さ１０００オングストローム
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Ｇは３ミクロンとし、素子電極の幅３００ミクロ
ンを有する素子電極２，３を形成した。

【０１３１】工程−（ｃ） 素子電極２，３の上に共通配線１１２のホトレジストパ
ターンを形成した後、厚さ５０オングストロームのＴ
ｉ、厚さ５０００オングストロームのＡｕを順次真空蒸
着により堆積し、リフトオフにより不要の部分を除去し
て、所望の形状の共通配線１１２を形成した。

【０１３２】工程−（ｄ） 基板表面に、有機Ｐｄ（ｃｃｐ４２３０奥野製薬（株）
社製）をスピンナーにより回転塗布、３００℃で１０分
間の加熱焼成処理をした。こうして形成された主元素と
してＰｄよりなる微粒子からなる電子放出部形成用の導
電性薄膜４の膜厚は、約１００オングストローム、シー
ト抵抗値は５×１０⁴ Ω／□であった。さらに、電子放
出部形成用の導電性薄膜４となるべきパターンを、ホト
レジスト（ＯＭＲ８３２０ｃｐ東京応化社製）で形成
し、ドライエッチングを行った。ドライエッチングは、
通常の平行平板陰極結合型で、真空排気系にターボ分子
ポンプとロータリーポンプを用いた装置で、Ａｒ流量＝
２０ｓｃｃｍ、ガス圧力４．５Ｐａ、ＲＦ（１３．５６
ＭＨｚ）Ｐｏｗｅｒ＝１５０Ｗにて３分行った。

【０１３３】ドライエッチング終了後、ホトレジストは
ＵＶ／０３アッシャーにて、１５０℃で３０分処理する
ことにより除去した。

【０１３４】以上の工程により絶縁性基板１上にシリコ
ン窒化膜３３、共通配線１１２、素子電極２，３、電子
放出部形成用の導電性薄膜４を形成した。

【０１３５】工程−（ｅ） 次に、この上に厚さ８５００オングストロームのＳｉＯ
₂ からなる絶縁層３１と、厚さ１０００オングストロー
ムのＣｒ／厚さ２００００オングストロームのＮｉ／厚
さ１０００オングストロームのＣｒ／厚さ１００００オ
ングストロームのＡｌからなるグリッド１２０を順次真
空堆積する。

【０１３６】工程−（ｆ） 次に、フォトリソエッチングにより、電子放出素子１１
１（図１１）上に１９０×３４μｍの長方形に開口を設
けるように、ＳｉＯ₂ 及びＣｒ／Ｎｉ／Ｃｒ／Ａｌをパ
ターニングして、絶縁層３１及びグリッド１２０を形成
した。

【０１３７】以上の工程は、同一基板上に表面伝導型電
子放出素子１１１、絶縁層３１、グリッド１２０を順次
形成する構造であるため、薄膜、フォトリソグラフィ、
エッチング等の技術を用いることができる。したがっ
て、各部材の材料選択に自由度があり、寸法精度、位置
精度も半導体製造装置程度の高精度を得ることができ
る。また、フォトリソグラフィのような大基板用マスク
アライナーを用いることで、容易に大面積化することが
できる。また、グリッド１２０の開口においても１９０
×３４μｍに対し±４μｍ程度の誤差であれば、駆動電
圧が若干変動するものの十分に変調することができる。
また、絶縁層３１においても厚さ８．５μｍから１２μ
ｍの間であれば、同様に駆動上十分に変調することがで
きる。

【０１３８】上記各寸法内であれば、実際に同様の蛍光
面の輝点を得ることができた。

【０１３９】このようにして得られた表面伝導型電子放
出素子を有する梯子型電子源基板を用い、前述した電子
源及び画像形成装置（図１１）を作製した。前記実施態
様で詳述したように、各部材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４００〜５００℃で
１０分以上焼成することで封着した。

【０１４０】次に、真空ポンプにて排気し、十分な真空
度に達した後、端子Ｄｏｘ₁ とＤｏｙ₁ ，Ｄｏｘ₂ とＤ
ｏｙ₂ ，・・・・，Ｄｏｘ_n とＤｏｙ_n を通じ、電子放
出素子１１１の電極２，３間に電圧を印加し、電子放出
部５を、電子放出部形成用薄膜４を通電処理（フォーミ
ング処理）することにより作製した。フォーミング処理
の電圧波形を図４に示す。

【０１４１】図４中、本実施例では、Ｔ１を１ミリ秒、
Ｔ２を１０ミリ秒とし、三角波の波高値（フォーミング
時のピーク電圧）を７Ｖで、フォーミング処理は約１×
１０ ^-6ｔｏｒｒの真空雰囲気下で６０秒間行った。各電
子放出素子１１１の抵抗を仮りに均一だったと仮定して
ＲΩとすると、ｎ個の素子が並列に配列した１ライン当
りの素子だけの抵抗値はＲ／ｎ（Ω）となる。封着後に
各素子の抵抗が低下し、Ｒ／ｎが共通配線１１２の抵抗
値と同等かそれ以下の値となってしまうと、フォーミン
グ時に配線抵抗による電圧降下の影響が、電圧印加する
ところから遠い素子ほど強く、均一なフォーミングを１
ライン内で行うことは困難であった。しかし、本電子放
出素子の封着後の抵抗の低下はなく、逆に一様に抵抗の
上昇が若干見られたが、ライン毎に各素子を均一にフォ
ーミングすることができた。このように作製された電子
放出部５は、バラジウム元素を主成分とする微粒子が分
散配置された状態となり、その微粒子の平均粒径は３０
オングストロームであった。 上記フォーミングを終え
た電子放出素子の特性を、約１×１０^-5ｔｏｒｒの真空
雰囲気下で活性化を行い、Ｉｅが飽和したところで測定
したところ、素子電圧１４Ｖ時の素子電流Ｉｆ＝２．２
ｍＡ、放出電流Ｉｅ＝１．１μＡで、Ｉｆ，Ｉｅ共に各
素子間のバラツキは、±５〜６％であった。

【０１４２】以上のようにして完成した外囲器の雰囲気
を排気管（図示せず）を通じて真空ポンプにて排気し、
１０^-7ｔｏｒｒ程度の真空度で、不図示の排気管をガス
バーナーで熱することで溶着して外囲器の封止を行い、
さらにゲッター処理を行った。 基板１１０とフェース
プレート８６の中間には、グリッド電極１２０が設けら
れている。グリッド電極１２０は、表面伝導型放出素子
から放出された電子ビームを変調することができるもの
で、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。こ
のとき、封着後の各素子のフォーミングを均一に行えた
ことにより、電子放出特性は均一であり、輝度ムラや、
無発光点等は見られなかった。

【０１４３】本画像形成装置では、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とによ
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。

【０１４４】

【発明の効果】以上説明したように、表面伝導型電子放
出素子において、少なくとも電子放出部を含む薄膜を形
成する表面に、シリコン窒化膜を有することにより、 （１）封着工程後の導電性薄膜の抵抗の低下を抑制し、
各素子を同一条件でフォーミングを行うことができる。

【０１４５】（２）同特性の複数の電子放出素子を使う
場合でも、同一の特性を得る。

【０１４６】さらに、かかる電子源を用いた画像形成装
置においては、 （１）無発光点、輝度ムラのない画像が得られる。

【０１４７】（２）安価な青板ガラスを使用でき、低コ
ストで製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な平面型表面伝導型電子放出素
子の構成を説明する模式図である。 （ａ）平面図 （ｂ）断面図

【図２】本発明の基本的な垂直型表面伝導型電子放出素
子の構成を説明する模式的断面図である。

【図３】本発明の表面伝導型電子放出素子の製造方法の
一例を説明する模式的断面図である。

【図４】本発明の通電フォーミングの電圧波形の一例を
説明するグラフである。 （ａ）パルス波高値を一定とする場合 （ｂ）パルス波高値を増加させる場合

【図５】本発明の電子源の特性を説明するグラフであ
る。

【図６】単純マトリクス配置の電子源を説明する模式図
である。

【図７】本発明の画像形成装置の概略構成の一例を説明
する斜視図である。

【図８】蛍光膜を説明する模式図である。 （ａ）ストライブ （ｂ）マトリクス

【図９】ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行う
ための駆動回路とその駆動回路を有する画像表示装置を
説明するブロック図である。

【図１０】はしご型配置の電子源を説明する模式的平面
図である。

【図１１】本発明の画像形成装置の概略構成の一例を説
明する斜視図である。

【図１２】本発明の単純マトリクス配置の電子源基板を
説明する模式的平面図である。

【図１３】図１２のＡ−Ａ’切断面を説明する断面図で
ある。

【図１４】本発明の単純マトリクス配置の電子源基板の
製造工程を説明する断面図である。

【図１５】本発明の単純マトリクス配置の電子源基板の
製造工程を説明する断面図である。

【図１６】本発明の梯子型配置の電子源基板の製造工程
を説明する断面図である。

【図１７】従来の表面伝導型電子放出素子を説明する模
式的平面図である。

【図１８】従来の表面伝導型電子放出素子の構成を説明
する模式図である。 （ａ）平面図 （ｂ）断面図

【図１９】従来の表面伝導型電子放出素子の製造方法の
一例を説明する模式的断面図である。

【図２０】従来の単純マトリクス配置の電子源基板の構
成を説明する模式的平面図である。

【図２１】図２０のＡ−Ａ’切断面を説明する模式的断
面図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２，３ 素子電極 ４ 導電性薄膜 ５ 電子放出部 ２１ 段差形成部 ３１ 層間絶縁層 ３２ コンタクトホール ３３ シリコン窒化膜 ７１ 電子源基板 ７２ Ｘ方向配線 ７３ Ｙ方向配線 ７４ 表面伝導型電子放出素子 ７５ 結線 ８１ リアプレート ８２ 支持枠 ８３ ガラス基板 ８４ 蛍光膜 ８５ メタルバック ８６ フェースプレート ８７ 高圧端子 ８８ 外囲器 ９１ 黒色導電材 ９２ 蛍光体 ９３ ガラス基板 １０１ 表示パネル １０２ 走査回路 １０３ 制御回路 １０４ シフトレジスタ １０５ ラインメモリ １０６ 同期信号分離回路 １０７ 変調信号発生器、Ｖｘ及びＶａ：直流電圧源 １１０ 電子源基板 １１１ 電子放出素子 １１２ Ｄｘ₁ 〜Ｄｘ₁₀は前記電子放出素子を配線す
るための共通配線 １２０ グリッド電極 １２１ 電子が通過するための空孔 １２２ Ｄｏｘ₁,Ｄｏｘ₂,・・・，Ｄｏｘ_m よりなる
容器外端子 １２３ グリッド電極１２０と接続されたＧ₁,Ｇ₂,・
・・，Ｇ_n からなる容器外端子 １２４ 電子源基板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に少なくとも素子電極と電子放出
   部を含む薄膜とで構成される表面伝導型電子放出素子に
   おいて、少なくとも電子放出部を含む薄膜を形成する該
   基板表面に、シリコン窒化膜を有することを特徴とする
   表面伝導型電子放出素子。
2. 【請求項２】 絶縁性基板上に、行方向配線と絶縁層を
   介して積層された列方向配線とによって、少なくとも素
   子電極と電子放出部を含む薄膜とで構成される表面伝導
   型電子放出素子の対向する１対の素子電極と電子放出部
   とをそれぞれ結線することで、行列状に多数個の表面伝
   導型電子放出素子を配列した電子源基板において、少な
   くとも電子放出部を含む薄膜を形成する該基板表面に、
   シリコン窒化膜を有することを特徴とする電子源。
3. 【請求項３】 絶縁性基板上に、少なくとも素子電極と
   電子放出部を含む薄膜とで構成される表面伝導型電子放
   出素子の対向する１対の素子電極と電子放出部とをそれ
   ぞれ結線する共通配線を有し、並列状に多数個の表面伝
   導型電子放出素子を配列した電子源において、少なくと
   も電子放出部を含む薄膜を形成する該基板表面に、シリ
   コン窒化膜を有することを特徴とする電子源。
4. 【請求項４】 少なくとも蛍光体と電子源で構成された
   画像形成装置において、該電子源が、請求項２又は３に
   記載の電子源であることを特徴とする画像形成装置。