JP2000243233A

JP2000243233A - 電子放出素子、電子源、画像形成装置、及びこれらの製造方法

Info

Publication number: JP2000243233A
Application number: JP4564299A
Authority: JP
Inventors: Miki Tamura; 美樹田村; Yoshitaka Arai; 由高荒井; Keisuke Yamamoto; 敬介山本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-02-24
Filing date: 1999-02-24
Publication date: 2000-09-08

Abstract

(57)【要約】【課題】良好な電子放出特性と高輝度を長時間にわた
って実現できる電子放出素子とその製造方法を提供す
る。【解決手段】基板１上に、素子電極２，３、及び導電
性膜４を形成した後、該導電性膜４上に、ニッケル、コ
バルト、鉄、或いはこれらの酸化物からなる皮膜層６を
形成した後、電子放出部５を形成し、活性化処理を行う
ことによって、該電子放出部５及びその近傍に、配向性
及び結晶性の高いグラファイト状炭素を堆積させる。

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
電子放出素子を複数個用いてなる電子源、及びその応用
である表示装置等の画像形成装置と、これらの製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子放出素子として熱電子源と冷
陰極電子源の２種類が知られている。冷陰極電子源には
電界放出型（以下ＦＥ型と略す）、金属／絶縁層／金属
型（以下ＭＩＭ型と略す）や表面伝導型電子放出素子等
がある。

【０００３】ＦＥ型の例としてはＷ．Ｐ．Ｄｙｋｅ＆
Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，”Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏ
ｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈ
ｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）或いはＣ．Ａ．Ｓｐ
ｉｎｄｔ，”ＰｈｙｓｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉ
ｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈｍｏｌｙｂｄｅｎ
ｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４
７，５２４８（１９７６）等が知られている。

【０００４】ＭＩＭ型の例としてはＣ．Ａ．Ｍｅａ
ｄ、”ＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＴｕｎｎｅｌ−Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌｙ．Ｐ
ｈｙｓ．３２，６４６（１９６１）等が知られている。

【０００５】表面伝導型電子放出素子の例としては、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ、ＲａｄｉｏＥｎｇ．Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎＰｈｙｓ．、１０，１２９０，（１９６５）
等がある。

【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、膜面に並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．Ｄｉｔｍｍｅｒ，ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉｌ
ｍｓ，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂Ｏ₃／ＳｎＯ₂
薄膜によるもの［Ｍ．ＨａｒｔｗｅｌｌａｎｄＣ．
Ｇ．Ｆｏｎｓｔｅｄ，ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ＥＤＣ
ｏｎｆ．，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（１
９８３）］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
な素子構成として前述のＭ．ハートウェルの素子構成を
図１５に示す。同図において１は絶縁性基板である。４
は導電性膜で、Ｈ型形状のパターンに、スパッタで形成
された金属酸化物薄膜等からなり、後述のフォーミング
と呼ばれる通電処理により線状の電子放出部５が形成さ
れる。尚、図中の素子電極間隔Ｌは０．５〜１ｍｍ、Ｗ
は０．１ｍｍで設定されている。

【０００８】表面伝導型電子放出素子としては、上記の
構成とは別に、本出願人は、例えば特開平７−２３５２
５５号公報に開示されているように、電子放出部を含む
導電性膜を、これに通電するための電極とは別の適当な
材質により形成した構成の素子を提案している。上記素
子の構成の一例を図１６に示す。図１６（ａ）は平面
図、図１６（ｂ）は断面図である。図中の２，３は導電
性膜４とは別に形成された一対の素子電極である。

【０００９】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４に予めフォー
ミングと呼ばれる通電処理を施し、電子放出部５を形成
するのが一般的であった。即ち、フォーミングとは前記
導電性膜４両端に直流電圧或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５を形成することである。
尚、電子放出部５は導電性膜４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。前記フォーミング
処理をした表面伝導型電子放出素子は、上記導電性膜４
に電圧を印加し、素子に電流を流すことにより、上記電
子放出部５より電子を放出せしめるものである。

【００１０】一方、例えば特開平７−２３５２５５号公
報に開示されているように、フォーミングを終えた素子
に対して活性化処理と呼ばれる処理を施す場合がある。
活性化処理工程とは、この工程により、素子電流Ｉ_f、
放出電流Ｉ_eが著しく変化する工程である。

【００１１】活性化工程は、有機物質を含有する雰囲気
下で、フォーミング処理同様、素子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。この処理により、
雰囲気中に存在する有機物質から、炭素或いは炭素化合
物が素子の少なくとも電子放出部に堆積し、素子電流Ｉ
_f，放出電流Ｉ_eが、著しく変化し、より良好な電子放出
特性を得ることができる。

【００１２】以上のような電子放出素子を複数個形成し
た電子源基板を用い、蛍光体などからなる画像形成部材
と組み合わせることで画像形成装置を構成することがで
きる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】前述の電子源及び画像
形成装置に適用される電子放出素子においては、高い効
率で安定した電子放出特性を長時間保持し続けられる技
術が望まれている。高効率な電子放出特性を長時間にわ
たり安定的に制御することができれば、例えば蛍光体を
画像形成部材とする画像形成装置においては、低電力で
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。

【００１４】ここで効率とは、電子放出素子の一対の対
向する素子電極に電圧を印加した時、流れる電流（以
下、素子電流Ｉ_fと呼ぶ）に対する真空中に放出される
電流（以下、放出電流Ｉ_eと呼ぶ）との電流比をさす。

【００１５】従来の電子放出素子においては、導電性膜
４に前述のフォーミング工程により形成された亀裂部
に、前述の活性化工程により、炭素や炭素化合物が堆積
して電子放出部５を構成するようになる。これにより、
素子電流Ｉ_f、放出電流Ｉ_eが著しく増加し、より良好な
電子放出特性を得ることができる。

【００１６】しかしながら、素子駆動時においては、駆
動時間と共に素子電流Ｉ_f及び放出電流Ｉ_eが低下する現
象が見られていた。これは、導電性膜４に流れる素子電
流Ｉ_fによって電子放出部５近傍の温度が上昇し、導電
性膜４の融解、凝集が起きたり、電子放出部５に堆積し
た炭素或いは炭素化合物が蒸発、消失したりすることが
一因と考えられる。

【００１７】本発明の目的は、上記問題を鑑み、良好な
電子放出特性と高輝度を長時間にわたり実現する電子放
出素子とその製造方法を提供し、該素子及びその製造方
法を利用して、電子放出特性に優れた電子源及び画像形
成装置を提供することにある。

【００１８】

【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なされたものであ
り、下述する構成のものである。

【００１９】即ち、本発明の電子放出素子は、基板上に
形成された一対の素子電極と、該素子電極のそれぞれに
電気的に接続された導電性膜と、該導電性膜の一部に形
成された電子放出部を有する電子放出素子であって、上
記導電性膜上に、ニッケル、鉄、コバルトのうち少なく
とも一種類の元素を含む被膜層を有し、且つ少なくとも
上記電子放出部に、炭素を含む堆積物を有することを特
徴とする。

【００２０】上記本発明の電子放出素子においては、上
記少なくとも炭素を含む堆積物はグラファイト状炭素を
含む堆積物であることが好ましい。また、上記被膜層
は、ニッケル、鉄、コバルト、或いはこれらの酸化物か
ら選択される少なくとも一種で構成されていること、さ
らには、該皮膜層が、微粒子膜ないし島状膜よりなるこ
とが好ましい。また、好ましくは上記被膜層の膜厚は、
２ｎｍ〜５０ｎｍである。

【００２１】本発明の電子放出素子の製造方法は、少な
くとも、基板上に一対の素子電極を形成する工程と、上
記素子電極のそれぞれに電気的に接続された導電性膜を
形成する工程と、上記導電性膜上に、ニッケル、鉄、コ
バルトのうち少なくとも一種類の元素を含む被膜層を形
成する工程と、上記導電性膜に電子放出部を形成する工
程と有機物質ガスを含む雰囲気中で、上記素子電極間に
パルス電圧を繰り返し印加することにより、少なくとも
上記電子放出部に、炭素を含む堆積物を堆積させる活性
化工程とを有することを特徴とする。

【００２２】さらに、本発明は、上記本発明の電子放出
素子を複数個並列に配置し結線してなる素子行を少なく
とも１行以上有し、各素子を駆動するための配線が梯子
状配置されていることを特徴とする電子源、該電子源
と、画像形成部材、及び情報信号により各素子から放出
される電子線を制御する制御電極を有することを特徴と
する画像形成装置、上記本発明の電子放出素子を複数個
配列してなる素子行を少なくとも１行以上有し、該素子
を駆動するための配線がマトリクス配置されていること
を特徴とする電子源、該電子源と、画像形成部材とを有
することを特徴とする画像形成装置、さらには、上記本
発明の電子放出素子の製造方法で同一基板上に複数の電
子放出素子を形成してなることを特徴とする電子源の製
造方法、該電子源の製造方法で得られた電子源を、該電
子源から放出される電子線を制御する制御電極と、該電
子源からの電子線の照射により画像を形成する画像形成
部材と組み合わせることを特徴とする画像形成装置の製
造方法、上記本発明の電子源の製造方法で得られた電子
源を、該電子源からの電子線の照射により画像を形成す
る画像形成部材と組み合わせることを特徴とする画像形
成装置の製造方法、をそれぞれ提供するものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
として表面伝導型電子放出素子を例に挙げて本発明を詳
細に説明する。

【００２４】表面伝導型電子放出素子の基本的構成には
大別して、平面型と垂直型がある。

【００２５】先ず、平面型の表面伝導型電子放出素子の
基本的な構成について説明する。

【００２６】図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の電子放出
素子の一実施形態である平面型の表面伝導型電子放出素
子の構成を示す平面図及び断面図である。図１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、６は被膜層である。

【００２７】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等が挙げられる。

【００２８】対向する素子電極２，３の材料としては導
電性を有するものであればどのようなものであっても構
わないが、例えばＮｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，
Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属或いは合金及びＰｄ，
Ａｇ，Ａｕ，ＲｕＯ₂，Ｐｄ−Ａｇ等の金属或いは金属
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
体材料等が挙げられる。

【００２９】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、導電性
膜４の形状等は、この素子の応用形態等によって適宜設
計され、例えば、後述するテレビジョン等の表示装置で
は、画面サイズに対応した画素サイズが設計され、とり
わけ、高品位テレビでは画素サイズが小さく高精細さが
要求される。そのため、電子放出素子のサイズが限定さ
れた中で十分な輝度を得るためには、十分な放出電流が
得られるように設計される。

【００３０】素子電極間隔Ｌは、数十ｎｍ〜数百μｍで
あり、素子電極の製法の基本となるフォトリソグラフィ
ー技術、即ち、露光機の性能とエッチング方法等、及
び、素子電極間に印加する電圧により設定されるが、好
ましくは、数μｍ〜数十μｍである。

【００３１】素子電極長さＷ、及び、素子電極２、３の
膜厚ｄは、電極の抵抗値、電子源におけるＸ、Ｙ配線と
の結線、多数配置された電子源の配置上の問題より適宜
設計され、通常は、素子電極の長さＷは、数μｍ〜数百
μｍであり、素子電極２、３の膜厚ｄは、数ｎｍ〜数μ
ｍである。

【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、被膜層６、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。

【００３４】一般に、導電性膜４の熱的安定性は電子放
出特性の寿命を支配する場合があり、導電性膜４の材料
としてより高融点な材料を用いるのが望ましい。しかし
ながら、通常、導電性膜４の融点が高いほど後述する通
電フォーミングが困難となり、電子放出部形成のために
より大きな電力が必要となる。

【００３５】さらに、その結果得られる電子放出部の形
態によって、電子放出し得る印加電圧（しきい値電圧）
が上昇する等、電子放出特性に問題が生じる場合があ
る。本発明においては、導電性膜４の材料として特に高
融点のものを必要とはせず、比較的低いフォーミング電
力で良好な電子放出部が形成可能な材料・形態のものを
選ぶことができる。

【００３６】上記条件を満たす材料の例として、Ｎｉ、
Ａｕ、ＰｄＯ、Ｐｄ、Ｐｔ等の導電材料をＲ_s（シート
抵抗）が１０²〜１０⁷Ω／□の抵抗値を示す膜厚で形成
したものが好ましく用いられる。尚Ｒ_sは、厚さがｔ、
幅がｗで長さがｌの薄膜の長さ方向に測定した抵抗Ｒ
を、Ｒ＝Ｒ_s（ｌ／ｗ）と置いた時に現われる値で、抵
抗率をρとすれば、Ｒ_s＝ρ／ｔである。上記抵抗値を
示す膜厚はおよそ５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲にある。

【００３７】さて、前に例示した材料の中でも、ＰｄＯ
は、有機Ｐｄ化合物の大気中焼成により容易に薄膜形成
できること、半導体であるため比較的電気伝導度が低く
上記範囲の抵抗値Ｒ_sを得るための膜厚のプロセスマー
ジンが広いこと、電子放出部形成後などに容易に還元し
て金属Ｐｄとすることができるので膜抵抗を低減し得る
こと、等から好適な材料である。しかしながら、本発明
の効果はＰｄＯに限られることなく、また、上記例示し
た材料に限られるものではない。

【００３８】電子放出部５は、導電性膜４の一部に形成
された、例えば亀裂等の高抵抗部であるが、後述する活
性化工程を経ることにより、炭素を含む堆積物（不図
示）で構成される。

【００３９】尚、炭素を含む堆積物は、導電性膜４なら
びに被膜層６を構成する元素の一部或いは全てを含有す
ることがある。

【００４０】電子放出部５に堆積された、炭素を含む堆
積物は、導電性膜４の表面に形成された被膜層６に接し
て形成されている。本発明では、詳しくは後述するが、
活性化工程における有機物質からの炭素堆積過程中に、
被膜層６に含まれるニッケル、コバルト、鉄の元素が触
媒作用を及ぼすため、被膜層６に対して層状に配向した
結晶性の良いグラファイト状炭素が堆積しやすい。

【００４１】被膜層６は、ニッケル、コバルト、鉄のう
ち少なくとも一種類の元素を含んでなり、好ましくは、
ニッケル、コバルト、鉄、及びこれらの金属の酸化物か
ら選ばれた少なくとも一種からなり、これらの金属また
は金属酸化物の混合物、或いはこれらのうち複数の金属
元素を含む化合物であってもよい。

【００４２】被膜層６は、連続膜、微粒子膜或いは島状
膜いずれの形態でも好ましく用いることができる。

【００４３】被膜層６はまた、導電性膜４上に積層され
て形成されているため、導電性膜４の熱による凝集を抑
える効果を有する。これにより、フォーミング時に導電
性膜４の亀裂部が必要以上に広がったり、活性化時及び
駆動時に生じる熱によつて導電性膜４が融解、凝集する
のを抑制することができる。

【００４４】被膜層６の膜厚は５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲
が好ましく用いられる。膜厚が５０ｎｍを超えると電子
放出の障害となったり、高いフォーミング電圧が必要と
なったりする場合がある。また、５ｎｍ未満では十分な
触媒効果が得られず素子の熱的安定性が低下したり、導
電性膜４の凝集を抑える効果が得られない場合がある。

【００４５】被膜層６はスパッタリング法、蒸着法、化
学的気相堆積法（ＣＶＤ法）等の手法を用いて導電性膜
４上に形成することができるが、さらに簡便な方法とし
て、有機金属化合物の溶液をスピンコート、エアロコー
ト、ディッピング、印刷等の手法で塗布し、乾燥／焼成
により成膜する方法を好ましく用いることができる。

【００４６】以上述べたように、本発明では、電子放出
部５を配向性及び結晶性のよいグラファイト状炭素で構
成し、且つ導電性膜４の熱による凝集を抑えることがで
きるため、導電性、安定性に優れ、長時間にわたり安定
な電子放出特性を得ることができる。

【００４７】次に、本発明の電子放出素子の他の実施形
態である垂直型の表面伝導型電子放出素子について説明
する。

【００４８】図２は、基本的な垂直型表面伝導型電子放
出素子の構成を示す模式的図面である。図２において、
図１と同一の符号のものは、同一である。尚、２１は段
差形成部である。

【００４９】図２において、基板１、素子電極２及び
３、導電性膜４、電子放出部５、被膜層６は、前述した
平面型表面伝導型電子放出素子と同様の材料で構成され
たものであり、段差形成部２１は、真空蒸着法、印刷
法、スパッタリング法等で形成されたＳｉＯ₂等の絶縁
性材料で構成され、段差形成部２１の膜厚が、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、数十ｎｍ〜数十μｍであり、段差形成部２１の製
法、及び、素子電極間に印加する電圧と電子放出し得る
電界強度により設定されるが、好ましくは、数十ｎｍ〜
数μｍの範囲である。

【００５０】次に、本発明の電子放出素子の製造方法に
ついて、図１の電子放出素子の製造工程の一例を図３に
挙げて説明する。

【００５１】１）基板１を洗剤、純水及び有機溶剤によ
り十分に洗浄後、素子電極材料を、真空蒸着法、スパッ
タリング法等により堆積後、フォトリソグラフィー技術
により素子電極２、３を形成する（図３（ａ））。

【００５２】２）続いて、基板１上に設けられた素子電
極２と素子電極３との間に、有機金属溶液を塗布して乾
燥することにより、有機金属膜を形成する。尚、有機金
属溶液とは、前記Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ等の金属を主
元素とする有機金属化合物の溶液である。この後、有機
金属膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッチング等に
よリパターニングし、導電性膜４を形成する（図３
（ｂ））。尚、ここでは、有機金属溶液の塗布法により
説明したが、これに限るものでなく、真空蒸着法、スパ
ッタリング法、ＣＶＤ法等を用いることができる。ま
た、塗布法としては、分散塗布法、ディッピング法、ス
ピンナー法、インクジェット法等を用いることができ
る。

【００５３】３）導電性膜４上に被膜層６を形成する。
被膜層６は、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法
や、有機金属系溶液を用いた塗布法等によって形成され
る。塗布法としては、分散塗布法、ディッピング法、ス
ピンナー法、インクジェット法等を用いることができ
る。また、被膜層６を形成した後に酸化雰囲気中で加熱
して、金属酸化物膜を形成してもよく、還元性ガス雰囲
気中で加熱して金属膜としてもよい（図３（ｃ））。

【００５４】４）フォーミングと呼ばれる通電処理を行
う。素子電極２、３間に不図示の電源によりパルス状電
圧或いは昇電圧を印加することにより、導電性膜４及び
被膜層６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（ｄ））。この通電処理により導電性膜４を
局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、構造の変化し
た部位（高抵抗部位）を電子放出部５と呼ぶ。

【００５５】フォーミング処理以降の電気的処理は、図
４に示す測定評価装置内で行う。以下に測定評価装置を
説明する。

【００５６】図４は、本発明の電子放出素子の電子放出
特性を測定するための測定評価装置の概略構成図であ
る。図４において、１は基板、２及び３は素子電極、４
は導電性膜、５は電子放出部、６は被膜層を示す。ま
た、４１は素子に素子電圧Ｖ_fを印加するための電源、
４０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、４４は素子の電子放出部
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、４３はアノード電極４４に電圧を印加するための
高圧電源、４２は素子の電子放出部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、４５は真空容器で
ある。

【００５７】電子放出素子の上記素子電流Ｉ_f、放出電
流Ｉ_eの測定にあたっては、素子電極２、３に電源４１
と電流計４０とを接続し、該電子放出素子の上方に電源
４３と電流計４２とを接続したアノード電極４４を配置
している。また、電子放出素子及びアノード電極４４は
真空装置内に設置され、その真空装置には排気ポンプ４
６及び不図示の真空計等の真空装置に必要な機器が具備
されており、所望の真空下で素子の測定評価を行えるよ
うになっている。尚、排気ポンプ４６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或い
は、オイルを使用しない、磁気浮上ターボポンプ、ドラ
イポンプ等の高真空装置系とさらに、イオンポンプから
なる超高真空装置系からなる。また、真空装置全体、及
び電子放出素子は、不図示のヒーターにより加熱でき
る。

【００５８】尚、アノード電極の電圧を１ｋＶ〜１０ｋ
Ｖ、アノード電極と電子放出素子との距離Ｈは２ｍｍ〜
８ｍｍの範囲で測定した。

【００５９】フォーミング処理は、パルス波高値が定電
圧のパルスを印加する場合とパルス波高値を増加させな
がら、電圧パルスを印加する場合とがある。先ず、パル
ス波高値が定電圧のパルスを印加の場合の電圧波形を図
５（ａ）に示す。

【００６０】図５（ａ）中、Ｔ₁及びＴ₂は電圧波形のパ
ルス幅とパルス間隔であり、Ｔ₁を１μｓｅｃ〜１０ｍ
ｓｅｃ、Ｔ₂を１０μｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃとし、三
角波の波高値（フォーミング時のピーク電圧）は適宜選
択する。

【００６１】次に、パルス波高値を増加させながら、電
圧パルスを印加する場合の電圧波形を、図５（ｂ）に示
す。

【００６２】図５（ｂ）中、Ｔ₁及びＴ₂は電圧波形のパ
ルス幅とパルス間隔であり、Ｔ₁を１μｓｅｃ〜１０ｍ
ｓｅｃ、Ｔ₂を１０μｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃとし、三
角波の波高値（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る。

【００６３】尚、フォーミング処理の終了は、フォーミ
ング用パルスの間に、導電性膜２を局所的に破壊、変形
しない程度の電圧、例えば０．１Ｖ程度のパルス電圧を
挿入して素子電流を測定し、抵抗値を求め、例えば１Ｍ
Ω以上の抵抗を示した時、フォーミングを終了とした。

【００６４】以上説明した電子放出部を形成する際に、
素子の電極間に三角波パルスを印加してフォーミング処
理を行っているが、素子の電極間に印加する波形は三角
波に限定することはなく、短形波など所望の波形を用い
てもよく、その波高値及びパルス幅、パルス間隔等につ
いても上述の値に限ることなく、電子放出部が良好に形
成されるように、電子放出素子の抵抗値等にあわせて、
適当な値を選択する。

【００６５】５）次に、フォーミングが終了した素子に
活性化処理を施す。活性化処理の工程は、有機物質を含
有する雰囲気下で行うが、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物質を利用して形
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を導入することに
よっても得られる。この時の好ましい有機物質の圧力
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。

【００６６】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、ニトリル類、フェノール、カルボン酸、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、ベンゾニトリル、蟻酸、酢
酸、プロピオン酸等が使用できる。

【００６７】この処理により、雰囲気中に存在する有機
物質から、炭素や炭素化合物が素子上に堆積し、素子電
流Ｉ_f、放出電流Ｉ_eが著しく変化するようになる。

【００６８】本発明においては、フォーミング処理によ
って導電性膜４が局所的に破壊、変形した部位（即ち電
子放出部５）に被膜層６が形成されているため、有機物
質から炭素や炭素化合物が堆積する過程で、被膜層６に
含まれる金属元素、即ち、鉄、コバルト、ニッケルによ
る触媒作用を受けることになる。従って堆積する炭素は
配向性、結晶性が優れたグラファイト状となり、堆積し
た炭素の配向は、被膜層６の表面形状にほぼ平行な層状
の配向となると考えられる。

【００６９】尚、活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉ
_f及び／または放出電流Ｉ_eを測定しながら、適宜行う。
パルス幅、パルス間隔、パルス波高値などは適宜設定す
ることができる。

【００７０】本発明におけるグラファイト状の炭素と
は、完全なグラファイトの結晶構造を有するもの（いわ
ゆるＨＯＰＧ）、結晶粒が２０ｎｍ程度で結晶構造がや
や乱れたもの（ＰＧ）、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（ＧＣ）を包含す
るが、グラファイト層間隔として、０．３５ｎｍ以下
（完全なグラファイトでは０．３３５ｎｍ）の炭素が含
まれているものが好ましい。即ち、グラファイト粒子間
の粒界などの層の乱れが存在していても好ましく用いる
ことができる。

【００７１】本発明の電子放出素子における炭素の堆積
機構は必ずしも明らかとはなっていないが、該堆積過程
において上記金属元素による触媒作用の結果、被膜層６
に平行な層構造をもって配向した、結晶性の良いグラフ
ァイト状炭素が形成される。配向性及び結晶性の良い炭
素は、電気伝導性、熱的安定性に優れた材料であるた
め、本発明による電子放出素子は、長時間にわたり安定
な電子放出特性を示すことができると考えられる。

【００７２】６）こうして作製した電子放出素子に、好
ましくは安定化工程を行う。この工程は、真空容器内の
有機物質排気する工程である。真空容器内の圧力は、１
×１０^-6Ｐａ以下が好ましく、さらに１×１０^-7Ｐａ以
下が特に好ましい。真空容器を排気する真空排気装置
は、装置から発生するオイルが素子の特性に影響を与え
ないように、オイルを使用しないものを用いるのが好ま
しい。具体的には、ソープションポンプ、イオンポンプ
等の真空排気装置を挙げることができる。さらに真空容
器内を排気する時には、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。この時の加熱条件は、８
０〜３５０℃、好ましくは２００℃以上でできるだけ長
時間行なうのが望ましいが、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。

【００７３】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できる。このような真空雰囲気を採
用することにより、新たな炭素或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。

【００７４】本発明の電子放出素子の基本特性について
図４、図６を用いて説明する。

【００７５】図４に示した測定評価装置により測定され
た放出電流Ｉ_e及び素子電流Ｉ_fと素子電圧Ｖ_fの典型的
な例を図６に示す。尚、図６においては、放出電流Ｉ_e
は素子電流Ｉ_fに比べて著しく小さいので、任意単位で
示されており、いずれもリニアスケールである。図６か
らも明らかなように、本電子放出素子は放出電流Ｉ_eに
対する三つの性質を有する。

【００７６】先ず第１に、本素子はある電圧（しきい値
電圧と呼ぶ、図８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、一方しきい値電圧Ｖ_th
以下では放出電流Ｉ_eがほとんど検出されない。即ち、
放出電流Ｉ_eに対する明確なしきい値電圧Ｖ_thを持った
非線形素子である。

【００７７】第２に、放出電流Ｉ_eが素子電圧Ｖ_fに依存
するため、放出電流Ｉ_eは素子電圧Ｖ_fで制御できる。

【００７８】第３に、アノード電極４４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４４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。

【００７９】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特性と呼ぶ）例を示し
た。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特性と呼ぶ）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】以上のような電子放出素子の特性を用いる
と、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。さらに、本発明の電子放出素子は、長時間
にわたって安定かつ高輝度な電子放出特性を有するた
め、多方面への応用が期待できる。

【００８１】本発明の電子放出素子を複数個用いてなる
本発明の電子源について以下に述べる。

【００８２】基板上の電子放出素子の配列については、
例えば、多数の電子放出素子を並列に配置し、個々の素
子の両端を配線にて結線した、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に
（列方向と呼ぶ）、該電子源の上方の空間に設置された
制御電極（グリッドと呼ぶ）により電子を制御駆動する
配列形態（梯子型という）、及び次に述べるｍ本のＸ方
向配線の上にｎ本のＹ方向配線を、層間絶縁層を介して
設置し、電子放出素子の一対の素子電極にそれぞれ、Ｘ
方向配線、Ｙ方向配線を接続した配列形態が挙げられ
る。以降これを単純マトリクス配置と呼ぶ。

【００８３】次に、この単純マトリクス配置について詳
述する。

【００８４】本発明の電子放出素子の前述した３つの基
本的特性の特徴によれば、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でも、個々の
素子に、上記パルス状電圧を適宜印加すれば、入力信号
に応じて、電子放出素子を選択し、その電子放出量を制
御できる事となる。

【００８５】以下この原理に基づき構成した電子源基板
の構成について、図７を用いて説明する。

【００８６】図７は、本発明の電子源の一実施形態であ
る単純マトリクス配置の電子源の構成を模式的に示す図
である。図７中、７２はＤ_x1，Ｄ_x2，…Ｄ_xmからなるＸ
方向配線、７３はＤ_y1，Ｄ_y2，…Ｄ_ynからなるＹ方向配
線であり、それぞれ基板７１上に、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等で形成され、所望のパターンとした導
電性金属等からなり、多数の電子放出素子７４にほぼ均
等な電圧が供給されるように、材料、膜厚、配線幅等が
設計される。これらｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ方
向配線７３間には、不図示の層間絶縁層が設置され、電
気的に分離されて、マトリックス配線を構成する（この
ｍ，ｎは、共に正の整数）。

【００８７】不図示の層間絶縁層は，真空蒸着法，印刷
法，スパッタ法等で形成されたＳｉＯ₂等であり、Ｘ方
向配線７２を形成した基板７１の全面或いは一部に所望
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。

【００８８】さらに、電子放出素子７４の対向する素子
電極（不図示）が、ｍ本のＸ方向配線７２及び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ものである。

【００８９】ここで、ｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ
方向配線７３と結線７５と対向する素子電極の導電性金
属は、その構成元素の一部或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であるということもでき
る。

【００９０】Ｘ方向配線７２は、Ｘ方向に配列する電子
放出素子７４の行を入力信号に応じて走査するための走
査信号を印加するための不図示の走査信号印加手段と電
気的に接続され、一方、Ｙ方向配線７３は、Ｙ方向に配
列する電子放出素子７４の各列を入力信号に応じて変調
するための変調信号を印加するための不図示の変調信号
発生手段と電気的に接続される。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ものである。

【００９１】次に、以上のようにして作製した電子源基
板を用いた電子源、及び、表示等に用いる画像形成装置
について、図８、図９を用いて説明する。図８は、画像
形成装置の表示パネルを示す基本構成図であり、図９は
蛍光膜である。

【００９２】図８において、図７と同じ部材には同じ符
号を付した。また、便宜上、各素子の導電性膜は省略し
た。図８中、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、リアプレート８１、支持枠８２
及びフェースプレート８６をフリットガラスを塗布し、
大気中或いは、窒素中で、４００〜５００℃で１０分以
上焼成することで、封着して、外囲器８８を構成する。

【００９３】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で構成した
が、リアプレート８１は主に電子源基板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は不要であり、
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、基板７１で外囲器８８を構成しても
良い。

【００９４】一方、フェースープレート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持つ
外囲器８８を構成することもできる。

【００９５】図９は、蛍光膜を示す模式図である。蛍光
膜８４は、モノクロームの場合は蛍光体のみからなる
が、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とで構成される。ブラッ
クストライプ、ブラックマトリクスが設けられる目的
は、カラー表示の場合必要となる３原色蛍光体の、各蛍
光体９２間の塗り分け部を黒くすることで混色等を目立
たなくすることと、蛍光膜８４における外光反射による
コントラストの低下を抑制することにある。ブラックス
トライプの材料としては、通常良く用いられている黒鉛
を主成分とする材料だけでなく、導電性があり、光の透
過及び反射が少ない材料であればこれに限るものではな
い。

【００９６】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
が用いられる。

【００９７】また、蛍光膜８４の内面側には通常メタル
バック８５が設けられる。メタルバックの目的は、蛍光
体の発光のうち内面側への光をフェースプレート８６側
へ鏡面反射させることにより輝度を向上させること、電
子ビーム加速電圧を印加するための電極として作用させ
ること、外囲器内で発生した負イオンの衝突によるダメ
ージからの蛍光体の保護等である。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。

【００９８】フェースプレート８６には、さらに蛍光膜
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）を設けてもよい。

【００９９】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なう必要がある。

【０１００】外囲器８８は、不図示の排気管を通じ、１
×１０^-5Ｐａ程度の真空度にした後、封止が行われる。
また、外囲器８８の封止後の真空度を維持するために、
ゲッター処理を行なう場合もある。これは、外囲器８８
の封止を行う直前或いは封止後に、抵抗加熱或いは高周
波加熱等の加熱法により、外囲器８８内の所定の位置
（不図示）に配置されたゲッターを加熱し、蒸着膜を形
成する処理である。ゲッターは通常Ｂａ等が主成分であ
り、該蒸着膜の吸着作用により、例えば１×１０^-5〜１
×１０^-7Ｐａの真空度を維持するものである。

【０１０１】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１０を用いて説明する。

【０１０２】図１０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
図であり、図１０中、１０１は表示パネル、１０２は走
査信号発生回路、１０３はタイミング制御回路、１０４
はシフトレジスタである。１０５はラインメモリ、１０
６は同期信号分離回路、１０７は変調信号発生回路、Ｖ
_x及びＶ_aは直流電圧源である。

【０１０３】表示パネル１０１は、端子Ｄ_x1〜Ｄ_xm、端
子Ｄ_y1〜Ｄ_yn、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_x1〜Ｄ_xm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電子放出素子群を一行（ｎ素子）
ずつ順次駆動するための走査信号が印加される。端子Ｄ
_y1〜Ｄ_ynには、前記走査信号により選択された一行の電
子放出素子の各素子の出力電子ビームを制御するための
変調信号が印加される。高圧端子８７には、直流電圧源
Ｖ_a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ための加速
電圧である。

【０１０４】走査信号発生回路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〜Ｓ_m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Ｖ_xの出力電圧もしくは０Ｖ（グランドレベル）
のいずれか一方を選択し、表示パネル１０１の端子Ｄ_x1
〜Ｄ_xmと電気的に接続される。Ｓ₁〜Ｓ_m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。

【０１０５】直流電圧源Ｖ_xは、本例の場合には電子放
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。

【０１０６】タイミング制御回路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。タイミング制
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及びＴ
_sft及びＴ_mryの各制御信号を発生する。

【０１０７】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なるが、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。該ＤＡＴＡ信号はシフトレジスタ１０４に入力され
る。

【０１０８】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、前記タ
イミング制御回路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、Ｉ_d1〜Ｉ_dn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。

【０１０９】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億するための記憶装置であ
り、タイミング制御回路１０３より送られる制御信号Ｔ
_mryに従って適宜Ｉ_d1〜Ｉ_dnの内容を記憶する。記憶さ
れた内容は、Ｉ_d'1〜Ｉ_d'nとして出力され、変調信号発
生器１０７に入力される。

【０１１０】変調信号発生器１０７は、画像データＩ
_d'1〜Ｉ_d'nの各々に応じて電子放出素子の各々を適切に
駆動変調するための信号源であり、その出力信号は、端
子Ｄ_y1〜Ｄ_ynを通じて表示パネル１０１内の電子放出素
子に印加される。

【０１１１】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Ｖ_thがあり、Ｖ_th
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
しきい値以下の電圧を印加しても電子放出は生じない
が、電子放出しきい値以上の電圧を印加する場合には電
子ビームが出力される。その際、パルスの波高値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。

【０１１２】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、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。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。

【０１１３】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。

【０１１４】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。

【０１１５】アナログ信号を用いた電圧変調方式の場
合、変調信号発生器１０７には、例えばオペアンプなど
を用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフ
ト回路などを付加することもできる。パルス幅変調方式
の場合には、例えば、電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）を
採用でき、必要に応じて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。

【０１１６】このような構成をとり得る本発明の画像表
示装置においては、各電子放出素子に、容器外端子Ｄ_x1
〜Ｄ_xm、Ｄ_y1〜Ｄ_ynを介して電圧を印加することによ
り、電子放出が査線からなるＴＶ信号（例えば、ＭＵＳ
Ｅ方式をはじめとする高品位ＴＶ）方式をも採用でき
る。

【０１１７】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。

【０１１８】次に、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。

【０１１９】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Ｄ₁〜Ｄ₁₀
からなる、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Ｄ₂〜Ｄ₉は、例えばＤ₂、Ｄ₃を同一配線とする
こともできる。

【０１２０】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表示パネルの構造の一例を示す模式
図である。図中、１２０はグリッド電極、１２１は電子
が通過するための空孔、１２２はＤ₁，Ｄ₂，…Ｄ_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，…Ｇ_nからなる容器外端子、１１
０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、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。尚、便宜上各素子の導電性膜は省略した。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１
１０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。

【０１２１】グリッド電極１２０は、電子放出素子から
放出された電子ビームを変調するためのものであり、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個ずつ円形の空孔１２１が設けられている。グリッド
の形状や設置位置は図１２に示したものに限定されるも
のではない。例えば、空孔としてメッシュ状に多数の通
過口を設けることもでき、グリッドを電子放出素子の周
囲や近傍に設けることもできる。

【０１２２】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。

【０１２３】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ラインずつ表示すことができる。

【０１２４】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。

【０１２５】図１７は、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本発明の画像形成装置の一例を
示す図である。

【０１２６】図中、１７００はディスプレイパネル、１
７０１はディスプレイパネルの駆動回路、１７０２はデ
ィスプレイコントローラ、１７０３はマルチプレクサ、
１７０４はデコーダ、１７０５は入出力インタフェース
回路、１７０６はＣＰＵ、１７０７は画像生成回路、１
７０８〜１７１０は画像メモリインタフェース回路、１
７１１は画像入力インターフェース回路、１７１２及び
１７１３はＴＶ信号受信回路、１７１４は入力部であ
る。

【０１２７】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。

【０１２８】以下、画像信号の流れに沿って各部の機能
を説明する。

【０１２９】先ず、ＴＶ信号受信回路１７１３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。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Ｎ
ＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式、ＳＥＣＡＭ方式等、いずれの
方式でも良い。また、これらよりさらに多数の走査線よ
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信号は、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。

【０１３０】上記ＴＶ信号受信回路１７１３で受信され
たＴＶ信号は、デコーダ１７０４に出力される。

【０１３１】また、ＴＶ信号受信回路１７１２は、例え
ば同軸ケーブルや光ファイバ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１７１３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１７０４に出力される。

【０１３２】画像入力インターフェース回路１７１１
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１７０４に出
力される。

【０１３３】画像メモリインターフェース回路１７１０
は、ビデオテープレコーダ（以下「ＶＴＲ」と称する）
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１７０４に出力される。

【０１３４】画像メモリインターフェース回路１７０９
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１７
０４に出力される。

【０１３５】画像メモリインターフェース回路１７０８
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１７０４に入力され
る。

【０１３６】入出力インターフェース回路１７０５は、
本画像表示装置と、外部のコンピュータ、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
入出力や、場合によっては本画像形成装置の備えるＣＰ
Ｕ１７０６と外部との間で制御信号や数値データの入出
力などを行なうことも可能である。

【０１３７】画像生成回路１７０７は、前記入出力イン
ターフェース回路１７０５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、或いはＣＰＵ１７０６
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、画像処理を行なうためのプロセッサ等をはじめとし
て、画像の生成に必要な回路が組み込まれている。

【０１３８】本回路により生成された表示用画像データ
は、デコーダ１７０４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１７０５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。

【０１３９】ＣＰＵ１７０６は、主として本画像表示装
置の動作制御や、表示画像の生成や選択、編集に関わる
作業を行なう。

【０１４０】例えば、マルチプレクサ１７０３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
７０２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１７０７に対して画像
データや文字・図形情報を直接出力したり、或いは前記
入出力インターフェース回路１７０５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。

【０１４１】尚、ＣＰＵ１７０６は、これ以外の目的の
作業にも関わるものであっても良い。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良い。或いは
前述したように、入出力インターフェース回路１７０５
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して共同して行なっ
ても良い。

【０１４２】入力部１７１４は、前記ＣＰＵ１７０６に
使用者が命令やプログラム、或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。

【０１４３】デコーダ１７０４は、前記１７０７〜１７
１３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。尚、図中に点線で示すように、デコーダ１７０４
は内部に画像メモリを備えていることが望ましい。これ
は、例えばＭＵＳＥ方式をはじめとして、逆変換するの
際に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。また、画像メモリを備えることにより、静止
画像の表示が容易になる。或いは前記画像生成回路１７
０７及びＣＰＵ１７０６と共同して、画像の間引き、補
完、拡大、縮小、合成をはじ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。

【０１４４】マルチプレクサ１７０３は、前記ＣＰＵ１
７０６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１７０３
はデコーダ１７０４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１７０１
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、いわゆる多画面テ
レビのように、一画面を複数の領域に分けて領域によっ
て異なる画像を表示することも可能である。

【０１４５】ディスプレイパネルコントローラ１７０２
は、前記ＣＰＵ１７０６より入力される制御信号に基づ
き、駆動回路１７０１の動作を制御するための回路であ
る。

【０１４６】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
（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１７０１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１７０１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１７０１に対して出力する
場合もある。

【０１４７】駆動回路１７０１は、ディスプレイパネル
１７００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１７０３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１７０２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。

【０１４８】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１７００に表示することが可能である。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１７０４において逆変換された後、マルチプレクサ１
７０３において適宜選択され、駆動回路１７０１に入力
される。一方、ディスプレイコントローラ１７０２は、
表示する画像信号に応じて駆動回路１７０１の動作を制
御するための制御信号を発生する。駆動回路１７０１
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１７００に駆動信号を印加する。これにより、ディ
スプレイパネル１７００において画像が表示される。こ
れらの一連の動作は、ＣＰＵ１７０６により統括的に制
御される。

【０１４９】本画像形成装置においては、前記デコーダ
１７０４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路１７０
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、補完、色変換、画像の
縦横比変換等をはじめとする画像処理や、合成、消去、
接続、入れ替え、嵌め込み等をはじめとする画像編集を
行なうことも可能である。また、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。

【０１５０】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はじめとする事務用端末機器、ゲー
ム器などの機能を一台で兼ね備えることが可能で、産業
用或いは民生用として極めて応用範囲が広い。

【０１５１】尚、図１７は、電子放出素子を電子ビーム
源とする表示パネルを用いた画像形成装置とする場合の
構成の一例を示したに過ぎず、本発明の画像形成装置が
これのみに限定されるものでないことは言うまでもな
い。

【０１５２】例えば、図１７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さしつかえな
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、本画像表示装置をテ
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、照明器、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。

【０１５３】本画像形成装置においては、電子放出素子
を電子源としているので、ディスプレイパネルの薄型化
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、電子放出素子を電子ビーム源
とする表示パネルは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、画像形成装置は、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。

【０１５４】

【実施例】以下、実施例を挙げて、本発明をさらに詳述
する。

【０１５５】（実施例１、比較例１）図１の構成の電子
放出素子を図３の工程に沿って作製した。以下に、その
作製手順を説明する。

【０１５６】工程−ａ清浄化した石英基板を基板１として用い、その上に素子
電極２，３と所望の素子電極間ギャップＬとなるベきパ
ターンをフォトレジスト（日立化成社製「ＲＤ−２００
０Ｎ−４１」）で形成し、スパッタリング法により、厚
さ５ｎｍのＴｉ、厚さ５０ｎｍのＰｔを順次堆積した。
フォトレジストパターンを有機溶剤で溶解し、Ｐｔ／Ｔ
ｉ堆積膜をリフトオフし、素子電極間隔Ｌは３μｍと
し、素子電極の幅Ｗが３００μｍを有する素子電極２，
３を形成した。

【０１５７】工程−ｂ膜厚５０ｎｍのＣｒ膜を真空蒸着により堆積し、後述の
導電性膜の形状に対応する開口を有するようにパターニ
ングし、そのうえに有機パラジウム化合物溶液（奥野製
薬（株）社製「ｃｃｐ４２３０」）をスピンナーにより
回転塗布し、３００℃で１５分間の加熱焼成処理をし
た。こうして酸化パラジウムからなる導電性膜４を形成
した。形成された導電性膜４の膜厚は１０ｎｍであっ
た。

【０１５８】工程−ｃ次に導電性膜４上に、以下の組成の硝酸鉄溶液をスピン
コート法により塗布し、４００℃で３０分焼成して酸化
鉄（主としてＦｅ₂Ｏ₃）を含む被膜層６を形成した。膜
厚は１０ｎｍであった。

【０１５９】硝酸鉄（ＩＩＩ）０．１５重量％（Ｆｅ当量）イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）１５重量％純水８４．８５重量％

【０１６０】工程−ｄＣｒ膜及び導電性膜４及び被膜層６をエッチング液（Ｃ
ｅ（ＳＯ₄）₂・２（ＮＨ₄）₂ＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ＋ＨＣｌＯ
₄水溶液）によりエッチングして所望のパターンの導電
性膜４及び被膜層６を形成した。

【０１６１】以上の工程により基板１上に、素子電極
２，３、導電性膜４、被膜層６を形成した。尚、被膜層
６を形成しない以外は本実施例と同様にして、比較例の
素子を形成した。

【０１６２】工程−ｅ次に、図４の測定評価装置に上記実施例及び比較例の基
板をそれぞれ設置し、真空ポンプにて排気し、５×１０
^-4Ｐａの真空度に達した後、各素子の素子電極間に素子
電圧Ｖ_fを印加するための電源４１より電圧を印加し、
フォーミング処理を行なった。フォーミング処理の電圧
波形は図５（ｂ）に示したものである。本例ではＴ₁を
１ｍｓｅｃ、Ｔ₂を１０ｍｓｅｃとし、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。また、フォーミング処理中は、同時に、０．１Ｖ
の電圧で、フォーミング用パルスの間に抵抗測定パルス
を挿入し、抵抗を測定した。尚フォーミング処理の終了
は、抵抗測定パルスでの測定値が、約１ＭΩ以上になっ
た時とし、同時に、素子への電圧の印加を終了した。

【０１６３】工程−ｆ続いて、測定評価装置内の圧力が５×１０^-6Ｐａになる
まで排気した後、活性化工程を行なうために、ベンゾニ
トリルをスローリークバルブを通して真空装置内に導入
し、１．３×１０^-4Ｐａを維持した。次にフォーミング
処理した素子に、図１３に示した波形で波高値を１４
Ｖ、Ｔ₃＝１ｍｓｅｃ、Ｔ₄＝１０ｍｓｅｃとして活性化
処理をした。即ち、測定評価装置内で、素子電流Ｉ_fを
測定しながら、素子電極間にパルス電圧を印加した。約
３０分でＩ_f値がほぼ飽和したため、通電を停止し、ス
ローリークバルブを閉め、活性化処理を終了した。

【０１６４】工程−ｇ続いて、安定化工程を行なった。真空装置及び電子放出
素子をヒーターにより加熱して約２５０℃に維持しなが
ら真空装置内の排気を続けた。２０時間後、ヒーターに
よる加熱をやめ、室温に戻したところ真空装置内の圧力
は５×１０^-8Ｐａ程度に達した。

【０１６５】続いて、電子放出特性の測定を行なった。

【０１６６】アノード電極４４と電子放出素子の間の距
離Ｈを４ｍｍとし、高圧電源４３によりアノード電極４
４に１ｋＶの電位を与えた。この状態で、電源４１を用
いて素子電極２，３間に波高値１４Ｖの矩形パルス電圧
を印加して、電流計４０及び電流計４２により、本実施
例の素子及び比較例の素子の素子電流Ｉ_f及び放出電流
Ｉ_eをそれぞれ測定した。

【０１６７】本実施例の素子は、素子電流Ｉ_f＝８．０
ｍＡ、放出電流Ｉ_e＝１７．６μＡ、電子放出効率η
（＝Ｉ_e／Ｉ_f）＝０．２２％であった。一方、被覆層の
無い比較例の素子では、素子電流Ｉ_f＝７．０ｍＡ、放
出電流Ｉ_e＝１１．９μＡ、電子放出効率η（＝Ｉ_e／Ｉ
_f）の＝０．１７％であった。

【０１６８】この後さらに電子放出させ続け、一定時間
経過した時点で再度素子電流Ｉ_f及び放出電流Ｉ_eを測定
したところ、本実施例の素子は、素子電流Ｉ_f＝６．８
ｍＡ、放出電流Ｉ_e＝１５．０μＡ、電子放出効率η
（＝Ｉ_e／Ｉ_f）＝０．２２％であったのに対し、比較例
の素子では素子電流Ｉ_f＝３．６ｍＡ、放出電流Ｉ_e＝
５．７μＡ、電子放出効率η（＝Ｉ_e／Ｉ_f）＝０．１６
％であった。

【０１６９】この結果から、本実施例の素子は、比較例
の素子と比較して、電子放出特性及び安定性に優れてお
り、特に安定性において優れていることがわかった。

【０１７０】また、上記工程で作製した本実施例の素
子、及び比較例の素子について、電子頭微鏡観察及び元
素分析を行なった。

【０１７１】先ず、走査型電子顕微鏡を用い、素子の電
子放出部を含む平面の観察を行なった。本実施例の素子
の平面形状は、導電性膜が破壊、変形した亀裂状の部位
の両側に堆積物が有り、この堆積物は、導電性膜に形成
された電子放出部のほぼ全域で観測された。一方、比較
例の素子では、本実施例の素子と同様に導電性膜が破
壊、変形した亀裂状の部位の両側に堆積物が有る領域が
観察されたが、ところどころ導電性膜の亀裂幅が広が
り、堆積物のない領域も見られた。

【０１７２】これは、本実施例の素子では、被膜層が導
電性膜の熱による凝集を抑える効果を有するために、フ
ォーミング時に導電性膜の亀裂部が必要以上に広がった
り、活性化時及び駆動時に生じる熱によって導電性膜が
融解、凝集するのを抑制することができたためと考えら
れる。

【０１７３】次に、本実施例の素子及び比較例の素子の
電子放出部近傍の堆積物を、電子プローブマイクロアナ
リシス（ＥＰＭＡ）及びＸ線光電子分光（ＸＰＳ）、さ
らにはオージェ電子分光によって元素分折し、該堆積物
が炭素を主成分としてなることを確認した。

【０１７４】さらに、それぞれの素子の電子放出部及び
堆積物を含む断面の透過型電子顕微鏡観察を行なった。
尚、比較用の素子は、走査型電子顕微鏡による平面形状
観察で見られた堆積物のある領域を注意深く選んで観察
した。

【０１７５】その結果、本実施例の素子の電子放出部の
近傍の堆積物には基板面に平行な層状の配向を示す格子
像が観察された。尚、この堆積物の電子線回折を測定し
たところ、格子間隔として約０．３５ｎｍが得られた。
一方、比較例の素子の電子放出部５の近傍でもやはり堆
積物があり、その一部は基板面に平行な層状の配向を示
す格子像が観察されたが、その配向は本実施例の素子に
比べて乱れていた。尚、この堆積物の電子線回折を測定
したところ、格子間隔として約０．４２ｎｍが得られ
た。

【０１７６】グラファイトのｃ面の格子間隔は約０．３
３５ｎｍであり、本実施例の素子の堆積物で得られた値
はこれに近く、堆積物が主に結晶性の良いグラファイト
状の炭素からなることを示すものと考えられる。他方、
比較例の素子の堆積物では、格子間隔が非常に大きくな
っており、これは結晶性が低く構造が乱れていることを
反映していると思われる。

【０１７７】これらの観察結果から、本実施例の素子で
は、電子放出部に堆積した炭素は配向性及び結晶性が良
く、これにより電子放出特性の安定性が向上したと考え
られる。

【０１７８】以上のように本実施例では、特性の良い安
定な電子放出素子が得られた。

【０１７９】（実施例２、比較例２）本実施例において
も、基本的な電子放出素子の構成及び製造方法は、実施
例１と同じである。以下に作製手順を説明する。

【０１８０】工程−ａ，ｄ実施例１と同様にして石英基板上に素子電極２，３と導
電性膜４を形成した。

【０１８１】工程−ｃ導電性膜４上に真空蒸着法によりニッケルを成膜し、被
膜層６を形成した。膜厚は１５ｎｍであった。

【０１８２】工程−ｄ実施例１と同様に、Ｃｒ膜及び導電性膜４及び被膜層６
を形成し、エッチングして所望のパターンの導電性膜４
及び被膜層６を形成した。

【０１８３】以上の工程により基板１上に、素子電極
２、３、導電性膜４、被膜層６を形成した。

【０１８４】尚、被膜層６を形成しない以外は本実施例
と同様にして、比較例の素子を形成した。

【０１８５】工程−ｅ実施例１と同様にして、本実施例及び比較例の素子に電
子放出部を形成した。

【０１８６】工程−ｆ実施例１と同様に活性化工程を行なったところ、約１５
分でＩ_f値がほば飽和したため、通電を停止し、スロー
リークバルブを閉め、活性化処理を終了した。

【０１８７】工程−ｇ続いて、安定化工程を行なった。真空装置及び電子放出
素子をヒーターにより加熱して約２５０℃に維持しなが
ら真空装置内の排気を続けた。２０時間後、ヒーターに
よる加熱をやめ、室温に戻したところ真空装置内の圧力
は５×１０^-8Ｐａ程度に達した。

【０１８８】続いて、実施例１と同様に電子放出特性の
測定を行なった。

【０１８９】本実施例の素子は、素子電流Ｉ_f＝７．０
ｍＡ、放出電流Ｉ_e＝１６．１μＡ、電子放出効率η
（＝Ｉ_e／Ｉ_f）＝０．２３％であった。比較例の素子で
は、素子電流Ｉ_f＝６．５ｍＡ、放出電流Ｉ_e＝１１．７
μＡ、電子放出効率η（＝Ｉ_e／Ｉ_f＝０．１８％であっ
た。

【０１９０】この後さらに電子放出を続け、一定時間経
過した時点で再度、素子電流Ｉ_f及び放出電流Ｉ_eを測定
したところ、本実施例の素子は、素子電流Ｉ_f＝６５ｍ
Ａ、放出電流Ｉ_e＝１５．０μＡ、電子放出効率η（＝
Ｉ_e／Ｉ_f＝０．２３％であったのに対し、比較例の素子
では素子電流Ｉ_f＝４．０ｍＡ、放出電流Ｉ_e＝７．２μ
Ａ、電子放出効率η（＝Ｉ_e／Ｉ_f）＝０．１８％であっ
た。

【０１９１】この結果から、本実施例の素子において
も、比較例の素子と比較して、電子放出特性及び安定性
に優れ、特に安定性において優れていることがわかっ
た。

【０１９２】また、本実施例の素子及び比較例の素子に
ついて、実施例１と同様に電子放出部近傍の堆積物を観
察したところ、比較例の素子に比べて配向性及び結晶性
のよい炭素が堆積していることがわかった。

【０１９３】以上のように本実施例においても実施例１
同様、電子放出特性及び安定性に優れた電子放出素子が
得られた。

【０１９４】（実施例３）本実施例では、図１４に示す
ような多数の電子放出素子を単純マトリクス配置した画
像形成装置を作製した。以下に作製手順を説明する。
尚、図１４中、導電性膜は被膜層に覆われているため、
図示していない。

【０１９５】工程―ａ青板ガラスを基板７１として用い、その上にオフセット
印刷法によりＰｔペーストを印刷し、加熱焼成すること
により、厚み５０ｎｍの素子電極２、３を形成した。素
子電極２、３の電極間隔は３０μｍとした。

【０１９６】工程−ｂスクリーン印刷法によりＡｇペーストを印刷し、加熱焼
成することにより、Ｘ方向配線７２を形成した。次にＸ
方向配線７２とＹ方向配線７３の交差部にスクリーン印
刷法により絶縁性ペーストを印刷し、加熱焼成して厚さ
３０μｍの絶縁層１４１を形成した。スクリーン印刷法
によりＡｇペーストを印刷し、加熱焼成することによ
り、Ｙ方向配線７３を形成した。

【０１９７】工程−ｃ素子電極２、３間にバブルジェット方式の噴射装置を用
い、以下の組成のパラジウム錯体溶液を滴下し、３５０
℃で３０分間加熱処理をして酸化パラジウムの微粒子か
らなる導電性膜を形成した。導電性膜の膜厚は２０ｎｍ
であった。

【０１９８】酢酸パラジウムモノエタノールアミン錯体０．１５重量％（Ｐｄ当量）ＩＰＡ２５重量％エチレングリコール１重量％ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）０．０５重量％純水７３．８重量％

【０１９９】工程−ｄ導電性膜上に、バブルジェット方式の噴射装置を用い、
以下の組成のコバルト錯体溶液を滴下し、４００℃で３
０分間加熱処理をして酸化コバルト（主としてＣｏ
₂Ｏ₃）を含む被膜層６を形成した。被膜層６の膜厚は３
０ｎｍであった。

【０２００】トリス（エチレンジアミン）コバルト（ＩＩＩ）トリアセテート０．７５重量％（Ｃｏ当量）ＩＰＡ２５重量％エチレングリコール１重量％ＰＶＡ０．０５重量％純水７３．２重量％

【０２０１】工程−ｅこのようにして作製した電子源基板７１をリアプレート
８１上に固定した後、基板の５ｍｍ上方にフェースプレ
ート８６を支持枠８２を介して配置し、フリットガラス
を用いて４２０℃にて封着を行い図８に示すような画像
形成装置を作製した。

【０２０２】工程−ｆ以上のようにして完成したガラス容器内の雰囲気を排気
管（図示せず）を通じ真空ポンプにて排気し、十分な真
空度に達した後、容器外端子Ｄ_x1〜Ｄ_xmとＤ_y1〜Ｄ_ynを
通じ電子放出素子７４の電極２，３間に電圧を印加し、
導電性膜をフォーミング処理した。フォーミング処理の
電圧波形は、図５（ｂ）と同様である。本実施例ではＴ
₁を１ｍｓｅｃ、Ｔ₂を１０ｍｓｅｃとし、約１×１０^-4
Ｐａの真空雰囲気下で行った。

【０２０３】工程−ｇパネル内の圧力が５×１０^-6Ｐａに達するまで排気を続
けた後、パネルの排気管より、全圧が１．３×１０^-4Ｐ
ａとなるようにベンゾニトリルをパネル内に導入し、維
持した。容器外端子Ｄ_x1〜Ｄ_xmとＤ_y1〜Ｄ_ynを通じ電子
放出素子７４の電極２，３間に、図１３に示した波形で
波高値を１４Ｖ、Ｔ₃＝１ｍｓｅｃ、Ｔ₄＝１０ｍｓｅｃ
として活性化処理を行った。

【０２０４】工程−ｈパネル全体を２５０℃に加熱しながら排気し、室温まで
降温して内部を１０^-7Ｐａ程度の圧力とした後、不図示
の排気管をガスバーナーで熱することで溶着し外囲器の
封止を行った。最後に封止後の圧力を維持するために、
高周波加熱法でゲッター処理を行った。

【０２０５】以上のように完成した画像表示装置におい
て、各電子放出素子に、容器外端子Ｄ_x1〜Ｄ_xm、Ｄ_y1〜
Ｄ_ynを通じ、走査信号及び変調信号を不図示の信号発生
手段よりそれぞれ印加することにより電子放出させ、高
圧端子８７を通じ、メタルバック８５或いは透明電極
（不図示）に５ｋＶ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。

【０２０６】本実施例における画像表示装置は、テレビ
ジョンとして十分満足できる輝度（約１５０ｆＬ）で良
好な画像を長時間にわたって安定に表示することができ
た。

【０２０７】

【発明の効果】以上、本発明によれば、導電性膜上に
鉄、コバルト、ニッケルのいずれかを含む被膜層を形成
することで、導電性膜の融解、凝集を抑制するととも
に、電子放出素子の活性化工程により形成される炭素を
主成分とした堆積物の配向性及び結晶性を向上すること
ができるために、安定な電子放出電流を長時間にわたり
取り出すことが可能な電子放出素子を提供できる。ま
た、本発明によれば、有機物質ガス雰囲気中でパルス電
圧を印加するというきわめて簡便な方法により、電子放
出部に上記配向性及び結晶性の良い炭素を主成分とした
堆積物を形成することができる。

【０２０８】さらには、入力信号に応じて電子を放出す
る電子源においては、上記の電子放出素子を、基板上に
複数個配置して電子源を構成することにより、また、個
々の素子の両端を配線に接続した電子放出素子の行を複
数持つ配置、或いは、基板に、互いに、電気的に、絶縁
されたｍ本のＸ方向配線とｎ本のＹ方向配線とに、該電
子放出素子の一対の素子電極とを接続した電子放出素子
を複数個配列した配置とする電子源とすることで、各電
子放出素子が、良好な電子放出特性を長時間にわたり保
持し得る電子源を安価に提供できる。

【０２０９】また、本発明の画像形成装置においては、
画像形成部材と前記電子源より構成され、入力信号に基
づいて画像を形成するため、電子放出特性の安定性と寿
命の向上がなされ、例えば蛍光体を画像形成部材とする
画像形成装置においては、高品位な画像形成装置、例え
ば、カラーフラットテレビが、実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子放出素子の一実施形態の構成を示
す図である。

【図２】本発明の電子放出素子の他の実施形態の構成を
示す断面図である。

【図３】図１の電子放出素子の製造方法の一例を示す模
式図である。

【図４】測定評価機能を備えた真空処理装置の一例を示
す模式図である。

【図５】本発明の電子放出素子の製造に際して採用でき
る電圧波形の一例を示す模式図である。

【図６】本発明の電子放出素子についての放出電流
Ｉ_e、素子電流Ｉ_fと素子電圧Ｖ_fの関係の一例を示すグ
ラフである。

【図７】本発明の電子源の一実施形態である単純マトリ
クス配置した電子源の一例を示す模式図である。

【図８】本発明の画像形成装置の一実施形態の表示パネ
ルの一例を示す模式図である。

【図９】図８の表示パネルの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なうための駆動回路の一例を示
すブロック図である。

【図１１】本発明の電子源の他の実施形態である梯子状
配置の電子源の一例を示す模式図である。

【図１２】本発明の画像形成装置の一実施形態の表示パ
ネルの他の例を示す模式図である。

【図１３】本発明の電子放出素子の製造に際して採用で
きる電圧波形の一例を示す模式図である。

【図１４】本発明の実施例の電子源の構成を示す模式図
である。

【図１５】従来の表面伝導型電子放出素子の一例を示す
模式図である。

【図１６】従来の表面伝導型電子放出素子の他の例を示
す模式図である。

【図１７】本発明の画像形成装置の一例を示すブロック
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被膜層４０電流計４１電源４２電流計４３高圧電源４４アノード電極４５真空容器４６排気ポンプ７１電子源基板７２Ｘ方向配線７３Ｙ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１１０電子源基板１１１電子放出素子１１２共通配線１２０グリッド電極１２１空孔１２２，１２３容器外端子１４１絶縁層１７００ディスプレイパネル１７０１駆動回路１７０２ディスプレイコントローラ１７０３マルチプレクサ１７０４デコーダ１７０５入出力インターフェース回路１７０６ＣＰＵ１７０７画像生成回路１７０８〜１７１０画像メモリインターフェース回路１７１１画像入力インターフェース回路１７１２，１７１３ＴＶ信号受信回路１７１４入力部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された一対の素子電極と、
該素子電極のそれぞれに電気的に接続された導電性膜
と、該導電性膜の一部に形成された電子放出部を有する
電子放出素子であって、上記導電性膜上に、ニッケル、
鉄、コバルトのうち少なくとも一種類の元素を含む被膜
層を有し、且つ少なくとも上記電子放出部に、炭素を含
む堆積物を有することを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】上記炭素を含む堆積物が、グラファイト
状炭素を含む堆積物である請求項１記載の電子放出素
子。
【請求項３】上記被膜層が、ニッケル、鉄、コバル
ト、及びこれらの酸化物から選択される少なくとも一種
からなる請求項１記載の電子放出素子。
【請求項４】上記被膜層が微粒子膜ないし島状膜より
なる請求項３記載の電子放出素子。
【請求項５】上記被膜層の膜厚が、２ｎｍ〜５０ｎｍ
である請求項１〜４のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項６】上記素子電極が同一面上に配置された平
面型の素子である請求項１〜５のいずれかに記載の電子
放出素子。
【請求項７】上記素子電極が絶縁層を介して上下に位
置し、該絶縁層の側面に導電性膜が設けられた垂直型の
素子である請求項１〜５のいずれかに記載の電子放出素
子。
【請求項８】上記電子放出素子が、表面伝導型電子放
出素子である請求項１〜７のいずれかに記載の電子放出
素子。
【請求項９】請求項１〜８のいずれかに記載の電子放
出素子の製造方法であって、少なくとも、基板上に一対
の素子電極を形成する工程と、上記素子電極のそれぞれ
に電気的に接続された導電性膜を形成する工程と、上記
導電性膜上に、ニッケル、鉄、コバルトのうち少なくと
も一種類の元素を含む被膜層を形成する工程と、上記導
電性膜に電子放出部を形成する工程と有機物質ガスを含
む雰囲気中で、上記素子電極間にパルス電圧を繰り返し
印加することにより、少なくとも上記電子放出部に、炭
素を含む堆積物を堆積させる活性化工程とを有すること
を特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項１０】請求項１〜８のいずれかに記載の電子
放出素子を複数個並列に配置し結線してなる素子行を少
なくとも１行以上有し、各素子を駆動するための配線が
梯子状配置されていることを特徴とする電子源。
【請求項１１】請求項１〜８のいずれかに記載の電子
放出素子を複数個配列してなる素子行を少なくとも１行
以上有し、該素子を駆動するための配線がマトリクス配
置されていることを特徴とする電子源。
【請求項１２】請求項１０記載の電子源と、画像形成
部材、及び情報信号により各素子から放出される電子線
を制御する制御電極を有することを特徴とする画像形成
装置。
【請求項１３】請求項１１記載の電子源と、画像形成
部材とを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１４】請求項９記載の製造方法で同一基板上
に複数の電子放出素子を形成してなることを特徴とする
電子源の製造方法。
【請求項１５】請求項９記載の製造方法で得られた電
子源を、該電子源から放出される電子線を制御する制御
電極と、該電子源からの電子線の照射により画像を形成
する画像形成部材と組み合わせることを特徴とする画像
形成装置の製造方法。
【請求項１６】請求項９記載の製造方法で得られた電
子源を、該電子源からの電子線の照射により画像を形成
する画像形成部材と組み合わせることを特徴とする画像
形成装置の製造方法。