JP2000082387A

JP2000082387A - 電子源とその製造方法と駆動方法及び前記電子源を用いた画像形成装置とその駆動方法

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Publication number: JP2000082387A
Application number: JP25147698A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Hamamoto; 康弘浜本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-09-04
Filing date: 1998-09-04
Publication date: 2000-03-21

Abstract

(57)【要約】【課題】長期間に亙り安定した電子放出特性を有する
電子源とその製造方法と駆動方法及び前記電子源を用い
た画像形成装置とその駆動方法を提供する。【解決手段】素子電極間に電子放出部を有する電子放
出素子を複数配した電子源の駆動方法であって、通常は
各電子放出素子を波高値Ｖ１のパルスで駆動し、その駆
動時、所定周期で波高値Ｖ２（Ｖ２はＶ１の１倍以上
１．５倍以下）のリフレッシュパルスを印加する。ま
た、このリフレッシュパルスは図５（ｂ）のように、所
定周期で通常の駆動パルスに重畳されたものでも良い。

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
いた電子源とその製造方法と駆動方法及び前記電子源を
用いた画像形成装置とその駆動方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電子放出素子として熱陰極素
子と冷陰極素子の２種類が知られている。このうち冷陰
極素子では、例えば表面伝導型放出素子や、電界放出型
素子（以下ＦＥ型と記す）や、金属／絶縁層／金属型放
出素子（以下ＭＩＭ型と記す）などが知られている。

【０００３】ＦＥ型の例としては、例えば、W. P. Dyke
& W. W. Dolan,"Field emission",Advance in Electro
n Physics, 8, 89 (1956)や、或は、C. A. Spindt, "Ph
ysical properties of thin-film field emission cath
odes with molybdenium cones", J. Appl. Phys., 47,
5248 (1976)などが知られている。

【０００４】また、ＭＩＭ型の例としては、例えば、C.
A. Mead, "Operation of tunnel-emission Devices",
J. Appl. Phys., 32,646 (1961)などが知られている。

【０００５】表面伝導型放出素子としては、例えば、M.
I. Elinson, Radio E-ng. Electron Phys., 10, 1290,
(1965)や、後述する他の例が知られている。

【０００６】表面伝導型放出素子は、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
伝導型放出素子としては、前記エリンソン(Elinson)等
によるＳｎＯ2薄膜を用いたものの他に、Ａｕ薄膜によ
るもの［G. Dittmer: "Thin Solid Films", 9,317 (197
2)］や、Ｉｎ2Ｏ3／ＳｎＯ2薄膜によるもの［M. Hartwe
ll and C. G. Fonstad：”IEEE Trans. ED Conf.”，51
9 (1975)］や、カーボン薄膜によるもの［荒木久他：真
空、第２６巻、第１号、２２（１９８３）］等が報告さ
れている。

【０００７】これらの表面伝導型放出素子の素子構成の
典型的な例として、図２０に前述のM. Hartwellらによ
る素子の平面図を示す。同図において、３００１は基板
で、３００４はスパッタで形成された金属酸化物よりな
る導電性薄膜である。導電性薄膜３００４は図示のよう
にＨ字形の平面形状に形成されている。この導電性薄膜
３００４に、後述の通電フォーミングと呼ばれる通電処
理を施すことにより、電子放出部３００５が形成され
る。図中の間隔Ｌは、０．５〜１［ｍｍ］，幅Ｗは、
０．１［ｍｍ］に設定されている。尚、図示の便宜か
ら、電子放出部３００５は導電性薄膜３００４の中央に
矩形の形状で示したが、これは模式的なものであり、実
際の電子放出部の位置や形状を忠実に表現しているわけ
ではない。

【０００８】M. Hartwellらによる素子をはじめとして
上述の表面伝導型放出素子においては、電子放出を行う
前に導電性薄膜３００４に通電フォーミングと呼ばれる
通電処理を施すことにより電子放出部３００５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３００４の両端に一定の直流電圧、もし
くは、例えば１Ｖ／分程度の非常にゆっくりとしたレー
トで昇圧する直流電圧を印加して通電し、導電性薄膜３
００４を局所的に破壊もしくは変形もしくは変質せし
め、電気的に高抵抗な状態の電子放出部３００５を形成
することである。尚、局所的に破壊もしくは変形もしく
は変質した導電性薄膜３００４の一部には亀裂が発生す
る。この通電フォーミング後に導電性薄膜３００４に適
宜の電圧を印加した場合には、前記亀裂付近において電
子放出が行われる。このような通電フォーミング処理を
した表面伝導型放出素子は、導電性薄膜３００４に電圧
を印加して、この素子に電流を流すことにより電子放出
部３００５より電子を放出せしめるものである。

【０００９】この表面伝導型放出素子は、構造が単純で
製造も容易であることから、大面積に亙って多数配列形
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、多数の表面伝導型放出素子を配列形
成した例としては、並列に表面伝導型放出素子を配列
し、個々の表面伝導型放出素子の両端（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
（特開昭６４−３１３３２号公報、特開平１−２８３７
４９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
号公報）。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】表面伝導型放出素子を
多数配置した電子源においては、その電子源を用いた画
像形成装置が実用上の使用に耐え得る長期間、安定した
画像表示を行うことができるように、更なる動作安定性
と寿命の向上が要望されている。即ち、画像形成に使用
される電子放出素子の特性を安定して長期間維持できれ
ば、例えばその電子放出素子から放出される電子により
発光する蛍光体を画像形成部材とする画像形成装置にお
いて、長期間にわたり安定して動作する、例えばフラッ
トテレビ等の画像表示装置を提供できる。

【００１２】しかしながら、上述のＭ．ハートウエルに
よる電子放出素子を一定の駆動電圧で駆動する電子源に
おいて、長期間にわたり電子放出特性を安定に維持する
ことができないのが現状である。

【００１３】本発明は上記従来例に鑑みてなされたもの
で、長時間に亙り安定した電子放出特性を有する電子源
とその製造方法と駆動方法及び前記電子源を用いた画像
形成装置とその駆動方法を提供することを目的とする。

【００１４】また本発明の目的は、

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の電子源の製造方法は以下のような工程を備え
る。即ち、素子電極間に電子放出部を有する電子放出素
子を複数配した電子源の製造方法であって、基板上に各
電子放出素子の素子電極となる電極と、電子放出部を構
成する導電性薄膜を形成する工程と、前記導電性薄膜の
それぞれに通電して電子放出部を形成する通電フォーミ
ング工程と、前記通電フォーミング工程で形成された電
子放出部のそれぞれに有機物質のガスを含有する雰囲気
下でパルス信号を印加する活性化工程と、前記活性化工
程の後、前記有機物質のガスを排気して所定の真空状態
に維持する工程とを有することを特徴とする。

【００１５】上記目的を達成するために本発明の電子源
の駆動方法は以下のような工程を備える。即ち、素子電
極間に電子放出部を有する電子放出素子を複数配した電
子源の駆動方法であって、前記電子放出素子のそれぞれ
に、当該電子放出素子が電子を放出する閾値電圧以上の
第１パルス電圧を印加して電子を放出させる駆動工程
と、前記駆動工程で印加される前記第１パルス電圧の間
に前記第１パルス電圧よりも大きい電圧の第２パルス電
圧を印加する工程とを有することを特徴とする。

【００１６】また上記目的を達成するために本発明の画
像形成装置は以下のような構成を備える。即ち、素子電
極間に電子放出部を有する複数の電子放出素子を配設し
た電子源を有し、前記電子源から放出される電子により
画像を形成する画像形成装置であって、画像信号を入力
する入力手段と、前記入力手段により入力された画像信
号に基づいて変調信号を発生する変調信号発生手段と、
前記変調信号発生手段から出力される変調信号を前記電
子放出素子の一方の素子電極に印加し、前記電子放出素
子の他方の素子電極に走査信号を印加して前記変調信号
と前記走査信号との電位差に応じて前記電子源を駆動す
る駆動手段と、前駆駆動手段による駆動時、所定周期で
前記電位差を通常の駆動時の電位差よりも高くするよう
に制御する駆動制御手段と、前記電子源から放出された
電子により画像を形成する像形成手段と、前記電子源か
ら放出された電子を前記像形成手段の方向に加速する加
速手段とを有することを特徴とする。

【００１７】また上記目的を達成するために本発明の画
像形成装置の駆動方法は以下のような工程を備える。即
ち、素子電極間に電子放出部を有する複数の電子放出素
子を配設した電子源を有し、前記電子源から放出される
電子により画像を形成する画像形成装置の駆動方法であ
って、入力した画像信号に基づいて変調信号を発生し、
前記変調信号を前記電子放出素子の一方の素子電極に印
加し、前記電子放出素子の他方の素子電極に走査信号を
印加して前記変調信号と前記走査信号との電位差に応じ
て前記電子源を駆動し、この駆動時、所定周期で前記電
位差を通常の駆動時の電位差よりも高くするように制御
することを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施の形態を詳細に説明する。

【００１９】まず最初に本発明の実施の形態を適用し得
る表面伝導型放出素子の基本的構成を説明する。この表
面伝導型放出素子には大別して平面型及び垂直型の２つ
タイプがある。

【００２０】まず、本実施の形態の平面型の表面伝導型
放出素子について説明する。

【００２１】図１は、本実施の形態の平面型表面伝導型
放出素子の構成を示す図で、図１（ａ）は平面図、図１
（ｂ）はその断面図を示している。

【００２２】図１において、１は基板、２と３は素子電
極、４は導電性薄膜、５は電子放出部を示している。

【００２３】ここで基板１としては、石英ガラス、Ｎａ
等の不純物の含有量を減少したガラス、又は青板ガラ
ス、或は青板ガラスにスパッタ法等により形成したＳｉ
Ｏ2を積層したガラス基板、更には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。

【００２４】この基板１上に対向して配置される素子電
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。これには例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍ
ｏ、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の印刷導
体、Ｉｎ2Ｏ3−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することができ
る。

【００２５】これら素子電極２，３の間隔Ｌ、素子電極
幅Ｗ１、導電性薄膜４の幅Ｗ２等は、応用される形態等
を考慮して適宜設計される。ここで素子電極間隔Ｌは、
好ましくは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の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。

【００２６】また素子電極幅Ｗ１は、電極２，３の抵抗
値、電子放出部５からの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。又、これら素子電極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。

【００２７】尚、図１に示した構成だけでなく、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。

【００２８】この導電性薄膜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１０オングスト
ロームより５００オングストロームである。

【００２９】尚、以下の説明では、フォーミング処理を
通電処理を例にして説明するが、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。

【００３０】また導電性薄膜４を構成する材料は、Ｐ
ｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃ
ｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等の金属、Ｐｄ
Ｏ、ＳｎＯ2、Ｉｎ2Ｏ3、ＰｂＯ、Ｓｂ2０3等の酸化
物、ＨｆＢ2、ＺｒＢ2、ＬａＢ6、ＣｅＢ6、ＹＢ4、Ｇ
ｄＢ4等の硼化物、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、
ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ等の
窒化物、Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体、カーボン等の中から適
宜選択される。

【００３１】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、１０オングストロー
ムから２００オングストロームの範囲である。なお、以
下の説明では「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。

【００３２】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。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、本実施の形態の記述はこれに沿ったものである。

【００３３】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）では次のように記述されている。

【００３４】「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）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。

【００３５】「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
１２〜１３行目）上記のような一般的な呼び方をふまえて、本実施の形態
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。

【００３６】また電子放出部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、或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薄膜４には、炭素及び炭素化合
物を有することもできる。

【００３７】次に、本実施の形態の垂直型の表面伝導型
放出素子について説明する。

【００３８】図２は、本実施の形態の垂直型の表面伝導
型放出素子の一例を示す図である。この図２において、
前述の図１に示した部位と共通する部位には同じ符号を
付し、それらの説明を省略する。

【００３９】２１は段差形成部である。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
に述べた平面型表面伝導型放出素子の素子電極間隔Ｌに
対応し、数百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、数百オングストロームから数十マ
イクロメートルの範囲が好ましい。

【００４０】導電性薄膜４は、素子電極２及び３と段差
形成部２１の作成後に、該素子電極２，３の上に積層さ
れる。電子放出部５は、図２においては、段差形成部２
１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。

【００４１】この表面伝導型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に模式的に示
す。

【００４２】以下、図１及び図３を参照して、本実施の
形態の表面伝導型放出素子の製造方法の一例について説
明する。この図３においても、前述の図１に示した部位
と同じ部位には同一の符号を付している。（１）まず基板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２，３の材料を堆積した後、例えばフォトリソグラ
フィ技術等を用いて基板１上に素子電極２，３を形成す
る（図３（ａ））。（２）こうして素子電極２，３を形成した基板１上に有
機金属溶液を塗布して、有機金属薄膜を形成する。この
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。この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。（３）続いて通電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
電すると、導電性薄膜４の部位に構造の変化した電子放
出部５が形成される（図３（ｃ））。この通電フォーミ
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。この部
位が電子放出部５を構成する。この通電フォーミングの
際に導電性薄膜４に印加される電圧波形の例を図４に示
す。

【００４３】この電圧波形としてはパルス状の波形が好
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。

【００４４】図４（ａ）におけるＴ１及びＴ２のそれぞ
れは、電圧波形のパルス幅と、これらパルスが印加され
る間隔を示している。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。この電圧パルスの波高値（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。このような条件の下で、例えば、数
秒から数十分間電圧を印加する。なお、ここでパルス波
形は矩形波に限定されるものではなく、三角波など所望
の波形を採用することができる。

【００４５】図４（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図４
（ａ）に示したのと同様に、電圧波形のパルス幅と、こ
れらパルスを印加する間隔を示している。この場合の矩
形波の波高値（通電フォーミング時のピーク電圧）は、
例えば０．１Ｖステップ程度ずつ増加させている。

【００４６】この通電フォーミング処理の終了の判定
は、パルスの間隔Ｔ２中に、導電性薄膜４を局所的に破
壊、或は変形させない程度の電圧を印加し、その時に素
子電極２，３間を流れる電流を測定して判定することが
できる。例えば０．１Ｖ程度の電圧を印加し、その時に
素子電極２，３間に流れる素子電流を測定して導電性薄
膜４の抵抗値を求め、その抵抗値が例えば１ＭΩ以上に
なると通電フォーミングを終了させると良い。（４）この通電フォーミングを終えた素子には、更に活
性化工程と呼ばれる処理を施すのが好ましい。この活性
化工程とは、素子電流Ｉf、放出電流Ｉeの特性を著しく
変化させる工程である。

【００４７】この活性化工程は、例えば、有機物質のガ
スを含有する雰囲気下で、通電フォーミングの場合と同
様にパルス電圧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
に、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でき、具体的
には、メタン、エタン、プロパンなどＣｎＨ２ｎ＋２で
表される飽和炭化水素、エチレン、プロピレンなどＣｎ
Ｈ２ｎ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の特
性が著しく変化するようになる。

【００４８】この活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉ
fと放出電流Ｉeを測定しながら適宜行う。なお、この活
性化工程で印加されるパルス幅、パルス間隔、パルス波
高値などは適宜設定される。

【００４９】この活性化工程により素子上に堆積される
炭素及び炭素化合物とは、例えばグラファイト（所謂、
ＨＯＰＧ、ＰＧ、ＧＣ等を包含し、ＨＯＰＧはほぼ完全
なグラファイトの結晶構造、ＰＧは結晶粒が２００オン
グストローム程度で結晶構造がやや乱れたもの、ＧＣは
結晶粒が２０オングストローム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、５００オングストローム以下の範囲とするの
が好ましく、３００オングストローム以下の範囲とする
ことがより好ましい。（５）このような複数の工程を経て得られた電子放出素
子に対して更に安定化工程を行うことが好ましい。この
安定化工程は、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。

【００５０】前述の活性化工程で、排気装置として油拡
散ポンプやロータリポンプを用い、これから発生するオ
イル成分に起因する有機ガスを用いた場合は、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、上記の炭素及び炭素化合物がほぼ新たに
堆積しない分圧で１×１０のマイナス８乗［torr］以下
が好ましく、更には１×１０のマイナス１０乗［torr］
以下が特に好ましい。更に、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の内壁や、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。真空容器
内の圧力は極力低くすることが必要で、１〜３×１０の
マイナス７乗［torr］以下が好ましく、更に１×１０の
マイナス８乗［torr］以下が特に好ましい。

【００５１】このような安定化工程を行った後における
電子放出素子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、真空度自
体は多少低下しても十分安定な特性を維持することが出
来る。

【００５２】このような真空雰囲気を採用することによ
り、新たな炭素或は炭素化合物が電子放出部に堆積され
るのを防止でき、その結果として素子電流Ｉf、放出電
流Ｉeの特性が安定する。

【００５３】更に、本実施の形態では、図５（ａ）
（ｂ）に示されるような駆動法を採用して電子放出を行
わせることにより、長期間安定して電子放出を行うこと
ができる。

【００５４】図５は、本実施の形態における電子源の駆
動方法を実現する駆動信号の電圧波形と安定化信号の電
圧波形の一例を示す図であり、図６は、この電圧波形で
駆動されたときと、従来の駆動法で駆動されたときの素
子電流（素子電極間を流れる電流。以後Ｉf）及び放出
電流（電子放出部から放出され、アノード電極に到達す
る電流。以後Ｉe）の経時変化を示す図である。

【００５５】図５（ａ）において、Ｖ１で表される波高
値のパルス電圧波形は、本実施の形態の表面伝導型放出
素子を通常駆動するためのパルス信号であり、Ｖ２で示
される波高値のパルス電圧波形は、表面伝導型放出素子
の電子放出特性を長時間に亙り安定に維持するために印
加されるパルス（以後、リフレッシュパルスと呼ぶ）を
示している。ここで各パルスのパルス幅はそれぞれＴ
１、Ｔ３であらわされ、パルス間隔はＴ２で表されてい
る。

【００５６】ここで電圧Ｖ２の値は通常、Ｖ１の１倍以
上１．５倍以下に設定されるが、本実施の形態の表面伝
導型放出素子が破壊されない電圧であれば、これ以上の
値でもかまわない。また通常、駆動電圧Ｖ１に対してリ
フレッシュパルス電圧Ｖ３が印加される割合は、単位時
間に印加されるそれぞれのパルスの積算時間が、（Ｖ１で駆動される時間）＞（Ｖ２で駆動される時
間）の関係になるように設定される。例えば、図５（ａ）
で、単位時間あたり波高値Ｖ１のパルスを９９個、波高
値Ｖ２のパルスを１個発生させる場合、波高値Ｖ１のパ
ルスで駆動される時間は９９×Ｔ１、波高値Ｖ２のパル
スで駆動される時間は１×Ｔ３となる。また、図５
（ｂ）において、単位時間あたり波高値Ｖ１の矩形パル
スを７５個、波高値Ｖ２とＶ１の複合パルス５００を２
５個発生する場合は、波高値Ｖ１のパルスで駆動される
時間は７５×Ｔ１＋２５×（Ｔ０−Ｔ３）（Ｔ０は復号
パルスのパルス幅、Ｔ３は波高値Ｖ２のパルス幅）、又
波高値Ｖ２のパルスで駆動される時間は２５×Ｔ３とな
る。

【００５７】図６（ｂ）は、従来において、波高値Ｖ１
の駆動信号パルスのみを長期間印加していると、真空中
に微量に存在する分子の電子放出部への吸着等による汚
染のにより、電流密度の上昇による電子放出部５の電子
放出特性の劣化が生じることがある。これに伴って、同
じ波高値Ｖ１の駆動パルスが印加されても、時間の経過
とともに、その素子における素子電流Ｉf及び放出電流
Ｉeの値が減少する例を示している。このような電子源
を用いた画像形成装置においては、その経時変化に伴な
って、形成される画質の低下を招くことになる。

【００５８】それに対し図６（ａ）は、駆動信号パルス
とは別にリフレッシュパルスを印加することにより、電
子源における素子電流Ｉf及び放出電流Ｉeの特性変化が
従来の駆動法による特性の経時変化に比べて小さくな
り、長期間に亙り安定して特性が維持されることを示し
ている。これは電子放出部５の汚染がリフレッシュパル
スの印加により取り除かれたことによるものと考えられ
る。

【００５９】上述した工程を経て得られた電子放出素子
の基本特性について図７、図８を参照して説明する。

【００６０】図７は、本実施の形態の真空処理装置の一
例を示す図であり、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。なお、この図７におい
ても、図１に示した部位と同じ部位には同一の符号を付
している。

【００６１】図７において、５５は真空容器を示し、５
６はこの真空容器５５内を排気する排気用ポンプであ
る。この真空容器５５内には、前述の図１に示すような
電子放出素子が配されている。即ち、１は電子放出素子
の基板であり、２及び３は素子電極、４は導電性薄膜、
５は電子放出部を示している。５１はこ電子放出素子の
素子電極２，３間に素子電圧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はこの電子放
出素子の電子放出部５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を示している。５３はアノー
ド電極５４に高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。ここでは一例として、アノー
ド電極５４に印加される電圧を１ｋＶ〜１０ｋＶの範囲
とし、アノード電極５４と電子放出素子との間の距離Ｈ
を２ｍｍ〜８ｍｍの範囲として測定を行う。

【００６２】この真空容器５５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
ポンプ等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を配した真空処理装置の全体及
び電子源の基板部１は、不図示のヒータにより、約３０
０度まで加熱できる。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をも行うこと
ができる。

【００６３】図８は、図７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Ｖf
の関係を模式的に示した図である。図８（ａ）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
で任意単位で示している。なお、図８（ａ）（ｂ）にお
いて、縦、横軸ともリニアスケールで示している。

【００６４】図８（ａ）から明らかなように、本実施の
形態の表面伝導型放出素子は、放出電流Ｉeに関して、
以下の３つの特徴的性質を有する。

【００６５】（ｉ）この表面伝導型放出素子は、ある電
圧（閾値電圧、図８（ａ）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、閾値
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に対する明確な閾値電圧Ｖth
を持った非線形素子である。

【００６６】（ii）放出電流Ｉeが素子電圧Ｖfに対して
単調増加するため、放出電流Ｉeを素子電圧Ｖfで制御で
きる。

【００６７】（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。

【００６８】以上の説明から理解されるように、本実施
の形態の表面伝導型放出素子は、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。

【００６９】図８（ａ）において、Ｖｄは駆動パルスの
電圧値、Ｖｒはリフレッシュパルスの電圧値、Ｉfdは駆
動パルスの印加時に流れる素子電流値、Ｉfrはリフレッ
シュパルスの印加時に流れる素子電流値、Ｉedは駆動パ
ルスの印加時にアノード電極５４に流れる電流値、Ｉer
はリフレッシュパルスの印加時にアノード電極５４に流
れる電流値を示している。

【００７０】ここでリフレッシュパルスの電圧Ｖ２は、
通常の駆動パルスの電圧Ｖ１より高い電圧で、また、式
（１）又は式（２）の関係を満たす。

【００７１】｛ｌｏｇ（Ｉfr／Ｉfd）／Δｒ｝ ≧ １４．０ …式（１）｛ｌｏｇ（Ｉer／Ｉed）／Δｒ｝ ≧ １４．０ …式（２）但し、△ｒはリフレッシュパルスと駆動パルスの電圧差
を駆動パルスの電圧値で除した値、即ち（Ｖｒ−Ｖｄ）
／Ｖｄである。

【００７２】図８（ａ）において、素子電流Ｉfが素子
電圧Ｖfに対して単調増加する（以下「ＭＩ特性」とい
う。）例を示したが、図８（ｂ）に示すように、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。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。

【００７３】次に、本実施の形態の電子放出素子の応用
例について以下に述べる。ここでは複数個の表面伝導型
放出素子を基板上に配列した電子源を構成し、その電子
源から放出される電子により画像を形成する画像形成装
置とすることができる。

【００７４】このような電子源における電子放出素子の
配列については、種々のものが採用できる。

【００７５】一例として、並列に配置した多数の電子放
出素子のそれぞれの素子電極を接続した電子放出素子の
行を多数個配し（行方向と呼ぶ）、この行方向と直交す
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の配置のものがあ
る。またこれとは別に、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
放出素子の素子電極の一方を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素子電極の
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。これは、所謂単純マトリクス配置と呼ばれている。

【００７６】そこで、まず単純マトリクス配置について
以下に詳述する。

【００７７】本実施の形態の表面伝導型放出素子につい
ては、前述した（ｉ）乃至（iii）で示される特性があ
る。即ち、表面伝導型放出素子から放出される電子は、
閾値電圧Ｖth以上では、対向する素子電極２，３間に印
加するパルス状電圧の波高値及びパルス幅で制御でき
る。一方、閾値電圧Ｖth以下の電圧が印加された場合に
は殆ど電子が放出されない。このような電子放出特性に
よれば、多数の電子放出素子を配置した場合において
も、入力した信号に応じたパルス状の電圧を個々の素子
に適宜印加すれば、表面伝導型放出素子を選択し電子を
放出させることができ、更にその電子放出量をも制御で
きる。

【００７８】以下この原理に基づき、本実施の形態の電
子放出素子を複数個配して得られる電子源基板について
図９を用いて説明する。

【００７９】図９において、１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
放出素子、７５は結線である。尚、これら表面伝導型電
子放出素７４は、前述した平面型或は垂直型のどちらで
あってもよい。

【００８０】ｍ本のＸ方向配線７２は、Ｄx1，Ｄx2，
…，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。この場合、この配線の材料、膜厚、幅は適宜設計さ
れる。また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と同様にして形成
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（ここでｍ，ｎはとも
に正の整数である）。

【００８１】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
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７
２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。

【００８２】この表面伝導型放出素子７４を構成する一
対の電極（前述の素子電極２，３）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。

【００８３】Ｘ方向配線７２とＹ方向配線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
２，３を構成する材料は、その構成元素の一部或は全て
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。また、これら素子電極２，３を構成する材
料と配線材料とが同一である場合には、素子電極２，３
に接続された配線も素子電極ということもできる。

【００８４】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。かくして、各
電子放出素子７４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。

【００８５】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。

【００８６】このような単純マトリクス配置の電子源を
有する画像形成装置について、図１０乃至図１２を参照
して説明する。

【００８７】図１０は、本実施の形態の画像形成装置の
表示パネルの一例を示す図、図１１は、図１０の画像形
成装置に使用される蛍光膜の図、そして図１２は、ＮＴ
ＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行なうための駆動
回路の一例を示すブロック図である。

【００８８】図１０において、１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１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
中或は窒素中で、４００〜５００度の温度範囲で１０分
以上焼成することで、封着して構成される。

【００８９】７４は図９の表面伝導型放出素子に相当
し、図１に示すような素子電極２，３、電子放出部５を
有している。７２は前述したＸ方向配線，７３はＹ方向
配線を示している。

【００９０】外囲器８８は上述の如く、フェースープレ
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１の強度を補強する目
的で設けられるため、この電子源基板１自体で十分な強
度を持つ場合は別体のリアプレート８１を不要とするこ
とができる。即ち、電子源基板１に直接支持枠８２を封
着し、フェースプレート８６、支持枠８２及び電子源基
板１で外囲器８８を構成しても良い。一方、フェースー
プレート８６とリアプレート８１との間にスペーサとよ
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。

【００９１】図１１は、フェースープレート８６の蛍光
膜８４を示す図である。

【００９２】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。またカラーの蛍光膜
の場合は、蛍光体の配列によりブラックストライプ或は
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。これらブラック
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
るためと、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ためである。このブラックストラ
イプの材料としては、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。

【００９３】ガラス基板９３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。このメタルバック８５を設け
る目的は、蛍光膜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
向上させるため、また電子ビームの加速電圧を印加する
ための電極として作用させるため、更に外囲器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膜８４
を保護するため等である。このメタルバック８５は、蛍
光膜８４の作成後、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（アルミニウム）を真空蒸着等を用いて堆積させ
ることにより形成できる。

【００９４】更にフェースプレート８６には、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。

【００９５】前述した外囲器８８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。

【００９６】図１０に示した画像形成装置の表示パネル
は、例えば以下のようにして製造される。

【００９７】外囲器８８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
など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のマイナス７乗［torr］程度の
真空度の有機物質の十分少ない雰囲気にした後、封止が
なされる。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なうこともできる。これは、外囲器
８８の封止を行う直前或はその封止後に、抵抗加熱或は
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。このゲッターは通常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のマイナス５乗乃至１×１０のマイナス７乗［tor
r］の真空度を維持するものである。ここで、表面伝導
型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。

【００９８】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ための駆動回路の構成
例について図１２のブロック図を参照して説明する。

【００９９】図１２において、１０１は表示パネル、１
０２は走査回路で、制御回路１０３からの同期信号Ｔsc
an信号を入力し、この信号Ｔscanに同期して順次表示パ
ネル１０１の行配線を選択し、その選択した行配線に電
圧源Ｖｘからの電圧を供給している。１０３は制御回路
で、同期信号分離回路１０６からの同期信号Ｔsyncを入
力し、シフトレジスタ１０４のシフトクロックＴsft、
ラインメモリ１０５へのラッチ信号Ｔmry、走査回路１
０２への同期信号Ｔscanを出力している。１０４はシフ
トレジスタで、同期信号分離回路１０６で分離された画
像信号を入力して保持している。１０５はラインメモリ
で、シフトレジスタ１０４に保持された１ライン分の画
像データをラッチ信号Ｔmryに同期してラッチしてい
る。同期信号分離回路１０６は、入力したＮＴＳＣ信号
から画像信号DATAと同期信号Ｔsyncとを生成している。
１０７は変調信号発生器で、ラインメモリ１０５に記憶
された画像データに応じたパルス幅変調信号を発生して
いる。Ｖｘは電圧源、Ｖａは直流高電圧源である。この
変調信号発生器１０７は、制御回路１０３からのリフレ
ッシュタイミング信号Ｔrefを入力すると、そのタイミ
ングで、図５（ａ）に示すように、通常の駆動パルスを
リフレッシュパルスに置換えたり、或は図５（ｂ）に示
すように、通常の駆動パルスにリフレッシュパルスを重
畳させたパルス信号を発生して表示パネル１０１を駆動
する。

【０１００】この表示パネル１０１は、行配線端子Ｄx1
乃至Ｄxm、列配線端子Ｄy1乃至Ｄyn、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。行配線端子Ｄ
x1乃至Ｄxm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
た表面伝導型放出素子群を一行（ｎ素子）ずつ順次駆動
するための走査信号が印加される。

【０１０１】また列配線端子Ｄy1乃至Ｄynには、走査回
路１０２からの走査信号により選択された一行の表面伝
導型放出素子の各素子から放出される電子量を制御する
ため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１０Ｋ［Ｖ］の直流電圧が供給
されるが、これは表面伝導型放出素子から放出される電
子に蛍光膜８４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。

【０１０２】次に走査回路１０２について説明する。

【０１０３】この回路１０２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、電圧源Ｖ
ｘ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乃至
Ｄxmと電気的に接続する。スイッチ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。

【０１０４】電圧源Ｖｘは、本実施の形態の場合には、
表面伝導型放出素子の特性（電子放出閾値電圧）に基づ
いて、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（Ｖth）以下となるような電圧で出力す
るよう設定されている。

【０１０５】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１０３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及びＴsft，Ｔmryの各制御信
号を発生する。

【０１０６】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）回路等を用いて構成できる。この同期
信号分離回路１０６により分離された同期信号Ｔsyncに
は垂直同期信号と水平同期信号とが含まれるが、ここで
は説明の便宜上、信号Ｔsyncとして図示した。またテレ
ビ信号（ＮＴＳＣ）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に順次入力される。

【０１０７】シフトレジスタ１０４は、時系列的にシリ
アルに入力される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、制御回路１
０３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）。こうしてシ
フトレジスタ１０４でシリアル／パラレル変換された１
ライン分（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当）
の画像データは、Ｉd1乃至Ｉdnのｎ個の並列信号として
シフトレジスタ１０４より出力される。

【０１０８】ラインメモリ１０５は、シフトレジスタ１
０４から出力される１ライン分の画像データを必要時間
の間だけ記憶するための記憶装置であり、制御回路１０
３より送られる制御信号Ｔmryに従って、適宜画像デー
タＩd1乃至Ｉdnを記憶する。こうしてラインメモリ１０
５に記憶された内容は、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。

【０１０９】変調信号発生器１０７は、画像データＩ'd
1乃至Ｉ'dnの各々に応じて表面伝導型放出素子の各々を
適切に駆動変調するための信号源であり、その出力信号
は、列配線端子Ｄy1乃至Ｄynを通じて表示パネル１０１
内の表面伝導型放出素子に印加される。なお、本実施の
形態の駆動電圧波形は、この変調信号発生器１０７によ
り、所定の周期で通常の駆動パルスにリフレッシュパル
スが置き換えられるか（図５（ａ））、もしくは図５
（ｂ）のように、通常の駆動パルスにリフレッシュパル
スが重畳されることにより実現される。

【０１１０】前述したように本実施の形態の電子放出素
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、電子放出特性には明確な閾値電圧Ｖthがあ
り、この閾値電圧Ｖth以上の電圧を印加された時にの
み，その素子から電子放出が生じる。更に、電子放出閾
値電圧以上に対しては、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、本実施の形態の
電子放出素子にパルス状の電圧を印加する場合、例えば
その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、その閾値電圧以上の電圧を印加することにより電
子を放出させることができる。その際、パルス信号の波
高値Ｖｍを変化させることにより、その素子から放出さ
れる電子量を制御することが可能である。また、駆動パ
ルスのパルス幅Ｐｗを変化させることにより，その素子
から放出される電子の電荷の総量を制御することが可能
である。

【０１１１】従って、入力される画像信号に応じて、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、一定幅の
電圧パルス、及び一定の周期でこの電圧パルスをリフレ
ッシュパルスで置き換えるか、もしくはこの電圧パルス
にリフレッシュパルスが重畳されたパルス信号を発生す
るとともに、この電圧パルスを入力した画像信号に応じ
た波高値のパルス信号に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。

【０１１２】また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、及び一定周期でこの電圧パルスにリフレッシュ
パルスを置換した、もしくはその電圧パルスにリフレッ
シュパルスを重畳したパルス信号を発生し、入力される
画像データに応じたパルス幅の信号に変調するようなパ
ルス幅変調方式の回路を用いることができる。

【０１１３】尚、シフトレジスタ１０４やラインメモリ
１０５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。これは画像信号のシリアル／パラ
レル変換、及びその記憶が所定の速度で行なわれれば良
いからである。

【０１１４】シフトレジスタ１０４やラインメモリ１０
５がデジタル回路の場合には、同期信号分離回路１０６
の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号に変換する必要があ
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。またパルス幅変調方式の場合は、変調信号発生器１
０７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）、及びその計数器の
出力値とラインメモリ１０５の出力値とを比較する比較
器（コンパレータ）を組み合せた回路を用いる。更には
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、表示パネル１０１の表面伝導型放出素子の駆
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。

【０１１５】又一方、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。またパルス
幅変調方式の填合には、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。

【０１１６】このような構成をとり得る本実施の形態の
画像表示装置においては、各電子放出素子に、容器外端
子Ｄx1乃至Ｄxm、Ｄy1乃至Ｄynを介して電圧を印加する
ことにより、各電子放出素子からの電子放出が生ずる。
更に高圧端子Ｈｖを介してメタルバック８５、或は透明
電極（不図示）に高電圧を印加して、放出された電子を
蛍光膜８４方向に加速する。こうして加速された電子は
蛍光膜８４に衝突して発光することにより画像が形成さ
れる。

【０１１７】ここで述べた画像形成装置の構成は、本実
施の形態を適用可能な画像形成装置の一例であり、本実
施の形態の技術思想に基づいて種々の変形が可能であ
る。また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方式などの他、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。

【０１１８】次に、梯子型に表面伝導型放出素子が配置
された電子源及び、その電子源を用いた画像形成装置に
ついて図１３及び図１４を用いて説明する。

【０１１９】図１３は、本実施の形態の表面伝導型放出
素子を梯子型に配置した電子源の一例を示す図である。

【０１２０】図１３において、１は電子源基板、７４は
電子放出素子である。１１１ａ，１１１ｂはこれら電子
放出素子を接続する共通配線で、端子Ｄx1〜Ｄx1と接続
されている。電子放出素子７４は、基板１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。そし
て、各素子行の共通配線１１１ａ，１１１ｂ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、電子を放出させたい素子行には、電子
放出閾値電圧（Ｖth）以上の電圧を印加し、電子を放出
させない素子行には電子放出閾値電圧（Ｖth）以下の電
圧を印加する。各素子行間の共通配線Ｄx2〜Ｄx9におい
て、例えば配線Ｄx2、Ｄx3を同一の配線とすることもで
きる。

【０１２１】図１４は、このような梯子型に配置された
複数の電子放出素子が配置された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図である。

【０１２２】図１４において、１２０はグリッド電極、
１２１は電子が通過するようにグリッド電極１２０に設
けられた空孔、１２２はＤx1，Ｄx2，…，Ｄxmよりなる
容器外端子である。１２３はグリッド電極１２０と接続
されたＧ１，Ｇ２，…，Ｇｎからなる容器外端子、１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。

【０１２３】図１４において、前述の図１０及び図１３
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１０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１とフェースプレート８
６の間にグリッド電極１２０を備えているか否かにあ
る。

【０１２４】図１４において、基板１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。これらグリッド電極１２０は、表面伝導型放出素子
７４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、電子を通過させるために各素子に対応
して１個ずつ円形の開口１２１が設けられている。この
グリッド電極の形状や設置位置は図１４に示したものに
限定されるものではない。例えば、開口部としてメッシ
ュ状に多数の通過口を設けることもでき、グリッド電極
を表面伝導型放出素子７４の周囲や近傍に設けることも
できる。

【０１２５】また容器外端子１２２及びグリッド容器外
端子１２３は、不図示の制御回路と電気的に接続されて
いる。この画像形成装置では、素子行を１列ずつ順次駆
動（走査）するのに同期してグリッド電極１２０列に１
ライン分の画像データに応じた変調信号を同時に印加す
る。これにより各表面伝導型放出素子から放出された電
子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。

【０１２６】本実施の形態の画像形成装置は、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
た光プリンタとしての画像形成装置等としても用いるこ
とができる。

【０１２７】尚、上記実施の形態の説明では、表示パネ
ル１０１の列配線に印加される電圧パルスにリフレッシ
ュパルスを印加して駆動する場合で説明したが、これ以
外にも、図１２の走査回路１０２で選択された行配線に
出力される走査パルス信号を変更して、この走査パルス
信号の波高値と変調信号の波高値との差が通常の駆動パ
ルスの波高値よりも大きくなるようにしてもよい。

【０１２８】［実施例１］本実施例１では、図１に示し
た表面伝導型放出素子を、本実施の形態における駆動方
法を適用した場合との比較のためにそれぞれ１素子ずつ
作成し（それぞれ素子Ａ、素子Ｂと呼ぶ）、各表面伝導
型放出素子の電子放出特性等について測定した実験につ
いて説明する。

【０１２９】尚、図１におけるＷ１は素子電極２，３の
幅、Ｗ２は導電性薄膜４の幅、Ｌは素子電極２，３の間
隔、ｄは素子電極２，３の厚さを表している。また、素
子Ａ及び素子Ｂそれぞれの形状、構成、その作成工程
は、後に説明する安定化工程まで同一の形状、構成、工
程を用いるので、同工程までは特に両者を区別せずに説
明する。

【０１３０】以下、本実施の形態で用いる各表面伝導型
放出素子の製造方法の手順を示す図である図３を用いて
具体的に説明する。

【０１３１】（１）基板１として石英基板を用い、これ
を洗剤、純水および有機溶剤により充分洗浄後、真空蒸
着法により、厚さ５０オングストロームのＴｉ、厚さ５
００オングストロームのＰｔを順次積載した。その後、
素子電極２，３と素子電極２，３間のギャップＬとなる
べきパターンをフォトレジスト形成した後、ドライエッ
チングすることで、素子電極２，３を作製した。尚、こ
れら素子電極２，３の間隔Ｌは３μｍである（図３
（ａ））。

【０１３２】その後、導電性薄膜４のパターンニングの
目的で、リフトオフ用のＣｒ膜（不図示）を５００オン
グストロームの膜厚で真空蒸着した。この時、導電性薄
膜４の幅Ｗ２に対応するＣｒ膜の開口部分の寸法を３０
０μｍとした。

【０１３３】（２）素子電極２，３を形成した基板１上
に、有機パラジウム溶液（奥野製薬（株）製、ｃｃｐ−
４２３０）をスピンナーにより回転塗布して放置するこ
とにより、有機Ｐｄ薄膜を形成した。この後、有機Ｐｄ
薄膜を３００℃で１５分間大気中で加熱焼成処理し、主
としてＰｄＯ微粒子からなる導電性薄膜４を形成した。
この導電性薄膜４の膜厚は約７０オングストローム、抵
抗値Ｒｓは５×１０の４乗［Ω／□］であった。

【０１３４】その後、Ｃｒ膜を酸エッチャントによりウ
ェットエッチングし、導電性薄膜４をリフトオフするこ
とで所望のパターンを有する導電性薄膜４を得た（図３
（ｂ））。

【０１３５】（３）次に、基板Ａ、Ｂを図７に示す測定
評価系の真空装置５５内に設置し、素子電圧Ｖfを印加
するための電源５１により素子電極２，３間に電圧を印
加してフォーミング処理を行い、電子放出部５を形成し
た（図３（ｃ））。この通電フォーミング処理には、基
板Ａ、Ｂとも図４（ｂ）に示したパルス電圧波形を用い
た。

【０１３６】本実施例１では、図４（ｂ）の時間Ｔ１を
１ｍ秒、Ｔ２を１０ｍ秒とし、０．１Ｖずつパルス波高
値を増加させながら通電フォーミングを行った。また、
通電フォーミング処理中は、同時に周期Ｔ２間に０．１
Ｖの抵抗測定用パルスを挿入して、素子電極２，３間の
抵抗を測定した。尚、この通電フォーミングの終了は、
抵抗測定用パルスを印加して測定した時の測定抵抗値が
約１ＭΩ以上になったときとし、これと同時に素子への
電圧の印加を終了した。

【０１３７】（４）引き続き基板Ａ、Ｂとも真空装置５
５内に設置したまま、アセトンを１×１０のマイナス４
乗［torr］導入し、基板Ａ、Ｂそれぞれの素子電極２，
３間にパルス電圧を印加して素子を約３０分間駆動して
活性化処理を行った。

【０１３８】本実施例１では、図４（ａ）で示されるよ
うに矩形波の正電圧パルスをパルス幅（Ｔ１）を１ｍ
秒、パルス間隔（Ｔ２）を１０ｍ秒とし、駆動電圧（波
高値）を基板Ａ、Ｂの双方に対して１５Ｖとした。

【０１３９】（５）続いて、真空容器５５内のアセトン
を排気した後、表面伝導型放出素子部及び真空容器５５
全体を約２００℃で１０時間加熱し、真空装置５５内を
約２×１０のマイナス９乗［torr］として安定化工程を
行った。

【０１４０】この安定化工程後も真空度をそのまま維持
した状態で、基板Ａ、Ｂの各表面伝導型放出素子を駆動
させて素子電流Ｉf、放出電流Ｉeを測定した。

【０１４１】尚、この表面伝導型放出素子の駆動条件
は、アノード電極５４と電子放出素子間の距離Ｈを５ｍ
ｍ、アノード電極５４の電位を１ｋＶ、駆動パルス波形
は、素子Ａに対しては図５（ａ）に示される波形を用
い、素子Ｂに対しては図４（ａ）に示される波形を用い
た。即ち、素子Ａは本実施の形態における特性を有する
素子となり、素子Ｂは従来の特性を有する素子となる。

【０１４２】この時、駆動電圧（パルス波高値）は素子
Ａ、Ｂとも１５Ｖとし、パルス幅Ｔ１及びパルス間隔Ｔ
２は、素子Ａ、Ｂの両方に対してそれぞれ１００マイク
ロ秒、１０ミリ秒とした。尚、素子Ａの駆動パルスに含
まれるリフレッシュパルスの波高値Ｖ２を１６．５Ｖと
し、１５Ｖのパルス９９個に対して１個の割合（即ち１
秒毎）で印加した。この時のパルス幅Ｔ３は１５マイク
ロ秒とした。尚、素子Ａ、素子Ｂに対する素子電流Ｉf
及び放出電流Ｉeの測定は、共に１５Ｖの電圧が印加さ
れている時点において測定した。

【０１４３】その結果、素子Ｂでは駆動初期に素子電流
Ｉfが４．５ｍＡ、放出電流Ｉeが４．５μＡであったの
に対し、約１０００分後には素子電流Ｉfが０．４ｍＡ
に、放出電流Ｉeが０．４μＡと初期の約９％程度にま
で減少した。これに対し、本実施の形態により製造され
た素子Ａでは、初期の素子電流Ｉfが４．５ｍＡで、放
出電流Ｉeが４．５μＡであったのに対し、約１０００
分後においても素子電流Ｉfが２．５ｍＡに、放出電流
Ｉeが２．５μＡとなり、初期電流に対する残存率は略
５６％と高い値を示した。

【０１４４】以上のように、本実施の形態の駆動方法を
適用した表面伝導型放出素子によれば、長時間安定した
電子放出特性の下で電子放出を行うことができる。

【０１４５】［実施例２］本実施例２では、実施例１の
図１に示したような表面伝導型放出素子の多数個を単純
マトリクス配置（カラー３色を含めて２０行６０列）し
た図７に示したような電子源を用いて図１０に示したよ
うな画像形成装置を作成し、本実施の形態の駆動法を適
用した例を説明する。

【０１４６】複数の導電性薄膜がマトリクス状に配線さ
れた基板１の一部の平面図を図１５に示す。また、図中
のＡ−Ａ’断面図を図１６に示す。但し、これら図１
５、図１６、図１７、図１８において同じ符号は同じ部
材を示す。尚、ここで、１は基板、７２はＸ方向配線
（下配線とも呼ぶ）、７３はＹ方向配線（上配線とも呼
ぶ）、４は導電性薄膜、２，３は素子電極、１３１は層
間絶縁層、１３２は素子電極３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。

【０１４７】まず、本実施の形態で用いられる電子源の
製造方法を、図１７及び図１８を参照し、工程順に従っ
て具体的に説明する。尚、以下の工程ａ〜ｈは、図１７
（ａ）〜（ｄ）及び図１８（ｅ）〜（ｈ）に対応する。

【０１４８】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してべ一クした後、ホトマス
ク像を露光、現像して、下配線７２のレジストパターン
を形成し、Ａｕ／Ｃｒ堆積膜をウ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。

【０１４９】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１３１をＲＦスパッタ法によ
り堆積した。

【０１５０】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１３２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１３
１をエッチングしてコンタクトホール１３２を形成し
た。エッチングはＣＦ４とＨ２ガスを用いたＲＩＥ(Rea
ctive Ion Etching)法によった。

【０１５１】工程ｄ：その後、素子電極２，３と素子電
極間ギャップＬとなるべきパターンをホトレジストで形
成し、真空蒸着法により厚さ５０オングストロームのＴ
ｉ、厚さ５００オングストロームのＮｉを順次堆積し
た。その後、ホトレジストを有機溶剤で溶解し、Ｎｉ／
Ｔｉ堆積膜をリフトオフした。尚、素子電極間隔Ｌは３
μｍとし、素子電極の幅Ｗ１を２００μｍで形成した。

【０１５２】工程ｅ：素子電極２，３の上に上配線７３
のホトレジストパターンを形成した後、厚さ５０オング
ストロームのＴｉ、厚さ５０００オングストロームのＡ
ｕ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。

【０１５３】工程ｆ：素子間電極ギャップＬ及びこの近
傍に開口を有するマスクにより、膜厚５００オングスト
ロームのＣｒ膜１３３を真空蒸着により堆積、パターニ
ングし、その上にＰｄをスパッタ法により堆積した後、
３００℃の大気雰囲気中で６時間加熱焼成した。このよ
うにして形成された主としてＰｄＯより成る微粒子から
なる導電性薄膜４の膜厚は６５オングストローム、抵抗
値Ｒｓは５×１０の４乗［Ω／□］であった。

【０１５４】工程ｇ：Ｃｒ膜１３３及び焼成後の導電性
薄膜４を酸エッチャントによりエッチングして、所望の
パターン形状を有する導電性薄膜４を形成した。

【０１５５】工程ｈ：全面にレジストを塗布し、マスク
を用いて露光の後現像し、コンタクトホール１３２部分
のみレジストを除去した。この後、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、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１３２を埋
め込んだ。

【０１５６】以上の工程により、絶縁性基板１上に下配
線７２、層間絶縁層１３１、上配線７３、素子電極２，
３、導電性薄膜４等を形成し、複数の導電性薄膜４がマ
トリクス配線された基板１（図１５）を得た。

【０１５７】以上のようにして作製した複数の導電性薄
膜４がマトリクス配線された基板１（図１５）を用いて
画像形成装置を作製した。この作製手順を、図１０及び
図１１を参照して以下に説明する。

【０１５８】まず、上記複数の導電性薄膜４がマトリク
ス配線された基板１（図１５）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の内面に画像形成部材であるとこ
ろの蛍光膜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を介して配置し、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４１０℃で１０分焼成する
ことで封着した。またリアプレート８１への基板１の固
定もフリットガラスで行った。

【０１５９】ここで、画像形成部材であるところの蛍光
膜８４は、カラー表示を実現するためにストライプ形状
（図１１（ａ）参照）の蛍光体とし、先にブラックスト
ライプを形成し、その間隙部にスラリー法により各色蛍
光体９２を塗布して蛍光膜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。

【０１６０】また、蛍光膜８４の内面側にはメタルバッ
ク８５を設けた。このメタルバック８５は、蛍光膜８４
の作成後、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
（アルミニウム）を真空蒸着することで作成した。

【０１６１】フェースプレート８６には、更に蛍光膜８
４の導伝性を高めるため、蛍光膜８４の外面側に透明電
極（不図示）を設けた。

【０１６２】前述の封着を行う際、カラー表示の場合は
各色蛍光体９２と表面伝導型放出素子７４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。

【０１６３】以上のようにして完成した外囲器８８内の
雰囲気を排気管（不図示）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Ｄx1乃至Ｄxm
とＤy1乃至Ｄynを通じて、表面伝導型放出素子７４の電
極２，３間に電圧を印加し、前述のフォーミング処理を
行い、電子放出部５を形成した。

【０１６４】この通電フォーミング処理には図４（ｂ）
に示した電圧波形を用いた。本実施の形態ではＴ１を１
ｍ秒、Ｔ２を１０ｍ秒とし、約１×１０のマイナス６乗
［torr］の真空雰囲気下で行った。

【０１６５】このようにして形成された電子放出部５に
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５０オングスト
ロームであった。

【０１６６】次に、図４（ａ）に示した電圧波形を用い
て実施例１と同様に活性化処理及び安定化処理を行っ
た。本実施例２の活性化処理は、パルス幅Ｔ１を１ｍ
秒、パルス周期Ｔ２を１０ｍ秒、波高値１５Ｖで、７×
１０のマイナス５乗［torr］のアセトン雰囲気中で、素
子電流Ｉf、放出電流Ｉeを測定しながら行った。安定化
処理は外囲器８８全体を２００℃で１０時間加熱しなが
ら真空排気することで行った。

【０１６７】この後、不図示の排気管を通じ外囲器８８
内を１０のマイナス８乗［torr］程度の真空度とし、該
排気管をガスバーナで熱することで溶着し、外囲器８８
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。

【０１６８】以上のように完成した本実施例２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
乃至Ｄxm，Ｄy1乃至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各々電子放出素子７４に印
加することにより電子放出を行わせるとともに、高圧端
子Ｈｖを通じてメタルバック８５、透明電極（不図示）
に５ｋＶ以上の高圧を印加して電子を加速して蛍光膜８
４に衝突させ、蛍光膜を励起、発光させることで画像表
示を行った。この時、各電子放出素子に印加される電圧
パルス波形は実施例１と同様に、１５Ｖのパルス９９個
に対し１６．５Ｖのパルス１個の割合とし、定期的にリ
フレッシュパルスを挿入した形で行った。その結果、長
期間に渡って良好な画像が表示できた。

【０１６９】［実施の形態３］図１９は、本実施の形態
の電子源を有する表示パネル１０１を備える画像形成装
置を、例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
成した画像形成装置の一例を示す図である。

【０１７０】図中、１０１は図１０を参照して前述した
表示パネル、１００１は表示パネル１０１の駆動回路
で、例えば図１２に示すような回路を備えている。１０
０２はディスプレイコントローラ、１００３はマチプレ
クサ、１００４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、１００８，１００９および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および１０１３はＴＶ信号受信
回路、１０１４は入力部である。

【０１７１】尚、この画像形成装置は、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、本実施の形態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。

【０１７２】以下、画像信号の流れに沿って各部を説明
していく。

【０１７３】先ず、ＴＶ信号受信回路１０１３は、例え
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ための回路である。受
信するＴＶ信号の方式は特に限られるものではなく、例
えば、ＮＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式、ＳＥＣＡＭ方式など
の諸方式でもよい。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
した前記表示パネル１０１の利点を生かすのに好適な信
号源である。

【０１７４】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。

【０１７５】ＴＶ信号受信回路１０１２は、例えば同軸
ケーブルや光ファイバ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。

【０１７６】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。

【０１７７】画像メモリインターフェース回路１０１０
は、ビデオテープレコーダ（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。

【０１７８】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。

【０１７９】画像メモリーインターフェース回路１００
８は、いわゆる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。

【０１８０】入出力インターフェース回路１００５は、
この画像形成装置と、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。

【０１８１】画像生成回路１００７は、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ＣＰＵ１００６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や、画
像処理を行うためのプロセッサ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。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
ークやプリンタに出力することも可能である。

【０１８２】ＣＰＵ１００６は、主として本画像形成装
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。例えば、マルチプレクサ１００３に制御信
号を出力し、表示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
画像信号に応じて表示パネルコントローラ１００２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
の走査線の数など画像形成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
ータやメモリをアクセスして画像データや文字・図形情
報を入力する。

【０１８３】尚、ＣＰＵ１００６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良い。例えば、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
１００５を介して外部のコンピュータ・ネットワークと
接続し、例えば数値計算などの作業を外部機器と協動し
て行っても良い。

【０１８４】入力部１０１４は、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ほか、
ジョイスティック、バーコードリーダ、音声認識装置な
ど多様な入力機器を用いることが可能である。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、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
中に点線で示すように、デコーダ１００４は内部に画像
メモリを備えるのが望ましい。これは、例えばＭＵＳＥ
方式をはじめとして、逆変換するに際して画像メモリを
必要とするようなテレビ信号を扱うためである。このよ
うな画像メモリを備えることにより、静止画の表示が容
易になる、或は前記画像生成回路１００７及びＣＰＵ１
００６と協動して画像の間引き、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
なるという利点が得られる。

【０１８５】マルチプレクサ１００３は、ＣＰＵ１００
６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う
ち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傾域によって異
なる画像を表示することも可能である。

【０１８６】表示パネルコントローラ１００２は、ＣＰ
Ｕ１００６より入力される制御信号に基づき駆動回路１
００１の動作を制御するための回路である。

【０１８７】表示パネルの基本的な動作に関わるものと
して、例えば表示パネル１０１の駆動用電源（不図示）
の動作シーケンスを制御するための信号を駆動回路１０
０１に対して出力する。表示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。

【０１８８】駆動回路１００１は、表示パネル１０１に
印加する駆動信号を発生するための回路であり、マルチ
プレクサ１００３から入力される画像信号と、表示パネ
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り、前述の実施例１及び実施例２
で説明した駆動パルスと同様の駆動信号がこの制御信号
に基づいて発生される。

【０１８９】以上、各部の機能を説明したが、図１９に
例示した構成により、この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表示パネル１０
１に表示する事が可能である。即ち、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１００４にお
いて逆変換された後、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、
ディ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、画像信号と制
御信号とに基づいて表示パネル１０１に駆動信号を印加
する。これにより、表示パネル１０１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。

【０１９０】この画像形成装置においては、デコーダ１
００４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路１００７
およびＣＰＵ１００６が関与することにより、単に複数
の画像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
縦横比変数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、本実施の形態の説明
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。

【０１９１】従って、この画像形成装置は、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始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。

【０１９２】なお、図１９は．表面伝導形放出素子を電
子源とする表示パネルを用いた画像形成装置の構成の一
例を示したにすぎず、本実施の形態の画像形成装置がこ
れのみに限定されるものでない事は言うまでもない。

【０１９３】例えば図１９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。例えば、この画像形成装置を
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。

【０１９４】この画像形成装置においては、とりわけ本
実施の形態の適用される表示パネル１０１の薄形化が容
易なため、画像形成装置の奥行きを小さくすることがで
きる。それに加えて、大画面化が容易で輝度が高く視野
角特性にも優れるため、臨場感に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。

【０１９５】また、長時間に亙り安定な電子放出特性を
維持する本実施の形態の電子放出素子の駆動法を用いた
ことにより、長期間安定に良好な画像が表示されるカラ
ーフラットテレビが実現できた。

【０１９６】以上、具体的な実施の形態を挙げて本発明
を詳しく説明したが、本発明はこれら実施の形態に限定
されるものではない。

【０１９７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、長
期間に亙り安定した電子放出特性を有する電子源を提供
できる。

【０１９８】また本発明の画像形成装置によれば、長期
間に亙り動作が安定して優れた画像を形成できる。

【０１９９】また本発明によれば、長時間に亙り安定し
た電子放出特性を有する電子源とその製造方法と駆動方
法及び前記電子源を用いた画像形成装置とその駆動方法
を提供することができる。

【０２００】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の平面型の表面伝導型放出
素子の構成を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）であ
る。

【図２】本発明の実施の形態の垂直型の表面伝導型放出
素子の構成を示す図である。

【図３】本実施の形態の表面伝導型放出素子の製造方法
を説明する図である。

【図４】本実施の形態の表面伝導型放出素子の製造の通
電フォーミング処理における印加電圧波形の一例を示す
図である。

【図５】本発明の実施の形態におけるリフレッシュパル
スの印加方法を説明する図である。

【図６】本実施の形態の駆動法（ａ）、及び従来の駆動
法（ｂ）により駆動された表面伝導型放出素子の素子電
流Ｉf、放出電流Ｉeの経時変化を説明する図である。

【図７】素子の特性測定機能を備えた真空処理装置の構
成を示す図である。

【図８】本実施の形態の表面伝導型放出素子における放
出電流Ｉe、素子電流Ｉfと素子電圧Ｖfの関係を説明す
るグラフ図である。

【図９】本実施の形態の単純マトリクス配置した電子源
の一例を示す図である。

【図１０】本実施の形態の画像形成装置の表示パネルの
一部を破断して示す外観斜視図である。

【図１１】本実施の形態の表示パネルにおける蛍光膜の
配置を説明する図である。

【図１２】本実施の形態の画像形成装置の構成を示すブ
ロック図である。

【図１３】本実施の形態の梯子配置の電子源の一例を示
す図である。

【図１４】図１３の電子源を用いた画像形成装置の表示
パネルの一部を破断して示す外観斜視図である。

【図１５】本実施の形態の単純マトリクス配置の電子源
の部分平面図である。

【図１６】図１５の電子源の部分断面図である。

【図１７】図１５の電子源の製造工程を説明するための
断面図である。

【図１８】図１５の電子源の製造工程を説明するための
断面図である。

【図１９】本実施の形態の多機能画像形成装置の構成を
示すブロック図である。

【図２０】従来の表面伝導型放出素子の一例を示す図で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】素子電極間に電子放出部を有する電子放
出素子を複数配した電子源の製造方法であって、基板上に各電子放出素子の素子電極となる電極と、電子
放出部を構成する導電性薄膜を形成する工程と、前記導電性薄膜のそれぞれに通電して電子放出部を形成
する通電フォーミング工程と、前記通電フォーミング工程で形成された電子放出部のそ
れぞれに有機物質のガスを含有する雰囲気下でパルス信
号を印加する活性化工程と、前記活性化工程の後、前記有機物質のガスを排気して所
定の真空状態に維持する工程と、を有することを特徴と
する電子源の製造方法。
【請求項２】前記有機物質のガスの排気は真空容器を
８０乃至２００℃に加熱して行われ、前記所定の真空度
状態は１〜３×１０のマイナス７乗［torr］以下の維持
されることを特徴とする請求項１に記載の電子源の製造
方法。
【請求項３】請求項１に記載の方法により製造された
電子源。
【請求項４】素子電極間に電子放出部を有する電子放
出素子を複数配した電子源の駆動方法であって、前記電子放出素子のそれぞれに、当該電子放出素子が電
子を放出する閾値電圧以上の第１パルス電圧を印加して
電子を放出させる駆動工程と、前記駆動工程で印加される前記第１パルス電圧の間に前
記第１パルス電圧よりも大きい電圧の第２パルス電圧を
印加する工程と、を有することを特徴とする電子源の駆
動方法。
【請求項５】前記第２パルス電圧の電圧値は前記第１
パルス電圧の電圧値の１倍以上１．５倍以下であること
を特徴とする請求項４に記載の電子源の駆動方法。
【請求項６】前記第２パルス電圧の電圧値は、｛ｌｏｇ（Ｉfr／Ｉfd）／Δｒ｝ ≧ １４．０で規定されることを特徴とする請求項４に記載の電子源
の駆動方法。但し、Ｉfrは第２パルス電圧の印加時に前
記素子電極間を流れる電流値、Ｉfdは前記第１パルス電
圧の印加時に前記素子電極間を流れる電流値、△ｒは第
２パルス電圧と前記第１パルス電圧との電圧差を前記第
１パルス電圧で除した値を示す。
【請求項７】前記駆動工程で放出された電子を捕捉す
るアノード電極を有し、前記第２パルス電圧の電圧値は、｛ｌｏｇ（Ｉer／Ｉed）／Δｒ｝ ≧ １４．０で規定されることを特徴とする請求項４に記載の電子源
の駆動方法。但し、Ｉerは第２パルス電圧の印加時に前
記アノード電極に流れる電流値、Ｉfdは前記第１パルス
電圧の印加時に前記アノード電極に流れる電流値、△ｒ
は第２パルス電圧と前記第１パルス電圧との電圧差を前
記第１パルス電圧で除した値を示す。
【請求項８】前記電子放出素子は表面伝導型放出素子
であることを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項
に記載の電子源の駆動方法。
【請求項９】素子電極間に電子放出部を有する複数の
電子放出素子を配設した電子源を有し、前記電子源から
放出される電子により画像を形成する画像形成装置であ
って、画像信号を入力する入力手段と、前記入力手段により入力された画像信号に基づいて変調
信号を発生する変調信号発生手段と、前記変調信号発生手段から出力される変調信号を前記電
子放出素子の一方の素子電極に印加し、前記電子放出素
子の他方の素子電極に走査信号を印加して前記変調信号
と前記走査信号との電位差に応じて前記電子源を駆動す
る駆動手段と、前駆駆動手段による駆動時、所定周期で前記電位差を通
常の駆動時の電位差よりも高くするように制御する駆動
制御手段と、前記電子源から放出された電子により画像を形成する像
形成手段と、前記電子源から放出された電子を前記像形成手段の方向
に加速する加速手段と、を有することを特徴とする画像
形成装置。
【請求項１０】前記駆動制御手段は、前記所定周期で
前記変調信号の電圧値を高くした電圧信号を発生するこ
とを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
【請求項１１】前記駆動制御手段は、前記所定周期で
前記変調信号に前記変調信号の電圧値よりも高い電圧信
号を重畳することを特徴とする請求項９に記載の画像形
成装置。
【請求項１２】前記駆動制御手段による前記電圧信号
の電圧値は、通常の電圧値の１倍以上１．５倍以下であ
ることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の画像形
成装置。
【請求項１３】前記電圧信号の電圧値は、｛ｌｏｇ（Ｉfr／Ｉfd）／Δｒ｝ ≧ １４．０で規定されることを特徴とする請求項９に記載の画像形
成装置。但し、Ｉfrは前記電圧信号の印加時に前記素子
電極間を流れる電流値、Ｉfdは通常の電圧の印加時に前
記素子電極間を流れる電流値、△ｒは前記電圧信号と前
記通常の電圧との電圧差を前記通常の電圧で除した値を
示す。
【請求項１４】前記電圧信号の電圧値は、｛ｌｏｇ（Ｉer／Ｉed）／Δｒ｝ ≧ １４．０で規定されることを特徴とする請求項９に記載の画像形
成装置。但し、Ｉerは前記電圧信号の印加時に前記加速
手段の加速電力に流れる電流値、Ｉfdは通常の電圧の印
加時に前記加速電極に流れる電流値、△ｒは前記電圧信
号の電圧と前記通常の電圧との電圧差を前記通常の電圧
で除した値を示す。
【請求項１５】素子電極間に電子放出部を有する複数
の電子放出素子を配設した電子源を有し、前記電子源か
ら放出される電子により画像を形成する画像形成装置の
駆動方法であって、入力した画像信号に基づいて変調信号を発生し、前記変調信号を前記電子放出素子の一方の素子電極に印
加し、前記電子放出素子の他方の素子電極に走査信号を
印加して前記変調信号と前記走査信号との電位差に応じ
て前記電子源を駆動し、この駆動時、所定周期で前記電位差を通常の駆動時の電
位差よりも高くするように制御することを特徴とする画
像形成装置の駆動方法。
【請求項１６】前記駆動時、前記所定周期で前記変調
信号の電圧値を高くして電圧信号を印加することを特徴
とする請求項１５に記載の画像形成装置の駆動方法。
【請求項１７】前記駆動時、前記所定周期で前記変調
信号に前記変調信号の電圧値よりも高い電圧信号を重畳
することを特徴とする請求項１５に記載の画像形成装置
の駆動方法。
【請求項１８】前記駆動制御手段による前記電圧信号
の電圧値は、通常の電圧値の１倍以上１．５倍以下であ
ることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の画像形
成装置の駆動方法。