JP2000021289A - 電子放出素子、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】 【課題】 高品位且つ高寿命の画像形成装置を実現し得
る電子放出素子を提供する。 【解決手段】 素子電極２，３間に、電子放出部５を有
する導電性膜４を備える電子放出素子において、導電性
膜４を物理的或は化学的に変質させた高抵抗領域６を形
成する。

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、該
電子放出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． Ａ
ｐｐｌ． 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−Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ”， Ｊ． Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．， 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．
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓ．， １０，１２９０（１
９６５）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、基板上に形成
された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことに
より、電子放出が生ずる現象を利用するものである。こ
の表面伝導型電子放出素子としては、前記エリンソン等
によるＳｎＯ₂ 薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によるもの
［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉ
ｌｍｓ”， ９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／
ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎ
ｄ Ｃ．Ｇ． Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥＴｒａｎ
ｓ． 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。

【０００７】これらの表面伝導型電子放出素子の典型的
な例として、前述のＭ．ハートウェルの素子構成を図１
８に模式的に示す。同図において１は基板である。４は
導電性膜で、Ｈ型形状のパターンに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。

【０００８】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
るのが一般的である。即ち、通電フォーミングとは、前
記導電性膜４の両端に電圧を印加通電し、導電性膜４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５を形成する処
理である。尚、電子放出部５では導電性膜４の一部に亀
裂が発生しており、その亀裂付近から電子放出が行われ
る。

【０００９】上述の表面伝導型電子放出素子は、構造が
単純であることから、大面積に亙って多数素子を配列形
成できる利点がある。そこで、この特徴を活かすための
種々の応用が研究されている。例えば、荷電ビーム源、
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（梯子型配置とも呼ぶ）した電子源が挙
げられる（例えば、特開昭６４−３１３３２号公報、特
開平１−２８３７４９号公報、同２−２５７５５２号公
報）。

【００１１】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５０６６８８３号明細書）。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記表面伝導型電子放
出素子の電子放出特性は、スパイクノイズ、ステップノ
イズ、スペックルノイズ等の急激な放出電流の変動が有
り、不安定な電子放出特性の経時変化を示すという問題
点が有った。この主な原因は、電圧印加時に真空雰囲気
中の残留ガスが電子放出部に吸着や離脱したり、電子放
出部表面の微小な領域の形態が変化したりすることによ
る、表面の仕事関数の変化や、電界強度の変化により、
急激に放出電流が増加したり減少したりすることによ
る。

【００１３】本出願人は、以前から上記問題点を解消す
る方法を提案している（特開平２−２４７９３６号公
報、特開平２−２４７９３７号公報、特開平３−９８２
３３号公報）。これらは、表面伝導型電子放出素子に直
列に電流制限抵抗を接続することで、放出電流の経時変
化における急激な変動を抑制し、電子放出特性の安定性
を向上させて、かつ素子寿命を向上させるものである。
更に、上記電流制限抵抗を電子放出素子部近傍に形成す
ると、より効果的に放出電流の安定化が実現されること
を提案している。

【００１４】一方、上記表面伝導型電子放出素子につい
ては、「活性化」と称される処理を行うことが好まし
い。この活性化処理とは、有機物質を含む雰囲気中で、
素子にパルス電圧を印加し、前述のフォーミング工程に
よって形成された電子放出部に、炭素或は炭素化合物を
堆積させる処理で、この処理により、素子に流れる電流
（以下、「素子電流」という。）と真空中に放出される
電流（以下、「放出電流」という。）ともに増大する。

【００１５】しかしながら、前述のように表面伝導型電
子放出素子に予め直列に抵抗を形成しておくと、フォー
ミングに要する電力の増大を招くと共に、活性化処理の
際に電子放出部にかかる電圧が低下するため、フォーミ
ング処理と活性化処理を効果的に行うことができない場
合があった。

【００１６】本発明は、上記問題点を解消し、電子放出
が安定で且つ長寿命な電子放出素子の新規な構成と、か
かる電子放出素子を簡易な工程で安定的に製造する方法
を提供するものである。また本発明は、上記電子放出素
子を複数備え、電子放出が安定で且つ長寿命な電子源及
び画像形成装置を提供するものである。

【００１７】

【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、下述する構成のものである。

【００１８】即ち、本発明の第１は、基体上の一対の電
極間に、電子放出部が形成された導電性膜を有する電子
放出素子において、前記導電性膜の少なくとも一部に、
該導電性膜を起源とする高抵抗な膜領域を有することを
特徴とする電子放出素子にある。

【００１９】上記本発明の第１の電子放出素子は、更に
その特徴として、「前記導電性膜を起源とする高抵抗な
膜領域は、該導電性膜が物理的に変形した領域である」
こと、「前記導電性膜が物理的に変形した領域は、加熱
により凝集した領域である」こと、「前記導電性膜を起
源とする高抵抗な膜領域は、該導電性膜が化学反応によ
り変化した領域である」こと、「前記導電性膜が化学反
応により変化した領域は、該導電性膜を構成する金属の
酸化物からなる領域である」こと、をも含むものであ
る。

【００２０】また、本発明の第２は、基体上の一対の電
極間に、電子放出部が形成された導電性膜を有する電子
放出素子の製造方法において、前記導電性膜の少なくと
も一部の領域を高抵抗化する工程を有することを特徴と
する電子放出素子の製造方法にある。

【００２１】上記本発明の第２の製造方法は、更にその
特徴として、「前記導電性膜の少なくとも一部の領域を
高抵抗化する工程を、導電性膜に電子放出部を形成する
フォーミング工程と、有機物質を含む雰囲気下で前記電
極間に電圧を印加する活性化工程の後に行う」こと、
「前記導電性膜の少なくとも一部の領域を高抵抗化する
工程が、水素存在下における加熱工程である」こと、
「前記導電性膜の少なくとも一部の領域を高抵抗化する
工程が、酸素雰囲気下における加熱工程である」こと、
をも含むものである。

【００２２】また、本発明の第３は、基体上に、複数の
電子放出素子が配列された電子源において、前記電子放
出素子が、上記本発明の第１の電子放出素子であること
を特徴とする電子源にある。

【００２３】上記本発明の第３の電子源は、更にその特
徴として、「前記複数の電子放出素子が、マトリクス状
に配線されている」こと、「前記複数の電子放出素子
が、梯子状に配線されている」こと、をも含むものであ
る。

【００２４】また、本発明の第４は、基体上に、複数の
電子放出素子が配列された電子源の製造方法において、
前記電子放出素子を、上記本発明の第２の方法により製
造することを特徴とする電子源の製造方法にある。

【００２５】また、本発明の第５は、基体上に、複数の
電子放出素子が配列された電子源と、該電子源から放出
される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装置において、前記電子源が、上記
本発明の第３の電子源であることを特徴とする画像形成
装置にある。

【００２６】更に、本発明の第６は、基体上に、複数の
電子放出素子が配列された電子源と、該電子源から放出
される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装置の製造方法において、前記電子
源を、上記本発明の第４の方法により製造することを特
徴とする画像形成装置の製造方法にある。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の電子放出素子の基本的構
成には大別して、平面型と垂直型の２つがある。まず、
平面型の電子放出素子について説明する。

【００２８】図１は、本発明の平面型の電子放出素子の
一構成例を示す模式図であり、図１（ａ）は平面図、図
１（ｂ）は縦断面図である。図１において、１は基板、
２と３は電極（素子電極）、４は導電性膜、５は電子放
出部、６は導電性膜４の一部に形成された高抵抗領域で
ある。

【００２９】基板１としては、石英ガラス、Ｎａ等の不
純物含有量を減少させたガラス、青板ガラス、スパッタ
法等によりＳｉＯ₂ を積層したガラス基板及びアルミナ
等のセラミックス基板等を用いることができる。

【００３０】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、例えばＮｉ，Ｃ
ｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，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。

【００３１】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ１、導電
性膜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、好ましくは、数百ｎｍから数
百μｍの範囲であり、より好ましくは、素子電極間に印
加する電圧等を考慮して数μｍから数十μｍの範囲とす
ることができる。素子電極長さＷ１は、電極の抵抗値、
電子放出特性を考慮して、数μｍから数百μｍの範囲と
することができる。素子電極２，３の膜厚ｄは、数十ｎ
ｍから数μｍの範囲とすることができる。

【００３２】尚、図１に示した構成だけでなく、基板１
上に、導電性膜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。

【００３３】導電性膜４を構成する主な材料は、Ｃｕ，
Ｎｉ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｐｂ，Ａｌ，Ｉ
ｒ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｍｏ，Ｗ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｍｇ，Ｃｏ，
Ｒｅ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ａｓ，Ｓｅ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｒｕ，Ｉ
ｎ，Ｓｎ，Ｔａ等の金属の中から適宜選択される。尚、
導電性膜４は、素子電極２，３と同じ材料を用いて形成
することもでき、その場合には、導電性膜４と素子電極
２，３とを明確に区別する必要はない。

【００３４】電子放出部５は、導電性膜４の一部に形成
された亀裂を含み、その内部には、後述の製法によって
数Åから数百ｎｍ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、導電性膜４を構成
する材料の元素の一部、あるいは全ての元素を含有する
ものとなる。電子放出部５及びその近傍の導電性膜４に
は、後述の活性化工程により形成される炭素或は炭素化
合物を有する。

【００３５】高抵抗領域６は、詳しくは後述するが、導
電性膜４を物理的若しくは化学的に変質させて高抵抗化
した領域である。この高抵抗領域６の抵抗は、数十Ωか
ら数ＭΩの範囲に設定すればよく、特に、数百Ωから数
十ｋΩの範囲に設定するのが望ましい。

【００３６】次に、垂直型の電子放出素子について説明
する。

【００３７】図２は、本発明の垂直型の電子放出素子の
一構成例を示す模式図であり、図１に示した部位と同じ
部位には図１に付した符号と同一の符号を付している。
２１は段差形成部である。基板１、素子電極２及び３、
導電性膜４、電子放出部５、高抵抗領域６は、前述した
平面型の電子放出素子の場合と同様の材料で構成するこ
とができる。段差形成部２１は、真空蒸着法、印刷法、
スパッタ法等で形成されたＳｉＯ₂ 等の絶縁性材料で構
成することができる。段差形成部２１の膜厚は、先に述
べた平面型の電子放出素子の素子電極間隔Ｌに対応し、
数百ｎｍから数十μｍの範囲とすることができる。この
膜厚は、段差形成部２１の製法、及び、素子電極２，３
間に印加する電圧を考慮して設定されるが、数十ｎｍか
ら数μｍの範囲が好ましい。

【００３８】本発明の電子放出素子の製造方法としては
様々な方法があるが、その一例を図３に基づいて説明す
る。尚、図３においても図１に示した部位と同じ部位に
は図１に付した符号と同一の符号を付している。

【００３９】１）基板１を洗剤、純水および有機溶剤に
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３
（ａ））。

【００４０】２）基板１に、通常の薄膜形成法により導
電性膜を成膜し、フォトリソグラフィー技術によりパタ
ーニングし、所望の形状を持った導電性膜４を形成する
（図３（ｂ））。導電性膜の形成法としては、有機金属
溶液塗布／焼成法、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
等を用いることができる。

【００４１】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
より通電すると、導電性膜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
ミングの電圧波形は、特にパルス波形が好ましい。

【００４２】４）フォーミングを終えた素子には、活性
化工程と呼ばれる処理を施すのが好ましい。この工程に
より、素子電流Ｉ_f ，放出電流Ｉ_e を著しく変化させる
ことができる。

【００４３】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、素子に
パルスの印加を繰り返すことで行うことができる。この
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、前述の素子の形
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、場合に応じ適宜設定される。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
上に堆積する。

【００４４】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，ＧＣを包含するもの
で、ＨＯＰＧはほぼ完全なグラファイト結晶構造、ＰＧ
は結晶粒が２０ｎｍ程度で結晶構造がやや乱れたもの、
ＧＣは結晶粒が２ｎｍ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、５０ｎｍ以下の範囲とするのが好ましく、３０ｎ
ｍ以下の範囲とすることがより好ましい。

【００４５】尚、活性化工程の終了判定は、活性化処理
中に素子電流Ｉ_f と放出電流Ｉ_e を測定しながら、適宜
行うことができる。

【００４６】５）次に、導電性膜４に高抵抗領域６を形
成する加熱処理を行う（図３（ｄ））。加熱処理は、導
電性膜４の材料に応じて真空中、水素雰囲気中、還元雰
囲気中、酸化雰囲気中、窒化可能雰囲気中、炭化可能雰
囲気中等で行うことができる。

【００４７】前述の膜厚を有する導電性膜４は、例えば
真空中、水素雰囲気中、還元雰囲気中において、導電性
膜材料の金属の融点（絶対温度）の１／３から２／３程
度の低い温度（数百℃）で高抵抗化のための凝集処理が
可能である。特に、導電性膜がＰｔ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ａｕ
等の場合には、水素存在下では、真空中に比べて、加熱
処理温度が数百度低減可能となる。図４にＰｄを用いた
導電性膜の場合の水素中での抵抗変化を示した。Ｐｄ膜
を水素中で適当な温度（Ｔ₁ ）に加熱すると、Ｐｄは凝
集して高抵抗な網目構造のＰｄ膜が形成される。例え
ば、１０μｍ×３００μｍの広さのＰｄ膜の抵抗（Ｒ
_f ）が５Ωの場合、３００℃加熱で凝集した網目構造の
Ｐｄ膜の抵抗（Ｒ₁ ）は約５ｋΩとなる。

【００４８】また、導電性膜４の酸化は、酸化雰囲気下
において加熱処理により行なう。雰囲気は、酸素中、空
気中が可能で、温度は導電性膜４としてＰｄ膜を用いる
場合、およそ３００℃加熱で酸化して、抵抗は２桁以上
高抵抗化する。

【００４９】上記のようにして電子放出部５と直列する
高抵抗領域６を形成することにより、素子電流の変動を
抑制し、これにより、放出電流Ｉ_e を安定させることが
できる。また、素子電流の急激な変化は電子放出部５の
微小領域での変形を招き、寿命を縮めることにもなるた
め、高抵抗領域６を形成することにより素子の長寿命化
にもなる。

【００５０】本発明の製造方法では、電子放出部５と直
列する高抵抗領域６の源を、導電性膜自体とし、これを
加熱凝集或は酸化等による物理的或は化学的変質によっ
て高抵抗領域６を形成するものであるため、工程が極め
て簡単である。

【００５１】高抵抗領域６の形成は、前述のフォーミン
グ工程及び活性化工程の後で実施することが望ましい。
これにより、フォーミング工程及び活性化工程を各々最
適な膜抵抗において実施することができ、これらの工程
を効果的に行うことができる。また、高抵抗領域６は、
図１において導電性膜４の一部に形成しているが、導電
性膜４全体を高抵抗化して高抵抗領域６とすることもで
きる。

【００５２】６）以上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を排気する工程である。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。

【００５３】前記活性化の工程で、排気装置として油拡
散ポンプやロータリーポンプを用い、これから発生する
オイル成分に由来する有機ガスを用いた場合には、この
成分の分圧を極力低く抑える必要がある。真空容器内の
有機成分の分圧は、上記炭素あるいは炭素化合物がほぼ
新たに堆積しない分圧で１×１０^-6Ｐａ以下が好まし
く、さらには１×１０^-8Ｐａ以下が特に好ましい。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、８０〜２５０℃好ましくは１５０℃以上で、
できるだけ長時間処理するのが望ましいが、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。真空容器内の圧力は極力低くすることが必要
で、１×１０^-5Ｐａ以下が好ましく、さらには１×１０
^-6Ｐａ以下が特に好ましい。

【００５４】安定化工程を行った後の、駆動時の雰囲気
は、上記安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが好ま
しいが、これに限るものではなく、有機物質が十分除去
されていれば、圧力自体は多少上昇しても十分安定な特
性を維持することが出来る。このような真空雰囲気を採
用することにより、新たな炭素あるいは炭素化合物の堆
積を抑制でき、結果として素子電流Ｉ_f ，放出電流Ｉ_e
が、安定する。

【００５５】上述した工程を経て得られた本発明の電子
放出素子の基本特性について、図５，図６を参照しなが
ら説明する。

【００５６】図５は、真空処理装置の一例を示す模式図
であり、この真空処理装置は測定評価装置としての機能
をも兼ね備えている。図５においても、図１に示した部
位と同じ部位には図１に付した符号と同一の符号を付し
ている。

【００５７】図５において、５５は真空容器であり、５
６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。また、５１は電子放出素子に素子電
圧Ｖ_f を印加するための電源、５０は素子電極２，３間
の導電性膜４を流れる素子電流Ｉ_f を測定するための電
流計、５４は素子の電子放出部５より放出される放出電
流Ｉ_e 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５より放出される放出電流Ｉ_e 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２〜８ｍｍの範囲として測定を行
うことができる。

【００５８】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。

【００５９】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により構成されてい
る。ここに示した電子放出素子基板を配した真空処理装
置の全体は、不図示のヒーターにより加熱できる。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。

【００６０】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Ｉ_e 及び素子電流Ｉ_f と、素子電
圧Ｖ_f と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Ｉ_e が素子電流Ｉ_f に比べて著しく小さ
いので、任意単位で示している。尚、縦・横軸ともリニ
アスケールである。

【００６１】図６からも明らかなように、本発明の電子
放出素子は、放出電流Ｉ_e に関して次の３つの特徴的性
質を有する。

【００６２】即ち、第１に、本素子はある電圧（閾値電
圧と呼ぶ；図６中のＶ_th）以上の素子電圧を印加すると
急激に放出電流Ｉ_e が増加し、一方閾値電圧Ｖ_th以下で
は放出電流Ｉ_e が殆ど検出されない。つまり、放出電流
Ｉ_e に対する明確な閾値電圧Ｖ_thを持った非線形素子で
ある。

【００６３】第２に、放出電流Ｉ_e が素子電圧Ｖ_f に単
調増加依存するため、放出電流Ｉ_eは素子電圧Ｖ_f で制
御できる。

【００６４】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Ｖ_f 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Ｖ_f を印加する時間により制御できる。

【００６５】以上の説明より理解されるように、本発明
の電子放出素子は、入力信号に応じて、電子放出特性を
容易に制御できることになる。この性質を利用すると複
数の電子放出素子を配して構成した電子源、画像形成装
置等、多方面への応用が可能となる。

【００６６】図６においては、素子電流Ｉ_f が素子電圧
Ｖ_f に対して単調増加する（ＭＩ特性）例を示したが、
素子電流Ｉ_f が素子電圧Ｖ_f に対して電圧制御型負性抵
抗特性（ＶＣＮＲ特性）を示す場合もある（不図示）。
これらの特性は、前述の工程を制御することで制御でき
る。

【００６７】次に、本発明の電子放出素子の応用例につ
いて以下に述べる。本発明の電子放出素子を複数個基板
上に配列し、例えば電子源や画像形成装置が構成でき
る。

【００６８】電子放出素子の配列については、種々のも
のが採用できる。一例として、並列に配置した多数の電
子放出素子の個々を両端で接続し、電子放出素子の行を
多数個配し（行方向と呼ぶ）、この配線と直交する方向
（列方向と呼ぶ）で、該電子放出素子の上方に配した制
御電極（グリッドとも呼ぶ）により、電子放出素子から
の電子を制御駆動する梯子状配置のものがある。これと
は別に、電子放出素子をＸ方向及びＹ方向に行列状に複
数個配し、同じ行に配された複数の電子放出素子の電極
の一方を、Ｘ方向の配線に共通に接続し、同じ列に配さ
れた複数の電子放出素子の電極の他方を、Ｙ方向の配線
に共通に接続するものが挙げられる。このようなものは
所謂単純マトリクス配置である。まず単純マトリクス配
置について以下に詳述する。

【００６９】本発明の電子放出素子については、前述し
た通り３つの特性がある。即ち、表面伝導型電子放出素
子からの放出電子は、閾値電圧以上では、対向する素子
電極間に印加するパルス状電圧の波高値と幅で制御でき
る。一方、閾値電圧以下では、殆ど放出されない。この
特性によれば、多数の電子放出素子を配置した場合にお
いても、個々の素子にパルス状電圧を適宜印加すれば、
入力信号に応じて、表面伝導型電子放出素子を選択して
電子放出量を制御できる。

【００７０】以下この原理に基づき、本発明の電子放出
素子を複数配して得られる電子源基板について、図７を
用いて説明する。図７において、７１は電子源基板、７
２はＸ方向配線、７３はＹ方向配線である。７４は電子
放出素子、７５は結線である。

【００７１】ｍ本のＸ方向配線７２は、Ｄ_x1，Ｄ_x2，…
…，Ｄ_xm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、幅は適宜設計される。Ｙ方向配
線７３は、Ｄ_y1，Ｄ_y2，……，Ｄ_yn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）。

【００７２】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。

【００７３】電子放出素子７４を構成する一対の素子電
極（不図示）は、それぞれｍ本のＸ方向配線７２とｎ本
のＹ方向配線７３に、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。

【００７４】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、また夫々異なってもよい。これらの材料は、例えば
前述の素子電極の材料より適宜選択される。素子電極を
構成する材料と配線材料が同一である場合には、素子電
極に接続した配線は素子電極ということもできる。

【００７５】Ｘ方向配線７２には、Ｘ方向に配列した電
子放出素子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方向に配列した電子放出素子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。

【００７６】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。

【００７７】このような単純マトリクス配置の電子源を
用いて構成した画像形成装置について、図８と図９及び
図１０を用いて説明する。図８は、画像形成装置の表示
パネルの一例を示す模式図であり、図９は、図８の画像
形成装置に使用される蛍光膜の模式図である。図１０
は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行うため
の駆動回路の一例を示すブロック図である。

【００７８】図８において、７１は電子放出素子を複数
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で
ある。８２は支持枠であり、該支持枠８２には、リアプ
レート８１、フェースプレート８６がフリットガラス等
を用いて接続されている。８８は外囲器であり、例えば
大気中あるいは窒素中で、４００〜５００℃の温度範囲
で１０分間以上焼成することで、封着して構成される。

【００７９】７４は、図１に示したような電子放出素子
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方向配線あ
る。

【００８０】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で構成され
る。リアプレート８１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。即ち、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及び基板７１で外囲器８
８を構成してもよい。一方、フェースプレート８６とリ
アプレート８１の間に、スぺーサーと呼ばれる不図示の
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。

【００８１】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で構成する
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（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。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、導電性があり、光の透過及び反射が少ない
材料を用いることができる。

【００８２】ガラス基板８３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。メタルバックを設ける目的は、
蛍光体の発光のうち内面側への光をフェースプレート８
６側へ鏡面反射することにより輝度を向上させること、
電子ビーム加速電圧を印加するための電極として作用さ
せること、外囲器内で発生した負イオンの衝突によるダ
メージから蛍光体を保護すること等である。メタルバッ
クは、蛍光膜作製後、蛍光膜の内面側表面の平滑化処理
（通常、「フィルミング」と呼ばれる。）を行い、その
後Ａｌを真空蒸着等を用いて堆積させることで作製でき
る。

【００８３】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。

【００８４】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る必要があり、十分
な位置合わせが不可欠となる。

【００８５】図８に示した画像形成装置は、例えば以下
のようにして製造される。

【００８６】外囲器８８内は、前述の安定化工程と同様
に、適宜加熱しながら、イオンポンプ、ソープションポ
ンプ等のオイルを使用しない排気装置により不図示の排
気管を通じて排気し、１０^-5Ｐａ程度の真空度の有機物
質の十分に少ない雰囲気にした後、封止が成される。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内の所定の位置に
配置されたゲッター（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^-5Ｐａ
以上の真空度を維持するものである。ここで、電子放出
素子のフォーミング処理以降の工程は適宜設定できる。

【００８７】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は画像表示パネル、１０２は走査回路、１０３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。

【００８８】表示パネル１０１は、端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ
_oxm 、端子Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn 及び高圧端子８７を介して
外部の電気回路と接続している。端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm
には、表示パネル１０１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電子放出
素子群を１行（ｎ素子）づつ順次駆動する為の走査信号
が印加される。端子Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn には、前記走査信
号により選択された１行の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８７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が、これは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。

【００８９】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（図中、Ｓ₁ 乃至Ｓ
_m で模式的に示している）を備えたものである。各スイ
ッチング素子は、直流電圧電源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Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm と電気的に接
続される。各スイッチング素子Ｓ₁ 乃至Ｓ_m は、制御回
路１０３が出力する制御信号Ｔ_scanに基づいて動作する
ものであり、例えばＦＥＴのようなスイッチング素子を
組み合わせることにより構成することができる。

【００９０】直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には電子放
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。

【００９１】制御回路１０３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
動作を整合させる機能を有する。制御回路１０３は、同
期信号分離回路１０６より送られる同期信号Ｔ_syncに基
づいて、各部に対してＴ_scan，Ｔ_sft 及びＴ_mry の各制
御信号を発生する。

【００９２】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、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Ｔ_sync信号として図示した。前記テレビ信号から分
離された画像の輝度信号成分は、便宜上ＤＡＴＡ信号と
表した。このＤＡＴＡ信号は、シフトレジスタ１０４に
入力される。

【００９３】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Ｔ_sft に基づいて動
作する（即ち、制御信号Ｔ_sft は、シフトレジスタ１０
４の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ライン分のデータ
（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当）は、Ｉ_d1
乃至Ｉ_dnのｎ個の並列信号として前記シフトレジスタ１
０４より出力される。

【００９４】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Ｔ_mry に従っ
て適宜Ｉ_di乃至Ｉ_dnの内容を記憶する。記憶された内容
は、Ｉ_d'1 乃至Ｉ_d'n として出力され、変調信号発生器
１０７に入力される。

【００９５】変調信号発生器１０７は、画像データＩ
_d'1 乃至Ｉ_d'n の各々に応じて、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Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn を通じて表示パネル１０１内
の電子放出素子に印加される。

【００９６】前述したように、本発明の電子放出素子は
放出電流Ｉ_e に関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閾値電圧Ｖ_thがあり、Ｖ_th以上
の電圧が印加された時のみ電子放出が生じる。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する。このことから、本素子にパ
ルス状の電圧を印加する場合、例えば電子放出閾値電圧
以下の電圧を印加しても電子放出は生じないが、電子放
出閾値電圧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
ことにより、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こと
が可能である。

【００９７】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、電圧変調方式とパルス幅変調方
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としては、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電圧パル
スの波高値を変調できるような電圧変調方式の回路を用
いることができる。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。

【００９８】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でもアナログ信号式のもの
でも採用できる。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。

【００９９】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等
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。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。

【０１００】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、例えばオペアンプ等を
用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフト
回路等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。

【０１０１】このような構成をとり得る本発明の画像形
成装置においては、各電子放出素子に、容器外端子Ｄ
_ox1 乃至Ｄ_oxm 、Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn を介して電圧を印加
することにより、電子放出が生じる。高圧端子８７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。

【０１０２】ここで述べた画像形成装置の構成は、本発
明の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Ｎ
ＴＳＣ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方式等の他、これらより
も多数の走査線からなるＴＶ信号（例えば、ＭＵＳＥ方
式をはじめとする高品位ＴＶ）方式をも採用できる。

【０１０３】次に、前述の梯子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。

【０１０４】図１１は、梯子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は、電子放出
素子１１１を接続するための共通配線Ｄ_x1〜Ｄ_x10 であ
り、これらは外部端子として引き出されている。電子放
出素子１１１は、基板１１０上に、Ｘ方向に並列に複数
個配置されている（これを素子行と呼ぶ）。この素子行
が複数個配置されて、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、電子放出閾値以上の電圧を印加
し、電子ビームを放出させたくない素子行には、電子放
出閾値以下の電圧を印加する。各素子行間に位置する共
通配線Ｄ_x2〜Ｄ_x9は、例えばＤ_x2とＤ_x3、Ｄ_x4とＤ_x5、
Ｄ_x6とＤ_x7、Ｄ_x8とＤ_x9とを夫々一体の同一配線とする
こともできる。

【０１０５】図１２は、梯子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
めの開口、Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm は容器外端子、Ｇ₁ 乃至Ｇ
_n はグリッド電極１２０と接続された容器外端子であ
る。１１０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１１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。

【０１０６】図１２においては、基板１１０とフェース
プレート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、電子放出素子１１１か
ら放出された電子ビームを変調するためのものであり、
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
ド電極の形状や配置位置は、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、グリッド電極を電子
放出素子の周囲や近傍に設けることもできる。

【０１０７】容器外端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm 及びグリッド
容器外端子Ｇ₁ 乃至Ｇ_n は、不図示の制御回路と電気的
に接続されている。

【０１０８】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）して行くのと同期してグリッド電極
列に画像１ライン分の変調信号を同時に印加する。これ
により、各電子ビームの蛍光体への照射を制御し、画像
を１ラインずつ表示することができる。

【０１０９】以上説明した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。

【０１１０】

【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。

【０１１１】［実施例１］本実施例は、図１に示したよ
うな電子放出素子を作成した例である。以下、図１及び
図３を用いて、本実施例の電子放出素子の作成方法を説
明する。

【０１１２】工程−（１） 清浄化した青板ガラス上に厚さ０．５μｍのシリコン酸
化膜をスパッタ法で形成した基板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−２０
００Ｎ−４１ 日立化成社製）形成し、真空蒸着法によ
り厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ１００ｎｍ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Ｌは５μｍ
とし、素子電極の長さＷ１が５００μｍの素子電極２，
３を形成した（図３（ａ））。

【０１１３】工程−（２） 不図示のマスクによりフォトレジストをパターニング形
成し、その上にＰｄ膜を真空蒸着により堆積し、空気中
３００℃において加熱酸化することで、ＰｄＯ膜を形成
した。その後、有機溶媒によりフォトレジストを除去す
ることで、ＰｄＯからなる導電性膜４のパターンを形成
した（図３（ｂ））。こうして形成された導電性膜４の
膜厚は１０ｎｍで、その長さＷ２は２００μｍである。

【０１１４】工程−（３） 次に、上記素子を図５の測定評価装置の真空容器５５内
に設置し、真空ポンプにて排気して２．７×１０^-3Ｐａ
の真空度に達した後、素子に素子電圧Ｖ_f を印加するた
めの電源５１より素子電極２，３間に電圧を印加して通
電フォーミング処理し、電子放出部５を形成した（図３
（ｃ））。本実施例でのフォーミング処理の電圧波形
は、パルス幅１ｍｓｅｃ．、パルス間隔１０ｍｓｅｃ．
であり、矩形波の波高値は０．１Ｖステップで昇圧し、
フォーミング処理を行なった。

【０１１５】工程−（４） フォーミング工程後、ＰｄＯからなる導電性膜４を還元
処理し、Ｐｄ膜として低抵抗化した。これは、この後の
活性化処理時に電子放出部５に所望の電圧が印加できる
ようにするためである。還元処理は、２％水素−９８％
窒素の混合ガスを６．７×１０⁴ Ｐａ導入して、数十分
から数時間室温で放置して行った。この還元により、抵
抗は、数ｋΩから数Ωへおよそ３桁低減できる。

【０１１６】工程−（５） 次に、真空容器５５内を真空ポンプにて排気して１．３
×１０^-5Ｐａ以下の真空度に達した後、有機物ガスとし
てアセトンを１×１０^-3Ｐａだけ制御して導入し、素子
に素子電圧Ｖ_f を印加するための電源５１より素子電極
２，３間に電圧を印加し、活性化処理した。電圧印加
は、どちらの素子電極を高電位側としてもよいが、ここ
では素子電極２を高電位側とした。本実施例での活性化
処理の電圧波形は、パルス幅０．１ｍｓｅｃ．、パルス
間隔１０ｍｓｅｃ．であり、矩形波の波高値（ピーク電
圧）は１４Ｖである。これにより、炭素及び炭素化合物
を電子放出部５及びその近傍の導電性膜４上に堆積させ
た。活性化処理は、素子電流Ｉ_f と放出電流Ｉ_e を測定
しながら行い、放出電流Ｉ_e が安定となり飽和した時点
で終了し、電圧印加を停止し、有機物ガスを排気した。

【０１１７】工程−（６） 次に、導電性膜４に高抵抗領域６の形成を行なった（図
３（ｄ））。電子放出部５の両側の電極ギャップ内の導
電性膜を水素雰囲気下で加熱処理することで、凝集させ
て高抵抗化させた。具体的には、２％水素−９８％窒素
混合ガスを６．７×１０⁴ Ｐａ導入し、３５０℃におい
て、５分間加熱した。これにより、同一膜厚でフォーミ
ング／活性化されていない素子では、抵抗が５Ωから２
ｋΩに変化した。

【０１１８】以上のようにして、本実施例の電子放出素
子を作製した。次に、この電子放出素子の特性及び形態
を把握するために、電子放出特性の測定を上述の図５の
測定評価装置を用いて行った。尚、アノード電極５４と
電子放出素子間の距離を４ｍｍ、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１．３×１０^-5Ｐａとし、素子電極２及び３の間
に素子電圧を印加し、その時に流れる素子電流Ｉ_f 及び
放出電流Ｉ_e を測定した。

【０１１９】その結果、測定初期より、ノイズの少ない
安定した素子電流が観察された。素子電圧１４Ｖでは素
子電流Ｉ_f が１．０ｍＡ、放出電流Ｉ_e が１．０μＡと
なり、電子放出効率η＝Ｉ_e ／Ｉ_f （％）は０．１０％
であった。

【０１２０】また、本実施例の電子放出素子では、素子
電流及び放出電流の時間変動が、上記工程−（６）を行
わなかった素子の１／５程度となり、安定性が向上し
た。

【０１２１】［実施例２］本実施例では、実施例１の工
程−（１）から工程−（５）までは同様で、工程−
（６）として、以下の処理を行なった。

【０１２２】工程−（６） 電子放出部５の両側の電極ギャップ内の導電性膜４を酸
素雰囲気下で加熱処理することで酸化し、ＰｄＯからな
る高抵抗領域６を形成した。具体的には、酸素：窒素＝
１：４の混合ガスを６．７×１０⁴ Ｐａ導入し、３００
℃において、１５分間加熱した。これにより、同一膜厚
でフォーミング／活性化されていない素子では、抵抗が
５Ωから１ｋΩに変化した。加熱処理条件は、酸素分圧
の制御が重要であり、また温度が高すぎたり、時間が長
すぎると、活性化で形成した炭素炭素化合物が燃焼して
しまうために注意が必要となる。

【０１２３】以上のようにして作成した電子放出素子の
特性は、真空度１．３×１０^-5Ｐａにおいて、素子電圧
１６Ｖでは素子電流Ｉ_f が１．２ｍＡ、放出電流Ｉ_e が
１．８μＡとなり、電子放出効率η＝Ｉ_e ／Ｉ_f （％）
は０．１５％であった。

【０１２４】本実施例の電子放出素子の素子電流及び放
出電流の経時変動は、実施例１の電子放出素子と同程度
であり、安定性が向上した。

【０１２５】［実施例３］本実施例では、図７に示した
様に多数の電子放出素子を単純マトリクス配線した電子
源基板を用いて、図８に示した様な画像形成装置を作製
した例を説明する。

【０１２６】電子源基板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に示す。但
し、図７、図８、図１３、図１４で、同じ符号は同じも
のを示す。ここで７１は電子源基板、７２は図７のＤ_xn
に対応するＸ方向配線（下配線とも呼ぶ）、７３は図７
のＤ_ynに対応するＹ方向配線（上配線とも呼ぶ）、１５
１は層間絶縁層、１５２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である。

【０１２７】先ず、本実施例の電子源基板の製造方法
を、図１５及び図１６により工程順に従って具体的に説
明する。尚、以下の工程−ａから工程−ｇは、夫々図１
５の（ａ）〜（ｄ）及び図１６の（ｅ）〜（ｈ）に対応
する。

【０１２８】工程−ａ 清浄化した青板ガラス上に厚さ０．５μｍのシリコン酸
化膜をスパッタ法で形成した基板７１上に、真空蒸着に
より厚さ５０ÅのＣｒ、厚さ６０００ÅのＡｕを順次堆
積した後、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、べークした後、ホト
マスク像を露光、現像して、下配線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７２を形成した。

【０１２９】工程−ｂ 次に、厚さ１．０μｍのシリコン酸化膜からなる層間絶
縁層１５１をＲＦスパッタ法により堆積した。

【０１３０】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。

【０１３１】工程−ｄ その後、素子電極と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５０ÅのＴ
ｉ、厚さ１０００Å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Ｌが１０μｍ、素子電極の長
さＷ１が３００μｍの素子電極２，３を形成した。

【０１３２】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５０ÅのＴｉ、厚さ５０００Åの
Ａｕを順次真空蒸着により堆積し、リフトオフにより不
要な部分を除去して、所望の形状の上配線７３を形成し
た。

【０１３３】工程−ｆ 次に、膜厚１０００ÅのＣｒ膜１５３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、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微粒子からなる導電性膜
４の膜厚は１００Å、シート抵抗値は５×１０⁴ Ω／□
であった。

【０１３４】工程−ｇ Ｃｒ膜１５３を酸エッチャントによりエッチングして除
去し、リフトオフにより所望のパターンの導電性膜４を
形成した。

【０１３５】工程−ｈ コンタクトホール１５２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５０ÅのＴｉ、
厚さ５０００Å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。

【０１３６】次に、上記のようにして作製した未フォー
ミングの電子源基板７１を用いて、以下のようにして図
８に示したような画像形成装置を作製した。

【０１３７】上述のようにして多数の導電性膜４をマト
リクス配線した電子源基板７１（図１３）をリアプレー
ト８１上に固定した後、電子源基板７１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８５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、大気中で４００℃で１５分以上焼成すること
で封着した（図８）。尚、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。

【０１３８】フェースプレート８６に形成した蛍光膜８
４は、図９（ａ）に示すように、黒色導電材９１と蛍光
体９２とで構成され、ブラックストライプ配列のカラー
の蛍光膜を用いた。この蛍光膜８４は、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て
作製した。ガラス基板に蛍光体を塗布する方法は、スラ
リー法を用いた。

【０１３９】また、蛍光膜８４の内面側には通常メタル
バック８５を設けた。メタルバック８５は、蛍光膜作製
後、蛍光膜の内面側表面の平滑化処理（通常、「フィル
ミング」と呼ばれる。）を行い、その後、Ａｌを真空蒸
着することで作製した。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、メタルバックのみで十分な導電性が得られ
たので省略した。

【０１４０】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。

【０１４１】以上のようにして完成したパネル（外囲器
８８）内の雰囲気を、不図示の排気管を通じて真空ポン
プにて１．３×１０^-3Ｐａまで排気した。その後、容器
外端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm とＤ_oy1 乃至Ｄ_oyn を通じ素子
電極２，３間に電圧を印加し、導電性膜４をフォーミン
グ処理して電子放出部５を作製した。尚、フォーミング
処理の電圧波形は、パルス幅１ｍｓｅｃ．、パルス間隔
１０ｍｓｅｃ．であり、矩形波の波高値は０．１Ｖステ
ップで昇圧し、フォーミング処理を行なった。

【０１４２】次に、パネル内を真空ポンプにて排気して
１．３×１０^-5Ｐａ以下の真空度に達した後、有機物ガ
スとしてアセトンを１×１０^-3Ｐａだけ制御して導入し
た。その後、容器外端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm とＤ_oy1 乃至
Ｄ_oyn を通じ素子電極２，３間に電圧を印加し、活性化
処理した。尚、活性化処理の電圧波形は、パルス幅０．
１ｍｓｅｃ．、パルス間隔１０ｍｓｅｃ．であり、矩形
波の波高値は１４Ｖである。これにより、炭素及び炭素
化合物を電子放出部５及びその近傍の導電性膜４上に堆
積させた。この時、各素子の素子電極間に同一の電圧が
印加されるように、配線抵抗を考慮した電圧を印加し
た。

【０１４３】次に、パネル内のアセトンを排気した後、
パネル内に２％水素−９８％窒素混合ガスを４×１０⁴
Ｐａ導入し、３２０℃で１０分間加熱した。これにより
Ｐｄからなる導電性膜４は凝集して高抵抗化した。

【０１４４】次に、パネル内を１．３×１０^-4Ｐａ程度
の真空度まで排気し、不図示の排気管をガスバーナーで
熱することで溶着し、パネルの封止を行った。最後に、
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。

【０１４５】以上のようにして作製したパネルの容器外
端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm とＤ_oy1 乃至Ｄ_oyn 、及び高圧端
子８７を夫々必要な駆動系に接続し、画像形成装置を完
成した。この画像形成装置において、各電子放出素子に
は、容器外端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm とＤ_oy1 乃至Ｄ_oyn を
通じ、電圧を印加することにより、電子放出させ、高圧
端子８７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。

【０１４６】本実施例の画像形成装置においては、各電
子放出素子の素子電流及び放出電流の安定性が向上した
ため、ちらつきの少ない画像表示が実現されると共に、
長寿命化が可能となった。

【０１４７】［実施例４］図１７は、実施例３による本
発明の電子放出素子を電子源として用いたディスプレイ
パネル（図８）に、例えばテレビジョン放送を初めとす
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
るように構成した本発明の画像形成装置の一例を示す図
である。

【０１４８】図中２０１はディスプレイパネル、１００
１はディスプレイパネルの駆動回路、１００２はディス
プレイコントローラ、１００３はマルチプレクサ、１０
０４はデコーダ、１００５は入出力インターフェース回
路、１００６はＣＰＵ、１００７は画像生成回路、１０
０８及び１００９及び１０１０は画像メモリーインター
フェース回路、１０１１は画像入力インターフェース回
路、１０１２及び１０１３はＴＶ信号受信回路、１０１
４は入力部である。

【０１４９】尚、本画像形成装置は、例えばテレビジョ
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、記憶等に関する回路や
スピーカー等については説明を省略する。

【０１５０】以下、画像信号の流れに沿って各部の機能
を説明する。

【０１５１】まず、ＴＶ信号受信回路１０１３は、例え
ば電波や空間光通信等のような無線伝送系を用いて伝送
されるＴＶ信号を受信するための回路である。

【０１５２】受信するＴＶ信号の方式は特に限られるも
のではなく、例えばＮＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式、ＳＥＣ
ＡＭ方式等、いずれの方式でもよい。また、これらより
更に多数の走査線よりなるＴＶ信号、例えばＭＵＳＥ方
式を初めとする所謂高品位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。

【０１５３】ＴＶ信号受信回路１０１３で受信されたＴ
Ｖ信号は、デコーダ１００４に出力される。

【０１５４】ＴＶ信号受信回路１０１２は、例えば同軸
ケーブルや光ファイバー等のような有線伝送系を用いて
伝送されるＴＶ信号を受信するための回路である。前記
ＴＶ信号受信回路１０１３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１００４に出力される。

【０１５５】画像入力インターフェース回路１０１１
は、例えばＴＶカメラや画像読み取りスキャナーなどの
画像入力装置から供給される画像信号を取り込むための
回路で、取り込まれた画像信号はデコーダ１００４に出
力される。

【０１５６】画像メモリーインターフェース回路１０１
０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、取り
込まれた画像信号はデコーダ１００４に出力される。

【０１５７】画像メモリーインターフェース回路１００
９は、ビデオディスクに記憶されている画像信号を取り
込むための回路で、取り込まれた画像信号はデコーダ１
００４に出力される。

【０１５８】画像メモリーインターフェース回路１００
８は、静止画ディスクのように、静止画像データを記憶
している装置から画像信号を取り込むための回路で、取
り込まれた静止画像データはデコーダ１００４に入力さ
れる。

【０１５９】入出力インターフェース回路１００５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勿論のこと、場合によっては本画
像形成装置の備えるＣＰＵ１００６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。

【０１６０】画像生成回路１００７は、前記入出力イン
ターフェース回路１００５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ＣＰＵ１００
６より出力される画像データや文字・図形情報に基づ
き、表示用画像データを生成するための回路である。本
回路の内部には、例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等を初め
として、画像の生成に必要な回路が組み込まれている。

【０１６１】本回路により生成された表示用画像データ
は、デコーダ１００４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１００５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。

【０１６２】ＣＰＵ１００６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。

【０１６３】例えば、マルチプレクサ１００３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。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１
００２に対して制御信号を発生し、画面表示周波数や走
査方法（例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。また、前記画像生成回路１００７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１００５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。

【０１６４】尚、ＣＰＵ１００６は、これ以外の目的の
作業にも関わるものであってよい。例えば、パーソナル
コンピュータやワードプロセッサ等のように、情報を生
成したり処理する機能に直接関わってもよい。あるいは
前述したように、入出力インターフェース回路１００５
を介して外部のコンピュータネットワークと接続し、例
えば数値計算等の作業を外部機器と協同して行ってもよ
い。

【０１６５】入力部１０１４は、前記ＣＰＵ１００６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、例えばキーボードやマウスの
他、ジョイスティック、バーコードリーダー、音声認識
装置等の多様な入力機器を用いることが可能である。

【０１６６】デコーダ１００４は、前記１００７ないし
１０１３より入力される種々の画像信号を３原色信号、
又は輝度信号とＩ信号、Ｑ信号に逆変換するための回路
である。尚、図中に点線で示すように、デコーダ１００
４は内部に画像メモリーを備えるのが望ましい。これ
は、例えばＭＵＳＥ方式を初めとして、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。

【０１６７】画像メモリーを備える事により、静止画の
表示が容易になる。あるいは前記画像生成回路１００７
及びＣＰＵ１００６と協同して、画像の間引き、補間、
拡大、縮小、合成を初めとする画像処理や編集が容易に
なるという利点が得られる。

【０１６８】マルチプレクサ１００３は、前記ＣＰＵ１
００６より入力される制御信号に基づき、表示画像を適
宜選択するものである。即ち、マルチプレクサ１００３
はデコーダ１００４から入力される逆変換された画像信
号の内から所望の画像信号を選択して駆動回路１００１
に出力する。その場合には、一画面表示時間内で画像信
号を切り換えて選択することにより、所謂多画面テレビ
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。

【０１６９】ディスプレイパネルコントローラ１００２
は、前記ＣＰＵ１００６より入力される制御信号に基づ
き、駆動回路１００１の動作を制御するための回路であ
る。

【０１７０】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、例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１００１に対して出力する。ディスプレイパネ
ルの駆動方法に関わるものとして、例えば画面表示周波
数や走査方法（例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１００１に対
して出力する。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１００１に対して出力す
る場合もある。

【０１７１】駆動回路１００１は、ディスプレイパネル
２０１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１００３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１００２よ
り入力される制御信号に基づいて動作するものである。

【０１７２】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、本画像形成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２０１に表示することが可能である。即ち、テレビジ
ョン放送を初めとする各種の画像信号は、デコーダ１０
０４におて逆変換された後、マルチプレクサ１００３に
おいて適宜選択され、駆動回路１００１に入力される。
一方、デイスプレイコントローラ１００２は、表示する
画像信号に応じて駆動回路１００１の動作を制御するた
めの制御信号を発生する。駆動回路１００１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２０１
に駆動信号を印加する。これにより、ディスプレイパネ
ル２０１において画像が表示される。これらの一連の動
作は、ＣＰＵ１００６により統括的に制御される。

【０１７３】本画像形成装置においては、前記デコーダ
１００４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路１００
７及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、例えば拡大、縮小、回
転、移動、エッジ強調、間引き、補間、色変換、画像の
縦横比変換等を初めとする画像処理や、合成、消去、接
続、入れ換え、嵌め込み等を初めとする画像編集を行う
ことも可能である。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
てもよい。

【０１７４】従って、本画像形成装置は、テレビジョン
放送の表示機器、テレビ会議の端末機器、静止画像及び
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初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。

【０１７５】図１７に示した表示装置は、本発明の技術
的思想に基づいて種々の変形が可能である。例えば図１
７の構成要素の内、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
用目的によっては更に構成要素を追加してもよい。例え
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
送受信回路等を構成要素に追加するのが好適である。

【０１７６】本表示装置においては、とりわけ電子放出
素子を電子ビーム源とするディスプレイパネルの薄型化
が容易であるため、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、大面積化が容易で輝度が高く
視野角特性にも優れるため、臨場感あふれ迫力に富んだ
画像を視認性良く表示することが可能である。また、電
子放出特性の安定性に優れた電子源を用いたことによ
り、ちらつきの少ない高品位なカラーフラットテレビ
が、実現された。

【０１７７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電子放出部と直列する高抵抗領域の源を導電性膜自体と
し、導電性膜を加熱凝集或は酸化等による物理的或は化
学的変質によって高抵抗領域を形成するものであるた
め、極めて簡単な工程により、素子電流及び放出電流の
安定化、及び長寿命化が実現された。

【０１７８】また、高抵抗領域の形成を、フォーミング
工程及び活性化工程の後で実施することできるため、フ
ォーミング工程及び活性化工程を各々最適な膜抵抗にお
いて実施することができ、これらの工程を効果的に行う
ことができる。このため、より優れた電子放出特性を有
する電子放出素子が得られる。

【０１７９】また、電子放出素子を多数配置した電子
源、及び該電子源を用いた画像形成装置では、各電子放
出素子の電子放出特性の安定化に伴い、ちらつき等の少
ない高品位な画像を表示することができると共に、長寿
命な装置となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用可能な平面型の電子放出素子の一
例を示す模式図である。

【図２】本発明を適用可能な垂直型の電子放出素子の一
例を示す模式図である。

【図３】本発明の電子放出素子の製造方法を説明するた
めの図である。

【図４】本発明の電子放出素子の導電性膜に適用可能な
Ｐｄ膜の水素雰囲気中における加熱処理による抵抗変化
を示す図である。

【図５】本発明の電子放出素子の製造に用いることので
きる真空処理装置（測定評価装置）の一例を示す概略構
成図である。

【図６】本発明の電子放出素子の電子放出特性を示す図
である。

【図７】本発明を適用可能な単純マトリクス配置の電子
源の一例を示す模式図である。

【図８】本発明を適用可能な画像形成装置の表示パネル
の一例を示す模式図である。

【図９】表示パネルにおける蛍光膜の一例を示す模式図
である。

【図１０】本発明の画像形成装置にＮＴＳＣ方式のテレ
ビ信号に応じて表示を行うための駆動回路の一例を示す
ブロック図である。

【図１１】本発明を適用可能な梯子型配置の電子源の一
例を示す模式図である。

【図１２】本発明を適用可能な画像形成装置の表示パネ
ルの一例を示す模式図である。

【図１３】実施例２のマトリクス配線した電子源の一部
を示す模式図である。

【図１４】図１３のＡ−Ａ’断面模式図である。

【図１５】図１３の電子源の製造工程図である。

【図１６】図１３の電子源の製造工程図である。

【図１７】実施例４の画像形成装置のブロック図であ
る。

【図１８】従来例の表面伝導型電子放出素子の模式図で
ある。

【符号の説明】

１ 基板 ２，３ 素子電極 ４ 導電性膜 ５ 電子放出部 ６ 高抵抗領域 ２１ 段差形成部 ５０ 素子電流Ｉ_f を測定するための電流計 ５１ 電子放出素子に素子電圧Ｖ_f を印加するための電
源 ５２ 電子放出部５より放出される放出電流Ｉ_e を測定
するための電流計 ５３ アノード電極５４に電圧を印加するための高圧電
源 ５４ 電子放出部５より放出される電子を捕捉するため
のアノード電極 ５５ 真空容器 ５６ 排気ポンプ ７１ 電子源基板 ７２ Ｘ方向配線 ７３ Ｙ方向配線 ７４ 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 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，Ｖａ 直流電圧源 １１０ 電子源基板 １１１ 電子放出素子 １１２ 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開口 １５１ 層間絶縁層 １５２ コンタクトホール １５３ Ｃｒ膜

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基体上の一対の電極間に、電子放出部が
   形成された導電性膜を有する電子放出素子において、 前記導電性膜の少なくとも一部に、該導電性膜を起源と
   する高抵抗な膜領域を有することを特徴とする電子放出
   素子。
2. 【請求項２】 前記導電性膜を起源とする高抵抗な膜領
   域は、該導電性膜が物理的に変形した領域であることを
   特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
3. 【請求項３】 前記導電性膜が物理的に変形した領域
   は、加熱により凝集した領域であることを特徴とする請
   求項２に記載の電子放出素子。
4. 【請求項４】 前記導電性膜を起源とする高抵抗な膜領
   域は、該導電性膜が化学反応により変化した領域である
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
5. 【請求項５】 前記導電性膜が化学反応により変化した
   領域は、該導電性膜を構成する金属の酸化物からなる領
   域であることを特徴とする請求項４に記載の電子放出素
   子。
6. 【請求項６】 基体上の一対の電極間に、電子放出部が
   形成された導電性膜を有する電子放出素子の製造方法に
   おいて、 前記導電性膜の少なくとも一部の領域を高抵抗化する工
   程を有することを特徴とする電子放出素子の製造方法。
7. 【請求項７】 前記導電性膜の少なくとも一部の領域を
   高抵抗化する工程を、導電性膜に電子放出部を形成する
   フォーミング工程と、有機物質を含む雰囲気下で前記電
   極間に電圧を印加する活性化工程の後に行うことを特徴
   とする請求項６に記載の電子放出素子の製造方法。
8. 【請求項８】 前記導電性膜の少なくとも一部の領域を
   高抵抗化する工程が、水素存在下における加熱工程であ
   ることを特徴とする請求項６又は７に記載の電子放出素
   子の製造方法。
9. 【請求項９】 前記導電性膜の少なくとも一部の領域を
   高抵抗化する工程が、酸素雰囲気下における加熱工程で
   あることを特徴とする請求項６又は７に記載の電子放出
   素子の製造方法。
10. 【請求項１０】 基体上に、複数の電子放出素子が配列
    された電子源において、前記電子放出素子が、請求項１
    〜５のいずれかに記載の電子放出素子であることを特徴
    とする電子源。
11. 【請求項１１】 前記複数の電子放出素子が、マトリク
    ス状に配線されていることを特徴とする請求項１０に記
    載の電子源。
12. 【請求項１２】 前記複数の電子放出素子が、梯子状に
    配線されていることを特徴とする請求項１０に記載の電
    子源。
13. 【請求項１３】 基体上に、複数の電子放出素子が配列
    された電子源の製造方法において、前記電子放出素子
    を、請求項６〜９のいずれかに記載の方法により製造す
    ることを特徴とする電子源の製造方法。
14. 【請求項１４】 基体上に複数の電子放出素子が配列さ
    れた電子源と、該電子源から放出される電子線の照射に
    より画像を形成する画像形成部材とを有する画像形成装
    置において、前記電子源が、請求項１０〜１２のいずれ
    かに記載の電子源であることを特徴とする画像形成装
    置。
15. 【請求項１５】 基体上に複数の電子放出素子が配列さ
    れた電子源と、該電子源から放出される電子線の照射に
    より画像を形成する画像形成部材とを有する画像形成装
    置の製造方法において、前記電子源を、請求項１３に記
    載の方法により製造することを特徴とする画像形成装置
    の製造方法。