JPH09265926A

JPH09265926A - 画像形成装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH09265926A
Application number: JP7802596A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Iwasaki; 達哉岩崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 1997-10-07

Abstract

(57)【要約】【課題】安定で長寿命な電子放出素子を提供し、動作
安定性に優れた電子源及び画像形成装置を提供すること
を課題とする。【解決手段】少なくとも電子放出素子と前記電子放出
素子が接する減圧部と前記電子放出素子からの電子を受
ける電極とを有する画像形成装置において、前記電子放
出素子は、少なくとも一部に６Ａ族の元素を有し、前記
減圧部は前記６Ａ族の元素に比し還元力が強い気体から
なることを特徴とする。また、少なくとも電子放出素子
と前記電子放出素子が接する減圧部と前記電子放出素子
からの電子を受ける電極とを有する画像形成装置に関
し、前記電子放出素子は、絶縁性基板上に形成された一
対の素子電極と、前記素子電極にまたがって形成され、
電子放出部を有する導電性薄膜を備え、前記導電性薄膜
の少なくとも一部に６Ａ族の元素を有し、前記減圧部が
前記６Ａ族の元素に比し還元力が強い気体からなること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子を用
いた画像形成装置及びその製造方法に関し、例えば表面
伝導型電子放出素子を用いた画像形成装置及びその製造
方法に関する。

【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 emission"、Advance in Electron P
hysics、8、89(1956) あるいはC.A.Spindt,"PHYSICAL Pr
operties of thin-film field emission cathodeswith
molybdenium cones",J.Appl.Phys.,47,5248(1976) 等
に開示されたものが知られている。

【０００３】また、ＭＩＭ型の例としてはC. A. Mea
d、”Operation of Tunnel-Emission Devices"、J. Appl
y. Phys. 、32、646 (1961)等に開示されたものが知られ
ている。

【０００４】さらに、表面伝導型電子放出素子型の例と
しては、M. I. Elinson、Radio Eng.Electron Pys. 、10、
1290,(1965)等に開示されたものがある。

【０００５】ここで、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 Films"、9、317(197
2)］、Ｉｎ₂Ｏ₃／ＳｎＯ₂薄膜によるもの［M. Hartwell
and C. G. Fonstad:"IEEE Trans. ED Conf. "、519(19
75)］、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】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を形成すること
である。尚、電子放出部は導電性薄膜の一部に亀裂が発
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
述の導電性薄膜に電圧を印加し、素子に電流を流すこと
により、上述電子放出部より電子を放出せしめるもので
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】表面伝導型電子放出素
子については画像形成装置に用い、上述の電子放出素子
を縦横に多数配列し、該電子放出素子の電子放出部から
電子を放出させ、その電子を受ける陽極側に蛍光体を設
けて蛍光を発して画像を形成するが、適用した画像形成
装置が明るい表示画像を長期にわたり安定して提供でき
るように、更に安定で長寿命な電子放出特性及び電子放
出の効率向上が要望されている。ここでの効率は、表面
伝導型電子放出素子の一対の素子電極に電圧を印加した
際に、両電極間を流れる電流（以下、「素子電流」とい
う。）と真空中に放出される電子による電流（以下、
「電子放出電流」という。）との比で評価されるもので
あり、素子電流が小さく、電子放出電流が大きい電子放
出素子が望まれている。安定的に制御し得る電子放出特
性と効率の向上及び長寿命化がなされれば、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
力（低電圧、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、低電力化に
ともない、画像形成装置を構成する駆動回路等のロ−コ
スト化も図れる。

【０００８】しかしながら、従来の表面伝導型電子放出
素子にあっては、安定な電子放出特性、及び寿命につい
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的に安定性に優れた画像形成装置を
提供するのは難しいというのが実状である。本出願人に
よって、上述の表面伝導型電子放出素子の特性の向上を
はかるために、フォーミング後、化学的気相成長法によ
り、電子放出部に金属を主成分とする被膜を被覆するこ
とが行われている（例えば、特願平６−１８１２８６
号）。この手法においては、図２４に示すように、主に
電子放出部及びその高電位側に金属を主成分とする膜９
９７が選択的に形成される。図２４において、１は絶縁
基板、２，３は電極、４は導電性薄膜であり、電極３を
＋電源に、電極２にー電源を印加して通電フォーミング
処理を行ない、高融点の金属を主成分とする膜９９７を
形成し、その後化学的気相成長法によって活性化処理を
行なうものである。

【０００９】ところで、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、画像形成装置としての表示装置等が
あげられる。多数の表面伝導型放出素子を配列形成した
例としては、後述する様に、並列に表面伝導型電子放出
素子を配列し、個々の素子の両端を配線（共通配線とも
呼ぶ）でそれぞれ結線した行を多数行配列した電子源が
あげられる。例えば、特開昭６４−０３１３３２号公
報、特開平１−２８３７４９号公報、特開平２−２５７
５５２号公報等に開示されている。また，特に表示装置
等の画像形成装置においては、近年、液晶を用いた平板
型表示装置が、ＣＲＴに替わって、普及してきたが、自
発光型でないため、バックライトを持たなければならな
い等の問題点があり、自発光型の表示装置の開発が、望
まれてきた。自発光型表示装置としては、表面伝導型放
出素子を多数配置した電子源と電子源より放出された電
子によって、可視光を発光せしめる蛍光体とを組み合わ
せた表示装置である画像形成装置が、あげられる。例え
ば、米国特許ＵＳＰ５,０６６,８８３に開示されてい
る。

【００１０】これらを鑑み、本発明の課題は、安定で長
寿命な電子放出素子を提供し、動作安定性に優れた電子
源及び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】本発明は、上述した課題
を解決するために鋭意検討を行って成されたものであ
り、下記する構成のものである。

【００１２】第１に、少なくとも電子放出素子と前記電
子放出素子が接する減圧部を有する画像形成装置に関
し、前記電子放出素子は、少なくとも一部に６Ａ族の元
素を有し、前記減圧部は前記６Ａ族の元素に比し還元力
が強い気体からなることを特徴とする画像形成装置であ
る。

【００１３】特に、前記電子放出素子は、絶縁性基板上
に形成された一対の素子電極と、前記素子電極にまたが
って形成され、電子放出部を有する導電性薄膜を備え、
前記導電性薄膜の少なくとも一部に６Ａ族の元素を有す
る画像形成装置である。

【００１４】さらには、前記減圧部の気体の主成分がＨ
₂であること、又は前記減圧部の気体の主成分がＣＯで
あることを特徴とする。また、前記減圧部の気体が、Ｈ₂分圧＞Ｈ₂Ｏ分圧＞Ｏ₂分圧なる条件を満たすことを特徴とする。

【００１５】さらに、減圧部のＯ₂分圧が１０^-9ｔｏｒ
ｒ以下であることを、又は減圧部の全圧が１０^-4ｔｏｒ
ｒ以下であること、さらに前記６Ａ族の元素がＷ（タン
グステン）であることを特徴とする。

【００１６】また、前記電子放出素子が表面伝導型電子
放出素子であることを特徴とする画像形成装置である。

【００１７】また、第２に、上記画像形成装置の製造方
法において、少なくとも、前記６Ａ族の元素は揮発性金
属化合物中において上記素子電極間に電圧を印加するこ
とにより堆積する工程を有することを特徴とする画像形
成装置の製造方法である。特に、前記揮発性金属化合物
はＷ（ＣＯ）₆，ＷＦ₆，Ｗ（Ｃ₅Ｈ₅）２Ｈ₂であり、又
は前記揮発性金属化合物はＭｏ（ＣＯ）₆，ＭｏＦ₆，Ｍ
ｏ（Ｃ₆Ｈ₆）₂であり、前記６Ａ族の元素を堆積する工
程が活性化工程であることを特徴とする。さらに、前記
減圧部の形成において、少なくとも、前記減圧部にＨ₂
を導入する工程を有する。また、前記減圧部の形成にお
いて、少なくとも、前記減圧部にＣＯを導入する工程を
有する。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明による画像形成装置の表示
パネルの基本的構成を図１、図８を用いて説明する。

【００１９】図１は、本発明の画像形成装置の基本的構
成を示す断面図、図８はその斜視図である。図１及び図
８において、７１は電子放出素子７４を縦横に複数配し
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と、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。但し、リアプレート８
１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。

【００２０】フェースープレート８６と、支持枠８２、
リアプレート８１で外囲器８８が構成され、外囲気８８
内は減圧部９０である。外囲器８８は、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。また、フ
ェースープレート８６とリアプレート８１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８８を構成する
こともできる。

【００２１】この表示パネルに、不図示の駆動装置等が
接続されることにより、画像形成装置が構成され、駆動
装置より電圧印加されることにより、電子放出素子から
放出される電子線を高圧のメタルバック８５で加速して
蛍光体の蛍光膜８４に照射することにより発光、画像形
成するものである。

【００２２】図２（ａ）は、本発明に使用可能な表面伝
導型電子放出素子７４を示す平面図、図２（ｂ）はその
断面図である。図２示すように、絶縁性基板１上に一対
の素子電極２，３が配され、さらに素子電極２，３にま
たがって、電子放出部５を有する導電性薄膜４が配され
る。また、本発明においては、少なくとも導電性薄膜４
の一部には元素の周期表による６Ａ族元素（Ｃｒ，Ｍ
ｏ，Ｗ）を有する。

【００２３】また、導電性薄膜４、特に電子放出部５及
びその近傍は、動作時に高温や高電界に課せられるた
め、安定且つ長寿命の電子放出を得るためには高融点材
料を配することが望まれる。６Ａ族金属、その中でも特
にＷ（タングステン）は単体として、高融点の性質を有
することから特に望ましい材料である。

【００２４】本発明においては、６Ａ族元素を有する導
電性薄膜４に加え、さらに減圧部９０として、６Ａ族元
素に比し還元力が強い気体（雰囲気）が配される。具体
的にはＨ₂を主成分とする雰囲気が挙げられ、Ｈ₂Ｏ，Ｏ
₂等は極力少ないことが望ましい。これは一般に、６Ａ
族元素は酸化すると、蒸気圧が高くなったり、融点が低
くなる傾向がある事に起因する。例えば、真空中で、Ｗ
の融点は３４１０℃であるが、酸化されたＷＯ₂は１５
００〜１６００程度まで、酸化されたＷＯ₃は１４７３
℃まで融点が下がってしまう。また、蒸気圧が１０^-6ｔ
ｏｒｒ程度になる温度で見ても、Ｗでは２５００℃程度
なのに対し、ＷＯ₂では１６００℃、ＷＯ₃では１２００
℃程度である（応用物理Ｈ．Ｂ参照）。これより、６Ａ
族元素の高融点、低蒸気圧の性質が維持され、安定且つ
長寿命の電子放出を得るために、還元性が強い気体（雰
囲気）中において電子放出素子を動作させ、酸化を防ぐ
ことが望まれるのである。他にも、このような雰囲気中
においては、６Ａ族金属の清浄表面が維持され、仕事関
数の変動を抑えることができると考える。

【００２５】以下、本発明の画像形成装置の各々の構成
部位について詳説する。まず、減圧部について、次に、
蛍光体について、次に、表面伝導型電子放出素子の構
成、さらにその製造方法、特性について、さらに、電子
源基板上の電子放出素子の配列とそれらの駆動方法につ
いて説明する。

【００２６】＜減圧部＞まず、還元性を有する減圧部９
０について説明する。先に述べたように、本発明におい
ては、減圧部９０には、「６Ａ族元素に比し、還元力が
強い気体（雰囲気）」が配される。例えば、Ｈ₂を主成
分とする気体（雰囲気）が挙げられ、酸化剤となるＨ₂
Ｏ，Ｏ₂等は極力少ないことが望ましい。

【００２７】以下、より具体的に、「６Ａ族元素に比
し、還元力が強い気体」について、広く酸化還元反応に
用いられる、「酸化物の標準生成自由エネルギーΔＧｏ
を用いた議論」（治金物理化学／丸善参照）により、説
明する。たとえば金属Ｍの酸化物ＭＯ₂間の酸化還元反
応、Ｍ＋Ｏ₂ ＝ＭＯ₂ （１）における自由エネルギーの変化は、 ΔＧ＝ΔＧ⁰ ＋ＲＴｌｎＫ＝ΔＧ⁰ ＋ｌｎ（ＰＯ₂）（２）但し、Ｋ；平衡定数、Ｒ＝８.３１［Ｊ／ｍｏｌ＊
Ｋ］、Ｔ［Ｋ］；絶対温度、となる。上記反応が平衡状態にあるのは、ΔＧ＝０、す
なわち、 ΔＧ⁰＝ーＲＴｌｎＫ＝ーＲＴｌｎ（ＰＯ₂）（３）但し、ＰＯ₂；酸素分圧、となる。すなわち、金属と酸化物が平衡する酸素分圧Ｐ
Ｏ₂は、酸化物の標準生成自由エネルギーより見積もる
ことができる。酸素圧がその平衡酸素圧より低い場合
は、この金属酸化物は金属と酸素に分解し、平衡酸素圧
より高い場合は金属の酸化が進行する。

【００２８】図１９に６Ａ族元素の酸化物及びＨ₂Ｏの
標準生成自由エネルギーΔＧ^oを示した。

【００２９】Ｗの場合を例にとると、酸素との反応、Ｗ＋Ｏ₂ ＝ＷＯ₂ （４）における、Ｔ＝１６００ＫのΔＧ^O＝３００ｋＪ／ｍｏ
ｌを用い、（３）式より平衡酸素圧を見積もると、ＰＯ
₂＝２×１０^-13ｔｏｒｒとなり、Ｔ＝２０００ＫのΔＧ
^O＝２３５ｋＪ／ｍｏｌを用いるとＰＯ₂＝１×１０^-9ｔ
ｏｒｒと見積もられる。表面伝導型電子放出素子の電子
放出素子部近傍の温度は、定かではないが、１５００Ｋ
以上とも２０００Ｋ程度とも言われており、酸素分圧１
０^-9ｔｏｒｒ程度以下、望ましくはさらに低い分圧であ
れば、６Ａ族元素は金属として酸化せずに安定に存在し
えることが分かる。

【００３０】一方、Ｈ₂などの還元ガスの存在下では、
より酸化を抑制できるであろう。Ｈ₂やＣＯと酸化物の
酸化還元反応は、ＭＯ₂＋２Ｈ₂ ＝Ｍ＋２Ｈ₂Ｏ（５） ΔＧ＝ΔＧ⁰ ＋ＲＴｌｎＫ＝ΔＧ⁰ ＋ｌｎ（ＰＨ₂
Ｏ／ＰＨ₂）但し、ＰＨ₂ＯはＨ₂Ｏの分圧を、ＰＨ₂はＨ₂の分圧を示
す。で記される。これは反応（１）と、２Ｈ₂ ＋Ｏ₂ ＝２Ｈ₂Ｏ（６）なる反応の差により与えられる。反応（４）、（５）の
自由エネルギーの変化ΔＧは、それぞれ、酸化物の自由
エネルギーとＨ₂Ｏの自由エネルギーの差分により与え
られる。一方、図１９に見るように６Ａ族金属酸化物Ｗ
Ｏ₂やＭｏ₂と、Ｈ ₂Ｏの自由エネルギーはＴ＝１５００
〜２０００Ｋ付近では、かなり近い値をとる事が分か
る。このことより、反応（５）の平衡は、ＲＴｌｎＫ＝０、すなわち、ＲＴｌｎ（ＰＨ₂Ｏ／ＰＨ₂）＝０（７）の時に達成される事を意味する。つまり、減圧部におい
て、ＰＨ₂／ＰＨ₂Ｏ比が１である近傍の雰囲気下で反応
（５）は平衡状態を示し、１以上であれば６Ａ族金属酸
化物に還元作用を働く。つまり、反応（５）、（６）の
右への反応が進むであろう。

【００３１】このＰＨ₂／ＰＨ₂Ｏ＞１が満たされたとし
ても、Ｏ₂が存在するときには、反応（４）と（５）の
反応の競争になることから、さらに、ＰＯ₂はＰＨ₂Ｏよ
り小さいことも付け加えることにする。

【００３２】上記、議論より、減圧部に必要な条件、す
なわち、「６Ａ族元素に比し還元力が強い気体」の基準
として、ＰＨ₂ ＞ＰＨ₂Ｏ＞ＰＯ₂ さらに、ＰＯ₂が１０^-9ｔｏｒｒ以下であること、等が
挙げられるであろう。

【００３３】但し、実際は、減圧部９０で、系が非平衡
状態でありえること、減圧下であり反応ガスの離脱が起
こること、電子放出素子の動作に伴い温度上昇は局所的
になされること、電子線によるガスのイオン化が生じ得
ること等により、低分圧で複雑な反応を示すことが期待
される。この観点から、ここでの議論はあくまでも目安
であることを付記しておく。

【００３４】また、本出願者らは、鋭意検討によって、
上記基準が、実験結果と大きく違わないことを確認して
いる。

【００３５】上記の還元性を有する減圧部９０は、例え
ば以下のようにして製造される。図２０に示すように、
外囲器８８をイオンポンプ、ソープションポンプなどの
オイルを使用しない排気ポンプ５６の排気装置により不
図示の排気管を通じて排気する。この際、Ｈ₂Ｏ及びＯ₂
を十分に排気するために、外囲器８８を適宜加熱しなが
ら排気することが望ましい。排気後、Ｈ₂等の還元性ガ
スを導入したのち、封止することにより減圧部を形成す
ることもできる。この際、減圧部９０の真空雰囲気は、
四重極マススペクトルメーター等で分析可能である。

【００３６】但し、排気及びベーキングによりＨ₂Ｏ及
びＯ₂が十分に排気でき、残留気体の主成分がＨ₂等であ
り、真空自体がすでに還元力を十分に有する場合には、
あえて還元性気体を導入する必要はない。

【００３７】また、外囲器８８の封止後の真空度を維持
するために、ゲッター処理を行なうこともできる。これ
は、外囲器８８の封止を行う直前あるいは封止後に、抵
抗加熱あるいは高周波加熱等を用いた加熱により、外囲
器８８内の所定の位置（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、前記蒸着膜の吸着作用によ
り、たとえば１×１０^-5ｔｏｒｒ乃至は１×１０^-7ｔｏ
ｒｒの真空度を維持するものである。

【００３８】また、減圧部９０の全圧は、電子放出素子
から放出される電子線に起因する放電現象を防ぐため、
通常１０^-4ｔｏｒｒ以下に設定される。

【００３９】＜蛍光体について＞次に、蛍光体８４につ
いて説明する。

【００４０】図９は、蛍光膜を示す模式図である。蛍光
膜８４は、モノクロームの場合は蛍光体のみから構成す
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。ブラックストライプ等の黒色導電材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、導電性があって、光の透過及び光の反射が少な
い材料を用いることができる。

【００４１】ガラス基板８３に蛍光膜８４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８５を設ける目
的は、蛍光体８４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８８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８４を保護すること
等である。メタルバック８５は、蛍光膜８４を作製後、
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
等を用いて堆積させることで作製できる。

【００４２】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。

【００４３】前述の外囲器８８内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。

【００４４】＜本発明を用いた表面伝導型電子放出素子
の構成＞次に、本発明に適用し得る表面伝導型電子放出
素子の基本的構成について説明する。表面伝導型電子放
出素子には大別して、平面型及び垂直型の２つがある。
まず、平面型表面伝導型電子放出素子について説明す
る。

【００４５】本発明を用いた表面伝導型電子放出素子を
模式的に示す平面図を図２（ａ）に、それを模式的に示
す断面図を図２（ｂ）に示す。図２（ａ）、（ｂ）にお
いて１は絶縁性基板、２，３は素子電極、４は導電性薄
膜、５は電子放出部である。

【００４６】絶縁性基板１としては、石英ガラス，Ｎａ
等の不純物含有量を減少したガラス，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
たガラス基板及び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。

【００４７】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，
ＲｕＯ₂ ，Ｐｄ−Ａｇ等の金属、或は金属酸化物と、
ガラス等から構成されるの印刷導体、Ｉｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ
₂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。

【００４８】素子電極２，３の間隔Ｌ、素子電極２，３
の長さ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、数千オングストロームから数百マイクロメートルの
範囲とすることができ、より好ましくは、素子電極２，
３間に印加する電圧等を考慮して数マイクロメートルか
ら数十マイクロメートルの範囲とすることができる。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、数マイクロメートルから数百マイクロメートルの範
囲とすることができる。素子電極２、３の膜厚ｄは、数
百オングストロームから数マイクロメートルの範囲とす
ることができる。

【００４９】尚、図１に示した構成だけでなく、絶縁性
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。

【００５０】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、
数オングストロームから数千オングストロームの範囲と
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、Ｒｓが１０²か
ら１０⁷Ω／□の値である。なおＲｓは、厚さがｔ、幅
がｗで長さがｌの薄膜の抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ（ｌ／ｗ）
とおいたときに現れる。本発明において、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処理を包含するも
のである。

【００５１】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、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ、Ｓ
ｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＰｂＯ、Ｓｂ₂Ｏ₃等の酸化物、Ｈｆ
Ｂ₂、ＺｒＢ₂、ＬａＢ₆、ＣｅＢ₆、ＹＢ₄、ＧｄＢ₄等の
硼化物、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、Ｗ
Ｃ等の炭化物、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ等の窒化物、Ｓ
ｉ、Ｇｅ等の半導体、カーボン等の中から適宜選択され
る。

【００５２】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
分散配置した状態あるいは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、数オングストロームから数千オン
グストロームの範囲、好ましくは、１ｎｍから２０ｎｍ
の範囲である。

【００５３】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。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。

【００５４】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。「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。

【００５５】「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）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。

【００５６】「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（？？この表示の範囲でよ
いのですか？？）。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１
２〜１３行目）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
の下限は数オングストローム〜１０オングストローム程
度、上限は数μｍ程度のものを指すこととする。

【００５７】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５の内部には、
数オングストロームから数百オングストロームの範囲の
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。

【００５８】先に述べたように、本発明を用いた表面伝
導型電子放出素子においては、少なくとも導電性薄膜の
一部に６Ａ族元素が存在する。このような構成は、例え
ば、６Ａ族元素を含有する導電性薄膜を用いる場合や、
後述の活性化のような手法で６Ａ族元素を電子放出部及
びその近傍に堆積することにより実現可能である。

【００５９】また、６Ａ族元素に加え、電子放出部５及
びその近傍の導電性薄膜４には、炭素及び炭素化合物を
有することもできる。

【００６０】次に、垂直型表面伝導型電子放出素子につ
いて説明する。図２（ｃ）は、本発明を用いた表面伝導
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。

【００６１】図２（ｃ）においては、図２（ａ），
（ｂ）に示した部位と同じ部位には図２に付した符号と
同一の符号を付している。２１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
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。段さ形成部２１
は、真空蒸着法，印刷法，スパッタ法等で形成されたＳ
ｉＯ₂等の絶縁性材料で構成することができる。段さ形
成部２１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、数千オングストロー
ムから数十マイクロメートルの範囲とすることができ
る。この膜厚は、段さ形成部の製法，及び，素子電極間
に印加する電圧を考慮して設定されるが、数百オングス
トロームから数マイクロメートルの範囲が好ましい。

【００６２】導電性薄膜４は、素子電極２及び３と段
さ形成部２１作成後に、前記素子電極２、３の上に積層
される。電子放出部５は、図２（ｃ）においては、段差
形成部２１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。

【００６３】＜本発明を用いた表面伝導型電子放出素子
の製造方法＞本発明を用いた表面伝導型電子放出素子の
ように、６Ａ族元素を有する導電性薄膜４の表面伝導型
電子放出素子の作成には、（１）あらかじめ６Ａ族元素
を有する導電性薄膜を作成し、それをフォーミングする
手法と、（２）フォーミング後に活性化工程として、６
Ａ族元素を有する堆積物を電子放出部及びその近傍に堆
積する手法と、が挙げられる。

【００６４】以下、図２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２に示
した部位と同じ部位には図２に付した符号と同一の符号
を付している。

【００６５】（１）絶縁性基板１を洗剤、純水および有
機溶剤等を用いて十分に洗浄し，真空蒸着法、スパッタ
法等により素子電極材料を堆積後，例えばフォトリソグ
ラフィー技術を用いて絶縁性基板１上に素子電極２、３
を形成する（図３（ａ））。

【００６６】（２）素子電極２、３を設けた絶縁性基板
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。尚、前述した予め６Ａ族金属を有する導電性薄膜
を用いる場合には、有機金属溶液の金属を６Ａ族元素と
する。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。

【００６７】（３）つづいて、フォーミング工程を施
す。このフォーミング工程の方法の一例として通電処理
による方法を説明する。素子電極２、３間に、不図示の
電源を用いて、通電を行うと、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３
（ｃ））。通電フォーミングによれば導電性薄膜４に局
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。前記部位が電子放出部５を構成する。通
電フォーミングの電圧波形の例を図４に示す。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。

【００６８】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１マイク
ロ秒〜１０ミリ秒、Ｔ２は、１０マイクロ秒〜１００ミ
リ秒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の
形態に応じて適宜選択される。このような条件のもと、
例えば、数秒から数十分間電圧を印加する。パルス波形
は三角波に限定されるものではなく、矩形波など所望の
波形を採用することができる。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。

【００６９】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４を局所的に破壊、変形しない
程度の電圧を印加し、電流を測定して検知することがで
きる。例えば０.１Ｖ程度の電圧印加により流れる素子
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。

【００７０】（４）フォーミングを終えた素子には、以
下に述べる活性化工程と呼ばれる処理を施すことにより
著しく変化、向上させる事ができる。活性化工程は、例
えば、揮発性金属化合物を含有する雰囲気下で、電圧パ
ルスの印加を繰り返すことで行うことができる。この活
性化工程により、電子放出部及びその近傍に堆積物が堆
積される。

【００７１】一方、揮発性金属化合物の雰囲気下で行っ
た場合には、堆積物は、揮発性金属化合物の中心金属を
主成分とする多結晶、単結晶あるいはアモルファスによ
る金属、金属化合物（酸化物、チッカ物）、半導体等で
ある。また、堆積物のなかには、時に、炭素が混入する
事もある。また、複数の揮発性金属化合物を混合して使
用することにより、化合物を堆積することも可能であ
る。

【００７２】上述の揮発性金属化合物について説明す
る。揮発性金属化合物とは、通常のＣＶＤ法に用いられ
るガスを指し、金属アルコキシドをはじめとする有機金
属化合物や、ハロゲン化合物、カルボニル化合物等をは
じめとする無機化合物が挙げられる。より詳しくは、Ａ
ｌ（ＣＨ₃）₃，Ｂ（Ｃ₂Ｈ₅）₃，Ａｕ（ＣＨ₃）₂（Ｃ₅Ｈ
₇Ｏ₂），Ｉｒ（Ｃ₃Ｈ₅）₃，Ｍｇ（Ｃ₅Ｈ₅）₂，Ｙ（Ｃ₅
Ｈ₅）₃，Ｍｏ（Ｃ₅Ｈ₅）₂Ｈ₂，Ｗ（Ｃ₅Ｈ₅）₂Ｈ₂，Ａｌ
（ＯＣＨ₃）₃，Ｍｇ（ＯＣＨ₃）₂，Ｎｂ（ＯＣＨ₃）₂，
Ｚｒ（ＯＣ₂Ｈ₅）₄，Ａｌ（ＡｃＡｃ）₃，Ｂａ（ＡｃＡ
ｃ）₂，Ｌａ（ＤＰＭ）₃，Ｂａ（ＤＰＭ），等の有機金
属化合物や、ＡｌＣｌ₃，ＢＣｌ₃，ＣｓＦ，Ｗ（ＣＯ）
₆，ＷＦ₆，ＬａＣｌ₃，Ｃｓ₂ＣＯ₃，Ｎａ₂ＣＯ₃，等の
無機化合物が挙げられる。

【００７３】ここで、ＡｃＡｃはＣＨ₃ＣＯＣＨ₂ＣＯＣ
Ｈ₃、ＤＰＭは（ＣＨ₃）₃ＣＣＯＣＨ₂ＣＯＣ（ＣＨ₃）₃
の略名である。

【００７４】尚。前述した活性化工程において６Ａ族元
素を堆積する場合には、揮発性金属化合物としてＷ（Ｃ
Ｏ）₆，ＷＦ₆，Ｗ（Ｃ₅Ｈ₅）₂Ｈ₂Ｍｏ（ＣＯ）₆，Ｍｏ
Ｆ₆，Ｍｏ（Ｃ₆Ｈ₆）₂を用いることが挙げられる。

【００７５】次に、揮発性金属化合物の真空装置（パネ
ルでは外囲器）への供給方法の一例について、図１８を
用いて概説する。図１８において、バブラー６１内の揮
発性金属化合物材料６２は、その蒸気圧により、配管を
介し、真空装置へと導入される。バブラー６１及び配管
は恒温漕内に配置され、揮発性金属化合物材料６２に対
して所望のの蒸気圧が得られる温度に制御される。ま
た、キャリアガスとしてＨ₂，Ｎ₂，Ａｒ等を用い（図の
ボンベ）、混合して導入することもできる。

【００７６】活性化工程における有機物質及び揮発性金
属化合物のガス圧は、前述の電子放出素子の構成、真空
容器（外囲器）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。

【００７７】また、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。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。

【００７８】（５）このような工程を経て得られた電子
放出素子は、安定化工程を行うことが好ましい。この工
程は、真空容器内の有機物質等を排気する工程である。
真空容器（外囲器）内つまり減圧部の圧力を、１×１０
^-7ｔｏｒｒ以下、さらに好ましくは１×１０^-8ｔｏｒｒ
以下にまで排気するのが望ましい。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出来る。
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やすくするのが好ましい。このとき
の加熱条件は、８０〜２００℃で５時間以上が望ましい
が、特にこの条件に限るものではなく、真空容器の大き
さや形状、電子放出素子の構成などの諸条件により適宜
選ばれる条件により行う。このような行程を施すことに
より、新たな炭素あるいは炭素化合物の堆積を抑制でき
る真空雰囲気が得られ、結果として素子電流Ｉｆ，放出
電流Ｉｅが、安定する。

【００７９】但し、本行程を行うまでもなく、真空容器
中の有機物質が十分除去されており、素子表面の清浄度
も十分に高い際には、この安定化行程は必ずしも必要で
はない。この後、真空すなわち減圧部９０を、先に述べ
た還元力のあるものにするために、Ｈ₂，ＣＯ等の還元
性ガスを導入してもよい。

【００８０】＜本発明を用いた表面伝導型電子放出素子
の基本特性＞上述した工程を経て得られた本発明を適用
可能な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。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２に
示した部位と同じ部位には同一の符号を付している。図
５において、５５は真空容器であり、５６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。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は電子放出部で
ある。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間の導電性薄膜４を
流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、５４は素
子の電子放出部より放出される放出電流Ｉｅを捕捉する
ためのメタルバック８５に該当するアノード電極であ
る。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２ｍ
ｍ〜８ｍｍの範囲として測定を行うことができる。

【００８１】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。排気ポンプ５６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１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２００℃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。

【００８２】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、それぞれ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。

【００８３】図６からも明らかなように、本発明に適用
可能な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。

【００８４】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Ｖｆ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Ｖｔｈ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。

【００８５】（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。

【００８６】（iii）アノード電極５４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。

【００８７】以上の説明より理解されるように、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。図６においては、素子電流Ｉｆが素子電圧Ｖ
ｆに対して単調増加する（以下、「ＭＩ特性」とい
う。）例を実線に示した。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）。これら特
性は、前述の工程を制御することで制御できる。

【００８８】＜電子放出素子の配列と駆動方法＞次に、
電子源基板１上の電子放出素子の配列について説明す
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、前記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。

【００８９】まず単純マトリクス配置について以下に詳
述する。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Ｖｔｈ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Ｖｔｈ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。

【００９０】以下、この原理に基ずき、本発明を適用可
能な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、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。尚、表面伝導型電子放出素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。

【００９１】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、巾は、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７３と
の間には、不図示の層間絶縁層が設けられており、両者
を電気的に分離している（ｍ，ｎは，共に正の整数）。
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。

【００９２】表面伝導型放出素子７４を構成する一対の
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。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２，３の材料より適宜選択さ
れる。素子電極２，３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２，３に接続した配線は素子
電極ということもできる。

【００９３】Ｘ方向配線７２には、Ｘ方向に配列した表
面伝導型放出素子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
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、当前記素子に印加される
走査信号と変調信号の差電圧として供給される。

【００９４】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。

【００９５】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、
１０１は画像表示表示パネル、１０２は走査回路、１０
３は制御回路、１０４はシフトレジスタである。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およびＶａは直流電圧源である。

【００９６】表示パネル１０１は、図７に示す電子放出
素子を複数配した電子源基板と同様に、端子Ｄｏｘ１乃
至Ｄｏｘｍ、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Ｄｏ
ｘ１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。

【００９７】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。

【００９８】走査回路１０２について説明する。同走査
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１０１の端子Ｄｘ１ないしＤｘｍと電気
的に接続される。また、Ｓ１乃至Ｓｍ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り、例えば電界効果トラン
ジスタ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。

【００９９】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（電子放出のしきい値電圧）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
子放出の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。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なわれるよ
うに各部の動作を整合させる機能を有する。制御回路１
０３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および
ＴｓｆｔおよびＴｍｒｙの各制御信号を発生する。

【０１００】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
度信号成分及び色差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及び色差
信号成分は便宜上ＤＡＴＡ信号と表した。前記ＤＡＴＡ
信号はシフトレジスタ１０４に入力される。

【０１０１】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いうこともでき
る。）。またカラー信号の場合には例えばＲ，Ｇ，Ｂ信
号に変換されて、それぞれパラレル信号に変換される。
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、Ｉｄ
１乃至Ｉｄｎ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。

【０１０２】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１０７に入力される。

【０１０３】変調信号発生器１０７は、画像データＩ’
ｄ１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１０１内の表面伝導型電子放出素子に印加される。

【０１０４】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、電
子放出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、本電子放出素子にパルス状の電圧
を印加する場合、例えば電子放出しきい値以下の電圧を
印加しても電子放出は生じないが、電子放出しきい値以
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Ｖｍ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。

【０１０５】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１０７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。

【０１０６】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。

【０１０７】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。

【０１０８】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１０７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。

【０１０９】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。

【０１１０】このような構成をとり得る本発明による適
用可能な画像表示装置においては、各電子放出素子に、
容器外端子Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙ
ｎ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Ｈｖ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。

【０１１１】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。

【０１１２】図１７は、前記説明の表面伝導型放出素子
を電子ビーム源として用いた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ブロック図である。図中、
３３００は上述の画像表示装置を用いたディスプレイパ
ネル、３３０１はディスプレイパネルの駆動回路、３３
０２はディスプレイコントローラ、３３０３はマチプレ
クサ、３３０４はデコーダ、３３０５は入出力インター
フェース回路、３３０６はＣＰＵ、３３０７は画像生成
回路、３３０８および３３０９および３３１０は画像メ
モリーインターフェース回路、３３１１は画像入力イン
ターフェース回路、３３１２および３３１３はＴＶ信号
受信回路、３３１４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
徴と直接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。

【０１１３】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。

【０１１４】まず、ＴＶ信号受信回路３３１３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、
衛星放送方式、衛星通信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。Ｔ
Ｖ信号受信回路３３１３で受信されたＴＶ信号は、デコ
ーダ３３０４に出力される。

【０１１５】また、ＴＶ信号受信回路３３１２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線伝送
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３３１３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３３０４に出
力される。

【０１１６】また、画像入力インターフェース回路３３
１１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、上述と同様にいずれの方式の画像信号で
もよく、取り込まれた画像信号はデコーダ３３０４に出
力される。

【０１１７】また、画像メモリーインターフェース回路
３３１０はビデオテープレコーダー（以下ＶＴＲと略
す）に記憶されている画像信号を取り込むための回路
で、上述と同様にいずれの方式の画像信号でもよく、取
り込まれた画像信号はデコーダ３３０４に出力される。

【０１１８】また、画像メモリインターフェース回路３
３０９は、ビデオディスク等に記憶されている画像信号
を取り込むための回路で、上述と同様にいずれの方式の
画像信号でもよく、取り込まれた画像信号はデコーダ３
３０４に出力される。

【０１１９】また、画像メモリインターフェース回路３
３０８は、いわゆる静止画ディスクや静止画カメラ等の
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３３０４に入力される。

【０１２０】また、入出力インターフェース回路３３０
５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ＣＰＵ３３０６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。

【０１２１】また、画像生成回路３３０７は、前記入出
力インターフェース回路３３０５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ＣＰＵ
３３０６より出力される画像データや文字・図形情報に
もとず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。

【０１２２】本回路により生成された表示用画像データ
は、デコーダ３３０４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３３０５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。

【０１２３】また、ＣＰＵ３３０６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。

【０１２４】たとえば、マルチプレクサ３３０３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３３０２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。

【０１２５】また、前記画像生成回路３３０７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３３０５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、ＣＰＵ３３０６
は、むろんこれ以外の目的の作業にも関わるものであっ
ても良い。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３３０５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。

【０１２６】また、入力部３３１４は、前記ＣＰＵ３３
０６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。

【０１２７】また、デコーダ３３０４は、前記３３０７
ないし３３１３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、同図中に実線で示すように、デ
コーダ３３０４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。また、画像圧
縮された画像信号を受信した場合には所定の方式によっ
て画像信号を伸長する場合にも必要である。あるいは前
記画像生成回路３３０７およびＣＰＵ３３０６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。

【０１２８】また、マルチプレクサ３３０３は、前記Ｃ
ＰＵ３３０６より入力される制御信号にもとずき、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３３０３はデコーダ３３０４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３３０１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。

【０１２９】また、ディスプレイパネルコントローラ３
３０２は、前記ＣＰＵ３３０６より入力される制御信号
にもとずき駆動回路３３０１の動作を制御するための回
路である。

【０１３０】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３３０１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３３０１に対して出力する。

【０１３１】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３３０１に対して出力する場
合もある。

【０１３２】また、駆動回路３３０１は、ディスプレイ
パネル３３００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３３０３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３３
０２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。

【０１３３】以上、各部の機能を説明したが、図１７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３
３００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３３
０４において逆変換・表示可能画像化された後、マルチ
プレクサ３３０３において適宜選択され、駆動回路３３
０１に入力される。一方、デイスプレイコントローラ３
３０２は、表示する画像信号に応じて駆動回路３３０１
の動作を制御するための制御信号を発生する。駆動回路
３３０１は、上記画像信号と制御信号に基づいて、ディ
スプレイパネル３３００に駆動信号を印加する。これに
より、ディスプレイパネル３３００において画像が表示
される。これらの一連の動作は、ＣＰＵ３３０６により
統括的に制御される。

【０１３４】また、本表示装置においては、前記デコー
ダ３３０４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路３３
０７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なうための
専用回路を設けても良い。

【０１３５】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、ワードプロ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。

【０１３６】なお、上記図１７は、表面伝導形放出素子
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１７
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。

【０１３７】本表示装置においては、とりわけ表面伝導
型放出素子を電子ビーム源とするデイスプレイパネルの
薄形化が容易なため、表示装置の奥行きを小さくするこ
とができる。それに加えて、本発明を用いた表面伝導型
放出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネルは輝
度が高く、駆動時の安定性の高い表示装置であった。

【０１３８】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１１及び図１２を用いて説明する。

【０１３９】図１１は、はしご型配置の電子源の一例を
示す模式図である。図１１において、１１０は電子源基
板、１１１は電子放出素子である。１１２、Ｄｘ１〜Ｄ
ｘ１０は、電子放出素子１１１を接続するための共通配
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Ｄｘ２〜Ｄｘ９は、例えばＤｘ２、Ｄｘ３を同
一配線とすることもできる。

【０１４０】図１２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。１２０はグリッド電極、１２１は電子が通過する
ため空孔、１２２はＤｏｘ１，Ｄｏｘ２，．．．Ｄｏｘ
ｍよりなる容器外端子である。１２３はグリッド電極１
２０と接続されたＧ１、Ｇ２、．．．．Ｇｎからなる容
器外端子、１２４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１２においては、図８、図１
１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。

【０１４１】図１２においては、基板１１０とフェ−ス
プレ−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、表面伝導型放出素子か
ら放出された電子ビ−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−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図１２に示したものに限定され
るものではない。例えば、開口１２１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。容器
外端子１２２およ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。

【０１４２】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−ムの蛍光体への照射を制御し、画像
を１ラインずつ表示すことができる。

【０１４３】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。

【０１４４】

【実施例】以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳し
く説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の目的が達成される範囲内での各要素
の置換や設計変更がなされたものをも包含する。

【０１４５】［実施例１］画像形成装置本実施例は、表面伝導型電子放出素子７４として、Ｍｏ
の導電性薄膜４をフォーミングし、アセトン中で活性化
を行い、Ａｕを主成分とする被膜を電子放出部及びその
近傍に堆積したを物を用い、減圧部９０としてＨ₂を主
成分とするを配した画像形成装置の例である。

【０１４６】本発明の画像形成装置の表示パネルの構成
は図１、図８と同様である。図１は本発明の画像形成装
置の表示パネルの基本的構成を示す断面図、図８は斜視
図である。図１及び図８において、７１は電子放出素子
７４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、８２は支持枠である。フェースープレート８
６、支持枠８２、リアプレート８１で外囲器８８が構成
され、外囲気内は減圧部９０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。これに、不図示の駆動
装置が接続、電圧印加されることにより、電子放出素子
から放出される電子線を蛍光体８に照射することにより
発光、画像形成するものである。

【０１４７】本実施例にかかわる表面伝導型電子放出素
子７４の構成は、図２（ａ）、（ｂ）と同様である。図
２において１は絶縁性基板、２、３は素子電極、４は導
電性薄膜、５は電子放出部である。

【０１４８】電子源基板７１の一部の平面図を図１３に
示す。また、図中のＡ−Ａ’断面図を図１４に、製造手
順を図１５及び図１６に示す。但し、図１３、図１４，
図１５及び図１６で、同じ記号を示したものは、同じも
のを示す。ここで７１は電子源基板、７２は図７のＤｘ
ｎに対応するＸ方向配線（下配線とも呼ぶ）、７３は図
７のＤｙｎに対応するＹ方向配線（上配線とも呼ぶ）、
７４は表面伝導型電子放出素子、４は導電性薄膜、２，
３は素子電極、１５１は層間絶縁層、１１２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。

【０１４９】次に製造方法を，図１５及び図１６に基づ
いて工程順に従って具体的に説明する。尚、以下の各工
程ａ〜ｇは図１５及び図１６の（ａ）〜（ｇ）に対応す
るものである。

【０１５０】工程−ａ：下配線形成清浄化した青板ガラス上に厚さ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基板１上に、真空蒸着
により厚さ５０オングストロームのＣｒ、厚さ６０００
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／Ｃ
ｒ堆積膜をウヱットエッチングして、所望の形状の下配
線７２を形成する工程−ｂ：層間絶縁層形成次に、厚さ１.０ミクロンのシリコン酸化膜からなる層
間絶縁層１５１をＲＦスパッタ法により堆積する。

【０１５１】工程−ｃ：コンタクトホール形成工程ｂで堆積したシリコン酸化膜にコンタクトホール１
５２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１５１をエッチングしてコ
ンタクトホール１５２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。

【０１５２】工程−ｄ：素子電極形成その後、素子電極２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Ｌ１は３ミクロンとし、素子電極の幅Ｗ１を３００
ミクロン、を有する素子電極２，３を形成した。

【０１５３】工程−ｅ：上配線形成素子電極５，６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。

【０１５４】工程−ｆ：導電性薄膜を形成次に、導電性薄膜となるＭｏ膜をＥＢ蒸着（電子線加熱
蒸着）により堆積した。こうして形成されたＭｏよりな
る微粒子からなる導電性薄膜４の膜厚は２０オングスト
ローム、シート抵抗値は５×１０⁴Ω／□であった。な
おここで述べる微粒子膜とは、上述したように、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、その粒径とは、前記状態で粒子形状が認識可
能な微粒子ついての径をいう。

【０１５５】さらにホトレジストにより導電性薄膜とな
るべきパターニングを施し，Ｍｏ導電性薄膜４を酸エッ
チャントによりエッチングして所望のパターンを形成し
た。

【０１５６】工程−ｇ：コンタクトホールを埋め込みコンタクトホール１５２部分以外にレジストを塗布する
ようなパターンを形成し、真空蒸着により厚さ５０オン
グストロームのＴｉ、厚さ５０００オングストロームの
Ａｕを順次堆積した。リフトオフにより不要の部分を除
去することにより、コンタクトホール１５２を埋め込ん
だ。

【０１５７】工程−ｉ：封着以上のようにして多数の平面型表面伝導電子放出素子を
作製した電子源基板７１をリアプレート８１上に固定
した後、基板１の５ｍｍ上方に、フェースプレート８６
（ガラス基板８３の内面に蛍光膜８４とメタルバック８
５が形成されて構成される）を支持枠８２を介し配置
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、大気中し５０
０℃で１０分以上焼成することで封着した。またリアプ
レート８１への電子源基板７１の固定もフリットガラス
で行った。

【０１５８】蛍光膜８４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８４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８３に蛍
光体を塗布する方法はスラリー法を用いた。

【０１５９】また、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８５は、蛍光膜
８４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。フェースプレート８６に
は、更に蛍光膜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）が設けられる場合もある
が、本実施例では、メタルバック８５のみで十分な導電
性が得られたので省略した。

【０１６０】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。

【０１６１】工程−ｊ：フォーミング工程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（図示せず）を通じ真空ポンプにて排気し、十分な真
空度に達した後、容器外端子Ｄｘｏ１ないしＤｏｘｍと
Ｄｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じ電子放出素子７４の電極
２、３間に電圧を印加し、フォーミング処理することに
より、電子放出部５を作成した。フォーミング処理の電
圧波形は、図４（ｂ）と同様である。通電処理として
は、素子電圧Ｖｆを印加するための電源５１より、電極
２，３間にそれぞれ、図４（ｂ）に示すような三角波の
電圧パルスを印加した。図４（ｂ）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５ミリ秒、Ｔ２を１０ミリ秒とし、矩形波の波高
値（フォーミング時のピーク電圧）は０.１Ｖステップ
で昇圧した。また、フォーミング処理中は、同時に、
０．１Ｖの電圧で、Ｔ２間に抵抗測定パルスを挿入し、
抵抗を測定した。尚フォーミング処理の終了は、抵抗測
定パルスでの測定値が、約１Ｍオーム以上になった時と
し、同時に、素子への電圧の印加を終了した。典型的な
素子のフォーミング電圧ＶＦは、約８Ｖであった。

【０１６２】このように作成された電子放出部３は、Ｍ
ｏの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。

【０１６３】工程−ｋ：活性化工程続いて、活性化処理を施した。本実施例の活性化工程に
おいては、有機物質をとしてＡｕ（ＣＨ₃）₂（Ｃ₅Ｈ₇Ｏ
₂）を２×１０^-4ｔｏｒｒパネル内に導入し、１６Ｖの
方形波電圧パルスを３０ｍｉｎ程度印加することにより
行った。この時、パルス幅Ｔ１は１ｍｓ，繰り返し周波
数１／Ｔ２は１００Ｈｚに設定した。

【０１６４】工程−ｌ：安定化工程次に、安定化処理として、１２０℃のべーキングを２時
間行った。この処理により、真空度は１０^ー8ｔｏｒｒま
で排気された。

【０１６５】工程−ｍ：減圧部形成安定化工程に引き続き、Ｈ₂ガスを１０^-7ｔｏｒｒまで
パネル内に導入することにより、還元性を有する減圧部
９０を形成した。このときのパネル内、つまり減圧部９
０の真空雰囲気分析を四重極マススペクトルメーターで
行ったところ、主成分はＨ₂であり、次にＮ₂，Ｈ₂Ｏ，
ＣＯ₂の順であった。Ｏ₂分圧は５×１０^- ⁹ｔｏｒｒであ
った。

【０１６６】工程−ｎ：封止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。

【０１６７】これとは別に、比較例１として工程ーｍを
施さない表示パネルを作成した。このときのパネル内、
つまり減圧部９０の真空雰囲気分析を四重極マススペク
トルメーターで行ったところ、主成分はＨ₂Ｏであり、
次にＨ₂，Ｎ₂，ＣＯ₂の順であった。

【０１６８】＜特性評価・比較＞上述の工程ーａからー
ｎで作製した画像形成装置内の表面伝導電子放出素子の
特性を、図５と同様の測定評価装置において上記画像形
成装置内の雰囲気と同様にして測定し、特性評価した。
なお、アノード電極と電子放出素子間の距離を５ｍｍ、
アノード電極の電位を１ｋＶで測定したところ図６でし
めされるような素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅが素子電圧
Ｖｆにたいし、ほぼ単調増加の特性（ＭＩ特性）を示し
た。

【０１６９】次に、経時変化の評価をした。図２１に示
したように、本実施例の画像形成装置に用いた素子と同
様の素子の放出電流は、図の下段に示す比較例１の画像
形成装置内の雰囲気と同様にした場合、測定評価装置内
の雰囲気と比べて、駆動直後から安定した放出量を維持
できていることが分かった、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８５に４ｋＶ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。本実施例の画
像形成装置は安定な表示画像を長期にわたって得られる
画像形成装置であった。

【０１７０】また、μ−Ａｕｇｅｒ、ＥＰＭＡ等の分析
により、電子放出部及びその近傍においてはＭｏと堆積
物としてＡｕが存在することが確認された。これより、
導電性薄膜の一部にＭｏ元素を配し、Ｈ₂を主とする減
圧部９０を構成することにより、安定且つ長寿命の画像
形成装置が実現できることが分かった。

【０１７１】［実施例２］本実施例は、表面伝導型電子
放出素子として、ＰｄＯの導電性薄膜をフォーミング
し、Ｗ（Ｃ₅Ｈ₅）₂Ｈ₂中で活性化を施しＷを主成分とす
る膜を電子放出部及びその近傍に堆積した素子を用い、
減圧部９０としてＨ₂を主成分とする気体を配した画像
形成装置の例である。

【０１７２】本実施例において、導電性薄膜形成工程ー
ｆ及び活性化工程ーｋ以降、を除いては、実施例１
と同様に画像形成装置を作成した。以下、工程ーｆ及び
活性化工程ーｋ以降についてのみ述べる。

【０１７３】工程−ｆ：膜厚１００ナノメートルのＣｒ
膜を真空蒸着により堆積・パターニングし、そのうえに
有機Ｐｄ（ｃｃｐ４２３０奥野製薬（株）社製）をス
ピンナーにより回転塗布し、３００℃で１０分間の加熱
焼成処理をした。また、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導電性薄膜４の膜厚は１
００オングストローム、シート抵抗値は５×１０⁴Ω／
□であった。なおここで述べる微粒子膜とは、上述した
ように、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、その粒径とは、前記状態で
粒子形状が認識可能な微粒子ついての径をいう。

【０１７４】引き続き、Ｃｒ膜および焼成後の導電性薄
膜４を酸エッチャントによりエッチングして所望のパタ
ーンすることにより、ＰｄＯからなる導電性薄膜を形成
した。

【０１７５】活性化工程ーｋ：揮発性金属化合物をとし
てＷ（Ｃ₅Ｈ₅）₂Ｈ₂を用いた。揮発性金属化合物の導入
には図１８のような導入系を用い、バブラー温度は６０
℃とし、揮発性金属化合物の分圧を１×１０^-5ｔｏｒｒ
程度としてパネル内に導入した。

【０１７６】次に、１６Ｖの方形波電圧パルスを２０ｍ
ｉｎ程度印加することにより行った。この時、パルス幅
Ｔ１は１ｍｓ，繰り返し周波数１／Ｔ２は１００Ｈｚに
設定した。

【０１７７】工程−ｌ：安定化工程次に、安定化処理として、１２０℃のべーキングを５時
間行った。この処理により、真空度は１０^ー8ｔｏｒｒ程
度まで排気された。

【０１７８】工程−ｍ：減圧部形成これに引き続き、Ｈ₂ガスを１０^-7ｔｏｒｒまで導入す
ることにより、還元性を有する減圧部９０を形成した。
このときのパネル内、つまり減圧部９０の真空雰囲気分
析を四重極マススペクトルメーターで行ったところ、主
成分はＨ₂であり、次にＮ₂，Ｈ₂Ｏ，ＣＯ₂の順であっ
た。Ｏ₂分圧は４×１０^-10ｔｏｒｒであった。

【０１７９】工程−ｎ：封止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。

【０１８０】これとは別に、比較例２として工程ーｍを
施さない表示パネルを作成した。このときのパネル内、
つまり減圧部９０の真空雰囲気分析を四重極マススペク
トルメーターで行ったところ、主成分はＨ₂Ｏであり、
次にＨ₂，Ｎ₂，ＣＯ₂の順であった。

【０１８１】＜特性評価・比較＞実施例１と同様な特性
評価を行ったところ図６でしめされるような素子電流Ｉ
ｆ，放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆにたいし、ほぼ単調増
加の特性（ＭＩ特性）を示した。

【０１８２】次に、経時変化の評価をした。図２１と同
じように、本実施例の画像形成装置の放出電流は、下段
に示す比較例２と比べて、駆動直後から安定した放出量
を維持できていることが分かった。

【０１８３】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８５に３ｋＶ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。本実施例の画像形成装置は安定
な表示画像を長期にわたって得られる画像形成装置であ
った。

【０１８４】また、μ−Ａｕｇｅｒ、ＥＰＭＡ等の分析
により、電子放出部及びその近傍に堆積物としてＷが存
在することが確認された。

【０１８５】これより、導電性薄膜の一部にＷ元素を配
し、Ｈ₂を主とする減圧部を構成することにより、安定
且つ長寿命の画像形成装置が実現できることが分かっ
た。

【０１８６】［実施例４］表面伝導型電子放出素子本実施例は、真空装置内に、導電性薄膜の一部に６Ａ族
の元素（Ｗ）を有する表面伝導型電子放出素子を配置
し、真空装置内の雰囲気の変化にともなう電子放出素子
の特性変化を測定評価した例である。

【０１８７】本実施例にかかわる表面伝導型電子放出素
子の構成は、図２と同様であるので説明を省略する。

【０１８８】工程−ａ：清浄化した青板ガラス上に厚さ
０.５ミクロンのシリコン酸化膜をスパッタ法で形成し
た基板１上に、素子電極５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−４
１日立化成社製）により形成し、真空蒸着法により、
厚さ５０オングストロームのＴｉ、厚さ５００オングス
トロームのＰｔ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、Ｐｔ／Ｔｉ堆積膜をリフトオフ
し、素子電極間隔Ｌ１は３ミクロンとし、素子電極の幅
Ｗ１を３００ミクロン、を有する素子電極２，３を形成
した。

【０１８９】工程−ｂ：次に、電子放出部を形成するた
めの導電性薄膜４を所定の形状にパターニングするため
に、通常良く用いられる蒸着マスクを素子電極上に配置
し、膜厚１０００オングストロームのＣｒ膜を真空蒸着
により堆積・パターニングし、そのうえに有機Ｐｄ（ｃ
ｃｐ４２３０奥野製薬（株）社製）をスピンナーによ
り回転塗布し、３００℃で１０分間の加熱焼成処理をし
た。また、こうして形成された主元素としてＰｄよりな
る微粒子からなる導電性薄膜４の膜厚は１００オングス
トローム、シート抵抗値は２×１０⁴Ω／□であった。
なおここで述べる微粒子膜とは、上述したように、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、その粒径とは、前記状態で粒子形状が認識
可能な微粒子ついての径をいう。さらに、Ｃｒ膜および
焼成後の導電性薄膜４を酸エッチャントによりエッチン
グして所望のパターンを形成した。以上の工程により基
板１上に、素子電極２，３，導電性薄膜４等を形成し
た。

【０１９０】工程−ｃ：フォーミング工程次に、図５の真空処理装置に上記工程ーｂを終えた素子
を設置した。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２に示した部
位と同じ部位には図２に付した符号と同一の符号を付し
ている。図５において、５５は真空容器であり、５６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。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は導電性薄膜である。
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間の導電性薄膜４を流れる
素子電流Ｉｆを測定するための電流計である。

【０１９１】これを、ターボポンプにて排気し、２×１
０^-6ｔｏｒｒの真空度に達した後、通電処理によりフォ
ーミングを施した。通電処理としては、素子電圧Ｖｆを
印加するための電源５１より、２，３間にそれぞれ、図
４（ｂ）に示すような三角波の電圧パルスを印加した。
図４（ｂ）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、矩形波の波高値（フォーミング時のピ
ーク電圧）は０.１Ｖステップで昇圧した。また、フォ
ーミング処理中は、同時に、０.１Ｖの電圧で、Ｔ２間
に抵抗測定パルスを挿入し、抵抗を測定した。尚フォー
ミング処理の終了は、抵抗測定パルスでの測定値が、約
１Ｍオーム以上になった時とし、同時に、素子への電圧
の印加を終了した。典型的な素子のフォーミング電圧Ｖ
Ｆは６Ｖであった。

【０１９２】工程−ｄ：活性化工程続いて、フォーミング処理した素子に活性化処理を施し
た。本実施例の活性化工程においては、揮発性金属化合
物をとしてＷ（ＣＯ）₆を用いた。揮発性金属化合物の
導入には図１８のような導入系を用い、バブラー温度は
３０℃とし、揮発性金属化合物の分圧を１×１０^-5ｔｏ
ｒｒパネル内に導入した。次に，１６Ｖの方形波電圧パ
ルスを４０ｍｉｎ程度印加することにより活性化を行っ
た。この時パルス幅Ｔ１は１ｍｓ，繰り返し周波数１／
Ｔ２は１００Ｈｚに設定した。

【０１９３】工程ーｅ：安定化工程最後に、真空雰囲気を有機物質のほぼ存在しない、超高
真空に移行するため、安定化処理として、１５０℃のべ
ーキングを５時間行った。

【０１９４】＜特性評価＞上述の工程ーａからーｅで作
製し表面伝導電子放出素子の特性を、図５の測定評価装
置において測定し、特性評価した。なお、アノード電極
と電子放出素子間の距離を４ｍｍとした。測定評価条件
は素子電圧Ｖｆを１６Ｖとし、その時の素子電流Ｉｆ及
び放出電流Ｉｅを測定した。また、アノード電極の電位
は１〜１０ｋＶの間で適宜設定した。また、真空装置内
のベース真空度は４×１０^ー10ｔｏｒｒであり、主成分
はＨ₂であった。

【０１９５】まず、ベース真空中で、本実施例の素子特
性を測定したところ図６でしめされるような素子電流Ｉ
ｆ，放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆにたいしほぼ単調増加
の特性（ＭＩ特性）を示す事を確認した。

【０１９６】次に、Ｈ₂、Ｏ₂、Ｈ₂Ｏ等のガスを導入す
ることにより、電子放出特性の変化を調べた。このと
き、随時、四重極マススペクトロメーターにより真空雰
囲気をモニターした。

【０１９７】まず、ベース真空より徐々にＨ₂導入した
ところ、Ｈ₂雰囲気により、経時劣化が抑制されること
が分かった。図２２に、一例として、Ｈ₂を１０^-7ｔｏ
ｒｒ導入した時の経時変化を示す。

【０１９８】一方、図２３に示すように。ベース真空よ
りＯ₂導入したところ、１０^-9ｔｏｒｒ程度から経時劣
化が速くなるのが見られ、導入圧が高くなるに連れその
劣化はさらに速くなった。Ｈ₂Ｏを導入した場合には、
その効果は小さいものの、Ｏ₂と同様な傾向を示した。

【０１９９】また、あらかじめＨ₂Ｏを５×１０^-9ｔｏ
ｒｒ程度導入しておき、さらにＨ₂を導入した際には、
Ｈ₂圧が１×１０^-8ｔｏｒｒ程度から効果が現われはじ
め、劣化が抑制された。このとき、四重極マススペクト
ロメーターにおいては、「Ｈ₂分圧＞Ｈ₂Ｏ分圧＞Ｏ₂分圧」の条件が満たされていた。

【０２００】また、ガスの種類において若干の差異があ
るものの、全圧を１０^-4ｔｏｒｒ程度以上導入すると、
特にアノード電圧が大きい場合には、放電現象が生じ、
電子放出量が急減することがあった。

【０２０１】最後に、本実施例に用いた電子放出部を、
μ−Ａｕｇｅｒ、ＥＰＭＡ等の分析したところ、電子放
出部及びその高電位側においては堆積物としてＷが存在
することが確認された。

【０２０２】これらより、Ｈ₂中で等を主とする還元性
を有する気体を配することにより、電子放出の経時劣化
が抑制されることがわかった。また、特にＯ₂分圧が１
０^-9ｔｏｒｒ以上であると劣化が速いことが分かった。

【０２０３】さらに、全圧が１０^-4ｔｏｒｒ以上である
と放電現象を伴う素子劣化が起こることがあった。

【０２０４】

【発明の効果】本発明は、表面伝導型電子放出素子と減
圧部を有する画像形成装置において、表面伝導型電子放
出素子としては導電性薄膜に６Ａ族の元素（Ｗ，Ｍｏ，
Ｃｒ）を含むものを、減圧部としてはＨ等を主とする還
元性を有する気体を配した。これにより、導電性薄膜、
特に電子放出部の駆動による劣化を抑制でき、安定な画
像を長時間にわたり提供できる画像形成装置を実現する
ことができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による画像形成装置に用いる表示パネル
の構成図（断面図）である。

【図２】本発明による平面型表面伝導型電子放出素子を
示す概略的構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断
面図、（ｃ）は垂直型表面伝導型電子放出素子を示す断
面図である。

【図３】本発明による表面伝導型電子放出素子の製造方
法を示す図である。

【図４】本発明によるフォーミング工程に用いる通電処
理の電圧波形を示す図である。

【図５】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の基本
的な測定評価系の一例を示す概略的構成図である。

【図６】本発明による表面伝導型電子放出素子の放出電
流ー素子電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）を示す図である。

【図７】本発明による単純マトリックス配置の電子源基
板の概略的構成図である。

【図８】本発明による単純マトリックス配置の電子源基
板を用いた画像形成装置に用いる表示パネルの概略的構
成図である。

【図９】図８の表示パネルにおける蛍光膜を示す図であ
る。

【図１０】図８の表示パネルを駆動する駆動回路の一例
を示す図である。

【図１１】本発明による梯型配置の電子源基板の概略的
構成図である。

【図１２】本発明による梯型配置の電子源基板を用いた
画像形成装置に用いる表示パネルの概略的構成図であ
る。

【図１３】本発明による実施例１における電子放出装置
を示す概略的平面図である。

【図１４】図１３におけるＡ−Ａ’部の断面図である。

【図１５】本発明による実施例１における電子源基板の
製造手順（ａ）〜（ｄ）を示す図である。

【図１６】本発明による実施例１における電子源基板の
製造手順（ｅ）〜（ｇ）を示す図である。

【図１７】本発明による実施例４における画像形成装置
を示すブロック図である。

【図１８】本発明による揮発性金属化合物の導入系を示
す概略的構成図である。

【図１９】本発明による６Ａ族の金属酸化物の標準生成
自由エネルギーを示す図である。

【図２０】本発明による減圧部形成に使用する排気装置
である。

【図２１】本発明による実施例１、比較例１の放出電流
の経時変化を示す図である。

【図２２】本発明による実施例４において、Ｈ₂導入に
伴う放出電流の変化を示す図である。

【図２３】本発明による実施例４において、Ｏ₂導入に
伴う放出電流の変化を示す図である。

【図２４】化学的気相成長法を用いて作成された表面伝
導型電子放出素子の一例を示す断面図である。

【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段差形成部材４０パルス印加装置４４ガス導入管５０素子電流Ｉｆを測定するための電流計５１電源５２放出電流Ｉｅを測定するための電流計５３高圧電源５４アノード電極５５真空装置５６排気ポンプ６１バブラー６２揮発性金属材料６３マスフローコントローラー７１電子源基板７２ｘ方向配線（下配線）７３ｙ方向配線（上配線）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８８外囲器９０減圧部９１黒色導電材９２蛍光体１５１層間絶縁層１５２コンタクトホール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１１２共通配線１２０グリッド電極１２１空孔１２２容器外端子１２３グリッドに接続された容器外端子９９７金属を主成分とする膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも電子放出素子と前記電子放出
素子が接する減圧部と前記電子放出素子からの電子が照
射されることで発光する発光体とを有する画像形成装置
において、前記電子放出素子は、少なくとも一部に６Ａ族の元素を
有し、前記減圧部は前記６Ａ族の元素に比し還元力が強い気体
からなることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】少なくとも電子放出素子と前記電子放出
素子が接する減圧部と前記電子放出素子からの電子が照
射されることで発光する発光体とを有する画像形成装置
において、前記電子放出素子は絶縁性基板上に形成された一対の素
子電極にまたがって形成され、電子放出部を有する導電
性薄膜を備え、前記導電性薄膜の少なくとも一部に６Ａ
族の元素を有し、前記減圧部が前記６Ａ族の元素に比し還元力が強い気体
からなることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載の画像形成装置に
おいて、前記減圧部の気体の主成分がＨ₂であることを特徴とす
る画像形成装置。
【請求項４】請求項１又は２に記載の画像形成装置に
おいて、前記減圧部の気体が、Ｈ₂分圧＞Ｈ₂Ｏ分圧＞Ｏ₂分圧なる条件を満たすことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかの１項に記載
の画像形成装置において、前記減圧部のＯ₂分圧が１０^-9ｔｏｒｒ以下であること
を特徴とする画像形成装置。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれかの１項に記載
の画像形成装置において、前記減圧部の全圧が１０^-4ｔｏｒｒ以下であることを特
徴とする画像形成装置。
【請求項７】請求項１乃至６のいずれかの１項に記載
の画像形成装置において、前記６Ａ族の元素がＷ（タングステン）であることを特
徴とする画像形成装置。
【請求項８】請求項２乃至６のいずれかの１項に記載
の画像形成装置において、前記電子放出素子が表面伝導型電子放出素子であること
を特徴とする画像形成装置。
【請求項９】請求項２乃至８のいずれかの１項に記載
の画像形成装置の製造方法において、少なくとも前記６Ａ族の元素は揮発性金属化合物中にお
いて前記素子電極間に電圧を印加することにより堆積す
る工程を有することを特徴とする画像形成装置の製造方
法。
【請求項１０】請求項９に記載の画像形成装置の製造
方法において、少なくとも前記揮発性金属化合物がＷ（ＣＯ）₆，Ｗ
Ｆ₆，Ｗ（Ｃ₅Ｈ₅）２Ｈ₂のいずれかであることを特徴と
する画像形成装置の製造方法。
【請求項１１】請求項９に記載の画像形成装置の製造
方法において、少なくとも前記揮発性金属化合物がＭｏ（ＣＯ）₆，Ｍ
ｏＦ₆，Ｍｏ（Ｃ₆Ｈ₆） ₂のいずれかであることを特徴と
する画像形成装置の製造方法。
【請求項１２】請求項９乃至１１のいずれかの１項に
記載の画像形成装置の製造方法において、前記６Ａ族の元素を堆積する工程が活性化工程であるこ
とを特徴とする画像形成装置の製造方法。
【請求項１３】請求項２乃至８のいずれかの１項に記
載の画像形成装置の製造方法において、前記減圧部の形成において、少なくとも前記減圧部にＨ
₂を導入する工程を有することを特徴とする画像形成装
置の製造方法。