JP2000251663A

JP2000251663A - 電子放出素子、電子源、画像形成装置及びそれらの製造方法

Info

Publication number: JP2000251663A
Application number: JP4916399A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Mitsumichi; 和宏三道; Mitsutoshi Hasegawa; 光利長谷川; Kazuya Shigeoka; 和也重岡; Seiji Mishima; 誠治三島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 1999-02-25
Publication date: 2000-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】良好な電子放出特性を有する電子放出素子の
新規な構成、均一性の高い電子源、均一性が高く良好な
表示品質を有する画像形成装置、及び歩留り良く製造で
きるそれらの製造方法を提供する。【解決手段】電子放出素子の製造方法が、基体１の表
面エネルギーを調整する工程を有し、この工程が、基体
１の表面エネルギー状態をその場で測定する工程と、測
定した基体１の表面エネルギーとその基準値とを比較す
る工程と、基体１の表面エネルギーが基準値に達した時
点で、この表面エネルギーを調製する工程とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子、該
電子放出素子を多数個配置してなる電子源、該電子源を
用いて構成した表示装置や露光装置等の画像形成装置、
及びそれらの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子放出素子には大別して熱電子
放出素子と冷陰極電子放出素子の２種類が知られてい
る。冷陰極電子放出素子には電界放出型（以下、「ＦＥ
型」と称す。）、金属／絶縁層／金属型（以下、「ＭＩ
Ｍ型」と称す。）や表面伝導型電子放出素子等が有る。

【０００３】ＦＥ型の例としては、Ｗ．Ｐ．Ｄｙｋｅ
ａｎｄＷ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“ＦｉｅｌｄＥｍ
ｉｓｓｉｏｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔ
ｒｏｎＰｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）ある
いはＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ， “Ｐｈｙｓｉｃａｌ
Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉ
ｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔ
ｈｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａ
ｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）
等に開示されたものが知られている。

【０００４】ＭＩＭ型の例としては、Ｃ．Ａ．Ｍｅａ
ｄ， “ＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＴｕｎｎｅｌ−Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．，３２，６４６（１９６１）等に開示され
たものが知られている。

【０００５】表面伝導型電子放出素子の例としては、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，ＲａｄｉｏＥｎｇ．
ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１０，１２９０（１
９６５）等に開示されたものがある。

【０００６】表面伝導型電子放出素子は、絶縁性基板上
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：“ＴｈｉｎＳｏｌｉｄ
Ｆｉｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂
Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ
ａｎｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥＴ
ｒａｎｓ．ＥＤＣｏｎｆ．”，５１９（１９７
５）］、カーボン薄膜によるもの［荒木久他：真空、
第２６巻、第１号、２２頁（１９８３）］等が報告され
ている。

【０００７】これらの表面伝導型電子放出素子の典型的
な例として、前述のＭ．ハートウェルの素子構成を図２
５に模式的に示す。同図において１は基板である。４は
導電性膜で、Ｈ型形状のパターンに形成された金属酸化
物薄膜等からなり、後述の通電フォーミングと呼ばれる
通電処理により電子放出部５が形成される。尚、図中の
素子電極間隔Ｌは、０．５〜１ｍｍ、Ｗ’は、０．１ｍ
ｍで設定されている。

【０００８】これらの表面伝導型電子放出素子において
は、電子放出を行う前に導電性膜４を予め通電フォーミ
ングと呼ばれる通電処理によって電子放出部５を形成す
るのが一般的である。即ち、通電フォーミングとは、前
記導電性膜４の両端に電圧を印加通電し、導電性膜４を
局所的に破壊、変形もしくは変質させて構造を変化さ
せ、電気的に高抵抗な状態の電子放出部５を形成する処
理である。尚、電子放出部５では導電性膜４の一部に亀
裂が発生しており、その亀裂付近から電子放出が行われ
る。

【０００９】上述の表面伝導型電子放出素子は、構造が
単純であることから、大面積に亙って多数素子を配列形
成できる利点がある。そこで、この特徴を活かすための
種々の応用が研究されている。例えば、荷電ビーム源、
表示装置等の画像形成装置への利用が挙げられる。

【００１０】従来、多数の表面伝導型電子放出素子を配
列形成した例としては、並列に表面伝導型電子放出素子
を配列し、個々の表面伝導型電子放出素子の両端（両素
子電極）を配線（共通配線とも呼ぶ）にて夫々結線した
行を多数行配列（梯子型配置とも呼ぶ）した電子源が挙
げられる（例えば、特開昭６４−３１３３２号公報、特
開平１−２８３７４９号公報、同２−２５７５５２号公
報）。

【００１１】また、特に表示装置においては、液晶を用
いた表示装置と同様の平板型表示装置とすることが可能
で、しかもバックライトが不要な自発光型の表示装置と
して、表面伝導型電子放出素子を多数配置した電子源
と、この電子源からの電子線の照射により可視光を発光
する蛍光体とを組み合わせた表示装置が提案されている
（アメリカ特許第５０６６８８３号明細書）。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本出願人は、表面伝導
型電子放出素子の製造方法において、大面積に有利な製
造方法として、真空を用いたスパッタ法や蒸着法によら
ず、導電性膜を形成する方法を提案している。その一例
は、有機金属を含有する溶液をスピンナーによって基体
上に塗布後、所望の形状にパターニングし、有機金属を
熱分解して導電性膜を得る電子放出素子の製造方法であ
る。

【００１３】また、特開平８−１７１８５０号公報にお
いて、導電性膜を所望の形状にパターニングする工程に
おいて、リソグラフィー法を用いずに、バブルジェット
方式やピエゾジェット方式等のインクジェツト法によっ
て、基体上に有機金属を含有する溶液の液滴を付与し、
所望の形状の導電性膜を形成する製造方法を提案してい
る。

【００１４】しかしながら、有機金属を含有する溶液を
基体に付与し、有機金属を熱分解して導電性膜を得る電
子放出素子の製造方法において、基体の表面エネルギー
と有機金属を含有する溶液の表面エネルギーとが所望の
ものでないと、スピンナーで塗布した場合には均一な膜
厚が得られず、インクジェット法により液滴を付与した
場合には所望の形状が得られないことがあった。

【００１５】こうして形成された導電性膜を用いた電子
放出素子は、導電性膜に電子放出部を形成する工程等に
影響を与え、電子放出特性の再現性が悪いという問題が
あった。また、電子放出素子を複数配置した電子源で
は、電子放出特性がばらつくという問題があった。さら
に、電子源と蛍光体等の画像形成部材とを対向配置して
構成した画像形成装置においても、電子放出特性のばら
つきが画像品位の低下に結び付くという問題があった。

【００１６】本発明の目的は、上記問題を鑑み、良好な
電子放出特性を有する電子放出素子の新規な構成、均一
性の高い電子源、均一性が高く良好な表示品質を有する
画像形成装置、及び歩留り良く製造できるそれらの製造
方法を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成すべく
成された本発明の構成は、以下の通りである。

【００１８】即ち、本発明の第一は、基体に一対の素子
電極を形成する工程と、基体の表面エネルギーを調整す
る工程と、有機金属を含有する溶液の液滴を付与する工
程と、付与した液滴を熱分解して導電性膜を形成する工
程と、素子電極間に通電して、導電性膜に電子放出部を
形成するフォーミング工程とを有しており、上記基体の
表面エネルギーを調整する工程が、基体の表面エネルギ
ー状態をその場で測定する工程と、測定した基体の表面
エネルギーとその基準値とを比較する工程と、基体の表
面エネルギーが基準値に達した時点で、該表面エネルギ
ーを調整する工程とからなることを特徴とする電子放出
素子の製造方法にある。

【００１９】また、本発明の第二は、上記本発明の第一
の方法により製造されることを特徴とする電子放出素子
にある。

【００２０】また、本発明の第三は、入力信号に応じて
電子を放出する電子源であって、基体上に、上記本発明
の第二の電子放出素子を複数配置したことを特徴とする
電子源にある。

【００２１】また、本発明の第四は、上記本発明の第三
の電子源を製造する方法であって、複数個の電子放出素
子を上記本発明の第一の方法により製造することを特徴
とする電子源の製造方法にある。

【００２２】また、本発明の第五は、入力信号に基づい
て画像を形成する装置であって、少なくとも、上記本発
明の第三の電子源と、該電子源から放出される電子線の
照射により画像を形成する画像形成部材とを有すること
を特徴とする画像形成装置にある。

【００２３】さらに、本発明の第六は、上記本発明の第
五の画像形成装置を製造する方法であって、電子源を上
記本発明の第四の方法により製造することを特徴とする
画像形成装置の製造方法にある。

【００２４】本発明によれば、基体の表面エネルギーを
調整する工程が、表面エネルギー状態をその場で測定す
る工程を有するため、処理を中断すること無く表面エネ
ルギーのモニターを行なうことができ、モニターした表
面エネルギーの値を基準値と比較し、基準値に達した時
点で表面エネルギーの調整を終了するため、短時間で容
易に所望の表面エネルギーを有する基体を得ることがで
きる。

【００２５】また、多数の基体の表面エネルギーの調整
を行なった場合でも、基体毎の表面エネルギーのばらつ
きが大幅に減少する。そのため、スピンナーで塗布した
場合には、均一性の高い膜厚が得られるようになる。ま
た、インクジェット法により液滴を付与した場合には、
所望の形状が得られるようになる。さらに、多数の基体
にわたって基体の表面エネルギーがばらつかず、歩留ま
りを向上させることができる。

【００２６】以上のように、良好な電子放出特性を有す
る電子放出素子、均一性の高い電子源、均一性が高く良
好な表示品質を有する画像形成装置、及び歩留り良く製
造できるそれらの製造方法を提供することができるもの
である。

【００２７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好ましい実施態様
を示す。

【００２８】図１は、本発明の電子放出素子の一構成例
を示す模式図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）
は縦断面図である。また図２は、本発明の電子放出素子
の他の構成例を示す模式図である。図１及び図２におい
て、１は基板、２と３は電極（素子電極）、４は導電性
膜、５は電子放出部である。

【００２９】基板１としては、石英ガラス、Ｎａ等の不
純物含有量を減少させたガラス、青板ガラス、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。

【００３０】対向する素子電極２，３の材料としては、
一般的な導体材料を用いることができ、例えばＮｉ、Ｃ
ｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等
の金属或は合金及びＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ₂ 、Ｐｄ
−Ａｇ等の金属或は金属酸化物とガラス等から構成され
る印刷導体、Ｉｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ 等の透明導電体及び
ポリシリコン等の半導体導体材料等から適宜選択され
る。

【００３１】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さ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、素子
電極間に印加する電圧等を考慮して数μｍから数十μｍ
の範囲とすることができる。素子電極長さ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。

【００３２】尚、図１及び図２に示した構成とは別に、
基板１上に、導電性膜４、素子電極２，３の順に形成し
た構成とすることもできる。また、製法によっては、対
向する素子電極２，３間の全てが電子放出部として機能
する場合もある。

【００３３】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等の金属の中
から適宜選択される。これらの金属は、導電性膜材料の
有機金属化合物を形成する。

【００３４】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、Ｒｓが１０²
Ω／□から１０⁷ Ω／□の値であるのが好ましい。な
お、Ｒｓ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＝Ｒｓ（ｌ／ｗ）と置いたときに現れ
る値である。

【００３５】本明細書において、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ななく、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。

【００３６】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、その内部には、数
Å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。また、電子放出部５及びその近傍の導電性膜
４には、後述の活性化工程によって形成される炭素ある
いは炭素化合物を有することもできる。

【００３７】本発明の電子放出素子の製造方法としては
様々な方法があるが、その一例を図３に基づいて説明す
る。尚、図３においても図１及び図２に示した部位と同
じ部位には、同一の符号を付している。

【００３８】１）清浄化した青板ガラス基体１上に、真
空蒸着法、スパッタ法等により厚さ５００Åの素子電極
材料を堆積後、例えばフォトリソグラフィー技術を用い
て素子電極２及び３を形成する（図３（ａ））。

【００３９】２）素子電極２，３を設けた基体の表面エ
ネルギーを初期化する工程を行う。具体的には、素子電
極２，３を設けた基体の温水洗浄を行う。本工程によ
り、基体の表面エネルギーは、親水面となる。

【００４０】３）次に、初期化した基体の表面エネルギ
ーを調整する工程を行う（図２（ｂ））。具体的には、
２）の工程で初期化した基体を、チャンバー３１内に設
置し、ドライ窒素ガス等を導入してチャンバー３１内を
置換した後、チャンバー３１内に窒素ガス等で適宜希釈
された有機化合物ガスを導入し、基体の表面エネルギー
の調整を行なう。

【００４１】有機化合物ガスとしては、基体の表面に付
着して、基体上にメチル基やエチル基等の疎水基を提供
可能なものが好適であり、例えば、脂肪族系や芳香族系
等の有機化合物や、シランカップリング剤等を用いるこ
とができる。

【００４２】基体の表面エネルギーを調整する際には、
表面エネルギーの状態をその場で測定検査しながら行
い、モニターした表面エネルギーの値を基準値と比較
し、基準値に到達した時点で表面エネルギーの調整を終
了する。

【００４３】図４は基体の表面エネルギーを調整する工
程を示す説明図であり、図５は基体の表面エネルギーを
調整するための装置を示す構成図である。図５におい
て、３１はチャンバー、６１は素子電極等が形成されて
いる基体、６３は表面エネルギー測定手段、６４は測定
値を基準値と比較するための比較回路、６５は表面エネ
ルギー調整装置制御回路である。

【００４４】基体の表面エネルギーの状態を測定検査す
る方法は、表面エネルギーの状態を直接または間接に定
量的に表わせる量の測定が可能な手段であればよく、例
えば、有機金属を含有する溶液との接触角の測定、もし
くは基体上のカーボン量の測定、または基体に上記溶液
の液滴をインクジェット法で付与して、付与された液滴
の基体上におけるドット径を測定すること等により行な
うことができ、表面エネルギーの調整方法や基体の種類
等に合わせて好適な方法を選択することが可能である。

【００４５】また、基体の表面エネルギーのモニターを
するための領域は、基板の面積やモニターの方法を考慮
して設定する。図６は、モニター領域の設置例を示す模
式図である。図６の設置例では、電子放出素子形成領域
１８２である基体の４隅にそれぞれ１０個のモニター領
域１８１を設けた例である。また、モニターのための手
段も必要に応じて、可動式にしたり、複数設置する場合
もある。

【００４６】本工程での表面エネルギーの調整法は、こ
れに限るわけでなく、基体をチャンバー内に設置し、チ
ャンバー内を真空排気した後、チャンバー内に適当な分
圧で有機化合物ガスを導入して行っても良いし、大気中
で行っても良い。本工程では、有機化合物が基体表面に
付着し、基体の表面状態は、発水面と変化する。

【００４７】また、有機化合物ガスの基体への付与を行
う条件は、有機化合物のガス分圧および温度によって設
定される。温度は、室温に限らず、ガス種や基体の種類
により、また所望の表面エネルギーの値や有機化合物の
付着速度によって、好適な値を選択すればよい。

【００４８】４）次に、基体上に有機金属を含有する溶
液を付与する工程を行う（図３（ｃ））。具体的には、
有機金属を含有する水溶液の液滴をバブルジェット方式
やピエゾジェット方式のようなインクジェット法によ
り、素子電極２，３間に付与する。付与された液滴３３
の形状は、３）の工程で予め調整された基体の主表面の
表面エネルギーと当該液滴の表面エネルギーとによって
決定される。なお、有機金属を含有する水溶液の基体へ
の付与法は、スピンナーを用いた塗布法によっても良い
が、この場合は、所望の導電性膜の形態を得るため、パ
ターニング工程が必要となる。

【００４９】５）その後、基体上に付与した上記溶液を
熱分解して導電性膜を形成する工程を行う（図３
（ｄ））。基体上に付与された有機金属を含有する溶液
は、焼成炉やホットプレート上において、大気中等の雰
囲気で熱分解され、金属あるいは金属酸化物からなる導
電性膜４が作成される。

【００５０】６）次に、フォーミングと呼ばれる通電処
理を施す。素子電極２，３間に通電を行うと、導電性膜
４の部位に電子放出部５が形成される（図３（ｅ））。
フォーミング工程においては、瞬間的に導電性膜４の一
部に局所的に熱エネルギーが集中し、その部位に構造の
変化した電子放出部５が形成される。

【００５１】通電フォーミングの電圧波形の例を図７に
示す。

【００５２】電圧波形は、特に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７（ａ）に示した手法と、パルス波高値を増
加させながらパルスを印加する図７（ｂ）に示した手法
がある。

【００５３】まず、パルス波高値を定電圧とした場合に
ついて図７（ａ）で説明する。図７（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。三
角波の波高値（ピーク電圧）は、電子放出素子の形態に
応じて適宜選択される。このような条件のもと、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、矩形波等の所望の波
形を採用することができる。

【００５４】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について図７（ｂ）で説明する。
図７（ｂ）におけるＴ₁ 及びＴ₂ は、図７（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（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】フォーミング処理以降の電気的処理は、例
えば図８に示すような真空処理装置内で行うことができ
る。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８においても、図１及び図２に示し
た部位と同じ部位には同一の符号を付している。

【００５７】図８において、５５は真空容器であり、５
６は排気ポンプである。真空容器５５内には電子放出素
子が配されている。また、５１は電子放出素子に素子電
圧Ｖｆを印加するための電源、５０は素子電極２，３間
を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、５４は
素子の電子放出部５より放出される放出電流Ｉｅを捕捉
するためのアノード電極、５３はアノード電極５４に電
圧を印加するための高圧電源、５２は電子放出部５より
放出される放出電流Ｉｅを測定するための電流計であ
る。一例として、アノード電極５４の電圧を１ｋＶ〜１
０ｋＶの範囲とし、アノード電極５４と電子放出素子と
の距離Ｈを２ｍｍ〜８ｍｍの範囲として測定を行うこと
ができる。

【００５８】真空容器５５内には、不図示の真空計等の
真空雰囲気下での測定に必要な機器が設けられていて、
所望の真空雰囲気下での測定評価を行えるようになって
いる。

【００５９】排気ポンプ５６は、ターボポンプ、ロータ
リーポンプ等からなる通常の高真空装置系と、イオンポ
ンプ等からなる超高真空装置系とにより構成されてい
る。ここに示した電子放出素子基板を配した真空処理装
置の全体は、不図示のヒーターにより加熱できる。

【００６０】７）次に、フォーミングを終えた素子に活
性化工程と呼ばれる処理を施す（図３（ｆ））。

【００６１】活性化工程は、例えば、有機物質のガスを
含有する雰囲気下で、通電フォーミングと同様に、素子
電極２，３間にパルスの印加を繰り返すことで行うこと
ができ、この処理により、素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅ
が、著しく変化するようになる。

【００６２】活性化工程における有機物質のガスを含有
する雰囲気は、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、オ
イルを使用しないイオンポンプなどにより一旦十分に排
気した真空中に適当な有機物質のガスを導入することに
よっても得られる。このときの好ましい有機物質のガス
圧は、前述の素子の形態、真空容器の形状や、有機物質
の種類などにより異なるため、場合に応じ適宜設定され
る。適当な有機物質としては、アルカン、アルケン、ア
ルキンの脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、アルコ
ール類、アルデヒド類、ケトン類、アミン類、フェノー
ル、カルボン、スルホン酸等の有機酸類等を挙げること
が出来、具体的には、メタン、エタン、プロパンなどＣ
_n Ｈ_2n+2で表される飽和炭化水素、エチレン、プロピレ
ンなどＣ_n Ｈ_2n等の組成式で表される不飽和炭化水素、
ベンゼン、トルエン、メタノール、エタノール、ホルム
アルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、メチルエチ
ルケトン、メチルアミン、エチルアミン、フェノール、
蟻酸、酢酸、プロピオン酸等が使用できる。

【００６３】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。

【００６４】炭素あるいは炭素化合物とは、例えばグラ
ファイト（いわゆるＨＯＰＧ，ＰＧ，ＧＣを包含するも
ので、ＨＯＰＧはほぼ完全なグラファイト結晶構造、Ｐ
Ｇは結晶粒が２０ｎｍ程度で結晶構造がやや乱れたも
の、ＧＣは結晶粒が２ｎｍ程度になり結晶構造の乱れが
さらに大きくなったものを指す。）、非晶質カーボン
（アモルファスカーボン及び、アモルファスカーボンと
前記グラファイトの微結晶の混合物を指す。）であり、
その膜厚は、５０ｎｍ以下の範囲とするのが好ましく、
３０ｎｍ以下の範囲とすることがより好ましい。

【００６５】活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉｆと
放出電流Ｉｅを測定しながら、適宜行うことができる。

【００６６】８）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を排気する工程である。真空
容器を排気する真空排気装置は、装置から発生するオイ
ルが素子の特性に影響を与えないように、オイルを使用
しないものを用いるのが好ましい。具体的には、ソープ
ションポンプ、イオンポンプ等の真空排気装置を挙げる
ことが出来る。

【００６７】真空容器内の有機成分の分圧は、上記炭素
あるいは炭素化合物がほぼ新たに堆積しない分圧で１０
^-6Ｐａ以下が好ましく、さらには１０^-10 Ｐａ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、１０^-5Ｐａ以下が好ましく、さら
には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、圧力自体は多少上昇しても十分安定な特
性を維持することが出来る。このような真空雰囲気を採
用することにより、新たな炭素あるいは炭素化合物の堆
積を抑制でき、結果として素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅ
が、安定する。

【００６９】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９を参照しながら説明
する。

【００７０】図９は、図８に示した真空処理装置を用い
て測定された放出電流Ｉｅ及び素子電流Ｉｆと、素子電
圧Ｖｆと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。尚、縦・横軸ともリニ
アスケールである。

【００７１】図９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Ｉｅに関して次の３つの特徴的性
質を有する。

【００７２】即ち、第１に、本素子はある電圧（閾値電
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、一方閾値電圧Ｖｔｈ以
下では放出電流Ｉｅが殆ど検出されない。つまり、放出
電流Ｉｅに対する明確な閾値電圧Ｖｔｈを持った非線形
素子である。

【００７３】第２に、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。

【００７４】第３に、アノード電極５４（図８参照）に
捕捉される放出電荷は、素子電圧Ｖｆを印加する時間に
依存する。つまり、アノード電極５４に捕捉される電荷
量は、素子電圧Ｖｆを印加する時間により制御できる。

【００７５】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。

【００７６】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（ＭＩ特性）例を示したが、
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（ＶＣＮＲ特性）を示す場合もある（不図示）。
これらの特性は、前述の工程を制御することで制御でき
る。

【００７７】次に、本発明の電子放出素子の応用例につ
いて以下に述べる。本発明の電子放出素子を複数個基板
上に配列し、例えば電子源や画像形成装置が構成でき
る。

【００７８】電子放出素子の配列については、種々のも
のが採用できる。一例として、並列に配置した多数の電
子放出素子の個々を両端で接続し、電子放出素子の行を
多数個配し（行方向と呼ぶ）、この配線と直交する方向
（列方向と呼ぶ）で、該電子放出素子の上方に配した制
御電極（グリッドとも呼ぶ）により、電子放出素子から
の電子を制御駆動する梯子状配置のものがある。これと
は別に、電子放出素子をＸ方向及びＹ方向に行列状に複
数個配し、同じ行に配された複数の電子放出素子の電極
の一方を、Ｘ方向の配線に共通に接続し、同じ列に配さ
れた複数の電子放出素子の電極の他方を、Ｙ方向の配線
に共通に接続するものが挙げられる。このようなものは
所謂単純マトリクス配置である。まず単純マトリクス配
置について以下に詳述する。

【００７９】本発明の電子放出素子については、前述し
た通り３つの特性がある。即ち、表面伝導型電子放出素
子からの放出電子は、閾値電圧以上では、対向する素子
電極間に印加するパルス状電圧の波高値と幅で制御でき
る。一方、閾値電圧以下では、殆ど放出されない。この
特性によれば、多数の電子放出素子を配置した場合にお
いても、個々の素子にパルス状電圧を適宜印加すれば、
入力信号に応じて、表面伝導型電子放出素子を選択して
電子放出量を制御できる。

【００８０】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
は電子放出素子、７５は結線である。

【００８１】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、幅は適宜設計される。
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）。

【００８２】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。

【００８３】電子放出素子７４を構成する一対の素子電
極（不図示）は、それぞれｍ本のＸ方向配線７２とｎ本
のＹ方向配線７３に、導電性金属等からなる結線７５に
よって電気的に接続されている。

【００８４】配線７２と配線７３を構成する材料、結線
７５を構成する材料及び一対の素子電極を構成する材料
は、その構成元素の一部あるいは全部が同一であって
も、また夫々異なってもよい。これらの材料は、例えば
前述の素子電極の材料より適宜選択される。素子電極を
構成する材料と配線材料が同一である場合には、素子電
極に接続した配線は素子電極ということもできる。

【００８５】Ｘ方向配線７２には、Ｘ方向に配列した電
子放出素子７４の行を選択するための走査信号を印加す
る不図示の走査信号印加手段が接続される。一方、Ｙ方
向配線７３には、Ｙ方向に配列した電子放出素子７４の
各列を入力信号に応じて変調するための、不図示の変調
信号発生手段が接続される。各電子放出素子に印加され
る駆動電圧は、当該素子に印加される走査信号と変調信
号の差電圧として供給される。

【００８６】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。

【００８７】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及び図１
２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。

【００８８】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、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がフリットガラス
等を用いて接続されている。８８は外囲器であり、例え
ば大気中あるいは窒素中で、４００〜５００℃の温度範
囲で１０分間以上焼成することで、封着して構成され
る。

【００８９】７４は、図１及び図２に示したような電子
放出素子である。７２，７３は、表面伝導型電子放出素
子の一対の素子電極と接続されたＸ方向配線及びＹ方向
配線である。

【００９０】外囲器８８は、上述の如く、フェースプレ
ート８６、支持枠８２、リアプレート８１で構成され
る。リアプレート８１は主に基板７１の強度を補強する
目的で設けられるため、基板７１自体で十分な強度を持
つ場合は別体のリアプレート８１は不要とすることがで
きる。即ち、基板７１に直接支持枠８２を封着し、フェ
ースプレート８６、支持枠８２及び基板７１で外囲器８
８を構成してもよい。一方、フェースプレート８６とリ
アプレート８１の間に、スペーサーと呼ばれる不図示の
支持体を設置することにより、大気圧に対して十分な強
度をもつ外囲器８８を構成することもできる。

【００９１】図１２は、蛍光膜を示す模式図である。蛍
光膜８４は、モノクロームの場合は蛍光体のみで構成す
ることができる。カラーの蛍光膜の場合は、蛍光体の配
列により、ブラックストライプ（図１２（ａ））あるい
はブラックマトリクス（図１２（ｂ））等と呼ばれる黒
色導電材９１と蛍光体９２とから構成することができ
る。ブラックストライプ、ブラックマトリクスを設ける
目的は、カラー表示の場合、必要となる三原色蛍光体の
各蛍光体９２間の塗り分け部を黒くすることで混色等を
目立たなくすることと、蛍光膜８４における外光反射に
よるコントラストの低下を抑制することにある。黒色導
電材９１の材料としては、通常用いられている黒鉛を主
成分とする材料の他、導電性があり、光の透過及び反射
が少ない材料を用いることができる。

【００９２】ガラス基板８３に蛍光体を塗布する方法
は、モノクローム、カラーによらず、沈澱法や印刷法等
が採用できる。蛍光膜８４の内面側には、通常メタルバ
ック８５が設けられる。メタルバックを設ける目的は、
蛍光体の発光のうち内面側への光をフェースプレート８
６側へ鏡面反射することにより輝度を向上させること、
電子ビーム加速電圧を印加するための電極として作用さ
せること、外囲器内で発生した負イオンの衝突によるダ
メージから蛍光体を保護すること等である。メタルバッ
クは、蛍光膜作製後、蛍光膜の内面側表面の平滑化処理
（通常、「フィルミング」と呼ばれる。）を行い、その
後Ａｌを真空蒸着等を用いて堆積させることで作製でき
る。

【００９３】フェースプレート８６には、更に蛍光膜８
４の導電性を高めるため、蛍光膜８４の外面側に透明電
極（不図示）を設けてもよい。

【００９４】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体と電子放出素子とを対応させる必要があり、十分
な位置合わせが不可欠となる。

【００９５】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。

【００９６】外囲器８８内は、適宜加熱しなから、イオ
ンポンプ、ソープションポンプ等のオイルを使用しない
排気装置により不図示の排気管を通じて排気し、１０^-5
Ｐａ程度の真空度の有機物質の十分に少ない雰囲気にし
た後、封止が成される。外囲器８８の封止後の真空度を
維持するために、ゲッター処理を行うこともできる。こ
れは、外囲器８８の封止を行う直前あるいは封止後に、
抵抗加熱あるいは高周波加熱等を用いた加熱により、外
囲器８８内の所定の位置に配置されたゲッター（不図
示）を加熱し、蒸着膜を形成する処理である。ゲッター
は通常Ｂａ等が主成分であり、該蒸着膜の吸着作用によ
り、例えば１×１０^-5Ｐａ以上の真空度を維持するもの
である。ここで、電子放出素子のフォーミング処理以降
の工程は適宜設定できる。

【００９７】次に、本発明の画像形成装置の製造方法の
一例について、図１３を用いて説明する。図１３は、本
発明の画像形成装置の製造工程を示す説明図である。

【００９８】工程−１まず、基体、素子電極及び配線等の形成を行う。電子放
出素子の製造方法における１）の工程と同様の方法で、
基体上に素子電極を作成する。また、行方向配線及び列
方向配線は、スクリーン印刷法や公知のフォトリソグラ
フィー技術とスパッタ法等の導体の作成法により形成す
る。

【００９９】工程−２次に、電子放出素子の製造方法における２）の工程と同
様の方法で、基体の表面エネルギーを初期化を行う。

【０１００】工程−３そして、電子放出素子の製造方法における３）の工程と
同様の方法で、基体の表面エネルギーを調整する。画像
形成装置の場合は、基体の大面積化を考慮し、画像表示
領域外の基体上に表面エネルギーの測定点を数点以上設
け、その分布も考慮する必要がある。

【０１０１】工程−４次に、電子放出素子の製造方法における４）の工程と同
様の方法で、有機金属を含有する水溶液を基体に付与す
る。

【０１０２】工程−５さらに、電子放出素子の製造方法における５）の工程と
同様の方法で、基体上に付与した有機金属を含有する溶
液を熱分解し、導電性膜を形成する。

【０１０３】工程−６導電性膜を形成した基板を真空チャンバー内に配置し、
真空チャンバー内を十分に排気する。その後、電子放出
素子の製造方法における６）の工程と同様の方法で、通
電フォーミングを行う。

【０１０４】工程−７真空チャンバー内に有機ガスを導入し、電子放出素子の
製造方法における７）の工程と同様の方法で、活性化処
理を行う。

【０１０５】工程−８前記フェースプレート８６、支持枠８２、リアプレート
８１をフリットを介して接着し、外囲器８８を形成す
る。

【０１０６】工程−９外囲器８８を不図示の排気管より充分に排気し、電子放
出素子の製造方法における８）の工程と同様の方法で、
安定化処理を行う。最後に、ゲッターをフラッシュす
る。

【０１０７】以上のような本発明の画像形成装置の製造
方法は、これに限られるわけでなく、後述する実施例の
ように、外囲器を形成した後に、工程−８以降を行って
もよく、工程順序、工程内容もこれに限られるものでな
い。

【０１０８】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１４を用いて説明する。図１４において、
１０１は画像表示パネル、１０２は走査回路、１０３は
制御回路、１０４はシフトレジスタ、１０５はラインメ
モリ、１０６は同期信号分離回路、１０７は変調信号発
生器、Ｖｘ及びＶａは直流電圧源である。

【０１０９】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８７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１０１内に設けられている
電子源、即ち、ｍ行ｎ列の行列状にマトリクス配線され
た電子放出素子群を１行（ｎ素子）づつ順次駆動する為
の走査信号が印加される。端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎに
は、前記走査信号により選択された１行の電子放出素子
の各素子の出力電子ビームを制御する為の変調信号が印
加される。高圧端子８７には、直流電圧源Ｖａより、例
えば１０ｋＶの直流電圧が供給されるが、これは電子放
出素子から放出される電子ビームに、蛍光体を励起する
のに十分なエネルギーを付与する為の加速電圧である。

【０１１０】走査回路１０２について説明する。同回路
は、内部にｍ個のスイッチング素子（図中、Ｓ１乃至Ｓ
ｍで模式的に示している）を備えたものである。各スイ
ッチング素子は、直流電圧電源Ｖｘの出力電圧もしくは
０［Ｖ］（グランドレベル）のいずれか一方を選択し、
表示パネル１０１の端子Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍと電気的
に接続される。各スイッチング素子Ｓ１乃至Ｓｍは、制
御回路１０３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。

【０１１１】直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には電子放
出素子の特性（電子放出閾値電圧）に基づき、走査され
ていない素子に印加される駆動電圧が電子放出閾値電圧
以下となるような一定電圧を出力するよう設定されてい
る。

【０１１２】制御回路１０３は、外部より入力される画
像信号に基づいて適切な表示が行われるように、各部の
動作を整合させる機能を有する。制御回路１０３は、同
期信号分離回路１０６より送られる同期信号Ｔｓｙｎｃ
に基づいて、各部に対してＴｓｃａｎ，Ｔｓｆｔ及びＴ
ｍｒｙの各制御信号を発生する。

【０１１３】同期信号分離回路１０６は、外部から入力
されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から、同期信号成分と
輝度信号成分とを分離するための回路で、一般的な周波
数分離（フィルター）回路等を用いて構成できる。同期
信号分離回路１０６により分離された同期信号は、垂直
同期信号と水平同期信号より成るが、ここでは説明の便
宜上Ｔｓｙｎｃ信号として図示した。前記テレビ信号か
ら分離された画像の輝度信号成分は、便宜上ＤＡＴＡ信
号と表した。このＤＡＴＡ信号は、シフトレジスタ１０
４に入力される。

【０１１４】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言い換えてもよ
い。）。シリアル／パラレル変換された画像１ライン分
のデータ（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当）
は、Ｉｄ１乃至Ｉｄｎのｎ固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。

【０１１５】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、Ｉｄ’１乃至Ｉｄ’ｎとして出力され、変調
信号発生器１０７に入力される。

【０１１６】変調信号発生器１０７は、画像データＩ
ｄ’１乃至Ｉｄ’ｎの各々に応じて、電子放出素子の各
々を適切に駆動変調する為の信号源であり、その出力信
号は、端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを通じて表示パネル１
０１内の電子放出素子に印加される。

【０１１７】前述したように、本発明の電子放出素子は
放出電流Ｉｅに関して以下の基本特性を有している。即
ち、電子放出には明確な閾値電圧Ｖｔｈがあり、Ｖｔｈ
以上の電圧が印加された時のみ電子放出が生じる。電子
放出閾値以上の電圧に対しては、素子への印加電圧の変
化に応じて放出電流も変化する。このことから、本素子
にパルス状の電圧を印加する場合、例えば電子放出閾値
電圧以下の電圧を印加しても電子放出は生じないが、電
子放出閾値電圧以上の電圧を印加する場合には電子ビー
ムが出力される。その際、パルスの波高値Ｖｍを変化さ
せることにより、出力電子ビームの強度を制御すること
が可能である。また、パルスの幅Ｐｗを変化させること
により、出力される電子ビームの電荷の総量を制御する
ことが可能である。

【０１１８】従って、入力信号に応じて電子放出素子を
変調する方式としては、電圧変調方式とパルス幅変調方
式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際して
は、変調信号発生器１０７としては、一定長さの電圧パ
ルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パル
スの波高値を変調できるような電圧変調方式の回路を用
いることができる。パルス幅変調方式を実施するに際し
ては、変調信号発生器１０７として、一定の波高値の電
圧パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧
パルスの幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を
用いることができる。

【０１１９】シフトレジスタ１０４やラインメモリ１０
５は、デジタル信号式のものでもアナログ信号式のもの
でも採用できる。画像信号のシリアル／パラレル変換や
記憶が所定の速度で行なわれれば良いからである。

【０１２０】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
する必要かあるが、これには同期信号分離回路１０６の
出力部にＡ／Ｄ変換器を設ければ良い。これに関連して
ラインメモリ１０５の出力信号がデジタル信号かアナロ
グ信号かにより、変調信号発生器１０７に用いられる回
路が若干異なったものとなる。即ち、デジタル信号を用
いた電圧変調方式の場合、変調信号発生器１０７には、
例えばＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増幅回路等
を付加する。パルス幅変調方式の場合、変調信号発生器
１０７には、例えば高速の発振器及び発振器の出力する
波数を計数する計数器（カウンタ）及び計数器の出力値
と前記メモリの出力値を比較する比較器（コンパレー
タ）を組み合わせた回路を用いる。必要に応じて、比較
器の出力するパルス幅変調された変調信号を電子放出素
子の駆動電圧にまで電圧増幅するための増幅器を付加す
ることもできる。

【０１２１】アナログ信号を用いた電圧変調方式の場
合、変調信号発生器１０７には、例えばオペアンプ等を
用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフト
回路等を付加することもできる。パルス幅変調方式の場
合には、例えば電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）を採用で
き、必要に応じて電子放出素子の駆動電圧にまで電圧増
幅するための増幅器を付加することもできる。

【０１２２】このような構成をとり得る本発明の画像形
成装置においては、各電子放出素子に、容器外端子Ｄｏ
ｘ１乃至Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを介して電圧
を印加することにより、電子放出が生じる。高圧端子８
７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。

【０１２３】ここで述べた画像形成装置の構成は、本発
明の画像形成装置の一例であり、本発明の技術思想に基
づいて種々の変形が可能である。入力信号についてはＮ
ＴＳＣ方式を挙げたが、入力信号はこれに限られるもの
ではなく、ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭ方式等の他、これらより
も多数の走査線からなるＴＶ信号（例えば、ＭＵＳＥ方
式をはじめとする高品位ＴＶ）方式をも採用できる。

【０１２４】次に、前述の梯子型配置の電子源及び画像
形成装置について、図１５及び図１６を用いて説明す
る。

【０１２５】図１５は、梯子型配置の電子源の一例を示
す模式図である。図１５において、１１０は電子源基
板、１１１は電子放出素子である。１１２は、電子放出
素子１１１を接続するための共通配線Ｄｘ１〜Ｄｘ１０
であり、これらは外部端子として引き出されている。電
子放出素子１１１は、基板１１０上に、Ｘ方向に並列に
複数個配置されている（これを素子行と呼ぶ）。この素
子行が複数個配置されて、電子源を構成している。各素
子行の共通配線間に駆動電圧を印加することで、各素子
行を独立に駆動させることができる。即ち、電子ビーム
を放出させたい素子行には、電子放出閾値以上の電圧を
印加し、電子ビームを放出させたくない素子行には、電
子放出閾値以下の電圧を印加する。各素子行間に位置す
る共通配線Ｄｘ２〜Ｄｘ９は、例えばＤｘ２とＤｘ３、
Ｄｘ４とＤｘ５、Ｄｘ６とＤｘ７、Ｄｘ８とＤｘ９とを
夫々一体の同一配線とすることもできる。

【０１２６】図１６は、梯子型配置の電子源を備えた画
像形成装置におけるパネル構造の一例を示す模式図であ
る。１２０はグリッド電極、１２１は電子が通過するた
めの開口、Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍは容器外端子、Ｇ１乃
至Ｇｎはグリッド電極１２０と接続された容器外端子で
ある。１１０は各素子行間の共通配線を同一配線とした
電子源基板である。図１６においては、図１１、図１５
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。

【０１２７】図１６においては、基板１１０とフェース
プレート８６の間には、グリッド電極１２０が設けられ
ている。グリッド電極１２０は、電子放出素子１１１か
ら放出された電子ビームを変調するためのものであり、
梯子型配置の素子行と直交して設けられたストライプ状
の電極に電子ビームを通過させるため、各素子に対応し
て１個ずつ円形の開口１２１が設けられている。グリッ
ド電極の形状や配置位置は、図１６に示したものに限定
されるものではない。例えば、開口としてメッシュ状に
多数の通過口を設けることもでき、グリッド電極を電子
放出素子の周囲や近傍に設けることもできる。

【０１２８】容器外端子Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ及びグリ
ッド容器外端子Ｇ１乃至Ｇｎは、不図示の制御回路と電
気的に接続されている。

【０１２９】本例の画像形成装置では、素子行を１列ず
つ順次駆動（走査）して行くのと同期してグリッド電極
列に画像１ライン分の変調信号を同時に印加する。これ
により、各電子ビームの蛍光体への照射を制御し、画像
を１ラインずつ表示することができる。

【０１３０】以上説明した本発明の画像形成装置は、テ
レビジョン放送の表示装置、テレビ会議システムやコン
ピューター等の表示装置の他、感光性ドラム等を用いて
構成された光プリンターとしての画像形成装置等として
も用いることができる。

【０１３１】

【実施例】以下に、具体的な実施例を挙げて本発明を説
明するが、本発明はこれらの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。

【０１３２】［実施例１］本実施例に係る電子放出素子
の基本的な構成は、図１と同様である。図１７は、図１
と同一形状の素子を１０個配置した基体である。また、
図１８は、実施例１における電子放出素子の製造方法を
示す説明図である。

【０１３３】以下、図１、図１７及び図１８を用いて、
本実施例における電子放出素子の製造方法を順をおって
説明する。

【０１３４】工程−１清浄化した青板ガラス基体１上に、素子電極のパターン
をホトレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−４１日立化成社
製）を形成し、真空蒸着法により厚さ５００ÅのＰｔを
堆積した。ホトレジストパターンを有機溶剤で溶解し、
堆積膜をリフトオフし、素子電極２，３を形成した。素
子電極間隔Ｌは、３０μｍとした。更に、純水で洗浄し
た。

【０１３５】工程−２素子電極２，３を形成した基体１を温水洗浄した。

【０１３６】工程−３チャンバー内に工程−２で作成した基体を設置し、チャ
ンバー内を大気圧下で窒素によって置換した後、有機化
合物ガスとしてジメチルジエトキシシランを導入し放置
した。この際、温度は２５℃で、分圧は１３ｍｍＨｇと
した。

【０１３７】処理は、基体の表面エネルギー状態をその
場で測定検査しながら行い、その方法は、基体をチャン
バー内から取り出すことなく、基体上に予め設けておい
たモニター領域において、有機金属を含有する水溶液と
の接触角の測定する方法を用いた。そのため、本工程で
用いたチャンバーには接触角測定用の溶液を基体上に付
与するための手段として、チャンバー外からの操作が可
能なマイクロシリンジと付与された液滴の形状を観察す
るための手段としてＣＣＤカメラが設置されている。

【０１３８】また、これらの接触角を測定する為の手段
は、複数回の接触角の測定を可能とするため、可動式の
ものとした。もちろん、複数組の接触角測定手段を設置
することによっても、複数回の測定を行なうことは可能
である。

【０１３９】接触角の測定は、有機金属を含有する水溶
液の液滴を基体上に適量付与し、ＣＣＤカメラより取り
込まれた基体上の液滴の画像を画像処理して接触角を算
出した。

【０１４０】処理中、表面エネルギー状態の測定検査は
何回か行い、測定された表面エネルギーの値を基準値と
比較し、基準値に到達した時点で本工程（表面エネルギ
ーの調整）を終了するため、有機化合物ガスの導入を停
止し、窒素ガスで置換し、放置した。

【０１４１】表面エネルギー状態の測定検査を行なうタ
イミング及び回数は、基体の表面エネルギーが所望の値
に達するのにかかる標準的な時間と表面エネルギーのば
らつき幅をどの程度まで許容するか等を考慮することに
より決定できるが、本実施例では、処理開始より５０分
たった時点より接触角の測定を２分毎に行なうことと
し、接触角の値が４４度以上の値を示した時点で処理を
終了した。

【０１４２】本実施例の方法で５枚の基体の処理を行な
った結果では、所望の値に到達するのにかかった時間
は、６０分のものが３枚、６４分のものが２枚であっ
た。

【０１４３】工程−４Ｐｄ有機金属化合物（Ｐｄ濃度０．１５％）、イソプロ
ピルアルコール２０％、エチレングリコール１％の水溶
液の液滴をバブルジェット方式のインクジェット法によ
り、素子電極２，３間に４回付与した。

【０１４４】工程−５工程−４で作成した試料を、３５０℃で大気中で焼成し
た。こうしてＰｄＯからなる導電性膜４を形成した。以
上の工程により、基体１上に素子電極２，３及び導電性
膜４等を形成した。

【０１４５】次に、この試料を図８に示した測定装置に
設置し、真空ポンプにて排気し、１．３×１０^-6Ｐａの
真空度に達した後、素子電極に導電性膜の抵抗を測定す
るために、電源より各素子の素子電極２，３間にそれぞ
れ０．１Ｖのパルス状の電圧を印加し、各素子電極間に
流れる電流を測定した。尚、パルスの電圧波形は、パル
ス幅０．１ｍｓｅｃ、パルス間隔１０ｍｓｅｃとし、測
定は１０回繰り返し測定し、その平均値より抵抗値を求
めた。

【０１４６】図８に示した真空処理装置は、一例とし
て、アノード電極の電圧を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。

【０１４７】［比較例１］実施例１の工程−３におい
て、表面エネルギーの調整を表面エネルギー状態をその
場で測定検査しないで、時間管理のみ（６０分固定）で
行なった以外は、実施例１と同様の工程で電子放出素子
の導電性膜を形成した。この際、比較のため、上記工程
−３を終えた後の接触角を計っておいた。

【０１４８】実施例１及び比較例１の工程−３を終えた
後のｗｏ途中の接触角の測定結果と抵抗等の測定結果を
表１に示す。なお、表１の結果は、いずれも１０個の素
子の平均値であり、それぞれ５枚の基体を処理した。

【０１４９】

【表１】

【０１５０】表１より、以下のことが判った。工程−３
で表面エネルギーの調整を行なうに当たって、表面エネ
ルギー状態をその場で測定検査を行って、測定された表
面エネルギー（接触角）を基準値と比較し、基準値に到
達した時点で本工程（表面エネルギーの調整）を終了す
ることにより、単に時間管理のみで表面エネルギーの調
整を行なう場合と比較して、表面エネルギーの基体毎の
ばらつきが減少したことが判る。

【０１５１】また、導電性膜の抵抗値も基体毎のばらつ
きの少ないものとなっている。これは、有機金属を含有
する水溶液をインクジェット法で液滴として付与した際
の形状が安定した結果、導電性膜の抵抗値も基体毎のば
らつきの少ないものとなったと考えられる。

【０１５２】［実施例２］本実施例は、実施例１の工程
−５以降に、更にいくつかの工程を行って電子放出素子
を作製した例である。なお、比較例１の電子放出素子に
ついても、同様の工程を行った。

【０１５３】以下に、工程−５以降の工程を順を追って
説明する。なお、本実施例では、図２と同一形状の素子
を作製した。

【０１５４】工程−６工程−５に続いて、図８に示した測定装置内で、フォー
ミング処理を施した。素子電極２，３間に通電を行う
と、導電性膜４の部位に亀裂が形成された。通電フォー
ミングの電圧波形はパルス波形で、パルス波高値を０Ｖ
から０．１Ｖステップで増加させる電圧パルスを印加し
た。電圧波形のパルス幅は１ｍｓｅｃ、パルス間隔は１
０ｍｓｅｃとし、三角波とした。通電フォーミング処理
の終了は、導電性膜の抵抗値が１ＭΩ以上に達したとき
とした。図１９に本実施例で用いたフォーミング波形を
示す。尚、素子電極２，３において、一方の電極を低電
位とし、他方を高電位側として、電圧は印加される。

【０１５５】工程−７フォーミングを終えた素子には、活性化工程を行った。
活性化工程とは、前述したように、フォーミングで形成
した亀裂の内側に、亀裂が狭く成るように炭素を形成す
ることで、素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅが著しく変化
する工程である。

【０１５６】活性化工程は、アセトンガスを測定装置内
に１．３×１０^-1Ｐａまで導入し、パルス波高値１５
Ｖ、パルス幅１ｍｓｅｃ、パルス間隔１０ｍｓｅｃとし
た矩形波のパルスの印加を２０分繰り返した。図２０に
活性化工程で用いたパルス波形を示す。本実施例では、
素子電極２，３に対して、交互に低、高電位がパルス間
隔毎に入れ替わるように印加した。

【０１５７】工程−８続いて、安定化工程を行った。安定化工程は、真空容器
内の雰囲気等に存在する有機ガスを排気し、炭素あるい
は炭素化合物の堆積を抑制し、素子電流Ｉｆ及び放出電
流Ｉｅを安定させる工程である。真空容器全体を２５０
℃で加熱して、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た。このとき、真空度は１．３
×１０^-6Ｐａであった。その後、この真空度で電子放出
素子の特性を測定した。

【０１５８】［比較例２］上述したように、比較例１の
電子放出素子に対しても、実施例２と同様にして、フォ
ーミング工程、活性化工程、及び安定化工程を行った。

【０１５９】実施例２、比較例２のそれぞれの方法での
電子放出素子の特性は、実施例２では、５枚の各基体毎
に１０素子を測定した平均値で、５基体でのばらつきが
素子電流Ｉｆが２．０ｍＡ±０．０２ｍＡ、放出電流Ｉ
ｅが３．０μＡ±０．０４μＡであった。一方、比較例
２の電子放出素子の特性は、５基板でのばらつきが、素
子電流Ｉｆが１．９ｍＡ±０．１ｍＡ、放出電流Ｉｅが
２．５μＡ±０．１μＡであった。この結果、実施例２
の電子放出特性は、比較例２に比べて、ばらつきが少な
く、良好な特性であることが判った。

【０１６０】以上のように、基体の表面エネルギーの調
整工程を行う際に、表面エネルギー状態をその場で測定
検査して、測定された表面エネルギー（接触角）を基準
値と比較し、基準値に到達した時点で本工程（表面エネ
ルギーの調整）を終了することで、電子放出素子の特性
のぱらつきの低下にも寄与することが判った。

【０１６１】［実施例３］本実施例は、基体の表面エネ
ルギー状態をその場で検査測定する手段として、基体上
のカーボン量の測定をもちいた実施例である。

【０１６２】実施例１及び２の工程−３を除いて、同様
の方法で電子放出素子の作製を行った。

【０１６３】本実施例では、工程−３は以下のように行
った。

【０１６４】実施例１の工程−２で作成した基体を、チ
ャンバーに設置し、チャンバー内を大気圧下で窒素によ
って置換した後、有機化合物ガスを導入し放置した。用
いた有機化合物ガスおよびその分圧は、実施例１と同様
である。

【０１６５】処理は、表面エネルギー状態をその場で測
定検査しながら行い、その方法は、基体上のカーボン量
の測定をもちいた。カーボン量の測定は、基体上に予め
設けておいたモニター領域で行ったが、実際に導電性膜
を形成する領域で測定しても構わない。

【０１６６】本工程で用いたチャンバーには、基体上の
カーボン量を測定する手段として、表面反射型赤外吸収
スペクトル測定装置を組み込んでいる。また、基体表面
上のカーボン量の測定手段としては、エリプソメトリー
等の手段を用いることも可能である。

【０１６７】実際に本方法を用いるにあたっては、テス
ト用の基体を用いて、事前にいくつかの条件で有機化合
物ガスで表面処理を行い、工程−４を行い、基体上に付
与された液滴の形状と表面処理を終了した時の基体上の
カーボン量（測定した赤外吸収のピーク値）との関係を
調べておいて、表面処理を終了させる基板上のカーボン
量を決定した。

【０１６８】本方法においては、処理中は常に、表面エ
ネルギー状態（カーボン成分の付着量）の測定検査を行
い、測定されたカーボン成分の付着量（測定している赤
外吸収のピーク値）を基準値と比較し、基準値に到達し
た時点で、本工程（表面エネルギーの調整）を終了する
ため、有機化合物ガスの導入を停止し、窒素ガスで置換
し、放置した。図２１に本実施例の工程を説明する図を
示す。

【０１６９】本実施例で作製した電子放出素子も実施例
１及び２と同様に、有機金属を含有する水溶液をインク
ジェット法で液滴として付与した際の形状が安定し、導
電性膜の抵抗値も基体毎のばらつきの少ないものであ
り、電子放出特性もばらつきが少なく、良好な特性であ
ることが判った。

【０１７０】［実施例４］本実施例は、基体の表面エネ
ルギー状態をその場で検査測定する手段として、基体に
有機金属を含有する溶液の液滴をインクジェット法で付
与して、付与された液滴の基体上でのドット径の測定を
もちいた実施例である。

【０１７１】実施例１及び２の工程−３を除いて、同様
の方法で電子放出素子の作製を行った。

【０１７２】本実施例では、工程−３は以下のように行
った。

【０１７３】工程−２で作成した基体を、チャンバーに
設置し、チャンバー内を大気圧下で窒素によって置換し
た後、有機化合物ガスを導入し放置した。用いた有機化
合物ガスおよびその分圧は、実施例１と同様である。

【０１７４】処理は、表面エネルギー状態をその場で測
定検査しながら行い、その方法は、基体に有機金属を含
有する溶液の液滴をインクジェット法で付与して、付与
された液滴の基体上でのドット径の測定を用いた。

【０１７５】そのため、本工程で用いたチャンバーには
ドット径測定用の溶液を基体上に付与するための手段と
してチャンバー外からの操作が可能なインクジェットヘ
ッドと付与された液滴のドット径を観察するための手段
としてＣＣＤカメラが設置されている。これらの手段は
複数回の測定を可能とするため、可動式のものとした。
もちろん、複数組の測定手段を持つことによっても、複
数回の測定を行なうことは可能である。ドット径の測定
は、有機金属含有水溶液の液滴を基体上にインクジェッ
トヘッドより行い、ＣＣＤカメラより取り込まれた基体
上の液滴の画像を画像処理してドット径を測定した。

【０１７６】なお、１回の測定に対して複数個のドット
を打って、その平均値をドット径の値とすることもでき
る。

【０１７７】処理中、表面エネルギー状態の測定検査は
何回か行い、測定されたドット径を基準値と比較し、基
準値に到達した時点で本工程（表面エネルギーの調整）
を終了するため、有機化合物ガスの導入を停止し、窒素
ガスで置換し、放置した。図２２に本実施例の工程を説
明する図を示す。

【０１７８】本実施例においては、ドット径の基準値
は、直径８０μｍとした。基準値は、所望の導電膜のパ
ターンや、膜厚、使用するインク等を考慮して設定され
る。

【０１７９】表面エネルギー状態の測定検査を行なうタ
イミング及び回数は、基体の表面エネルギーが所望の値
に達するのにかかる標準的な時間と表面エネルギーのば
らつき幅をどの程度まで許容するか等を考慮することに
より決定できるが、本実施例では、処理開始より５０分
たった時点よりドット径の測定を２分毎に行なうことと
し、ドット径の値が８０μｍ（直径）以上の値を示した
時点で処理を終了した。

【０１８０】本実施例で作製した電子放出素子も実施例
１及び２と同様に、有機金属を含有する水溶液をインク
ジェット法で液滴として付与した際の形状が安定し、導
電性膜の抵抗値も基板毎のばらつきの少ないものであ
り、電子放出特性もばらつきが少なく、良好な特性であ
ることが判った。

【０１８１】［実施例５］本実施例は、図１３に示した
工程順序によって、画像形成装置を作成した例である。
なお、図１３に示した工程順序においては、本実施例に
関わりの深い電子源基板についてのみ、詳細に記述し
た。図２３（ａ）は電子源の一部の平面図であり、図２
３（ｂ）はその縦断面図である。図２３において、１９
１は基板、１９８はＤｘｍに対応する行方向配線、１９
９はＤｙｎに対応する列方向配線、１９４は導電性膜、
１９２，１９３は素子電極、１９７は層間絶縁層であ
る。本実施例の画像形成装置は、図１０と同様である
が、リアプレートとして基板を用いた。

【０１８２】以下に、電子源基板の製造方法を工程順に
従って具体的に説明する。

【０１８３】工程−１清浄化した青板ガラス基板１上に、素子電極１９２、１
９３をオフセット印刷法によって作成した。素子電極間
隔Ｌは２０μｍ、素子電極の幅Ｗは１２５μｍとした。
次に、厚さ２０μｍの行方向配線１９８、厚さ３０μｍ
の層間絶縁層１９７、厚さ２０μｍの列方向配線１９９
を順次、スクリーン印刷法により作成した。

【０１８４】工程−２工程−１で作成した行方向配線、列方向配線、素子電極
を形成した基板を温水洗浄した。

【０１８５】工程−３次に、基板をチャンバー内に設置し、チャンバー内を大
気圧下で窒素によって置換した後、有機化合物ガスを導
入し放置した。用いた有機化合物ガスおよびその分圧
は、実施例１と同様とした。

【０１８６】処理は、実施例２の工程−３と同様の方
法、装置で行った。表面エネルギー状態をその場で測定
検査する方法は、基体をチャンバー中から取り出すこと
なく、基体上に予め設けておいたモニター領域で有機金
属を含有する溶液との接触角の測定する方法を用いた。

【０１８７】処理中、表面エネルギー状態の測定検査は
何回か行い、測定された表面エネルギーの値を基準値と
比較し、基準値に到達した時点で本工程（表面エネルギ
ーの調整）を終了するため、有機化合物ガスの導入を停
止し、窒素ガスで置換し、放置した。

【０１８８】工程−４Ｐｄ有機金属化合物０．１５％、イソプロピルアルコー
ル２０％、エチレングリコール１％の水溶液の液滴をピ
エゾジェット方式のようなインクジェット法によって、
各素子電極および素子電極間に４回塗布した。

【０１８９】工程−５工程−４で作成した試料を、３５０℃で大気中で焼成し
た。こうして形成されたＰｄＯからなる導電性膜を形成
した。以上の工程により基板１上に、行、列方向配線９
８，９９、素子電極９２，９３、導電性膜９４等を形成
した。

【０１９０】工程−６次に、フェイスプレートを形成した。フェイスプレート
は、ガラス基板の内面に蛍光体が配置された蛍光膜とメ
タルバックが形成されて構成とした。蛍光体の配列は、
三原色蛍光体の各蛍光体間ブラックストライプを設け
た。プ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を用いた。これらは、い
ずれもスクリーン印刷法によって形成した。

【０１９１】工程−７工程−１〜５で形成した基板をリアプレートとして、支
持枠を介して、フェースプレートを封着した。支持枠に
は予め、通排気に使用される排気管を接着した。

【０１９２】工程−８１．３×１０^-6Ｐａまで排気後、各配線Ｄｘｍ、Ｄｙｎ
より各素子に電圧を供給できる製造装置で、ライン毎に
フォーミングを行った。フォーミングの条件は、実施例
２と同様である。

【０１９３】工程−９１．３×１０^-5Ｐａまで排気後、アセトンを１．３×１
０^-1Ｐａを排気管から導入し、各配線Ｄｘｍ、Ｄｙｎよ
り各素子に電圧を供給できる製造装置で、線順走査を実
施例２と同様のパルス電圧が、各素子に印加されるよう
に電圧を印加し、活性化工程を行った。各ライン２５分
間の電圧印加され、各ラインとも素子電流が平均で３ｍ
Ａになったとき、活性化工程を終了した。

【０１９４】工程−１０続いて、排気管より排気を十分におこなった後、２５０
℃で３時間容器全体を加熱しながら排気した。最後にゲ
ッターをフラッシュし、排気管を封止した。

【０１９５】以上の様にして作成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、図１４に
示した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を構成した。

【０１９６】このような駆動回路により、表示パネルの
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８７を介してメタルバ
ックに高圧を印加し、電子ビームを加速する。加速され
た電子は、蛍光膜に衝突し、発光が生じて画像が形成さ
れる。

【０１９７】以上の様な工程で形成された画像形成装置
は、ＮＴＳＣ信号の入力によって、輝度ばらつきが少な
く、安定な画像形成装置が再現性良く、高い歩留まりで
製造することができた。

【０１９８】［実施例６］図２４は、ディスプレイパネ
ル（図１１）に、例えばテレビジョン放送を初めとする
種々の画像情報源より提供される画像情報を表示できる
ように構成した本発明の画像形成装置の一例を示す図で
ある。

【０１９９】図中２０１はディスプレイパネル、１００
１はディスプレイパネルの駆動回路、１００２はディス
プレイコントローラ、１００３はマルチプレクサ、１０
０４はデコーダ、１００５は入出力インターフェース回
路、１００６はＣＰＵ、１００７は画像生成回路、１０
０８及び１００９及び１０１０は画像メモリーインター
フェース回路、１０１１は画像入力インターフェース回
路、１０１２及び１０１３はＴＶ信号受信回路、１０１
４は入力部である。

【０２００】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
スピーカ一等については説明を省略する。

【０２０１】以下、画像信号の流れに沿って各部の機能
を説明する。

【０２０２】まず、ＴＶ信号受信回路１０１３は、例え
ば電波や空間光通信等のような無線伝送系を用いて伝送
されるＴＶ信号を受信するための回路である。

【０２０３】受信するＴＶ信号の方式は特に限られるも
のではなく、例えばＮＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式、ＳＥＣ
ＡＭ方式等、いずれの方式でもよい。また、これらより
更に多数の走査線よりなるＴＶ信号、例えばＭＵＳＥ方
式を初めとする所謂高品位ＴＶは、大面積化や大画素数
化に適した前記ディスプレイパネルの利点を生かすのに
好適な信号源である。

【０２０４】ＴＶ信号受信回路１０１３で受信されたＴ
Ｖ信号は、デコーダ１００４に出力される。

【０２０５】ＴＶ信号受信回路１０１２は、例えば同軸
ケーブルや光ファイバー等のような有線伝送系を用いて
伝送されるＴＶ信号を受信するための回路である。前記
ＴＶ信号受信回路１０１３と同様に、受信するＴＶ信号
の方式は特に限られるものではなく、また本回路で受信
されたＴＶ信号もデコーダ１００４に出力される。

【０２０６】画像入力インターフェース回路１０１１
は、例えばＴＶカメラや画像読み取りスキャナーなどの
画像入力装置から供給される画像信号を取り込むための
回路で、取り込まれた画像信号はデコーダ１００４に出
力される。

【０２０７】画像メモリーインターフェース回路１０１
０は、ビデオテープレコーダー（以下ＶＴＲと略す）に
記憶されている画像信号を取り込むための回路で、取り
込まれた画像信号はデコーダ１００４に出力される。

【０２０８】画像メモリーインターフェース回路１００
９は、ビデオディスクに記憶されている画像信号を取り
込むための回路で、取り込まれた画像信号はデコーダ１
００４に出力される。

【０２０９】画像メモリーインターフェース回路１００
８は、静止画ディスクのように、静止画像データを記憶
している装置から画像信号を取り込むための回路で、取
り込まれた静止画像データはデコーダ１００４に入力さ
れる。

【０２１０】入出力インターフェース回路１００５は、
本表示装置と、外部のコンピュータもしくはコンピュー
タネットワークもしくはプリンターなどの出力装置とを
接続するための回路である。画像データや文字・図形情
報の入出力を行うのは勿論のこと、場合によっては本画
像形成装置の備えるＣＰＵ１００６と外部との間で制御
信号や数値データの入出力などを行うことも可能であ
る。

【０２１１】画像生成回路１００７は、前記入出カイン
ターフェース回路１００５を介して外部から入力される
画像データや文字・図形情報や、あるいはＣＰＵ１００
６より出力される画像データや文字・図形情報に基づ
き、表示用画像データを生成するための回路である。本
回路の内部には、例えば画像データや文字・図形情報を
蓄積するための書き換え可能メモリーや、文字コードに
対応する画像パターンが記憶されている読み出し専用メ
モリーや、画像処理を行うためのプロセッサー等を初め
として、画像の生成に必要な回路が組み込まれている。

【０２１２】本回路により生成された表示用画像データ
は、デコーダ１００４に出力されるが、場合によっては
前記入出力インターフェース回路１００５を介して外部
のコンピュータネットワークやプリンターに出力するこ
とも可能である。

【０２１３】ＣＰＵ１００６は、主として本表示装置の
動作制御や、表示画像の生成や選択や編集に関わる作業
を行う。

【０２１４】例えば、マルチプレクサ１００３に制御信
号を出力し、ディスプレイパネルに表示する画像信号を
適宜選択したり組み合わせたりする。その際には表示す
る画像信号に応じてディスプレイパネルコントローラ１
００２に対して制御信号を発生し、画面表示周波数や走
査方法（例えばインターレースかノンインターレース
か）や一画面の走査線の数など表示装置の動作を適宜制
御する。また、前記画像生成回路１００７に対して画像
データや文字・図形情報を直接出力したり、あるいは前
記入出力インターフェース回路１００５を介して外部の
コンピュータやメモリーをアクセスして画像データや文
字・図形情報を入力する。

【０２１５】尚、ＣＰＵ１００６は、これ以外の目的の
作業にも関わるものであってよい。例えば、パーソナル
コンピュータやワードプロセッサ等のように、情報を生
成したり処理する機能に直接関わってもよい。あるいは
前述したように、入出カインターフェース回路１００５
を介して外部のコンピュータネットワークと接続し、例
えば数値計算等の作業を外部機器と協同して行ってもよ
い。

【０２１６】入力部１０１４は、前記ＣＰＵ１００６に
使用者が命令やプログラム、あるいはデータなどを入力
するためのものであり、例えばキーボードやマウスの
他、ジョイスティック、バーコードリーダー、音声認識
装置等の多様な入力機器を用いることが可能である。

【０２１７】デコーダ１００４は、前記１００７ないし
１０１３より入力される種々の画像信号を３原色信号、
又は輝度信号とＩ信号、Ｑ信号に逆変換するための回路
である。尚、図中に点線で示すように、デコーダ１００
４は内部に画像メモリーを備えるのが望ましい。これ
は、例えばＭＵＳＥ方式を初めとして、逆変換するに際
して画像メモリーを必要とするようなテレビ信号を扱う
ためである。

【０２１８】画像メモリーを備える事により、静止画の
表示が容易になる。あるいは前記画像生成回路１００７
及びＣＰＵ１００６と協同して、画像の間引き、補間、
拡大、縮小、合成を初めとする画像処理や編集が容易に
なるという利点が得られる。

【０２１９】マルチプレクサ１００３は、前記ＣＰＵ１
００６より入力される制御信号に基づき、表示画像を適
宜選択するものである。即ち、マルチプレクサ１００３
はデコーダ１００４から入力される逆変換された画像信
号の内から所望の画像信号を選択して駆動回路１００１
に出力する。その場合には、一画面表示時間内で画像信
号を切り換えて選択することにより、所謂多画面テレビ
のように、一画面を複数の領域に分けて領域によって異
なる画像を表示することも可能である。

【０２２０】ディスプレイパネルコントローラ１００２
は、前記ＣＰＵ１００６より入力される制御信号に基づ
き、駆動回路１００１の動作を制御するための回路であ
る。

【０２２１】ディスプレイパネルの基本的な動作に関わ
るものとして、例えばディスプレイパネルの駆動用電源
（図示せず）の動作シーケンスを制御するための信号を
駆動回路１００１に対して出力する。ディスプレイパネ
ルの駆動方法に関わるものとして、例えば画面表示周波
数や走査方法（例えばインターレースかノンインターレ
ースか）を制御するための信号を駆動回路１００１に対
して出力する。また、場合によっては、表示画像の輝度
やコントラストや色調やシャープネスといった画質の調
整に関わる制御信号を駆動回路１００１に対して出力す
る場合もある。

【０２２２】駆動回路１００１は、ディスプレイパネル
２０１に印加する駆動信号を発生するための回路であ
り、前記マルチプレクサ１００３から入力される画像信
号と、前記ディスプレイパネルコントローラ１００２よ
り入力される制御信号に基づいて動作するものである。

【０２２３】以上、各部の機能を説明したが、図２４に
例示した構成により、本画像形成装置においては多様な
画像情報源より入力される画像情報をディスプレイパネ
ル２０１に表示することが可能である。即ち、テレビジ
ョン放送を初めとする各種の画像信号は、デコーダ１０
０４におて逆変換された後、マルチプレクサ１００３に
おいて適宜選択され、駆動回路１００１に入力される。
一方、ディスプレイコントローラ１００２は、表示する
画像信号に応じて駆動回路１００１の動作を制御するた
めの制御信号を発生する。駆動回路１００１は、上記画
像信号と制御信号に基づいてディスプレイパネル２０１
に駆動信号を印加する。これにより、ディスプレイパネ
ル２０１において画像が表示される。これらの一連の動
作は、ＣＰＵ１００６により統括的に制御される。

【０２２４】本画像形成装置においては、前記デコーダ
１００４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路１００
７及び情報の中から選択したものを表示するだけでな
く、表示する画像情報に対して、例えば拡大、縮小、回
転、移動、エッジ強調、間引き、補間、色変換、画像の
縦横比変換等を初めとする画像処理や、合成、消去、接
続、入れ換え、嵌め込み等を初めとする画像編集を行う
ことも可能である。また、本実施例の説明では特に触れ
なかったが、上記画像処理や画像編集と同様に、音声情
報に関しても処理や編集を行なうための専用回路を設け
てもよい。

【０２２５】従って、本画像形成装置は、テレビジョン
放送の表示機器、テレビ会議の端末機器、静止画像及び
動画像を扱う画像編集機器、コンピュータの端末機器、
ワードプロセッサを初めとする事務用端末機器、ゲーム
機などの機能を一台で兼ね備えることが可能で、産業用
あるいは民生用として極めて応用範囲が広い。

【０２２６】図２４に示した表示装置は、本発明の技術
的思想に基づいて種々の変形が可能である。例えば図２
４の構成要素の内、使用目的上必要のない機能に関わる
回路は省いても差し支えない。また、これとは逆に、使
用目的によっては更に構成要素を追加してもよい。例え
ば、本表示装置をテレビ電話機として応用する場合に
は、テレビカメラ、音声マイク、照明機、モデムを含む
送受信回路等を構成要素に追加するのが好適である。

【０２２７】本表示装置においては、とりわけ電子放出
素子を電子ビーム源とするディスプレイパネルの薄型化
が容易であるため、表示装置の奥行きを小さくすること
ができる。それに加えて、大面積化が容易で輝度が高く
視野角特性にも優れるため、臨場感あふれ迫力に富んだ
画像を視認性良く表示することが可能である。また、均
一な特性を有する多数の電子放出素子を備える電子源を
用いたことにより、従来の表示装置と比較して非常に均
一で明るい高品位なカラーフラットテレビが実現され
た。

【０２２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
良好な電子放出特性を有する電子放出素子を歩留り良く
作製することができる。

【０２２９】また、多数の電子放出素子を配列形成し、
入力信号に応じて電子を放出する電子源においては、安
定で、且つ、歩留りよく作製できると共に、電子放出特
性の向上により、消費電力が少なく周辺回路等の負担も
軽減され安価な装置が提供できる。

【０２３０】更に、かかる電子源を用いた画像形成装置
においては、低電流で明るい高品位な画像形成装置、例
えばカラーフラットテレビが実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電子放出素子の一例を示す模式図
である。

【図２】本発明に係る電子放出素子の他例を示す模式図
である。

【図３】本発明の電子放出素子の製造方法を説明するた
めの図である。

【図４】本発明における基体の表面エネルギーを調整す
る工程を説明する図である。

【図５】本発明における基体の表面エネルギーを調整す
るための装置を示す構成図である。

【図６】本発明における基体の表面状態モニターの設置
例を示す模式図である。

【図７】本発明の電子放出素子の製造に際して採用でき
る通電処理における電圧波形の一例を示す模式図であ
る。

【図８】本発明の電子放出素子の製造に用いることので
きる真空処理装置（測定評価装置）の一例を示す概略構
成図である。

【図９】本発明の電子放出素子の電子放出特性を示す図
である。

【図１０】本発明の単純マトリクス配置の電子源の一例
を示す模式図である。

【図１１】本発明の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】表示パネルにおける蛍光膜の一例を示す模式
図である。

【図１３】本発明の画像形成装置の製造工程を説明する
図である。

【図１４】本発明の画像形成装置にＮＴＳＣ方式のテレ
ビ信号に応じて表示を行うための駆動回路の一例を示す
ブロック図である。

【図１５】本発明の梯子型配置の電子源の一例を示す模
式図である。

【図１６】本発明の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１７】本発明の電子放出素子を複数個配置した基体
を示す模式図である。

【図１８】実施例１における基体の表面エネルギーを調
整する工程を説明する図である。

【図１９】実施例２において採用する通電フォーミング
処理における電圧波形を示す模式図である。

【図２０】実施例２において採用する活性化処理におけ
る電圧波形を示す模式図である。

【図２１】実施例３における基体の表面エネルギーを調
整する工程を説明する図である。

【図２２】実施例４における基体の表面エネルギーを調
整する工程を説明する図である。

【図２３】実施例５の電子源の一部を示す模式図であ
る。

【図２４】実施例６の画像表示装置のブロック図であ
る。

【図２５】従来例の表面伝導型電子放出素子の模式図で
ある。

【符号の説明】

１基板２，３素子電極４導電性膜５電子放出部３１チャンバー５０素子電流Ｉｆを測定するための電流計５１電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電
源５２電子放出部５より放出される放出電流Ｉｅを測定
するための電流計５３アノード電極５４に電圧を印加するための高圧電
源５４電子放出部５より放出される電子を捕捉するため
のアノード電極５５真空容器５６排気ポンプ６１素子電極等が形成されている基体６３表面エネルギー測定手段６４測定値を基準値と比較するための比較回路６５表面エネルギー調整装置制御回路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Ｖｘ，Ｖａ直流電圧源１１０電子源基板１１１電子放出素子１１２電子放出素子を配線するための共通配線１２０グリッド電極１２１電子が通過するための開口１８１モニター領域１８２電子放出素子形成領域１９１基板１９２，１９３素子電極１９４導電性膜１９７層間絶縁層１９８Ｄｘｍに対応する行方向配線１９９Ｄｙｎに対応する列方向配線２０１ディスプレイパネル１００１ディスプレイパネルの駆動回路１００２ディスプレイコントローラ１００３マルチプレクサ１００４デコーダ１００５入出力インターフェース回路１００６ＣＰＵ１００７画像生成回路１００８、１００９、１０１０画像メモリーインター
フェース回路１０１１画像入力インターフェース回路１０１２、１０１３ＴＶ信号受信回路１０１４入力部

フロントページの続き (72)発明者重岡和也東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者三島誠治東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体に一対の素子電極を形成する工程
と、基体の表面エネルギーを調整する工程と、有機金属を含有する溶液を付与する工程と、付与した溶液を熱分解して導電性膜を形成する工程と、素子電極間に通電して、導電性膜に電子放出部を形成す
るフォーミング工程とを有しており、上記基体の表面エネルギーを調整する工程が、基体の表面エネルギー状態をその場で測定する工程と、測定した基体の表面エネルギーとその基準値とを比較す
る工程と、基体の表面エネルギーが基準値に達した時点で、該表面
エネルギーを調整する工程とからなることを特徴とする
電子放出素子の製造方法。
【請求項２】前記溶液を付与する工程が、インクジェ
ット法により液滴を付与することを特徴とする請求項１
に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項３】インクジェット法が、熱エネルギーによ
って溶液内に気泡を形成させて該溶液を液滴として吐出
させるバブルジェット方式である請求項２に記載の電子
放出素子の製造方法。
【請求項４】インクジェット法が、力学的エネルギー
を利用して溶液を吐出させるピエゾジェット方式である
ことを特徴とする請求項２に記載の電子放出素子の製造
方法。
【請求項５】前記溶液を付与する工程が、スピンナー
法により溶液を塗布することを特徴とする請求項１に記
載の電子放出素子の製造方法。
【請求項６】前記基体の表面エネルギーを測定する工
程が、液滴との接触角の測定によりなされることを特徴
とする請求項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】前記基体の表面エネルギーを測定する工
程が、基体上のカーボン量の測定によりなされることを
特徴とする請求項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８】前記基体の表面エネルギーを測定する工
程が、基体上に付与された液滴のドット径の測定により
なされることを特徴とする請求項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９】前記基体の表面エネルギーを測定する工
程が、基体の表面エネルギーを調整する工程において発
生する副生成物の濃度の測定によりなされることを特徴
とする請求項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１０】前記基体の表面エネルギーを調整する
工程の前に、基体の表面エネルギーを低下させて、該表
面エネルギーを初期化する工程を有することを特徴とす
る請求項１〜９のいずれかに記載の電子放出素子の製造
方法。
【請求項１１】前記基体の表面エネルギーを初期化す
る工程における表面エネルギーが親水面であることを特
徴とする請求項１０に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１２】前記基体の表面エネルギーを調整する
工程が、発水面を形成する工程であることを特徴とする
請求項１〜１１のいずれかに記載の電子放出素子の製造
方法。
【請求項１３】前記基体の表面エネルギーの測定を基
体上の複数箇所で行うことをことを特徴とする請求項１
〜１２のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１４】前記有機金属を含有する溶液が水溶液
であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記
載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１５】フォーミング工程の後に、フォーミン
グ工程より高い真空度下で電子放出素子に電圧を印加す
る安定化工程を有することを特徴とする請求項１〜１４
のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１６】フォーミング工程の後に、有機物質の
存在下で電子放出素子に電圧を印加する活性化工程を有
することを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載
の電子放出素子の製造方法。
【請求項１７】活性化工程の後に、フォーミング工程
及び活性化工程より高い真空度下で電子放出素子に電圧
を印加する安定化工程を有することを特徴とする請求項
１６に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１８】請求項１〜１７のいずれかに記載の方
法で製造されたことを特徴とする電子放出素子。
【請求項１９】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１８に記載の電子放
出素子。
【請求項２０】入力信号に応じて電子を放出する電子
源であって、基体上に、請求項１８又は１９に記載の電
子放出素子を複数配置したことを特徴とする電子源。
【請求項２１】前記複数の電子放出素子が、マトリク
ス状に配線されていることを特徴とする請求項２０に記
載の電子源。
【請求項２２】前記複数の電子放出素子が、梯子状に
配線されていることを特徴とする請求項２０に記載の電
子源。
【請求項２３】請求項２０〜２２のいずれかに記載の
電子源を製造する方法であって、複数個の電子放出素子
を請求項１〜１７のいずれかに記載の方法により製造す
ることを特徴とする電子源の製造方法。
【請求項２４】入力信号に基づいて画像を形成する装
置であって、少なくとも、請求項２０〜２２のいずれか
に記載の電子源と、該電子源から放出される電子線の照
射により画像を形成する画像形成部材とを有することを
特徴とする画像形成装置。
【請求項２５】請求項２４に記載の画像形成装置を製
造する方法であって、電子源を請求項２３に記載の方法
により製造することを特徴とする画像形成装置の製造方
法。