JP3728112B2 - 電子放出素子、電子源、及び画像形成装置の製造方法 - Google Patents

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、及び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の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子放出素子には大別して熱電子放出素子と冷陰極電子放出素子の２種類が知られている。冷陰極電子放出素子には電界放出型（以下、「ＦＥ型」と称す。）、金属／絶縁層／金属型（以下、「ＭＩＭ型」と称す。）や表面伝導型電子放出素子等が有る。
【０００３】
ＦＥ型の例としては、Ｗ．Ｐ． Ｄｙｋｅ ａｎｄ Ｗ．Ｗ． Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ”， Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ８，８９（１９５６）あるいはＣ．Ａ． Ｓｐｉｎｄｔ， “Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ ｃｏｎｅｓ”， 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， “Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆＴｕｎｎｅｌ−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、Ｍ．Ｉ． Ｅｌｉｎｓｏｎ， Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ． Ｅｌｅｃｔｒｏｎ 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の典型的な構成例としては、図１３に示すように基板１上に設けた一対の素子電極２，３間を連絡する導電性膜４に、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を形成したものが挙げられる。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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）。
【００１０】
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）。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前記のような表面伝導型電子放出素子において、素子のフォーミング特性及び電子放出特性は、導電性膜４の膜厚や表面状態、素子電極２，３間のギャップ距離Ｌやギャップ部の加工精度等に影響される。また、素子電極間のギャップ距離Ｌは、素子電極間に印加する電圧と電子放出し得る電界強度等から、数μｍ〜１ｍｍ程度に設定されている。そのため、従来より電子放出素子の作製には、微細加工が可能なフォトリソグラフィー技術が用いられていた。
【００１２】
しかし、電子放出素子を用いた画像形成装置を大面積化する場合、フォトリソグラフィー技術を用いて製造しようとすれば、真空蒸着装置を含む大型製造装置が必要となり、莫大な費用がかかるという問題があった。
【００１３】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、低コストで大画面化が可能な電子放出素子の新規な構成と製法、並びにそれを用いた電子源及び画像形成装置を提供することにある。
【００１４】
【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。
【００１５】
即ち、本発明の第一は、基板上に形成された一対の素子電極間に、電子放出部を含む導電性膜を有する電子放出素子の製造方法において、
素子電極を形成する工程が、
（１）基板上に、光照射または光照射と加熱により光照射部分の親水基が減少する樹脂組成物層を形成する工程、
（２）該樹脂組成物層の素子電極を形成する部分以外に光照射または光照射と加熱を施す工程、
（３）該樹脂組成物層の光未照射部に金属元素を含有する溶液を吸収させる工程、
（４）該樹脂組成物層を熱処理により分解させる工程、
を含むことを特徴とする電子放出素子の製造方法にある。
【００１８】
そして、本発明の第二は、複数個の電子放出素子を備え、入力信号に応じて電子を放出する電子源の製造方法であって、前記複数個の電子放出素子を上記本発明の第一の方法により製造することを特徴とする電子源の製造方法にある。
【００２０】
さらに、本発明の第三は、複数個の電子放出素子を備え、入力信号に応じて電子を放出する電子源と、前記電子源から放出される電子の照射により画像を形成する画像形成部材とを有する画像形成装置の製造方法であって、前記複数個の電子放出素子を上記本発明の第一の方法により製造することを特徴とする画像形成装置の製造方法にある。
【００２１】
本発明によれば、大面積にわたって微細な素子電極パターンをより低コストで形成することが可能となり、生産性に優れた大面積の画像形成装置を提供することができる。
【００２２】
【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。
【００２３】
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は電子放出部である。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
尚、図１に示した構成とは別に、基板１上に、導電性膜４、素子電極２，３の順に形成した構成とすることもできる。また、製法によっては、対向する素子電極２，３間の全てが電子放出部として機能する場合もある。
【００２８】
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、カーボン等が挙げられる。
【００２９】
導電性膜４の膜厚は、素子電極２，３へのステップカバレージ、素子電極２，３間の抵抗値等を考慮して適宜設定されるが、通常は、数Å〜数百ｎｍの範囲とするのが好ましく、より好ましくは１ｎｍ〜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。
【００３０】
この電子放出部５は、導電性膜４の一部に形成された高抵抗の亀裂により構成され、その内部には、数Åから数十ｎｍの範囲の粒径の導電性微粒子が存在する場合もある。この導電性微粒子は、導電性膜４を構成する材料の元素の一部、あるいは全ての元素を含有するものとなる。また、電子放出部５及びその近傍の導電性膜４には、後述の活性化工程によって形成される炭素あるいは炭素化合物を有することもできる。
【００３１】
以下に、本発明における「微粒子」について説明する。
【００３２】
小さな粒子を「微粒子」と呼び、これよりも小さなものを「超微粒子」と呼ぶ。「超微粒子」よりもさらに小さく原子の数が数百個程度以下のものを「クラスター」と呼ぶことは広く知られている。
【００３３】
しかしながら、それぞれの境は厳密なものではなく、どの様な性質に注目して分類するかにより変化する。また「微粒子」と「超微粒子」を一括して「微粒子」と呼ぶ場合もあり、本明細書中での記述はこれに沿ったものである。
【００３４】
「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、決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頁２２〜２６行）。
【００３５】
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”（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２頁１〜４行）。
【００３６】
「超微粒子よりさらに小さいもの、すなわち原子が数個〜数百個で構成される１個の粒子は、ふつうクラスターと呼ばれる。」（同書２頁１２〜１３行）。
【００３７】
上記のような一般的な呼び方をふまえて、本明細書において「微粒子」とは多数の原子・分子の集合体で、粒径の下限は数Å〜１０Å程度、上限は数μｍ程度のものを指すこととする。
【００３８】
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。
【００３９】
１）基板１上に光照射または光照射と加熱により、光照射部分の親水基が減少する樹脂組成物層６を形成する（図２（ａ））。樹脂組成物層６の形成は、印刷法、塗布法等により行える。露光部と未露光部において素子電極２，３を形成する金属元素を含有する溶液（以下、「金属組成物」と呼ぶ。）の吸収性に差が生じることを利用して、必要以上の金属組成物の拡散を防止することを目的としたものであり、光照射または光照射と加熱により光照射部分の金属組成物の吸収性が低下する樹脂組成物を用いることが好ましい。具体的には、例えば水酸基、アルコキシ基、アミノ基等の親水基を介して架橋を生じる、あるいは該親水基に対して付加反応を生じるような樹脂組成物を用いることが好ましい。
【００４０】
また本例においては、光照射のみにより金属組成物の吸収性を低下させる例を示すが、熱処理を併用して架橋反応を進行させるものであっても問題はない。
【００４１】
樹脂組成物の組成例としては、具体的には化学増幅による架橋反応を利用する系が好ましく、基材樹脂としては、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のセルロース誘導体、ポリビニルアルコール等の高分子アルコール及びそれらの誘導体、クレゾールノボラック等のノボラック樹脂及びそれらの誘導体、ヒドロキシエチルメタクリレート等の水酸基を含有するアクリルモノマー単位を含むアクリル系樹脂等が挙げられ、架橋剤としては、メチロール化メラミン等のメラミン誘導体、光開始剤としては、トリフェニルスルフォニウムヘキサフルオロアンチモネート等のオニウム塩、トリクロロメチルトリアジン等のハロゲン化有機化合物が好適に用いられるが、これらに限定されるものではない。
【００４２】
２）素子電極部分の樹脂組成物層に所定のパターン露光を行う（図２（ｂ））。露光部分７は、反応の進行に伴って水酸基、アルコキシ基、アミノ基等の親水基が減少し、金属組成物を吸収しにくくなる。金属組成物の吸収性に差を生じさせるためには、露光部分における親水基残量を未露光部の７０％以下にすることが好ましく、この際の親水基の定量方法としては、ＩＲ、ＮＭＲ等によるスペクトル分析が有効である。
【００４３】
３）樹脂組成物層の光未照射部に金属組成物８を吸収させる（図２（ｃ））。金属組成物の吸収は、印刷法、塗布法等により行える。塗布法としては、ロールコート法、スピンコート法、スプレーコート法、ディッピング法等が用いられる。尚、金属組成物は、基板全面に塗布形成してもよい。
【００４４】
４）熱処理により樹脂組成物層を分解し、素子電極２，３を形成する（図２（ｄ））。通常、６００℃前後の温度で焼成することにより、該樹脂層の有機成分は除去され、該樹脂層に吸収された導電性材料からなる素子電極が形成される。
【００４５】
５）次に、導電性膜４を形成する。導電性膜４の形成法は、真空蒸着法、スパッタ法、化学的気相堆積法、有機金属溶液の塗布・焼成による方法、超微粒子の分散・塗布・焼成による方法等によって行われる（図２（ｅ））。
【００４６】
６）続いて、フォーミング工程を施す。このフォーミング工程の方法の一例として通電処理による方法を説明する。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（ｆ））。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。通電フォーミングの電圧波形の例を図３に示す。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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かできる。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。
【００５２】
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。
【００５３】
真空容器５５内には、不図示の真空計等の真空雰囲気下での測定に必要な機器が設けられていて、所望の真空雰囲気下での測定評価を行えるようになっている。
【００５４】
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。
【００５５】
７）次に、フォーミングを終えた素子に活性化工程と呼ばれる処理を施す。
【００５６】
活性化工程は、例えば、有機物質のガスを含有する雰囲気下で、通電フォーミングと同様に、素子電極２，３間にパルスの印加を繰り返すことで行うことができ、この処理により、素子電流Ｉ_f ，放出電流Ｉ_e が、著しく変化するようになる。
【００５７】
活性化工程における有機物質のガスを含有する雰囲気は、例えば油拡散ポンプやロータリーポンプなどを用いて真空容器内を排気した場合に雰囲気内に残留する有機ガスを利用して形成することができる他、オイルを使用しないイオンポンプなどにより一旦十分に排気した真空中に適当な有機物質のガスを導入することによっても得られる。このときの好ましい有機物質のガス圧は、前述の素子の形態、真空容器の形状や、有機物質の種類などにより異なるため、場合に応じ適宜設定される。適当な有機物質としては、アルカン、アルケン、アルキンの脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、アミン類、フェノール、カルボン、スルホン酸等の有機酸類等を挙げることが出来、具体的には、メタン、エタン、プロパンなどＣ_n Ｈ_2n+2で表される飽和炭化水素、エチレン、プロピレンなどＣ_n Ｈ_2n等の組成式で表される不飽和炭化水素、ベンゼン、トルエン、メタノール、エタノール、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、メチルエチルケトン、メチルアミン、エチルアミン、フェノール、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等が使用できる。
【００５８】
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。
【００５９】
炭素あるいは炭素化合物とは、例えばグラファイト（いわゆるＨＯＰＧ，ＰＧ，ＧＣを包含するもので、ＨＯＰＧはほぼ完全なグラファイト結晶構造、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以下の範囲とするのが好ましく、３０ｎｍ以下の範囲とすることがより好ましい。
【００６０】
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。
【００６１】
８）このような工程を経て得られた電子放出素子は、安定化工程を行うことが好ましい。この工程は、真空容器内を、活性化処理した真空度より高い真空度の真空雰囲気にする工程である。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。
【００６２】
真空容器内の有機成分の分圧は、上記炭素あるいは炭素化合物がほぼ新たに堆積しない分圧で１．３×１０^-6Ｐａ以下が好ましく、さらには１．３×１０^-8Ｐａ以下が特に好ましい。さらに真空容器内を排気するときには、真空容器全体を加熱して、真空容器内壁や、電子放出素子に吸着した有機物質分子を排気しやすくするのが好ましい。このときの加熱条件は、８０〜２５０℃好ましくは１５０℃以上で、できるだけ長時間処理するのが望ましいが、特にこの条件に限るものではなく、真空容器の大きさや形状、電子放出素子の構成などの諸条件により適宜選ばれる条件により行う。真空容器内の圧力は極力低くすることが必要で、１．３×１０^-5Ｐａ以下が好ましく、さらには１．３×１０^-6Ｐａ以下が特に好ましい。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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）。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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、１．３×１０^-5Ｐａ程度の真空度の有機物質の十分に少ない雰囲気にした後、封止が成される。外囲器８８の封止後の真空度を維持するために、ゲッター処理を行うこともできる。これは、外囲器８８の封止を行う直前あるいは封止後に、抵抗加熱あるいは高周波加熱等を用いた加熱により、外囲器８８内の所定の位置に配置されたゲッター（不図示）を加熱し、蒸着膜を形成する処理である。ゲッターは通常Ｂａ等が主成分であり、該蒸着膜の吸着作用により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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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Ｔｓｆｔは、シフトレジスタ１０４のシフトクロックであると言い換えてもよい。）。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
【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。
【０１１７】
［実施例１］
本実施例に係る電子放出素子の基本的な構成は、図１と同様である。
【０１１８】
本実施例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。以下、図１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。
【０１１９】
工程−ａ
Ｎ−メチロールアクリルアミド、メタクリル酸メチル、及びヒドロキシエチルメタクリレートの３元共重合体（モノマー組成比＝２０：３０：５０）１０重量部と、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメチルスルホネート０．２重量部とからなる樹脂組成物を調製し、洗浄済みの青板ガラス基板１に膜厚が２００μｍとなるようにスピンコートし、６０℃で１０分間のプリベークを行って、樹脂組成物層６を形成した（図２（ａ））。
【０１２０】
工程−ｂ
素子電極パターンを有するフォトマスクを介して、樹脂組成物層６の一部をＤｅｅｐ ＵＶ光にて１００ｍＪ／ｃｍ² のエネルギー量でパターン露光し、露光部分７のインク吸収性を低下させた（図２（ｂ））。
【０１２１】
工程−ｃ
次に、テトラアンミン白金（ＩＩ）アセテート２重量部からなる金属組成物を調製し、この組成物中に該基板を１分間含浸させ、金属組成物を樹脂組成物層６に吸収させた。
【０１２２】
工程−ｄ
４００℃で３０分間焼成することにより、樹脂組成物層６を除去し、素子電極２および３を形成した（図２（ｄ））。
【０１２３】
工程−ｅ
導電性膜４を形成する部分に開口部を有するようなマスクを介して、有機パラジウム溶液（ＣＣＰ４２３０、奥野製薬社製）をスプレー塗布し、３００℃で２０分間焼成することにより、Ｐｄを主成分とする微粒子膜からなる導電性膜４を形成した（図２（ｅ））。
【０１２４】
工程−ｆ
続いて、真空中にて素子電極２，３間に不図示の電源により電圧を印加してフォーミング処理を行って電子放出部５を形成し（図２（ｆ））、さらに真空中にて活性化処理を行った。
【０１２５】
以上のようにして作製した電子放出素子において、素子電極部はバリや加工残渣等は殆どなく、形状は良好であった。
【０１２６】
また、作製した電子放出素子を用いて図４に示した測定系で電子放出特性を測定した。測定条件は、アノード電極５４と電子放出素子間の距離Ｈを４ｍｍ、アノード電極の電位を２ｋＶとした。電子放出素子の素子電極に電圧を印加し、その時流れる素子電流Ｉ_f および放出電流Ｉ_e を測定したところ、電圧２０Ｖで電子放出効率η＝Ｉ_e ／Ｉ_f （％）は０．０４８％であった。
【０１２７】
［実施例２］
実施例１と同様にして、４０ｃｍ角の青板ガラス基板上に多数の電子放出素子を作製した。本実施例においては、電子放出素子を素子配列ピッチを１ｍｍ、素子数３５０×３５０素子としてマトリクス形状に配置した。また、列方向配線、絶縁層および行方向配線を順次スクリーン印刷法により印刷・焼成することにより形成し、図６に示すような電子源基板７１を作製した。
【０１２８】
作製した電子源基板７１を用いて図７に示すような画像形成装置を作製した。以下にその作製方法を述べる。
【０１２９】
作製した電子源基板７１をリアプレート８１上に固定した後、電子源基板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）を支持枠を介し配置し、封着した。蛍光膜８４は、ＲＧＢストライプ形状のものを使用し、先にブラックストライプを形成し、その隙間部に各色蛍光体を塗布し蛍光膜を作製した。
【０１３０】
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を真空蒸着することで作製した。
【０１３１】
封着を行う際、各色蛍光体と電子放出素子とを対応させなくてはならないため、十分な位置合わせを行った。
【０１３２】
以上のようにして完成したガラス容器（外囲器８８）内の雰囲気を排気管（不図示）を通じ真空ポンプにて排気し、１．３×１０^-2〜１．３×１０^-3Ｐａの真空度に達した後、容器外端子を通じて電子放出素子の素子電極間に電圧を印加し、導電性膜を通電処理（フオーミング処理）することにより電子放出部を作製した。続いて、真空雰囲気中にて活性化処理を行った。
【０１３３】
次に、１．３×１０^-4Ｐａ程度の真空度で不図示の排気管をガスバーナーで熱することで溶着し、外囲器の封止を行った。
【０１３４】
最後に、封止後の真空度を維持するためにゲッター処理を行った。すなわち、封止を行う直前に、高周波加熱等の加熱法により画像表示装置内の所定の位置に配置されたゲッターを加熱し、蒸着膜を形成処理した。ゲッターはＢａを主成分とした。
【０１３５】
このようにして得られた装置に駆動回路を接続して、図９に示すような画像形成装置を作製した。
【０１３６】
以上のようにして完成した画像形成装置において、各電子放出素子には、容器外端子を通じて２０Ｖの電圧を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３ｋＶの電圧を印加して電子ビームを加速し、蛍光膜に衝突させ、励起・発光させることで全面において良好な画像を表示させることができた。
【０１３７】
［実施例３］
図１２は、実施例２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。
【０１３８】
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は入出カ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は画像入カ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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
以下、画像信号の流れに沿って各部の機能を説明する。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
画像入カ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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
入出カ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。
【０１５０】
画像生成回路１００７は、前記入出カインターフェース回路１００５を介して外部から入力される画像データや文字・図形情報や、あるいは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。
【０１５１】
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カインターフェース回路１００５を介して外部のコンピュータネットワークやプリンターに出力することも可能である。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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、あるいは前記入出カインターフェース回路１００５を介して外部のコンピュータ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。
【０１５４】
尚、ＣＰＵ１００６は、これ以外の目的の作業にも関わるものであってよい。例えば、パーソナルコンピュータやワードプロセッサ等のように、情報を生成したり処理する機能に直接関わってもよい。あるいは前述したように、入出カインターフェース回路１００５を介して外部のコンピュータネットワークと接続し、例えば数値計算等の作業を外部機器と協同して行ってもよい。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
以上、各部の機能を説明したが、図１２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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
図１２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１２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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、安定な電子放出特性と高い電子放出効率とを有する電子放出素子を得ることができる。
【０１６８】
また、多数の電子放出素子を配列形成し、入力信号に応じて電子を放出する電子源においては、安定で、且つ、歩留りよく作製できると共に、効率の向上により、消費電力が少なく周辺回路等の負担も軽減され安価な装置が提供できる。
【０１６９】
更に、かかる電子源を用いた画像形成装置においては、高輝度で動作安定性に優れた画像を形成することができる画像形成装置、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３の画像表示装置のブロック図である。
【図１３】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 樹脂組成物層
７ 露光部分
８ 金属組成物
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
７１ 電子源基板
７２ Ｘ方向配線
７３ Ｙ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

Claims (4)

1. 基板上に形成された一対の素子電極間に、電子放出部を含む導電性膜を有する電子放出素子の製造方法において、
   素子電極を形成する工程が、
   （１）基板上に、光照射または光照射と加熱により光照射部分の親水基が減少する樹脂組成物層を形成する工程、
   （２）該樹脂組成物層の素子電極を形成する部分以外に光照射または光照射と加熱を施す工程、
   （３）該樹脂組成物層の光未照射部に金属元素を含有する溶液を吸収させる工程、
   （４）該樹脂組成物層を熱処理により分解させる工程、
   を含むことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
2. 電子放出素子が、表面伝導型電子放出素子であることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子の製造方法。
3. 複数個の電子放出素子を備え、入力信号に応じて電子を放出する電子源の製造方法であって、前記複数個の電子放出素子を請求項１又は２に記載の方法により製造することを特徴とする電子源の製造方法。
4. 複数個の電子放出素子を備え、入力信号に応じて電子を放出する電子源と、前記電子源から放出される電子の照射により画像を形成する画像形成部材とを有する画像形成装置の製造方法であって、前記複数個の電子放出素子を請求項１又は２に記載の方法により製造することを特徴とする画像形成装置の製造方法。

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