JP2000149793A

JP2000149793A - 電子放出素子の評価装置及び評価方法並びに電子放出素子、電子源基板及び画像形成装置の製造方法

Info

Publication number: JP2000149793A
Application number: JP32053198A
Authority: JP
Inventors: Michiyo Nishimura; 三千代西村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-11-11
Filing date: 1998-11-11
Publication date: 2000-05-30

Abstract

(57)【要約】【課題】電子放出素子の電子放出特性をより忠実に反
映する駆動時の発光分布を測定するための評価装置を提
供する。また、電子放出特性のばらつきの少ない電子放
出素子を製造する製造方法を提供する。【解決手段】評価装置は、電子放出素子を駆動する駆
動手段と、該電子放出素子からの発光パターンを入射し
て結像する結像手段と、結像を撮像する撮像手段と、撮
像された結像を表示する表示手段と、を備える。製造方
法は、基板の表面側に一対の電極と該一対の電極間に導
電性薄膜を配する工程と、導電性薄膜に電子放出部を形
成するフォーミング工程と、電子放出部を活性化する活
性化工程を有する電子放出素子の製造方法において、電
子放出素子を駆動してそのときの電子放出部の発光強度
分布を観測して該発光強度分布より得られる放出長を測
定する放出長測定工程を更に有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子の評
価装置及び該評価装置を用いた評価方法並びに電子放出
素子、該電子放出素子を有する電子源基板及び該電子放
出素子を有する画像形成装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子放出素子としては大別し
て熱電子放出素子と冷陰極電子放出素子を用いた２種類
のものが知られている。冷陰極電子放出素子には電界放
出型（以下、「ＦＥ型」という。）、金属／絶縁層／金
属型（以下、「ＭＩＭ型」という。）や表面伝導型電子
放出素子等がある。ＦＥ型の例としてはW.P.Dyke & W.
W.Dolan,”Field Emission”,Advance in Electron Phy
sics,8,89(1956)あるいはC.A.Spindt,”Physical Prope
rties of Thin-Film Field Emission Cathodes with Mo
lybdenium Cones”,J.Appl.Phys.,47,5248(1976)等に開
示されたものが知られている。

【０００３】ＭＩＭ型の例としてはC.A.Mead,”Operati
on of Tunnel-Emission Devices”,J.Apply.Phys.,32,6
46(1961)等に開示されたものが知られている。

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

【０００５】表面伝導型電子放出素子は、基板上に形成
された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことに
より、電子放出が生ずる現象を利用するものである。こ
の表面伝導型電子放出素子としては、前記エリンソン等
によるＳｎＯ₂薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によるもの
[G.Dittmer:”Thin Solid Films”,9,317(1972)]、In₂ O
₃/SnO₂薄膜によるもの[M.Hartwell and C.G.Fonsta
d:”IEEE Trans.ED Conf.”,519(1975)]、カーボン薄膜
によるもの［荒木久他：真空、第２６巻、第１号、２
２頁（１９８３）］等が報告されている。

【０００６】表面伝導型電子放出素子としては、前述の
Ｍ．ハートウェルらの素子の他、本出願人による、例え
ば特開平７−２３５２５５号公報の中に絶縁性基板上に
導電体からなる対向する一対の素子電極を形成し、これ
らの電極とはべつに両電極を連絡する導電性膜を形成
し、通電フォーミングにより電子放出部を形成した構成
の素子が報告されている。

【０００７】従来、これらの表面伝導型電子放出素子に
おいては、電子放出を行う前に導電性膜を予め通電フォ
ーミングと呼ばれる通電処理によって電子放出部を形成
するのが一般的であった。即ち、通電フォーミングとは
前記導電性膜両端に直流電圧あるいは非常にゆっくりと
した昇電圧例えば１Ｖ／分程度を印加通電し、導電性薄
膜を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、電気的に
高抵抗な状態にした電子放出部を形成することである。
尚、電子放出部は導電性膜の一部に亀裂が発生しその亀
裂付近から電子放出が行われる。前記通電フォーミング
処理をした表面伝導型電子放出素子は、上述導電性膜に
電圧を印加し、素子に電流を流すことにより、上述電子
放出部より電子を放出せしめるものである。

【０００８】従来、前述のフォーミング処理に引き続い
て、「活性化」と呼ぶ工程を行う場合があった。「活性
化」と呼ぶ工程は、例えば、有機物質などを含む雰囲気
中で素子に電圧を印加することにより、素子から放出さ
れる電流が著しく増加する。これは、上記のような処理
により電子放出部の近傍に炭素または炭素化合物などの
活性化堆積物の膜が堆積することに起因するものであ
る。

【０００９】上述の表面伝導型放出素子は、構造が単純
で製造も容易であることから、大面積にわたり多数素子
を配列形成できる利点がある。そこで、この特徴を生か
せるようないろいろな応用が研究されている。例えば、
荷電ビーム源、表示装置等があげられる。多数の表面伝
導型放出素子を配列形成した例としては、後述する様
に、並列に表面伝導型電子放出素子を配列し、個々の素
子の両端を配線（共通配線とも呼ぶ）で、それぞれ結線
した行を多数行配列した電子源があげられる（例えば、
特開昭６４−０３１３３２号公報、特開平１−２８３７
４９号公報、特開平２−２５７５５２号公報等）。ま
た、特に表示装置等の画像形成装置においては、近年、
液晶を用いた平板型表示装置が、ＣＲＴに替わって、普
及してきたが、自発光型でないため、バックライトを持
たなければならない等の問題点があり、自発光型の表示
装置の開発が、望まれてきた。自発光型表示装置として
は、表面伝導型放出素子を多数配置した電子源と電子源
より放出された電子によって、可視光を発光せしめる蛍
光体とを組み合わせた表示装置である画像形成装置があ
げられる（例えば、米国特許第５０６６８８３号）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】電子放出素子について
は、電子放出素子を適用した画像形成装置が明るい表示
画像を安定して提供できるよう電子放出特性の向上が要
望されている。ここでの電子放出特性とは、表面伝導型
電子放出素子の一対の素子電極に電圧を印加した際に、
両電極間を流れる電流（以下、「素子電流」または”Ｉ
ｆ”という。）と真空中に放出される電流（以下、「電
子放出電流」または”Ｉｅ”という。）、さらに、Ｉｅ
とＩｆとの比で評価される電子放出効率であり、素子電
流が小さく、放出電流が大きい、即ち効率の高い電子放
出素子が望まれている。

【００１１】電子放出特性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
テレビが実現できる。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のローコスト化も図れ
る。

【００１２】また、それらの特性を安定して提供するこ
とができることが、ローコストの条件となる。

【００１３】更に、電子放出素子を複数個並べて電子源
とする場合には、各素子間の特性の均一性が要求され
る。均一性のよい電子源を用いた画像形成装置では、表
示品位の向上が期待できる。

【００１４】電子放出特性が良好な素子、また、均一性
の優れた電子源を実現するためには、電子放出部の評価
が定量的になされ、故障および劣化の解析が行われ、特
性の向上やばらつきの低減に利用されることが重要であ
る。

【００１５】従来、電子放出素子の評価は、上述のＩ
ｆ、Ｉｅなどの電気的な測定を行うことで行われてき
た。また、電子放出部の評価は、光学顕微鏡もしくは、
電子顕微鏡での形態の観察により行われてきた。

【００１６】しかしながら、これらの電気的な特性の評
価と形態の評価とは、対応がとれない場合があり、問題
であった。これは、電子放出部は微細な構造であり、形
態観察では観察できない違いが特性の違いに反映してい
る場合があったのが主な要因である。また、電子放出部
は、数μｍから数１００μｍの放出部を有しており、そ
の範囲での平均的な特性が、電気的な特性として測定さ
れるので、放出部の不均一性を正確に評価できなくては
ならないが、形態の観察では、この不均一性を定量的に
評価できなかった。また、これらの評価は、破壊的な評
価であったり、評価に非常に時間がかかるのが問題であ
った。

【００１７】一方、電子放出素子が、電子の放出と同時
に光を放出することが一般に知られている。例えば、G.
Delaunayら(Thin Solid Films、76 p.149 (1981))によ
れば、この光は、黒体輻射のものに類似しており、ジュ
ール加熱によって、電子放出部近傍の温度が上昇してい
るためと述べられている。

【００１８】また、半導体検査装置の分野において、半
導体からの発光を画像として検出して、半導体の故障箇
所と故障原因を判定する、いわゆるエミッション顕微鏡
が存在する。

【００１９】本発明は、電子放出素子の電子放出特性を
より忠実に反映する駆動時の発光分布を測定するための
評価装置及びそれを用いた評価方法を提供することを目
的とする。

【００２０】また、本発明は、電子放出特性のばらつき
の少ない電子放出素子、該電子放出素子を有する電子源
基板及び該電子放出素子を有する画像形成装置を製造す
る製造方法を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明による電子放出素
子の評価装置は、電子放出素子を駆動する駆動手段と、
該電子放出素子からの発光パターンを入射して結像する
結像手段と、結像を撮像する撮像手段と、撮像された結
像を表示する表示手段と、を備えることを特徴とする。

【００２２】本発明による電子放出素子の評価方法は、
上記の電子放出素子の評価装置を用いて、前記発光によ
る電子放出点近傍の発光パターンを評価することを特徴
とする。

【００２３】本発明による電子放出素子の製造方法は、
基板の表面側に一対の電極と該一対の電極間に導電性薄
膜を配する工程と、前記導電性薄膜に電子放出部を形成
するフォーミング工程と、前記電子放出部を活性化する
活性化工程を有する電子放出素子の製造方法において、
前記電子放出素子を駆動してそのときの前記電子放出部
の発光強度分布を観測して該発光強度分布より得られる
放出長を測定する放出長測定工程を更に有することを特
徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
を説明する。

【００２５】本発明の評価装置を適用できるのは電子放
出素子全般であるが、本発明における評価装置で評価す
る際にもっとも有効な情報が得られるのは、表面伝導型
電子放出素子およびそれを使用した電子源および画像形
成装置である。また特に、本発明は、表面伝導型電子放
出素子の中でも、平面型表面伝導型電子放出素子および
それを使用した電子源および画像形成装置に対して有用
である。このため、以下、表面伝導型電子放出素子を中
心にして説明する。

【００２６】まず、表面伝導型電子放出素子の構成およ
び製造方法について説明する。

【００２７】本発明を適用し得る表面伝導型電子放出素
子の基本的構成には大別して、平面型及び垂直型の２つ
がある。

【００２８】まず、平面型表面伝導型電子放出素子につ
いて説明する。

【００２９】図３は、本発明を適用可能な平面型表面伝
導型電子放出素子の構成を示す模式図であり、図３
（ａ）は平面図、図３（ｂ）は断面図である。

【００３０】図３において１は基板、２と３は素子電
極、４は導電性膜、５は電子放出部である。

【００３１】基板１としては、石英ガラス、Ｎａ等の不
純物含有量を減少したガラス、青板ガラス、青板ガラス
にスパッタ法等により形成したＳｉＯ₂を積層したガラ
ス基板及びアルミナ等のセラミックス及びＳｉ基板等を
用いることができる。

【００３２】対向する素子電極２、３の材料としては、
一般的な導体材料を用いることができる。これは例えば
Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃ
ｕ，Ｐｄ等の金属或は合金及びＰｄ，Ａｇ，Ａｕ，Ｒｕ
Ｏ₂，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、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。

【００３３】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、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の範囲とすることができ、より好ましくは、数μ
ｍから数十μｍの範囲とすることができる。

【００３４】素子電極長さＷは、電極の抵抗値、電子放
出特性を考慮して、数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ｎｍから
数μｍの範囲とすることができる。

【００３５】尚、図３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。

【００３６】導電性膜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、
０．１ｎｍの数倍から数百ｎｍの範囲とするのが好まし
く、より好ましくは１ｎｍより５０ｎｍの範囲とするの
が良い。その抵抗値は、Ｒｓが１０²から１０⁷Ω／□の
値である。本願明細書において、フォーミング処理につ
いては、通電処理を例に挙げて説明するが、フォーミン
グ処理はこれに限られるものではなく、膜に亀裂を生じ
させて高抵抗状態を形成する処理を包含するものであ
る。

【００３７】導電性膜４を構成する材料は、Ｐｄ，Ｐ
ｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆ
ｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｄ等の金属、ＰｄＯ，Ｓ
ｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＰｂＯ，Ｓｂ₂Ｏ₃等の酸化物等
の中から適宜選択される。

【００３８】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、０．１ｎｍの数倍から数百ｎｍの
範囲、好ましくは、１ｎｍから２０ｎｍの範囲である。

【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。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。

【００４０】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。

【００４１】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。「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２〜３ｎｍ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２２〜２
６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。「創造科学技術推
進制度の”超微粒子プロジェクト”（１９８１〜１９８
６）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１０
０〜１０⁸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０．１ｎｍの数倍から１ｎｍ程度、上限は数μ
ｍ程度のものを指すこととする。

【００４２】電子放出部５は、導電性膜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、
０．１ｎｍの数倍から数十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
導電性薄膜４には、炭素及び炭素化合物を有する場合が
ある。

【００４３】次に、垂直型表面伝導型電子放出素子につ
いて説明する。

【００４４】図４は、本発明の表面伝導型電子放出素子
を適用できる垂直型表面伝導型電子放出素子の一例を示
す模式図である。

【００４５】図４においては、図３に示した部位と同じ
部位には図３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、３、
導電性膜４、電子放出部５は、前述した平面型表面伝導
型電子放出素子の場合と同様の材料で構成することがで
きる。段差形成部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、段差形成部の製法、及び、素子電極間に印
加する電圧を考慮して設定されるが、数十ｎｍから数μ
ｍの範囲が好ましい。

【００４６】導電性膜４は、素子電極２、３と段差形成
部２１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４においては、段差形成部２１に形
成されているが、作成条件、フォーミング条件等に依存
し、形状、位置ともこれに限られるものでない。

【００４７】上述の表面伝導型電子放出素子の製造方法
としては様々な方法があるが、その一例を図５に模式的
に示す。また図６は後述のフォーミング工程における電
圧パルスの１例を示す図、図７は、フォーミング工程、
活性化工程における製造装置の１例を示す図、図８は、
活性化工程における電圧パルスの１例を示す図である。

【００４８】以下、図３、図５、図６、図７、図８を参
照しながら製造方法の一例について説明する。

【００４９】（１）基板１を洗剤、純水および有機溶剤
等を用いて十分に洗浄し、真空蒸着法、スパッタ法等に
より素子電極材料を堆積後、例えばフォトリソグラフィ
ー技術を用いて基板１上に素子電極２、３を形成する。
（図５（ａ））（２）素子電極２、３を設けた基板１に、有機金属溶液
を塗布して、有機金属薄膜を形成する。有機金属溶液に
は、前述の導電性膜４の材料の金属を主元素とする有機
金属化合物の溶液を用いることができる。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、導電性膜４を形成する（図５（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。

【００５０】（３）つづいて、電子放出部５を形成す
る。（図５（ｃ））（３）−１はじめに、フォーミング工程を施す。

【００５１】このフォーミング工程の方法の一例として
通電処理による方法を説明する。素子電極２、３間に、
不図示の電源を用いて、通電を行うと、導電性膜４の部
位に、構造の変化した電子放出部５が形成される。通電
フォーミングによれば導電性膜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。該
部位が電子放出部５となる。通電フォーミングの電圧波
形の例を図６に示す。

【００５２】電圧波形は、パルス波形が、好ましい。こ
れにはパルス波高値を定電圧としたパルスを連続的に印
加する図６（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６（ｂ）に示した手
法がある。

【００５３】図６（ａ）におけるＴ１及びＴ２は電圧波
形のパルス幅とパルス間隔である。通常Ｔ１は１μｓｅ
ｃ．〜１０ｍｓｅｃ．、Ｔ２は、１０μｓｅｃ．〜１０
ｍｓｅｃ．の範囲で設定される。三角波の波高値（通電
フォーミング時のピーク電圧）は、表面伝導型電子放出
素子形態に応じて適宜選択される。このような条件のも
と、例えば、数秒から数十分間電圧を印加する。パルス
波形は三角波に限定されるものではなく、矩形波など所
望の波形を採用することができる。

【００５４】図６（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図６
（ａ）に示したのと同様とすることができる。三角波の
波高値（通電フォーミング時のピーク電圧）は、例えば
０．１Ｖ／ステップ程度づつ、増加させることができ
る。

【００５５】通電フォーミング処理の終了は、パルス間
隔Ｔ２中に、導電性膜４を局所的に破壊、変形しない程
度の電圧を印加し、電流を測定して検知することができ
る。例えば０．１Ｖ程度の電圧印加により流れる素子電
流を測定し、抵抗値を求めて、１ＭΩ以上の抵抗を示し
た時、通電フォーミングを終了させる。

【００５６】（３）−２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。活性化工程とは、
この工程により、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、著し
く変化する工程である。

【００５７】図７は、活性化製造装置の一例を示す図で
ある。この装置は、後述の測定評価装置としての機能を
も兼ね備えている。図７において、３１は真空チャンバ
である。真空チャンバ３１内には電子放出素子が配され
ている。即ち、１は電子放出素子を構成する基板であ
り、２及び３は素子電極、４は導電性膜、５は電子放出
部である。

【００５８】３３は電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加
するための電源、３４は素子電流Ｉｆを測定するための
電流計、３５は素子の電子放出部より放出される放出電
流Ｉｅを捕捉するためのアノード電極である。３６はア
ノード電極３５に電圧を印加するための高圧電源、３７
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。

【００５９】また真空容器３１は、バルブ４２を介し
て、真空排気装置３２と、活性化材料を有する容器４４
と接続されている。容器４４はアンプルやボンベなどで
ある。さらに活性化材料の導入量を制御するための導入
量制御装置４３が備えられている。具体的には、スロー
リークバルブなど逃す流量を制御可能なバルブや、マス
フローコントローラーなどであり、導入物質の種類に応
じて、それぞれ使用が可能である。

【００６０】さらに真空チャンバ３１には、内部の圧力
を測定する圧力計４０、雰囲気中の各成分の分圧を測定
するためのガスモニタ４１が備えられている。

【００６１】活性化工程では、図７で示した装置によっ
て、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、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。活性
化の材料として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_nＨ_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_nＨ_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、プロピオン酸等あるいは
これらの混合物が使用できる。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。

【００６２】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、ＨＯＰＧはほぼ完全なグラファイトの結晶構造、Ｐ
Ｇ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、５０ｎｍ以下の範囲とするのが好ましく、３
０ｎｍ以下の範囲とすることがより好ましい。

【００６３】図８に活性化における電圧波形の一例を示
す。

【００６４】電圧波形は、パルス波形が、好ましい。片
極のパルスに印加する方法（図８（ａ））と、両極のパ
ルスを交互に印加する方法（図８（ｂ））がある。

【００６５】図８におけるＴ１及びＴ２は電圧波形のパ
ルス幅とパルス間隔である。通常Ｔ１は１μｓｅｃ．〜
１００ｍｓｅｃ．、Ｔ２は、１０μｓｅｃ．〜１０ｓｅ
ｃ．の範囲で設定される。

【００６６】（４）このような工程を経て得られた電子
放出素子は、安定化工程を行うことが好ましい。この工
程は、真空容器内の有機物質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。

【００６７】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１．３×１０^-6Ｐａ以下が好まし
く、さらには１．３×１０^-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１．３
×１０^-6Ｐａ以下が特に好ましい。

【００６８】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、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。

【００６９】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、
また真空容器や基板などに吸着したＨ₂Ｏ，Ｏ₂なども
除去でき、結果として素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、
安定する。

【００７０】上述した工程を経て得られた本発明を適用
可能な電子放出素子の基本特性について図７、図９を参
照しながら説明する。

【００７１】図７の装置では、真空容器３１に、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。
真空ポンプ３２は、ターボポンプ、ロータリーポンプか
らなる通常の高真空装置系と更に、イオンポンプ等から
なる超高真空装置系とにより構成されている。ここに示
した電子源基板を配した真空処理装置の全体は、不図示
のヒータにより加熱できる。

【００７２】さらに、一例として、アノード電極３５の
電圧を１ｋＶ〜１０ｋＶの範囲とし、アノード電極と電
子放出素子との距離Ｈを２ｍｍ〜８ｍｍの範囲として測
定を行うことができるようになっている。

【００７３】図９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Ｖ
ｆの関係を模式的に示した図である。図９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、縦・横軸ともリニア
スケールである。

【００７４】図９からも明らかなように、本発明の適用
可能な表面伝導型電子放出素子は、放出電流Ｉｅに関し
て対する三つの特徴的性質を有する。

【００７５】即ち、（ｉ）本素子はある電圧（しきい値電圧と呼ぶ、図９中
のＶｔｈ）以上の素子電圧を印加すると急激に放出電流
Ｉｅが増加し、一方しきい値電圧Ｖｔｈ以下では放出電
流Ｉｅがほとんど検出されない。つまり、放出電流Ｉｅ
に対する明確なしきい値電圧Ｖｔｈを持った非線形素子
である。

【００７６】（ｉｉ）放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに単
調増加依存するため、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制
御できる。

【００７７】（ｉｉｉ）アノード電極３５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３５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。

【００７８】以上の説明より理解されるように、本発明
の適用可能な表面伝導型電子放出素子は、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。

【００７９】図９においては、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。）例を実線に示した。素子電流Ｉｆが素子電圧Ｖｆ
に対して電圧制御型負性抵抗特性（以下、「ＶＣＮＲ特
性」という。）を示す場合もある（不図示）。これら特
性は、前述の工程を制御することで制御できる。

【００８０】このような電子放出素子の評価装置を、図
１で説明する。

【００８１】電子放出素子は、真空チャンバ１１の中に
設置され、駆動装置１２に接続されている。真空チャン
バには、電子放出部５を結像するための結像装置７が接
続されている。また、結像装置の結像位置に撮像装置８
が配置される。また、結像装置７に素子を照明するため
の照明装置６が接続される場合もある。さらに、撮像装
置８は、素子からの発光パターンを観察するための、モ
ニタ９と、発光パターンを解析するための解析装置１０
に接続されている。

【００８２】結像装置７は数枚のレンズ群からなり、放
出部近傍を拡大する光学系を備えている。

【００８３】撮像装置８は、素子からの可視光から近赤
外にかけての発光に感度を有するものであるならば、各
種のものが選択できる。ただし、素子からの発光は、微
弱光であるため、何らかの信号を増幅する機構を有した
ものが必要となる。

【００８４】たとえば、冷却ＣＣＤカメラ、フォトンカ
ウンティングカメラ、マルチチャンネルプレート等が使
用できる。

【００８５】評価装置は、照明光で照明された素子の画
像パターンと素子からの発光パターンとが、画像メモリ
を介して合成されて使用される場合がある。

【００８６】また、素子からの発光のスペクトル成分を
解析する装置に接続される場合や、撮像装置７の前にお
かれた光学フィルタにより波長選択された像を解析する
構成をもつ場合がある。

【００８７】発光パターンとその強度分布から、画像解
析装置によって、放出長が測定される場合がある。

【００８８】つぎに本発明の評価装置で評価される応用
例である、電子放出素子を複数個を基板上に配列した電
子源あるいは、画像形成装置での評価例について説明す
る。

【００８９】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。

【００９０】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
子を制御駆動するはしご状配置のものがある。これとは
別に、電子放出素子をＸ方向及びＹ方向に行列状に複数
個配し、同じ行に配された複数の電子放出素子の電極の
一方を、Ｘ方向の配線に共通に接続し、同じ列に配され
た複数の電子放出素子の電極の他方を、Ｙ方向の配線に
共通に接続するものが挙げられる。このようなものは所
謂単純マトリクス配置である。まず単純マトリクス配置
について以下に詳述する。

【００９１】本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素
子については、前述したとおり（ｉ）乃至（ｉｉｉ）の
特性がある。即ち、表面伝導型電子放出素子からの放出
電子は、しきい値電圧以上では、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、しきい値電圧以下では、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。

【００９２】以下この原理に基づき、本発明を適用可能
な電子放出素子を複数配して得られる電子源基板につい
て、図１０を用いて説明する。図１０において、７１は
電子源基板、７２はＸ方向配線、７３はＹ方向配線であ
る。７４は表面伝導型電子放出素子、７５は結線であ
る。尚、表面伝導型電子放出素子７４は、前述した平面
型あるいは垂直型のどちらであってもよい。

【００９３】ｍ本のＸ方向配線７２は、Ｄｘ１，Ｄｘ
２，…，Ｄｘｍからなり、真空蒸着法、印刷法、スパッ
タ法等を用いて形成された導電性金属等で構成すること
ができる。配線の材料、膜厚、巾は、適宜設計される。
Ｙ方向配線７３は、Ｄｙ１，Ｄｙ２，…，Ｄｙｎのｎ本
の配線よりなり、Ｘ方向配線７２と同様に形成される。
これらｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ方向配線７３と
の間には、不図示の層間絶縁層が設けられており、両者
を電気的に分離している（ｍ、ｎは、共に正の整数）。

【００９４】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。

【００９５】表面伝導型放出素子７４を構成する一対の
電極（不図示）は、ｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ方
向配線７３と導電性金属等からなる結線７５によって電
気的に接続されている。

【００９６】配線７２と配線７３を構成する材料、結線
７５を構成する材料及び一対の素子電極を構成する材料
は、その構成元素の一部あるいは全部が同一であって
も、またそれぞれ異なってもよい。これら材料は、例え
ば前述の素子電極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。

【００９７】Ｘ方向配線７２には、Ｘ方向に配列した表
面伝導型放出素子７４の行を、選択するための走査信号
を印加する不図示の走査信号印加手段が接続される。一
方、Ｙ方向配線７３には、Ｙ方向に配列した表面伝導型
放出素子７４の各列を入力信号に応じて、変調するため
の不図示の変調信号発生手段が接続される。各電子放出
素子に印加される駆動電圧は、当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。

【００９８】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。

【００９９】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１１と図１
２、図１３を用いて説明する。図１１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１２は、図
１１の画像形成装置に使用される蛍光膜の模式図であ
る。図１３は、ＮＴＳＣ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。

【０１００】図１１において、７１は電子放出素子を複
数配した電子源基板、７２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８
４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が低融点のフリッ
トガラスなどを用いて接合される。

【０１０１】７４は、図３における電子放出素子であ
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方向配線である。

【０１０２】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を構成しても良い。一方、フェースプレート８６、リ
アプレート８１間に、スペーサーとよばれる不図示の支
持体を設置することにより、大気圧に対して十分な強度
をもつ外囲器８８を構成することもできる。

【０１０３】図１２は、蛍光膜を示す模式図である。蛍
光膜９２は、モノクロームの場合は蛍光体のみから構成
することができる。カラーの蛍光膜の場合は、蛍光体の
配列によりブラックストライプあるいはブラックマトリ
クスなどと呼ばれる黒色導電材９１と蛍光体９２とから
構成することができる。ブラックストライプ、ブラック
マトリクスを設ける目的は、カラー表示の場合、必要と
なる三原色蛍光体の各蛍光体９２間の塗り分け部を黒く
することで混色等を目立たなくすることと、蛍光膜９２
における外光反射によるコントラストの低下を抑制する
ことにある。ブラックストライプの材料としては、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。

【０１０４】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、印刷法等
が採用できる。蛍光膜８３の内面側には、通常メタルバ
ック８４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側へ鏡面反射させることにより輝度を向上させるこ
と、電子ビーム加速電圧を印加するための電極として作
用させること、外囲器８８内で発生した負イオンの衝突
によるダメージから蛍光体を保護すること等である。メ
タルバックは、蛍光膜８３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。

【０１０５】フェースプレート８６には、更に蛍光膜８
３の導電性を高めるため、蛍光膜８３の外面側に透明電
極（不図示）を設けてもよい。

【０１０６】前述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。

【０１０７】図１１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。

【０１０８】外囲器８８は、排気管（不図示）を介して
図７で示した構成と同様の真空排気装置３２、等に接続
されている。

【０１０９】外囲器８８の内部を排気し、フォーミング
を行う。この際、例えば図１０に示した、Ｙ方向配線７
３を共通電極に接続し、Ｘ方向配線７２の内の一つに接
続された素子に、同時に電圧パルスを印加して、フォー
ミングを行うことができる。パルスの形状や、処理の終
了の判定などの条件は、前述の方法に準じて選択すれば
よい。また、複数のＸ方向配線に、位相をずらせたパル
スを順次印加（スクロール）することにより、複数のＸ
方向配線に接続された素子をまとめてフォーミングする
事も可能である。

【０１１０】フォーミング終了後、活性化工程を行う。
外囲器８８は、十分に排気した後、活性化材料が導入さ
れる。また、必要に応じて有機物質以外の物質も導入さ
れる場合がある。この様にして形成した、有機物質を含
む雰囲気中で、上記フォーミングの場合と同様に、各素
子に電圧パルスを印加することで活性化が行われる。活
性化工程においては、炭素あるいは炭素化合物、ないし
両者の混合物が電子放出部に堆積し、電子放出量がドラ
スティックに上昇するのは、個別素子の場合と同様であ
る。

【０１１１】電圧印加の波形は素子の場合と同様に、各
種のものが適宜選択される。

【０１１２】電圧印加の順番はＸ方向もしくはＹ方向の
ラインごとに１本および複数本を選択して、順次、活性
化工程を進行、終了させる方法や、前述のフォーミング
処理と同様に、複数のＸ方向配線に、位相をずらせたパ
ルスを順次印加（スクロール）することにより、複数の
Ｘ方向配線に接続された素子をまとめて活性化を進行、
終了させる方法などがある。

【０１１３】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
少ない雰囲気にした後、封止がなされる。

【０１１４】さらに、外囲器８８の封止後の真空度を維
持するために、ゲッタ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（不図示）を
加熱し蒸着膜を形成する処理である。ゲッタは通常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。

【０１１５】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１３を用いて説明する。図１３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はシフトレジスタである。１０５はラ
インメモリ、１０６は同期信号分離回路、１０７は変調
信号発生器、ＶｘおよびＶａは直流電圧源である。

【０１１６】表示パネル１０１は、端子Ｄｏｘ１乃至Ｄ
ｏｘｍ、端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎ、及び高圧端子Ｈｖ
を介して外部の電気回路と接続している。端子Ｄｏｘ１
乃至Ｄｏｘｍには、表示パネル内に設けられている電子
源、即ち、Ｍ行Ｎ列の行列状にマトリクス配線された表
面伝導型電子放出素子群を一行（Ｎ素子）ずつ順次駆動
する為の走査信号が印加される。

【０１１７】端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｎには、前記走査信号
により選択された一行の表面伝導型電子放出素子の各素
子の出力電子ビームを制御する為の変調信号が印加され
る。高圧端子Ｈｖには、直流電圧源Ｖａより、例えば１
０ｋＶの直流電圧が供給されるが、これは表面伝導型電
子放出素子から放出される電子ビームに蛍光体を励起す
るのに十分なエネルギーを付与する為の加速電圧であ
る。

【０１１８】走査回路１０２について説明する。同回路
は、内部にＭ個のスイッチング素子を備えたもので（図
中、Ｓ１乃至Ｓｍで模式的に示している）ある。各スイ
ッチング素子は、直流電圧源Ｖｘの出力電圧もしくは０
Ｖ（グランドレベル）のいずれか一方を選択し、表示パ
ネル１０１の端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍと電気的に接続され
る。Ｓ１乃至Ｓｍの各スイッチング素子は、制御回路１
０３が出力する制御信号Ｔｓｃａｎに基づいて動作する
ものであり、例えば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。

【０１１９】直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には表面伝
導型電子放出素子の特性（電子放出しきい値電圧）に基
づき走査されていない素子に印加される駆動電圧が電子
放出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。

【０１２０】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およびＴｓｆｔおよ
びＴｍｒｙの各制御信号を発生する。

【０１２１】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為の回路である。同期信号分離
回路１０６により分離された同期信号は、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Ｔｓ
ｙｎｃ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。該ＤＡＴＡ信号はシフトレジスタ１０４に入力され
る。

【０１２２】シフトレジスタ１０４は、時系列的にシリ
アルに入力される前記ＤＡＴＡ信号を、画像の１ライン
毎にシリアル／パラレル変換するためのもので、前記制
御回路１０３より送られる制御信号Ｔｓｆｔに基づいて
動作する（即ち、制御信号Ｔｓｆｔは、シフトレジスタ
１０４のシフトクロックであるということもでき
る。）。シリアル／パラレル変換された画像１ライン分
（電子放出素子Ｎ素子分の駆動データに相当）のデータ
は、Ｉｄ１乃至ＩｄｎのＮ個の並列信号として前記シフ
トレジスタ１０４より出力される。

【０１２３】ラインメモリ１０５は、画像１ライン分の
データを必要時間の間だけ記憶する為の記憶装置であ
り、制御回路１０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙに従
って適宜Ｉｄ１乃至Ｉｄｎの内容を記憶する。記憶され
た内容は、Ｉ′ｄ１乃至Ｉ′ｄｎとして出力され、変調
信号発生器１０７に入力される。

【０１２４】変調信号発生器１０７は、画像データＩ′
ｄ１乃至Ｉ′ｄｎの各々に応じて表面伝導型電子放出素
子の各々を適切に駆動変調する為の信号源であり、その
出力信号は、端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを通じて表示パ
ネル１０１内の表面伝導型電子放出素子に印加される。

【０１２５】前述したように、本発明を適用可能な電子
放出素子は放出電流Ｉｅに対して以下の基本特性を有し
ている。即ち、電子放出には明確なしきい値電圧Ｖｔｈ
があり、Ｖｔｈ以上の電圧を印加された時のみ電子放出
が生じる。電子放出しきい値以上の電圧に対しては、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以下の電圧を印加しても電子放出は
生じないが、電子放出閾値以上の電圧を印加する場合に
は電子ビームが出力される。その際、パルスの波高値Ｖ
ｍを変化させる事により出力電子ビームの強度を制御す
ることが可能である。また、パルスの幅Ｐｗを変化させ
ることにより出力される電子ビームの電荷の総量を制御
する事が可能である。

【０１２６】従って、入力信号に応じて、電子放出素子
を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅変調
方式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際して
は、変調信号発生器１０７として、一定長さの電圧パル
スを発生し、入力されるデータに応じて適宜パルスの波
高値を変調するような電圧変調方式の回路を用いること
ができる。

【０１２７】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。

【０１２８】シフトレジスタ１０４やラインメモリ１０
５は、デジタル信号式のものをもアナログ信号式のもの
をも採用できる。画像信号のシリアル／パラレル変換や
記憶が所定の速度で行なわれれば良いからである。

【０１２９】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１０
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１０７に用いられる回路が若干異なった
ものとなる。即ち、デジタル信号を用いた電圧変調方式
の場合、変調信号発生器１０７には、例えばＤ／Ａ変換
回路を用い、必要に応じて増幅回路などを付加する。パ
ルス幅変調方式の場合、変調信号発生器＄１０７には、
例えば高速の発振器および発振器の出力する波数を計数
する計数器（カウンタ）及び計数器の出力値と前記メモ
リの出力値を比較する比較器（コンパレータ）を組み合
せた回路を用いる。必要に応じて、比較器の出力するパ
ルス幅変調された変調信号を表面伝導型電子放出素子の
駆動電圧にまで電圧増幅するための増幅器を付加するこ
ともできる。

【０１３０】アナログ信号を用いた電圧変調方式の場
合、変調信号発生器１０７には、例えばオペアンプなど
を用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフ
ト回路などを付加することもできる。パルス幅変調方式
の場合には、例えば、電圧制御型発振回路（ＶＯＣ）を
採用でき、必要に応じて表面伝導型電子放出素子の駆動
電圧まで電圧増幅するための増幅器を付加することもで
きる。

【０１３１】このような構成をとり得る本発明の適用可
能な画像表示装置においては、各電子放出素子に、容器
外端子Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを
介して電圧を印加することにより、電子放出が生ずる。
高圧端子Ｈｖを介してメタルバック８５、あるいは透明
電極（不図示）に高圧を印加し、電子ビームを加速す
る。加速された電子は、蛍光膜８４に衝突し、発光が生
じて画像が形成される。

【０１３２】次に、はしご型配置の電子源及び画像形成
装置について図１４及び図１５を用いて説明する。

【０１３３】図１４は、はしご型配置の電子源の一例を
示す模式図である。図１４において、１１０は電子源基
板、１１１は電子放出素子である。１１２、Ｄｘ１〜Ｄ
ｘ１０は、電子放出素子１１１を接続するための共通配
線である。電子放出素子１１１は、基板１１０上に、Ｘ
方向に並列に複数個配されている（これを素子行と呼
ぶ）。この素子行が複数個配されて、電子源を構成して
いる。各素子行の共通配線間に駆動電圧を印加すること
で、各素子行を独立に駆動させることができる。即ち、
電子ビームを放出させたい素子行には、電子放出しきい
値以上の電圧を、電子ビームを放出しない素子行には、
電子放出しきい値以下の電圧を印加する。各素子行間の
共通配線Ｄｘ２〜Ｄｘ９は、例えばＤｘ２、Ｄｘ３を同
一配線とすることもできる。

【０１３４】図１５は、はしご型配置の電子源を備えた
画像形成装置におけるパネル構造の一例を示す模式図で
ある。１２０はグリッド電極、１２１は電子が通過する
ための空孔、１２２はＤｏｘ１，Ｄｏｘ２，…，Ｄｏｘ
ｍよりなる容器外端子である。１２３は、グリッド電極
１２０と接続されたＧ１，Ｇ２，…，Ｇｎからなる容器
外端子、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１５においては、図１１、図１
２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１１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。

【０１３５】図１５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、表面伝導型放出素子か
ら放出された電子ビームを変調するためのものであり、
はしご型配置の素子行と直交して設けられたストライプ
状の電極に電子ビームを通過させるため、各素子に対応
して１個ずつ円形の開口１２１が設けられている。グリ
ッドの形状や設置位置は図１５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、グリッドを表面伝導型放
出素子の周囲や近傍に設けることもできる。

【０１３６】容器外端子１２２およびグリッド容器外端
子１２３は、不図示の制御回路と電気的に接続されてい
る。

【０１３７】本例の画像形成装置では、素子行を１列ず
つ順次駆動（走査）していくのと同期してグリッド電極
列に画像１ライン分の変調信号を同時に印加する。これ
により、各電子ビ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。

【０１３８】ここで述べた２種類の画像形成装置の構成
は、本発明を適用可能な画像形成装置の一例であり、本
発明の技術思想に基づいて種々の変形が可能である。入
力信号については、ＮＴＳＣ方式を挙げたが入力信号は
これに限られるものではなく、ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭ方式
など他、これよりも、多数の走査線からなるＴＶ信号
（例えば、高品位ＴＶ）方式をも採用できる。

【０１３９】また、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。

【０１４０】このような画像形成装置に対しても、本発
明の評価装置で放出部を評価することができる。

【０１４１】通常の駆動条件で全面を駆動させてもよい
し、特定の素子を駆動させながら、同期をとって評価す
ることもできる。

【０１４２】本発明による結像装置と撮像装置を接続さ
せた装置を撮像ヘッドとして構成し、評価を行う素子の
場所に移動させて、電子放出素子の各素子の発光パター
ンを解析することができる。また、撮像ヘッドを固定し
て、電子源基板および画像形成装置を移動する構成にす
ることもある。

【０１４３】また、電子源および画像形成装置の評価の
場合、電子源基板の基板を透過した発光を裏面より評価
することができる。

【０１４４】この場合、電子源および画像形成装置は、
非破壊で評価できる場合がある。

【０１４５】また、本発明による評価装置は、素子の製
造工程で用いられる場合がある。例えば、活性化の直後
および駆動の前後等である。活性化の直後では、評価結
果に応じて、再度工程が見直される場合がある。

【０１４６】評価方法には、各種の方法が考えられる。
例えば、本評価装置で評価された放出長と素子の電気特
性（Ｉｆ，Ｉｅ）との相関をとる方法等がある。

【０１４７】

【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。

【０１４８】（第１実施例）本発明の示す第１実施例を
図１〜図８を参照して説明する。

【０１４９】まず、本発明で評価される電子放出素子に
ついて製造方法を説明する。

【０１５０】まず、ガラス基板１を洗浄する。ガラス基
板は、青板基板を用いた。

【０１５１】基板１に電極のパターンに対応する開口部
を有するホトレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−４１；日立
化成社製）のマスクパターンを形成し、真空蒸着法によ
り厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ１００ｎｍのＮｉを順次堆積
させた後、ホトレジストを有機溶剤で溶解し、Ｎｉ／Ｔ
ｉ膜をリフトオフして、素子電極２、３を形成した。素
子電極間の間隔Ｌは５μｍ、電極幅Ｗは３００μｍとし
た。

【０１５２】上記素子に２００μｍ角の開口部をもつマ
スクを重ね、これに、Ｐｄアミン錯体溶液（ＣＣＰ４２
３０；奥野製薬（株）社製）をスプレー塗布し、３５０
℃で１時間加熱焼成し、パターン状の導電性膜４である
ＰｄＯ膜を得る。こうして形成された導電性膜４は、実
施例膜厚が１５ｎｍ、粒径が約７ｎｍである微粒子から
なる微粒子膜であり、シート抵抗値は５×１０⁴Ω／□
であった。

【０１５３】以上のように形成された基板１を、図７で
示す装置に接続する。

【０１５４】真空チャンバ３１を真空排気装置３２によ
り排気する。真空排気装置３２は、ターボポンプとロー
タリーポンプからなる高真空排気装置とした。

【０１５５】まず、フォーミング処理を行う。

【０１５６】素子電極２、３間にパルス電圧を与えて電
子放出部５を形成する。この時の波形は、図６（ｂ）の
ような波高値の漸増する三角波パルスであり、パルス幅
はＴ１＝１ｍｓｅｃ、パルス間隔Ｔ２＝１０ｍｓｅｃと
した。フォーミング処理は、抵抗測定時の電流波高値が
減少して、その抵抗が１ＭΩと換算されるまで電圧パル
ス波高値を増加させつづけることで行った。

【０１５７】つづいて、活性化工程を行った。

【０１５８】活性化材料としては、アセトンを使用し
た。バルブ４２と導入量制御装置４３を調整して、真空
チャンバ３１内の圧力を５×１０^-4Ｐａに調整した。

【０１５９】活性化工程では、さらに、素子電極２、３
間にパルス電圧を与える。この時の波形は図８（ａ）の
矩形パルスを用いた。パルス幅はＴ１＝１ｍｓｅｃ、パ
ルス間隔Ｔ２＝１０ｍｓｅｃとした。

【０１６０】また、素子電圧ＶｆはＶｆ＝１８Ｖとして
１時間連続して電圧を印加した。

【０１６１】この後、安定化工程を行った。真空排気装
置３２で、真空チャンバ３１内を再び排気し、真空チャ
ンバ全体を、ヒータ（不図示）により、電子放出素子１
０近傍で１５０℃になるように１０時間加熱放置した。

【０１６２】このような素子を図１、図２で示す評価装
置で評価した。

【０１６３】真空チャンバ１１は、その一部に結像装置
７を有している。結像装置７の光学系は、レンズ１３群
で構成され、拡大光学系となっている。その拡大光学系
の中間像点に、撮像装置８が配置される。撮像装置８は
モニタ９に接続され、モニタ９では素子の像を数倍から
１００００倍程度に拡大されて写しだされる。

【０１６４】本実施例では、撮像装置８としては冷却Ｃ
ＣＤ１７を用いた。冷却ＣＣＤ１７はＣＣＤを冷却して
露光時間をのばしてその間の光を積算することで微弱光
の画像を得る構成の撮像装置である。得られた画像は、
通常静止画であり、いったん画像メモリ１５に保存され
る。この画像は必要に応じて画像合成装置１６に送られ
て合成される。一方、光学系の光路の途中には、ハーフ
ミラー１４が配置され、照明装置６からの光を素子部に
照射する落射光学系を構成している。

【０１６５】素子は真空チャンバ外に配置された駆動装
置１２で駆動される。

【０１６６】図１６に本評価装置での解析例を示した。

【０１６７】得られる画像は、照明光で照射されたパタ
ーン１６１と発光パターン１６２がある。

【０１６８】照明光パターン１６１と発光パターン１６
２は、それぞれ画像メモリ１５に保存された後に、画像
合成装置１６で合成する場合と、照明を行いながら駆動
を行うことで、１枚の画像として得られる場合がある。

【０１６９】発光パターン１６２は、撮像装置で、その
強度が輝度信号にかえられる。

【０１７０】この輝度信号を解析することで特性の解析
が行われる。例えば、発光強度が強い部分が電子放出特
性の良好な部分に相当していることから、実際の放出長
は、一定値以上の輝度信号（Ｄｔｈ）を選択して、その
長さＬｅｍｉを測定することで数値化される。

【０１７１】このように定量化された実効的な放出長Ｌ
ｅｍｉは、光学もしくは電子顕微鏡で観察される変質部
より短くなる。しかし、実際の特性、例えば、素子電流
であるＩｆとの相関がよく、より素子特性を反映した値
となっている。

【０１７２】（第２実施例）次に本発明の示す第２実施
例として光学系の変形例を図１７に示す。

【０１７３】本実施例の評価装置の特徴は、撮像装置の
違いである。本実施例では、光信号の増幅機構として、
マルチチャンネルプレート等からなる装置１７１を用い
ている点である。

【０１７４】図１７において、結像光学系のうちレンズ
群は実施例１と同様のものを用いた。撮像装置８は光電
装置−マルチチャンネルプレート−蛍光装置からなるい
わゆるイメージインテンシファイア１７１とＣＣＤカメ
ラ１７２からなっている。即ち、微弱光は、光電装置で
電子に変換され、マルチチャンネルプレートで増幅され
た後、蛍光面で再び光に変換され、ＣＣＤカメラ１７２
に像として入力される。本装置によれば、静止画として
画像を扱う実施例１と異なり、発光パターンは動画とし
ての取り込みが可能となる。また、増幅率が高ければ、
ＴＶレートでの取り込みも可能となる。動画での取り込
みができれば、照明装置がなくても発光点を見つけるこ
とが簡易にでき、また、画像メモリもなくすことも可能
となる。

【０１７５】（第３実施例）次に本発明の示す第３実施
例の光学系を図１８に示す。

【０１７６】本実施例の評価装置は、波長分析機構を有
していることが特徴である。

【０１７７】結像光学系の光路の途中には、ハーフミラ
ー１４が配置されている。発光像の一部がこのハーフミ
ラー１４で分岐され、その後のレンズ１３で集光され光
ファイバ１８１の入力端に結像され、光スペクトルアナ
ライザ１８２で発光波長が解析される。その結果は解析
装置１０に送られる。その結果を基に、撮像装置１７の
前には、光学フィルタ（波長フィルタ）１８３が挿入さ
れる。

【０１７８】本実施例の装置による解析例を図１９に示
す。

【０１７９】図１９の（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ波長フ
ィルタを挿入した像である。（ａ）は８００ｎｍを中心
として透過させる波長フィルタを使用した像、（ｂ）は
９００ｎｍを中心として透過させる波長フィルタを使用
した像、（ｃ）は１０００ｎｍを中心として透過させる
波長フィルタを使用した像である。また、（ｄ）は、
（ａ）〜（ｃ）の像を解析した結果得られる放出点近傍
の温度を解析した像である。

【０１８０】即ち、放出点近傍で温度が高くなっている
ほど、短波長の放射光成分が強くなることを利用すれ
ば、特定の波長のみの画像パターンを形成し、次に少な
くとも２波長以上の画像パターンを解析することによ
り、素子近傍の温度分布を評価できる。

【０１８１】温度像としては、通常は３μｍより長波長
の赤外光を利用して画像化する方法もある。

【０１８２】しかし、長波長光は画像化した場合に、解
像度が悪くなるのが一般的である。

【０１８３】本評価装置の対象である電子放出素子の放
出点近傍は、非常に微細であり、結像光学系および撮像
装置では数μｍ以下の解像度が求められている。したが
って、検出のための波長は、できるだけ短波長であるほ
うが好ましい。また、放出点近傍では、その温度は、１
０００Ｋ前後になっていることから、放出光は比較的に
短波長まで裾をひいているために、近赤外光での検出が
可能となる。

【０１８４】（第４実施例）次に本発明の示す第４実施
例として、電子放出素子の応用例である画像形成装置の
評価装置について評価を行った例を説明する。

【０１８５】図２０はパネルの評価装置の構成の１例で
ある。

【０１８６】まず、評価対象である画像形成装置の製造
に関して説明する。

【０１８７】表面伝導型電子放出素子を用いた電子源基
板７１の作製について説明する。

【０１８８】１）ガラス基板１を洗浄する。基板は青板
ガラスを使用した。

【０１８９】２）素子電極２、３を形成する。

【０１９０】素子電極２、３は、Ｐｔ／Ｔｉで形成し
た。厚みは、Ｐｔ１００ｎｍ／Ｔｉ５ｎｍとした。ガラ
ス基板の全面にスパッタ法で形成した後に、フォトリソ
グラフィー工程およびエッチング工程により対向電極と
した。素子電極間距離は３０ｕｍとした。

【０１９１】３）次に、Ｘ方向配線７２を形成する。

【０１９２】厚膜スクリーン印刷法を用いた。ペースト
材料はノリタケ（株）製（ＮＰ−４０２８Ａ）で、金属
成分は銀である。焼成は、焼成温度は５８０℃でピーク
保持時間は約８分である。Ｘ方向配線７２は、素子電極
２の片側に接続される。

【０１９３】４）次に、層間絶縁層（不図示）を形成す
る。

【０１９４】厚膜スクリーン印刷法を用い、ペースト材
料はＰｂＯを主成分としてガラスバインダーを混合した
ものを使用した。焼成は、３）と同様である。

【０１９５】５）次に、Ｙ方向配線７３をＸ方向配線７
２と同じ手順で形成する。

【０１９６】Ｙ方向配線７３は、素子電極３の片側に接
続される。

【０１９７】本実施例では、Ｘ方向およびＹ方向の素子
数ｍ、ｎをそれぞれ１０とした。

【０１９８】６）次に、導電性膜４を第１実施例と同様
に形成する。

【０１９９】有機パラジウム（ＣＣＰ４２３０、奥野製
薬工業（株）製）を１５０ｕｍ×３００ｕｍ角を有する
マスクを介してスプレー塗布し、３５０℃で１時間加熱
焼成し、パターン状の導電性膜４であるＰｄＯ膜を得
る。こうして形成された導電性膜４は、実施例膜厚が１
５ｎｍ、粒径が約７ｎｍである微粒子からなる微粒子膜
であり、シート抵抗値は５×１０⁴Ω／□であった。

【０２００】以上の工程で、電子放出部５はまだ未形成
であるがマトリクス配線の電子源基板７１が形成され
る。

【０２０１】一方、フェースプレート８６を以下のよう
に形成する。

【０２０２】本実施例では蛍光体はストライプ形状を採
用した。

【０２０３】まず、ブラックストライプ９１となる層を
ガラス基板８３に全面に形成した。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。その後、三色のカラー蛍光体をストラ
イプ状に形成した。蛍光体を塗布する方法はスラリー法
を用いた。

【０２０４】本実施例においては、メタルバックは作製
しなかった。

【０２０５】以上のようにして作製した電子源基板７
１、リアプレート８１とを、フェースプレート８６と４
ｍｍ間隔で対向させるように、支持枠８２を介し、両者
の接合部にフリットガラス（不図示）を塗布し、大気中
あるいは窒素雰囲気中で４００℃乃至５００℃で１０分
以上焼成することで封着し外囲器８８を形成した。

【０２０６】封着を行う際、各色蛍光体と電子放出素子
とを蛍光体の中心部に電子ビームの到達点が対応するよ
うにあらかじめ予測し、十分な位置合わせを行った。

【０２０７】以上のようにして完成した外囲器８８を排
気管（不図示）を介して、真空排気装置３２（図７）等
に接続した。

【０２０８】まず、フォーミングを行った。外囲器８８
内を真空排気を行い、個別の素子には、パルス幅１ｍｓ
ｅｃ、パルス間隔１０ｍｓｅｃの矩形パルスを印加する
ように、Ｘ方向配線７２とＹ方向配線につながったスイ
ッチおよび遅延回路等を用いて順次切り替えてスクロー
ルさせて電圧パルスを印加した。パルス電圧の波高値を
漸増させ、素子抵抗が１ＭΩ以上になった時点で電圧の
印加を終了した。その結果、導電性膜４の一部に電子放
出部５が形成された。

【０２０９】次に、活性化の処理を行った。

【０２１０】外囲器８８内に約５×１０^-4Ｐａになるま
でアセトンを導入し、各素子をパルス幅１ｍｓｅｃ、パ
ルス間隔１０ｍｓｅｃで、波高値Ｖｆ＝２０Ｖで１時間
電圧を印加しつづけた。

【０２１１】フォーミング処理と同様に、全素子に電圧
パルスが順次印加されるようにした。

【０２１２】再び真空排気し、外囲器８８内を８×１０
^-5Ｐａ程度にして安定化工程を行った。安定化工程は、
ヒータ１７４で外囲器８８を１５０℃で１０時間加熱し
た。

【０２１３】さらに、排気管１７３をガスバーナで熱し
て融着して封止を行った。

【０２１４】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。

【０２１５】図２０で画像形成装置の評価について説明
する。

【０２１６】２０１は電気的な駆動装置であり、Ｘ方向
配線とＹ方向配線および、高圧端子等の電気配線と接続
されている。２０２は、実施例１で示した結像装置７と
撮像装置８を組み合わせた撮像ヘッドである。本実施例
において、撮像ヘッド２０２は、電子源基板７１の電子
放出素子７４に対応するようにＸＹ方向に移動できる構
成となっている。

【０２１７】撮像ヘッド２０２と駆動装置２０１は、コ
ントローラ２０３に接続されている。

【０２１８】コントローラ２０３により、素子の位置が
対応づけられてその解析が解析装置１０により解析され
る。

【０２１９】本実施例では、素子からの発光像として
は、電子源基板７１を透過して結像した像が利用され
る。

【０２２０】電子源基板７１としては、ガラス基板が用
いられることから、通常は、ガラス裏面よりの電子放出
部の結像が可能である。また、この場合、結像装置の光
学系は、電子源基板７１の厚さを考慮して設計がなされ
る。

【０２２１】本実施例においては、非破壊で画像形成装
置における電子放出部近傍の評価ができ、そのため、素
子の特性との対応がとれるという利点がある。

【０２２２】解析結果の１例を図２２に示した。

【０２２３】図２２は、実施例１で解析した放出長の測
定を、画像形成装置に各画素を構成する各素子に対して
おこなったものと、素子電流Ｉｆの測定値とを解析した
例である。

【０２２４】放出長と素子電流Ｉｆとの相関等の評価が
できるようになり、従って、装置の均一性の定量評価が
可能となる。

【０２２５】さらに、本実施例の特徴である、非破壊で
の評価を利用すると、製造工程途中での評価が可能とな
る。

【０２２６】評価方法の１例を図２１のフローチャート
に示す。

【０２２７】即ち、活性化の後に図２０の評価装置で放
出長の測定を行う。この時点で、放出長が短いもののＸ
Ｙ座標を解析し、再び、その座標にあたる素子のみ再度
活性化を続行する。その後、同様に放出長の測定を行
う。また、その後、通常の安定化工程を行う。

【０２２８】このようにすることで、作製工程途中での
評価と、その評価結果にそった工程の改良を加えること
ができ、より均一性のよい画像形成装置の作製に利用で
きる。

【０２２９】また、さらに、長時間の駆動における劣化
の挙動も評価可能である。

【０２３０】以上、表面導電型電子放出素子の評価装置
の説明を行ったが、本発明による評価方法および評価装
置は、これに限るものではなく、ＦＥ型、ＭＩＭ型電子
放出素子にも適用できることは明らかである。しかしな
がら、表面導電型電子放出素子の場合、同一平面内に電
子放出部があり、また放出部が露出している点で発光像
が得られやすいことが、本評価装置の構成において有利
である。

【０２３１】また、一方、表面導電型素子では、その分
布（例えば、亀裂長さや放出点分布）が電子放出特性に
密接に関連することから、本評価装置による評価が他の
電子放出素子に比べてより重要となる。

【０２３２】

【発明の効果】本発明の示す電子放出素子からの発光を
結像し撮像することを特徴とする電子放出素子の評価装
置によれば、電子放出素子の電子放出部の構造の不均一
性が評価できるために、電気的な特性との対応がとれ、
電子放出部の定量的な評価が可能となり、良好な電子放
出特性を有する電子放出素子の作製に有用である。

【０２３３】また、本発明による評価装置では、電子放
出素子を用いた電子源および画像形成装置においても、
比較的簡易に電子放出部の評価が可能となるため、均一
性に優れた電子源および画像形成装置の作製に利用でき
るという効果がある。

【０２３４】また、本発明による評価装置では、画像形
成装置を非破壊のまま、内部の電子放出素子の電子放出
部を評価することができるという利点があり、したがっ
て、製造工程の途中で評価を行うことができ、画像形成
装置の製造において有用となる。

【０２３５】さらに、駆動における劣化の評価も可能と
なり、電子放出素子の故障、劣化の評価に使用でき有用
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の評価装置の構成の１例を示す模式図で
ある。

【図２】本発明の評価装置の光学系の１例を示す図であ
る。

【図３】本発明を適用する表面伝導型電子放出素子の構
成の１例を示す模式図である。

【図４】本発明を適用する表面伝導型電子放出素子の構
成の別の１例を示す模式図である。

【図５】本発明を適用する表面伝導型電子放出素子の製
造方法を説明する模式図である。

【図６】本発明におけるフォーミング工程で用いる電圧
パルス波形を説明する模式図である。

【図７】本発明における活性化工程を説明する模式図で
あり、測定評価機能を備えた真空処理装置の一例を示す
模式図でもある。

【図８】本発明における活性化工程で用いる電圧パルス
波形を説明する模式図である。

【図９】本発明を適用する表面伝導型電子放出素子につ
いての放出電流Ｉｅ、素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関
係の一例を示すグラフである。

【図１０】本発明を適用する単純マトリクス配置した電
子源の一例を示す模式図である。

【図１１】本発明を適用する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１２】本発明を適用する画像形成装置に用いられる
蛍光膜の一例を示す模式図である。

【図１３】本発明を適用する画像形成装置にＮＴＳＣ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。

【図１４】本発明を適用する梯子配置の電子源の一例を
示す模式図である。

【図１５】本発明を適用する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１６】本発明における評価の解析の１例を説明する
ための図である。

【図１７】本発明における評価装置の第２実施例を示す
図である。

【図１８】本発明における評価装置の第３実施例を示す
図である。

【図１９】本発明における第３実施例での解析例を説明
する図である。

【図２０】本発明における評価装置を画像形成装置に応
用した場合の図である。

【図２１】本発明における評価装置により製造工程での
評価例を示すフローチャートである。

【図２２】本発明におけるパネルでの解析結果の１例を
示す図である。

【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照明装置７結像装置８撮像装置９モニタ１０解析装置１１真空容器１２駆動装置１３レンズ１４ハーフミラー１５画像メモリ１６画像合成装置１７冷却ＣＣＤカメラ２１段差形成部３１真空チャンバ３２真空排気装置３３素子電流Ｉｆを測定するための電流計３４素子電圧Ｖｆを印加するための電源３５アノード電極３６アノード電極３５に電圧を印加するための高圧電
源３７素子の放出電流Ｉｅを測定するための電流計４０圧力計４１ガスモニタ４２バルブ４３導入量制御装置４４活性化材料を有する容器７１電子源基板７２Ｘ方向配線７３Ｙ方向配線７４表面伝導型電子放出素子７５結線８１リアプレート８２支持枠８３ガラス基板８４蛍光膜８５メタルバック８６フェースプレート８７高圧端子８８外囲器９１黒色導電材９２蛍光体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１１０電子源基板１１１電子放出素子１１２Ｄｘ１〜Ｄｘ１０は、前記電子放出素子を配線
するための共通配線１２０グリッド電極１２１電子が通過するための空孔１２２Ｄｏｘ１，Ｄｏｘ２，…Ｄｏｘｍよりなる容器
外端子１２３グリッド電極１２０と接続されたＧ１，Ｇ２，
…Ｇｎよりなる容器外端子１６１照明光によるパターン１６２発光パターン１７１イメージインテンシファイア１７２ＣＣＤカメラ１８１光ファイバ１８２光スペクトルアナライザ１８３光学フィルタ２０１駆動装置２０２撮像ヘッド２０３コントローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子放出素子を駆動する駆動手段と、該
電子放出素子からの発光パターンを入射して結像する結
像手段と、結像を撮像する撮像手段と、撮像された結像
を表示する表示手段と、を備えることを特徴とする電子
放出素子の評価装置。
【請求項２】前記発光パターンが可視光および近赤外
光より成ることを特徴とする請求項１に記載の電子放出
素子の評価装置。
【請求項３】前記撮像手段が微弱光を増幅する手段を
有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子放
出素子の評価装置。
【請求項４】前記微弱光を増幅する手段がイメージイ
ンテンシファイアであることを特徴とする請求項３に記
載の電子放出素子の評価装置。
【請求項５】前記撮像手段が、冷却ＣＣＤを有するこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の電子放出素子の
評価装置。
【請求項６】前記撮像手段の前段に波長フィルタを備
えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に
記載の電子放出素子の評価装置。
【請求項７】前記波長フィルタが波長毎に複数備わ
り、前記波長フィルタ毎の撮像された発光パターンを基
に温度分布を表示する手段を更に備えることを特徴とす
る請求項６に記載の電子放出素子の評価装置。
【請求項８】前記電子放出素子は基板の表面側に配さ
れ、前記電子放出素子からの発光パターンを前記基板の
裏面より前記結像手段が入射するように前記結像手段を
配置する手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃
至７のいずれか１項に記載の電子放出素子の評価装置。
【請求項９】前記電子放出素子は基板の表面側に複数
備わり電子源基板を形成し、前記複数の電子放出素子を
選択的に駆動させる手段と、駆動された電子放出素子の
発光パターンを前記基板の裏面より前記結像手段が入射
するように前記結像手段を配置する手段とを更に備える
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載
の電子放出素子の評価装置。
【請求項１０】前記電子放出素子が、表面伝導型電子
放出素子であることを特徴とする請求項１乃至９のいず
れか１項に記載の電子放出素子の評価装置。
【請求項１１】請求項１乃至１０のいずれか１項に記
載の電子放出素子の評価装置を用いて、前記発光による
電子放出点近傍の発光パターンを評価することを特徴と
する電子放出素子の評価方法。
【請求項１２】請求項１乃至１０のいずれか１項に記
載の電子放出素子の評価装置を用いて、前記発光パター
ンの強度を解析して、前記発光パターンの放出長および
放出強度の分布を評価する電子放出素子の評価方法。
【請求項１３】基板の表面側に一対の電極と該一対の
電極間に導電性薄膜を配する工程と、前記導電性薄膜に
電子放出部を形成するフォーミング工程と、前記電子放
出部を活性化する活性化工程を有する電子放出素子の製
造方法において、前記電子放出素子を駆動してそのときの前記電子放出部
の発光強度分布を観測して該発光強度分布より得られる
放出長を測定する放出長測定工程を更に有することを特
徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項１４】前記放出長が所定の長さ以下であると
きに再度前記活性化工程を行うことを特徴とする請求項
１３に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１５】前記放出長測定工程において、前記放
出長を特定波長の発光パターンより測定することを特徴
とする請求項１３又は１４に記載の電子放出素子の製造
方法。
【請求項１６】前記放出長測定工程において、前記放
出長を複数の特定波長の発光パターンより測定すること
を特徴とする請求項１３又は１４に記載の電子放出素子
の製造方法。
【請求項１７】前記放出長測定工程において、前記発
光パターンを前記基板の裏面より観測することを特徴と
する請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載の電子放
出素子の製造方法。
【請求項１８】基板の表面側に複数の電子放出素子と
該複数の電子放出素子の各々に電圧を印加するための配
線を有する電子源基板の製造方法において、前記複数の
電子放出素子が請求項１３乃至１７のいずれか１項に記
載の製造方法により製造されることを特徴とする電子源
基板の製造方法。
【請求項１９】基板の表面側に複数の電子放出素子と
該複数の電子放出素子の各々に電圧を印加するための配
線を有する電子源基板、該電子源基板に対向するフェー
スプレート及び支持枠を有する画像形成装置の製造方法
において、前記複数の電子放出素子が請求項１３乃至１
７のいずれか１項に記載の製造方法により製造されるこ
とを特徴とする画像形成装置の製造方法。