JP3673667B2

JP3673667B2 - 電子放出素子、電子源、及び画像形成装置

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Publication number: JP3673667B2
Application number: JP04886999A
Authority: JP
Inventors: 久美中村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 1999-02-25
Publication date: 2005-07-20
Anticipated expiration: 2019-02-25
Also published as: JP2000251628A

Description

【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、電子放出素子には大別して熱電子放出素子と冷陰極電子放出素子の２種類が知られている。冷陰極電子放出素子には電界放出型（以下、「ＦＥ型」と称す。）、金属／絶縁層／金属型（以下、「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．ＤｙｋｅａｎｄＷ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“ＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）あるいはＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ， “ＰｈｙｓｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）等に開示されたものが知られている。
【０００４】
ＭＩＭ型の例としては、Ｃ．Ａ．Ｍｅａｄ， “ＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＴｕｎｎｅｌ−ＥｍｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３２，６４６（１９６１）等に開示されたものが知られている。
【０００５】
表面伝導型電子放出素子の例としては、Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，ＲａｄｉｏＥｎｇ．ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１０，１２９０（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［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの［Ｍ．ＨａｒｔｗｅｌｌａｎｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．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２２に模式的に示す。同図において１は基板である。４は導電性膜で、Ｈ型形状のパターンに形成された金属酸化物薄膜等からなり、後述の通電フォーミングと呼ばれる通電処理により電子放出部５が形成される。尚、図中の素子電極間隔Ｌは、０．５〜１ｍｍ、Ｗ’は、０．１ｍｍ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、電子放出を行う前に導電性膜４を予め通電フォーミングと呼ばれる通電処理によって電子放出部５を形成するのが一般的である。即ち、通電フォーミングとは、前記導電性膜４の両端に電圧を印加通電し、導電性膜４を局所的に破壊、変形もしくは変質させて構造を変化させ、電気的に高抵抗な状態の電子放出部５を形成する処理である。尚、電子放出部５では導電性膜４の一部に亀裂が発生しており、その亀裂付近から電子放出が行われる。
【０００９】
また、通電フォーミングにより電子放出部５の形成された表面伝導型電子放出素子に活性化と呼ばれる処理を施すことにより、素子から放出される電子ビームの強度を著しく向上させることができる。この活性化処理は、有機物質の存在する真空中で素子に電圧印加を行うもので、これにより上記有機物質から生成した炭素及び／又は炭素化合物よりなる堆積膜が電子放出部５付近に形成されるものである。
【００１０】
これらの構成及び製造方法については、例えば本出願人による出願明細書中に一例が記載されている（例えば、特開平７−２３５２５５号公報、特開平８−７７４９号公報など）。
【００１１】
上述の表面伝導型電子放出素子は、構造が単純であることから、大面積に亙って多数素子を配列形成できる利点がある。そこで、この特徴を活かすための種々の応用が研究されている。例えば、荷電ビーム源、表示装置等の画像形成装置への利用が挙げられる。
【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（両素子電極）を配線（共通配線とも呼ぶ）にて夫々結線した行を多数行配列（梯子型配置とも呼ぶ）した電子源が挙げられる（例えば、特開昭６４−３１３３２号公報、特開平１−２８３７４９号公報、同２−２５７５５２号公報）。
【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】
しかしながら、従来の電子放出素子では、素子電極ならびに導電性膜の形態の組み合わせによって、電子放出部の近傍に絶縁面が広く露出している場合があり、場合によっては電子放出時に基板がチャージアップして輝点形状が変形したり、輝点の端部の輝度が揺らいだりすることがあった。
【００１５】
また、このような電子放出素子を用いて電子源を作成した場合には、輝点の全領域において輝度の安定した電子ビームが得られなかった。さらに、このような電子放出素子を用いて画像形成装置を作成すると、各輝点の輝点形状の変形のため高精細な像が得られず、端部の輝度が揺らぎ、ひどい場合には全体として画像に輝度むらが発生していた。
【００１６】
このような現象を防止するため、特開平１−２９８６２４号公報には、素子周辺全体に帯電防止膜をオーバーコートし、絶縁面のチャージアップを防止する提案がなされている。
【００１７】
しかし、同公報に開示された電子放出素子では、帯電防止膜の膜抵抗が高過ぎると、帯電防止膜としての用をなさない。一方、帯電防止膜の膜抵抗が低すぎると、基板表面のチャ−ジアップは解消されるものの、一対の素子電極間にリーク電流が発生して電子放出効率が落ちるため、同じ電力を投入しても輝度が落ちてしまう。
【００１８】
したがって、帯電防止膜の膜抵抗は、好ましくは５×１０⁸ Ω／□程度とすることが求められ、膜抵抗の管理に非常に注意する必要があった。
【００１９】
また、特開平１−２９８６２４号公報に開示された電子放出素子を複数並べて配線でつないだ場合等、段差が大きくなった際に、段差部分においては、放電防止膜のカバレージ不良等、抵抗の制御が難しくなる場合があった。
【００２０】
本発明の目的は、上記課題を鑑み、従来の電子放出素子と同等以上の品質を有し、簡便な作成手段にて所望の形態の電子ビ−ムが得られ、また電子ビームの端部が揺らいだりしない安定な電子放出素子の新規な構成、並びにそれを用いた電子源、画像形成装置、及びそれらの製造方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成すべく成された本発明の構成は、以下の通りである。
【００２２】
即ち、本発明の第一は、基体上に形成された一対の電極間にまたがって存在する導電性膜に、電子放出部を有する電子放出素子において、電極間の導電性膜に両電極の連絡を分断する一筋の亀裂が形成されており、その亀裂の端部を含む、上記導電性膜の縁部に接してカーボンを主成分とする膜が基体上に形成されている領域が存在し、そのカーボンを主成分とする膜には、上記導電性膜の亀裂に接続する亀裂が存在していることを特徴とする電子放出素子にある。
【００２５】
また、本発明の第二は、入力信号に応じて電子を放出する電子源であって、基体上に、上記本発明の第一の電子放出素子を複数配置したことを特徴とする電子源にある。
【００２７】
また、本発明の第三は、入力信号に基づいて画像を形成する装置であって、少なくとも、上記本発明の第二の電子源と、該電子源から放出される電子線の照射により画像を形成する画像形成部材とを有することを特徴とする画像形成装置にある。
【００２９】
本発明によれば、導電性膜の縁部に接してカーボンを主成分とする膜が基体上に形成されている領域が存在するので、その部位に導電性を持たせることにより、導電性膜の端部近傍のガラス基板の帯電を抑制することができ、これにより輝点端部の形状が変形したり、輝点端部の輝度が揺らいだりすることが防止される。
【００３０】
また、カーボンを主成分とする膜には、導電性膜の亀裂に接続する亀裂が存在していることから、膜抵抗の管理に非常に注意しなくても、無効なリーク電流の発生が防止される。
【００３１】
また、個々の輝点の揺らぎを防止することにより、画像形成装置の画面全体に生じる揺らぎを防止することができる。さらに、輝点形状の変形による色にじみを防止し、高精細化を図ることができるものである。
【００３２】
【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。
【００３３】
図１は、本発明の電子放出素子の一構成例を示す模式図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は縦断面図である。図１において、１は基板、２と３は電極（素子電極）、４は導電性膜、５は電子放出部、６はカーボン膜である。
【００３４】
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。
【００３５】
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等の金属或は合金及びＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ₂ 、Ｐｄ−Ａｇ等の金属或は金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体、Ｉｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ 等の透明導電体及びポリシリコン等の半導体導体材料等から適宜選択される。
【００３６】
素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、導電性膜４の形状等は、応用される形態等を考慮して、設計される。素子電極間隔Ｌは、好ましくは、数百ｎｍから数百μｍの範囲とすることができ、より好ましくは、素子電極間に印加する電圧等を考慮して数μｍから数十μｍの範囲とすることができる。素子電極長さＷは、電極の抵抗値、電子放出特性を考慮して、数μｍから数百μｍの範囲とすることができる。素子電極２，３の膜厚ｄは、数十ｎｍから数μｍの範囲とすることができる。
【００３７】
尚、図１に示した構成とは別に、基板１上に、カーボン膜６、導電性膜４、素子電極２，３の順に形成した構成とすることもできる。また、製法によっては、対向する素子電極２，３間の全てが電子放出部として機能する場合もある。
【００３８】
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 ，ＰｂＯ，Ｓｂ₂ Ｏ₃ 等の酸化物導電体、ＨｆＢ₂ ，ＺｒＢ₂ ，ＬａＢ₆ ，ＣｅＢ₆ ，ＹＢ₄ ，ＧｄＢ₄ 等の硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体、等が挙げられる。
【００３９】
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。その抵抗値は、Ｒｓが１０² Ω／□から１０⁷ Ω／□の値であるのが好ましい。なお、Ｒｓは、幅がｗで長さがｌの薄膜の長さ方向に測定した抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ（ｌ／ｗ）と置いたときに現れる値である。
【００４０】
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。
【００４１】
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あるいは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、０．１ｎｍの数倍から数百ｎｍの範囲、好ましくは１ｎｍから２０ｎｍの範囲である。
【００４２】
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。小さな粒子を「微粒子」と呼び、これよりも小さなものを「超徴粒子」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。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「徴粒子」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。
【００４３】
「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）では次のように記述されている。「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。」（１９５ぺージ２２〜２６行目）。
【００４４】
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。「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１０² 〜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ぺ−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−と呼ばれる」（同書２ぺ−ジ１２〜１３行目）。
【００４５】
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０．１ｎｍの数倍から１ｎｍ程度、上限は数μｍ程度のものを指すこととする。
【００４６】
電子放出部５は、導電性膜４の一部に形成された高抵抗の亀裂により構成され、その内部には、数Åから数十ｎｍの範囲の粒径の導電性微粒子が存在する場合もある。この導電性微粒子は、導電性膜４を構成する材料の元素の一部、あるいは全ての元素を含有するものとなる。また、電子放出部５及びその近傍の導電性膜４には、活性化工程によって形成される炭素あるいは炭素化合物を有することもできる。
【００４７】
カーボンを主成分とする膜６は、電子放出部５を含む導電性膜４の縁部に接して形成されている。また、カーボンを主成分とする膜６の一部には亀裂７が形成されており、この亀裂７は一端が導電性膜４の電子放出部５に含まれる亀裂と接続している。
【００４８】
上記の電子放出素子において、電子放出部５から放出された電子は、通常放出時に電子自身が持っているエネルギーと上部に設置されたアノード電極（不図示）と素子電極２，３ならびに導電性膜４から構成される電界の影響とでその飛行経路が決定される。
【００４９】
これらの電子のうち、アノード電極に向かうものは放出電子として画像形成装置の輝点などとして機能するが、全てがアノード電極に向かうわけではなく、放出時の運動エネルギーが小さいものは上記電界の影響で素子側に引き戻され、素子電極２，３や導電性膜４ならびに絶縁性基板１に衝突する。その際、素子電極２，３や導電性膜４などの導電性物質上に落ちた場合は、膜電流として素子内を流れるのみで問題ないが、基板１上に落ちた場合は絶縁性物質であるためチャージアップが起こり、その近辺を通過する電子の軌道に影響を及ぼしてしまうため、結果として輝点が変形を引き起こす原因となっていた。
【００５０】
これらのことから、本発明では電子放出部５から所定距離の範囲にカーボンを主成分とする膜６を形成し、その部位に導電性を持たせることにより、これら輝点の変形を防ぐものである。また、カーボンを主成分とする膜６の一部に亀裂７を設けることにより、輝点の変形を防ぎ、かつリーク電流を増加させないものである。
【００５１】
本発明の電子放出素子の製造方法としては様々な方法があるが、その一例を図２に基づいて説明する。尚、図２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。
【００５２】
１）基板１を洗剤、純水及び有機溶剤等を用いて十分に洗浄し、真空蒸着法、スパッタ法等により素子電極材料を堆積後、例えばフォトリソグラフィー技術を用いて基板１上に素子電極２及び３を形成する（図２（ａ）（ｂ））。
【００５３】
２）素子電極２，３を設けた基板１上に、有機金属溶液を塗布して、有機金属膜を形成する。有機金属溶液には、前述の微粒子膜の材料の金属を主元素とする有機化合物の溶液を用いることができる。この有機金属膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッチング等によりパターニングし、導電性膜４を形成する（図２（ｃ））。ここでは、有機金属溶液の塗布法を挙げて説明したが、導電性膜４の形成法はこれに限られるものではなく、真空蒸着法、スパッタ法、化学的気相堆積法、分散塗布法、ディッピング法、スピンナー法等を用いることもできる。
【００５４】
また、ここでは、リフトオフ、エッチング等のレジストプロセスを用いたパターニング方法を用いて説明したが、この他にも例えば特開平９−６９３３４号公報で提案されたようなインクジェット方式による塗布方法等を用いると、製造工程を簡略化することができ、ローコスト化を図ることができる。
【００５５】
３）次に、フォーミングと呼ばれる通電処理を施す。素子電極２，３間に通電を行うと、導電性膜４の部位に電子放出部５が形成される（図２（ｄ））。通電フォーミングによれば、導電性膜４に局所的に破壊、変形もしくは変質等の構造の変化した部位が形成される。該部位が電子放出部５を構成する。
【００５６】
通電フォーミングの電圧波形の例を図３に示す。
【００５７】
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３（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３（ｂ）に示した手法がある。
【００５８】
まず、パルス波高値を定電圧とした場合について図３（ａ）で説明する。図３（ａ）におけるＴ₁ 及びＴ₂ は電圧波形のパルス幅とパルス間隔である。三角波の波高値（ピーク電圧）は、電子放出素子の形態に応じて適宜選択される。このような条件のもと、例えば、数秒から数十分間電圧を印加する。パルス波形は、三角波に限定されるものではなく、矩形波等の所望の波形を採用することができる。
【００５９】
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３（ｂ）で説明する。図３（ｂ）におけるＴ₁ 及びＴ₂ は、図３（ａ）に示したのと同様とすることができる。三角波の波高値（ピーク電圧）は、例えば０．１Ｖステップ程度づつ、増加させることができる。
【００６０】
通電フォーミング処理の終了は、パルス間隔Ｔ₂ 中に、導電性膜４を局所的に破壊，変形しない程度の電圧を印加し、電流を測定して検知することができる。例えば０．１Ｖ程度の電圧印加により流れる電流を測定し、抵抗値を求めて、１ＭΩ以上の抵抗を示した時、通電フォーミングを終了させる。
【００６１】
フォーミング処理以降の電気的処理は、例えば図４に示すような真空処理装置内で行うことができる。この真空処理装置は測定評価装置としての機能をも兼ね備えている。図４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。
【００６２】
図４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。また、５１は電子放出素子に素子電圧Ｖ_f を印加するための電源、５０は素子電極２，３間を流れる素子電流Ｉ_f 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Ｉ_e を捕捉するためのアノード電極、５３はアノード電極５４に電圧を印加するための高圧電源、５２は電子放出部５より放出される放出電流Ｉ_e を測定するための電流計である。一例として、アノード電極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２ｍｍ〜８ｍｍの範囲として測定を行うことができる。
【００６３】
真空容器５５内には、真空計６０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。また、真空容器５５には、炭素化合物源５７がバルブ５９を介して接続されている。
【００６４】
電子放出素子の素子電流Ｉ_f 、放出電流Ｉ_e の測定に当たっては、素子電極２，３に電源５１と電流計５０とを接続し、電子放出素子の上方に電源５３と電流計５２とを接続したアノード電極５４を配置している。
【００６５】
また、電子放出素子及びアノード電極５４は真空容器５５内に設置され、この真空容器５５には排気ポンプ５６及び真空計６０等の真空容器５５に必要な機器が具備されており、所望の真空下で素子の測定評価を行えるようになっている。
【００６６】
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。
【００６７】
４）次に、フォーミングを終えた素子に活性化工程と呼ばれる処理を施しても良い。
【００６８】
活性化工程は、例えば、有機物質のガスを含有する雰囲気下で、通電フォーミングと同様に、素子電極２，３間にパルスの印加を繰り返すことで行うことができ、この処理により、雰囲気中に存在する有機物質から、炭素あるいは炭素化合物が素子上に堆積し、素子電流Ｉ_f 、放出電流Ｉ_e が、著しく変化するようになる。
【００６９】
活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉ_f と放出電流Ｉ_e を測定しながら、適宜行うことができる。
【００７０】
以上の活性化工程終了後、続いてカーボンを主成分とする膜６を形成する。カーボンを主成分とする膜６を形成する工程（以下カーボン膜形成工程と記す）は、例えば、有機物質のガスを含有する雰囲気下で、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、例えば一旦十分に排気した真空中に適当な有機物質を導入することによっても得られる。
【００７１】
このときの好ましい有機物質のガス圧は、前述の応用の形態、真空容器の形状や、有機物質の種類などにより異なるため場合に応じ適宜設定される。
【００７２】
有機物質材料としては、真空容器内の電子放出素子に均一に供給できる有機物質であれば良く、例えばベンゾニトリル、トルニトリル、アセトニトリル、及びこれらの混合物等が挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００７３】
この処理により、炭素あるいは炭素化合物が素子上に堆積し、導電性膜４の縁部及び電子放出部５に接した位置にカーボンを主成分とする膜６が形成され、電子放出部５の端部近辺の基板上を覆って、帯電防止の効果をあらわすようになる。このカーボン膜６の面積はパルスの印加時間（＝印加したパルスのパルス幅×パルスの数）を長くするほど、また、有機物質のガス圧が大きくなるほど大きくなり、帯電防止の効果が大きくなるため、パルスの印加時間及び有機物質のガス圧は適宜設定される。
【００７４】
カーボンを主成分とする膜６の膜は、カーボンを主成分とするもので、導電性の物であればよい。例えばグラファイト（いわゆるＨＯＰＧ’，ＰＧ（，ＧＣ）を包含する。ＨＯＰＧはほぼ完全なグラファイトの結晶構造、ＰＧは結晶粒が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。）などが挙げられる。
【００７５】
５）このような工程を経て得られた電子放出素子は、安定化工程を行うことが好ましい。この工程は、活性化処理した真空度より高い真空度の真空雰囲気にし、素子周辺や真空容器内から有機物質を除去する工程である。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。
【００７６】
真空容器内の有機成分の分圧は、上記炭素あるいは炭素化合物がほぼ新たに堆積しない分圧で１０^-6Ｐａ以下が好ましく、さらには１０^-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。このときの加熱条件は、８０〜３００℃好ましくは１５０℃以上で、できるだけ長時間処理するのが望ましいが、特にこの条件に限るものではなく、真空容器の大きさや形状、電子放出素子の構成などの諸条件により適宜選ばれる条件により行う。真空容器内の圧力は極力低くすることが必要で、１０^-5Ｐａ以下が好ましく、さらには１０^-6Ｐａ以下が特に好ましい。
【００７７】
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Ｉ_f ，放出電流Ｉ_e が、安定する。
【００７８】
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を参照しながら説明する。
【００７９】
図５は、図４に示した真空処理装置を用いて測定された放出電流Ｉ_e 及び素子電流Ｉ_f と、素子電圧Ｖ_f との関係を模式的に示した図である。図５においては、放出電流Ｉ_e が素子電流Ｉ_f に比べて著しく小さいので、任意単位で示している。尚、縦・横軸ともリニアスケールである。
【００８０】
図５からも明らかなように、本発明の電子放出素子は、放出電流Ｉ_e に関して次の３つの特徴的性質を有する。
【００８１】
即ち、第１に、本素子はある電圧（閾値電圧と呼ぶ；図５中のＶ_th）以上の素子電圧を印加すると急激に放出電流Ｉ_e が増加し、一方閾値電圧Ｖ_th以下では放出電流Ｉ_e が殆ど検出されない。つまり、放出電流Ｉ_e に対する明確な閾値電圧Ｖ_thを持った非線形素子である。
【００８２】
第２に、放出電流Ｉ_e が素子電圧Ｖ_f に単調増加依存するため、放出電流Ｉ_e は素子電圧Ｖ_f で制御できる。
【００８３】
第３に、アノード電極５４（図４参照）に捕捉される放出電荷は、素子電圧Ｖ_f を印加する時間に依存する。つまり、アノード電極５４に捕捉される電荷量は、素子電圧Ｖ_f を印加する時間により制御できる。
【００８４】
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。
【００８５】
図５においては、素子電流Ｉ_f が素子電圧Ｖ_f に対して単調増加する（ＭＩ特性）例を示したが、素子電流Ｉ_f が素子電圧Ｖ_f に対して電圧制御型負性抵抗特性（ＶＣＮＲ特性）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。
【００８６】
次に、本発明の電子放出素子の応用例について以下に述べる。本発明の電子放出素子を複数個基板上に配列し、例えば電子源や画像形成装置が構成できる。
【００８７】
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。
【００８８】
本発明の電子放出素子については、前述した通り３つの特性がある。即ち、表面伝導型電子放出素子からの放出電子は、閾値電圧以上では、対向する素子電極間に印加するパルス状電圧の波高値と幅で制御できる。一方、閾値電圧以下では、殆ど放出されない。この特性によれば、多数の電子放出素子を配置した場合においても、個々の素子にパルス状電圧を適宜印加すれば、入力信号に応じて、表面伝導型電子放出素子を選択して電子放出量を制御できる。
【００８９】
以下この原理に基づき、本発明の電子放出素子を複数配して得られる電子源基板について、図６を用いて説明する。図６において、７１は電子源基板、７２はＸ方向配線、７３はＹ方向配線である。７４は電子放出素子、７５は結線である。
【００９０】
ｍ本のＸ方向配線７２は、Ｄ_x1，Ｄ_x2，……，Ｄ_xmからなり、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等を用いて形成された導電性金属等で構成することができる。配線の材料、膜厚、幅は適宜設計される。Ｙ方向配線７３は、Ｄ_y1，Ｄ_y2……Ｄ_yn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）。
【００９１】
不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等を用いて形成されたＳｉＯ₂ 等で構成される。例えば、Ｘ方向配線７２を形成した基板７１の全面或は一部に所望の形状で形成され、特に、Ｘ方向配線７２とＹ方向配線７３の交差部の電位差に耐え得るように、膜厚、材料、製法が適宜設定される。Ｘ方向配線７２とＹ方向配線７３は、それぞれ外部端子として引き出されている。
【００９２】
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。
【００９３】
配線７２と配線７３を構成する材料、結線７５を構成する材料及び一対の素子電極を構成する材料は、その構成元素の一部あるいは全部が同一であっても、また夫々異なってもよい。これらの材料は、例えば前述の素子電極の材料より適宜選択される。素子電極を構成する材料と配線材料が同一である場合には、素子電極に接続した配線は素子電極ということもできる。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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７と図８及び図９を用いて説明する。図７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８は、図７の画像形成装置に使用される蛍光膜の模式図である。図９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。
【００９７】
図７において、７１は電子放出素子を複数配した電子源基板、８１は電子源基板７１を固定したリアプレート、８６はガラス基板８３の内面に蛍光膜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。
【００９８】
７４は、図１に示したような電子放出素子である。７２，７３は、表面伝導型電子放出素子の一対の素子電極と接続されたＸ方向配線及びＹ方向配線である。
【００９９】
外囲器８８は、上述の如く、フェースプレート８６、支持枠８２、リアプレート８１で構成される。リアプレート８１は主に基板７１の強度を補強する目的で設けられるため、基板７１自体で十分な強度を持つ場合は別体のリアプレート８１は不要とすることができる。即ち、基板７１に直接支持枠８２を封着し、フェースプレート８６、支持枠８２及び基板７１で外囲器８８を構成してもよい。一方、フェースプレート８６とリアプレート８１の間に、スペーサーと呼ばれる不図示の支持体を設置することにより、大気圧に対して十分な強度をもつ外囲器８８を構成することもできる。
【０１００】
図８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８（ａ））あるいはブラックマトリクス（図８（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。
【０１０１】
ガラス基板８３に蛍光体を塗布する方法は、モノクローム、カラーによらず、沈澱法や印刷法等が採用できる。蛍光膜８４の内面側には、通常メタルバック８５が設けられる。メタルバックを設ける目的は、蛍光体の発光のうち内面側への光をフェースプレート８６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。
【０１０２】
フェースプレート８６には、更に蛍光膜８４の導電性を高めるため、蛍光膜８４の外面側に透明電極（不図示）を設けてもよい。
【０１０３】
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。
【０１０４】
図７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。
【０１０５】
外囲器８８内は、適宜加熱しなから、イオンポンプ、ソープションポンプ等のオイルを使用しない排気装置により不図示の排気管を通じて排気し、１０^-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１×１０^-5Ｐａ以上の真空度を維持するものである。ここで、電子放出素子のフォーミング処理以降の工程は適宜設定できる。
【０１０６】
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９を用いて説明する。図９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。
【０１０７】
表示パネル１０１は、端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm 、端子Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn 及び高圧端子８７を介して外部の電気回路と接続している。端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm には、表示パネル１０１内に設けられている電子源、即ち、ｍ行ｎ列の行列状にマトリクス配線された電子放出素子群を１行（ｎ素子）づつ順次駆動する為の走査信号が印加される。端子Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn には、前記走査信号により選択された１行の電子放出素子の各素子の出力電子ビームを制御する為の変調信号が印加される。高圧端子８７には、直流電圧源Ｖａより、例えば１０ｋＶの直流電圧が供給されるが、これは電子放出素子から放出される電子ビームに、蛍光体を励起するのに十分なエネルギーを付与する為の加速電圧である。
【０１０８】
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Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm と電気的に接続される。各スイッチング素子Ｓ₁ 乃至Ｓ_m は、制御回路１０３が出力する制御信号Ｔ_scanに基づいて動作するものであり、例えばＦＥＴのようなスイッチング素子を組み合わせることにより構成することができる。
【０１０９】
直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には電子放出素子の特性（電子放出閾値電圧）に基づき、走査されていない素子に印加される駆動電圧が電子放出閾値電圧以下となるような一定電圧を出力するよう設定されている。
【０１１０】
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Ｔ_syncに基づいて、各部に対してＴ_scan，Ｔ_sft 及びＴ_mry の各制御信号を発生する。
【０１１１】
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Ｔ_sync信号として図示した。前記テレビ信号から分離された画像の輝度信号成分は、便宜上ＤＡＴＡ信号と表した。このＤＡＴＡ信号は、シフトレジスタ１０４に入力される。
【０１１２】
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Ｔ_sft に基づいて動作する（即ち、制御信号Ｔ_sft は、シフトレジスタ１０４のシフトクロックであると言い換えてもよい。）。
【０１１３】
シリアル／パラレル変換された画像１ライン分のデータ（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当）は、Ｉ_d1乃至Ｉ_dnのｎ固の並列信号として前記シフトレジスタ１０４より出力される。
【０１１４】
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Ｔ_mry に従って適宜Ｉ_d1乃至Ｉ_dnの内容を記憶する。記憶された内容は、Ｉ_d'1 乃至Ｉ_d'n として出力され、変調信号発生器１０７に入力される。
【０１１５】
変調信号発生器１０７は、画像データＩ_d'1 乃至Ｉ_d'n の各々に応じて、電子放出素子の各々を適切に駆動変調する為の信号源であり、その出力信号は、端子Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn を通じて表示パネル１０１内の電子放出素子に印加される。
【０１１６】
前述したように、本発明の電子放出素子は放出電流Ｉ_e に関して以下の基本特性を有している。即ち、電子放出には明確な閾値電圧Ｖ_thがあり、Ｖ_th以上の電圧が印加された時のみ電子放出が生じる。電子放出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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
デジタル信号式を用いる場合には、同期信号分離回路１０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化する必要かあるが、これには同期信号分離回路１０６の出力部にＡ／Ｄ変換器を設ければ良い。これに関連してラインメモリ１０５の出力信号がデジタル信号かアナログ信号かにより、変調信号発生器１０７に用いられる回路が若干異なったものとなる。即ち、デジタル信号を用いた電圧変調方式の場合、変調信号発生器１０７には、例えばＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増幅回路等を付加する。パルス幅変調方式の場合、変調信号発生器１０７には、例えば高速の発振器及び発振器の出力する波数を計数する計数器（カウンタ）及び計数器の出力値と前記メモリの出力値を比較する比較器（コンパレータ）を組み合わせた回路を用いる。必要に応じて、比較器の出力するパルス幅変調された変調信号を電子放出素子の駆動電圧にまで電圧増幅するための増幅器を付加することもできる。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm 、Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn 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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
次に、前述の梯子型配置の電子源及び画像形成装置について、図１０及び図１１を用いて説明する。
【０１２４】
図１０は、梯子型配置の電子源の一例を示す模式図である。図１０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Ｄ_x1〜Ｄ_x10 であり、これらは外部端子として引き出されている。電子放出素子１１１は、基板１１０上に、Ｘ方向に並列に複数個配置されている（これを素子行と呼ぶ）。この素子行が複数個配置されて、電子源を構成している。各素子行の共通配線間に駆動電圧を印加することで、各素子行を独立に駆動させることができる。即ち、電子ビームを放出させたい素子行には、電子放出閾値以上の電圧を印加し、電子ビームを放出させたくない素子行には、電子放出閾値以下の電圧を印加する。各素子行間に位置する共通配線Ｄ_x2〜Ｄ_x9は、例えばＤ_x2とＤ_x3、Ｄ_x4とＤ_x5、Ｄ_x6とＤ_x7、Ｄ_x8とＤ_x9とを夫々一体の同一配線とすることもできる。
【０１２５】
図１１は、梯子型配置の電子源を備えた画像形成装置におけるパネル構造の一例を示す模式図である。１２０はグリッド電極、１２１は電子が通過するための開口、Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm は容器外端子、Ｇ₁ 乃至Ｇ_n 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１１においては、図７、図１０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７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。
【０１２６】
図１１においては、基板１１０とフェースプレート８６の間には、グリッド電極１２０が設けられている。グリッド電極１２０は、電子放出素子１１１から放出された電子ビームを変調するためのものであり、梯子型配置の素子行と直交して設けられたストライプ状の電極に電子ビームを通過させるため、各素子に対応して１個ずつ円形の開口１２１が設けられている。グリッド電極の形状や配置位置は、図１１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。
【０１２７】
容器外端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm 及びグリッド容器外端子Ｇ₁ 乃至Ｇ_n は、不図示の制御回路と電気的に接続されている。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
【実施例】
以下に、具体的な実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の目的が達成される範囲内での各要素の置換や設計変更がなされたものをも包含する。
【０１３１】
［実施例１］
図１２は、実施例１の電子放出素子を示す説明図である。図１２において、１は基板、２，３は素子電極、４は導電性膜、５は電子放出部、６はカーボンを主成分とする膜、７はカーボン膜に形成された亀裂、Ｘｃはカーボン膜の横方向の幅、Ｙｃはカーボン膜の縦方向の幅である。また、実施例１における電子放出素子の製造法は、基本的には図２と同様である。
【０１３２】
以下、図１２及び図２を用いて、本実施例における電子放出素子の製造方法を順をおって説明する。
【０１３３】
工程−ａ
基板１上に、素子電極パターンに対応する開口部を有するホトレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−４１／日立化成社製）のマスクパターンを形成し、真空蒸着法により、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ３００ｎｍのＰｔを順次堆積した。次に、ホトレジスト有機溶剤で溶解し、Ｐｔ／Ｔｉ堆積膜をリフトオフして、素子電極２，３を形成した（図２（ａ）（ｂ））。素子電極の間隔Ｌは５０μｍ、素子電極の幅Ｗは３００μｍである。
【０１３４】
工程−ｂ
素子電極２，３間にバブルジェット方式のインクジェット装置を用いて、Ｐｄの分散液を滴下した。分散液は、酢酸パラジウムモノエタノールアミン錯体０．１５％（Ｐｄ重量％）、イソプロピルアルコール１５重量％、エチレングリコール１重量％、ポリビニルアルコール０．０５重量％の水溶液である。
【０１３５】
工程−ｃ
その後、素子を３５０℃で３０分間焼成し，導電性膜４を形成した（図２（ｃ））。こうして形成された主元素としてＰｄの徴粒子からなる導電性膜４の膜厚は１０ｎｍであった。
【０１３６】
工程−ｄ
上記素子を図４に示す真空処理装置に設置し、真空容器５５内を排気ポンプ５６にて排気し、２．７×１０^-6Ｐａの真空度に達した後、素子に素子電圧Ｖ_f を印加するための電源５１より、各素子の素子電極２，３間にそれぞれ電圧を印加し、通電処理（フォーミング処理）した。フォーミング処理の電圧波形は図３（ｂ）に示したものである。
【０１３７】
本実施例では、パルス幅は１ｍｓｅｃ．、パルス間隔は１０ｍｓｅｃ．とし、矩形波の波高値は０Ｖから０．１Ｖステップで徐々に上昇させた。また、上記のパルスとパルスの間に波高値０．１Ｖの抵抗測定用のパルスを挿入して電流を測ることにより抵抗を検知し、抵抗値が１ＭΩを越えたところでフォーミング処理を終了した。
【０１３８】
工程−ｅ
続いて、排気装置により真空容器５５内を更に排気し、圧力が１×１０^-4Ｐａ以下となってから、ベンゾニトリルの入った炭素化合物材料源５７につながるバルブ５９を開いて、真空容器５５にベンゾニトリルガスを導入し、圧力を１．１×１０^-2Ｐａとした。
【０１３９】
次に、フォーミング処理した電子放出素子に図１３に示すような、波高値一定で極性を反転させる矩形波パルスを繰り返し印加した。波高値は１７Ｖとした。
【０１４０】
ベンゾニトリルの存在下で矩形波パルスを印加したことで、Ｉ_f 値が増加し、約３０分でＩ_f 値がほぼ飽和したので、通電を停止し、活性化処理を終了した。
【０１４１】
次に、カーボン膜形成処理を行った。ベンゾニトリルガスの圧力を１．１×１０^-2Ｐａに保ったまま、活性化処理と同じ条件のパルス電圧を印加した。計１２０分の電圧印加を行った後、通電を停止し、バルブを閉め、カーボン膜形成処理を終了した。
【０１４２】
以上の手順の後、光学顕微鏡により素子部の観察を行うと、図１２に示す形態の電子放出素子が得られており、カーボンを主成分とする膜６のＸｃは２．４μｍ、Ｙｃは０．６μｍであることを確認した。更に、この膜６部のオージェ分析を行ったところ、カーボンから構成されていた。
【０１４３】
工程−ｆ
次に、安定化処理を行った。図４の真空処理装置内で２５０℃のベーキング温度で１０時間行い、安定化工程終了とした。この後、真空処理装置内を室温にもどしつつ排気し、真空度を２．７×１０^-5Ｐａとした。
【０１４４】
その後、素子電極２，３間に素子電圧１５Ｖを印加した。ビーム形状を測定するため、電子放出素子の上方４ｍｍの位置にフェースプレートを設け、フェースプレート上の透明電極に１ｋＶの電圧を印加した。そして、フェースプレート上の蛍光体により現れた輝点形状ならびにその揺らぎを実体顕微鏡（不図示）によって観察したところ、輝点形状は図１４に示すような所望の形状が得られた。また、揺らぎの少ない輝点が得られた。
【０１４５】
［実施例２］
図１５は実施例２の電子放出素子を示す説明図である。図１５において、１は基板、２，３は素子電極、４は導電性膜、５は電子放出部、６はカーボン膜、Ｘｃはカーボン膜の横方向の幅、Ｙｃはカーボン膜の縦方向の幅である。
【０１４６】
以下の手順で、本実施例の電子放出素子を作製した。
【０１４７】
まず、実施例１の工程−ａ〜ｄと同様にして、素子電極２，３、電子放出部５を作製した。
【０１４８】
続いて、実施例１の工程−ｅと同様にして活性化工程を行った。活性化材料源にはトルニトリルを用いた。トルニトリルガスの圧力は１．３×１０^-3Ｐａとした。実施例１と同様に波高値一定で極性を反転させる矩形波パルスを繰り返し印加した。波高値は１７Ｖとした。
【０１４９】
トルニトリルの存在下で矩形波パルスを印加したことで、Ｉ_f 値が増加し、約３０分でＩ_f 値がほぼ飽和したので、通電を停止し、活性化処理を終了した。
【０１５０】
次に、カーボン膜形成処理を行った。トルニトリルガスの圧力を１．３×１０^-3Ｐａに保ったまま、活性化処理と同じ条件のパルス電圧を印加した。３０分の電圧印加を行った後、通電を停止し、バルブを閉め、カーボン膜形成処理を終了した。
【０１５１】
以上の手順の後、光学顕微鏡により素子部の観察を行うと、図１５に示す形態の電子放出素子が得られており、カーボンを主成分とする膜６のＸｃは５．５μｍ、Ｙｃは１．１μｍであることを確認した。また、この膜６部の一部に亀裂７が形成されており、亀裂の幅は３０ｎｍであった。更に、この膜６部のオージェ分析を行ったところ、カーボンから構成されていることを確認した。
【０１５２】
次に、安定化処理を行った。図４の真空処理装置内で２５０℃のベーキング温度で１０時間行い、安定化工程終了とした。この後、真空処理装置内を室温にもどしつつ排気し、真空度を２．７×１０^-5Ｐａとした。
【０１５３】
その後、素子電極２，３間に素子電圧１５Ｖを印加した。ビーム形状を測定するため、電子放出素子の上方４ｍｍの位置にフェースプレートを設け、フェースプレート上の透明電極に１ｋＶの電圧を印加した。そして、フェースプレート上の蛍光体により現れた輝点形状ならびにその揺らぎを実体顕微鏡（不図示）によって観察したところ、輝点形状は上記の図１４に示すような所望の形状が得られた。
【０１５４】
また、ほとんど揺らぎのない輝点が得られた。輝点の揺らぎの程度は実施例１の素子より少なかった。図１２（実施例１）と図１５（実施例２）との比較から、堆積カーボン膜６の膜面積が実施例１の電子放出素子よりも大きいことが電子放出部端部の電位をより安定させ、揺らぎが少なくなったものと考えられる。
【０１５５】
［実施例３］
まず、実施例１の工程−ａ〜ｄと同様にして、素子電極２，３、電子放出部５を作製した。
【０１５６】
続いて、実施例１の工程−ｅと同様にして活性化工程を行った。活性化材料源にはトルニトリルを用いた。トルニトリルガスの圧力は１．１×１０^-3Ｐａとした。実施例１と同様の矩形波パルスを波高値は１７Ｖで繰り返し印加した。
【０１５７】
トルニトリルの存在下で矩形波パルスを印加したことで、Ｉ_f 値が増加し、約３０分でＩ_f 値がほぼ飽和したので、通電を停止し、活性化処理を終了した。
【０１５８】
次に、カーボン膜形成処理を行った。トルニトリルガスの圧力を１．１×１０^-3Ｐａに保ったまま、活性化処理と同じ条件のパルス電圧を印加した。９０分の電圧印加を行った後、通電を停止し、バルブを閉め、カーボン膜形成処理を終了した。
【０１５９】
以上の手順の後、光学顕微鏡により素子部の観察を行うと、図１６に示す形態の電子放出素子が得られており、カーボンを主成分とする膜６のＸｃは６．５μｍ、Ｙｃは１．７μｍで、実施例１及び実施例２よりも広い面積のカーボン膜が形成されていることを確認した。また、この膜６部をラマン分光法により分析したところ、非晶質カーボンから構成されていることを確認した。
【０１６０】
次に、安定化処理を行った。図４の真空処理装置内で２５０℃のべ−キング温度で１０時間行い、安定化工程終了とした。この後、真空処理装置内を室温にもどしつつ排気し、真空度を２．７×１０^-5Ｐａとした。
【０１６１】
その後、素子電極２，３間に素子電圧１７Ｖを印加した。ビ−ム形状を測定するため、電子放出素子の上方４ｍｍの位置にフェースプレートを設け、フェースプレート上の透明電極に２ｋＶの電圧を印加した。そして、フェースプレート上の蛍光体により現れた輝点形状ならびにその揺らぎを実体顕微鏡（不図示）によって観察したところ、輝点形状は図１４に示すようにＸｓが２６５μｍ、Ｙｓは８２５μｍの所望の形状が得られた。
【０１６２】
また、ほぼ揺らぎのない輝点が得られた。輝点の揺らぎの程度は実施例２の電子放出素子よりも少なかった。図１５（実施例２）と図１６（実施例３）との比較から、堆積カーボン膜６の膜面積が実施例２の電子放出素子よりも大きいことが電子放出部端部の電位をより安定させ、揺らぎが少なくなったものと考えられる。
【０１６３】
［実施例４］
本実施例は、多数の電子放出素子を単純マトリクス配置した電子源を用いて、画像形成装置を作製した例である。
【０１６４】
複数の導電性膜がマトリクス配線された基板の一部の平面図を図１７に示す。また、図中のＡ−Ａ’断面図を図１８に示す。但し、図１７、図１８で同じ符号で示したものは、同じ部材を示す。ここで７１は基板、２と３は素子電極、４は導電性膜である。７２は図５のＤ_xmに対応するＸ方向配線（下配線とも呼ぶ）、７３は図５のＤ_ynに対応するＹ方向配線（上配線とも呼ぶ）、１３１は層間絶縁層、１３２は素子電極２と下配線７２との電気的接続のためのコンタクトホールである。
【０１６５】
先ず、本実施例の電子源基板の製造方法を、図１９及び図２０を用いて工程順に説明する。尚、以下に説明する工程−ａ〜ｇは、それぞれ図１９の（ａ）〜（ｄ）及び図２０の（ｅ）〜（ｇ）に対応する。
【０１６６】
工程−ａ
清浄化した青板ガラス上に厚さ０．５μｍのシリコン酸化膜をスパッタ法で形成した基板７１上に、真空蒸着法により、厚さ５ｎｍのＣｒ、厚さ６００ｎｍのＡｕを順次積層した後、ホトレジスト（ＡＺ１３７０／ヘキスト社製）をスピンナーにより回転塗布、ベークした後、ホトマスク像を露光、現像して、下配線７２のレジストパターンを形成し、Ａｕ／Ｃｒ堆積膜をウエットエッチングして、所望の形状の下配線７２を形成した。
【０１６７】
工程−ｂ
次に、厚さ１．０μｍのシリコン酸化膜からなる層間絶縁層１３１をＲＦスパッタ法により堆積した。
【０１６８】
工程−ｃ
工程ｂで堆積したシリコン酸化膜にコンタクトホール１３２を形成するためのホトレジストパターンを作り、これをマスクとして層間絶縁層１３１をエッチングしてコンタクトホール１３２を形成した。エッチングはＣＦ₄ とＨ₂ ガスを用いたＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）法によった。
【０１６９】
工程−ｄ
その後、素子電極２，３と素子電極間ギャップＬとなるべきパターンをホトレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−４１／日立化成社製）形成し、真空蒸着法により、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ０．１ｎｍのＮｉを順次堆積した。ホトレジストパターンを有機溶剤で溶解し、Ｎｉ／Ｔｉ堆積膜をリフトオフし、素子電極間隔Ｌが４０μｍ、幅Ｗが３００μｍの素子電極２，３を形成した。
【０１７０】
工程−ｅ
素子電極２，３の上に上配線７３のホトレジストパターンを形成した後、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ５００μｍのＡｕを順次真空蒸着により堆積した。ホトレジストパターンを有機溶剤で溶解し、Ａｕ／Ｔｉ堆積膜をリフトオフし、所望の形状の上配線７３を形成した。
【０１７１】
工程−ｆ
素子電極２，３間に、実施例１と同様にして主元素としてＰｄの微粒子からなる導電性膜４を形成した。
【０１７２】
工程−ｇ
コンタクトホール１３２部分に開口を有するレジストパターンを形成し、真空蒸着により厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ５００μｍのＡｕを順次堆積した。リフトオフにより不要な部分を除去することにより、コンタクトホール１３２を埋め込んだ。
【０１７３】
以上の工程により、絶縁性基板７１上に下配線７２、層間絶縁層１３１、上配線７３、素子電極２，３、導電性膜４を形成した。
【０１７４】
次に、実施例１と同様にして、図４の測定評価装置に作製した電子源基板を導入した。真空ポンプにより排気し、十分な真空度に達した後、図６において、Ｄ_x1とＤ_y1を通じ、電子放出素子７４の素子電極２，３間に素子電圧を印加し、導電性膜４をフォーミング処理した。なお、フォーミング処理はＤ_x1からＤ_xnまで順次パルス波形が入るようになっている。また、Ｄ_y1からＤ_ynまでは、接地してある。フォーミング処理の電圧波形は、図３（ｂ）と同様である。本実施例では、電圧波形のパルス幅を１ｍｓｅｃ．、パルス間隔を１０ｍｓｅｃ．とし、約１．３×１０^-4Ｐａの真空雰囲気下で行った。
【０１７５】
次に、真空容器５５を一度排気し、圧力が１×１０^-4Ｐａ以下となった後、トルニトリルを収納した収納容器５７につながるバルブ５９を開いて真空容器５５内に、トルニトリルを導入した。トルニトリルガスの圧力は２．７×１０^-3Ｐａとした。実施例１と同様の矩形波パルスを波高値は１６Ｖで繰り返し印加し、活性化処理を施した。
【０１７６】
トルニトリルの存在下で矩形波パルスを印加したことで、Ｉ_f 値が増加し、約３０分でＩ_f 値がほぼ飽和したので、通電を停止し、電子源の活性化処理を終了した。
【０１７７】
次に、カーボン膜形成処理を行った。トルニトリルガスの圧力を２．７×１０^-3Ｐａに保ったまま、活性化処理と同じ条件のパルス電圧を印加した。３０分の電圧印加を行った後、通電を停止し、バルブを閉め、カーボン膜形成処理を終了した。
【０１７８】
以上の手順の後、光学顕微鏡により素子部の観察を行うと、実施例２の電子放出素子と同様に導電性膜４と電子放出部５に接して、カーボンを主成分とする膜６が形成できていることを確認した。また、この膜６部をラマン分光法により分析したところ、非晶質カーボンから構成されていた。
【０１７９】
次に、以上のようにして作製した複数の導電性膜４がマトリクス配線された基板７１（図１７）を用いて画像形成装置を作製した。作製手順を図７と図８を用いて説明する。
【０１８０】
先ず、上記複数の導電性膜４がマトリクス配線された基板７１（図１７）をリアプレート８１上に固定した後、基板７１の５ｍｍ上方に、フェースプレート８６（ガラス基板８３の内面に蛍光膜８４とメタルバック８５が形成されて構成される）を支持枠８２を介して配置し、フェースプレート８６、支持枠８２、リアプレート８１の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中で４２０℃で１５分間焼成することで封着し、パネル（図７中の外囲器８８）を構成した。なお、リアプレート８１への基板７１の固定もフリットガラスで行った。
【０１８１】
本実施例において、図７の７４は炭素及びアモルファスカーボン薄膜を有する電子放出素子であり、７２、７３はそれぞれＸ方向及びＹ方向の素子配線である。
【０１８２】
蛍光膜８４は、カラーを実現するために、ストライプ形状（図８（ａ）参照）の蛍光体とし、先にブラックストライプを形成し、その間隙部にスラリー法により各色蛍光体９２を塗布して蛍光膜８４を作製した。ブラックストライプの材料としては、通常よく用いられている黒鉛を主成分とする材料を用いた。
【０１８３】
また、蛍光膜８４の内面側にはメタルバック８５を設けた。メタルバック８５は、蛍光膜８４の作製後、蛍光膜８４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を真空蒸着することで作製した。
【０１８４】
フェースプレート８６には、更に蛍光膜８４の導電性を高めるため、蛍光膜８４の外面側に透明電極を設ける場合もあるが、本実施例ではメタルバック８５のみで十分な導電性が得られたので省略した。
【０１８５】
前述の封着を行う際、カラーの場合は各色蛍光体９２と電子放出素子とを対応させなくてはいけないため、十分な位置合わせを行った。
【０１８６】
こうして作製した電子源を有する外囲器８８を、安定化処理を行うために１．３×１０^-4Ｐａ程度の真空度まで排気した後、３００℃で２０時間の真空ベーキングを行った。次に、室温まで放冷し、その後不図示の排気管をガスバーナーで熱することで溶着し、外囲器８８の封止を行った。最後に、封止後の真空度を維持するために、高周波加熱法でゲッター処理を行ってパネルを完成させた。
【０１８７】
次に、上記パネルの容器外端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm とＤ_oy1 乃至Ｄ_oyn 及び高圧端子８７を夫々必要な駆動系に接続し、画像形成装置を完成した。各電子放出素子に、容器外端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm とＤ_oy1 乃至Ｄ_oyn を通じて、走査信号及び変調信号を不図示の信号発生手段より夫々印加することにより電子放出させ、高圧端子８７を通じてメタルバック８５に数ｋＶ以上の高圧を印加して、電子ビームを加速し、蛍光膜８４に衝突させ、励起・発光させることで画像を表示した。
【０１８８】
その結果、本実施例の画像形成装置では、低電流で明るい高品位な画像を表示することができた。
【０１８９】
［実施例５］
図２１は、実施例４によるディスプレイパネル（図７）に、例えばテレビジョン放送を初めとする種々の画像情報源より提供される画像情報を表示できるように構成した本発明の画像形成装置の一例を示す図である。
【０１９０】
図中２０１はディスプレイパネル、１００１はディスプレイパネルの駆動回路、１００２はディスプレイコントローラ、１００３はマルチプレクサ、１００４はデコーダ、１００５は入出力インターフェース回路、１００６はＣＰＵ、１００７は画像生成回路、１００８及び１００９及び１０１０は画像メモリーインターフェース回路、１０１１は画像入力インターフェース回路、１０１２及び１０１３はＴＶ信号受信回路、１０１４は入力部である。
【０１９１】
尚、本画像形成装置は、例えばテレビジョン信号のように、映像情報と音声情報の両方を含む信号を受信する場合には当然映像の表示と同時に音声を再生するものであるが、本発明の特徴と直接関係しない音声情報の受信、分離、再生、処理、記憶等に関する回路やスピーカ一等については説明を省略する。
【０１９２】
以下、画像信号の流れに沿って各部の機能を説明する。
【０１９３】
まず、ＴＶ信号受信回路１０１３は、例えば電波や空間光通信等のような無線伝送系を用いて伝送されるＴＶ信号を受信するための回路である。
【０１９４】
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、いずれの方式でもよい。また、これらより更に多数の走査線よりなるＴＶ信号、例えばＭＵＳＥ方式を初めとする所謂高品位ＴＶは、大面積化や大画素数化に適した前記ディスプレイパネルの利点を生かすのに好適な信号源である。
【０１９５】
ＴＶ信号受信回路１０１３で受信されたＴＶ信号は、デコーダ１００４に出力される。
【０１９６】
ＴＶ信号受信回路１０１２は、例えば同軸ケーブルや光ファイバー等のような有線伝送系を用いて伝送されるＴＶ信号を受信するための回路である。前記ＴＶ信号受信回路１０１３と同様に、受信するＴＶ信号の方式は特に限られるものではなく、また本回路で受信されたＴＶ信号もデコーダ１００４に出力される。
【０１９７】
画像入力インターフェース回路１０１１は、例えばＴＶカメラや画像読み取りスキャナーなどの画像入力装置から供給される画像信号を取り込むための回路で、取り込まれた画像信号はデコーダ１００４に出力される。
【０１９８】
画像メモリーインターフェース回路１０１０は、ビデオテープレコーダー（以下ＶＴＲと略す）に記憶されている画像信号を取り込むための回路で、取り込まれた画像信号はデコーダ１００４に出力される。
【０１９９】
画像メモリーインターフェース回路１００９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１００４に出力される。
【０２００】
画像メモリーインターフェース回路１００８は、静止画ディスクのように、静止画像データを記憶している装置から画像信号を取り込むための回路で、取り込まれた静止画像データはデコーダ１００４に入力される。
【０２０１】
入出力インターフェース回路１００５は、本表示装置と、外部のコンピュータもしくはコンピュータネットワークもしくはプリンターなどの出力装置とを接続するための回路である。画像データや文字・図形情報の入出力を行うのは勿論のこと、場合によっては本画像形成装置の備えるＣＰＵ１００６と外部との間で制御信号や数値データの入出力などを行うことも可能である。
【０２０２】
画像生成回路１００７は、前記入出力インターフェース回路１００５を介して外部から入力される画像データや文字・図形情報や、あるいはＣＰＵ１００６より出力される画像データや文字・図形情報に基づき、表示用画像データを生成するための回路である。本回路の内部には、例えば画像データや文字・図形情報を蓄積するための書き換え可能メモリーや、文字コードに対応する画像パターンが記憶されている読み出し専用メモリーや、画像処理を行うためのプロセッサー等を初めとして、画像の生成に必要な回路が組み込まれている。
【０２０３】
本回路により生成された表示用画像データは、デコーダ１００４に出力されるが、場合によっては前記入出力インターフェース回路１００５を介して外部のコンピュータネットワークやプリンターに出力することも可能である。
【０２０４】
ＣＰＵ１００６は、主として本表示装置の動作制御や、表示画像の生成や選択や編集に関わる作業を行う。
【０２０５】
例えば、マルチプレクサ１００３に制御信号を出力し、ディスプレイパネルに表示する画像信号を適宜選択したり組み合わせたりする。その際には表示する画像信号に応じてディスプレイパネルコントローラ１００２に対して制御信号を発生し、画面表示周波数や走査方法（例えばインターレースかノンインターレースか）や一画面の走査線の数など表示装置の動作を適宜制御する。また、前記画像生成回路１００７に対して画像データや文字・図形情報を直接出力したり、あるいは前記入出力インターフェース回路１００５を介して外部のコンピュータやメモリーをアクセスして画像データや文字・図形情報を入力する。
【０２０６】
尚、ＣＰＵ１００６は、これ以外の目的の作業にも関わるものであってよい。例えば、パーソナルコンピュータやワードプロセッサ等のように、情報を生成したり処理する機能に直接関わってもよい。あるいは前述したように、入出力インターフェース回路１００５を介して外部のコンピュータネットワークと接続し、例えば数値計算等の作業を外部機器と協同して行ってもよい。
【０２０７】
入力部１０１４は、前記ＣＰＵ１００６に使用者が命令やプログラム、あるいはデータなどを入力するためのものであり、例えばキーボードやマウスの他、ジョイスティック、バーコードリーダー、音声認識装置等の多様な入力機器を用いることが可能である。
【０２０８】
デコーダ１００４は、前記１００７ないし１０１３より入力される種々の画像信号を３原色信号、又は輝度信号とＩ信号、Ｑ信号に逆変換するための回路である。尚、図中に点線で示すように、デコーダ１００４は内部に画像メモリーを備えるのが望ましい。これは、例えばＭＵＳＥ方式を初めとして、逆変換するに際して画像メモリーを必要とするようなテレビ信号を扱うためである。
【０２０９】
画像メモリーを備える事により、静止画の表示が容易になる。あるいは前記画像生成回路１００７及びＣＰＵ１００６と協同して、画像の間引き、補間、拡大、縮小、合成を初めとする画像処理や編集が容易になるという利点が得られる。
【０２１０】
マルチプレクサ１００３は、前記ＣＰＵ１００６より入力される制御信号に基づき、表示画像を適宜選択するものである。即ち、マルチプレクサ１００３はデコーダ１００４から入力される逆変換された画像信号の内から所望の画像信号を選択して駆動回路１００１に出力する。その場合には、一画面表示時間内で画像信号を切り換えて選択することにより、所謂多画面テレビのように、一画面を複数の領域に分けて領域によって異なる画像を表示することも可能である。
【０２１１】
ディスプレイパネルコントローラ１００２は、前記ＣＰＵ１００６より入力される制御信号に基づき、駆動回路１００１の動作を制御するための回路である。
【０２１２】
ディスプレイパネルの基本的な動作に関わるものとして、例えばディスプレイパネルの駆動用電源（図示せず）の動作シーケンスを制御するための信号を駆動回路１００１に対して出力する。ディスプレイパネルの駆動方法に関わるものとして、例えば画面表示周波数や走査方法（例えばインターレースかノンインターレースか）を制御するための信号を駆動回路１００１に対して出力する。また、場合によっては、表示画像の輝度やコントラストや色調やシャープネスといった画質の調整に関わる制御信号を駆動回路１００１に対して出力する場合もある。
【０２１３】
駆動回路１００１は、ディスプレイパネル２０１に印加する駆動信号を発生するための回路であり、前記マルチプレクサ１００３から入力される画像信号と、前記ディスプレイパネルコントローラ１００２より入力される制御信号に基づいて動作するものである。
【０２１４】
以上、各部の機能を説明したが、図２１に例示した構成により、本画像形成装置においては多様な画像情報源より入力される画像情報をディスプレイパネル２０１に表示することが可能である。即ち、テレビジョン放送を初めとする各種の画像信号は、デコーダ１００４におて逆変換された後、マルチプレクサ１００３において適宜選択され、駆動回路１００１に入力される。一方、デイスプレイコントローラ１００２は、表示する画像信号に応じて駆動回路１００１の動作を制御するための制御信号を発生する。駆動回路１００１は、上記画像信号と制御信号に基づいてディスプレイパネル２０１に駆動信号を印加する。これにより、ディスプレイパネル２０１において画像が表示される。これらの一連の動作は、ＣＰＵ１００６により統括的に制御される。
【０２１５】
本画像形成装置においては、前記デコーダ１００４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路１００７及び情報の中から選択したものを表示するだけでなく、表示する画像情報に対して、例えば拡大、縮小、回転、移動、エッジ強調、間引き、補間、色変換、画像の縦横比変換等を初めとする画像処理や、合成、消去、接続、入れ換え、嵌め込み等を初めとする画像編集を行うことも可能である。また、本実施例の説明では特に触れなかったが、上記画像処理や画像編集と同様に、音声情報に関しても処理や編集を行なうための専用回路を設けてもよい。
【０２１６】
従って、本画像形成装置は、テレビジョン放送の表示機器、テレビ会議の端末機器、静止画像及び動画像を扱う画像編集機器、コンピュータの端末機器、ワードプロセッサを初めとする事務用端末機器、ゲーム機などの機能を一台で兼ね備えることが可能で、産業用あるいは民生用として極めて応用範囲が広い。
【０２１７】
図２１に示した表示装置は、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。例えば図２１の構成要素の内、使用目的上必要のない機能に関わる回路は省いても差し支えない。また、これとは逆に、使用目的によっては更に構成要素を追加してもよい。例えば、本表示装置をテレビ電話機として応用する場合には、テレビカメラ、音声マイク、照明機、モデムを含む送受信回路等を構成要素に追加するのが好適である。
【０２１８】
本表示装置においては、とりわけ電子放出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネルの薄型化が容易であるため、表示装置の奥行きを小さくすることができる。それに加えて、大面積化が容易で輝度が高く視野角特性にも優れるため、臨場感あふれ迫力に富んだ画像を視認性良く表示することが可能である。また、均一な特性を有する多数の電子放出素子を備える電子源を用いたことにより、従来の表示装置と比較して非常に均一で明るい高品位なカラーフラットテレビが実現された。
【０２１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電子放出部５の端部を含む導電性膜４の縁部に接して、カーボンを主成分とする膜６を基板１上に形成することにより、カーボン膜の導電性により、輝点の形状が変化したり、端部の電子ビームがゆらいだりすることのない、安定な電子放出素子を得ることができる。
【０２２０】
また、多数の電子放出素子を配列形成し、入力信号に応じて電子を放出する電子源においては、電子ビーム強度の揺らぎや位置によるむらのない、均一な電子放出特性を示し、消費電力が少なく周辺回路等の負担も軽減され安価な装置が提供できる。
【０２２１】
また、多数の電子放出素子を配線でつないで、マトリックス形成する場合など、凹凸の激しい試料形状の場合でも、膜抵抗の制御に非常に注意することなく、容易に膜形成することができる。
【０２２２】
更に、かかる電子源を用いた画像形成装置においては、揺らぎやちらつきのない均一な輝度の画像を提供でき、低電流で明るい高品位な画像形成装置、例えばカラーフラットテレビが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子放出素子の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の電子放出素子の製造方法を説明するための図である。
【図３】本発明の電子放出素子の製造に際して採用できる通電処理における電圧波形の一例を示す模式図である。
【図４】本発明の電子放出素子の製造に用いることのできる真空処理装置（測定評価装置）の一例を示す概略構成図である。
【図５】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６】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７】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８】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９】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１０】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１１】本発明の画像形成装置の表示パネルの一例を示す模式図である。
【図１２】実施例１の電子放出素子を示す模式図である。
【図１３】実施例１における活性化処理の電圧波形を示す模式図である。
【図１４】蛍光体上の輝点の望ましい形状を示す模式図である。
【図１５】実施例２の電子放出素子を示す模式図である。
【図１６】実施例３の電子放出素子を示す模式図である。
【図１７】実施例４のマトリクス配線した電子源の一部を示す模式図である。
【図１８】図１７のＡ−Ａ’断面模式図である。
【図１９】図１７の電子源の製造工程を示す図である。
【図２０】図１７の電子源の製造工程を示す図である。
【図２１】実施例５の画像表示装置のブロック図である。
【図２２】従来例の表面伝導型電子放出素子の模式図である。
【符号の説明】
１基板
２，３素子電極
４導電性膜
５電子放出部
６カーボンを主成分とする膜
５０素子電流Ｉ_f を測定するための電流計
５１電子放出素子に素子電圧Ｖ_f を印加するための電源
５２電子放出部５より放出される放出電流Ｉ_e を測定するための電流計
５３アノード電極５４に電圧を印加するための高圧電源
５４電子放出部５より放出される電子を捕捉するためのアノード電極
５５真空容器
５６排気ポンプ
５７炭素化合物材料源
５９バルブ
６０真空計
７１電子源基板
７２Ｘ方向配線
７３Ｙ方向配線
７４電子放出素子
７５結線
８１リアプレート
８２支持枠
８３ガラス基板
８４蛍光膜
８５メタルバック
８６フェースプレート
８７高圧端子
８８外囲器
９１黒色導電材
９２蛍光体
１０１表示パネル
１０２走査回路
１０３制御回路
１０４シフトレジスタ
１０５ラインメモリ
１０６同期信号分離回路
１０７変調信号発生器
Ｖｘ，Ｖａ直流電圧源
１１０電子源基板
１１１電子放出素子
１１２電子放出素子を配線するための共通配線
１２０グリッド電極
１２１電子が通過するための開口
１３１層間絶縁層
１３２コンタクトホール

Claims

基体上に形成された一対の電極間にまたがって存在する導電性膜に、電子放出部を有する電子放出素子において、電極間の導電性膜に両電極の連絡を分断する一筋の亀裂が形成されており、その亀裂の端部を含む、上記導電性膜の縁部に接してカーボンを主成分とする膜が基体上に形成されている領域が存在し、そのカーボンを主成分とする膜には、上記導電性膜の亀裂に接続する亀裂が存在していることを特徴とする電子放出素子。
入力信号に応じて電子を放出する電子源であって、基体上に、請求項１に記載の電子放出素子を複数配置したことを特徴とする電子源。
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２に記載の電子源。
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２に記載の電子源。
入力信号に基づいて画像を形成する装置であって、少なくとも、請求項２〜４のいずれかに記載の電子源と、該電子源から放出される電子線の照射により画像を形成する画像形成部材とを有することを特徴とする画像形成装置。
更に、ＴＶ信号受信回路と、ＴＶ信号に基づいて画像表示するための駆動回路とを有することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
更に、画像入力装置と接続するための画像入力インターフェース回路と、前記回路から入力された信号に基づいて画像表示するための駆動回路とを有することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
更に、画像メモリ装置と接続するための画像メモリインターフェース回路と、前記回路から入力された信号に基づいて画像表示するための駆動回路とを有することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
更に、外部のコンピュータ、コンピュータネットワーク、又はプリンタと接続するための入出力インターフェース回路と、前記回路から入力された信号に基づいて画像表示するための駆動回路とを有することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。