JP3323750B2

JP3323750B2 - 電子放出素子及びそれを備えた電子源並びに画像形成装置

Info

Publication number: JP3323750B2
Application number: JP22457796A
Authority: JP
Inventors: 美樹田村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-08-08
Filing date: 1996-08-08
Publication date: 2002-09-09
Anticipated expiration: 2016-08-08
Also published as: JPH1055745A

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、
「ＭＩＭ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，“ＦｉｅｌｄＥｍｉｓ
ｓｉｏｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎ
Ｐｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）あるいはＣ．
Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“ＰｈｙｓｉｃａｌＰｒｏｐｅｒ
ｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍ
ｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈｍｏｌｙｂ
ｄｅｎｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，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−Ｅｍｉ
ｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，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．Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１０，１２９０（１９６５）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、絶縁性基体上
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ＳｎＯ_２薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によ
るもの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“ＴｈｉｎＳｏｌｉｄ
Ｆｉｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ_２Ｏ_３
／ＳｎＯ_２薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌａ
ｎｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥＴｒａｎ
ｓ．ＥＤＣｏｎｆ．”，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（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１
５に模式的に示す。同図において１は基体である。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素子電極とは別の適
当な材質により形成した構成のものを報告している。こ
の中で、導電性膜の形成手法の好ましい例として、有機
金属化合物を塗布・乾燥後加熱焼成して有機成分を熱分
解し、除去し、金属若しくは金属酸化物とする手法が開
示されている。

【０００９】上記素子の構成の一例を図１６に模式的に
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。

【００１０】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った。即ち、通電フォーミング
とは、前記導電性膜４の両端（素子電極を有する場合に
は、両素子電極２，３間）に直流電圧あるいは非常にゆ
っくりとした昇電圧（例えば１Ｖ／分程度）を印加通電
し、導電性膜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。かかる通電フォーミング処理をした
表面伝導型電子放出素子は、上述の導電性膜４に電圧を
印加し、素子に電流を流すことにより、上述の電子放出
部５より電子を放出せしめるものである。

【００１１】上述の表面伝導型電子放出素子は、構造が
単純で製造も容易であるという特徴を有することから、
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。

【００１２】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１−２８３
７４９号公報、同２−２５７５５２号公報）。

【００１３】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）。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述の電子源、画像形
成装置等に用いられる電子放出素子については、明るく
鮮明な画像を提供できるよう、電子放出電流が大きく、
また電子放出効率が高いことが望ましい。ここで電子放
出電流（Ｉｅ）とは、例えば前述の表面伝導型電子放出
素子であれば、導電性膜の両端に電圧を印加した際に真
空中に放出される電流のことを指し、導電性膜に流れる
素子電流（Ｉｆ）に対する電子放出電流（Ｉｅ）の比を
電子放出効率という。

【００１５】しかしながら、従来の表面伝導型電子放出
素子においては、必ずしも満足できる電子放出特性が得
られているとは限らず、より大きな電子放出電流を得る
ための手段、及びより高い電子放出効率を得るための手
段の開発が望まれてきた。また、従来の表面伝導型電子
放出素子においては、電子放出部より放出された電子の
一部が導電性膜の高電位側に捕捉され、アノード電極ま
で到達できず、電子放出電流及び電子放出効率が低下す
る原因の一つとなっていた。また、放出された電子の軌
道がずれて蛍光体の正しい位置に当たらず、輝度の低下
や混色を招くこともあった。

【００１６】本発明の目的は、電子放出電流及び電子放
出効率の向上を図ると共に、放出電子の軌道を修正する
ことが可能な電子放出素子を提供することにある。ま
た、本発明の目的は、かかる電子放出素子を複数用い
て、明るく鮮明な表示画像を実現し得る画像形成装置を
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る本
発明の構成は、以下の通りである。

【００１８】即ち、本発明の第一は、基体上に対向して
形成された第１の電極と第２の電極、及び第１の電極と
第２の電極上に各々絶縁層を介して積層された第３の電
極と第４の電極とを有し、第１の電極と第２の電極の
間、第１の電極と第３の電極の間、第２の電極と第４の
電極の間に夫々電子放出部が形成されていることを特徴
とする電子放出素子にある。

【００１９】上記本発明第一の電子放出素子は、更にそ
の特徴として、「前記第１の電極と第４の電極、及び前
記第２の電極と第３の電極には、夫々同じ電位が与えら
れる」こと、「前記第１〜第４の電極には、夫々独立し
た電位が与えられる」こと、をも含むものである。

【００２０】また、本発明の第二は、基体上に対向して
形成された第１の電極と第２の電極、及び第１の電極と
第２の電極上に各々絶縁層を介して積層された第３の電
極と第４の電極とを有し、第１の電極と第２の電極の
間、及び第１の電極と第３の電極の間に電子放出部が形
成されており、第２の電極と第４の電極の間は絶縁され
ていることを特徴とする電子放出素子にある。

【００２１】上記本発明第二の電子放出素子は、更にそ
の特徴として、「前記第４の電極は、前記第１〜第３の
電極とは独立した電位が与えられる電界補正電極であ
る」こと、「前記第４の電極には、前記第１〜第３の電
極に与えられる電位よりも高い電位が与えられる」こ
と、「前記第２の電極と第３の電極には、同じ電位が与
えられる」こと、「前記第２の電極と第３の電極には、
前記第１の電極に与えられる電位よりも高い電位が与え
られる」こと、をも含むものである。

【００２２】また、本発明の第三は、基体上に、複数の
電子放出素子が配列された電子源において、前記電子放
出素子が、上記本発明第一若しくは本発明第二の電子放
出素子であることを特徴とする電子源にある。

【００２３】上記本発明第三の電子源は、更にその特徴
として、「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、「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、をも含むものである。

【００２４】また、本発明の第四は、基体上に複数の電
子放出素子が配列された電子源と、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
を有する画像形成装置において、前記電子源が、上記本
発明第三の電子源であることを特徴とする画像形成装置
にある。

【００２５】上記本発明の第四の画像形成装置は、更に
その特徴として、「上記画像形成装置に用いた電子源に
おいて、上記第１〜第４の電極により形成される２個な
いし３個の電子放出部の組のうち一部を通常の電子放出
部となし、他を予備の電子放出部となし、通常の電子放
出部を通常の駆動回路により、予備の電子放出部を予備
の駆動回路により駆動し、通常の電子放出部が正常に電
子放出を行わない場合に、対応する予備の電子放出部に
より電子放出を行うよう、上記予備の駆動回路を動作さ
せる制御装置を有する」こと、をも含むものである。

【００２６】本発明第一の電子放出素子によれば、従来
の素子電極上に絶縁層を介してさらに素子電極を形成
し、３次元方向にも電子放出部を形成したことにより、
素子面積（本発明を応用した画像形成装置においては画
素ピッチ）を増大させることなく電子放出面積を増大さ
せることができ、より大きな電子放出電流を得ることが
できる。

【００２７】また、本発明第二の電子放出素子によれ
ば、上記効果に加え、第４の電極に適当な電圧を印加す
ることにより、電子放出効率を向上させることができる
と共に、電子を蛍光体の正位置に照射させるように電子
の軌道を修正することも可能であり、これにより輝度の
低下や混色を防ぐことができる。

【００２８】

【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。

【００２９】本発明の電子放出素子は、先述したような
冷陰極型の電子放出素子に分類される表面伝導型電子放
出素子である。

【００３０】図１は、本発明第一の表面伝導型電子放出
素子の一例を示す模式図であり、図１（ａ）は縦断面
図、図１（ｂ）は平面図である。同図において、１は基
体、４は導電性膜、５ａ〜５ｃは電子放出部、６は絶縁
層である。２，３，７及び８は素子電極であり、素子電
極７，８は素子電極２，３上に絶縁層６を介して積層さ
れている。２は第１の電極、３は第２の電極、７は第３
の電極、８は第４の電極に相当する。

【００３１】図１において素子電極７，８は夫々素子電
極２，３と一対の電極を形成しており、素子電極２と
３、素子電極２と７、及び素子電極３と８との間に夫々
電子放出部５ａ〜５ｃが形成されている。

【００３２】図１の表面伝導型電子放出素子において、
電子放出部５ａ〜５ｃから同時に電子放出させる駆動方
法を採用する場合には、素子電極２と７、素子電極３と
８を夫々共通の配線に接続して駆動することができ、配
線を新たに設ける必要がない。なお、カラーディスプレ
イ等に応用する場合において、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色の蛍光体
の発光効率の違いを補償するように、３つの電子放出部
５ａ〜５ｃのうちの電子放出させる電子放出部の数を変
化させて電子放出量を制御する場合には、各素子電極を
異なる配線に接続することができる。

【００３３】図２は、本発明の表面伝導型電子放出素子
の他の１例を示す模式図である。図２において、図１に
示した符号と同一のものは同一である。８’は補正電極
であり、補正電極８’は素子電極３上に絶縁層６を介し
て積層されている。補正電極８’は第４の電極に相当す
る。

【００３４】図２において素子電極７は素子電極２と一
対の電極を形成しており、素子電極２と３、素子電極２
と７との間に夫々電子放出部５ａ，５ｂが形成されてい
る。補正電極８’と素子電極３との間は絶縁されてい
る。

【００３５】図２の表面伝導型電子放出素子において
は、補正電極８’に適切な電圧を印加することによっ
て、電子放出効率の向上を図ることができる。特に補正
電極８’の電位を素子電極３と素子電極７の電位よりも
高電位とするのが好ましい。補正電極８’の電位は、電
子放出部５ａ，５ｂと補正電極８’間の距離、電子放出
部５ａ，５ｂとアノード電極間の距離、アノード電極の
電位等によって最適値が選択されるが、好ましくは素子
電極３，７の電位に対して十数Ｖ〜数百Ｖ程度高電位と
する。これにより、従来素子電極に吸い込まれていた電
子をアノード電極まで引き上げることが可能となり、電
子放出効率を向上させることができる。

【００３６】また、素子電極３と素子電極７の電位を素
子電極２の電位よりも高電位すると（素子電極３と素子
電極７を陽極、素子電極２を陰極とする。）、放出され
た電子はより補正電極８’の影響を受けやすくなるた
め、電子放出効率の向上により大きな効果が得られる。

【００３７】基体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基体等を用いることが
できる。

【００３８】素子電極２，３，７，８及び補正電極８’
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、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、
Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属或は合金及びＰｄ、Ａｇ、Ａ
ｕ、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
から適宜選択することができる。

【００３９】絶縁層６の材料としては、一般的な絶縁材
料を用いることができ、例えばＳｉＯ₂ ，ＳｉＮ，ＰＳ
Ｇ等を用いることができる。素子電極間隔Ｌ１，Ｌ２、
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。なお、ここでは素子電極
間隔Ｌ２は絶縁層６の膜厚に等しい。素子電極間隔Ｌ
１，Ｌ２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。

【００４０】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２，３，７，８及び補正電極８’
の膜厚ｄは、数十ｎｍから数μｍの範囲とすることがで
きる。

【００４１】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 ，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ，ＰｂＯ，Ｓｂ₂ Ｏ₃ 等の
酸化物、ＨｆＢ₂ ，ＺｒＢ₂，ＬａＢ₆ ，ＣｅＢ₆ ，Ｙ
Ｂ₄ ，ＧｄＢ₄ 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。

【００４２】導電性膜４には、良好な電子放出特性を得
るために、微粒子で構成された微粒子膜を用いるのが好
ましい。その膜厚は、素子電極２，３，７，８及び補正
電極８’へのステップカバレージ、素子電極２と３、２
と７、３と８間の抵抗値及び後述するフォーミング条件
等を考慮して適宜設定されるが、通常は、数Å〜数千Å
の範囲とするのが好ましく、より好ましくは１０Å〜５
００Åの範囲とするのが良い。その抵抗値は、Ｒｓが１
０² Ω／□から１０⁷ Ω／□の値である。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）とおいたときに現れる値であ
る。本願明細書において、フォーミング処理について
は、通電処理を例に挙げて説明するが、フォーミング処
理はこれに限られるものではなく、膜に亀裂を生じさせ
て高抵抗状態を形成する処理を包含するものである。

【００４３】ここで述べる微粒子膜とは、複数の微粒子
が集合した膜であり、その微細構造は、微粒子が個々に
分散配置した状態のみならず、微粒子が互いに隣接、あ
るいは重なり合った状態（いくつかの微粒子が集合し、
全体として島状構造を形成している場合も含む）をとっ
ている。微粒子の粒径は、数Åから数百ｎｍの範囲、好
ましくは、１０Åから２００Åの範囲である。

【００４４】なお、本明細書では頻繁に「微粒子」とい
う言葉を用いるので、その意味について説明する。

【００４５】小さな粒子を「微粒子」と呼び、これより
も小さなものを「超微粒子」と呼ぶ。「超微粒子」より
もさらに小さく、原子の数が数百個程度以下のものを
「クラスター」と呼ぶことは広く行われている。

【００４６】しかしながら、それぞれの境は厳密なもの
ではなく、どの様な性質に注目して分類するかにより変
化する。また「微粒子」と「超微粒子」を一括して「微
粒子」と呼ぶ場合もあり、本明細書中での記述はこれに
沿ったものである。

【００４７】例えば、「実験物理学講座１４表面・微
粒子」（木下是雄編、共立出版１９８６年９月１日発
行）では、「本稿で微粒子と言うときにはその直径がだ
いたい２〜３μｍ程度から１０ｎｍ程度までとし、特に
超微粒子というときは粒径が１０ｎｍ程度から２〜３ｎ
ｍ程度までを意味することにする。両者を一括して単に
微粒子と書くこともあってけっして厳密なものではな
く、だいたいの目安である。粒子を構成する原子の数が
２個から数十〜数百個程度の場合はクラスターと呼
ぶ。」（１９５ページ２２〜２６行目）と記述されて
いる。

【００４８】付言すると、新技術開発事業団の“林・超
微粒子プロジェクト”での「超微粒子」の定義は、粒径
の下限はさらに小さく、次のようなものであった。

【００４９】「創造科学技術推進制度の“超微粒子プロ
ジェクト”（１９８１〜１９８６）では、粒子の大きさ
（径）がおよそ１〜１００ｎｍの範囲のものを“超微粒
子”（ｕｌｔｒａｆｉｎｅｐａｒｔｉｃｌｅ）と呼
ぶことにした。すると１個の超微粒子はおよそ１００〜
１０⁸ 個くらいの原子の集合体という事になる。原子の
尺度でみれば超微粒子は大〜巨大粒子である。」（「超
微粒子−創造科学技術」林主税、上田良二、田崎明
編；三田出版１９８８年２ページ１〜４行目）／
「超微粒子よりさらに小さいもの、すなわち原子が数個
〜数百個で構成される１個の粒子は、ふつうクラスター
と呼ばれる」（同書２ページ１２〜１３行目）。

【００５０】上記のような一般的な呼び方をふまえて、
本明細書において「微粒子」とは多数の原子・分子の集
合体で、粒径の下限は数Å〜１０Å程度、上限は数μｍ
程度のものを指すこととする。

【００５１】電子放出部５ａ〜５ｃは、導電性膜４の一
部に形成された高抵抗の亀裂により構成され、導電性膜
４の膜厚、膜質、材料及び後述する通電フォーミング等
に依存したものとなる。電子放出部５ａ〜５ｃの内部に
は、数Åから数百Åの範囲の粒径の導電性微粒子が存在
する場合もある。この導電性微粒子は、導電性膜４を構
成する材料の元素の一部、あるいは全ての元素を含有す
るものとなる。電子放出部５ａ〜５ｃ及びその近傍の導
電性膜４には、炭素及び炭素化合物を有することもでき
る。

【００５２】次に、本発明の電子放出素子の各製造方法
について、図１の素子構成図と、図３の製造工程図を用
いて説明する。尚、図３においても、図１に示した部位
と同じ部位には同一の符号を付している。

【００５３】１）基体１上に導電性材料及び絶縁性材料
を真空蒸着法、スパッタリング法、印刷法等により成膜
し、導電層１０／絶縁層６／導電層１１を積層して形成
する（図３（ａ））。

【００５４】２）エッチング若しくはリフトオフによ
り、導電層１０／絶縁層６／導電層１１の一部を除去し
て開口部１２を形成する（図３（ｂ））。

【００５５】３）開口部１２に導電性膜４を形成する
（図３（ｃ））。導電性膜４の形成は、真空蒸着法、ス
パッタリング法、化学的気相堆積法等により成膜する方
法や、有機金属化合物を含む溶液をスピンコート法、デ
ィッピング法、インクジェット法等により塗布する方法
などにより行うことができる。

【００５６】以上により、基体１上に素子電極２と３、
絶縁層６、素子電極７と８及び導電性膜４が形成され
る。

【００５７】４）次に、フォーミングにより電子放出部
５ａ〜５ｃを形成する（図３（ｄ））。フォーミング工
程の方法の一例として通電処理による方法を説明する。
素子電極２と３、素子電極２と７、素子電極３と８間に
夫々、不図示の電源より通電すると、導電性膜４の部位
に、構造の変化した部位が形成される。この部位が電子
放出部５ａ〜５ｃを構成する。通電フォーミングの電圧
波形の例を図４に示す。

【００５８】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４（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４（ｂ）に示した手法
がある。

【００５９】まず、パルス波高値を定電圧とした場合に
ついて図４（ａ）で説明する。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１μ秒〜１０ｍ秒、Ｔ２は１０μ秒〜１００
ｍ秒の範囲で設定される。三角波の波高値（ピーク電
圧）は、表面伝導型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。

【００６０】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４（ｂ）で説明する。
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（通電
フォーミング時のピーク電圧）は、例えば０．１Ｖステ
ップ程度づつ、増加させることができる。

【００６１】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
に通電フォーミングを終了させることができる。

【００６２】なお、図２に示した表面伝導型電子放出素
子を作製する場合には、上記フォーミング工程におい
て、素子電極２と３および素子電極２と７の間にフォー
ミングにより電子放出部５ａと５ｂを形成し、素子電極
３と補正電極８’との間にはフォーミング電圧よりも高
い電圧を印加して導電性膜４に広い亀裂を形成して、素
子電極３と補正電極８’とを絶縁させる。

【００６３】５）フォーミングを終えた素子には、活性
化工程と呼ばれる処理を施すのが好ましい。この工程に
より、素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅを著しく変化させ
ることができる。

【００６４】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パルス
の印加を繰り返すことで行うことができる。この雰囲気
は、例えば油拡散ポンプやロータリーポンプなどを用い
て真空容器内を排気した場合に雰囲気内に残留する有機
ガスを利用して形成することができる他、イオンポンプ
などにより一旦十分に排気した真空中に適当な有機物質
のガスを導入することによっても得られる。このときの
好ましい有機物質のガス圧は、前述の素子の形態、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。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。

【００６５】炭素及び炭素化合物とは、例えばグラファ
イト（いわゆるＨＯＰＧ，ＰＧ，ＧＣを包含するもの
で、ＨＯＰＧはほぼ完全なグラファイト結晶構造、ＰＧ
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、５００Å以下の範囲とするのが好ましく、３００
Å以下の範囲とすることがより好ましい。

【００６６】活性化工程の終了判定は、活性化処理中に
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。なおパルス幅、パルス間隔、パルス波高
値などは適宜設定される。

【００６７】以上の工程を経て得られた表面伝導型電子
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。

【００６８】前記活性化の工程で、排気装置として油拡
散ポンプやロータリーポンプを用い、これから発生する
オイル成分に由来する有機ガスを用いた場合には、この
成分の分圧を極力低く抑える必要がある。真空容器内の
有機成分の分圧は、上記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１．３×１０^-6Ｐａ以下が好ま
しく、さらには１．３×１０^-8Ｐａ以下が特に好まし
い。さらに真空容器内を排気するときには、真空容器全
体を加熱して、真空容器内壁や、電子放出素子に吸着し
た有機物質分子を排気しやすくするのが好ましい。この
とき、できるだけ高温で長時間処理するのが望ましい
が、真空容器の大きさや形状、電子放出素子の構成など
の諸条件により適宜選ばれる条件により行う。真空容器
内の圧力は極力低くすることが必要で、１．３×１０^-5
Ｐａ以下が好ましく、さらには１．３×１０^-6Ｐａ以下
が特に好ましい。

【００６９】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。

【００７０】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５及び図６を参照しな
がら説明する。

【００７１】図５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５においても、図１に示した部
位と同じ部位には図１に付した符号と同一の符号を付し
ている。

【００７２】図５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は素子電極間の導電
性膜４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。

【００７３】真空容器５５内には、更に不図示の真空計
等の真空雰囲気下での測定に必要な機器が設けられてい
て、所望の真空雰囲気下での測定評価を行えるようにな
っている。排気ポンプ５６は、ターボポンプ，ドライポ
ンプからなる通常の高真空装置系と、更に、イオンポン
プ等からなる超高真空装置系とにより構成されている。
ここに示した電子放出素子基体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。従って、
この真空処理装置を用いると、前述の通電フォーミング
以降の工程も行うことができる。

【００７４】図６は、図５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６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。

【００７５】図６からも明らかなように、本発明の表面
伝導型電子放出素子は、放出電流Ｉｅに関して次の３つ
の特徴的性質を有する。

【００７６】即ち、第１に、本素子はある電圧（閾値電
圧と呼ぶ；図６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。

【００７７】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。

【００７８】第３に、アノード電極５４（図５参照）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。

【００７９】以上の説明より理解されるように、本発明
の表面伝導型電子放出素子は、入力信号に応じて、電子
放出特性を容易に制御できることになる。この性質を利
用すると複数の電子放出素子を配して構成した電子源、
画像形成装置等、多方面への応用が可能となる。

【００８０】図６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。

【００８１】本発明の電子放出素子の応用例について以
下に述べる。本発明の表面伝導型電子放出素子を複数個
基体上に配列し、例えば電子源或は画像形成装置が構成
できる。

【００８２】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。

【００８３】本発明の表面伝導型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。

【００８４】以下この原理に基づき、本発明を適用可能
な電子放出素子を複数配して得られる電子源基板につい
て説明する。

【００８５】図７は図１に示した表面伝導型電子放出素
子を用いた電子源基板の模式図であり、図７において、
７１は電子源基板、７２はＸ方向配線、７３はＹ方向配
線である。７４は表面伝導型電子放出素子、７５，７
６，７７，７８は結線である。

【００８６】表面伝導型電子放出素子７４を構成する素
子電極は、ｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ方向配線７
３に、導電性金属等からなる結線７５，７６，７７，７
８によって電気的に接続されている。素子電極２は結線
７５によって配線７３に、素子電極３は結線７６によっ
て配線７２に、素子電極７は結線７７によって配線７２
に、素子電極８は結線７８によって配線７３に接続され
ている。本構成において、素子電極２と８、及び素子電
極３と７は夫々配線７２、７３を共有することができ
る。

【００８７】図８は図２に示した表面伝導型電子放出素
子を用いた電子源基板の模式図であり、図７に示した符
号と同一のものは同一である。７９は補正電極用配線で
ある。素子電極２は結線７５によって配線７３に、素子
電極３は結線７６によって配線７２に、素子電極７は結
線７７によって配線７２に、補正電極８’は結線７９に
よって補正電極用配線７９に接続されている。

【００８８】ｍ本のＸ方向配線７２はＤｘ１，Ｄｘ２，
……，Ｄｘｍからなり、真空蒸着法、印刷法、スパッタ
法等を用いて形成された導電性金属等で構成することが
できる。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、補正電極用配線７９はＤｈ１，Ｄｈ２，…
…，Ｄｈｎのｎ本の配線よりなり、これらは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及び補正電極用配線７９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）。

【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７２を形成した基体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及び補正電極用配線７９との
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と補
正電極用配線７９は、それぞれ外部端子として引き出さ
れている。

【００９０】配線７２と配線７３と配線７９を構成する
材料、結線７５，７６，７７，７８を構成する材料及び
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。

【００９１】Ｘ方向配線７２には、Ｘ方向に配列した表
面伝導型電子放出素子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方向に配列した表面伝導
型電子放出素子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。

【００９２】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。

【００９３】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９と図１０及
び図１１を用いて説明する。図９は、図７の電子源を用
いた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１０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。図１１は、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。

【００９４】図９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はガラス基体８３の内面に蛍光膜８４
とメタルバック８５等が形成されたフェースプレートで
ある。８２は支持枠であり、該支持枠８２には、リアプ
レート８１、フェースプレート８６がフリットガラス等
を用いて接続されている。８８は外囲器であり、例えば
大気中あるいは窒素中で、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。

【００９５】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は主に基体７１の強度を補強する
目的で設けられるため、基体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、基体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及び基体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、スぺ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。

【００９６】図１０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１０（ａ））あるい
はブラックマトリクス（図１０（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。

【００９７】ガラス基体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。

【００９８】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。

【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る必要があり、十分
な位置合わせが不可欠となる。

【０１００】図９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。

【０１０１】外囲器８８内は、前述の安定化工程と同様
に、適宜加熱しながら、イオンポンプ、ソープションポ
ンプ等のオイルを使用しない排気装置により不図示の排
気管を通じて排気し、１．３×１０^-5Ｐａ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１．３×
１０^-3〜１．３×１０^-5Ｐａ以上の真空度を維持するも
のである。ここで、表面伝導型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。

【０１０２】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１１を用いて説明する。図１１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。

【０１０３】表示パネル１０１は、端子Ｄｘ１乃至Ｄｘ
ｍ、端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｎ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Ｄｘ１乃至Ｄｘｍに
は、表示パネル１０１内に設けられている電子源、即
ち、ｍ行ｎ列の行列状にマトリクス配線された表面伝導
型電子放出素子群を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Ｄｙ１乃至Ｄｙｎには、
前記走査信号により選択された１行の表面伝導型電子放
出素子の各素子の出力電子ビームを制御する為の変調信
号が印加される。高圧端子８７には、直流電圧源Ｖａよ
り、例えば１０Ｋ［Ｖ］の直流電圧が供給されるが、こ
れは表面伝導型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。

【０１０４】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Ｄｘ１乃至Ｄｘｍ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。

【０１０５】直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には表面伝
導型電子放出素子の特性（電子放出閾値電圧）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。

【０１０６】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。

【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。

【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。

【０１１０】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、表面伝導型電子放
出素子の各々を適切に駆動変調する為の信号源であり、
その出力信号は、端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを通じて表示パ
ネル１０１内の表面伝導型電子放出素子に印加される。

【０１１１】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。

【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。

【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。

【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表面伝導型
電子放出素子の駆動電圧にまで電圧増幅するための増幅
器を付加することもできる。

【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、必要に応じて表面伝導型電子放出素子の駆動電圧に
まで電圧増幅するための増幅器を付加することもでき
る。

【０１１６】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Ｄｘ
１乃至Ｄｘｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙｎ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８７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。

【０１１７】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。

【０１１８】次に、本発明の梯子型配置の電子源につい
て説明する。

【０１１９】図１２は図１に示した表面伝導型電子放出
素子を用いた電子源基板の模式図である。図１２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Ｄ１〜Ｄ１０であり、これらは外部端子として引
き出されている。１１３，１１４，１１５，１１６は結
線である。

【０１２０】表面伝導型電子放出素子１１１を構成する
素子電極の内、素子電極２は結線１１３によって奇数番
目の配線１１２（Ｄ１，Ｄ３，…，Ｄ（ｍ−１））に、
素子電極３は結線１１４によって偶数番目の配線１１２
（Ｄ２，Ｄ４，…Ｄｍ）に、素子電極７は結線１１５に
よって偶数番目の配線１１２に、素子電極８は結線１１
６によって奇数番目の配線１１２に接続されている。本
構成において、素子電極２と８、及び素子電極３と７は
夫々配線１１２を共有することができる。

【０１２１】図１３は図２に示した表面伝導型電子放出
素子を用いた電子源基板の模式図である。図１３におい
て、図１２に示した符号と同一のものは同一である。１
１７は補正電極用配線である。素子電極２は結線１１３
によって奇数番目の配線１１１２（Ｄ１，Ｄ３，…，Ｄ
（ｍ−１））に、素子電極３は結線１１４によって偶数
番目の配線１１２に、素子電極７は結線１１５によって
偶数番目の配線１１２（Ｄ２，Ｄ４，…，Ｄｍ）に、補
正電極８’は結線１１６によって補正電極用配線１１７
に接続されている。

【０１２２】電子放出素子１１１は、基体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Ｄ２〜Ｄ（ｍ−１）は例えば
Ｄ２とＤ３、Ｄ４とＤ５、…、Ｄ（ｍ−２）とＤ（ｍ−
１）とを夫々一体の同一配線とすることもできる。

【０１２３】図１４は、図１２に示した梯子型配置の電
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、Ｄ１乃至Ｄｍ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１４においては、図９、図
１２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。

【０１２４】図１４においては、基体１１０とフェース
プレート８６の間には、グリッド電極１２０が設けられ
ている。グリッド電極１２０は、表面伝導型電子放出素
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１４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
電極を表面伝導型電子放出素子の周囲や近傍に設けるこ
ともできる。

【０１２５】容器外端子Ｄ１乃至Ｄｍ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。

【０１２６】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。

【０１２７】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。

【０１２８】

【実施例】以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳し
く説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の目的が達成される範囲内での各要素
の置換や設計変更がなされたものも包含する。

【０１２９】（実施例１）図１に示すような電子放出素
子を作製した。以下、図３を参照して本実施例における
製造方法を説明する。

【０１３０】青板ガラス基体１上にリフトオフ用のフォ
トレジストパターンを形成した。次にスパッタリング法
を用いて、厚さ５００Å／５０ÅのＰｔ／Ｔｉを成膜
し、その上にスパッタリング法により厚さ４μｍのＳｉ
Ｏ₂ 層を形成した後、同様に厚さ５００Å／５０ÅのＰ
ｔ／Ｔｉを成膜した（図３（ａ））。

【０１３１】有機溶剤を用いてフォトレジストを除去し
て開口部１２を形成することにより、素子電極２，３，
７，８および絶縁層６を形成した（図３（ｂ））。素子
電極の電極間距離Ｌ１は４μｍとした。

【０１３２】有機パラジウム錯体溶液（ＣＣＰ４２３０
／奥野製薬社製）をスピンコート法により塗布し、３０
０℃で２０分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、Ａｒガスを用いたドライエッ
チングにより所定の形状にパターニングして導電性膜４
を形成した（図３（ｃ））。

【０１３３】次に、１．３×１０^-4Ｐａの真空中にて素
子電極２と３、２と７、３と８間に同時に電圧を印加し
て通電フォーミングを行い、素子電極２と３、２と７、
３と８間に夫々電子放出部５ａ〜５ｃを形成した（図３
（ｄ））。通電フォーミングの電圧波形は図４（ｂ）に
示す波形とし、パルス幅Ｔ１を０．１ｍｓｅｃ、パルス
間隔Ｔ２を２５ｍｓｅｃとし、ピーク電圧を０〜１５Ｖ
とした。

【０１３４】続いて、１．３×１０^-2Ｐａのアセトン雰
囲気中にて素子電極２と３、２と７、３と８間に１０〜
１６Ｖの電圧を印加し、活性化処理を行った。活性化の
印加電圧パルスはフォーミング時の印加電圧パルスと同
様にした。

【０１３５】以上のようにして作製した電子放出素子を
図５に示した測定系を用い、１．３×１０^-5Ｐａ以下の
圧力まで排気した後、駆動電圧１４Ｖ、アノード電圧３
ｋＶを印加して素子の電子放出特性を測定したところ、
素子電流Ｉｆ＝２．６ｍＡ、放出電流Ｉｅ＝３．２μＡ
が得られ、良好な電子放出特性を示した。なお、フォー
ミング、活性化、駆動において、素子電極２と８の電位
は０Ｖ（グランドレベル）とし、素子電極３と７に夫々
所定の電圧を印加した。

【０１３６】（実施例２）実施例１の電子放出素子を用
いて図７及び図９に示すような、マトリクス配線の電子
源基板および画像形成装置を作製した。

【０１３７】青板ガラス基体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５００Åの素子電極２，３を形成した。素子電極２，
３の電極間距離Ｌ１は３０μｍとした。

【０１３８】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および
結線７５、結線７６を形成した。次に素子電極２，３
上、および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６を形成した。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、絶縁層６上に厚み５００Åの素子電極７，８
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および
結線７７、結線７８を形成し、さらに結線７５とＹ方向
配線７３とを接続した。

【０１３９】開口部１２（図３参照）にバブルジェット
方式の噴射装置（キヤノン社製ＢＪ−１０Ｖ）を用い、
酢酸パラジウム−エタノールアミン錯体水溶液を滴下
し、３００℃で１時間加熱処理をして素子電極２と３、
２と７、３と８間に酸化パラジウムの微粒子からなる導
電性膜４を形成した。

【０１４０】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、基体７１の５ｍｍ上
方にフェースプレート８６（ガラス基体の内面に蛍光膜
とメタルバックが形成されて構成される）を支持枠８２
を介して配置し、フリットガラスを用いて４００℃にて
封着を行った。なお、蛍光膜にはＲＧＢ３色がストライ
プ形状に配置されたものを用いた。

【０１４１】作製したガラス容器内を排気管を通じ真空
ポンプにて排気した後、容器外端子を通じて、電子放出
素子の素子電極間に０〜１７Ｖの電圧を印加してフォー
ミングを行い、電子放出部５ａ〜５ｃを形成した。

【０１４２】続いて、１．３×１０^-2Ｐａのアセトン雰
囲気中で１０〜１８Ｖの電圧を印加し、活性化処理を行
った。

【０１４３】容器内を十分に排気し、さらに真空度を維
持するためにゲッター処理をおこなった後、排気管をガ
スバーナーで溶着して容器を封止し、画像形成装置を作
製した。

【０１４４】以上のようにして完成した画像形成装置に
おいて、各電子放出素子には容器外端子を通じて、１５
Ｖの電圧を印加し、高圧端子８７を通じてメタルバック
に５ｋＶの電圧を印加したところ、フェースプレート上
で高輝度の発光スポットを得ることができた。また、図
１１に示すような駆動回路を用いて、ＮＴＳＣ方式のテ
レビ信号に基づいてテレビジョン表示を行ったところ、
全面において明るく良好な画像を表示させることができ
た。なお、フォーミング、活性化、駆動において、各素
子には容器外端子を通じて、素子電極２と８の電位は０
Ｖ（グランドレベル）とし、素子電極３と７にそれぞれ
所定の電圧を印加した。

【０１４５】（実施例３）以下の工程により、図２に示
すような電子放出素子を作製した。

【０１４６】実施例１と同様にして、青板ガラス基体１
上にリフトオフ用のフォトレジストパターンを形成し
た。次にスパッタリング法を用いて、厚さ５００Å／５
０ÅのＰｔ／Ｔｉを成膜し、その上にスパッタリング法
により厚さ５μｍのＳｉＯ₂ 層を形成した後、同様に厚
さ５００Å／５０ÅのＰｔ／Ｔｉを成膜した。有機溶剤
を用いてフォトレジストを除去して開口部１２を形成す
ることにより、素子電極２、３、７、補正電極８’、お
よび絶縁層６を形成した。素子電極の電極間距離Ｌ１は
５μｍとした。次に、実施例１と同様にして導電性膜４
を形成した。

【０１４７】１．３×１０^-4Ｐａの真空中にて素子電極
２と３、２と７間に同時に電圧を印加して通電フォーミ
ングを行い、素子電極２と３、２と７間に電子放出部５
を形成した。通電フォーミングの電圧波形は図４（ｂ）
に示す波形とし、パルス幅Ｔ１を０．１ｍｓｅｃ、パル
ス間隔Ｔ２を２５ｍｓｅｃとし、ピーク電圧を０〜１５
Ｖとした。また、素子電極３と補正電極８’との間には
２０Ｖの電圧を印加して、素子電極３と補正電極８’間
の導電性膜４を破壊して素子電極３と補正電極８’間を
絶縁させた。

【０１４８】続いて、１．３×１０^-2Ｐａのアセトン雰
囲気中にて素子電極２と３、２と７間に１０〜１６Ｖの
電圧を印加し、活性化処理を行った。活性化の印加電圧
パルスはフォーミング時の印加電圧パルスと同様にし
た。なお、フォーミング、活性化において、素子電極３
と７の電位は０Ｖ（グランドレベル）とし、素子電極２
にそれぞれ所定の電圧を印加した。

【０１４９】以上のようにして作製した電子放出素子を
図５と同様の測定系に設置し、１．３×１０^-5Ｐａ以下
の真空度まで排気した。素子電極３と７に０Ｖ、素子電
極２に１４Ｖを印加して素子を駆動し、アノード電圧を
３ｋＶとして素子の電子放出特性を測定した。補正電極
８’に１００Ｖを印加したところ、素子電流Ｉｆ＝１．
７Ａ、放出電流Ｉｅ＝４．５μＡが得られ、補正電極
８’に電圧を印加しない場合に比べて電子放出効率は２
倍以上に向上した。

【０１５０】（実施例４）実施例３と同じ素子を図５と
同様の測定系に設置し、１．３×１０^-5Ｐａ以下の真空
度まで排気した。素子電極３と７に０Ｖ、素子電極２に
−１４Ｖを印加して素子を駆動し、アノード電圧を３ｋ
Ｖとして素子の電子放出特性を測定した。補正電極８’
に１００Ｖを印加したところ、素子電流Ｉｆ＝１．７
Ａ、放出電流Ｉｅ＝５．１μＡが得られ、良好な電子放
出効率が得られた。

【０１５１】（実施例５）実施例３の電子放出素子を用
いて図８および図９（但し、補正電極用配線は不図示）
に示すような電子源基板および画像形成装置を作製し
た。

【０１５２】青板ガラス基体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５００Åの素子電極２，３を形成した。素子電極２，
３の電極間距離Ｌ１は３０μｍとした。

【０１５３】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および
結線７５、結線７６を形成した。次に素子電極２，３
上、Ｘ方向配線７２とＹ方向配線７３の交差部、および
Ｘ方向配線７２と補正電極用配線７９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６を形成した。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、絶縁層６上に厚み５００Åの素子電極７、および補
正電極８’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、補正電極用配線７９、および結線７７、結線７８
を形成し、さらに結線７５とＹ方向配線７３とを接続し
た。

【０１５４】開口部１２（図３参照）にバブルジェット
方式の噴射装置（キヤノン社製ＢＪ−１０Ｖ）を用い、
実施例２と同様にして酸化パラジウムの微粒子からなる
導電性膜４を形成した。

【０１５５】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、基体の５ｍｍ上方に
フェースプレート８６（ガラス基体の内面に蛍光膜とメ
タルバックが形成されて構成される）を支持枠８２を介
して配置し、フリットガラスを用いて４００℃にて封着
を行った。なお、蛍光膜にはＲＧＢ３色がストライプ形
状に配置されたものを用いた。

【０１５６】作製したガラス容器内を排気管を通じ真空
ポンプにて排気した後、容器外端子を通じて、実施例４
と同様に素子電極２，３間および素子電極２，７間に０
〜１７Ｖの電圧を印加してフォーミングを行い、素子電
極２，３間および素子電極２，７間に電子放出部５ａ，
５ｂを形成した。素子電極３と補正電極８’との間には
２３Ｖの電圧を印加して素子電極３と補正電極８’間の
導電性膜４を破壊して素子電極３と補正電極８’間を絶
縁させた。

【０１５７】続いて、１．３×１０^-2Ｐａのアセトン雰
囲気中にて素子電極２，３間および素子電極２，７間に
１０〜１８Ｖの電圧を印加し、活性化処理を行った。

【０１５８】容器内を十分に排気し、さらに真空度を維
持するためにゲッター処理をおこなった後、排気管をガ
スバーナーで溶着して容器を封止し、画像形成装置を作
製した。

【０１５９】以上のようにして完成した画像形成装置に
おいて、容器外端子を通じて、素子電極３と７に１５
Ｖ、素子電極２に０Ｖを印加して素子を駆動し、補正電
極８’には１５０Ｖを印加した。高圧端子を通じてメタ
ルバックに４ｋＶの電圧を印加したところ、フェースプ
レート上で高輝度の発光スポットを得ることができた。
また、図１１に示すような駆動回路を用いて、ＮＴＳＣ
方式のテレビ信号に基づいてテレビジョン表示を行った
ところ、全面において明るく良好な画像を表示させるこ
とができた。

【０１６０】（実施例６）本実施例は、実施例１と同じ
構成の電子放出素子を、多数配置した電子源において、
実施例５と同様のマトリクス配線を各電子放出素子に接
続したもの（ただし電極８は補正電極ではなく、他の電
極と同様の素子電極として用いる）で、電極２と電極３
の間、及び電極２と電極７の間に形成された電子放出部
５ａ，５ｂが正常に機能する場合は、電極３と電極８の
間の電子放出部５ｃは、電子放出させず、上記電子放出
部５ａまたは５ｂに異常が生じた場合、電子放出部５ｃ
から電子を放出させることにより、機能を補うものであ
る。

【０１６１】電子源の構成と製造方法は、実施例１及び
実施例５において説明したものと同様である。ただし、
実施例５では、電極８と電極３の間の導電成膜を破壊し
ているが、この処理は行わず、実施例１のように、電子
放出部５ｃを形成する処理を行った。

【０１６２】これを用いた画像形成装置の構成は、図１
１に示したものとほぼ同様であるが、上述のような駆動
を行うために、一部変更される。変更される部分の説明
を図１７により行う。

【０１６３】表示パネル１０１、走査回路１０２、変調
信号発生器１０７は、図１１と同様である。該変調信号
発生器１０７には、図８のＹ方向配線Ｄｙ１〜Ｄｙｍが
外部端子Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｍを介して接続されている。
１３１は予備変調信号発生器で、図８のＤｈ１〜Ｄｈｎ
（ただし本実施例においては、補正電極用配線ではな
く、第２のＹ方向配線）が外部端子Ｄ′ｏｙ〜Ｄ′ｏｙ
ｎを介して、接続されている。１３２は、予備変調信号
制御装置である。

【０１６４】駆動の方法は、例えばＸ方向配線Ｄｘ１〜
Ｄｘｍには、走査回路により、選択された行の配線には
＋７．５Ｖ、それ以外には０Ｖの電位が印加される。Ｙ
方向配線には、変調信号発生器１０７により０Ｖから−
７．５Ｖに立ち下がるパルスが、信号に応じて適当なパ
ルス幅で、それぞれの配線に印加される。第２のＹ方向
配線には、予備変調信号発生器１３１により、通常は０
Ｖの電位が与えられている。ただし、対応する位置の電
子放出部に異常があり、十分な電子放出が得られない場
合には、対応するＹ方向配線に印加するのと同じ電圧パ
ルスが、予備変調信号発生器１３１により印加される。
これを制御するのは、予備変調信号制御装置１３２で、
予め行った検査に基づいて、必要な場合のみ対応する電
子放出部５ｃから電子を放出させるよう、予備変調信号
発生器１３１を駆動するものである。

【０１６５】大面積で、高精細の平板型ディスプレイ
を、本発明のような電子源を用いて形成する場合、多数
の電子放出素子の中に僅かでも不良の素子があると、そ
の部分の画素が欠落し、画像の品位が著しく悪くなって
しまうため、不良素子を含まない電子源を得ることは難
しくなり、製造歩留まりが著しく低くなる。そこで本実
施例の如く、各画素毎に予備の素子を備え、不良の素子
があった場合にこれを補償するようにすることにより、
製造歩留まりが大きく向上する。さらに本実施例では、
先述の如く、電子放出素子を立体的に構成しているた
め、上記のように予備の素子を配置しても、十分に小さ
なピッチを保ったまま電子放出素子を配置することがで
き、高精細に対する要求を満たしうるものである。

【０１６６】なお、このような効果は、電極８を実施例
５を同様に補正電極とし、例えば、電子放出部５ａを通
常の電子放出部、５ｂを予備の電子放出部として、上記
と相似の駆動方法によって駆動する方法によっても得ら
れる。

【０１６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下の効果を奏する。

【０１６８】（１）本発明第一の電子放出素子によれ
ば、従来の素子電極上に絶縁層を介してさらに素子電極
を形成し、３次元方向にも電子放出部を形成したことに
より、素子面積（本発明を応用した画像形成装置におい
ては画素ピッチ）を増大させることなく電子放出面積を
増大させることができ、より大きな電子放出電流を得る
ことができる。

【０１６９】（２）電子放出部５ａ〜５ｃから同時に電
子放出させる駆動方法を採用する場合には、第１の電極
と第４の電極、及び第２の電極と第３の電極を夫々共通
の配線に接続して駆動することができ、配線を新たに設
ける必要がない。

【０１７０】（３）各素子電極を異なる配線に接続する
ことにより、３つの電子放出部５ａ〜５ｃのうちの電子
放出させる電子放出部の数を変化させることができる。
このため、カラーディスプレイ等に応用する場合におい
て、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色の蛍光体の発光効率の違いを補償す
るように、電子放出量を制御することができ、輝度特性
に優れた画像形成装置が実現される。

【０１７１】（４）また、本発明第二の電子放出素子に
よれば、上記（１）の効果に加え、第４の電極（電界補
正電極）に適当な電圧を印加することにより、電子放出
電流及び電子放出効率を向上させることができると共
に、電子を蛍光体の正位置に照射させるように電子の軌
道を修正することも可能であり、これにより輝度の低下
や混色を防ぐことができる。

【０１７２】（５）特に第４の電極の電位を第２の電極
と第３の電極の電位よりも高電位とすることにより、従
来素子電極に吸い込まれていた電子をより多くアノード
電極に到達させることができる。更に、第２の電極と第
３の電極の電位を第１の電極の電位よりも高電位にし
（第２の電極と第３の電極を陽極、第１の電極を陰極と
する）、第４の電極の電位を第２の電極と第３の電極の
電位よりも高電位とすることにより、電子放出効率の向
上により大きな効果が得られる。

【０１７３】（６）従って、本発明の電子放出素子を複
数用いて構成した電子源・画像形成装置においては、明
るく鮮明な表示画像を実現し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第一の電子放出素子の一例を模式的に示
した断面図及び平面図である。

【図２】本発明第二の電子放出素子の一例を模式的に示
した断面図である。

【図３】図１の電子放出素子の製造方法を説明するため
の模式図である。

【図４】本発明の電子放出素子の製造に際して採用でき
る通電フォーミング処理における電圧波形の一例を示す
模式図である。

【図５】本発明の電子放出素子の電子放出特性を評価す
るための測定評価系を示す概略図である。

【図６】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７】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８】本発明の単純マトリクス配置の電子源の別の例
を示す模式図である。

【図９】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１０】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１１】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１２】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１３】本発明の梯子型配置の電子源の別の例を示す
模式図である。

【図１４】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別の例を示
す模式図である。

【図１７】実施例６の画像形成装置の構成を説明するた
めのブロック図である。

【符号の説明】

１基体２第１の電極３第２の電極４導電性膜５，５ａ〜５ｃ電子放出部６絶縁層７第３の電極８第４の電極８’ 電界補正電極１０，１１導電層１２開口部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アノード電極に電圧を印加するための高圧電源５４電子放出部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７１電子源基板７２Ｘ方向配線７３Ｙ方向配線７４電子放出素子７５，７６，７７，７８結線７９補正電極用配線８１リアプレート８２支持枠８３ガラス基体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１１３，１１４，１１５，１１６結線１１７補正電極用配線１２０グリッド電極１２１電子が通過するための開口１３１予備変調信号発生器１３２予備変調信号制御装置

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上に対向して形成された第１の電極
と第２の電極、及び第１の電極と第２の電極上に各々絶
縁層を介して積層された第３の電極と第４の電極とを有
し、第１の電極と第２の電極の間、第１の電極と第３の
電極の間、第２の電極と第４の電極の間に夫々電子放出
部が形成されていることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】前記第１の電極と第４の電極、及び前記
第２の電極と第３の電極には、夫々同じ電位が与えられ
ることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項３】前記第１〜第４の電極には、夫々独立し
た電位が与えられることを特徴とする請求項１に記載の
電子放出素子。
【請求項４】基体上に対向して形成された第１の電極
と第２の電極、及び第１の電極と第２の電極上に各々絶
縁層を介して積層された第３の電極と第４の電極とを有
し、第１の電極と第２の電極の間、及び第１の電極と第
３の電極の間に電子放出部が形成されており、第２の電
極と第４の電極の間は絶縁されていることを特徴とする
電子放出素子。
【請求項５】前記第４の電極は、前記第１〜第３の電
極とは独立した電位が与えられる電界補正電極であるこ
とを特徴とする請求項４に記載の電子放出素子。
【請求項６】前記第４の電極には、前記第１〜第３の
電極に与えられる電位よりも高い電位が与えられること
を特徴とする請求項５に記載の電子放出素子。
【請求項７】前記第２の電極と第３の電極には、同じ
電位が与えられることを特徴とする請求項４〜６のいず
れかに記載の電子放出素子。
【請求項８】前記第２の電極と第３の電極には、前記
第１の電極に与えられる電位よりも高い電位が与えられ
ることを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の電
子放出素子。
【請求項９】基体上に、複数の電子放出素子が配列さ
れた電子源において、前記電子放出素子が、請求項１〜
８のいずれかに記載の電子放出素子であることを特徴と
する電子源。
【請求項１０】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９に記載
の電子源。
【請求項１１】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９に記載の電子
源。
【請求項１２】基体上に複数の電子放出素子が配列さ
れた電子源と、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画像形成装
置において、前記電子源が、請求項９〜１１のいずれか
に記載の電子源であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１３】上記画像形成装置に用いた電子源にお
いて、上記第１〜第４の電極により形成される２個ない
し３個の電子放出部の組のうち一部を通常の電子放出部
となし、他を予備の電子放出部となし、通常の電子放出
部を通常の駆動回路により、予備の電子放出部を予備の
駆動回路により駆動し、通常の電子放出部が正常に電子
放出を行わない場合に、対応する予備の電子放出部によ
り電子放出を行うよう、上記予備の駆動回路を動作させ
る制御装置を有することを特徴とする請求項１２に記載
の画像形成装置。