JP3618978B2 - 電子放出素子、電子源及び画像形成装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子放出素子、該素子を複数用いた電子源、これを用いた表示装置や露光装置等の画像形成装置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」と称する）、金属／絶縁層／金属型（以下、「ＭＩＭ型」と称する）や、表面電子放出素子等が有る。
【０００３】
ＦＥ型の例としては、ダブリュ・ピイ・ダイク アンド ダブリュ・ダブリュ・ドラン（Ｗ．Ｐ．Ｄｙｋｅ ａｎｄ Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ）「フィールド エミッション（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）」，アドバンス イン エレクトロン フィジックス（Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ），８，８９（１９５６）或いはシイ・エイ・スピント（Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ），「フィジカル プロパティズ オブ シン−フィルム フィールド エミッション カソーズ ウィズ モリブデナム コーンズ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ ｃｏｎｅｓ）」，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）等に開示されたものがある。
【０００４】
また、ＭＩＭ型の例としては、シイ・エイ・ミード（Ｃ．Ａ．Ｍｅａｄ），「オペレーション オブ トンネル−エミッション デバイセズ（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｕｎｎｅｌ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ）」，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、エム・アイ・エリンソン（Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ），Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ．Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ Ｐｈｙｓ．，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［ジイ・ディットマー（Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ）「シン ソリッド フィルムズ（Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ）」，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ２ Ｏ３ ／ＳｎＯ２ 薄膜によるもの［エム・ハートウェル アンド シイ・ジイ・フォンスタッド（Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ），「ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ＥＤ Ｃｏｎｆ．」５１９（１９７５）］、カーボン薄膜によるもの［荒木久 他，真空、第２６巻、第１号、第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、前述のエム・ハートウェルの素子構成を図１８に模式的に示す。同図において１は基板である。また、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０．１ｍｍ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、電子放出を行なう前に導電性膜４に予め通電フォーミングと呼ばれる通電処理を施して電子放出部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の一部に亀裂を発生しており、その亀裂付近から電子放出が行なわれる。
【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、大面積に亘って多数素子を配列形成できる利点がある。そこで、この特徴を生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）にて夫々結線した行を多数行配列（梯子状配置）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】
また、本出願人は、上記電子放出素子の導電性膜の新規な形成方法として、例えば特開平９−６９３３４号公報に開示するような、液滴付与装置を用いる方法を提案している。本方法においては、導電性膜形成溶液を液滴の状態で付与し、乾燥及び／または焼成して導電性膜を得る。当該方法によれば、パターニング工程を行なうことなく導電性膜を形成することができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した、液滴付与による導電性膜形成方法は、パターニング工程が不要であるという長所があるものの、導電性膜形成溶液を液滴の状態で素子電極２、３間に付与するため、導電性膜の膜厚が不均一になる場合があった。図１６に当該方法で形成した電子放出素子の模式図を示す。図中（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【００１４】
図１６に示すように、当該方法によると導電性膜４に局所的に薄い膜厚ｄ’を有する領域６が発生した場合、通電処理による電子放出部５形成工程において、当該領域６には電子放出部５が形成されず、駆動した際に該領域６を通じて無効電流が流れるという問題が生じる場合があった。
【００１５】
本発明の目的は、上記問題を解決した電子放出素子を提供することにあり、具体的には、液滴付与により形成した導電性膜に確実に電子放出部を形成し、無効電流などの問題のない電子放出素子を製造し、該素子を複数用いた電子源、及び該電子源を構成部材とする画像形成装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は先ず、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する電子放出素子の製造方法を提供するものであり、その第一は、基板上に一対の素子電極を形成する工程と、金属元素を含む液体を液滴として付与した後、乾燥及び／または焼成して導電性膜を形成する工程と、真空中で、該導電性膜の膜厚の薄い部分が選択的に還元する温度にて、該導電性膜に加熱処理を施す工程と、前記加熱処理された導電性膜に通電処理を施して電子放出部を形成する工程と、を少なくとも有することを特徴とする。また、第二は、基板上に一対の素子電極を形成する工程と、金属元素を含む液体を液滴として付与した後、乾燥及び／または焼成して導電性膜を形成する工程と、該導電性膜に通電処理を施して電子放出部を形成する工程と、還元雰囲気中で、前記電子放出部の形成された導電性膜の膜厚の薄い部分が選択的に凝集する温度にて、該導電性膜に加熱処理を施す工程と、を少なくとも有することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、上記電子放出素子の製造方法で同一基板上に複数の電子放出素子を形成してなることを特徴とする電子源の製造方法、該製造方法で得られた電子源を、該電子源からの電子線の照射により画像を形成する画像形成部材と組み合わせることを特徴とする画像形成装置の製造方法を提供するものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好ましい実施形態として平面型の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。
【００２２】
図１は、その一実施形態の構成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。図１において、１は基板、２と３は素子電極、４は導電性膜、５は電子放出部、６は膜厚の薄い領域である。また、図２は異なる実施形態の構成を示す平面模式図である。本発明の製造方法は、電子放出部形成工程前に導電性膜４を還元処理する方法と、電子放出部形成工程後に導電性膜４を凝集処理する方法の２通りがあり、図１は前者により製造された電子放出素子、図２は後者により製造された電子放出素子の実施形態を示す。
【００２３】
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。
【００２４】
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、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属或いは合金及びＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ２ 、Ｐｄ−Ａｇ等の金属或いは金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体、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。
【００２５】
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Å〜数百μｍ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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、ＰｄＯ、ＳｎＯ２ 、Ｉｎ２ Ｏ３ 、Ｓｂ２ Ｏ３ 等の酸化物が挙げられる。
【００２８】
導電性膜４には、良好な電子放出特性を得るために、微粒子で構成された微粒子膜を用いるのが好ましい。その膜厚は、素子電極２、３へのステップカバレージ、素子電極２、３間の抵抗値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〜５０ｎｍの範囲とするのが良い。そのシート抵抗値は、１×１０３ 〜１×１０７ Ω／□が好ましい。
【００２９】
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、或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〜数百ｎｍの範囲、好ましくは１ｎｍ〜２０ｎｍの範囲である。
【００３０】
尚、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。
【００３１】
一般に、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」を呼ぶことは広く行なわれている。
【００３２】
しかしながら、それぞれの境は厳密なものではなく、どのよう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。
【００３３】
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２〜３ｎｍ程度までを意味することにする。両者を一括して単に微粒子と書くこともあってけっして厳密なものではなく、だいたいの目安である。粒子を構成する原子の数が２個から数十〜数百個程度の場合はクラスターと呼ぶ。」（第１９５頁２２〜２６行目）と記述されている。
【００３４】
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」の定義では、粒径の下限がさらに小さく、次のようなものであった。
【００３５】
「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”（ｕｌｔｒａ ｆｉｎｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ）と呼ぶことにした。すると１個の超微粒子はおよそ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、第２頁１〜４行目）／「超微粒子よりもさらに小さいもの、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」（同書第２頁１２〜１３行目）。
【００３６】
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、「超微粒子」とは多数の原子・分子の集合体で、粒径の下限は数Å〜１ｎｍ程度、上限は数μｍ程度のものを指すこととする。
【００３７】
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。電子放出部５及びその近傍の導電性膜４には、炭素或いは炭素化合物を有する場合もある。
【００３８】
また、本発明において、図１に示した電子放出素子においては、電子放出部５は膜厚の薄い領域６にも形成されており、図２に示した電子放出素子においては、電子放出部５は膜厚の薄い領域６には形成されておらず、そのかわりに該領域６は凝集処理によって高抵抗化されている。
【００３９】
次に、本発明の電子放出素子の製造方法について説明する。図３は本発明の電子放出素子の製造工程を模式的に示す図であり、図３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。
【００４０】
１）基板１を洗浄、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技術を用いて基板１上に素子電極２、３を形成する（図３（ａ））。
【００４１】
２）素子電極２、３を設けた基板１上に、液滴付与装置３１より導電性膜４の材料の金属を主元素とする溶液を液滴３２の状態で付与する（図３（ｂ））。
【００４２】
本発明に用いる液滴付与装置３１としては、任意の液滴を形成できる装置であればどのような装置であっても構わないが、特に１０ｎｇから数十ｎｇ程度の微小液滴を容易に形成し得るインクジェット方式による装置が好ましい。インクジェット方式の装置としては、エネルギー発生素子として電気熱変換体を用いたバブルジェットタイプ、或いは圧電素子を用いたピエゾジェットタイプ等が使用可能である。
【００４３】
３）所望の液滴を付与した後に膜全体を乾燥及び／または加熱して導電性膜４を得る（図３（ｃ））。
【００４４】
次に、本発明の第一の製造方法においては、この段階で膜厚の薄い領域にのみ還元処理を施して還元する。還元された領域は、低抵抗化するため、後述の電子放出部５を形成する通電処理において、より電流が流れ易くなり、厚い部分同様に電子放出部が形成される。
【００４５】
本発明においては、当該還元処理は膜厚の薄い部分にのみ選択的に行う必要があるが、これは還元処理の方法を選択することによって可能となる。図１４に導電性膜４としてＰｄＯを用いた場合の、真空加熱による還元反応の特性を示す。図１４から明らかな通り、導電性膜４の膜厚ｄと還元温度は線形な特性を有しており、還元温度を制御することにより、導電性膜４の任意の膜厚領域を還元反応させることができる。
【００４６】
本発明者によれば、電子放出部５が形成されにくい領域は、膜厚が導電性膜４の最大膜厚の２５％以下である領域である。よって、好ましくは、膜厚が最大膜厚の２５％以下である部分を選択的に還元するように、還元温度を設定する。
【００４７】
本発明において、上記還元温度を制御して還元反応させる導電性膜の膜厚を制御する還元方法としては、真空中で加熱する方法や、Ｈ２ やＣＯ等の還元雰囲気中で還元させる方法が挙げられる。また、任意の部位を還元する方法として、赤外線、レーザー等を照射して還元する方法等がある。これらの方法のうち、真空中で加熱する方法は、膜厚の薄い部分から還元できるため制御が容易である。還元雰囲気中で還元する方法では、導電性膜４の材料によっては、膜厚の厚い部分から還元する場合があるため、適用できない場合もある。また、赤外線やレーザー等を照射して還元する方法では、電子源を製造する際に、工程が煩雑になり、処理時間が長くなるため、電子源の製造においては不向きである。従って、本発明においては、真空中で基板加熱して還元処理する方法が、短時間に所望の膜厚を同時に制御良く還元処理できることから、最も有効な方法である。基板の加熱には、ホットプレート等を用いることができる。
【００４８】
４）続いて、フォーミングと呼ばれる通電処理を施して、電子放出部５を形成する。即ち、上記素子電極２、３間に、不図示の電源より通電すると、導電性膜４に構造の変化した電子放出部５が形成される（図３（ｃ））。この通電フォーミングにより、導電性膜４を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、構造の変化した部位が電子放出部５である。通電フォーミングの電圧波形の例を図４に示す。
【００４９】
通電フォーミングの電圧波形は、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）に示した方法と、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）に示した方法がある。
【００５０】
先ず、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り、Ｔ１ を１μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ、Ｔ２ を１０μｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃとし、三角波の波高値（通電フォーミング時のピーク電圧）は、表面伝導型電子放出素子の形態に応じて適宜選択し、適当な真空度、例えば１×１０−３Ｐａ程度の真空雰囲気下で、数秒〜数十秒間電圧を印加する。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。
【００５１】
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Ｔ１ 、Ｔ２ と同様である。また三角波の波高値は、例えば０．１Ｖ程度ずつ増加させる。
【００５２】
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する。
【００５３】
本発明の第二の製造方法においては、上記３）の工程において、第一の製造方法にかかる還元処理を行なわず、上記４）の工程により電子放出部５を形成した導電性膜４に凝集処理を施す。即ち、電子放出部５が形成されなかった領域に選択的に凝集処理を施して当該領域を高抵抗化し、駆動時に無効電流が流れないように処理する。
【００５４】
本発明においては、当該凝集処理は電子放出部５が形成されなかった膜厚の薄い部分にのみ選択的に行う必要があるが、これは凝集処理の方法を選択することによって可能となる。図１５に導電性膜４としてＰｄＯを用いた場合の、還元雰囲気中での加熱による凝集反応の特性を示す。図１５から明らかな通り、導電性膜４の膜厚ｄと凝集温度は線形な特性を有しており、凝集温度を制御することにより、導電性膜４の任意の膜厚領域を凝集させることができる。
【００５５】
本発明者によれば、電子放出部５が形成されにくい領域は、膜厚が導電性膜４の最大膜厚の２５％以下である領域である。よって、好ましくは、膜厚が最大膜厚の２５％以下である部分が選択的に凝集するように、凝集温度を設定する。
【００５６】
本発明において、上記凝集温度を制御して凝集反応させる導電性膜の膜厚を制御する凝集方法としては、還元雰囲気中で加熱する方法や、加熱して凝集させる方法が挙げられる。また、任意の部位を凝集させる方法として、赤外線やレーザー等を照射する方法が挙げられる。これらの方法のうち、還元雰囲気中で加熱する方法は、加熱温度を制御することにより選択的に膜厚の薄い部分を凝集させることができ、比較的低い温度で凝集させることができる。また、雰囲気を特定せずに加熱する方法では、導電性膜４の材料によっては、高い温度を必要とするため不向きである。また、赤外線やレーザー等を照射して凝集させる方法では、電子源を製造する際に、工程が煩雑になり、処理時間が長くなるため、電子源の製造においては不向きである。従って、本発明においては、還元雰囲気中で基板加熱して凝集処理する方法が、短時間に所望の膜厚を同時に制御良く凝集処理できることから、最も有効な方法である。基板の加熱には、ホットプレート等を用いることができる。
【００５７】
５）導電性膜４に電子放出部５を形成した素子には、活性化工程と呼ばれる処理を施すのが好ましい。この活性化工程により、素子電流Ｉｆ 、放出電流Ｉｅ を著しく変化させることができる。
【００５８】
活性化工程は、例えば１×１０−２〜１×１０−４Ｐａ程度の真空度で有機物質のガスを含有する雰囲気下で、素子電極２、３間にパルスの印加を繰り返すことで行なうことができる。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。この時の好ましい有機物質のガス圧は、前述の素子電極の形態、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、カルボン酸、スルホン酸等の有機酸類等を挙げることができ、具体的には、メタン、エタン、プロパンなどＣｎ Ｈ２ｎ＋２で表わされる飽和炭化水素、エチレン、プロピレンなどＣｎ Ｈ２ｎ等の組成式で表わ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。
【００５９】
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５０ｎｍ以下が好ましく、３０ｎｍ以下が望ましい。
【００６０】
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、適宜行なうことができる。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。
【００６１】
６）このような工程を経て得られた電子放出素子は、安定化工程を行なうことが好ましい。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できる。
【００６２】
前記活性化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、上記炭素或いは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時には、真空容器全体を加熱して、真空容器内壁や、電子放出素子に吸着した有機物質分子を排気し易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なう。真空容器内の圧力は極力低くすることが必要で、１×１０−４Ｐａ以下が好ましく、さらには１×１０−６Ｐａ以下が特に好ましい。
【００６３】
上記安定化工程を行なった後の駆動時の雰囲気は、上記安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが好ましいが、これに限るものではなく、有機物質が十分除去されていれば、圧力自体は多少上昇しても十分安定な特性を維持することができる。このような真空雰囲気を採用することにより、新たな炭素或いは炭素化合物の堆積を抑制でき、結果として素子電流Ｉｆ 、放出電流Ｉｅ が安定する。
【００６４】
本発明の電子放出素子の基本特性について、前述の平面型表面伝導型電子放出素子を例に挙げて図５、図６を参照しながら説明する。
【００６５】
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。
【００６６】
図５において、５５は真空容器であり、５６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。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。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２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〜１０ｋＶ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２〜８ｍｍの範囲として測定を行なう。
【００６７】
真空容器５５内には、不図示の真空系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なえるようになっている。
【００６８】
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。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なうことができる。
【００６９】
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。
【００７０】
図６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。
【００７１】
第１に、本素子はある電圧（しきい値電圧と呼ぶ；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、一方しきい値電圧Ｖｔｈ以下では放出電流Ｉｅ がほとんど検出されない。つまり、放出電流Ｉｅ に対する明確なしきい値電圧Ｖｔｈを持った非線形素子である。
【００７２】
図１６に示したような、電子放出部５が形成されなかった膜厚の薄い領域６が存在する場合には、図１７に示すように、素子電圧Ｖｆ がかなり低い値でも、素子電流Ｉｆ が検出される。これは領域６を流れて電子放出に関わらない無効な電流（リーク電流）であり、該リーク電流の発生は、素子電極２、３間で電圧降下を発生し、電子放出部５に印加される素子電圧Ｖｆ の実効値を著しく低下させ、その結果、放出電流Ｉｅ の特性も低下させる。
【００７３】
本発明においては、膜厚の薄い領域６にも電子放出部５を形成するか、或いは該領域６を凝集処理により高抵抗化して実質リーク電流が流れないようにしているため、当該リーク電流による電子放出素子の電子放出特性の低下を防止している。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
図６においては、素子電流Ｉｆ も素子電圧Ｖｆ に対して単調増加する（以下、「ＭＩ特性」と称する）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（以下、「ＶＣＮＲ特性」と称する）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。
【００７８】
以上のような本発明の電子放出素子の特徴的特性のため、複数の電子放出素子を配置した電子源は画像形成装置等でも、入力信号に応じて容易に放出電子量を制御することができることとなり、多方面に応用することができる。
【００７９】
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、さらには画像形成装置が構成できる。
【００８０】
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）、この配線と直交する方向（列方向）で、該電子放出素子の上方に配した制御電極（グリッド電極）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。このような配置はいわゆる単純マトリクス配置である。先ず単純マトリクス配置について以下に詳述する。
【００８１】
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、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電子は放出されない。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、電子放出素子を選択して電子放出量を制御できる。
【００８２】
以下、この原理に基づき、本発明の電子放出素子の一実施形態である表面伝導型電子放出素子を複数配置して得られる電子源基板について図７を用いて説明する。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は結線である。
【００８３】
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、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）。
【００８４】
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の全面或いは一部に所望の形状で形成され、特に、Ｘ方向配線７２とＹ方向配線７３の交差部の電位差に耐え得るように、膜厚、材料、製法が適宜設定される。Ｘ方向配線７２とＹ方向配線７３は、それぞれ外部端子として引き出されている。
【００８５】
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。
【００８６】
Ｘ方向配線７２とＹ方向配線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或いは全部が同一であっても、またそれぞれ異なっていても良い。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であると言うこともできる。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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８、図９、及び図１０を用いて説明する。図８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９は図８の画像形成装置に使用される蛍光膜の模式図である。図１０はＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行なうための駆動回路の一例を示すブロック図である。尚、図７に示した部位と同じ部位には同じ符号を付して説明を省略する。尚、便宜上導電性膜４は省略した。
【００９０】
図８において、８１は電子源基板７１を固定したリアプレート、８６はガラス基板８３の内面に蛍光膜８４とメタルバック８５等が形成されたフェースプレートである。８２は支持枠であり、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、例えば大気中或いは窒素中で、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。
【００９１】
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は主に電子源基板７１の強度を補強する目的で設けられるため、基板７１自体で十分な強度を持つ場合は別体のリアプレート８１は不要である。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８８を構成しても良い。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持つ外囲器８８を構成することもできる。
【００９２】
図９は、蛍光膜を示す模式図である。蛍光膜８４は、モノクロームの場合は蛍光体のみ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９（ａ））、或いはブラックマトリクス（図９（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。
【００９３】
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、沈殿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ガラス基板８３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）を行ない、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。
【００９４】
また、フェースプレート８６には、さらに蛍光膜８４の導電性を高めるため、蛍光膜８４の外面側に透明電極（不図示）を設けても良い。
【００９５】
前述の封着を行なう際、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。
【００９６】
図８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。
【００９７】
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、１×１０−５Ｐａ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、封止がなされる。外囲器８８の封止後の真空度を維持するために、ゲッター処理を行なうこともある。これは、外囲器８８の封止を行な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、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。
【００９８】
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１０を用いて説明する。図１０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。
【００９９】
表示パネル１０１は、端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、端子Ｄｙ１〜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〜Ｄｘｍには表示パネル１０１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Ｄｙ１〜Ｄｙｎ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ための加速電圧である。
【０１００】
次に走査回路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１０中、Ｓ１ 〜Ｓｍ 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〜Ｄｘｍと電気的に接続される。各スイッチング素子Ｓ１ 〜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。
【０１０１】
直流電圧源Ｖｘ 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。
【０１０２】
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なわれるように、各部の動作を整合させる機能を有する。制御回路１０３は、同期信号分離回路１０６より送られる同期信号Ｔｓｙｎｃに基づいて、各部に対してＴｓｃａｎ、Ｔｓｆｔ 及びＴｍｒｙ の各制御信号を発生する。
【０１０３】
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）回路等を用いて構成できる。同期信号分離回路１０６により分離された同期信号は、垂直同期信号と水平同期信号よりなるが、ここでは説明の便宜上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信号と表わした。このＤＡＴＡ信号は、シフトレジスタ１０４に入力される。
【０１０４】
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、Ｉｄ１〜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。
【０１０５】
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ための記憶装置であり、制御回路１０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙ に従って適宜Ｉｄ１〜Ｉｄｎの内容を記憶する。記憶された内容は、Ｉｄ’１ 〜Ｉｄ’ｎ として出力され、変調信号発生器１０７に入力される。
【０１０６】
変調信号発生器１０７は、画像データＩｄ’１ 〜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ための信号源であり、その出力信号は、端子Ｄｙ１〜Ｄｙｎを通じて表示パネル１０１内の電子放出素子に印加される。
【０１０７】
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しきい値電圧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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
シフトレジスタ１０４やラインメモリ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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜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。同時に高圧端子８７を介してメタルバック８５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８４に衝突し、発光が生じて画像が形成される。
【０１１３】
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ＮＴＳＣ方式を挙げたが、入力信号はこれに限られるものではなく、ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭ方式等の他、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、ＭＵＳＥ方式をはじめとする高品位ＴＶ）方式も採用できる。
【０１１４】
次に、前述の梯子状配置の電子源及び画像形成装置について、図１１及び図１２を用いて説明する。
【０１１５】
図１１は、梯子状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。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）。この素子行が複数行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しきい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しきい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 〜Ｄ９ は、例えばＤ２ とＤ３ を一体の同一配線とすることもできる。
【０１１６】
図１２は、梯子状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 〜Ｄｍ は容器外端子、Ｇ１ 〜Ｇｎ はグリッド電極１２０に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１２においては、図８、図１１に示した部位と同じ部位には同一の符号を付した。尚、便宜上導電性膜４は省略した。ここに示した画像形成装置と、図８に示した単純マトリクス配置の画像形成装置との大きな違いは、電子源基板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。
【０１１７】
図１２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、梯子状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は、図１２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。
【０１１８】
容器外端子Ｄ１ 〜Ｄｍ 及びＧ１ 〜Ｇｎ は不図示の制御回路に接続されている。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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
図１３は、上記図８や図１１に示した表示パネルを備えた画像形成装置を、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。
【０１２１】
図中、１７００はディスプレイパネル、１７０１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、１７０８〜１７１０は画像メモリインタフェース回路、１７１１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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
以下、画像信号の流れに沿って各部の機能を説明する。
【０１２４】
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ＮＴＳＣ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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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１７０４に出力される。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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ＣＰＵ１７０６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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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１７０２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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
デコーダ１７０４は、前記１７０７〜１７１３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１７０７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。
【０１３９】
マルチプレクサ１７０３は、前記ＣＰＵ１７０６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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
以上、各部の機能を説明したが、図１３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１７０３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。
【０１４４】
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１７０７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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
尚、図１３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。
【０１４７】
例えば、図１３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。
【０１４８】
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。また、安定で高効率な電子放出特性が実現された電子源を用いることにより、長寿命で明るい高品位なカラーフラットテレビが実現される。
【０１４９】
【実施例】
［実施例１］
本発明第１の実施例として、図１に示した電子放出素子を作製した。その工程を以下に示す。
【０１５０】
（１）基板１として石英基板を用い、これを有機溶剤によって充分に洗浄した後、その基板１上に一般的な真空成膜技術、フォトリソグラフィー技術により、Ｎｉからなる素子電極２及び３を形成した。素子電極の間隔Ｌは１０μｍ、長さＷは６００μｍ、厚さｄは１０００Åとした。
【０１５１】
（２）次に、有機パラジウム含有溶液（奥野製薬（株）製「ｃｃｐ−４２３０」）を、液滴付与装置として圧電素子を用いたインクジェット噴射装置を用いて、液滴の状態にして素子電極２、３間に付与した。
【０１５２】
（３）３００℃で１０分間の加熱処理を行なって、酸化パラジウム（ＰｄＯ）微粒子からなる微粒子膜を形成し、導電性膜４とした。尚、ここで述べる微粒子膜とは、前記したように、複数の微粒子が集合した膜であり、その微細構造として、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或いは重なりあった状態（島状）の膜を指す。この時、導電性膜４の膜厚は２００Åで、中央部が厚く、周辺に向かって徐々に薄くなっていた。
【０１５３】
（４）１×１０−３Ｐａの真空雰囲気下で、加熱装置により基板を１４０℃に加熱し、導電性膜４の膜厚の薄い領域６を還元させた。
【０１５４】
（５）上記（４）の真空雰囲気下で素子電極２、３間に所定の電圧を印加してフォーミング処理を施し、電子放出部５を形成した。
【０１５５】
上述の製造方法により、表面伝導型電子放出素子を１０素子作製し、図５に示した測定装置で特性を測定したところ、いずれの素子においても、素子電流Ｉｆ のリーク電流が認められず、良好な電子放出特性が得られた。
【０１５６】
また、本実施例の電子放出素子を同一基板上に複数個マトリクス状に接続し、図８に示した構成の表示パネルを作製して画像形成装置を構成し、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づきテレビジョン表示を行なったところ、問題のない良好な表示が得られた。
【０１５７】
［実施例２］
本発明第２の実施例として、図２に示した電子放出素子を作製した。その工程を以下に示す。
【０１５８】
（１）実施例１の（１）と同じ。
【０１５９】
（２）液滴付与装置としてバブルジェット方式のインクジェット噴射装置を用い、導電性膜４の形成溶液として酢酸Ｐｄの０．１重量％水溶液を用い、素子電極２、３間に該溶液の液滴を付与した。
【０１６０】
（３）３５０℃で１０分間の加熱処理を行なって、酸化パラジウム（ＰｄＯ）微粒子からなる微粒子膜を形成し、導電性膜４とした。この導電性膜４の膜厚は２５０Åで、中央部が厚く、周辺に向かって徐々に薄くなっていた。
【０１６１】
（４）１×１０−３Ｐａの真空雰囲気下で素子電極２、３間に所定の電圧を印加してフォーミング処理を施し、電子放出部５を形成した。
【０１６２】
（５）Ｈ２ 雰囲気下で加熱装置により基板を２８０℃に加熱し、導電性膜４の膜厚の薄い領域６を凝集させた。
【０１６３】
上述の製造方法により、表面伝導型電子放出素子を１０素子作製し、図５に示した測定装置で特性を測定したところ、いずれの素子においても、素子電流Ｉｆ のリーク電流が認められず、良好な電子放出特性が得られた。
【０１６４】
また、本実施例の電子放出素子を同一基板上に複数個複数本の梯子状に接続し、図１２に示した構成の表示パネルを作製して画像形成装置を構成し、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づきテレビジョン表示を行なったところ、問題のない良好な表示が得られた。
【０１６５】
［比較例１］
（４）の工程を行なわない以外は実施例１と同様にして表面伝導型電子放出素子を１０素子作製した。その結果、リーク電流が発生しなかった素子は５素子で、他の５素子については、０．２〜１．４％の無効電流が認められた。また、測定終了後に電子放出部を観察したところ、導電性膜の端部では亀裂が完全に形成されておらず、亀裂の形成されていない領域の導電性膜の膜厚を測定したところ、１０〜４５Åであり、最大膜厚の５〜２２．５％であった。リーク電流は、亀裂が形成されていない領域を通じて流れたものと推定される。
【０１６６】
［比較例２］
（５）の工程を行なわない以外は実施例２と同様にして表面伝導型電子放出素子を１０素子作製した。その結果、リーク電流が発生しなかった素子は５素子で、他の５素子については、０．３〜１．６％の無効電流が認められた。また、測定終了後に電子放出部を観察したところ、導電性膜の端部では亀裂が完全に形成されておらず、亀裂の形成されていない領域の導電性膜の膜厚を測定したところ、１５〜５５Åであり、最大膜厚の６〜２２％であった。リーク電流は、亀裂が形成されていない領域を通じて流れたものと推定される。
【０１６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、インクジェット方式などの液滴付与手段を用いて簡易な方法で導電性膜を形成した電子放出素子において、簡易な工程を付加するだけで電子放出部が形成されなかった領域の発生によるリーク電流を防止し、歩留良く電子放出素子を作製することができ、均一な電子放出特性の得られる電子源を構成し、良好な表示特性の画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子放出素子の一実施形態である表面伝導型電子放出素子を示す模式図である。
【図２】本発明の電子放出素子の他の実施形態である表面伝導型電子放出素子を示す平面模式図である。
【図３】図１に示した電子放出素子の製造方法を示す図である。
【図４】フォーミング波形の例を示す図である。
【図５】本発明にかかる真空処理装置の一例を示す概略的構成図である。
【図６】本発明の電子放出素子の放出電流−素子電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）を示す図である。
【図７】本発明の電子源の一実施形態の単純マトリクス配置の電子源を示す概略的構成図である。
【図８】単純マトリクス配置の電子源を用いた本発明の画像形成装置の一実施形態に用いる表示パネルの概略的構成図である。
【図９】図８に示した表示パネルにおける蛍光膜を示す図である。
【図１０】図８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１１】本発明の電子源の一実施形態の梯子状配置の電子源を示す概略的構成図である。
【図１２】梯子状配置の電子源を用いた本発明の画像形成装置の一実施形態に用いる表示パネルの概略的構成図である。
【図１３】本発明の画像形成装置を示すブロック図である。
【図１４】本発明の製造方法にかかる、導電性膜の還元反応特性を示す図である。
【図１５】本発明の製造方法にかかる、導電性膜の凝集反応特性を示す図である。
【図１６】従来の電子放出素子を示す模式図である。
【図１７】図１６に示した電子放出素子の放出電流−素子電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）を示す図である。
【図１８】従来の平面型表面伝導型電子放出素子を示す概略的構成図である。
【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 膜厚の薄い領域
３１ 液滴付与装置
３２ 液滴
５０ 電流計
５１ 電源
５２ 電流計
５３ 高圧電源
５４ アノード電極
５５ 真空容器
５６ 排気ポンプ
７１ 電子源基板
７２ Ｘ方向配線
７３ Ｙ方向配線
７４ 表面伝導型電子放出素子
７５ 結線
８１ リアプレート
８２ 支持枠
８３ ガラス基板
８４ 蛍光膜
８５ メタルバック
８６ フェースプレート
８７ 高圧端子
８８ 外囲器
９１ 黒色導伝材
９２ 蛍光体
１０１ 画像表示パネル
１０２ 走査回路
１０３ 制御回路
１０４ シフトレジスタ
１０５ ラインメモリ
１０６ 同期信号分離回路
１０７ 変調信号発生器
１１０ 電子源基板
１１１ 電子放出素子
１１２ 共通配線
１２０ グリッド電極
１２１ 開口
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
１７０６ ＣＰＵ
１７０７ 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、１７１３ ＴＶ信号受信回路
１７１４ 入力部
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子放出素子、該素子を複数用いた電子源、これを用いた表示装置や露光装置等の画像形成装置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」と称する）、金属／絶縁層／金属型（以下、「ＭＩＭ型」と称する）や、表面電子放出素子等が有る。
【０００３】
ＦＥ型の例としては、ダブリュ・ピイ・ダイク アンド ダブリュ・ダブリュ・ドラン（Ｗ．Ｐ．Ｄｙｋｅ ａｎｄ Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ）「フィールド エミッション（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）」，アドバンス イン エレクトロン フィジックス（Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ），８，８９（１９５６）或いはシイ・エイ・スピント（Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ），「フィジカル プロパティズ オブ シン−フィルム フィールド エミッション カソーズ ウィズ モリブデナム コーンズ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ ｃｏｎｅｓ）」，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）等に開示されたものがある。
【０００４】
また、ＭＩＭ型の例としては、シイ・エイ・ミード（Ｃ．Ａ．Ｍｅａｄ），「オペレーション オブ トンネル−エミッション デバイセズ（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｕｎｎｅｌ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ）」，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、エム・アイ・エリンソン（Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ），Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ．Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ Ｐｈｙｓ．，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［ジイ・ディットマー（Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ）「シン ソリッド フィルムズ（Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ）」，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ２ Ｏ３ ／ＳｎＯ２ 薄膜によるもの［エム・ハートウェル アンド シイ・ジイ・フォンスタッド（Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ），「ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ＥＤ Ｃｏｎｆ．」５１９（１９７５）］、カーボン薄膜によるもの［荒木久 他，真空、第２６巻、第１号、第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、前述のエム・ハートウェルの素子構成を図１８に模式的に示す。同図において１は基板である。また、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０．１ｍｍ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、電子放出を行なう前に導電性膜４に予め通電フォーミングと呼ばれる通電処理を施して電子放出部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の一部に亀裂を発生しており、その亀裂付近から電子放出が行なわれる。
【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、大面積に亘って多数素子を配列形成できる利点がある。そこで、この特徴を生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）にて夫々結線した行を多数行配列（梯子状配置）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】
また、本出願人は、上記電子放出素子の導電性膜の新規な形成方法として、例えば特開平９−６９３３４号公報に開示するような、液滴付与装置を用いる方法を提案している。本方法においては、導電性膜形成溶液を液滴の状態で付与し、乾燥及び／または焼成して導電性膜を得る。当該方法によれば、パターニング工程を行なうことなく導電性膜を形成することができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した、液滴付与による導電性膜形成方法は、パターニング工程が不要であるという長所があるものの、導電性膜形成溶液を液滴の状態で素子電極２、３間に付与するため、導電性膜の膜厚が不均一になる場合があった。図１６に当該方法で形成した電子放出素子の模式図を示す。図中（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【００１４】
図１６に示すように、当該方法によると導電性膜４に局所的に薄い膜厚ｄ’を有する領域６が発生した場合、通電処理による電子放出部５形成工程において、当該領域６には電子放出部５が形成されず、駆動した際に該領域６を通じて無効電流が流れるという問題が生じる場合があった。
【００１５】
本発明の目的は、上記問題を解決した電子放出素子を提供することにあり、具体的には、液滴付与により形成した導電性膜に確実に電子放出部を形成し、無効電流などの問題のない電子放出素子を製造し、該素子を複数用いた電子源、及び該電子源を構成部材とする画像形成装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は先ず、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する電子放出素子の製造方法を提供するものであり、その第一は、基板上に一対の素子電極を形成する工程と、金属元素を含む液体を液滴として付与した後、乾燥及び／または焼成して導電性膜を形成する工程と、真空中で、該導電性膜の膜厚の薄い部分が選択的に還元する温度にて、該導電性膜に加熱処理を施す工程と、前記加熱処理された導電性膜に通電処理を施して電子放出部を形成する工程と、を少なくとも有することを特徴とする。また、第二は、基板上に一対の素子電極を形成する工程と、金属元素を含む液体を液滴として付与した後、乾燥及び／または焼成して導電性膜を形成する工程と、該導電性膜に通電処理を施して電子放出部を形成する工程と、還元雰囲気中で、前記電子放出部の形成された導電性膜の膜厚の薄い部分が選択的に凝集する温度にて、該導電性膜に加熱処理を施す工程と、を少なくとも有することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、上記電子放出素子の製造方法で同一基板上に複数の電子放出素子を形成してなることを特徴とする電子源の製造方法、該製造方法で得られた電子源を、該電子源からの電子線の照射により画像を形成する画像形成部材と組み合わせることを特徴とする画像形成装置の製造方法を提供するものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好ましい実施形態として平面型の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。
【００２２】
図１は、その一実施形態の構成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。図１において、１は基板、２と３は素子電極、４は導電性膜、５は電子放出部、６は膜厚の薄い領域である。また、図２は異なる実施形態の構成を示す平面模式図である。本発明の製造方法は、電子放出部形成工程前に導電性膜４を還元処理する方法と、電子放出部形成工程後に導電性膜４を凝集処理する方法の２通りがあり、図１は前者により製造された電子放出素子、図２は後者により製造された電子放出素子の実施形態を示す。
【００２３】
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。
【００２４】
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、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属或いは合金及びＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ２ 、Ｐｄ−Ａｇ等の金属或いは金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体、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。
【００２５】
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Å〜数百μｍ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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、ＰｄＯ、ＳｎＯ２ 、Ｉｎ２ Ｏ３ 、Ｓｂ２ Ｏ３ 等の酸化物が挙げられる。
【００２８】
導電性膜４には、良好な電子放出特性を得るために、微粒子で構成された微粒子膜を用いるのが好ましい。その膜厚は、素子電極２、３へのステップカバレージ、素子電極２、３間の抵抗値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〜５０ｎｍの範囲とするのが良い。そのシート抵抗値は、１×１０３ 〜１×１０７ Ω／□が好ましい。
【００２９】
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、或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〜数百ｎｍの範囲、好ましくは１ｎｍ〜２０ｎｍの範囲である。
【００３０】
尚、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。
【００３１】
一般に、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」を呼ぶことは広く行なわれている。
【００３２】
しかしながら、それぞれの境は厳密なものではなく、どのよう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。
【００３３】
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２〜３ｎｍ程度までを意味することにする。両者を一括して単に微粒子と書くこともあってけっして厳密なものではなく、だいたいの目安である。粒子を構成する原子の数が２個から数十〜数百個程度の場合はクラスターと呼ぶ。」（第１９５頁２２〜２６行目）と記述されている。
【００３４】
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」の定義では、粒径の下限がさらに小さく、次のようなものであった。
【００３５】
「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”（ｕｌｔｒａ ｆｉｎｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ）と呼ぶことにした。すると１個の超微粒子はおよそ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、第２頁１〜４行目）／「超微粒子よりもさらに小さいもの、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」（同書第２頁１２〜１３行目）。
【００３６】
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、「超微粒子」とは多数の原子・分子の集合体で、粒径の下限は数Å〜１ｎｍ程度、上限は数μｍ程度のものを指すこととする。
【００３７】
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。電子放出部５及びその近傍の導電性膜４には、炭素或いは炭素化合物を有する場合もある。
【００３８】
また、本発明において、図１に示した電子放出素子においては、電子放出部５は膜厚の薄い領域６にも形成されており、図２に示した電子放出素子においては、電子放出部５は膜厚の薄い領域６には形成されておらず、そのかわりに該領域６は凝集処理によって高抵抗化されている。
【００３９】
次に、本発明の電子放出素子の製造方法について説明する。図３は本発明の電子放出素子の製造工程を模式的に示す図であり、図３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。
【００４０】
１）基板１を洗浄、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技術を用いて基板１上に素子電極２、３を形成する（図３（ａ））。
【００４１】
２）素子電極２、３を設けた基板１上に、液滴付与装置３１より導電性膜４の材料の金属を主元素とする溶液を液滴３２の状態で付与する（図３（ｂ））。
【００４２】
本発明に用いる液滴付与装置３１としては、任意の液滴を形成できる装置であればどのような装置であっても構わないが、特に１０ｎｇから数十ｎｇ程度の微小液滴を容易に形成し得るインクジェット方式による装置が好ましい。インクジェット方式の装置としては、エネルギー発生素子として電気熱変換体を用いたバブルジェットタイプ、或いは圧電素子を用いたピエゾジェットタイプ等が使用可能である。
【００４３】
３）所望の液滴を付与した後に膜全体を乾燥及び／または加熱して導電性膜４を得る（図３（ｃ））。
【００４４】
次に、本発明の第一の製造方法においては、この段階で膜厚の薄い領域にのみ還元処理を施して還元する。還元された領域は、低抵抗化するため、後述の電子放出部５を形成する通電処理において、より電流が流れ易くなり、厚い部分同様に電子放出部が形成される。
【００４５】
本発明においては、当該還元処理は膜厚の薄い部分にのみ選択的に行う必要があるが、これは還元処理の方法を選択することによって可能となる。図１４に導電性膜４としてＰｄＯを用いた場合の、真空加熱による還元反応の特性を示す。図１４から明らかな通り、導電性膜４の膜厚ｄと還元温度は線形な特性を有しており、還元温度を制御することにより、導電性膜４の任意の膜厚領域を還元反応させることができる。
【００４６】
本発明者によれば、電子放出部５が形成されにくい領域は、膜厚が導電性膜４の最大膜厚の２５％以下である領域である。よって、好ましくは、膜厚が最大膜厚の２５％以下である部分を選択的に還元するように、還元温度を設定する。
【００４７】
本発明において、上記還元温度を制御して還元反応させる導電性膜の膜厚を制御する還元方法としては、真空中で加熱する方法や、Ｈ２ やＣＯ等の還元雰囲気中で還元させる方法が挙げられる。また、任意の部位を還元する方法として、赤外線、レーザー等を照射して還元する方法等がある。これらの方法のうち、真空中で加熱する方法は、膜厚の薄い部分から還元できるため制御が容易である。還元雰囲気中で還元する方法では、導電性膜４の材料によっては、膜厚の厚い部分から還元する場合があるため、適用できない場合もある。また、赤外線やレーザー等を照射して還元する方法では、電子源を製造する際に、工程が煩雑になり、処理時間が長くなるため、電子源の製造においては不向きである。従って、本発明においては、真空中で基板加熱して還元処理する方法が、短時間に所望の膜厚を同時に制御良く還元処理できることから、最も有効な方法である。基板の加熱には、ホットプレート等を用いることができる。
【００４８】
４）続いて、フォーミングと呼ばれる通電処理を施して、電子放出部５を形成する。即ち、上記素子電極２、３間に、不図示の電源より通電すると、導電性膜４に構造の変化した電子放出部５が形成される（図３（ｃ））。この通電フォーミングにより、導電性膜４を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、構造の変化した部位が電子放出部５である。通電フォーミングの電圧波形の例を図４に示す。
【００４９】
通電フォーミングの電圧波形は、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）に示した方法と、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）に示した方法がある。
【００５０】
先ず、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り、Ｔ１ を１μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ、Ｔ２ を１０μｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃとし、三角波の波高値（通電フォーミング時のピーク電圧）は、表面伝導型電子放出素子の形態に応じて適宜選択し、適当な真空度、例えば１×１０−３Ｐａ程度の真空雰囲気下で、数秒〜数十秒間電圧を印加する。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。
【００５１】
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Ｔ１ 、Ｔ２ と同様である。また三角波の波高値は、例えば０．１Ｖ程度ずつ増加させる。
【００５２】
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する。
【００５３】
本発明の第二の製造方法においては、上記３）の工程において、第一の製造方法にかかる還元処理を行なわず、上記４）の工程により電子放出部５を形成した導電性膜４に凝集処理を施す。即ち、電子放出部５が形成されなかった領域に選択的に凝集処理を施して当該領域を高抵抗化し、駆動時に無効電流が流れないように処理する。
【００５４】
本発明においては、当該凝集処理は電子放出部５が形成されなかった膜厚の薄い部分にのみ選択的に行う必要があるが、これは凝集処理の方法を選択することによって可能となる。図１５に導電性膜４としてＰｄＯを用いた場合の、還元雰囲気中での加熱による凝集反応の特性を示す。図１５から明らかな通り、導電性膜４の膜厚ｄと凝集温度は線形な特性を有しており、凝集温度を制御することにより、導電性膜４の任意の膜厚領域を凝集させることができる。
【００５５】
本発明者によれば、電子放出部５が形成されにくい領域は、膜厚が導電性膜４の最大膜厚の２５％以下である領域である。よって、好ましくは、膜厚が最大膜厚の２５％以下である部分が選択的に凝集するように、凝集温度を設定する。
【００５６】
本発明において、上記凝集温度を制御して凝集反応させる導電性膜の膜厚を制御する凝集方法としては、還元雰囲気中で加熱する方法や、加熱して凝集させる方法が挙げられる。また、任意の部位を凝集させる方法として、赤外線やレーザー等を照射する方法が挙げられる。これらの方法のうち、還元雰囲気中で加熱する方法は、加熱温度を制御することにより選択的に膜厚の薄い部分を凝集させることができ、比較的低い温度で凝集させることができる。また、雰囲気を特定せずに加熱する方法では、導電性膜４の材料によっては、高い温度を必要とするため不向きである。また、赤外線やレーザー等を照射して凝集させる方法では、電子源を製造する際に、工程が煩雑になり、処理時間が長くなるため、電子源の製造においては不向きである。従って、本発明においては、還元雰囲気中で基板加熱して凝集処理する方法が、短時間に所望の膜厚を同時に制御良く凝集処理できることから、最も有効な方法である。基板の加熱には、ホットプレート等を用いることができる。
【００５７】
５）導電性膜４に電子放出部５を形成した素子には、活性化工程と呼ばれる処理を施すのが好ましい。この活性化工程により、素子電流Ｉｆ 、放出電流Ｉｅ を著しく変化させることができる。
【００５８】
活性化工程は、例えば１×１０−２〜１×１０−４Ｐａ程度の真空度で有機物質のガスを含有する雰囲気下で、素子電極２、３間にパルスの印加を繰り返すことで行なうことができる。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。この時の好ましい有機物質のガス圧は、前述の素子電極の形態、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、カルボン酸、スルホン酸等の有機酸類等を挙げることができ、具体的には、メタン、エタン、プロパンなどＣｎ Ｈ２ｎ＋２で表わされる飽和炭化水素、エチレン、プロピレンなどＣｎ Ｈ２ｎ等の組成式で表わ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。
【００５９】
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５０ｎｍ以下が好ましく、３０ｎｍ以下が望ましい。
【００６０】
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、適宜行なうことができる。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。
【００６１】
６）このような工程を経て得られた電子放出素子は、安定化工程を行なうことが好ましい。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できる。
【００６２】
前記活性化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、上記炭素或いは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時には、真空容器全体を加熱して、真空容器内壁や、電子放出素子に吸着した有機物質分子を排気し易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なう。真空容器内の圧力は極力低くすることが必要で、１×１０−４Ｐａ以下が好ましく、さらには１×１０−６Ｐａ以下が特に好ましい。
【００６３】
上記安定化工程を行なった後の駆動時の雰囲気は、上記安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが好ましいが、これに限るものではなく、有機物質が十分除去されていれば、圧力自体は多少上昇しても十分安定な特性を維持することができる。このような真空雰囲気を採用することにより、新たな炭素或いは炭素化合物の堆積を抑制でき、結果として素子電流Ｉｆ 、放出電流Ｉｅ が安定する。
【００６４】
本発明の電子放出素子の基本特性について、前述の平面型表面伝導型電子放出素子を例に挙げて図５、図６を参照しながら説明する。
【００６５】
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。
【００６６】
図５において、５５は真空容器であり、５６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。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。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２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〜１０ｋＶ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２〜８ｍｍの範囲として測定を行なう。
【００６７】
真空容器５５内には、不図示の真空系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なえるようになっている。
【００６８】
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。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なうことができる。
【００６９】
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。
【００７０】
図６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。
【００７１】
第１に、本素子はある電圧（しきい値電圧と呼ぶ；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、一方しきい値電圧Ｖｔｈ以下では放出電流Ｉｅ がほとんど検出されない。つまり、放出電流Ｉｅ に対する明確なしきい値電圧Ｖｔｈを持った非線形素子である。
【００７２】
図１６に示したような、電子放出部５が形成されなかった膜厚の薄い領域６が存在する場合には、図１７に示すように、素子電圧Ｖｆ がかなり低い値でも、素子電流Ｉｆ が検出される。これは領域６を流れて電子放出に関わらない無効な電流（リーク電流）であり、該リーク電流の発生は、素子電極２、３間で電圧降下を発生し、電子放出部５に印加される素子電圧Ｖｆ の実効値を著しく低下させ、その結果、放出電流Ｉｅ の特性も低下させる。
【００７３】
本発明においては、膜厚の薄い領域６にも電子放出部５を形成するか、或いは該領域６を凝集処理により高抵抗化して実質リーク電流が流れないようにしているため、当該リーク電流による電子放出素子の電子放出特性の低下を防止している。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
図６においては、素子電流Ｉｆ も素子電圧Ｖｆ に対して単調増加する（以下、「ＭＩ特性」と称する）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（以下、「ＶＣＮＲ特性」と称する）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。
【００７８】
以上のような本発明の電子放出素子の特徴的特性のため、複数の電子放出素子を配置した電子源は画像形成装置等でも、入力信号に応じて容易に放出電子量を制御することができることとなり、多方面に応用することができる。
【００７９】
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、さらには画像形成装置が構成できる。
【００８０】
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）、この配線と直交する方向（列方向）で、該電子放出素子の上方に配した制御電極（グリッド電極）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。このような配置はいわゆる単純マトリクス配置である。先ず単純マトリクス配置について以下に詳述する。
【００８１】
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、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電子は放出されない。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、電子放出素子を選択して電子放出量を制御できる。
【００８２】
以下、この原理に基づき、本発明の電子放出素子の一実施形態である表面伝導型電子放出素子を複数配置して得られる電子源基板について図７を用いて説明する。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は結線である。
【００８３】
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、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）。
【００８４】
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の全面或いは一部に所望の形状で形成され、特に、Ｘ方向配線７２とＹ方向配線７３の交差部の電位差に耐え得るように、膜厚、材料、製法が適宜設定される。Ｘ方向配線７２とＹ方向配線７３は、それぞれ外部端子として引き出されている。
【００８５】
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。
【００８６】
Ｘ方向配線７２とＹ方向配線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或いは全部が同一であっても、またそれぞれ異なっていても良い。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であると言うこともできる。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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８、図９、及び図１０を用いて説明する。図８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９は図８の画像形成装置に使用される蛍光膜の模式図である。図１０はＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行なうための駆動回路の一例を示すブロック図である。尚、図７に示した部位と同じ部位には同じ符号を付して説明を省略する。尚、便宜上導電性膜４は省略した。
【００９０】
図８において、８１は電子源基板７１を固定したリアプレート、８６はガラス基板８３の内面に蛍光膜８４とメタルバック８５等が形成されたフェースプレートである。８２は支持枠であり、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、例えば大気中或いは窒素中で、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。
【００９１】
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は主に電子源基板７１の強度を補強する目的で設けられるため、基板７１自体で十分な強度を持つ場合は別体のリアプレート８１は不要である。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８８を構成しても良い。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持つ外囲器８８を構成することもできる。
【００９２】
図９は、蛍光膜を示す模式図である。蛍光膜８４は、モノクロームの場合は蛍光体のみ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９（ａ））、或いはブラックマトリクス（図９（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。
【００９３】
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、沈殿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ガラス基板８３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）を行ない、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。
【００９４】
また、フェースプレート８６には、さらに蛍光膜８４の導電性を高めるため、蛍光膜８４の外面側に透明電極（不図示）を設けても良い。
【００９５】
前述の封着を行なう際、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。
【００９６】
図８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。
【００９７】
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、１×１０−５Ｐａ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、封止がなされる。外囲器８８の封止後の真空度を維持するために、ゲッター処理を行なうこともある。これは、外囲器８８の封止を行な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、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。
【００９８】
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１０を用いて説明する。図１０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。
【００９９】
表示パネル１０１は、端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、端子Ｄｙ１〜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〜Ｄｘｍには表示パネル１０１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Ｄｙ１〜Ｄｙｎ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ための加速電圧である。
【０１００】
次に走査回路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１０中、Ｓ１ 〜Ｓｍ 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〜Ｄｘｍと電気的に接続される。各スイッチング素子Ｓ１ 〜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。
【０１０１】
直流電圧源Ｖｘ 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。
【０１０２】
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なわれるように、各部の動作を整合させる機能を有する。制御回路１０３は、同期信号分離回路１０６より送られる同期信号Ｔｓｙｎｃに基づいて、各部に対してＴｓｃａｎ、Ｔｓｆｔ 及びＴｍｒｙ の各制御信号を発生する。
【０１０３】
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）回路等を用いて構成できる。同期信号分離回路１０６により分離された同期信号は、垂直同期信号と水平同期信号よりなるが、ここでは説明の便宜上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信号と表わした。このＤＡＴＡ信号は、シフトレジスタ１０４に入力される。
【０１０４】
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、Ｉｄ１〜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。
【０１０５】
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ための記憶装置であり、制御回路１０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙ に従って適宜Ｉｄ１〜Ｉｄｎの内容を記憶する。記憶された内容は、Ｉｄ’１ 〜Ｉｄ’ｎ として出力され、変調信号発生器１０７に入力される。
【０１０６】
変調信号発生器１０７は、画像データＩｄ’１ 〜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ための信号源であり、その出力信号は、端子Ｄｙ１〜Ｄｙｎを通じて表示パネル１０１内の電子放出素子に印加される。
【０１０７】
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しきい値電圧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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
シフトレジスタ１０４やラインメモリ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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜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。同時に高圧端子８７を介してメタルバック８５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８４に衝突し、発光が生じて画像が形成される。
【０１１３】
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ＮＴＳＣ方式を挙げたが、入力信号はこれに限られるものではなく、ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭ方式等の他、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、ＭＵＳＥ方式をはじめとする高品位ＴＶ）方式も採用できる。
【０１１４】
次に、前述の梯子状配置の電子源及び画像形成装置について、図１１及び図１２を用いて説明する。
【０１１５】
図１１は、梯子状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。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）。この素子行が複数行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しきい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しきい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 〜Ｄ９ は、例えばＤ２ とＤ３ を一体の同一配線とすることもできる。
【０１１６】
図１２は、梯子状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 〜Ｄｍ は容器外端子、Ｇ１ 〜Ｇｎ はグリッド電極１２０に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１２においては、図８、図１１に示した部位と同じ部位には同一の符号を付した。尚、便宜上導電性膜４は省略した。ここに示した画像形成装置と、図８に示した単純マトリクス配置の画像形成装置との大きな違いは、電子源基板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。
【０１１７】
図１２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、梯子状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は、図１２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。
【０１１８】
容器外端子Ｄ１ 〜Ｄｍ 及びＧ１ 〜Ｇｎ は不図示の制御回路に接続されている。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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
図１３は、上記図８や図１１に示した表示パネルを備えた画像形成装置を、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。
【０１２１】
図中、１７００はディスプレイパネル、１７０１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、１７０８〜１７１０は画像メモリインタフェース回路、１７１１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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
以下、画像信号の流れに沿って各部の機能を説明する。
【０１２４】
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ＮＴＳＣ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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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１７０４に出力される。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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ＣＰＵ１７０６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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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１７０２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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
デコーダ１７０４は、前記１７０７〜１７１３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１７０７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。
【０１３９】
マルチプレクサ１７０３は、前記ＣＰＵ１７０６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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
以上、各部の機能を説明したが、図１３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１７０３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。
【０１４４】
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１７０７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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
尚、図１３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。
【０１４７】
例えば、図１３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。
【０１４８】
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。また、安定で高効率な電子放出特性が実現された電子源を用いることにより、長寿命で明るい高品位なカラーフラットテレビが実現される。
【０１４９】
【実施例】
［実施例１］
本発明第１の実施例として、図１に示した電子放出素子を作製した。その工程を以下に示す。
【０１５０】
（１）基板１として石英基板を用い、これを有機溶剤によって充分に洗浄した後、その基板１上に一般的な真空成膜技術、フォトリソグラフィー技術により、Ｎｉからなる素子電極２及び３を形成した。素子電極の間隔Ｌは１０μｍ、長さＷは６００μｍ、厚さｄは１０００Åとした。
【０１５１】
（２）次に、有機パラジウム含有溶液（奥野製薬（株）製「ｃｃｐ−４２３０」）を、液滴付与装置として圧電素子を用いたインクジェット噴射装置を用いて、液滴の状態にして素子電極２、３間に付与した。
【０１５２】
（３）３００℃で１０分間の加熱処理を行なって、酸化パラジウム（ＰｄＯ）微粒子からなる微粒子膜を形成し、導電性膜４とした。尚、ここで述べる微粒子膜とは、前記したように、複数の微粒子が集合した膜であり、その微細構造として、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或いは重なりあった状態（島状）の膜を指す。この時、導電性膜４の膜厚は２００Åで、中央部が厚く、周辺に向かって徐々に薄くなっていた。
【０１５３】
（４）１×１０−３Ｐａの真空雰囲気下で、加熱装置により基板を１４０℃に加熱し、導電性膜４の膜厚の薄い領域６を還元させた。
【０１５４】
（５）上記（４）の真空雰囲気下で素子電極２、３間に所定の電圧を印加してフォーミング処理を施し、電子放出部５を形成した。
【０１５５】
上述の製造方法により、表面伝導型電子放出素子を１０素子作製し、図５に示した測定装置で特性を測定したところ、いずれの素子においても、素子電流Ｉｆ のリーク電流が認められず、良好な電子放出特性が得られた。
【０１５６】
また、本実施例の電子放出素子を同一基板上に複数個マトリクス状に接続し、図８に示した構成の表示パネルを作製して画像形成装置を構成し、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づきテレビジョン表示を行なったところ、問題のない良好な表示が得られた。
【０１５７】
［実施例２］
本発明第２の実施例として、図２に示した電子放出素子を作製した。その工程を以下に示す。
【０１５８】
（１）実施例１の（１）と同じ。
【０１５９】
（２）液滴付与装置としてバブルジェット方式のインクジェット噴射装置を用い、導電性膜４の形成溶液として酢酸Ｐｄの０．１重量％水溶液を用い、素子電極２、３間に該溶液の液滴を付与した。
【０１６０】
（３）３５０℃で１０分間の加熱処理を行なって、酸化パラジウム（ＰｄＯ）微粒子からなる微粒子膜を形成し、導電性膜４とした。この導電性膜４の膜厚は２５０Åで、中央部が厚く、周辺に向かって徐々に薄くなっていた。
【０１６１】
（４）１×１０−３Ｐａの真空雰囲気下で素子電極２、３間に所定の電圧を印加してフォーミング処理を施し、電子放出部５を形成した。
【０１６２】
（５）Ｈ２ 雰囲気下で加熱装置により基板を２８０℃に加熱し、導電性膜４の膜厚の薄い領域６を凝集させた。
【０１６３】
上述の製造方法により、表面伝導型電子放出素子を１０素子作製し、図５に示した測定装置で特性を測定したところ、いずれの素子においても、素子電流Ｉｆ のリーク電流が認められず、良好な電子放出特性が得られた。
【０１６４】
また、本実施例の電子放出素子を同一基板上に複数個複数本の梯子状に接続し、図１２に示した構成の表示パネルを作製して画像形成装置を構成し、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づきテレビジョン表示を行なったところ、問題のない良好な表示が得られた。
【０１６５】
［比較例１］
（４）の工程を行なわない以外は実施例１と同様にして表面伝導型電子放出素子を１０素子作製した。その結果、リーク電流が発生しなかった素子は５素子で、他の５素子については、０．２〜１．４％の無効電流が認められた。また、測定終了後に電子放出部を観察したところ、導電性膜の端部では亀裂が完全に形成されておらず、亀裂の形成されていない領域の導電性膜の膜厚を測定したところ、１０〜４５Åであり、最大膜厚の５〜２２．５％であった。リーク電流は、亀裂が形成されていない領域を通じて流れたものと推定される。
【０１６６】
［比較例２］
（５）の工程を行なわない以外は実施例２と同様にして表面伝導型電子放出素子を１０素子作製した。その結果、リーク電流が発生しなかった素子は５素子で、他の５素子については、０．３〜１．６％の無効電流が認められた。また、測定終了後に電子放出部を観察したところ、導電性膜の端部では亀裂が完全に形成されておらず、亀裂の形成されていない領域の導電性膜の膜厚を測定したところ、１５〜５５Åであり、最大膜厚の６〜２２％であった。リーク電流は、亀裂が形成されていない領域を通じて流れたものと推定される。
【０１６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、インクジェット方式などの液滴付与手段を用いて簡易な方法で導電性膜を形成した電子放出素子において、簡易な工程を付加するだけで電子放出部が形成されなかった領域の発生によるリーク電流を防止し、歩留良く電子放出素子を作製することができ、均一な電子放出特性の得られる電子源を構成し、良好な表示特性の画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子放出素子の一実施形態である表面伝導型電子放出素子を示す模式図である。
【図２】本発明の電子放出素子の他の実施形態である表面伝導型電子放出素子を示す平面模式図である。
【図３】図１に示した電子放出素子の製造方法を示す図である。
【図４】フォーミング波形の例を示す図である。
【図５】本発明にかかる真空処理装置の一例を示す概略的構成図である。
【図６】本発明の電子放出素子の放出電流−素子電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）を示す図である。
【図７】本発明の電子源の一実施形態の単純マトリクス配置の電子源を示す概略的構成図である。
【図８】単純マトリクス配置の電子源を用いた本発明の画像形成装置の一実施形態に用いる表示パネルの概略的構成図である。
【図９】図８に示した表示パネルにおける蛍光膜を示す図である。
【図１０】図８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１１】本発明の電子源の一実施形態の梯子状配置の電子源を示す概略的構成図である。
【図１２】梯子状配置の電子源を用いた本発明の画像形成装置の一実施形態に用いる表示パネルの概略的構成図である。
【図１３】本発明の画像形成装置を示すブロック図である。
【図１４】本発明の製造方法にかかる、導電性膜の還元反応特性を示す図である。
【図１５】本発明の製造方法にかかる、導電性膜の凝集反応特性を示す図である。
【図１６】従来の電子放出素子を示す模式図である。
【図１７】図１６に示した電子放出素子の放出電流−素子電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）を示す図である。
【図１８】従来の平面型表面伝導型電子放出素子を示す概略的構成図である。
【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 膜厚の薄い領域
３１ 液滴付与装置
３２ 液滴
５０ 電流計
５１ 電源
５２ 電流計
５３ 高圧電源
５４ アノード電極
５５ 真空容器
５６ 排気ポンプ
７１ 電子源基板
７２ Ｘ方向配線
７３ Ｙ方向配線
７４ 表面伝導型電子放出素子
７５ 結線
８１ リアプレート
８２ 支持枠
８３ ガラス基板
８４ 蛍光膜
８５ メタルバック
８６ フェースプレート
８７ 高圧端子
８８ 外囲器
９１ 黒色導伝材
９２ 蛍光体
１０１ 画像表示パネル
１０２ 走査回路
１０３ 制御回路
１０４ シフトレジスタ
１０５ ラインメモリ
１０６ 同期信号分離回路
１０７ 変調信号発生器
１１０ 電子源基板
１１１ 電子放出素子
１１２ 共通配線
１２０ グリッド電極
１２１ 開口
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
１７０６ ＣＰＵ
１７０７ 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、１７１３ ＴＶ信号受信回路
１７１４ 入力部
Claims (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する電子放出素子の製造方法であって、基板上に一対の素子電極を形成する工程と、金属元素を含む液体を液滴として付与した後、乾燥及び／または焼成して導電性膜を形成する工程と、真空中で、該導電性膜の膜厚の薄い部分が選択的に還元する温度にて、該導電性膜に加熱処理を施す工程と、前記加熱処理された導電性膜に通電処理を施して電子放出部を形成する工程と、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。
- 上記導電性膜を還元性の材料で形成することを特徴とする請求項１記載の電子放出素子の製造方法。
- 上記加熱処理を施す部分の膜厚が、該導電性膜の最も厚い膜厚の２５％以下であることを特徴とする請求項１または２記載の電子放出素子の製造方法。
- 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する電子放出素子の製造方法であって、基板上に一対の素子電極を形成する工程と、金属元素を含む液体を液滴として付与した後、乾燥及び／または焼成して導電性膜を形成する工程と、該導電性膜に通電処理を施して電子放出部を形成する工程と、還元雰囲気中で、前記電子放出部の形成された導電性膜の膜厚の薄い部分が選択的に凝集する温度にて、該導電性膜に加熱処理を施す工程と、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。
- 上記加熱処理を施す部分の膜厚が、該導電性膜の最も厚い膜厚の２５％以下であることを特徴とする請求項４記載の電子放出素子の製造方法。
- 請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法で同一基板上に複数の電子放出素子を形成してなることを特徴とする電子源の製造方法。
- 請求項６記載の製造方法で得られた電子源を、該電子源からの電子線の照射により画像を形成する画像形成部材と組み合わせることを特徴とする画像形成装置の製造方法。
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