JP2000243261A

JP2000243261A - 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: JP2000243261A
Application number: JP4567199A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Aeba; 利明饗場; Yoshitaka Arai; 由高荒井
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】処理装置の大型化や高コスト化を避け、且つ
製造に要する時間を短くできる電子放出素子の製造方法
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、素子電極２，３間に電圧を印加して電子放
出部５を形成した後、アセチレンガスを含む大気圧程度
の雰囲気において電子放出部５及びその近傍に、炭素を
含有する堆積物を堆積させる活性化工程を行う。

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有する電子源及びこれを用いた表
示装置や露光装置等の画像形成装置、さらにはこれらの
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．Ｄｙｋ
ｅ＆Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，”Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉ
ｏｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈ
ｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）或いはＣ．Ａ．Ｓｐ
ｉｎｄｔ，”ＰｈｙｓｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓ
ｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈｍｏｌｙｂｄｅｎ
ｕｍｃｏｎｅｓ”，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５
２４８（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．Ｍｅａ
ｄ、”ＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＴｕｎｎｅｌ−Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌｙ．Ｐ
ｈｙｓ．３２，６４６（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の例としては、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ、ＲａｄｉｏＥｎｇ．Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎＰｈｙｓ．、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．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。

【０００６】本出願人は、新規な構成を有する表面伝導
型電子放出素子とその応用に関し、多数の提案を行って
いる。その基本的な構成、製造方法などは、例えば特開
平７−２３５２５５号公報、特開平８−１７１８４９号
公報などに開示されている。以下ではその要点を簡単に
説明する。

【０００７】上記の表面伝導型電子放出素子は、図５に
模式的に示すように、基板１上に対向する一対の素子電
極２，３と、該素子電極に接続されその一部に電子放出
部５を有する導電性膜４とを有してなることを特徴とす
る素子である。図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は断面
図である。該電子放出部５は、上記導電性膜の一部が、
破壊・変形ないし変質され、高抵抗となった部分であ
り、該電子放出部５においては導電性膜４に亀裂が形成
されており、該亀裂付近から電子が放出される。また、
電子放出部５及びその周辺には、炭素を含有する堆積膜
が形成されている。

【０００８】上記電子放出素子の製造プロセスについ
て、簡単に説明する。

【０００９】先ず、基板１上に、印刷、真空蒸着とフォ
トリソグラフィー技術など、適当な方法により、素子電
極２，３を形成する。

【００１０】次いで、導電性膜４を形成する。導電性膜
４の材料を、真空蒸着、スパッタリング等の方法で成膜
し、パターニングしても良いし、導電性膜４の原料を含
んだ液体を塗布するなどの方法でも良い。例えば、金属
の有機化合物の溶液を塗布し、これを熱分解して金属、
或いは金属酸化物とする方法が適用できる。この時、導
電性膜４を形成した後所望の形状にパターニングしても
良いが、インクジェット装置などにより、所望の形状に
上記原料液体を付与して、熱分解すれば、パターニング
の工程なしに所望の形状の導電性膜４が得られる。

【００１１】次いで、電子放出部５を形成する。これに
は、上記素子電極２，３間に電圧を印加し、導電性膜４
に電流を流して、導電性膜４の一部を変形・変質させる
方法（通電フォーミング処理）を適用することができ
る。この時印加する電圧は、パルス電圧であることが好
ましい。パルス電圧の波形は、図４（ａ）に示すよう
に、波高値を一定とする方法、図４（ｂ）に示すよう
に、波高値を時間とともに漸増させる方法のいずれも適
用できる。また、両方を適当に組み合わせても良い。ま
た、フォーミングのための上記パルスの休止期間中（パ
ルスとパルスの間）に、十分に低い波高値のパルスを挿
入して抵抗値を測定し、電子放出部の形成により抵抗値
が十分上昇したところで、例えば抵抗値が１ＭΩを越え
たところで、パルスの印加を終了するようにすることも
できる。

【００１２】上記の処理は、通常電子放出素子を真空チ
ャンバー内に設置し、チャンバー内を排気して行う。

【００１３】次いで、活性化工程を行う。この処理は、
上記の工程（フォーミング工程）で形成された電子放出
部付近に、炭素を含む堆積物、即ち、炭素や炭素化合
物、或いはこれらの混合物を堆積させ被膜を形成する工
程で、これにより放出される電子の量が大幅に増大す
る。この処理は、通常素子を真空チャンバー内に設置
し、チャンバー内を排気して行い、電子放出素子の一対
の素子電極の間にパルス電圧を印加することにより、真
空中に低い分圧で存在する有機物質を分解して炭素や炭
素化合物として堆積させることにより行う。上記の有機
物質は、真空チャンバー内を排気した後、適当な物質を
導入しても良いし、排気装置として油拡散ポンプなど適
当な装置を用い、この装置から真空チャンバーヘ拡散す
る有機物質を用いても良い。

【００１４】次いで、好ましくは安定化工程を施す。こ
れは、電子放出素子自体やその周辺、或いは電子放出素
子を動作させる真空容器の壁面に吸着した有機物質の分
子を、十分に除去することにより、これ以降電子放出素
子を駆動してもさらなる炭素や炭素化合物が堆積せず、
従って電子放出素子の特性が安定するように行う工程で
ある。

【００１５】安定化工程の具体的な方法は、例えば、電
子放出素子を真空チャンバー内に設置し（上記活性化工
程に引き続き行っても良い）、イオンポンプなどのオイ
ルフリーの排気装置を用いて排気を行いながら、電子放
出素子及び真空チャンバー自体を加熱する。これは、電
子放出素子や真空チャンバー内壁に吸着した有機物質分
子などを温度を上げることにより脱離させ、十分に除去
するためである。これと同時に、或いは加熱を終了した
後に、排気を続けながら電子放出素子に駆動電圧を与え
て電子を放出させる事により、さらに効果が上がる場合
もある。また、活性化工程で導入する有機物質の種類な
どの条件によっては、真空チャンバー内を高真空にして
電子放出素子を駆動することで、同様の効果が得られる
場合もある。それぞれの場合の条件に応じて、適当な方
法で該安定化処理を行う。

【００１６】以上のようにして得られた表面伝導型電子
放出素子の動作特性の典型例を図７に模式的に示す。図
７は、素子に印加する電圧Ｖ_fに対する素子を流れる電
流（素子電流）Ｉ_fと、電子放出に伴う電流（放出電
流）Ｉ_eの関係を示す。尚、Ｉ_eの値はＩ_fに比べ、極め
て小さいため、それぞれ任意目盛で示してある。但し、
いずれの目盛もリニアスケールである。図からわかるよ
うに、放出電流Ｉ_eはＶ_fに対し明瞭なしきい値（Ｖ_th）
を有する非線形特性を示す。Ｖ_fがＶ_th以下では、実質
的にＩ_eはゼロであり、Ｖ_fがＶ_thを超えるとＩ_eは急激
に上昇する。図７では、Ｉ_fもＩ_eと同様に、Ｖ_fに対す
るしきい値を持ち、しきい値以上のＶ_fに対しＩ_fが単調
増加する場合（ＭＩ特性）を示したが、製造工程や、測
定条件によっては、Ｉ_fが電圧制御型負性抵抗を示す場
合（ＶＣＮＲ特性）もある。ＶＣＮＲ特性を示す場合
は、そのＩ_f−Ｖ_f特性は安定ではなく、この場合にもＩ
_eはＭＩ特性を示すが、やはり安定ではない。この場合
も、安定化工程を施すことにより、安定なＭＩ特性を示
す様にする事ができる。

【００１７】上記のように、Ｖ_fとＩ_eの間に、明瞭なし
きい値を有する非線形な対応があるため、基板上にこの
電子放出素子を複数配置し、図８に模式的に示すような
マトリクス状に配線して、所望の電子放出素子のみから
電子放出を行わせることができ、単純マトリクス駆動が
可能となる。

【００１８】上記の電子放出素子を用いて構成された電
子源を用いた画像形成装置は、該電子源と、画像形成部
材をガラスなどにより構成される真空容器に内包したも
のである。図９にその構成の一例を模式的に示す。この
電子源の作製も上記の工程と基本的には同様の方法で行
う。但し、真空チャンバーを用いる代わりに、導電性膜
の形成を行った電子源を、画像形成部材とともに、上記
ガラスなどにより構成される真空容器に内包させ、該真
空容器の内部を排気して、フォーミング、活性化、安定
化の各工程を行うことができる。

【００１９】尚、図１１に模式的に示すような梯子型に
配線した電子源を用い、図１２に模式的に示すような画
像形成装置を形成することも可能である。この場合は、
画像形成部材に到達する電子線の量を変調するためのグ
リッド電極も有する。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】上述の電子放出素子の
製造プロセスの内、フォーミング工程、活性化工程、安
定化工程は、いずれも真空中にて行う工程である。

【００２１】これらの工程をそれぞれ別々の真空装置を
用いて行おうとすると、各工程を行う度に電子放出素子
または電子源を真空装置に設置し排気、処理後にリーク
することを繰り返さねばならず、全体の工程の時間が非
常に長くなり、量産性の面から問題と思われる。各真空
装置を真空搬送路で連結して処理を行えばこの問題は解
決するが、このような装置は一般に極めて大型且つ高価
であり、製造装置のコストがかさむ懸念がある。

【００２２】一方これらの工程を１つの真空装置内で行
うこともできるが、この場合上記活性化工程では、真空
容器内に有機物質が導入され、次いで安定化工程でこれ
を除去することになる。活性化工程で導入された有機物
質は電子放出素子或いは電子源のみならず、真空容器自
体の内壁に大量に吸着されてしまうため、これを除去す
るには長時間を要する。結果として製造プロセスのかか
る時間が長くなってしまう。

【００２３】本発明の目的は、上記のような問題に鑑
み、処理装置の大型化や高コスト化を避け、且つ製造に
要する時間を短くできる電子放出素子及び電子源、さら
には画像形成装置の製造方法を提供し、該製造方法によ
って、電子放出素子、電子源、画像形成装置を安価に提
供することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明は、電子放出素子
の製造方法、該製造方法による電子放出素子、該製造方
法を用いた電子源の製造方法、該製造方法による電子
源、該電子源を用いた画像形成装置とその製造方法を提
供するものである。

【００２５】本発明の電子放出素子の製造方法は、基板
上に一対の素子電極と、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の製造方法であっ
て、基板上に素子電極及び導電性膜を形成する工程と、
該導電性膜に電子放出部を形成するフォーミング工程
と、５×１０⁴〜２×１０⁵Ｐａの圧力を有する、アセチ
レンガスを含む雰囲気中で、上記一対の素子電極間にパ
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、炭素を含有する堆積物を堆積させる活
性化工程と、を少なくとも有することを特徴とする。

【００２６】上記本発明の電子放出素子の製造方法にお
いて、上記アセチレンガスを含む雰囲気とは、アセチレ
ンガス分圧が６×１０^-1〜３×１０¹Ｐａであることが
好ましく、また、上記アセチレンガスを含む雰囲気とし
ては、アセチレンガスとＨｅ、Ａｒ、Ｎ₂などの不活性
ガスの混合ガスよりなることが好ましい。

【００２７】また、上記活性化工程は、基板の温度を１
０〜３００℃にして行うことが好ましく、上記活性化工
程の後に、電子放出素子に吸着された有機物質分子など
を除去する、安定化工程を有することが望ましい。

【００２８】本発明の電子放出素子は、本発明の基板上
に形成し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し、少なくとも該電子放出部
に、炭素を含有する堆積物を有する電子放出素子であっ
て、上記本発明の電子放出素子の製造方法によって製造
されたことを特徴とする。

【００２９】本発明の電子源の製造方法は、基板上に形
成し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し、少なくとも該電子放出部に、炭
素を含有する堆積物を有する複数の電子放出素子と、そ
れぞれの電子放出素子の素子電極に接続された配線とを
上記基板上に形成してなる電子源の製造方法であって、
上記本発明の電子放出素子の製造方法により上記電子放
出素子を製造することを特徴とする。

【００３０】本発明の第１の電子源は、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し、第２の電子源
は、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。

【００３１】本発明の第１の画像形成装置は、上記本発
明の第１の電子源と、該電子源から放出された電子線の
照射により発光して画像を形成する画像形成部材と、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
御電極とを、真空容器に内包してなることを特徴とし、
第２の画像形成装置は、上記本発明の第２の電子源と、
該電子源から放出された電子線の照射により発光して画
像を形成する画像形成部材とを真空容器内に内包してな
ることを特徴とする。

【００３２】本発明の画像形成装置の製造方法は、電子
源を請求項１１記載の電子源の製造方法により製造し、
さらに、少なくとも該電子源と、画像形成部材と、真空
容器形成部材と、排気管とを組み合わせて接合する組み
立て工程と、上記排気管を通じて真空容器内を排気した
後、該排気管を封じきる封止工程とを有することを特徴
とする。

【００３３】本発明の画像形成装置の製造方法におい
て、好ましくは、活性化工程の次に安定化工程を行い、
次いで組み立て工程、封止工程を行うか、或いは、活性
化工程の次に組み立て工程を行い、次いで安定化工程を
行った後、封止工程を行う。

【００３４】

【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。

【００３５】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。

【００３６】先ず、平面型の表面伝導型電子放出素子に
ついて説明する。図５は、平面型表面伝導型電子放出素
子の一構成例を示す模式図であり、図５（ａ）は平面
図、図５（ｂ）は断面図である。図５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。

【００３７】基板１としては、石英ガラス、Ｎａ等の不
純物含有量を減少させたガラス、青板ガラス、青板ガラ
スにスパッタ法等によりＳｉＯ₂を積層した積層体、ア
ルミナ等のセラミックス及びＳｉ基板等を用いることが
できる。

【００３８】対向する素子電極２、３の材料としては、
一般的な導体材料を用いることができ、例えばＮｉ、Ｃ
ｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等
の金属或いは合金及びＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ₂、Ｐ
ｄ−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から適宜選択され
る。

【００３９】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〜数百μ
ｍの範囲とし、より好ましくは、素子電極間に印加する
電圧等を考慮して、数μｍ〜数十μｍの範囲とする。

【００４０】素子電極長さＷは、電極の抵抗値、電子放
出特性を考慮すると、好ましくは数μｍ〜数百μｍの範
囲であり、素子電極２、３の膜厚ｄは、好ましくは数十
ｎｍ〜数μｍの範囲である。

【００４１】尚、図５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。

【００４２】導電性膜４を構成する材料としては、例え
ばＰｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、
Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等の金属、Ｐ
ｄＯ、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＰｂＯ、Ｓｂ₂Ｏ₃等の酸化
物、ＨｆＢ₂、ＺｒＢ₂、ＬａＢ₆、ＣｅＢ₆、ＹＢ₄、Ｇ
ｄＢ₄等の硼化物、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、
ＳｉＣ、ＷＣなどの炭化物、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ等
の窒化物、Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体、カーボン等が挙げら
れる。

【００４３】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間の抵抗値等を考
慮して適宜設定されるが、通常は、数Å〜数百ｎｍの範
囲とするのが好ましく、より好ましくは１ｎｍ〜５０ｎ
ｍの範囲とするのが良い。その抵抗値は、Ｒ_sが１×１
０²〜１×１０⁷Ω／□の値である。尚、Ｒ_sは、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）とおいた時の値である。

【００４４】電子放出部５は、導電性膜４の一部に形成
された亀裂領域により構成され、後述する亀裂形成手法
に依存したものとなる。電子放出部５の内部には、数Å
〜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、或いは全ての元素を含有するものとな
る。少なくとも電子放出部５、好ましくは該電子放出部
５及びその近傍の導電性膜４には、少なくとも炭素を含
有する堆積物を有する。

【００４５】次に、垂直型の表面伝導型電子放出素子に
ついて説明する。

【００４６】図１８は、垂直型表面伝導型電子放出素子
の一構成例を示す模式図であり、図５に示した部位と同
じ部位には図５に示した符号と同一の符号を付してい
る。２１は段差形成部である。基板１、素子電極２及び
３、導電性膜４、電子放出部５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。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、好まし
くは数百ｎｍ〜数十μｍの範囲である。この膜厚は、段
差形成部２１の製法、及び、素子電極２、３間に印加す
る電圧を考慮して設定されるが、数十ｎｍ〜数μｍの範
囲が好ましい。

【００４７】導電性膜４は、通常、素子電極２、３の作
製後に形成されるので、素子電極２、３の上に積層され
るが、導電性膜４の形成後に素子電極２、３を作製し、
導電性膜４の上に素子電極２、３が積層されるようにす
ることも可能である。また、平面型表面伝導型電子放出
素子の説明においても述べたように、電子放出部５の形
成は、導電性膜４の膜厚、膜質、材料及び後述するフォ
ーミング条件等の製法に依存するもので、その位置及び
形状は図５に示されるような位置及び形状に特定される
ものではない。

【００４８】次に、本発明の電子放出素子の製造方法に
ついて、図５の素子を製造する場合を例に挙げて説明す
る。尚、本発明の電子放出素子の製造方法において、素
子電極、導電性膜を形成する工程、フォーミング工程
は、従来の方法と同様であるので、図２（ａ）〜（ｃ）
を用いて、簡単に説明する。

【００４９】１）基板１を洗剤、純水及び有機溶剤等を
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２
（ａ））。

【００５０】２）素子電極２，３を設けた基板１に、有
機金属化合物の溶液を塗布して、有機金属化合物薄膜を
形成する。有機金属化合物薄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２（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ぐ真空蒸着法、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。また、上記の有機金属化
合物の溶液をインクジェット装置により所望の位置に液
滴として付与する方法を用いることもでき、この場合は
リフトオフやエッチングによるパターニング工程は不要
となる。

【００５１】３）続いて、フォーミング工程を施す。こ
のフォーミング工程の方法の一例として通電処理による
方法を説明する。導電性膜を形成した上記電子放出素子
を、真空装置内に設置し、内部を例えば１×１０^-3Ｐａ
程度の圧力となるように排気し、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（図２
（ｃ））。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。

【００５２】先にも述べたように、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。

【００５３】図４（ａ）におけるＴ₁及びＴ₂は電圧波形
のパルス幅とパルス間隔である。通常Ｔ₁は１μｓｅｃ
〜１０ｍｓｅｃ、Ｔ₂は１０μｓｅｃ〜数１００ｍｓｅ
ｃの範囲で設定される。三角波の波高値は、電子放出形
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４（ｂ）におけるＴ₁及びＴ₂は、図４
（ａ）に示したのと同様とすることができる。三角波の
波高値は、例えば０．１Ｖステップ程度ずつ、適当なレ
ートで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、上記のフ
ォーミング用のパルス電圧の間に、導電性膜４を局所的
に破壊、変形しない程度のパルス電圧を挿入し、その時
の電流を測定して抵抗値を検知することにより決定する
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】尚、フォーミング工程の方法としては、上
記の方法以外でも、電子放出部が適切に形成される方法
であれば採用することができる。

【００５７】４）次いで活性化処理を行う。本発明にお
いて活性化処理は、アセチレンガスを少なくとも含有す
る、圧力が５×１０⁴〜２×１０⁵Ｐａ、即ち大気圧程度
の雰囲気において、上記一対の素子電極２，３間にパル
ス電圧を繰り返し印加して、少なくとも電子放出部５
に、炭素を含有する堆積物を堆積させる工程である。こ
の工程により素子に流れる電流、素子電流Ｉ_fは著しく
変化し、またこの工程の結果として、電子放出電流Ｉ_e
も増大する。

【００５８】本発明において、活性化工程の雰囲気は、
処理装置内の雰囲気を維持するために、処理装置に特別
厳しい機密性や、機械的強度を要求しない範囲の圧力で
あり、好ましくは１×１０⁵Ｐａ±２０％である。

【００５９】また、活性化工程の雰囲気としては、アセ
チレンガスと不活性ガスの混合ガスとすることが好まし
く、該不活性ガスとしては、アルゴン、ヘリウムなどの
希ガス、窒素などが挙げられる。

【００６０】本発明にかかるアセチレンガスと不活性ガ
スの混合ガスは、両者のガス流量を制御して混合すれば
よい。また予めアセチレンガスを上記不活性ガスで希釈
した混合ガスを、さらに上記不活性ガスで混合させても
よい。

【００６１】図１は、本発明にかかる活性化処理を行う
ための処理容器を模式的に示したものである。尚、図１
は、処理すべき素子と、上記の雰囲気の形成に着目した
ものであり、パルス電圧を印加するための配線、電源装
置、基板を加熱するためのヒーターなどは示されていな
い。図中、１は電子放出素子の基板である。図１（ａ）
は最も単純な構成の容器で、容器６の中央上部より、活
性化用のガスを導入する。容器内はほぼ１気圧となり、
容器の端から流出したガスは、局所排気装置などにより
適宜処理される。図１（ｂ）は、活性化のために容器内
に流入したガスを外部に流出させず、環流路を設けたも
のである。図１（ｃ）は、さらに容器内にメッシュ７を
設けたもので、例えば複数の電子放出素子を一度に処理
する場合、素子の置かれた位置により、ガスの流量が異
なることにより、活性化均一に起こらなくなることを避
けることを目的としたものである。

【００６２】本発明において、活性化工程は、好ましく
は基板の温度を１０℃〜３００℃にして、さらに望まし
くは５０℃〜２５０℃にして行われる。

【００６３】活性化工程の終了判定は、素子電流と放出
電流を測定しながら、適宜行う。尚パルス幅、パルス間
隔、パルス波高値などは適宜設定される。

【００６４】当該活性化工程で堆積させる、炭素を含有
する堆積物は、炭素或いは炭素化合物、或いはこれらの
混合物であり、具体的には、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、ＰＧは結晶粒が２００
Å程度で結晶構造がやや乱れたもの、ＧＣは結晶粒が２
０Å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、該堆積物による堆積膜の膜
厚は、５０ｎｍ以下の範囲とするのが好ましく、３０ｎ
ｍ以下の範囲とすることがより好ましい。

【００６５】活性化工程を上記のように大気圧程度の圧
力の元で行うことにより真空装置を用いる場合に比べ、
装置が簡易になったことはもちろん、真空装置内を排気
するのに必要な時間を省略することができ、製造に必要
な時間を短縮することができる。

【００６６】５）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、電子放出素子に吸着して有機物質分子などを除去す
る工程である。上記電子放出素子を真空容器内に設置
し、容器内を排気する。これに用いる真空排気装置は、
装置から発生するオイルが真空容器内に拡散しないよ
う、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とイオンポンプとの組み
合わせた真空排気装置等である。

【００６７】真空容器内の有機成分の分圧は、上記の炭
素や炭素化合物がほぼ新たに堆積しない分圧で１×１０
^-6Ｐａ以下が好ましく、さらには１×１０^-8Ｐａ以下が
特に好ましい。さらに真空容器内を排気するときには、
真空容器全体を加熱して、真空容器内壁や、電子放出素
子に吸着した有機物質分子を排気しやすくするのが好ま
しい。この時の加熱条件は、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、１．３３×１０^-5Ｐａ以下が好
ましく、さらに１×１０^-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、新たな炭素や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Ｉ_f，放出電流Ｉ_eが安定する。

【００７０】本工程は、活性化工程が終了した電子放出
素子を本工程用の真空装置に設置して行うので、従来の
方法の内、活性化工程と安定化工程を同じ真空装置内で
連続して行う場合と比べ、真空容器内の有機物質が少な
く、処理に要する時間が極めて短くて良い。

【００７１】以上説明したように、活性化工程を大気圧
程度の圧力の雰囲気中で行うことにより、製造工程全体
にかかる時間の短縮と、装置の簡易化を両立することが
できる。

【００７２】上述した工程を経て得られた本発明の電子
放出素子の基本特性について図３、図７を参照しながら
説明する。

【００７３】図３は、真空処理装置の一例を示す模式図
であり、この真空処理装置は測定評価装置としての機能
をも兼ね備えている。図３において、３５は真空容器で
あり、３６は排気ポンプである。真空容器３５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。３１は、電子放出素子に素
子電圧Ｖ_fを印加するための電源、３０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、３４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である。３３は
アノード電極３４に電圧を印加するための高圧電源、３
２は素子の電子放出による放出電流Ｉ_eを測定するため
の電流計である。一例として、アノード電極の電圧を１
ｋｖ〜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。

【００７４】真空容器３５内には、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。電
源３１が十分な電力を供給できるものであればこの装置
により上記フォーミング工程に用いることができるのは
言うまでもない。

【００７５】また、真空処理装置の全体を、ヒーターに
より加熱できるようにすれば、上記の安定化工程に使用
することもできる。

【００７６】図７は、図３に示した真空処理装置を用い
て測定された放出電流Ｉ_e、素子電流Ｉ_fと素子電圧Ｖ_f
の関係を模式的に示した図である。図７においては、放
出電流Ｉ_eが素子電流Ｉ_fに比べて著しく小さいので、任
意単位で示している。尚。縦・横軸ともリニアスケール
である。

【００７７】図７からも明らかなように、本発明の電子
放出素子は、放出電流Ｉ_eに関して対する三つの特徴的
性質を有する。

【００７８】即ち、（ｉ）本素子はある電圧（しきい値電圧と呼ぶ、図７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。つまり、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。

【００７９】（ｉｉ）放出電流Ｉ_eが素子電圧Ｖ_fに単調
増加依存するため、放出電流Ｉ_eは素子電圧Ｖ_fで制御で
きる。

【００８０】（ｉｉｉ）アノード電極３４に捕捉される
放出電子の量は、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３４に捕捉される電子の量
は、素子電圧Ｖ_fを印加する時間により制御できる。

【００８１】以上の説明より理解されるように、本発明
の電子放出素子は、入力信号に応じて、電子放出特性を
容易に制御できることになる。この性質を利用すると複
数の電子放出素子を配して構成した電子源、画像形成装
置等、多方面への応用が可能となる。

【００８２】図７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（以下、「ＭＩ特性」とい
う。）例を示したが、上述した製造工程によっては、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」という。）を示す場合もある。

【００８３】上記の特性を利用して、上記電子放出素子
を基板上に複数配置した電子源を作製することが可能で
ある。以下に、電子源とその製造方法について説明す
る。

【００８４】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。

【００８５】一例として、並列に配置した多数の電子放
出素子の個々を両端で接続し、電子放出素子の行を多数
個配し（行方向と呼ぶ）、この配線と直交する方向（列
方向と呼ぶ）で、該電子放出素子の上方に配した制御電
極（グリッドとも呼ぶ）により、電子放出素子からの電
子を制御駆動する梯子状配置のものがある。これとは別
に、電子放出素子をＸ方向及びＹ方向に行列状に複数個
配し、同じ行に配された複数の電子放出素子の電極の一
方を、Ｘ方向の配線に共通に接続し、同じ列に配された
複数の電子放出素子の電極の他方を、Ｙ方向の配線に共
通に接続するものが挙げられる。このようなものは所謂
単純マトリクス配置である。まず単純マトリクス配置に
ついて説明する。

【００８６】電子放出素子については、前述したとおり
（ｉ）ないし（ｉｉｉ）の特性がある。即ち、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
印加すれれば、入力信号に応じて、電子放出素子を選択
して電子放出量を制御できる。

【００８７】以下この原理に基づき、本発明の電子放出
素子を複数配して得られる電子源基板について、図８を
用いて説明する。図８において、８１は基板、８２はＸ
方向配線、８３はＹ方向配線である。８４は電子放出素
子、８５は結線である。

【００８８】ｍ本のＸ方向配線８２は、Ｄ_x1，Ｄ_x2，…
Ｄ_xmからなり、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等を用
いて形成された導電性金属等で構成することができる。
配線の材料、膜厚、幅は、適宜設計される。Ｙ方向配線
８３は、Ｄ_y1，Ｄ_y2，…Ｄ_ynのｎ本の配線よりなり，Ｘ
方向配線８２と同様に形成される。これらｍ本のＸ方向
配線８２とｎ本のＹ方向配線８３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。

【００８９】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８２を形成した基板１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８２とＹ方向配線８３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８２とＹ方向配線８３は、それぞれ外部端子として引
き出されている。

【００９０】電子放出素子８４を構成する一対の電極
（不図示）は、ｍ本のＸ方向配線８２とｎ本のＹ方向配
線８３と導電性金属等からなる結線８５によって電気的
に接続されている。

【００９１】配線８２と配線８３を構成する材料、結線
８５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ということもできる。

【００９２】Ｘ方向配線８２には、Ｘ方向に配列した電
子放出素子８４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８３にはＹ方向に配列した電子放出素子８４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。

【００９３】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。

【００９４】次に、梯子型配置の電子源について図１１
を用いて説明する。

【００９５】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。

【００９６】上記のいずれの方式の電子源についても、
本発明の製造方法が適用できる。即ち、基板上に上記配
線と素子電極及び導電性膜を形成した後、前記した電子
放出素子の製造方法と同様の、フォーミング工程、活性
化工程、及び必要に応じて安定化工程を有する、製造方
法を適用することができる。

【００９７】上述した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６と図９を用い
て説明する。図９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６は、図９の画像形成装置に使
用される蛍光膜の模式図である。尚、図８と同じ部材に
は同じ符号を付した。尚、便宜上、各素子の導電性膜は
省略する。

【００９８】図９において、８１は電子放出素子を複数
配した電子源の基板、９１は基板８１を固定したリアプ
レート、９６はガラス基板９３の内面に蛍光膜９４とメ
タルバック９５等が形成されたフェースプレートであ
る。９２は、支持枠であり該支持枠９２には、リアプレ
ート９１、フェースプレート９６が低融点のフリットガ
ラスなどを用いて接合される。

【００９９】外囲器（真空容器）９８は、上述の如く、
フェースープレート９６、支持枠９２、リアプレート９
１で構成される。リアプレート９１は主に基板８１の強
度を補強する目的で設けられるため、基板８１自体で十
分な強度を持つ場合は別体のリアプレート９１は不要と
することができる。即ち、基板１に直接支持枠９２を封
着し、フェースプレート９６、支持枠９２及び基板１で
外囲器９８を構成しても良い。一方、フェースープレー
ト９６、リアプレート９１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９８を構成することもできる。

【０１００】図６は、蛍光膜を示す模式図である。蛍光
膜９４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或いはブラックマトリクス
などと呼ばれる黒色導電材６１と蛍光体６２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６２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９４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。

【０１０１】ガラス基板９３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９４の内面側には、通常メタルバ
ック９５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９
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、外囲器内で発生した負イオンの衝突によ
るダメージから蛍光体を保護すること等である。メタル
バックは、蛍光膜作製後、蛍光膜の内面側表面の平滑化
処理（通常、「フィルミング」と呼ばれる。）を行い、
その後Ａｌを真空蒸者等を用いて堆積させることで作製
できる。

【０１０２】フェースプレート９６には、さらに蛍光膜
９４の導電性を高めるため、蛍光膜９４の外面側に透明
電極（不図示）を設けてもよい。

【０１０３】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、
十分な位置合わせを行う。

【０１０４】図９に示した画像形成装置の製造方法の一
例を以下に説明する。電子源の活性化までは、すでに述
べた方法により行う。この後安定化工程を行ってから、
該電子源、画像形成部材、真空容器形成部材等をフリッ
トガラスなどを用いて接合し、組み立て工程を行い、内
部を排気して、排気管をバーナーなどを用いて加熱し封
じきる。この後、必要に応じてゲッター処理を行っても
良い。或いは、組み立て工程を行った後、安定化工程を
行っても良い。

【０１０５】図１０は、安定化工程に用いる装置の概要
を示す模式図である。表示パネル１０１は、排気管１０
２を介して真空チャンバー１０３に連結され、さらにゲ
ートバルブ１０４を介して排気装置１０５に接続されて
いる。真空チャンバー１０３には、内部の圧力及び雰囲
気中の各成分の分圧を測定するために、圧力計１０６、
四重極質量分析器１０７等が取り付けられている。表示
パネル１０１の外囲器９８内部の圧力などを直接測定す
ることは困難であるため、該真空チャンバー１０３内の
圧力などを測定する。

【０１０６】外囲器９８を加熱して、８０〜２５０℃の
適当な温度に保持しながら、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１０５によ
り、排気管１０２を通じて排気し、有機物質の十分少な
い雰囲気にし、圧力計１０６及び四重極質量分析器１０
７によりこれを確認した後、排気管をバーナーで熱して
溶解させて封じきる。外囲器９８の封止後の圧力を維持
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９８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を用いた加熱により、外囲器９
８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。ゲッターは通常は
Ｂａ等が主成分であり、該蒸着膜の吸着作用により、外
囲器９８内の雰囲気を維持するものである。

【０１０７】梯子型の配線を有する電子源を用いた画像
形成装置の製造方法も、上記と同様である。

【０１０８】図１２は、梯子型配置の電子源を備えた画
像形成装置におけるパネル構造の一例を示す模式図であ
る。図中、１２０はグリッド電極、１２１は電子が通過
するため空孔、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である。また
便宜上、各素子の導電性膜は省略する。ここに示した画
像形成装置と、図９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、電子源とフェースプレート
の間にグリッド電極１２０を備えているか否かである。

【０１０９】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。

【０１１０】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。そして素子行を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。

【０１１１】上記グリッド電極を、組み立て工程で他の
部材と同様に組み合わせることを除いて、製造方法は前
記単純マトリクス配置の電子源と同じである。

【０１１２】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なうための駆動回路の構
成例について、図１９を用いて説明する。図１９におい
て、１１０１は表示パネル、１１０２は走査回路、１１
０３は制御回路、１１０４はシフトレジスタ、１１０５
はラインメモリ、１１０６は同期信号分離回路、１１０
７は変調信号発生器、Ｖ_x及びＶ_aは直流電圧源である。

【０１１３】表示パネル１１０１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１１
０１内に設けられた電子源、即ちｍ行ｎ列の行列状にマ
トリクス配線された電子放出素子群を１行（ｎ素子）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１行の電子
放出素子の各素子の出力電子ビームを制御するための変
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。

【０１１４】次に走査回路１１０２について説明する。
同回路は、内部にｍ個のスイッチング素子（図１９中、
Ｓ₁〜Ｓ_mで模式的に示す）を備えたものである。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１１０１の端子Ｄ_x1〜Ｄ_xmと電気的に接続され
る。各スイッチング素子Ｓ₁〜Ｓ_mは、制御回路１１０３
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。

【０１１５】直流電圧源Ｖ_x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に設定されてい
る。

【０１１６】制御回路１１０３は、外部より入力される
画像信号に基づいて適切な表示が行なわれるように、各
部の動作を整合させる機能を有する。制御回路１１０３
は、同期信号分離回路１１０６より送られる同期信号Ｔ
_syncに基づいて、各部に対してＴ_scan、Ｔ_sft及びＴ_mry
の各制御信号を発生する。

【０１１７】同期信号分離回路１１０６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。同期
信号分離回路１１０６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
と表わした。このＤＡＴＡ信号は、シフトレジスタ１１
０４に入力される。

【０１１８】シフトレジスタ１１０４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１１０３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１
１０４のシフトクロックであると言い換えても良い）。
シリアル／パラレル変換された画像１ライン分のデータ
（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当）は、Ｉ_d1
〜Ｉ_dnのｎ個の並列信号として前記シフトレジスタ１１
０４より出力される。

【０１１９】ラインメモリ１１０５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ための記憶装置で
あり、制御回路１１０３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１
１０７に入力される。

【０１２０】変調信号発生器１１０７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１１０１内の電子放
出素子に印加される。

【０１２１】前述したように、本発明の電子放出素子は
放出電流Ｉ_eに関して以下の基本特性を有している。即
ち、電子放出には明確なしきい値電圧Ｖ_thがあり、Ｖ_th
以上の電圧が印加された時のみ電子放出が生じる。電子
放出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
しきい値電圧以下の電圧を印加しても電子放出を生じな
いが、電子放出しきい値電圧以上の電圧を印加する場合
には電子ビームが出力される。その際、パルスの波高値
Ｖ_mを変化させることにより、出力電子ビームの強度を
制御することが可能である。また、パルスの幅Ｐ_wを変
化させることにより、出力される電子ビームの電荷の総
量を制御することが可能である。

【０１２２】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１１０７としては、一定長さの電圧
パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パ
ルスの波高値を変調できるような電圧変調方式の回路を
用いることができる。パルス幅変調方式を実施するに際
しては、変調信号発生器１１０７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。

【０１２３】シフトレジスタ１１０４やラインメモリ１
１０５は、デジタル信号式のものでもアナログ信号式の
ものでも採用できる。画像信号のシリアル／パラレル変
換や記憶が所定の速度で行なわれれば良いからである。

【０１２４】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路１１０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号
化する必要があるが、これには同期信号分離回路１１０
６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１１０５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１１０７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１１
０７には、例えばＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて
増幅回路等を付加する。パルス幅変調方式の場合、変調
信号発生器１１０７には、例えば高速の発振器及び発振
器の出力する波数を計数する計数器（カウンタ）及び計
数器の出力値と前記メモリの出力値を比較する比較器
（コンパレータ）を組み合わせた回路を用いる。必要に
応じて、比較器の出力するパルス幅変調された変調信号
を電子放出素子の駆動電圧にまで電圧増幅するための増
幅器を付加することもできる。

【０１２５】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１１０７には、例えばオペアンプ等
を用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフ
ト回路等を付加することもできる。パルス幅変調方式の
場合には、例えば電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）を採用
でき、必要に応じて電子放出素子の駆動電圧にまで電圧
増幅するための増幅器を付加することもできる。

【０１２６】このような構成を取り得る本発明の画像形
成装置においては、各電子放出素子に、容器外端子Ｄ_x1
〜Ｄ_xm、Ｄ_y1〜Ｄ_ynを介して電圧を印加することによ
り、電子放出が生じる。同時に高圧端子８７を介してメ
タルバック或いは透明電極（不図示）に高電圧を印加
し、電子ビームを加速する。加速された電子は、蛍光膜
に衝突し、発光が生じて画像が形成される。

【０１２７】ここで述べた画像形成装置の構成は、本発
明の画像形成装置の一例であり、本発明の技術思想に基
づいて種々の変形が可能である。入力信号についてはＮ
ＴＳＣ方式を挙げたが、入力信号はこれに限られるもの
ではなく、ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭ方式等の他、これらより
も多数の走査線からなるテレビジョン信号（例えば、Ｍ
ＵＳＥ方式をはじめとする高品位ＴＶ）方式も採用でき
る。

【０１２８】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。

【０１２９】図２０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。

【０１３０】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。

【０１３１】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。

【０１３２】以下、画像信号の流れに沿って各部の機能
を説明する。

【０１３３】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。

【０１３４】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。

【０１３５】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。

【０１３６】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。

【０１３７】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。

【０１３８】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。

【０１３９】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。

【０１４０】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。

【０１４１】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。

【０１４２】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。

【０１４３】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。

【０１４４】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。

【０１４５】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。

【０１４６】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。

【０１４７】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。

【０１４８】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。

【０１４９】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。

【０１５０】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。

【０１５１】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。

【０１５２】以上、各部の機能を説明したが、図２０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。

【０１５３】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。

【０１５４】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。

【０１５５】尚、図２０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。

【０１５６】例えば、図２０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。

【０１５７】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。

【０１５８】

【実施例】以下実施例に基づき本発明をさらに説明す
る。

【０１５９】［実施例１］本例では、図５に示した構成
の電子放出素子を図２の工程に沿って作製した。

【０１６０】工程−ａ基板１として石英を用い、これを洗剤、純水及び有機溶
剤により洗浄した後、フォトレジストＲＤ−２０００Ｎ
（日立化成（株）製）をスピンナーにより塗布（２５０
０ｒｐｍ、４０秒）し、８０℃で２５分間のプリベーク
を行った。

【０１６１】次いで、素子電極のパターンに対応するマ
スクを用いて密着露光し、現像液を用いて現像、１２０
℃で２０分間のポストベークを行って、レジストマスク
を形成した。この上に、Ｎｉを真空蒸着法により成膜し
た。成膜レートは０．３ｎｍ／ｓｅｃで膜厚を１００ｎ
ｍとした。この基板をアセトンに浸してレジストマスク
を溶解し、リフトオフによりＮｉの素子電極２，３を形
成した。電極間隙Ｌは２μｍ、電極長Ｗは５００μｍで
ある。

【０１６２】工程−ｂ素子電極が形成された基板を、アセトン、イソプロパノ
ール、酢酸ブチルで洗浄し乾燥した後、真空蒸着法によ
りＣｒを５０ｎｍ成膜した。次いでフォトレジストＡＺ
１３７０（ヘキスト社製）をスピンナーにより塗布（２
５００ｒｐｍ、３０秒）し、９０℃で３０分間のプリベ
ークを行った。マスクを用いた露光と現像により、導電
性膜の形状に対応する開口を形成し、１２０℃で３０分
間のポストベークを行ってレジストマスクを形成した。
さらに、エッチャント（ＮＨ₄）Ｃｅ（ＮＯ₃）₆／ＨＣ
ｌ／Ｈ₂Ｏ＝１７ｇ／５ｃｃ／１００ｃｃ）に３０秒間
浸漬し、マスク開口部のＣｒをエッチングし、次いでア
セトンによりレジストを剥離しＣｒマスクを形成した。

【０１６３】有機Ｐｄ化合物の溶液（奥野製薬（株）製
「ｃｃｐ−４２３０」）をスピンナーで塗布（８００ｒ
ｐｍ、３０秒）し、３００℃で１０分間の焼成を行い、
ＰｄＯよりなる導電性膜を形成した。その後、上記エッ
チャントに再度浸漬してＣｒマスクを除去し、リフトオ
フにより、所望のパターンの導電性膜４を形成した。

【０１６４】工程−ｃ導電性膜を形成した基板を図３に模式的に示した装置に
設置し、排気装置３６により真空チャンバー３５内を排
気し、圧力が１×１０^-3Ｐａ以下となってから素子電極
２，３の間に図４（ｂ）に示すような、波高値の漸増す
る三角波パルスを印加した。パルス幅Ｔ₁は１ｍｓｅ
ｃ、パルス間隔Ｔ₂は１０ｍｓｅｃとした。波高値が約
５．０Ｖとなったところで、フォーミングが完了した。

【０１６５】工程−ｄ得られた電子放出素子を真空装置から取り出し、図１
（ａ）に模式的に示したガス導入装置に設置した。ガス
導入ラインには不図示の脱水フィルタが取り付けられて
おり、水分を除去するようにしている。導入するガス雰
囲気は１％アセチレン−９９％Ｎ₂ガスと高純度Ｎ₂ガス
とを混合させたものである。流量制御器により、１％ア
セチレンガス−９９％Ｎ₂ガスを２ｃｃ／ｍｉｎ、高純
度Ｎ₂ガスを１０００ｃｃ／ｍｉｎで流して混合するこ
とにより、ガス雰囲気の全圧が１×１０⁵Ｐａ程度、そ
のうちアセチレンガスの分圧が２Ｐａ程度になるように
調整した。この気流中で素子を１５０℃に保持して、素
子電極間に図１３（ａ）に示すような波高値一定で極性
を反転させる矩形波パルスを繰り返し印加した。波高値
は１５Ｖ、パルス幅Ｔ₃は１ｍｓｅｃ、パルス間隔Ｔ₄は
１０ｍｓｅｃとした。

【０１６６】工程−ｅこの素子を再度、図３の装置に設置し、素子を１５０℃
に保持して排気を行ったところ、約３時間で１×１０^-6
Ｐａの圧力に到達した。

【０１６７】次いで素子を室温に戻した後、アノード電
極に１ｋｖの電圧を印加し、上記工程−ｄで用いたのと
同じ波形のパルス電圧を印加して特性の測定を行った。
尚、アノード電極と素子の間隔は４ｍｍにセットした。

【０１６８】その結果、素子電流は５ｍＡ、放出電流は
８μＡ、電子放出効率η（＝Ｉ_e／Ｉ_f）＝０．１６％で
あった。

【０１６９】本発明の製造方法の具体例である本実施例
の方法により、活性化工程と安定化工程にかかる時間は
従来よりも極めて短いもので十分であった。

【０１７０】［実施例２］実施例１の工程−ｄにおける
電圧印加条件を以下のように変更した以外は、実施例１
と同様な工程で電子放出素子を形成した。

【０１７１】先ず素子電極間に図１３（ｂ）に示すよう
な波高値を漸増させながら極性を反転させる矩形波パル
スを繰り返し印加した。ここで、パルス幅Ｔ₃は１ｍｓ
ｅｃ、パルス間隔Ｔ₄は１０ｍｓｅｃとし、波高値を１
０Ｖから１５Ｖまで３５分間かけて漸増させた。その後
に素子電極間に図１３（ａ）に示すような波高値一定で
極性を反転させる矩形波パルスを繰り返し印加した。波
高値は１５Ｖ、パルス幅Ｔ₃は１ｍｓｅｃ、パルス間隔
Ｔ₄は１０ｍｓｅｃとした。

【０１７２】実施例１と同じ条件で測定したところ、素
子電流Ｉ_f＝５．２ｍＡ、放出電流Ｉ_e＝９．５μＡ、電
子放出効率はη＝０．１８％であった。

【０１７３】本発明の製造方法の具体例である本実施例
の方法により、活性化工程と安定化工程にかかる時間は
従来よりも極めて短いもので十分であった。

【０１７４】［実施例３］実施例１の工程−ｄにおける
ガス雰囲気導入条件を以下のように変更した以外は、実
施例１と同様な工程で電子放出素子を形成した。

【０１７５】流量制御器により、１％アセチレンガス−
９９％Ｎ₂ガスを５ｃｃ／ｍｉｎ、高純度Ｎ₂ガスを１０
００ｃｃ／ｍｉｎで流して混合することにより、ガス雰
囲気の全圧が１×１０⁵Ｐａ程度、そのうちアセチレン
ガスの分圧が５Ｐａ程度になるように調整した。

【０１７６】実施例１と同じ条件で測定したところ、素
子電流Ｉ_f＝４．８ｍＡ、放出電流Ｉ_e＝５．８μＡ、電
子放出効率はη＝０．１２％であった。

【０１７７】本発明の製造方法の具体例である本実施例
の方法により、活性化工程と安定化工程にかかる時間は
従来よりも極めて短いもので十分であった。

【０１７８】［実施例４］実施例１の工程−ｄにおける
ガス雰囲気導入条件を以下のように変更した以外は、実
施例１と同様な工程で電子放出素子を形成した。

【０１７９】導入するガス雰囲気は１％アセチレン−９
９％Ａｒガスと高純度Ａｒガスとを混合させたものであ
る。流量制御器により、１％アセチレンガス−９９％Ａ
ｒガスを２ｃｃ／ｍｉｎ、高純度Ａｒガスを１０００ｃ
ｃ／ｍｉｎで流して混合することにより、ガス雰囲気の
全圧が１×１０⁵Ｐａ程度、そのうちアセチレンガスの
分圧が２Ｐａ程度になるように調整した。

【０１８０】実施例１と同じ条件で測定したところ、素
子電流Ｉ_f＝４．５ｍＡ、放出電流Ｉ_e＝４．８μＡ、電
子放出効率はη＝０．１１％であった。

【０１８１】本発明の製造方法の具体例である本実施例
の方法により、活性化工程と安定化工程にかかる時間は
従来よりも極めて短いもので十分であった。

【０１８２】［実施例５］実施例１の工程−ｄにおける
素子の保持温度１００℃にした以外は、実施例１と同様
な工程で電子放出素子を形成した。

【０１８３】実施例１と同じ条件で測定したところ、素
子電流Ｉ_f＝４．６ｍＡ、放出電流Ｉ_e＝５．６μＡ、電
子放出効率はη＝０．１２％であった。

【０１８４】本発明の製造方法の具体例である本実施例
の方法により、活性化工程と安定化工程にかかる時間は
従来よりも極めて短いもので十分であった。

【０１８５】［実施例６］本実施例は、図８に模式的に
示したマトリクス配線の電子源と、これを用いた画像形
成装置（図９）の製造方法である。図１４は本実施例に
より形成されたマトリクス配線の電子源の構成を模式的
に示す部分平面図で、図中の折れ線Ａ−Ａ’に沿った断
面の構造を図１５（電子放出部は便宜上不図示）に示
す。以下図１６（ａ）〜図１７（ｇ）を参照して、電子
源の製造工程を説明し、さらに画像形成装置の製造工程
も説明する。

【０１８６】工程−ａ洗浄した青板ガラス上にシリコン酸化膜をスパッタリン
グ法により０．５μｍ形成し、これを基板８１として、
この上にＣｒ５ｎｍ、Ａｕ６００ｎｍを真空蒸着法によ
り順次成膜した後、フォトレジストＡＺ１３７０（ヘキ
スト社製）を用い、フォトリソグラフィー技術により下
配線８２を形成した（図１６（ａ））。

【０１８７】工程−ｂ厚さ１μｍのシリコン酸化膜よりなる層間絶縁層１４１
をスパッタリング法により堆積した（図１６（ｂ））。

【０１８８】工程−ｃ層間絶縁層１４１にコンタクトホール１４２を形成する
ためのフォトレジストパターンを作成、これをマスクと
してＣＦ₄とＨ₂を用いたＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩ
ｏｎＥｃｈｉｎｇ）法により、層間絶縁層１４１をエ
ッチングした（図１６（ｃ））。

【０１８９】工程−ｄ素子電極のパターンに対応する開口を有するフォトレジ
スト（日立化成社製「ＲＤ−２０００Ｎ−４１」）のマ
スクパターンを形成し、真空蒸着法により５ｎｍのＴ
ｉ、１００ｎｍのＮｉを順次堆積、次いで有機溶剤によ
りフォトレジストを除去してリフトオフにより素子電極
２，３を形成した。素子電極の間隔Ｌは３μｍとした
（図１６（ｄ））。

【０１９０】工程−ｅ工程−ａと同様のフォトレジストを用いたフォトリソグ
ラフィー法により、５ｎｍのＴｉ、５００ｎｍのＡｕの
積層構造を有する上配線８３を形成した（図１７
（ｅ））。

【０１９１】工程−ｆ実施例１の工程−ｂと同様のＣｒマスクを用いたリフト
オフにより、ＰｄＯよりなる導電性膜４を形成した（図
１７（ｆ））。

【０１９２】工程−ｇコンタクトホール１４２以外を覆うレジストパターンを
形成し、真空蒸着により、５ｎｍのＴｉ、５００ｎｍの
Ａｕを順次堆積し、レジストパターンを除去して不要な
積層膜を除去してコンタクトホール１４２の埋め込みを
行った（図１７（ｇ））。

【０１９３】工程−ｈ上記電子源を真空装置内に設置し、各配線を通じて、実
施例１の工程−ｃと同様に三角波パルスを印加し、フォ
ーミング工程を行って電子放出部を形成した。

【０１９４】工程−ｉ電子源を真空装置から取り出し、図１（ｂ）に模式的に
示す装置を用いて、実施例１の工程−ｄと同じ条件で活
性化処理を行った。

【０１９５】工程−ｊ次いで、電子源を再度真空装置内に設置し、実施例１の
工程−ｅと同様に安定化工程を行った。同様に約３時間
で圧力が１×１０^-6Ｐａに到達した。

【０１９６】実施例１と同様に電子放出特性を測定した
ところ、全ての素子が正常に電子放出を行った。

【０１９７】上記電子源を用い、図９に示す構成の画像
形成装置を作製した。

【０１９８】電子源の基板８１をリアプレート９１に固
定し、基板の５ｍｍ上方にフェースプレートを支持枠９
２を介して配置し、接合部にフリットガラスを塗布し窒
素雰囲気中で４００℃に１０分間保持して接合し、外囲
器を形成した。フェースプレートの内面には蛍光膜９４
とメタルバック９５が形成されている。蛍光膜９４はス
トライプ形状（図６（ａ））のものを採用し、印刷法に
より形成した。黒色導電材はグラファイトを主成分とす
る材質を用いた。メタルバックは、蛍光膜の内面を平滑
処理（フィルミング）した後、Ａｌを真空蒸着すること
により形成した。

【０１９９】上記の組立を行う際、蛍光体と電子放出素
子との対応を正確に行う必要があり、十分に位置合わせ
を行った。尚、外囲器内にはゲッター装置（不図示）も
取り付けられている。

【０２００】このようにして作製した画像形成装置の外
囲器内を排気し、圧力を１×１０^-4Ｐａ以下とした後、
高周波加熱法によりゲッター処理を行い、排気管をバー
ナーで加熱して封じきった。

【０２０１】このようにして作製した装置に、駆動装置
を接続し、ＴＶ信号を入力して画像を表示させたとこ
ろ、高品位の画像を安定に表示することができた。

【０２０２】［実施例７］実施例６の工程−ｉまでと同
様に行った。但し、工程−ｉにおいては図１（ｃ）に模
式的に示す構造の装置を用いた。その後、組み立て工程
を行い外囲器を形成、ついで外囲器内を排気管を通じて
排気しながら、１５０℃で５時間の安定化工程を行った
ところ、圧力が１×１０^-4Ｐａに到達した。次いで、ゲ
ッター処理を行い排気管を封じきって画像形成装置を完
成した。実施例３と同様に高品位な画像を安定して表示
することができた。

【０２０３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、電子放出素子、電子源及びそれを用いた画像形成装
置の製造において、製造装置の簡易化と製造時間の短縮
をを両立させることができるようになり、電子放出素
子、電子源、画像形成装置をより安価に提供することが
可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子放出素子の製造方法の活性化工程
において使用する処理装置の構造を示す模式図である。

【図２】本発明の電子放出素子の製造工程を説明するた
めの図である。

【図３】本発明の電子放出素子の製造方法において、フ
ォーミング工程、安定化工程、電子放出特性の評価に用
いる真空装置の構成を示す模式図である。

【図４】本発明の電子放出素子の製造方法において、素
子に印加されるパルス電圧の波形を説明するための図で
ある。

【図５】本発明の電子放出素子の構成の一例を示す模式
図である。

【図６】本発明の画像形成装置に用いる蛍光膜の構成を
説明する模式図である。

【図７】本発明の電子放出素子の電子放出特性を説明す
るための模式図である。

【図８】本発明の電子源の一実施形態である、マトリク
ス配線を有する電子源の構成を示す模式図である。

【図９】図８の電子源を用いた画像形成装置の表示パネ
ルの構成の一例を示す模式図である。

【図１０】本発明の画像形成装置の製造方法において使
用される真空装置の構成の一例を示す模式図である。

【図１１】本発明の電子源の一実施形態である、梯子型
配線を有する電子源の構成を示す模式図である。

【図１２】図１１の電子源を用いた画像形成装置の表示
パネルの構成の一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方法において、
素子に印加される電圧パルスの波形を説明するための図
である。

【図１４】本発明の実施例で作製したマトリクス配線を
有する電子源の構成を模式的に示す平面図である。

【図１５】図１４の電子源の断面の構成を模式的に示す
断面図である。

【図１６】本発明の実施例で作製した電子源の製造工程
の一部を説明するための図である。

【図１７】本発明の実施例で作製した電子源の製造工程
の一部を説明するための図である。

【図１８】本発明の電子放出素子の他の構成例を示す図
である。

【図１９】図９に示した表示パネルを駆動する駆動回路
の一例を示す図である。

【図２０】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容器７メッシュ２１段差形成部３０電流計３１電源３２電流計３３高圧電源３４アノード電極３５真空容器３６排気ポンプ６１黒色導電材６２蛍光体８１電子源基板８２Ｘ方向配線８３Ｙ方向配線８４電子放出素子８５結線８７高圧端子９１リアプレート９２支持枠９３ガラス基板９４蛍光膜９５メタルバック９６フェースプレート９８外囲器（真空容器）１０１表示パネル１０２排気管１０３真空チャンバー１０４ゲートバルブ１０５排気装置１０６圧力計１０７四重極質量分析器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容器外端子１２３容器外端子１４１層間絶縁層１４２コンタクトホール１１０１表示パネル１１０２走査回路１１０３制御回路１１０４シフトレジスタ１１０５ラインメモリ１１０６同期信号分離回路１１０７変調信号発生器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
の製造方法であって、基板上に素子電極及び導電性膜を
形成する工程と、該導電性膜に電子放出部を形成するフ
ォーミング工程と、５×１０⁴〜２×１０⁵Ｐａの圧力を
有する、アセチレンガスを含む雰囲気中で、上記一対の
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、炭素を含有する堆積
物を堆積させる活性化工程と、を少なくとも有すること
を特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項２】上記アセチレンガスを含む雰囲気におい
て、アセチレンガス分圧が６×１０^-1〜３×１０¹Ｐａ
である請求項１記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項３】上記アセチレンガスを含む雰囲気が、ア
セチレンガスと不活性ガスの混合ガスよりなる請求項１
または２に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項４】上記活性化工程における雰囲気の圧力が
１×１０⁵Ｐａ±２０％の範囲にある請求項１〜３のい
ずれかに記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項５】上記活性化工程において、基板の温度を
１０〜３００℃とする請求項１〜４のいずれかに記載の
電子放出素子の製造方法。
【請求項６】上記活性化工程の後にさらに、電子放出
素子に吸着された有機物質分子などを除去する安定化工
程を有する請求項１〜５のいずれかに記載の電子放出素
子の製造方法。
【請求項７】基板上に形成し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し、少な
くとも該電子放出部に、炭素を含有する堆積物を有する
電子放出素子であって、請求項１〜６のいずれかの電子
放出素子の製造方法によって製造されたことを特徴とす
る電子放出素子。
【請求項８】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７記載の電子放出素子。
【請求項９】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７記載の電子放出素子。
【請求項１０】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７〜９のいずれかに記載の電子放
出素子。
【請求項１１】基板上に形成し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し、
少なくとも該電子放出部に、炭素を含有する堆積物を有
する複数の電子放出素子と、それぞれの電子放出素子の
素子電極に接続された配線とを上記基板上に形成してな
る電子源の製造方法であって、請求項１〜６のいずれか
に記載の電子放出素子の製造方法により上記電子放出素
子を製造することを特徴とする電子源の製造方法。
【請求項１２】請求項７〜１０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１３】請求項７〜１０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１４】請求項１２記載の電子源と、該電子源
から放出された電子線の照射により発光して画像を形成
する画像形成部材と、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とを、真空容器に内包し
てなることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１５】請求項１３記載の電子源と、該電子源
から放出された電子線の照射により発光して画像を形成
する画像形成部材とを真空容器内に内包してなることを
特徴とする画像形成装置。
【請求項１６】請求項１４または１５に記載の画像形
成装置の製造方法であって、電子源を請求項１１記載の
電子源の製造方法により製造し、さらに、少なくとも該
電子源と、画像形成部材と、真空容器形成部材と、排気
管とを組み合わせて接合する組み立て工程と、上記排気
管を通じて真空容器内を排気した後、該排気管を封じき
る封止工程とを有することを特徴とする画像形成装置の
製造方法。
【請求項１７】活性化工程の次に安定化工程を行い、
次いで組み立て工程、封止工程を行う請求項１６記載の
画像形成装置の製造方法。
【請求項１８】活性化工程の次に組み立て工程を行
い、次いで安定化工程を行った後、封止工程を行う請求
項１６記載の画像形成装置の製造方法。