JPH0927272A - 電子放出素子、電子源及び画像形成装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子放出効率が高く、かつ長時間駆動におけ
る安定性の高い表面伝導型電子放出素子を得る。 【構成】 電極４，５間に、電子放出部２を有する導電
性膜３を備える表面伝導型電子放出素子の製造方法にお
いて、電子放出部２となる導電性膜３の間隙部に炭素質
被膜を形成した後、該被膜に選択的に加熱処理を施す工
程を有する。 【効果】 炭素質被膜の結晶性を高めることができる。

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、該
素子を多数個配置してなる電子源、及び該電子源を用い
て構成した表示装置や露光装置等の画像形成装置の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子放出素子には大別して熱電子
放出素子と冷陰極電子放出素子の２種類が知られてい
る。冷陰極電子放出素子には電界放出型（以下、「ＦＥ
型」と称す。）、金属／絶縁層／金属型（以下、「ＭＩ
Ｍ型」と称す。）や表面伝導型電子放出素子等が有る。

【０００３】ＦＥ型の例としては、Ｗ．Ｐ． Ｄｙｋｅ
ａｎｄ Ｗ．Ｗ． Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄ Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎ”， Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ８，８９（１９５６）ある
いはＣ．Ａ． Ｓｐｉｎｄｔ， “Ｐｈｙｓｉｃａｌ
Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉ
ｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔ
ｈ ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ ｃｏｎｅｓ”， Ｊ．Ａｐ
ｐｌ． Ｐｈｙｓ．， ４７，５２４８（１９７６）等
に開示されたものが知られている。

【０００４】ＭＩＭ型の例としては、Ｃ．Ａ． Ｍｅａ
ｄ，“Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆＴｕｎｎｅｌ−Ｅｍｉ
ｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ”， Ｊ．Ａｐｐｌ． Ｐ
ｈｙｓ．， ３２，６４６（１９６１）等に開示された
ものが知られている。

【０００５】表面伝導型電子放出素子の例としては、
Ｍ．Ｉ． Ｅｌｉｎｓｏｎ，Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ．Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓ．， １０，１２９０（１９６
５）等に開示されたものがある。

【０００６】表面伝導型電子放出素子は、絶縁性基板上
に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流す
ことにより、電子放出が生ずる現象を利用するものであ
る。この表面伝導型電子放出素子としては、前記エリン
ソン等によるＳｎＯ₂ 薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によ
るもの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ
Ｆｉｌｍｓ”， ９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂
Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ
ａｎｄ Ｃ．Ｇ． Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥ Ｔ
ｒａｎｓ． ＥＤ Ｃｏｎｆ．”， ５１９（１９７
５）］、カーボン薄膜によるもの［荒木久 他：真空、
第２６巻、第１号、２２頁（１９８３）］等が報告され
ている。

【０００７】表面伝導型電子放出素子は、絶縁性の基板
上に形成された導電性膜に、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。

【０００８】表面伝導型電子放出素子の典型的な構成例
としては、絶縁性の基板上に設けた一対の素子電極間を
連絡する金属酸化物等の導電性膜に、予めフォーミング
と称される通電処理により電子放出部を形成したものが
挙げられる。フォーミングは、導電性膜の両端に直流電
圧あるいは非常にゆっくりとした昇電圧、例えば１Ｖ／
１分程度の昇電圧を印加通電することで通常行われ、導
電性膜を局所的に破壊、変形もしくは変質させて構造を
変化させ、電気的に高抵抗な状態の電子放出部を形成す
る処理である。電子放出は、上記電子放出部が形成され
た導電性膜に電圧を印加して電流を流すことにより、電
子放出部に発生した亀裂付近から行われる。

【０００９】上記表面伝導型電子放出素子は、構造が単
純で製造も容易であることから、大面積に亙って多数配
列形成できる利点がある。そこで、この特徴を活かすた
めの種々の応用が研究されている。例えば表示装置等の
画像形成装置への利用が挙げられる。

【００１０】従来、多数の表面伝導型電子放出素子を配
列形成した例としては、並列に表面伝導型電子放出素子
を配列し、個々の表面伝導型電子放出素子の両端（両素
子電極）を配線（共通配線とも呼ぶ）にて夫々結線した
行を多数行配列（梯型配置とも呼ぶ）した電子源が挙げ
られる（特開昭６４−３１３３２号公報、同１−２８３
７４９号公報、同２−２５７５５２号公報）。また、特
に表示装置においては、液晶を用いた表示装置と同様の
平板型表示装置とすることが可能で、しかもバックライ
トが不要な自発光型の表示装置として、表面伝導型電子
放出素子を多数配置した電子源と、この電子源からの電
子線の照射により可視光を発光する蛍光体とを組み合わ
せた表示装置が提案されている（アメリカ特許第５０６
６８８３号明細書）。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記電
子源、画像形成装置等に用いられる電子放出素子を長時
間駆動するに際しては安定で制御された電子放出特性及
びその効率の向上が望まれて来た。

【００１２】上記の効率とは、例えば前述の表面伝導型
電子放出素子であれば、一対の対向する素子電極に電圧
を印加したとき、流れる電流（以降、「素子電流Ｉｆ」
と呼ぶ）に対する真空中に放出される電流（以降、「放
出電流Ｉｅ」と呼ぶ）との電流比をさす。つまり、素子
電流Ｉｆはできるだけ小さく、放出電流Ｉｅはできるだ
け大きいことが望ましい。

【００１３】安定で制御された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される。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
も安価になることも期待できる。

【００１４】しかしながら、従来の方法で作製された一
般的な表面伝導型電子放出素子は、電子放出部を含む導
電性膜が炭素を主成分とする被膜で被覆されているか、
あるいは素子電極の少なくとも一部が被覆されている場
合が多い。この炭素を主成分とする被膜は、グラファイ
トあるいはアモルファスカーボン（以後、非晶質カーボ
ンと言う場合もある）あるいはそれらの混合物からな
る。

【００１５】このような構成の電子放出素子において
は、電子放出部及びその近傍に存在する炭素を主成分と
する被膜の結晶性の良否が、電子源及び画像形成装置の
安定性に寄与していると考えられ、つまりは、結晶性が
高い炭素を主成分とする被膜が形成できれば、放出電流
Ｉｅを上昇させることに加え、素子毎の電子放出特性の
バラツキを抑制させることができると推定される。ま
た、長時間駆動が可能となり、更には、安定な電子源及
び画像形成装置を作製することが期待できる。

【００１６】本発明の目的は、上記事情に鑑み、長時間
駆動しても、電子放出効率を高いまま維持でき安定に駆
動し得る電子放出素子及びそれを用いた電子源及び画像
形成装置の製法を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
すべく成された本発明の構成は以下の通りである。

【００１８】即ち、本発明の第一は、電極間に、電子放
出部を有する導電性膜を備える電子放出素子の製造方法
において、一部に間隙を有し、少なくとも該間隙部に炭
素を主成分とする膜を有する導電性膜の、該炭素を主成
分とする膜に、局部加熱手段にて加熱を施す工程を有す
ることを特徴とする電子放出素子の製造方法にある。

【００１９】また、本発明の第二は、電極間に、電子放
出部を有する導電性膜を備える電子放出素子の製造方法
において、一部に間隙を有する導電性膜の少なくとも該
間隙部に、炭素を主成分とする膜を形成する工程と、前
記炭素を主成分とする膜に、局部加熱手段にて加熱を施
す工程とを有することを特徴とする電子放出素子の製造
方法にある。

【００２０】上記本発明第二は、さらにその特徴とし
て、「導電性膜に間隙を形成する工程を有する」こと、
「前記導電性膜に間隙を形成する工程は、該導電性膜に
電圧を印加する工程を有する」こと、「前記炭素を主成
分とする膜を形成する工程と、前記局部加熱手段にて加
熱を施す工程とを繰り返し行う過程を有する」こと、
「前記導電性膜の間隙部に炭素を主成分とする膜を形成
する工程は、炭素あるいは炭素化合物の雰囲気下にて、
該導電性膜に電圧を印加する工程を有する」こと、をも
含むものである。

【００２１】また、上記本発明第一及び第二は、さらに
その特徴として、「前記局部加熱手段にて加熱を施す工
程は、前記炭素を主成分とする膜の結晶性を向上させる
工程である」こと、「前記局部加熱手段は、レーザーで
ある」こと、「前記導電性膜は、微粒子からなる」こ
と、「前記微粒子は、金属あるいは金属酸化物である」
こと、「前記炭素を主成分とする膜は、アモルファスカ
ーボンあるいはグラファイトあるいはこれらの混合物を
主体としてなる」こと、「前記電子放出素子は、表面伝
導型電子放出素子である」こと、をも含むものである。

【００２２】また、本発明の第三は、電子放出素子と前
記電子放出素子の駆動手段とを有する電子源の製造方法
において、前記電子放出素子が、上記本発明第一又は第
二の方法にて製造されることを特徴とする電子源の製造
方法にある。

【００２３】上記本発明第三は、さらにその特徴とし
て、「前記電子源は、複数の電子放出素子が並列に結線
された素子列を少なくとも１列以上有する電子源であ
る」こと、「前記電子源は、複数の電子放出素子が結線
された素子列の複数列がマトリクス配置されている電子
源である」こと、をも含むものである。

【００２４】また、本発明の第四は、電子放出素子と電
子線の照射により画像を形成する画像形成部材とを有す
る画像形成用パネルの製造方法において、前記電子放出
素子が、前記本発明第一又は第二の方法にて製造される
ことを特徴とする画像形成用パネルの製造方法にある。

【００２５】上記本発明第四は、さらにその特徴とし
て、「前記画像形成用パネルは、前記電子放出素子の複
数が並列に結線された素子列を少なくとも１列以上有す
る画像形成用パネルである」こと、「前記画像形成用パ
ネルは、前記電子放出素子の複数が結線された素子列の
複数列がマトリクス配置されている画像形成用パネルで
ある」こと、「前記画像形成部材が、蛍光体である」こ
と、をも含むものである。

【００２６】また、本発明の第五は、電子放出素子と、
画像形成部材と、前記電子放出素子から放出される電子
線の前記画像形成部材への照射を情報信号に応じて制御
する駆動手段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前記本発明第一又は第二の方法
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
法にある。

【００２７】上記本発明第五は、さらにその特徴とし
て、「前記画像形成装置は、前記電子放出素子の複数が
並列に結線された素子列を少なくとも１列以上有する画
像形成装置である」こと、「前記画像形成装置は、前記
電子放出素子の複数が結線された素子列の複数列がマト
リクス配置されている画像形成装置である」こと、「前
記画像形成部材が、蛍光体である」こと、をも含むもの
である。

【００２８】

【発明の実施の形態】上記のように、本発明は、電子放
出素子、この電子放出素子を複数個備えた電子源、これ
を用いた画像形成用パネル並びに画像形成装置の新規な
製造方法に係るもので、各発明の構成及び作用を以下に
更に説明する。

【００２９】本発明に係る電子放出素子は、先述したよ
うな冷陰極型の電子放出素子に分類されるもので、それ
らの中でも電子放出特性等の観点から特に表面伝導型の
電子放出素子が好適である。このため、以下では表面伝
導型電子放出素子を例に挙げて説明する。

【００３０】本発明に係る表面伝導型電子放出素子には
平面型と垂直型がある。まず、平面型の表面伝導型電子
放出素子の基本的な構成について説明する。

【００３１】図１（ａ），（ｂ）は、平面型の表面伝導
型電子放出素子の基本的な構成を示す図であり、図中、
１は基板、２は電子放出部、３は導電性膜、４と５は電
極（素子電極）である。

【００３２】基板１としては、例えば石英ガラス、Ｎａ
等の不純物含有量を減少させたガラス、青板ガラス、青
板ガラスにスパッタ法等によりＳｉＯ₂ を積層した積層
体、アルミナ等のセラミックス等が挙げられる。

【００３３】対向する素子電極４，５の材料としては、
一般的導体材料が用いられ、例えばＮｉ、Ｃｒ、Ａｕ、
Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、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導体材料等から適宜選択される。

【００３４】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、導電性
膜３の形状等は、応用される形態等によって設計され
る。

【００３５】素子電極間隔Ｌは、数百オングストローム
から数百マイクロメートルであることが好ましく、より
好ましくは、素子電極４，５間に印加する電圧等によ
り、数マイクロメートルから数十マイクロメートルであ
る。

【００３６】素子電極長さＷは、電極の抵抗値や電子放
出特性を考慮すると、好ましくは数マイクロメートルか
ら数百マイクロメートルであり、また素子電極厚ｄは、
数百オングストロームから数マイクロメートルである。

【００３７】尚、図１に示される電子放出素子は、基板
１上に、素子電極４，５、導電性膜３の順に積層された
ものとなっているが、基板１上に、導電性膜３、素子電
極４，５の順に積層したものとしてもよい。

【００３８】導電性膜３は、良好な電子放出特性を得る
ためには、微粒子で構成された微粒子膜であることが特
に好ましく、その膜厚は、素子電極４，５へのステップ
カバレージ、素子電極４，５間の抵抗値及び後述するフ
ォーミング条件等によって適宜選択される。この導電性
膜３の膜厚は、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
ームから５００オングストロームであり、その抵抗値
は、１０の３乗から１０の７乗オーム／□のシート抵抗
値である。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】例えば、「実験物理学講座１４ 表面・微
粒子」（木下是雄 編、共立出版１９８６年９月１日発
行）では、「本稿で微粒子と言うときにはその直径がだ
いたい２〜３μｍ程度から１０ｎｍ程度までとし、特に
超微粒子というときは粒径が１０ｎｍ程度から２〜３ｎ
ｍ程度までを意味することにする。両者を一括して単に
微粒子と書くこともあってけっして厳密なものではな
く、だいたいの目安である。粒子を構成する原子の数が
２個から数十〜数百個程度の場合はクラスターと呼
ぶ。」（１９５ページ ２２〜２６行目）と記述されて
いる。

【００４３】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。

【００４４】「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 １９８
８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）。

【００４５】上記のような一般的な呼び方をふまえて、
本明細書において「微粒子」とは多数の原子・分子の集
合体で、粒径の下限は数Å〜１０Å程度、上限は数μｍ
程度のものを指すこととする。

【００４６】導電性膜３を構成する材料としては、例え
ばＰｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，
Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属、Ｐ
ｄＯ，ＳｎＯ₂ ，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ，ＰｂＯ，Ｓｂ₂ Ｏ₃ 等の
酸化物、ＨｆＢ₂ ，ＺｒＢ₂，ＬａＢ₆ ，ＣｅＢ₆ ，Ｙ
Ｂ₄ ，ＧｄＢ₄ 等の硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，
ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣなどの炭化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，
ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体、カーボン等
が挙げられる。

【００４７】尚、上記微粒子膜とは、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（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）の膜を
さす。微粒子膜である場合、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ることが好ま
しく、特に好ましくは１０オングストロームから２００
オングストロームである。

【００４８】電子放出部２には亀裂が含まれており、電
子放出はこの亀裂付近から行われる。この亀裂を含む電
子放出部２及び亀裂自体は、導電性膜３の膜厚、膜質、
材料及び後述するフォーミング条件等の製法に依存して
形成される。従って、電子放出部２の位置及び形状は図
１に示されるような位置及び形状に特定されるものでは
ない。

【００４９】亀裂内部には、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、導電性膜３を構成する材
料の元素の一部、あるいは総てと同様のものである。ま
た、亀裂を含む電子放出部２及びその近傍の導電性膜３
は炭素を主成分とする膜を有する。

【００５０】次に、垂直型の表面伝導型電子放出素子の
基本的な構成について説明する。

【００５１】図２は、垂直型の表面伝導型電子放出素子
の基本的な構成を示す図で、図中２１は段差形成部材
で、その他図１と同じ符号は同じ部材を示すものであ
る。

【００５２】基板１、電子放出部２、導電性膜３、素子
電極４，５は、前述した平面型の表面伝導型電子放出素
子と同様の材料で構成されたものである。

【００５３】段差形成部材２１は、例えば真空蒸着法、
印刷法、スパッタ法等で付設されたＳｉＯ₂ 等の絶縁性
材料で構成されたものである。この段差形成部材２１の
膜厚は、先に述べた平面型の表面伝導型電子放出素子の
素子電極間隔Ｌ（図１参照）に対応するもので、段差形
成部材２１の作成法や素子電極４，５間に印加する電圧
等により設定されるが、好ましくは数百オングストロー
ムから数十マイクロメートルであり、特に好ましくは数
百オングストロームから数マイクロメートルである。

【００５４】導電性膜３は、通常、素子電極４，５の作
成後に形成されるので、素子電極４，５の上に積層され
るが、導電性膜３の形成後に素子電極４，５を作成し、
導電性膜３の上に素子電極４，５が積層されるようにす
ることも可能である。また、平面型の表面伝導型電子放
出素子の説明においても述べたように、電子放出部２の
形成は、導電性膜３の膜厚、膜質、材料及び後述するフ
ォーミング条件等の製法に依存するので、その位置及び
形状は図２に示されるような位置及び形状に特定される
ものではない。

【００５５】尚、以下の説明は、上述の平面型の表面伝
導型電子放出素子と垂直型の表面伝導型電子放出素子の
内、平面型を例にして説明するが、平面型の表面伝導型
電子放出素子に代えて垂直型の表面伝導型電子放出素子
としてもよい。

【００５６】本発明に好適な表面伝導型電子放出素子の
基本構成の製法としては様々な方法が考えられるが、そ
の一例を図３に基づいて説明する。尚、図３において図
１と同じ符号は同じ部材を示すものである。

【００５７】１）基板１を洗剤、純水及び有機溶剤によ
り十分に洗浄した後、真空蒸着法、スパッタ法等により
素子電極材料を堆積させた後、フォトリソグラフィー技
術等により基板１の面上に素子電極４，５を形成する
（図３（ａ））。

【００５８】２）素子電極４，５を設けた基板１上に有
機金属溶液を塗布して放置することにより、素子電極４
と素子電極５間を連絡して有機金属膜を形成する。尚、
有機金属溶液とは、前述の導電性膜３の構成材料の金属
を主元素とする有機化合物の溶液である。この後、有機
金属膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッチング等に
よりパターニングされた導電性膜３を形成する（図３
（ｂ））。

【００５９】尚、ここでは、有機金属溶液の塗布法によ
り説明したが、これに限ることなく、例えば真空蒸着
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有機金属膜を形成
することもできる。

【００６０】３）続いて、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
方法を以下に説明するが、本発明に係るフォーミング工
程はこれに限られるものではなく、導電性膜３に亀裂を
生じさせて高抵抗状態を形成させる方法であればいかな
る方法でも良い。

【００６１】素子電極４，５間に不図示の電源より通電
すると、導電性膜３の部位に構造の変化した電子放出部
２が形成される（図３（ｃ））。この通電処理により導
電性膜３を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、構
造の変化した部位が電子放出部２である。

【００６２】通電フォーミングの電圧波形の例を図４に
示す。

【００６３】電圧波形は、特にパルス波形が好ましく、
パルス波高値を定電圧とした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。

【００６４】まず、パルス波高値を定電圧とした場合に
ついて図４（ａ）で説明する。

【００６５】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、例えば、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、波高値（フォーミング時のピーク電圧）を
前述した電子放出素子の形態に応じて適宜選択して、１
０の−５乗ｔｏｒｒ程度の適当な真空度の真空雰囲気下
で、数秒から数十分印加する。尚、印加する電圧波形
は、図示される三角波に限定されるものではなく、矩形
波等の所望の波形を用いても良く、その波高値及びパル
ス幅・パルス間隔等についても上述の値に限るものでは
なく、電子放出部２が良好に形成されるように、電子放
出素子の抵抗値等に合わせて所望の値を選択することが
できる。

【００６６】次に、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について図４（ｂ）で説明する。

【００６７】図４（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は図４
（ａ）と同様であり、波高値（フォーミング時のピーク
電圧）を、例えば０．１Ｖステップ程度ずつ増加させ、
図４（ａ）の説明と同様の適当な真空雰囲気下で印加す
る。

【００６８】尚、パルス間隔Ｔ２中に、導電性膜３を局
所的に破壊、変形もしくは変質させない程度の電圧、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フォ
ーミングを終了することが好ましい。

【００６９】上記フォーミング工程からそれ以降の工程
は、図５に示されるような測定評価系内で行うことがで
きる。この測定評価系について説明する。

【００７０】図５において、図１と同じ符号は同じ部材
を示す。また、５１は素子に素子電圧Ｖｆを印加するた
めの電源、５０は素子電極４，５間の導電性膜３を流れ
る素子電流Ｉｆを測定するための電流計、５４は電子放
出部２より放出される放出電流Ｉｅを捕捉するためのア
ノード電極、５３はアノード電極５４に電圧を印加する
ための高圧電源、５２は電子放出部２より放出される放
出電流Ｉｅを測定するための電流計、５５は真空装置、
５６は排気ポンプである。

【００７１】電子放出素子及びアノード電極５４等は真
空装置５５内に設置され、この真空装置５５には不図示
の真空計等の必要な機器が具備されていて、所望の真空
下で電子放出素子の測定評価ができるようになってい
る。

【００７２】排気ポンプ５６は、ターボポンプ、ロータ
リーポンプ等からなる通常の高真空装置系と、イオンポ
ンプ等からなる超高真空装置系とから構成されている。
また、真空装置５５全体及び電子放出素子の基板１は、
ヒーターにより２００℃程度まで加熱できるようになっ
ている。尚、この測定評価系は、後述するような表示パ
ネルの組み立て段階において、表示パネル及びその内部
を真空装置５５及びその内部として構成することで、フ
ォーミング工程及び後述するそれ以後の工程における測
定評価及び処理に応用されるものである。

【００７３】４）次に、活性化工程を施す。

【００７４】活性化工程は、例えば、有機物質のガスを
含有する雰囲気下で、通電フォーミングと同様に、素子
電極４，５間にパルスの印加を繰り返すことで行うこと
ができる。上記雰囲気は、例えば油拡散ポンプやロータ
リーポンプなどを用いて真空容器内を排気した場合に雰
囲気内に残留する有機ガスを利用して形成することがで
きる他、イオンポンプなどにより一旦十分に排気した真
空中に適当な有機物質のガスを導入することによっても
得られる。このときの好ましい有機物質のガス圧は、前
述の応用の形態、真空容器の形状や、有機物質の種類な
どにより異なるため、適宜設定される。

【００７５】適当な有機物質としては、アルカン、アル
ケン、アルキンの脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素
類、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、アミン
類、フェノール、カルボン、スルホン酸等の有機酸類等
を挙げることが出来、具体的には、メタン、エタン、プ
ロパンなどＣ_ｎ Ｈ_２ｎ＋２で表される飽和炭化水素、
エチレン、プロピレンなどＣ_ｎ Ｈ_２ｎ等の組成式で表
される不飽和炭化水素、ベンゼン、トルエン、メタノー
ル、エタノール、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒ
ド、アセトン、メチルエチルケトン、メチルアミン、エ
チルアミン、フェノール、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等
が使用できる。この処理により、雰囲気中に存在する有
機物質から、炭素あるいは炭素化合物が素子上に堆積
し、素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅが、著しく変化するよ
うになる。

【００７６】上記活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉ
ｆや放出電流Ｉｅを測定しながら、適宜行う。尚、活性
化工程で印加する電圧パルスのパルス幅、パルス間隔、
パルス波高値などは適宜設定される。

【００７７】素子に堆積される炭素及び炭素化合物と
は、例えばグラファイト（いわゆるＨＯＰＧ，ＰＧ，Ｇ
Ｃを包含し、ＨＯＰＧはほぼ完全なグラファイト結晶構
造、ＰＧは結晶粒が２００Å程度で結晶構造がやや乱れ
たもの、ＧＣは結晶粒が２０Å程度になり結晶構造の乱
れがさらに大きくなったものを指す。）、非晶質カーボ
ン（アモルファスカーボン及び、アモルファスカーボン
と前記グラファイトの微結晶の混合物を指す）であり、
その膜厚は、５００Å以下の範囲とするのが好ましく、
３００Å以下の範囲とすることがより好ましい。

【００７８】５）次に、本発明の最大の特徴である局部
加熱工程を施す。

【００７９】この局部加熱工程とは、活性化工程が終了
した素子の導電性膜３上に形成された炭素を主成分とす
る被膜、特に電子放出部２ならびにその近傍の導電性膜
３上に形成された被膜に、選択的に充分な加熱処理を行
い、該炭素質被膜の結晶性を向上させる工程である。

【００８０】すなわち、導電性膜３上に形成された、炭
素を主成分とする部分にのみ局部加熱が可能な方法、よ
り具体的には、レーザー等を用いて局部加熱を行う。

【００８１】この方法によって、グラファイトあるいは
アモルファスカーボンあるいはそれらの混合物からなる
炭素膜が、グラファイト主体の炭素より形成される膜へ
と結晶性を向上させることができる。

【００８２】レーザーとしては、Ａｒ⁺ レーザー、Ｈｅ
−Ｎｅレーザー、Ｋｒ⁺ レーザー、Ｈｅ−Ｃｄレーザ
ー、ＹＡＧレーザー等、局部加熱が可能でさえあれば、
どのようなレーザーを用いてもよい。

【００８３】レーザービーム径やレーザーパワーや照射
時間は、使用するレーザーに応じて適宜設定される。

【００８４】例えばＡｒ⁺ レーザーを用いて加熱を行う
場合、レーザービーム径は１００〜１マイクロメーター
程度まで、結晶性を向上させたい領域に応じたビーム径
に絞り、照射するレーザーパワーは、前述したような導
電性膜を使用した場合で、１０ｍＷ〜４０ｍＷの範囲で
照射するのが望ましい。これは酸素が存在しない、つま
りは真空あるいは不活性ガス雰囲気下等で行うのが好ま
しい。酸素雰囲気下等で実施した場合には、該電子放出
部の酸化が進行し、蒸発してしまうなどの問題が生じて
しまう。

【００８５】照射時間は、上記の使用するレーザーパワ
ーに応じて、炭素成分の結晶性を向上させるのに適当な
時間が決定される。例えば、上記レーザーパワー範囲内
で照射する場合には、３分〜１０分程度の範囲が望まし
い。

【００８６】尚、上記レーザーパワーと照射時間は、使
用している基板上の導電性膜３の材料と、炭素を主成分
とする電子放出部２に被覆している被膜の初期の結晶性
等にも依存する。又、レーザービーム径とレーザーパワ
ーによって決定される、単位時間当たりの投入エネルギ
ーが低い場合には比較的長時間を要し、投入エネルギー
が高い場合には比較的短時間で良い。

【００８７】結晶性の向上を決めるパラメーターは、使
用するレーザーパワー（Ｐ）、照射時間（ｔ）、主とし
て触媒能を含むレーザーパワーや照射時間以外の因子
（Ａ）の３つの積によって決定されるエネルギー（Ｗ）
値によって決まる。

【００８８】Ｗ＝Ａ・Ｐ・ｔ このＷ値に依存して、結晶性の変化が見られる。従っ
て、上述の好ましい範囲だけでなく、レーザーパワー
（Ｐ）を大きくして、時間ｔを短くしても、同様の結晶
性の改善が行われる。

【００８９】また、この時の最適エネルギー値（Ｗ）を
決定する要素の一つである、使用する導電性膜３の材料
であるが、一般的にはＰｄ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｏ及びこれ
らの混合物、又はこれらを主成分とする材料から形成さ
れる。

【００９０】触媒能が高い材料を用いた場合、レーザー
パワー（Ｐ）や照射時間（ｔ）の値が小さくても所望の
目的を達成することができる。

【００９１】図１６は、導電性膜として、Ｐｔ膜を用い
て、Ｗ値とラマン分光法により結晶性を評価した模式図
である。

【００９２】結晶性の評価は、顕微ラマン分光光度計で
照射点を測定したスペクトルの１５８０ｃｍ^-1付近に見
られるピークと１３５０ｃｍ^-1付近に見られるピークと
の強度比からも見積もられる。

【００９３】図１６から明らかなように、Ｗ値を大きく
すること（例えば、一定時間で、レーザーパワーを上昇
させるとか、一定レーザーパワーで長時間照射すると
か）は、結晶性の向上、つまりは結晶子サイズの増加を
促すことが可能であることがわかる。また、図１６から
はある程度のＷ値（本図では、Ｗ₁ ）以上では、それ以
上の加熱処理を行っても、結晶性の向上が見られないた
め、適度な値（Ｗ₁ ）程度でこの処理は充分であり、本
発明には、最適値が存在することがわかる。

【００９４】６）このようにして作製した電子放出素子
を、フォーミング工程、活性化工程での真空度より高い
真空度の真空雰囲気下で動作駆動する、安定化工程を施
すことが好ましい。より好ましくは、この高い真空度の
真空雰囲気下で、８０〜２５０℃の加熱の後、動作駆動
する。尚、加熱温度等、これに限るものではない。

【００９５】尚、フォーミング工程、活性化工程の真空
度より高い真空度の真空雰囲気とは、例えば約１０の−
６乗ｔｏｒｒ以上の真空度を有する真空雰囲気であり、
より好ましくは超高真空系であり、炭素及び炭素化合物
が新たにほぼ堆積しない真空度である。

【００９６】即ち、電子放出素子を上記真空雰囲気中に
封入してしまうことにより、これ以上の炭素及び炭素化
合物の堆積を抑制することが可能となり、これによって
素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが安定する。

【００９７】以上のようにして得られる表面伝導型電子
放出素子の基本特性について、以下に説明する。

【００９８】以下に述べる表面伝導型電子放出素子の基
本特性は、図５の測定評価系のアノード電極５４の電圧
を１ｋＶ〜１０ｋＶとし、アノード電極５４と表面伝導
型電子放出素子の距離Ｈを２〜８ｍｍとして、通常測定
を行う。

【００９９】まず、放出電流Ｉｅ及び素子電流Ｉｆと、
素子電圧Ｖｆとの関係の典型的な例を図６に示す。尚、
図６の（ａ）において、放出電流Ｉｅは素子電流Ｉｆに
比べて著しく小さいので、任意単位で示されている。
尚、縦軸はリニアスケールである。

【０１００】図６の（ａ）から明らかなように、表面伝
導型電子放出素子は、放出電流Ｉｅに対する次の３つの
特徴的特性を有する。

【０１０１】まず第１に、表面伝導型電子放出素子はあ
る電圧（しきい値電圧と呼ぶ：図６の（ａ）中のＶｔ
ｈ）を超える素子電圧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が殆ど検出されない。即ち、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。

【０１０２】第２に、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに対
して単調増加する特性（ＭＩ特性と呼ぶ）を有するた
め、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御できる。

【０１０３】第３に、アノード電極５４（図５参照）に
捕捉される放出電荷は、素子電圧Ｖｆを印加する時間に
依存する。即ち、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。

【０１０４】放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに対してＭＩ
特性を有すると同時に、素子電流Ｉｆも素子電圧Ｖｆに
対してＭＩ特性を有する場合もある。このような表面伝
導型電子放出素子の特性の例が図６の（ａ）に示す特性
である。一方、図６の（ｂ）に示すように、素子電流Ｉ
ｆは素子電圧Ｖｆに対して電圧制御型負性抵抗特性（Ｖ
ＣＮＲ特性と呼ぶ）を示す場合もある。いずれの特性を
示すかは、表面伝導型電子放出素子の製法及び測定時の
測定条件等に依存する。但し、素子電流Ｉｆが素子電圧
Ｖｆに対してＶＣＮＲ特性を有する表面伝導型電子放出
素子でも、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆに対してＭＩ特
性を有する。

【０１０５】以上のような本発明による表面伝導型電子
放出素子の特徴的特性のため、複数の素子を配置した電
子源や画像形成装置でも、入力信号に応じて、容易に放
出電子量を制御することができることとなり、多方面へ
の応用が可能である。

【０１０６】次に、本発明に係る電子源の一例として前
述の表面伝導型電子放出素子を複数配置した電子源につ
いて述べる。まず、表面伝導型電子放出素子の配列方式
について説明する。

【０１０７】本発明に係る電子源における表面伝導型電
子放出素子の配列方式としては、従来の技術の項で述べ
たような梯型配置の他、ｍ本のＸ方向配線の上にｎ本の
Ｙ方向配線を層間絶縁層を介して設置し、表面伝導型電
子放出素子の一対の素子電極に夫々Ｘ方向配線、Ｙ方向
配線を接続した配置方式が挙げられる。これを以後単純
マトリクス配置と呼ぶ。まず、この単純マトリクス配置
について詳述する。

【０１０８】前述した表面伝導型電子放出素子の基本的
特性によれば、単純マトリクス配置された表面伝導型電
子放出素子における放出電子は、しきい値電圧を超える
電圧では、対向する素子電極間に印加するパルス状電圧
の波高値とパルス幅で制御できる。一方、しきい値電圧
以下では殆ど電子は放出されない。従って、多数の表面
伝導型電子放出素子を配置した場合においても、個々の
素子に上記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、その電子放出
量が制御でき、単純なマトリクス配線だけで個別の表面
伝導型電子放出素子を選択して独立に駆動可能となる。

【０１０９】単純マトリクス配置はこのような原理に基
づくもので、本発明に係る電子源の一例である、この単
純マトリクス配置の電子源の構成について図７に基づい
て更に説明する。

【０１１０】図７において基板１は既に説明したような
ガラス板等であり、この基板１上に配列された本発明に
よる表面伝導型電子放出素子１０４の個数及び形状は用
途に応じて適宜設定されるものである。

【０１１１】ｍ本のＸ方向配線１０２は、夫々外部端子
Ｄｘ１，Ｄｘ２，……，Ｄｘｍを有するもので、基板１
上に、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等で形成した導
電性金属等である。また、多数の表面伝導型電子放出素
子１０４にほぼ均等に電圧が供給されるように、材料、
膜厚、配線幅が設定されている。

【０１１２】ｎ本のＹ方向配線１０３は、夫々外部端子
Ｄｙ１，Ｄｙ２，……，Ｄｙｎを有するもので、Ｘ方向
配線１０２と同様に作成される。

【０１１３】これらｍ本のＸ方向配線１０２とｎ本のＹ
方向配線１０３間には、不図示の層間絶縁層が設置さ
れ、電気的に分離されて、マトリクス配線を構成してい
る。尚、このｍ，ｎは共に正の整数である。

【０１１４】不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等で形成されたＳｉＯ₂ 等であり、Ｘ方
向配線１０２を形成した基板１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１０２とＹ方向配線
１０３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１０２とＹ方向
配線１０３は、それぞれ外部端子として引き出されてい
る。

【０１１５】更に、表面伝導型電子放出素子１０４の対
向する素子電極（不図示）が、ｍ本のＸ方向配線１０２
と、ｎ本のＹ方向配線１０３と、真空蒸着法、印刷法、
スパッタ法等で形成された導電性金属等からなる結線１
０５によって電気的に接続されているものである。

【０１１６】ここで、ｍ本のＸ方向配線１０２と、ｎ本
のＹ方向配線１０３と、結線１０５と、対向する素子電
極とは、その構成元素の一部あるいは全部が同一であっ
ても、また夫々異なっていてもよく、前述の素子電極の
材料等より適宜選択される。これら素子電極への配線
は、素子電極と材料が同一である場合は素子電極と総称
する場合もある。また、表面伝導型電子放出素子１０４
は、基板１あるいは不図示の層間絶縁層上どちらに形成
してもよい。

【０１１７】また、詳しくは後述するが、前記Ｘ方向配
線１０２には、Ｘ方向に配列された表面伝導型電子放出
素子１０４の行を入力信号に応じて走査するために、走
査信号を印加する不図示の走査信号印加手段が電気的に
接続されている。

【０１１８】一方、Ｙ方向配線１０３には、Ｙ方向に配
列された表面伝導型電子放出素子１０４の列の各列を入
力信号に応じて変調するために、変調信号を印加する不
図示の変調信号発生手段が電気的に接続されている。更
に、各表面伝導型電子放出素子１０４に印加される駆動
電圧は、当該表面伝導型電子放出素子１０４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もので
ある。

【０１１９】次に、以上のような単純マトリクス配置の
電子源を用いて構成される本発明に係る画像形成用パネ
ル（表示パネル）及び画像形成装置の一例を、図８〜図
１０を用いて説明する。尚、図８は表示パネル２０１の
基本構成図であり、図９は蛍光膜１１４を示す図であ
り、図１０は図８の表示パネル２０１で、ＮＴＳＣ方式
のテレビ信号に応じてテレビジョン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。

【０１２０】図８において、１は上述のようにして表面
伝導型電子放出素子を配置した電子源の基板、１１１は
基板１を固定したリアプレート、１１６はガラス基板１
１３の内面に蛍光膜１１４とメタルバック１１５等が形
成されたフェースプレート、１１２は支持枠であり、リ
アプレート１１１、支持枠１１２及びフェースプレート
１１６に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℃で１０分以上焼成することで
封着して外囲器１１８を構成している。

【０１２１】図８において、１０２，１０３は、表面伝
導型電子放出素子１０４の一対の素子電極４，５（図１
参照）と接続されたＸ方向配線及びＹ方向配線で、夫々
外部端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ，Ｄｙ１ないしＤｙｎを有
している。

【０１２２】外囲器１１８は、上述の如く、フェースー
プレート１１６、支持枠１１２、リアプレート１１１で
構成されている。しかし、リアプレート１１１は主に基
板１の強度を補強する目的で設けられるものであり、基
板１自体で十分な強度を持つ場合は別体のリアプレート
１１１は不要で、基板１に直接支持枠１１２を封着し、
フェースプレート１１６、支持枠１１２、基板１にて外
囲器１１８を構成してもよい。また、フェースプレート
１１６、リアプレート１１１の間にスぺーサーと呼ばれ
る不図示の支持体を更に設置することで、大気圧に対し
て十分な強度を有する外囲器１１８とすることもでき
る。

【０１２３】蛍光膜１１４は、モノクロームの場合は蛍
光体１２２のみからなるが、カラーの蛍光膜１１４の場
合は、蛍光体１２２の配列により、ブラックストライプ
（図９（ａ））あるいはブラックマトリクス（図９
（ｂ））等と呼ばれる黒色導伝材１２１と蛍光体１２２
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
三原色の各蛍光体１２２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１１４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。黒色導伝材１２１の材料としては、通常良く用い
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他の材
料を用いることもできる。

【０１２４】ガラス基板１１３に蛍光体１２２を塗布す
る方法としては、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。

【０１２５】また、図８に示されるように、蛍光膜１１
４の内面側には通常メタルバック１１５が設けられる。
メタルバック１１５の目的は、蛍光体１２２（図９参
照）の発光のうち内面側への光をフェースプレート１１
６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１１８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１２２の保護等である。メタルバ
ック１１５は、蛍光膜１１４の作製後、蛍光膜１１４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。

【０１２６】フェースプレート１１６には、更に蛍光膜
１１４の導伝性を高めるため、蛍光膜１１４の外面側に
透明電極（不図示）を設けてもよい。

【０１２７】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体１２２と表面伝導型電子放出素子１０４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なう
必要がある。

【０１２８】外囲器１１８内は、不図示の排気管を通じ
て排気し、所定の真空度に達した後、封止される。ま
た、外囲器１１８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１１８
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
周波加熱等により、外囲器１１８内の所定の位置に配置
したゲッター（不図示）を加熱し、蒸着膜を形成する処
理である。ゲッターは通常Ｂａ等が主成分であり、該蒸
着膜の吸着作用により、例えば１×１０の−５乗ないし
は１×１０の−７乗ｔｏｒｒの真空度を維持するための
ものである。

【０１２９】尚、前述したフォーミング処理以降の表面
伝導型電子放出素子の各製造工程は、通常、外囲器１１
８の封止直前又は封止後に行われるもので、その内容は
前述した通りである。

【０１３０】上述の表示パネル２０１は、例えば図１０
に示されるような駆動回路で駆動することができる。
尚、図１０において、２０１は表示パネル、２０２は走
査回路、２０３は制御回路、２０４はシフトレジスタ、
２０５はラインメモリ、２０６は同期信号分離回路、２
０７は変調信号発生器、Ｖｘ及びＶａは直流電圧源であ
る。

【０１３１】図１０に示されるように、表示パネル２０
１は、外部端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ、外部端子Ｄｙ１な
いしＤｙｎ及び高圧端子Ｈｖを介して外部の電気回路と
接続されている。この内、外部端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ
には前記表示パネル２０１内に設けられている表面伝導
型電子放出素子、即ちｍ行ｎ列の行列状にマトリクス配
置された表面伝導型電子放出素子群を１行（ｎ素子ず
つ）順次駆動して行くための走査信号が印加される。

【０１３２】一方、端子Ｄｙ１ないし外部端子Ｄｙｎに
は、前記走査信号により選択された１行の各表面伝導型
電子放出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
Ｖａより、例えば１０ｋＶの直流電圧が供給される。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。

【０１３３】走査回路２０２は、内部にｍ個のスイッチ
ング素子（図１０中Ｓ１ないしＳｍで模式的に示す）を
備えるもので、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓｍは、直流
電圧電源Ｖｘの出力電圧もしくは０Ｖ（グランドレベ
ル）のいずれか一方を選択して、表示パネル２０１の外
部端子Ｄｘ１ないしＤｘｍと電気的に接続するものであ
る。各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓｍは、制御回路２０３
が出力する制御信号Ｔｓｃａｎに基づいて動作するもの
で、実際には、例えばＦＥＴのようなスイッチング機能
を有する素子を組み合わせることにより容易に構成する
ことが可能である。

【０１３４】本例における前記直流電圧源Ｖｘは、前記
表面伝導型電子放出素子の特性（しきい値電圧）に基づ
き、走査されていない表面伝導型電子放出素子に印加さ
れる駆動電圧が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。

【０１３５】制御回路２０３は、外部より入力される画
像信号に基づいて適切な表示が行われるように、各部の
動作を整合させる働きを持つものである。次に説明する
同期信号分離回路２０６より送られる同期信号Ｔｓｙｎ
ｃ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。

【０１３６】同期信号分離回路２０６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
輝度信号成分を分離するための回路で、よく知られてい
るように、周波数分離（フィルター）回路を用いれば、
容易に構成できるものである。同期信号分離回路２０６
により分離された同期信号は、これもよく知られるよう
に、垂直同期信号と水平同期信号よりなる。ここでは、
説明の便宜上Ｔｓｙｎｃとして図示する。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Ｄ
ＡＴＡ信号と図示する。このＤＡＴＡ信号はシフトレジ
スタ２０４に入力される。

【０１３７】シフトレジスタ２０４は、時系列的にシリ
アル入力される前記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２０３より送られる制御信号Ｔｓｆｔに基づいて作
動する。この制御信号Ｔｓｆｔは、シフトレジスタ２０
４のシフトクロックであると言い換えてもよい。また、
シリアル／パラレル変換された画像１ライン分（表面伝
導型電子放出素子のｎ素子分の駆動データに相当する）
のデータは、Ｉｄ１ないしＩｄｎのｎ個の並列信号とし
て前記シフトレジスタ２０４より出力される。

【０１３８】ラインメモリ２０５は、画像１ライン分の
データを必要時間だけ記憶するための記憶装置であり、
制御回路２０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙに従って
適宜Ｉｄ１ないしＩｄｎの内容を記憶する。記憶された
内容は、Ｉｄ’１ないしＩｄ’ｎとして出力され、変調
信号発生器２０７に入力される。

【０１３９】変調信号発生器２０７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Ｄｙ１ないしＤｙｎを通じて
表示パネル２０１内の表面伝導型電子放出素子に印加さ
れる。

【０１４０】前述したように、表面伝導型電子放出素子
は電子放出に明確なしきい値電圧を有しており、しきい
値電圧を超える電圧が印加された場合にのみ電子放出が
生じる。また、しきい値電圧を超える電圧に対しては表
面伝導型電子放出素子への印加電圧の変化に応じて放出
電流も変化して行く。表面伝導型電子放出素子の材料、
構成、製造方法を変えることにより、しきい値電圧の値
や印加電圧に対する放出電流の変化度合いが変わる場合
もあるが、いずれにしても以下のことがいえる。

【０１４１】即ち、表面伝導型電子放出素子にパルス状
の電圧を印加する場合、例えばしきい値電圧以下の電圧
を印加しても電子放出は生じないが、しきい値電圧を超
える電圧を印加する場合には電子放出を生じる。その
際、第１には電圧パルスの波高値を変化させることによ
り、出力される電子ビームの強度を制御することが可能
である。第２には、電圧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。

【０１４２】従って、入力信号に応じて表面伝導型電子
放出素子を変調する方式としては、電圧変調方式とパル
ス幅変調方式とが挙げられる。電圧変調方式を行う場
合、変調信号発生器２０７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できる電圧変調方式の回路を用い
る。また、パルス幅変調方式を行う場合、変調信号発生
器２０７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パルス幅を変調で
きるパルス幅変調方式の回路を用いる。

【０１４３】シフトレジスタ２０４やラインメモリ２０
５は、デジタル信号式のものでもアナログ信号式のもの
でもよく、画像信号のシリアル／パラレル変換や記憶が
所定の速度で行えるものであればよい。

【０１４４】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路２０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化
する必要がある。これは同期信号分離回路２０６の出力
部にＡ／Ｄ変換器を設けることで行える。

【０１４５】また、これと関連して、ラインメモリ２０
５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２０７に設けられる回路が若干異なるも
のとなる。

【０１４６】即ち、デジタル信号で電圧変調方式の場
合、変調信号発生器２０７には、例えばよく知られてい
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。また、デジタル信号でパルス幅変調方
式の場合、変調信号発生器２０７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
ことで容易に構成することができる。更に、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。

【０１４７】一方、アナログ信号で電圧変調方式の場
合、変調信号発生器２０７には、例えばよく知られてい
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、アナログ信号でパルス幅変調方式の場合、例えばよ
く知られている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。

【０１４８】以上のような表示パネル２０１及び駆動回
路を有する本発明に係る画像形成装置は、端子Ｄｘ１〜
Ｄｘｍ及びＤｙ１〜Ｄｙｎから電圧を印加することによ
り、必要な表面伝導型電子放出素子から電子を放出させ
ることができ、高圧端子Ｈｖを通じて、メタルバック１
１５あるいは透明電極（不図示）に高電圧を印加して電
子ビームを加速し、加速した電子ビームを蛍光膜１１４
に衝突させることで生じる励起・発光によって、ＮＴＳ
Ｃ方式のテレビ信号に応じてテレビジョン表示を行うこ
とができるものである。

【０１４９】尚、以上説明した構成は、表示等に用いら
れる本発明に係る画像形成装置を得る上で必要な概略構
成であり、例えば各部材の材料等、詳細な部分は上述の
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、適宜選択されるものである。また、入力信号
としてＮＴＳＣ方式を挙げたが、本発明に係る画像形成
装置はこれに限られるものではなく、ＰＡＬ、ＳＥＣＡ
Ｍ方式等の他の方式でもよく、更にはこれらよりも多数
の走査線からなるＴＶ信号、例えばＭＵＳＥ方式を初め
とする高品位ＴＶ方式でもよい。

【０１５０】次に、前述の梯型配置の電子源及びこれを
用いて構成される本発明に係る画像形成用パネル（表示
パネル）及び画像形成装置の一例について図１１及び図
１２を用いて説明する。

【０１５１】図１１において、１は基板、１０４は表面
伝導型電子放出素子、３０４は表面伝導型電子放出素子
１０４を接続する共通配線で１０本設けられており、各
々外部端子Ｄ１〜Ｄ１０を有している。

【０１５２】表面伝導型電子放出素子１０４は、基板１
上に並列に複数個配置されている。これを素子行と呼
ぶ。そしてこの素子行が複数行配置されて電子源を構成
している。

【０１５３】各素子行の共通配線３０４（例えば外部端
子Ｄ１とＤ２の共通配線３０４）間に適宜の駆動電圧を
印加することで、各素子行を独立に駆動することが可能
である。即ち、電子ビームを放出させたい素子行にはし
きい値電圧を超える電圧を印加し、電子ビームを放出さ
せたくない素子行にはしきい値電圧以下の電圧を印加す
るようにすればよい。このような駆動電圧の印加は、各
素子行間に位置する共通配線Ｄ２〜Ｄ９について、夫々
相隣接する共通配線３０４、即ち夫々相隣接する外部端
子Ｄ２とＤ３，Ｄ４とＤ５，Ｄ６とＤ７，Ｄ８とＤ９の
共通配線３０４を一体の同一配線としても行うことがで
きる。

【０１５４】図１２は、上記梯型配置の電子源を備えた
表示パネル３０１の構造を示す図である。

【０１５５】図１２中３０２はグリッド電極、３０３は
電子が通過するための開口、Ｄ１〜Ｄｍは各表面伝導型
電子放出素子に電圧を印加するための外部端子、Ｇ１〜
Ｇｎはグリッド電極３０２に接続された外部端子であ
る。また、各素子行間の共通配線３０４は一体の同一配
線として基板１上に形成されている。

【０１５６】尚、図１２において図８と同じ符号は同じ
部材を示すものであり、図８に示される単純マトリクス
配置の電子源を用いた表示パネル２０１との大きな違い
は、基板１とフェースプレート１１６の間にグリッド電
極３０２を備えている点である。

【０１５７】基板１とフェースプレート１１６の間に
は、上記のようにグリッド電極３０２が設けられてい
る。このグリッド電極３０２は、表面伝導型電子放出素
子１０４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、梯型配置の素子行と直行して設けられたス
トライプ状の電極に、電子ビームを通過させるために、
各表面伝導型電子放出素子１０４に対応して１個ずつ円
形の開口３０３を設けたものとなっている。

【０１５８】グリッド電極３０２の形状や配置位置は、
必ずしも図１２に示すようなものでなければならないも
のではなく、開口３０３をメッシュ状に多数設けること
もあり、またグリッド電極３０２を、例えば表面伝導型
電子放出素子１０４の周囲や近傍に設けてもよい。

【０１５９】外部端子Ｄ１〜Ｄｍ及びＧ１〜Ｇｎは不図
示の駆動回路に接続されている。そして、素子行を１列
ずつ順次駆動（走査）して行くのと同期してグリッド電
極３０２の列に画像１ライン分の変調信号を印加するこ
とにより、各電子ビームの蛍光膜１１４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。

【０１６０】以上のように、本発明に係る画像形成用パ
ネル及び画像形成装置は、単純マトリクス配置及び梯型
配置のいずれの本発明に係る電子源を用いても得ること
ができ、上述した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
として好適な画像形成装置が得られる。更には、感光ド
ラムとで構成した光プリンターの露光装置としても用い
ることができるものである。

【０１６１】

【実施例】以下に、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。

【０１６２】（実施例１）本実施例の表面伝導型電子放
出素子の構成は、図１に示されるものと同様であり、図
３の製造工程図に基づきその製造方法を以下に説明す
る。尚、基板１上には、同一形状の素子を２個形成し
た。

【０１６３】工程−１ 清浄化した青板ガラス上に厚さ０．５マイクロメートル
のシリコン酸化膜をスパッタ法で形成した基板１上に、
素子電極間ギャップ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５ナノメートルのＴｉ、厚さ１００
ナノメートルのＮｉを順次堆積した。

【０１６４】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Ｌ
は３マイクロメートルとし、素子電極の幅Ｗが３００マ
イクロメートルの素子電極４，５を形成した（図３
（ａ））。

【０１６５】工程−２ 不図示のマスクにより膜厚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、その上に有機
Ｐｄ（ＣＣＰ４２３０・奥野製薬（株）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。また、こうして形成された主元素としてＰｄよ
りなる微粒子から形成される導電性膜３の膜厚は１０ナ
ノメートル、シート抵抗値は２×１０⁴ Ω／□であっ
た。

【０１６６】尚、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
粒子が互に隣接或いは重なり合った状態（島状も含む）
の膜を指し、その粒径とは前記状態で粒子形状が認識可
能な微粒子についての径をいう。

【０１６７】Ｃｒ膜および焼成後の導電性膜３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（図３（ｂ））。

【０１６８】以上の工程により基板１上に、素子電極
４，５、導電性膜３を形成した。

【０１６９】工程−３ 次に、図５の測定評価系の真空容器５５内に上記基板１
を設置し、真空ポンプにて排気して２×１０^-5ｔｏｒｒ
の真空度に達した後、電源５１より素子電極４，５間に
電圧を印加し、通電処理（フォーミング処理）して、電
子放出部２を形成した（図３（ｃ））。フォーミング処
理の電圧波形は図４（ｂ）に準じた。本実施例ではパル
ス幅Ｔ１を１ミリ秒、パルス間隔Ｔ２を１０ミリ秒と
し、三角波ではなく矩形波を用い、矩形波の波高値（ピ
ーク電圧）を０．１Ｖステップで昇圧させてフォーミン
グ処理を行った。

【０１７０】また、フォーミング処理中は同時に０．１
Ｖ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。本実施例で作製した２
つの素子のフォーミング電圧ＶＦは、夫々５．１Ｖ，
５．０Ｖであった。

【０１７１】工程−４ 続いて、通電フォーミング処理した素子にそれぞれ、図
４（ｂ）の波形で矩形波の波高値を１４Ｖで、活性化処
理した。具体的には、上記の真空容器５５内で、素子電
流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅを測定しながら、素子電極４，
５間にパルス電圧を印加して行った。尚、真空容器５５
内の真空度は１．５×１０^-5ｔｏｒｒとし、約３０分で
活性化処理を終了した。

【０１７２】工程−５ 引き続き、上記活性化処理によって電子放出部２を含む
導電性膜３上に被覆された炭素を主成分とする被膜上
に、不図示の可視光Ａｒ⁺レーザー（使用波長は５１
４．５ナノメートル）を導入し、照射点のレーザーパワ
ーが２０ｍＷになるように調整しながら、掃引速度１ｍ
ｍ／分で電子放出部２、並びに導電性膜３上にある炭素
被膜に選択的に照射し、加熱した。この時の使用レーザ
ービーム径は、およそ１マイクロメーター程度であっ
た。尚、この操作は２個の素子のうちの片方についての
み行った。

【０１７３】工程−６ 続いて、真空容器５５内を１０^-7ｔｏｒｒまで排気後、
１８０℃、５時間ベーキングを行う安定化工程を施し
た。

【０１７４】次に、以上の工程によって作製した２つの
表面伝導型電子放出素子の特性及び形態について観察し
た。

【０１７５】先ず、素子の電子放出特性の測定は、上述
の図５の測定評価系を用いて行った。具体的にはアノー
ド電極５４と電子放出素子間の距離を４ミリメートル、
アノード電極５４の電位を１ｋＶ、電子放出特性測定時
の真空容器５５内の真空度を１×１０^-7ｔｏｒｒとし、
素子電極４，５間に素子電圧を１４Ｖ印加し、その時に
流れる素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅを測定した。

【０１７６】その結果、上記レーザーにより電子放出部
２及びこの近傍の炭素被膜の加熱を行った本発明による
素子は、測定初期より、安定した素子電流Ｉｆ、放出電
流Ｉｅが観察され、素子電圧１４Ｖでは素子電流Ｉｆが
２．０ｍＡ、放出電流Ｉｅが４．０μＡとなり、電子放
出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆは０．２０％であった。

【０１７７】一方、上記レーザーによる加熱を行わなか
った素子は、素子電圧１４Ｖでは素子電流Ｉｆが１．０
ｍＡ、放出電流Ｉｅが０．５μＡとなり、電子放出効率
η＝Ｉｅ／Ｉｆは０．０５％であった。

【０１７８】以上より、本発明による素子は、測定初期
より、安定でかつ効率の良い電子放出素子であることが
わかる。又、安定化工程を通じても、従来の素子と比べ
て、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが大きく、本素子は、
熱的にも安定性が高いと推定される。

【０１７９】次に、本実施例によって作製された２つの
素子を電子顕微鏡で観察したところ、素子の形態は、素
子電極４，５間の導電性膜３の変質部分、すなわち電子
放出部２から高電位側により厚く被膜が形成されてい
た。また、この被膜は金属微粒子の周囲及び微粒子間に
も形成されているようであった。

【０１８０】さらに、これらの素子をラマン分光光度計
で測定したところ、レーザー照射を行った素子の結晶性
の方が単に活性化処理のみを施した素子よりも上昇して
いることがわかった。

【０１８１】以上より、活性化後に電子放出部分２に選
択的にレーザーを照射することで、被膜している炭素膜
の結晶性を向上することができ、素子電流Ｉｆ、放出電
流Ｉｅが安定し、かつ効率の良い電子放出素子が作製さ
れた。

【０１８２】さらに、これらの素子に対して、素子電極
４，５間に素子電圧１４Ｖ印加し、一定時間駆動した
後、素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅを測定したところ、
本発明による手法で作製された素子では、Ｉｆが１．５
ｍＡ、放出電流Ｉｅが２．４μＡとなり、電子放出効率
η＝Ｉｅ／Ｉｆは０．１６％で、初期値の８０％であっ
た。一方、通常の活性化のみを行った素子では、Ｉｆが
１．０ｍＡ、放出電流Ｉｅが０．２μＡとなり、電子放
出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆは０．０２％で、初期値の４０％
であった。

【０１８３】以上のことから、本発明により作製された
素子は、炭素膜の結晶性を向上させたことにより、長時
間駆動後における劣化度が低く、安定性の高い素子であ
ることがわかった。

【０１８４】（実施例２）本実施例の表面伝導型電子放
出素子の構成は、図１に示されるものと同様であり、図
３の製造工程図に基づきその製造方法を以下に説明す
る。尚、基板１上には、同一形状の素子を２個形成し
た。

【０１８５】工程−１ 清浄化した青板ガラス上に厚さ０．５マイクロメートル
のシリコン酸化膜をスパッタ法で形成した基板１上に、
素子電極間ギャップ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５ナノメートルのＴｉ、厚さ１００
ナノメートルのＮｉを順次堆積した。

【０１８６】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Ｌ
は３マイクロメートルとし、素子電極の幅Ｗが３００マ
イクロメートルの素子電極４，５を形成した（図３
（ａ））。

【０１８７】工程−２ 不図示のマスクにより膜厚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、その上に有機
Ｐｄ（ＣＣＰ４２３０・奥野製薬（株）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。また、こうして形成された主元素としてＰｄよ
りなる微粒子から形成される導電性膜３の膜厚は１０ナ
ノメートル、シート抵抗値は２×１０⁴ Ω／□であっ
た。

【０１８８】尚、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
粒子が互に隣接或いは重なり合った状態（島状も含む）
の膜を指し、その粒径とは前記状態で粒子形状が認識可
能な微粒子についての径をいう。

【０１８９】Ｃｒ膜および焼成後の導電性膜３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（図３（ｂ））。

【０１９０】以上の工程により基板１上に、素子電極
４，５、導電性膜３を形成した。

【０１９１】工程−３ 次に、図５の測定評価系の真空容器５５内に上記基板１
を設置し、真空ポンプにて排気して２×１０^-5ｔｏｒｒ
の真空度に達した後、電源５１より素子電極４，５間に
電圧を印加し、通電処理（フォーミング処理）して、電
子放出部２を形成した（図３（ｃ））。フォーミング処
理の電圧波形は図４（ｂ）に準じた。本実施例ではパル
ス幅Ｔ１を１ミリ秒、パルス間隔Ｔ２を１０ミリ秒と
し、三角波ではなく矩形波を用い、矩形波の波高値（ピ
ーク電圧）を０．１Ｖステップで昇圧させてフォーミン
グ処理を行った。

【０１９２】また、フォーミング処理中は同時に０．１
Ｖ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。本実施例で作製した２
つの素子のフォーミング電圧ＶＦは、夫々５．２Ｖ，
４．９Ｖであった。

【０１９３】工程−４ 続いて、通電フォーミング処理した素子にそれぞれ、図
４（ｂ）の波形で矩形波の波高値を１４Ｖで、活性化処
理した。具体的には、上記の真空容器５５内にアセトン
を１．０×１０^-4ｔｏｒｒ導入し、素子電流Ｉｆ及び放
出電流Ｉｅを測定しながら、素子電極４，５間にパルス
電圧を印加して行った。約２０分で活性化処理を終了し
た。

【０１９４】工程−５ 引き続き、上記活性化処理によって電子放出部２を含む
導電性膜３上に被覆された炭素を主成分とする被膜上
に、不図示の可視光Ａｒ⁺レーザー（使用波長は５１
４．５ナノメートル）を導入し、照射点のレーザーパワ
ーが３０ｍＷになるように調整しながら、掃引速度１０
ｍｍ／分で電子放出部２、並びに導電性膜３上にある炭
素被膜に選択的に照射し、加熱した。この時の使用レー
ザービーム径は、およそ１マイクロメーター程度であっ
た。

【０１９５】工程−６ 上記工程−４の活性化処理及び工程−５のレーザー照射
処理を更に順次２回繰り返して行った。

【０１９６】同様の処理を３度行っているのは、照射レ
ーザーパワーが実施例１に比べて強く、導電性膜３上に
形成された被膜の結晶性の向上の効果に加えて、部分的
な蒸発が進行するので、減少した量を補うために上述の
操作を繰り返し行うことで、高結晶性の炭素被膜を厚く
する効果がある。

【０１９７】尚、上記工程−５及び工程−６の操作は、
２個の素子のうちの片方についてのみ行った。

【０１９８】工程−７ 続いて、真空容器５５内を１０^-7ｔｏｒｒまで排気後、
１８０℃、５時間ベーキングを行う安定化工程を施し
た。

【０１９９】次に、以上の工程によって作製した２つの
表面伝導型電子放出素子の特性及び形態について観察し
た。

【０２００】先ず、素子の電子放出特性の測定は、上述
の図５の測定評価系を用いて行った。具体的にはアノー
ド電極５４と電子放出素子間の距離を４ミリメートル、
アノード電極５４の電位を１ｋＶ、電子放出特性測定時
の真空容器５５内の真空度を１×１０^-7ｔｏｒｒとし、
素子電極４，５間に素子電圧を１４Ｖ印加し、その時に
流れる素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅを測定した。

【０２０１】その結果、前記工程−５及び工程−６を行
った本発明による素子は、測定初期より、安定した素子
電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが観察され、素子電圧１４Ｖで
は素子電流Ｉｆが２．５ｍＡ、放出電流Ｉｅが４．３μ
Ａとなり、電子放出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆは０．１７％で
あった。

【０２０２】一方、前記工程−５及び工程−６を行わな
かった素子は、素子電圧１４Ｖでは素子電流Ｉｆが０．
９５ｍＡ、放出電流Ｉｅが０．６μＡとなり、電子放出
効率η＝Ｉｅ／Ｉｆは０．０６％であった。

【０２０３】以上より、本発明による素子は、測定初期
より、安定でかつ効率の良い電子放出素子であることが
わかる。又、実施例１の本発明による素子と同様、熱的
安定性が高いと推定される。

【０２０４】次に、本実施例によって作製された２つの
素子を電子顕微鏡で観察したところ、素子の形態は、素
子電極４，５間の導電性膜３の変質部分、すなわち電子
放出部２から高電位側により厚く被膜が形成されてい
た。また、この被膜は金属微粒子の周囲及び微粒子間に
も形成されているようであった。

【０２０５】さらに、これらの素子をラマン分光光度計
で測定したところ、レーザー照射を行った素子の結晶性
の方が単に活性化処理のみを施した素子よりも上昇して
いることがわかった。

【０２０６】以上より、活性化後に電子放出部分２に選
択的にレーザーを照射することで、被膜している炭素膜
の結晶性を向上することができ、素子電流Ｉｆ、放出電
流Ｉｅが安定し、かつ効率の良い電子放出素子が作製さ
れた。

【０２０７】（実施例３）多数の表面伝導型電子放出素
子を単純マトリクス配置した図７に示したような電子源
を用いて、図８に示したような画像形成装置を作製した
例を説明する。

【０２０８】複数の導電性膜がマトリクス配線された基
板１の一部の平面図を図１３に示す。また、図１３中の
Ａ−Ａ’断面図を図１４に示す。但し、図７、図８、図
１３及び図１４において同じ符号は同じ部材を示す。

【０２０９】ここで１は基板、１０２はＸ方向配線（下
配線とも呼ぶ）、１０３はＹ方向配線（上配線とも呼
ぶ）、３は導電性膜、４，５は素子電極、４０１は層間
絶縁層、４０２は素子電極４と下配線１０２と電気的接
続のためのコンタクトホールである。

【０２１０】先ず、電子源の製造方法を、図１５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〜ｈは図１５の（ａ）〜（ｈ）に対応するものであ
る。

【０２１１】工程−ａ 十分に清浄化した青板ガラス上に厚さ０．５マイクロメ
ートル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５ナノメートルのＣｒ、厚
さ６００ナノメートルの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１０２のレジストパターンを形成し、
Ａｕ／Ｃｒ堆積膜をウエットエッチングして、所望の形
状の下配線１０２を形成した。

【０２１２】工程−ｂ 次に、厚さ１．０マイクロメートルのシリコン酸化膜か
らなる層間絶縁層４０１をＲＦスパッタ法により堆積し
た。

【０２１３】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４
０２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４０１をエッチングしてコ
ンタクトホール４０２を形成した。エッチングはＣＦ₄
とＨ₂ ガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ・Ｉｏｎ
・Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によった。

【０２１４】工程−ｄ その後、素子電極パターンをホトレジスト（ＲＤ−２０
００Ｎ−４１・日立化成社製）で形成し、スパッタ法に
より、厚さ１００ナノメートルのＩＴＯを堆積した。ホ
トレジストパターンを有機溶剤で溶解し、ＩＴＯ膜をリ
フトオフし、素子電極間隔Ｌが３マイクロメートル、幅
Ｗが３００マイクロメートルの素子電極４，５を形成し
た。

【０２１５】工程−ｅ 素子電極４，５の上に上配線１０３のホトレジストパタ
ーンを形成した後、厚さ５ナノメートルのＴｉ、厚さ５
００ナノメートルの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１０３を形成した。

【０２１６】工程−ｆ 次に、膜厚１０００ÅのＣｒ膜４０３を真空蒸着により
堆積・パターニングし、その上に有機Ｐｄ（ｃｃｐ４２
３０・奥野製薬（株）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。こうし
て形成された主元素がＰｄＯの微粒子からなる導電性膜
３の膜厚は約１０ナノメートル、シート抵抗値は３×１
０⁴ Ω／□であった。尚、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）の膜を指し、その粒径とは、前記状態
で粒子形状が認識可能な微粒子についての径をいう。

【０２１７】工程−ｇ Ｃｒ膜４０３及び焼成後の導電性膜３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。

【０２１８】工程−ｈ コンタクトホール４０２部分以外にレジストを塗布して
パターンを形成し、真空蒸着により厚さ５ナノメートル
のＴｉ、厚さ５００ナノメートルの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４０２を埋め込んだ。

【０２１９】以上の工程により、基板１上に下配線１０
２、層間絶縁層４０１、上配線１０３、素子電極４，
５、導電性膜３等を形成した。

【０２２０】次に、以上のようにして作製した複数の導
電性膜３がマトリクス配線された基板１（図１３）を用
いて画像形成装置を構成した例を、図８と図９を用いて
説明する。

【０２２１】上述のようにして複数の導電性膜３がマト
リクス配線された基板１（図１３）をリアプレート１１
１上に固定した後、基板１の５ｍｍ上方に、フェースプ
レート１１６（ガラス基板１１３の内面に蛍光膜１１４
とメタルバック１１５が形成されて構成される）を支持
枠１１２を介して配置し、フェースプレート１１６、支
持枠１１２、リアプレート１１１の接合部にフリットガ
ラスを塗布し、大気中で４３０℃で１０分以上焼成する
ことで封着した。またリアプレート１１１への基板１の
固定もフリットガラスで行った。

【０２２２】蛍光膜１１４は、モノクロームの場合は蛍
光体１２２のみからなるが、本実施例では蛍光体１２２
はストライプ形状（図９（ａ））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１２２
を塗布して蛍光膜１１４を作製した。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
分とする材料を用いた。

【０２２３】ガラス基板１１３に蛍光体１２２を塗布す
る方法としてはスラリー法を用いた。また、蛍光膜１１
４の内面側にはメタルバック１１５を設けた。メタルバ
ック１１５は、蛍光膜１１４の作製後、蛍光膜１１４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。

【０２２４】フェースプレート１１６には、更に蛍光膜
１１４の導電性を高めるため、蛍光膜１１４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１１５のみで十分な導電性が得ら
れたので省略した。

【０２２５】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体１２２と表面伝導型電子放出素子１０４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。

【０２２６】以上のようにして完成した外囲器１１８内
の雰囲気を排気管（図示せず）を通じ真空ポンプにて１
０の−５乗ｔｏｒｒ程度の真空度まで排気した後、外部
端子Ｄｘ１ないしＤｘｍとＤｙ１ないしＤｙｎを通じ、
素子電極４，５間に電圧を印加し、導電性膜３をフォー
ミング処理することにより電子放出部２を作成した。フ
ォーミング処理の電圧波形は、先の実施例と同様とし
た。

【０２２７】このように作成された電子放出部２は、パ
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３ナノメートルであ
った。

【０２２８】次に、波高値１４Ｖの矩形波で、活性化処
理した。尚、この時、図５の外囲器１１８内の真空度
は、１．５×１０^-5ｔｏｒｒとした。そして約４０分で
活性化処理を終了した。

【０２２９】引き続き、上記活性化処理によって電子放
出部２を含む導電性膜３上に被覆された炭素を主成分と
する被膜上に、可視光Ａｒ⁺レーザー（使用波長は５１
４．５ナノメートル）を導入し、照射点のレーザーパワ
ーが２０ｍＷになるように調整しながら、掃引速度１ｍ
ｍ／分で基板１の裏面から電子放出部２、並びに導電性
膜３上にある炭素被膜に選択的に照射し、加熱した。こ
の時の使用レーザービーム径は、およそ１マイクロメー
ター程度であった。

【０２３０】最後に、１５０℃、１０時間の安定化工程
を施した後、封止後の真空度を維持するために、高周波
加熱法でゲッター処理を行った。

【０２３１】以上のように完成した画像形成装置におい
て、外部端子Ｄｘ１ないしＤｘｍと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
より夫々表面伝導型電子放出素子１０４に印加すること
により電子放出させると共に、高圧端子Ｈｖを通じてメ
タルバック１１４に数ｋＶ以上の高圧を印加して、電子
ビームを加速し、蛍光膜１１５に衝突させ、励起・発光
させることで画像を表示した。

【０２３２】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、導
電性膜の間隙（亀裂）部を含む領域に被覆された炭素被
膜に局所的な加熱処理を施すことにより、グラファイト
あるいはアモルファスカーボンあるいはそれらの混合物
からなる炭素を主成分とする該被膜の結晶性を向上する
ことができ、従来よりも電子放出効率が高く、かつ安定
性の高い電子放出素子が得られる。

【０２３３】また、電子放出素子とこれの駆動手段とを
備えた電子源においては、安定で制御された電子放出特
性が得られ、且つ歩留よく作製できるようになった。

【０２３４】また、画像形成用パネル並びに画像形成装
置においても、安定で制御された電子放出特性が得ら
れ、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
ばカラーフラットテレビが実現された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に好適な電子放出素子の一例である平面
型の表面伝導型電子放出素子を模式的に示した平面図及
び縦断面図である。

【図２】本発明に好適な電子放出素子の一例である垂直
型の表面伝導型電子放出素子を模式的に示した図であ
る。

【図３】図１の表面伝導型電子放出素子の基本的構成の
製法を説明するための図である。

【図４】フォーミング波形の例を示す図である。

【図５】表面伝導型電子放出素子の測定評価系の一例を
示す概略的構成図である。

【図６】本発明に好適な表面伝導型電子放出素子の放出
電流−素子電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）を示す図である。

【図７】単純マトリクス配置の電子源の概略的構成図で
ある。

【図８】単純マトリクス配置の電子源を用いた画像形成
装置に用いる表示パネル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】梯型配置の電子源の概略的平面図である。

【図１２】梯型配置の電子源を用いた画像形成装置に用
いる表示パネルの概略的構成図である。

【図１３】本発明の実施例に係る電子源の部分平面図で
ある。

【図１４】図１３におけるＡ−Ａ’断面図である。

【図１５】本発明の実施例に係る電子源の製造工程を説
明するための図である。

【図１６】本発明に係る炭素被膜の局部加熱工程におけ
る、Ｗ値とラマン分光法による結晶性評価を示す模式図
である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 電子放出部 ３ 導電性膜 ４，５ 素子電極 ２１ 段差形成材 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 １０２ Ｘ方向配線（下配線） １０３ Ｙ方向配線（上配線） １０４ 表面伝導型電子放出素子 １０５ 結線 １１１ リアプレート １１２ 支持枠 １１３ ガラス基板 １１４ 蛍光膜 １１５ メタルバック １１６ フェースプレート １１８ 外囲器 １２１ 黒色導伝材 １２２ 蛍光体 ２０１ 表示パネル ２０２ 走査回路 ２０３ 制御回路 ２０４ シフトレジスタ ２０５ ラインメモリ ２０６ 同期信号分離回路 ２０７ 変調信号発生器 ３０１ 表示パネル ３０２ グリッド電極 ３０３ 開口 ３０４ 共通配線 ４０１ 層間絶縁層 ４０２ コンタクトホール ４０３ Ｃｒ膜

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極間に、電子放出部を有する導電性膜
   を備える電子放出素子の製造方法において、 一部に間隙を有し、少なくとも該間隙部に炭素を主成分
   とする膜を有する導電性膜の、該炭素を主成分とする膜
   に、局部加熱手段にて加熱を施す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】 電極間に、電子放出部を有する導電性膜
   を備える電子放出素子の製造方法において、 一部に間隙を有する導電性膜の少なくとも該間隙部に、
   炭素を主成分とする膜を形成する工程と、 前記炭素を主成分とする膜に、局部加熱手段にて加熱を
   施す工程とを有することを特徴とする電子放出素子の製
   造方法。
3. 【請求項３】 更に、導電性膜に間隙を形成する工程を
   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】 前記導電性膜に間隙を形成する工程は、
   該導電性膜に電圧を印加する工程を有する請求項３に記
   載の電子放出素子の製造方法。
5. 【請求項５】 前記炭素を主成分とする膜を形成する工
   程と、前記局部加熱手段にて加熱を施す工程とを繰り返
   し行う過程を有する請求項２〜４のいずれかに記載の電
   子放出素子の製造方法。
6. 【請求項６】 前記導電性膜の間隙部に炭素を主成分と
   する膜を形成する工程は、炭素あるいは炭素化合物の雰
   囲気下にて、該導電性膜に電圧を印加する工程を有する
   請求項２〜５のいずれかに記載の電子放出素子の製造方
   法。
7. 【請求項７】 前記局部加熱手段にて加熱を施す工程
   は、前記炭素を主成分とする膜の結晶性を向上させる工
   程である請求項１〜６のいずれかに記載の電子放出素子
   の製造方法。
8. 【請求項８】 前記局部加熱手段は、レーザーである請
   求項１〜７のいずれかに記載の電子放出素子の製造方
   法。
9. 【請求項９】 前記導電性膜は、微粒子からなる請求項
   １〜８のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記微粒子は、金属あるいは金属酸化
    物である請求項９に記載の電子放出素子の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記炭素を主成分とする膜は、アモル
    ファスカーボンあるいはグラファイトあるいはこれらの
    混合物を主体としてなる請求項１〜１０のいずれかに記
    載の電子放出素子の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記電子放出素子は、表面伝導型電子
    放出素子である請求項１〜１１のいずれかに記載の電子
    放出素子の製造方法。
13. 【請求項１３】 電子放出素子と前記電子放出素子の駆
    動手段とを有する電子源の製造方法において、前記電子
    放出素子が、請求項１〜１２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電子源の製造方法。
14. 【請求項１４】 前記電子源は、複数の電子放出素子が
    並列に結線された素子列を少なくとも１列以上有する電
    子源である請求項１３に記載の電子源の製造方法。
15. 【請求項１５】 前記電子源は、複数の電子放出素子が
    結線された素子列の複数列がマトリクス配置されている
    電子源である請求項１３に記載の電子源の製造方法。
16. 【請求項１６】 電子放出素子と電子線の照射により画
    像を形成する画像形成部材とを有する画像形成用パネル
    の製造方法において、前記電子放出素子が、請求項１〜
    １２のいずれかに記載の方法にて製造されることを特徴
    とする画像形成用パネルの製造方法。
17. 【請求項１７】 前記画像形成用パネルは、前記電子放
    出素子の複数が並列に結線された素子列を少なくとも１
    列以上有する画像形成用パネルである請求項１６に記載
    の画像形成用パネルの製造方法。
18. 【請求項１８】 前記画像形成用パネルは、前記電子放
    出素子の複数が結線された素子列の複数列がマトリクス
    配置されている画像形成用パネルである請求項１６に記
    載の画像形成用パネルの製造方法。
19. 【請求項１９】 前記画像形成部材が、蛍光体である請
    求項１６〜１８のいずれかに記載の画像形成用パネルの
    製造方法。
20. 【請求項２０】 電子放出素子と、画像形成部材と、前
    記電子放出素子から放出される電子線の前記画像形成部
    材への照射を情報信号に応じて制御する駆動手段とを有
    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１〜１２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。
21. 【請求項２１】 前記画像形成装置は、前記電子放出素
    子の複数が並列に結線された素子列を少なくとも１列以
    上有する画像形成装置である請求項２０に記載の画像形
    成装置の製造方法。
22. 【請求項２２】 前記画像形成装置は、前記電子放出素
    子の複数が結線された素子列の複数列がマトリクス配置
    されている画像形成装置である請求項２０に記載の画像
    形成装置の製造方法。
23. 【請求項２３】 前記画像形成部材が、蛍光体である請
    求項２０〜２２のいずれかに記載の画像形成装置の製造
    方法。