JPH08162002A

JPH08162002A - 表面伝導型電子放出素子、電子源、及びそれを用いた画像形成装置と、それらの製造方法

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Publication number: JPH08162002A
Application number: JP32115794A
Authority: JP
Inventors: Sotomitsu Ikeda; 外充池田; Toshihiko Takeda; 俊彦武田; Hidetoshi Suzuki; 英俊鱸; Yoshikazu Sakano; 嘉和坂野; Kazuhiro Mitsumichi; 和宏三道; Shinichi Kawate; 信一河手; Ichiro Nomura; 一郎野村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-12-01
Filing date: 1994-12-01
Publication date: 1996-06-21
Anticipated expiration: 2014-06-07
Also published as: JP2903291B2

Abstract

(57)【要約】【目的】画像形成装置の大面積化，高品位化を実現し
得る電子源としての表面伝導型電子放出素子を提供す
る。【構成】基板１上に形成した素子電極４，５間に跨が
る導電性薄膜３に電子放出部２が設けられた表面伝導型
電子放出素子において、一方の素子電極５が導電性薄膜
３と合金反応を生じるものであり、他方の素子電極４は
導電性薄膜３と反応性を示さないものであり、加熱処理
による合金反応によって素子電極５のエッジ部近傍にの
み電子放出部２が形成されていることを特徴とする。【効果】電子放出部２の形状及び位置を制御できるた
め、均一な電子放出特性を有する素子が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面伝導型電子放出素
子、該素子を複数備えた電子源、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に関わ
る。

【０００２】

【従来の技術】表面伝導型電子放出素子は、絶縁性の基
板上に形成された導電性薄膜に、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。

【０００３】表面伝導型電子放出素子の典型的な構成例
としては、絶縁性の基板上に設けた一対の素子電極間を
連絡する金属酸化物等の導電性薄膜に、予めフォーミン
グと称される通電処理により電子放出部を形成したもの
が挙げられる。フォーミングは、導電性薄膜の両端に、
電圧を印加通電することで通常行われ、導電性薄膜を局
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を形成する処理であ
る。電子放出は、上記電子放出部が形成された導電性薄
膜に電圧を印加して電流を流すことにより、電子放出部
に発生した亀裂付近から行われる。

【０００４】上記表面伝導型電子放出素子は、構造が単
純で製造も比較的容易であることから、大面積にわたり
多数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。

【０００５】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）にて各々結線した
行を多数行配列（梯型配置とも呼ぶ）した電子源が挙げ
られる（特開昭６４−３１３３２号公報、特開平１−２
８３７４９号公報、特開平２−２５７５５２号公報）。

【０００６】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）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
表面伝導型電子放出素子を製造する際、電子放出部形成
の工程で通電フォーミングの手法を用いるため、次のよ
うな問題点があった。

【０００８】（１）通電により発生するジュール熱によ
る、導電性薄膜の部分的な変質・変形による高抵抗化を
利用するため、電子放出部の位置，形状などを制御する
ことが難しく、多数の素子を作製したとき、素子の特性
を均一にすることが難しい。このため、多数の電子放出
素子を配置して、マルチ電子源あるいはそれを用いた画
像形成装置を作製する場合、電子放出量のバラツキ、画
面の輝度ムラが生じ、高品位の画像を要求される装置な
どには用いることができなかった。

【０００９】（２）上記電子放出部の位置，形状などの
制御は、素子電極の間隔を広くするととりわけ困難にな
る。具体的には、電子放出部が大きく蛇行した形状にな
り、電子放出特性の不均一性が顕著になる。これは、大
面積の電子源の生産技術として、配線の形成をスクリー
ン印刷などの手法により行う場合に深刻な問題となる。

【００１０】（３）１素子当たりのフォーミングに要す
る電流が大きいため、多数の素子をまとめてフォーミン
グする場合、各素子を結ぶ配線において電圧降下が起こ
る。これに起因して、素子毎にフォーミングの状況が異
なり、電子放出特性の違いを生じる。

【００１１】（４）フォーミング時には、通常の駆動時
よりも大きな電流が必要なため、配線の電流容量を大き
くする必要があり、装置設計上の自由度が大きく制限さ
れる。

【００１２】以上のような問題点があることから、従来
のフォーミング方式に代わる新たな電子放出部形成方法
の開発が望まれていた。

【００１３】本発明は、上述したような表面伝導型電子
放出素子の電子放出部形成の際の問題点を解決し、表面
伝導型電子放出素子を多数配列形成した電子源、及びこ
の電子源を用いた画像形成装置の大面積化，高品位化を
実現することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するために成された本発明の構成は以下の通りである。

【００１５】本発明の第一は、一対の素子電極間に跨が
る導電性薄膜に電子放出部が設けられた表面伝導型電子
放出素子において、上記一対の素子電極の少なくとも上
記導電性薄膜と接する部分の材質が互いに異なり、前記
電子放出部が、一方の素子電極のエッジ部近傍にのみ形
成されていることを特徴とする表面伝導型電子放出素子
にある。

【００１６】上記本発明第一は、さらにその特徴とし
て、前記一対の素子電極の前記導電性薄膜と接する部分
の材質が、一方は加熱することにより温度Ｔ_A 以上の温
度で前記導電性薄膜と反応性を示すものであり、他方は
前記導電性薄膜と反応性を示さないか、あるいは上記の
温度Ｔ_A よりも高い温度Ｔ_B 以上の温度でのみ反応性を
示すものであり、前記電子放出部が、上記温度Ｔ_A 以上
の温度で導電性薄膜と反応性を示す素子電極のエッジ部
近傍にのみ形成されていること、前記導電性薄膜が、Ｐ
ｄ又はＰｄＯ又は両者の混合物からなり、前記電子放出
部がその近傍に形成されている素子電極の内、少なくと
も上記導電性薄膜と接する部分が、Ａｕよりなること、
また、更に加えて、前記電子放出部がその近傍に形成さ
れている素子電極と対向する他方の素子電極の内、少な
くとも前記導電性薄膜と接する部分が、Ｐｔ又はＮｉよ
りなること、前記電子放出部がその近傍に形成されてい
る素子電極の内、少なくとも前記導電性薄膜と接する部
分が、Ａｕよりなり、上記導電性薄膜ともう一方の素子
電極が、Ｐｔよりなること、一対の素子電極が同一面上
に形成された平面型であること、一対の素子電極が絶縁
層を介して上下に位置し、該絶縁層の側面に電子放出部
を含む導電性薄膜が形成された垂直型であること、をも
含む。

【００１７】本発明の第二は、上記本発明第一の表面伝
導型電子放出素子を、基板上に複数配置したことを特徴
とする電子源にある。

【００１８】上記本発明第二は、さらにその特徴とし
て、前記電子源は、複数の表面伝導型電子放出素子を配
列した素子列を少なくとも１列以上有し、各表面伝導型
電子放出素子を駆動するための配線がマトリクス配置さ
れていること、前記電子源は、複数の表面伝導型電子放
出素子を配列した素子列を少なくとも１列以上有し、各
表面伝導型電子放出素子を駆動するための配線が梯状配
置されていること、をも含む。

【００１９】本発明の第三は、上記本発明第二の電子源
と、該電子源からの電子線の照射により画像を形成する
画像形成部材とを具備することを特徴とする画像形成装
置にある。

【００２０】上記本発明第三は、さらにその特徴とし
て、前記画像形成部材が、蛍光体膜であることをも含
む。

【００２１】本発明の第四は、前記本発明第一の表面伝
導型電子放出素子を製造する方法であって、一対の素子
電極を、少なくともその一部が互いに異なる材質によっ
て形成する工程と、該素子電極間に跨がる導電性薄膜を
形成する工程と、加熱処理により、一方の素子電極と導
電性薄膜を反応させて電子放出部を形成する工程とを有
することを特徴とする表面伝導型電子放出素子の製造方
法にある。

【００２２】上記本発明第四は、さらにその特徴とし
て、前記導電性薄膜を形成する工程が、有機金属化合物
溶液を塗布し、有機金属化合物薄膜を形成する工程と、
該有機金属化合物薄膜を熱処理して金属又は金属酸化物
の微粒子からなる導電性薄膜を形成する工程からなるこ
と、また、更に加えて、前記有機金属化合物が、有機Ｐ
ｄ錯体であること、前記一対の素子電極を形成する工程
が、同一材質で素子電極対を形成する工程と、該素子電
極対の一方に電解メッキ法により被覆層を形成する工程
からなること、前記電子放出部を形成する工程が、非酸
化性あるいは還元性雰囲気の下で行われること、また、
更に加えて、前記還元性雰囲気が、水素を含有する雰囲
気であること、前記電子放出部を形成する際の加熱処理
が、加熱手段によって素子全体を概略均一な温度に加熱
するものであること、前記電子放出部を形成する際の加
熱処理が、該電子放出部を形成する領域の近傍に局所的
に光を照射することによって、局所的に加熱するもので
あること、前記電子放出部を形成する際の加熱処理が、
前記一対の素子電極の間に電圧を印加して、通電により
加熱するものであること、をも含む。

【００２３】本発明の第五は、前記本発明第二の電子源
を製造する方法であって、前記基板上に配置される複数
の表面伝導型電子放出素子を、前記本発明第四の製造方
法によって製造することを特徴とする電子源の製造方法
にある。

【００２４】本発明の第六は、前記本発明第三の画像形
成装置を製造する方法であって、前記本発明第五の製造
方法によって電子源を製造し、得られた電子源を、前記
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
装置の製造方法にある。

【００２５】上記本発明においては、表面伝導型電子放
出素子の一対の素子電極の少なくとも導電性薄膜と接す
る部分の材質を、互いに異なるように選ぶ。この一対の
素子電極の材質の選び方は、具体的には、一方は加熱す
ることにより温度Ｔ_A 以上で導電性薄膜と反応性を示す
ものとし、他方は導電性薄膜と反応性を示さないか、あ
るいは温度Ｔ_A よりも高い温度Ｔ_B 以上でのみ反応性を
示すものとすることができる。

【００２６】このように一対の素子電極の材質を選び、
Ｔ_A ＜Ｔ＜Ｔ_B なる温度Ｔで熱処理することにより、一
方の素子電極と導電性薄膜とがその接触部で反応を起こ
し、この素子電極のエッジ部に沿って、導電性薄膜の一
部に高抵抗化した電子放出部が形成される。

【００２７】また、上記導電性薄膜と素子電極の材質を
適当に選び、さらに適当な雰囲気下で熱処理をすれば、
十分な低温、例えば４００℃程度で十分に早い固相反応
がこれらの間で生じ、基板等にダメージを与えることな
くフォーミングを行うことができる。

【００２８】また、表面伝導型電子放出素子を多数配置
した電子源において、上記熱処理時の温度分布を十分に
均一化すれば、各素子の電子放出部の位置，形状を均一
化でき、電子放出特性のバラツキを抑制できる。

【００２９】また、電子放出部が素子電極のエッジ部に
沿って形成されるため、素子電極の間隔が広い場合に
も、従来のように電子放出部が蛇行することがないた
め、これによる素子特性のバラツキも低減される。

【００３０】更に、フォーミング処理に通電は必須では
なく、また上記熱処理後に通電を用いる場合にも、従来
の方法に比べて少ない電力でフォーミングを完了するこ
とができ、配線の電流容量の問題も解消される。

【００３１】以上のように、本発明は表面伝導型電子放
出素子、該表面伝導型電子放出素子を複数配列形成した
電子源、該電子源を用いた画像形成装置に係るもので、
各発明の構成及び作用を以下に更に説明する。

【００３２】本発明に係る表面伝導型電子放出素子の基
本的な構成としては、一対の素子電極が同一面上に形成
された平面型と、一対の素子電極が絶縁層を介して上下
に位置する垂直型の２つの構成が挙げられる。

【００３３】先ず、平面型の表面伝導型電子放出素子に
ついて説明する。

【００３４】図１は、平面型表面伝導型電子放出素子の
基本的な一構成例を示す図であり、（ａ）は上面図、
（ｂ）はＸ−Ｘ’面での断面図である。

【００３５】図１中、１は基板、２は電子放出部、３は
電子放出部を含む導電性薄膜、４と５は素子電極であ
り、素子電極５のエッジ部に沿って導電性薄膜３の一部
に電子放出部２が形成されている。

【００３６】この平面型表面伝導型電子放出素子は、基
板１上に、素子電極４，５、導電性薄膜３の順に積層さ
れたものとなっているが、基板１上に、導電性薄膜３、
素子電極４，５の順に積層したものとしてもよい。

【００３７】基板１としては、例えば石英ガラス、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等が挙げられる。

【００３８】対向する素子電極４，５の材料としては、
一般的導体材料が用いられ、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。

【００３９】導電性薄膜３を構成する主な材料として
は、例えばＮｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，
Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属或は合金、或はその酸化物等
が使用可能である。

【００４０】本発明において、上記素子電極４，５と導
電性薄膜３の材料の組み合わせは重要であって、一方の
素子電極（図１では素子電極５）と導電性薄膜３の材料
は、後述の温度制御された熱処理によって急激な反応を
生じ、導電性薄膜３の一部に高抵抗化した電子放出部２
を形成するものでなくてはならない。一方、他方の素子
電極（図１では素子電極４）と導電性薄膜３の材料は、
上記熱処理によって反応を生じないような組み合わせ、
あるいは両者に同じ材料を用いることが必要である。

【００４１】図２は、上記のように、一方の素子電極５
は熱処理によって導電性薄膜３と反応するもの、他方の
素子電極４は導電性薄膜３と同じ材料を用いた場合の例
である。図２に示されるように、素子電極４はその一部
が突出して導電性薄膜３を成して、その一部は素子電極
５と重なっている。そして、導電性薄膜３には、素子電
極５のエッジ部に沿った電子放出部５が形成されてい
る。

【００４２】図１，図２に示した本発明の平面型表面伝
導型電子放出素子において、素子電極間隔Ｌ１、素子電
極長さＷ１、導電性薄膜３の形状等は、応用される形態
等によって、適宜設計される。

【００４３】素子電極間隔Ｌ１は、数百ｎｍ〜数百μｍ
であることが好ましく、より好ましくは、素子電極４，
５間に印加する電圧等により、数μｍ〜数十μｍであ
る。

【００４４】素子電極長さＷ１及び膜厚ｄは、電極の抵
抗値，電子放出特性などを考慮して適宜設定され、通常
は、素子電極長さＷ１は数μｍ〜数百μｍであり、素子
電極の膜厚ｄは、数十ｎｍ〜数μｍである。

【００４５】次に、本発明の垂直型の表面伝導型電子放
出素子について説明する。

【００４６】図２は、平面型表面伝導型電子放出素子の
基本的な一構成例を示す図であり、図中２１は段差形成
部材で、その他図１と同じ符号は同じ部材を示すもので
ある。

【００４７】基板１、電子放出部を含む導電性薄膜３、
素子電極４，５は、前述した平面型表面伝導型電子放出
素子と同様の材料で構成されたものである。

【００４８】段差形成部材２１は、例えば真空蒸着法，
印刷法，スパッタ法等で付設されたＳｉＯ₂ 等の絶縁性
材料で構成されたものである。この段差形成部材２１の
膜厚は、先に述べた平面型表面伝導型電子放出素子の素
子電極間隔Ｌ１（図１，図２参照）に対応するもので、
段差形成部材２１の作成法や素子電極４，５間に印加す
る電圧と電子放出し得る電界強度等により設定される
が、好ましくは数十ｎｍ〜数十μｍであり、特に好まし
くは数十ｎｍ〜数μｍである。

【００４９】次に、図１に示した構成の表面伝導型電子
放出素子を例に、図４の製造工程図に基づいて本発明の
製造方法の一例を以下に説明する。尚、以下に示す工程
ａ〜ｃは図４の（ａ）〜（ｃ）に対応する。

【００５０】工程ａ：基板１を洗剤、純水および有機溶
剤により十分に洗浄した後、真空蒸着，スパッタリング
などの真空成膜法、ＣＶＤなどの気相成長法、メッキ法
などにより素子電極材料を堆積させた後、フォトリソグ
ラフィー技術などによりパターニングする方法、あるい
は、スクリーン印刷などにより、基板１の面上に素子電
極４，５を形成する。

【００５１】工程ｂ：素子電極４，５を形成した基板１
上に、両方の素子電極に跨がる導電性薄膜３を形成す
る。この形成法も、上記素子電極の形成法と同様の方法
を用いることができ、さらには有機金属化合物溶液の塗
布法を用いることもできる。

【００５２】具体的には、有機金属化合物溶液を塗布し
て有機金属化合物薄膜を形成した後、該薄膜を熱処理し
て金属又は金属酸化物の微粒子からなる導電性薄膜３を
形成する。尚、有機金属化合物溶液とは、前述の導電性
薄膜３の構成材料の金属を主元素とする有機化合物の溶
液である。

【００５３】工程ｃ：上記基板１を所定の温度に加熱
し、素子電極５と導電性薄膜３の反応を起こし、この素
子電極５のエッジ部に沿って、導電性薄膜３の一部に高
抵抗化した電子放出部２を形成する。加熱の方法は、電
気炉，ホットプレートなどで全体を加熱しても良いし、
レーザースポットで素子電極５と導電性薄膜３が接する
部分を走査し、局所的に加熱を行っても良い。

【００５４】また、このときの雰囲気は、真空、不活性
ガス、還元雰囲気（Ｈ₂ 含有雰囲気など）が望ましい。
Ｈ₂ 含有雰囲気中で加熱処理することにより、反応の温
度を低下させられる場合がある。一方、酸化性雰囲気の
場合、素子電極５あるいは導電性薄膜３の表面に酸化物
層が形成され、これらの反応、即ち合金化を妨げる場合
ある。

【００５５】上記加熱処理温度は、素子電極５及び導電
性薄膜３の材質や、処理雰囲気に強く依存するが、１０
０℃〜１０００℃程度の範囲において、電子放出部２と
なる所望の構造が得られるように最適化するのが好まし
い。また、この加熱処理温度で、素子電極４，５及び導
電性薄膜３の本体はなんらダメージを受けないような材
料を選ぶ必要がある。

【００５６】本発明の表面伝導型電子放出素子の製造方
法では、上記加熱処理により一方の素子電極５と導電性
薄膜３とを反応させるという、いわゆる第一のフォーミ
ング工程の後、必要に応じて第二のフォーミング工程と
して通電処理を行う場合もある。この時に印加する電圧
波形の例を図５に示す。

【００５７】電圧波形は、特にパルス波形が好ましく、
パルス波高値を定電圧とした電圧パルスを連続的に印加
する場合（図５（ａ））と、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（図５（ｂ））がある。

【００５８】まず、パルス波高値を定電圧とした場合に
ついて説明する。図５（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、例えば、Ｔ１を
１μ秒〜１０ｍ秒、Ｔ２を１０μ秒〜１００ｍ秒とし、
三角波の波高値（通電フォ−ミング時のピ−ク電圧）を
前述した表面伝導型電子放出素子の形態に応じて適宜選
択して、適当な真空分囲気下で、数秒から数十分印加す
る。尚、印加する電圧波形は、図示される三角波に限定
されるものではなく、矩形波等の所望の波形を用いるこ
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説明する。図５（ｂ）に
おけるＴ１及びＴ２は図５（ａ）と同様であり、三角波
の波高値（通電フォ−ミング時のピ−ク電圧）を、例え
ば０．１Ｖステップ程度づつ増加させ、図５（ａ）の説
明と同様の適当な真空雰囲気下で印加する。

【００６０】尚、パルス間隔Ｔ２中で、導電性薄膜３
（図１参照）を局所的に破壊、変形もしくは変質させな
い程度の電圧、例えば０．１Ｖ程度の電圧で素子電流を
測定して抵抗値を求め、例えば１Ｍオーム以上の抵抗を
示した時に通電フォーミングを終了する。

【００６１】尚、前記第一のフォーミング工程（加熱処
理による反応工程）によって、導電性薄膜３には既に高
抵抗化した部分（電子放出部２となる部分）がある程度
形成されているため、上記いずれのパルス波形を用いる
場合にも、印加するパルスの電圧，電力は、従来の表面
伝導型電子放出素子を形成する際の通電フォーミングの
場合よりも遥かに小さい。

【００６２】この後、更に活性化工程を施すことが好ま
しい。

【００６３】活性化工程とは、例えば１０^-4〜１０^-5Ｔ
ｏｒｒ程度の真空度で、通電フォーミング同様、パルス
波高値を定電圧としたパルスの印加を繰り返す処理のこ
とをいい、真空雰囲気中に存在する有機物質から炭素及
び炭素化合物を電子放出部２（図１参照）に堆積させる
ことで、素子電流、放出電流の状態を著しく向上させる
ことができる工程である。この活性化工程は、例えば素
子電流や放出電流を測定しながら行って、例えば放出電
流が飽和した時点で終了するようにすれば効果的である
ので好ましい。また、活性化工程でのパルス波高値は、
好ましくは素子を駆動する際に印加する駆動電圧の波高
値である。

【００６４】尚、上記炭素及び炭素化合物とは、グラフ
ァイト（単結晶及び多結晶の双方を指す）、非晶質カー
ボン（非晶質カーボン及びこれと多結晶グラファイトと
の混合物を指す）である。また、その堆積膜厚は、好ま
しくは５０ｎｍ以下、より好ましくは３０ｎｍ以下であ
る。

【００６５】以上のようにして作製した本発明の表面伝
導型電子放出素子は、好ましくは、前記活性化処理時の
真空度より高い真空度の真空雰囲気、即ち約１０^-6Ｔｏ
ｒｒよりも高い真空度、より好ましくは、超高真空系で
駆動するのが好ましい。これにより、素子電流及び放出
電流の変動の無い、安定した駆動を行うことができる。

【００６６】次に、本発明の表面伝導型電子放出素子の
基本特性を以下に説明する。

【００６７】図６は、表面伝導型電子放出素子の電子放
出特性を測定するための測定評価系の一例を示す概略構
成図で、まずこの測定評価系を説明する。

【００６８】図６において、図１と同じ符号は同じ部材
を示す。また、５１は素子に素子電圧Ｖｆを印加するた
めの電源、５０は素子電極４，５間の導電性薄膜３を流
れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、５４は電子
放出部２より放出される放出電流Ｉｅを捕捉するための
アノ−ド電極、５３はアノ−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、５５は真空装
置、５６は排気ポンプである。

【００６９】表面伝導型電子放出素子及びアノ−ド電極
５４等は真空装置５５内に設置され、この真空装置５５
には不図示の真空計等の必要な機器が具備されており、
所望の真空下で表面伝導型電子放出素子の測定評価がで
きるようになっている。

【００７０】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から構成されている。
また、真空装置５５全体及び表面伝導型電子放出素子の
基板１は、不図示のヒーターにより加熱できるようにな
っている。従って、この測定評価系は、前述の通電フォ
ーミングを含め、これ以降の工程に応用することができ
るものである。

【００７１】以下に述べる表面伝導型電子放出素子の基
本特性は、上記測定評価系のアノ−ド電極５４の電圧を
１ｋＶ〜１０ｋＶとし、アノ−ド電極５４と表面伝導型
電子放出素子の距離Ｈを２ｍｍ〜８ｍｍとして通常測定
を行う。

【００７２】まず、放出電流Ｉｅ及び素子電流Ｉｆと、
素子電圧Ｖｆの関係の典型的な例を図７（図中の実線）
に示す。尚、図７において、放出電流Ｉｅは素子電流Ｉ
ｆに比べて著しく小さいので、任意単位で示されてい
る。

【００７３】図７から明らかなように、表面伝導型電子
放出素子は、放出電流Ｉｅに対する次の３つの特徴的特
性を有する。

【００７４】まず第１に、表面伝導型電子放出素子はあ
る電圧（しきい値電圧と呼ぶ：図７中のＶｔｈ）以上の
素子電圧Ｖｆ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
殆ど検出されない。即ち、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。

【００７５】第２に、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに対
して単調増加する特性（ＭＩ特性と呼ぶ）を有するた
め、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御できる。

【００７６】第３に、アノード電極５４（図６参照）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。即ち、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。

【００７７】図７に実線で示した特性は、放出電流Ｉｅ
が素子電圧Ｖｆに対してＭＩ特性を有すると同時に、素
子電流Ｉｆも素子電圧Ｖｆに対してＭＩ特性を有してい
るが、図７に破線で示すように、素子電流Ｉｆは素子電
圧Ｖｆに対して電圧制御型負性抵抗特性（ＶＣＮＲ特性
と呼ぶ）を示す場合もある。いずれの特性を示すかは、
素子の製法及び測定時の測定条件等に依存する。但し、
素子電流Ｉｆが素子電圧Ｖｆに対してＶＣＮＲ特性を有
する素子でも、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆに対してＭ
Ｉ特性を有する。

【００７８】以上のような本発明の表面伝導型電子放出
素子の特徴的特性のため、複数の素子を配置した電子源
や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、多方面への
応用ができる。

【００７９】次に、本発明の電子源における表面伝導型
電子放出素子の配列について説明する。

【００８０】本発明の電子源における表面伝導型電子放
出素子の配列方式としては、従来の技術の項で述べたよ
うな梯型配置の他、ｍ本のＸ方向配線の上にｎ本のＹ方
向配線を層間絶縁層を介して設置し、表面伝導型電子放
出素子の一対の素子電極に各々Ｘ方向配線、Ｙ方向配線
を接続した配列方式が挙げられる。これを以後単純マト
リクス配置と呼ぶ。まず、この単純マトリクス配置につ
いて詳述する。

【００８１】前述した表面伝導型電子放出素子の基本的
特性によれば、印加される素子電圧Ｖｆがしきい値電圧
Ｖｔｈを超える場合には、印加するパルス状電圧の波高
値とパルス幅で電子放出量を制御できる。一方、しきい
値電圧Ｖｔｈ以下では、殆ど電子の放出はされない。従
って、多数の表面伝導型電子放出素子を配置した場合に
おいても、単純なマトリクス配線だけで入力信号に応じ
て制御したパルス状電圧を印加し、個々の素子を選択し
て独立に駆動可能となる。

【００８２】単純マトリクス配置は上記原理に基づくも
のであり、本発明の電子源の一例である単純マトリクス
配置の電子源の構成について、図８に基づいて更に説明
する。

【００８３】図８において、基板１は既に説明したよう
なガラス板等であり、この基板１上に配列された表面伝
導型電子放出素子１０４の個数及び形状は用途に応じて
適宜設定されるものである。

【００８４】ｍ本のＸ方向配線１０２は、各々外部端子
Ｄｘ１，Ｄｘ２，・・・Ｄｘｍを有するもので、基板１
上に、真空蒸着法，印刷法，スパッタ法等で形成した導
電性金属等である。また、多数の表面伝導型電子放出素
子１０４にほぼ均等に電圧が供給されるように、材料、
膜厚、配線幅が設定されている。

【００８５】ｎ本のＹ方向配線１０３は、各々外部端子
Ｄｙ１，Ｄｙ２，・・・Ｄｙｎを有するもので、Ｘ方向
配線１０２と同様に作成される。

【００８６】これらｍ本のＸ方向配線１０２とｎ本のＹ
方向配線１０３間には、不図示の層間絶縁層が設置さ
れ、電気的に分離されて、マトリクス配線を構成してい
る。尚、このｍ，ｎは共に正の整数である。

【００８７】不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法，印刷
法，スパッタ法等で形成されたＳｉＯ₂ 等であり、Ｘ方
向配線１０２を形成した基板１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１０２とＹ方向配線
１０３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。

【００８８】更に、表面伝導型電子放出素子１０４の対
向する素子電極（不図示）が、ｍ本のＸ方向配線１０２
と、ｎ本のＹ方向配線１０３と、真空蒸着法，印刷法，
スパッタ法等で形成された導電性金属等からなる結線１
０５によって電気的に接続されているものである。

【００８９】ここで、ｍ本のＸ方向配線１０２と、ｎ本
のＹ方向配線１０３と、結線１０５と、対向する素子電
極とは、その構成元素の一部あるいは全部が同一であっ
ても、またそれぞれ異なっていてもよく、前述の素子電
極の材料等より適宜選択される。これら素子電極への配
線は、素子電極と材料が同一である場合には、素子電極
と総称する場合もある。また、表面伝導型電子放出素子
１０４は、基板１あるいは不図示の層間絶縁層上どちら
に形成してもよい。

【００９０】また、詳しくは後述するが、前記Ｘ方向配
線１０２には、Ｘ方向に配列された表面伝導型電子放出
素子１０４の行を入力信号に応じて走査するために、走
査信号を印加する不図示の走査信号印加手段が電気的に
接続されている。

【００９１】一方、Ｙ方向配線１０３には、Ｙ方向に配
列された表面伝導型電子放出素子１０４の列の各列を入
力信号に応じて変調するために、変調信号を印加する不
図示の変調信号印加手段が電気的に接続されている。各
表面伝導型電子放出素子１０４に印加される駆動電圧
は、当該表面伝導型電子放出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ものである。

【００９２】次に、以上のような単純マトリクス配置の
本発明の電子源を用いた本発明の画像形成装置の一例
を、図９〜図１１を用いて説明する。尚、図９は表示パ
ネル２０１の基本構成図であり、図１０は蛍光膜１１４
を示す図であり、図１１は図９の表示パネル２０１でＮ
ＴＳＣ方式のテレビ信号に応じてテレビジョン表示を行
うための駆動回路の一例を示すブロック図である。

【００９３】図９において、１は上述のようにして本発
明の表面伝導型電子放出素子を配置した電子源の基板、
１１１は基板１を固定したリアプレ−ト、１１６はガラ
ス基板１１３の内面に画像形成部材であるところの蛍光
膜１１４とメタルバック１１５等が形成されたフェ−ス
プレ−ト、１１２は支持枠である。リアプレ−ト１１
１，支持枠１１２及びフェ−スプレ−ト１１６は、これ
らの接合部分にフリットガラス等を塗布し、大気中ある
いは窒素雰囲気中で４００℃〜５００℃で１０分間以上
焼成することで封着して、外囲器１１８を構成してい
る。

【００９４】図９において、１０２，１０３は表面伝導
型電子放出素子１０４の一対の素子電極４，５（図１参
照）に接続されたＸ方向配線及びＹ方向配線で、各々外
部端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ、Ｄｙ１ないしＤｙｎを有し
ている。

【００９５】外囲器１１８は、上述の如く、フェ−スプ
レ−ト１１６、支持枠１１２、リアプレ−ト１１１で構
成されている。しかし、リアプレ−ト１１１は主に基板
１の強度を補強する目的で設けられるものであり、基板
１自体で十分な強度を持つ場合は別体のリアプレ−ト１
１１は不要であり、基板１に直接支持枠１１２を封着
し、フェ−スプレ−ト１１６、支持枠１１２、基板１に
て外囲器１１８を構成しても良い。また、フェースプレ
ート１１６とリアプレート１１１の間に、スペーサーと
呼ばれる不図示の支持体を更に設置することで、大気圧
に対して十分な強度を有する外囲器１１８とすることも
できる。

【００９６】蛍光膜１１４は、モノクロ−ムの場合は蛍
光体１２２のみから成るが、カラ−の場合は、蛍光体１
２２の配列により、ブラックストライプ（図１０
（ａ））あるいはブラックマトリクス（図１０（ｂ））
等と呼ばれる黒色導電材１２１と、蛍光体１２２とで構
成される。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−表示の場合必要となる三原色の各
蛍光体１２２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１１４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である。黒色
導電材１２１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だけでなく、導電性があり、光
の透過及び反射が少ない材料であれば他の材料を用いる
こともできる。

【００９７】ガラス基板１１３に蛍光体１２２を塗布す
る方法としては、モノクロ−ム、カラ−によらず、沈殿
法や印刷法が用いられる。

【００９８】また、図９に示されるように、蛍光膜１１
４の内面側には通常メタルバック１１５が設けられる。
メタルバック１１５の目的は、蛍光体１２２（図１０参
照）の発光のうち内面側への光をフェ−スプレ−ト１１
６側へ鏡面反射することにより輝度を向上すること、高
圧端子Ｈｖから電子ビ−ム加速電圧を印加するための電
極として作用すること、外囲器１１８内で発生した負イ
オンの衝突によるダメ−ジからの蛍光体１２２の保護等
である。メタルバック１１５は、蛍光膜１１４の作製
後、蛍光膜１１４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
等で堆積することで作製できる。

【００９９】フェ−スプレ−ト１１６には、更に蛍光膜
１１４の導電性を高めるため、蛍光膜１１４の外面側に
透明電極（不図示）を設けてもよい。

【０１００】前述の封着を行う際、カラ−の場合は各色
蛍光体１２２と表面伝導型電子放出素子１０４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う必
要がある。

【０１０１】外囲器１１８内は、不図示の排気管を通
じ、１０^-6〜１０^-7Ｔｏｒｒ程度の真空度にされ、封止
される。

【０１０２】尚、不図示の排気管を通じ、例えば、ロー
タリーポンプ、ターボポンプをポンプ系とするような通
常の真空装置系で、外囲器１１８内を１０^-6Ｔｏｒｒ程
度の真空度とした状態で、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍと
Ｄｙ１〜Ｄｙｎを通じ素子電極４，５間に電圧を印加
し、前述の活性化工程を行った後、８０〜１５０℃でベ
ーキングを３〜１５時間行いながら、例えば、イオンポ
ンプ等をポンプ系とする超高真空装置系に切り替える場
合もある。また、外囲器１１８の封止を行う直前あるい
は封止後に、ゲッタ−処理を行う場合もある。これは、
抵抗加熱あるいは高周波加熱等の加熱法により、外囲器
１１８内の所定の位置に配置したゲッタ−（不図示）を
加熱し、蒸着膜を形成する処理である。ゲッタ−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１０^-5〜１０^-7Ｔｏｒｒの真空度を維持するための
ものである。

【０１０３】上述の表示パネル２０１は、例えば図１１
に示されるような駆動回路で駆動することができる。
尚、図１１において、２０１は前記表示パネルであり、
２０２は走査回路、２０３は制御回路、２０４はシフト
レジスタ、２０５はラインメモリ、２０６は同期信号分
離回路、２０７は変調信号発生器、Ｖｘ及びＶａは直流
電圧源である。

【０１０４】図１１に示されるように、表示パネル２０
１は、外部端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ、外部端子Ｄｙ１な
いしＤｙｎ、及び高圧端子Ｈｖを介して外部の電気回路
と接続されている。このうち、外部端子Ｄｘ１ないしＤ
ｘｍには、前記表示パネル２０１内に設けられている表
面伝導型電子放出素子、すなわちｍ行ｎ列の行列状にマ
トリクス配置された表面伝導型電子放出素子群を１行
（ｎ素子）づつ順次駆動して行くための走査信号が印加
される。

【０１０５】一方、外部端子Ｄｙ１ないしＤｙｎには、
前記走査信号により選択された１行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。また、高
圧端子Ｈｖ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。これは表面伝導型電子放出素
子より出力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。

【０１０６】走査回路２０２は、内部にｍ個のスイッチ
ング素子（図１１中、Ｓ１ないしＳｍで模式的に示す）
を備えるもので、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓｍは、直
流電圧源Ｖｘの出力電圧もしくは０Ｖ（グランドレベ
ル）のいずれか一方を選択して、表示パネル２０１の外
部端子Ｄｘ１ないしＤｘｍと電気的に接続するものであ
る。各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓｍは、制御回路２０３
が出力する制御信号Ｔｓｃａｎに基づいて動作するもの
で、実際には、例えばＦＥＴのようなスイッチング機能
を有する素子を組み合わせることにより容易に構成する
ことが可能である。

【０１０７】本例における前記直流電圧源Ｖｘは、前記
表面伝導型電子放出素子の特性（しきい値電圧）に基づ
き、走査されていない表面伝導型電子放出素子に印加さ
れる駆動電圧がしきい値電圧以下となるような一定電圧
を出力するよう設定されている。

【０１０８】制御回路２０３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
動作を整合させる働きをもつものである。次に説明する
同期信号分離回路２０６より送られる同期信号Ｔｓｙｎ
ｃ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。

【０１０９】同期信号分離回路２０６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為の回路で、良く知られてい
るように、周波数分離（フィルター）回路を用いれば、
容易に構成できるものである。同期信号分離回路２０６
により分離された同期信号は、これも良く知られるよう
に、垂直同期信号と水平同期信号より成る。ここでは説
明の便宜上、Ｔｓｙｎｃとして図示する。一方、前記テ
レビ信号から分離された画像の輝度信号成分を便宜上Ｄ
ＡＴＡ信号と図示する。このＤＡＴＡ信号はシフトレジ
スタ２０４に入力される。

【０１１０】シフトレジスタ２０４は、時系列的にシリ
アル入力される前記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２０３より送られる制御信号Ｔｓｆｔに基づいて動
作する。この制御信号Ｔｓｆｔは、シフトレジスタ２０
４のシフトクロックであると言い換えても良い。また、
シリアル／パラレル変換された画像１ライン分（表面伝
導型電子放出素子のｎ素子分の駆動データに相当する）
のデータは、Ｉｄ１ないしＩｄｎのｎ個の並列信号とし
て前記シフトレジスタ２０４より出力される。

【０１１１】ラインメモリ２０５は、画像１ライン分の
データを必要時間だけ記憶する為の記憶装置であり、制
御回路２０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙに従って適
宜Ｉｄ１ないしＩｄｎの内容を記憶する。記憶された内
容は、Ｉ’ｄ１ないしＩ’ｄｎとして出力され、変調信
号発生器２０７に入力される。

【０１１２】変調信号発生器２０７は、前記画像データ
Ｉ’ｄ１ないしＩ’ｄｎの各々に応じて、表面伝導型電
子放出素子の各々を適切に駆動変調する為の信号線で、
その出力信号は、外部端子Ｄｙ１ないしＤｙｎを通じて
表示パネル２０１内の表面伝導型電子放出素子に印加さ
れる。

【０１１３】前述したように、表面伝導型電子放出素子
は電子放出に明確なしきい値電圧を有しており、しきい
値電圧を超える電圧が印加された場合にのみ電子放出が
生じる。また、しきい値電圧を超える電圧に対しては、
表面伝導型電子放出素子への印加電圧の変化に応じて放
出電流も変化して行く。表面伝導型電子放出素子の材料
や構成、製造方法を変える事により、しきい値電圧の値
や、印加電圧に対する放出電流の変化の度合いが変わる
場合もあるが、いずれにしても以下のような事が言え
る。

【０１１４】即ち、表面伝導型電子放出素子にパルス状
の電圧を印加する場合、例えばしきい値電圧以下の電圧
を印加しても電子放出は生じないが、しきい値電圧を超
える電圧を印加する場合には電子放出を生じる。その
際、第１には電圧パルスの波高値を変化させることによ
り、出力される電子ビームの強度を制御することが可能
である。第２には、電圧パルスの幅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。

【０１１５】従って、入力信号に応じて表面伝導型電子
放出素子を変調する方式としては、電圧変調方式とパル
ス幅変調方式とが挙げられる。電圧変調方式を行う場
合、変調信号発生器２０７としては、一定の長さの電圧
パルスを発生するが、入力されるデータに応じて適宜パ
ルスの波高値を変調できる電圧変調方式の回路を用い
る。また、パルス幅変調方式を行う場合、変調信号発生
器２０７としては、一定の波高値の電圧パルスを発生す
るが、入力されるデータに応じて適宜パルス幅を変調で
きるパルス幅変調方式の回路を用いる。

【０１１６】シフトレジスタ２０４やラインメモリ２０
５は、デジタル信号式のものでもアナログ信号式のもの
でもよく、画像信号のシリアル／パラレル変換や記憶が
所定の速度で行えるものであればよい。

【０１１７】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路２０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化
する必要がある。これは同期信号分離回路２０６の出力
部にＡ／Ｄ変換器を設けることで行える。

【０１１８】また、これと関連して、ラインメモリ２０
５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２０７に設けられる回路が若干異なるも
のとなる。

【０１１９】即ち、デジタル信号で電圧変調方式の場
合、変調信号発生器２０７には、例えば良く知られてい
るＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増幅回路等を付
け加えればよい。また、デジタル信号でパルス幅変調方
式の場合、変調信号発生器２０７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
ことで容易に構成することができる。更に、必要に応じ
て、比較器の出力するパルス幅変調された変調信号を表
面伝導型電子放出素子の駆動電圧にまで電圧増幅するた
めの増幅器を付け加えてもよい。

【０１２０】一方、アナログ信号で電圧変調方式の場
合、変調信号発生器２０７には、例えばよく知られてい
るオペアンプ等を用いた増幅回路を用いればよく、必要
に応じてレベルシフト回路等を付け加えてもよい。ま
た、アナログ信号でパルス幅変調方式の場合、例えばよ
く知られている電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）を用いれ
ばよく、必要に応じて表面伝導型電子放出素子の駆動電
圧にまで電圧増幅するための増幅器を付け加えてもよ
い。

【０１２１】以上のような表示パネル２０１及び駆動回
路を有する本発明の画像形成装置は、外部端子Ｄｘ１〜
Ｄｘｍ及びＤｙ１〜Ｄｙｎから電圧を印加することによ
り、任意の表面伝導型電子放出素子１０４から電子を放
出させることができ、高圧端子Ｈｖを通じてメタルバッ
ク１１５あるいは透明電極（不図示）に高電圧を印加し
て電子ビ−ムを加速し、加速した電子ビームを蛍光膜１
１４に衝突させることで生じる励起・発光によって、Ｎ
ＴＳＣ方式のテレビ信号に応じてテレビジョン表示を行
うことができるものである。

【０１２２】尚、以上説明した構成は、表示等に用いら
れる本発明の画像形成装置を得る上で必要な概略構成で
あり、例えば各部材の材料等、詳細な部分は上述の内容
に限られるものではなく、画像形成装置の用途に適する
よう、適宜選択されるものである。また、入力信号例と
してＮＴＳＣ方式を挙げたが、本発明の画像形成装置は
これに限られるものではなく、ＰＡＬ，ＳＥＣＡＭ方式
等の他の方式でもよく、更には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方式でもよい。

【０１２３】次に、前述の梯型配置の電子源及びこれを
用いた本発明の画像形成装置の一例について、図１２及
び図１３を用いて説明する。

【０１２４】図１２において、１は基板、１０４は表面
伝導型電子放出素子、３０４は表面伝導型電子放出素子
１０４を接続する共通配線で１０本設けられており、各
々外部端子Ｄ１〜Ｄ１０を有している。

【０１２５】表面伝導型電子放出素子１０４は、基板１
上に並列に複数個配置される。これを素子行と呼ぶ。そ
して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３０４（例えば外部端子Ｄ１と
Ｄ２の共通配線３０４）間に適宜の駆動電圧を印加する
ことで、各素子行を独立に駆動することが可能である。
即ち、電子ビームを放出させたい素子行にはしきい値電
圧を超える電圧を印加し、電子ビームを放出させたくな
い素子行にはしきい値電圧以下の電圧を印加するように
すればよい。このような駆動電圧の印加は、各素子行間
に位置する共通配線Ｄ２〜Ｄ９について、各々相隣接す
る共通配線３０４、即ち相隣接する外部端子Ｄ２とＤ
３，Ｄ４とＤ５，Ｄ６とＤ７，Ｄ８とＤ９の共通配線３
０４を一体の同一配線としても行うことができる。

【０１２６】図１３は、上記梯型配置の電子源を備えた
表示パネル３０１の構造を示す図である。

【０１２７】図１３において、３０２はグリッド電極、
３０３は電子が通過するための開口、Ｄ１〜Ｄｍは各表
面伝導型電子放出素子に電圧を印加するための外部端
子、Ｇ１〜Ｇｎはグリッド電極３０２に接続された端子
である。また、各素子行間の共通配線３０４は一体の同
一配線として基板１上に形成されている。

【０１２８】尚、図１３において図９と同じ符号は同じ
部材を示すものであり、図９に示される単純マトリクス
配置の電子源を用いた表示パネル２０１との大きな違い
は、基板１とフェースプレート１１６の間にグリッド電
極３０２を備えている点である。

【０１２９】基板１とフェースプレート１１６の間に
は、上記のようにグリッド電極３０２が設けられてい
る。このグリッド電極３０２は、表面伝導型電子放出素
子１０４から放出された電子ビームを変調することがで
きるもので、梯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に、
各表面伝導型電子放出素子１０４に対応して１個づつ円
形の開口３０３を設けたものとなっている。

【０１３０】グリッド電極３０２の形状や配置位置は、
必ずしも図１３に示すようなものでなくともよく、開口
３０３をメッシュ状に多数設けることもあり、またグリ
ッド電極３０２を、例えば表面伝導型電子放出素子１０
４の周囲や近傍に設けてもよい。

【０１３１】外部端子Ｄ１〜Ｄｍ及びＧ１〜Ｇｎは不図
示の駆動回路に接続されている。そして、素子行を１列
づつ順次駆動（走査）していくのと同期して、グリッド
電極３０２の列に画像１ライン分の変調信号を印加する
ことにより、各電子ビームの蛍光膜１１４への照射を制
御し、画像を１ラインづつ表示することができる。

【０１３２】以上のように、本発明の画像形成装置は、
単純マトリクス配置及び梯型配置のいずれの本発明の電
子源を用いても得ることができ、上述したテレビジョン
放送の表示装置のみならず、テレビ会議システム、コン
ピューター等の表示装置として好適な画像形成装置が得
られる。更には、感光ドラム等とで構成した光プリンタ
−の露光装置としても用いることができるものである。

【０１３３】

【実施例】以下に実施例を挙げ、本発明を更に説明す
る。

【０１３４】［実施例１］本実施例は、図１に示した構
成の本発明の表面伝導型電子放出素子を作製したもので
ある。

【０１３５】先ず、図４を用いて本実施例の表面伝導型
電子放出素子の製造方法を説明する。尚、以下の工程ａ
〜ｃは、図４の（ａ）〜（ｃ）に対応する。

【０１３６】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１上に、第一の素子電極４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）で
形成し、真空蒸着法により、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ１
００ｎｍのＮｉを順次堆積した。上記ホトレジストパタ
ーンを有機溶剤で溶解し、Ｎｉ／Ｔｉ堆積膜をリフトオ
フして、素子電極４を形成した。

【０１３７】次に同様にして、第二の素子電極５となる
べきパターンをホトレジストで形成し、真空蒸着法によ
り、厚さ５ｎｍのＣｒ、厚さ１００ｎｍのＡｕを順次堆
積し、ホトレジストパターンを有機溶剤で溶解し、Ａｕ
／Ｃｒ堆積膜をリフトオフして、素子電極５を形成し
た。

【０１３８】尚、素子電極間隔Ｌ１は３０μｍとし、素
子電極の長さＷ１を３００μｍとした。

【０１３９】工程ｂ：続いて、素子電極間ギャップＬ１
及びこの近傍に開口を有するマスクを用い、その上に膜
厚１００ｎｍのＣｒ膜を真空蒸着により堆積、パターニ
ングし、その上に有機Ｐｄ（ｃｃｐ４２３０・奥野製薬
（株）製）をスピンナーにより回転塗布し、３００℃で
１０分間の加熱焼成処理をした。次に、上記Ｃｒ膜及び
焼成後の薄膜を酸エッチャントによりエッチングして所
望のパターンの導電性薄膜３を形成した。

【０１４０】こうして形成された、主として酸化パラジ
ウム（ＰｄＯ）よりなる微粒子からなる導電性薄膜３の
膜厚は１０ｎｍ、シート抵抗値は２×１０⁴ Ω／□であ
った。尚、ここで述べる微粒子膜とは、前述したよう
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、あるいは、重なり合った状態（島状
も含む）の膜を指す。

【０１４１】工程ｃ：次に、素子電極４，５及び導電性
薄膜３を形成した上記基板１を図６の測定評価系の真空
装置５５内に設置し、排気ポンプ５６にて排気して、真
空装置５５内を１×１０^-5Ｔｏｒｒの真空度とした後、
真空中にて基板１を加熱して、４５０℃で１時間保持し
た後、室温に戻した。

【０１４２】加熱処理前の素子抵抗は１ｋΩであった
が、昇温の途中２５０℃においてＰｄＯはＰｄに還元さ
れて一旦低抵抗化するが、４５０℃で加熱すると一方の
電極際で亀裂が生成し、室温に戻すと２００Ωとなっ
た。

【０１４３】上記抵抗値の変化は、Ｐｄの熱凝集による
形態変化と、Ａｕ電極（素子電極５）側での合金反応に
よる電極エッジ部での亀裂の生成によるものと考えられ
る。

【０１４４】本実施例では、確実に電子放出部２を形成
するため、引き続き上記真空装置５５内の真空雰囲気下
で、素子電圧Ｖｆを印加するための電源５１により素子
電極４，５間に電圧を印加し、通電フォ−ミング処理を
行い、電子放出部２を形成した。フォ−ミング処理には
図５（ｂ）に示した電圧波形を用いた。

【０１４５】本実施例では、図５（ｂ）中のＴ１を１ｍ
秒、Ｔ２を１０ｍ秒とし、三角波ではなく矩形波を用
い、矩形波の波高値（フォ−ミング時のピ−ク電圧）は
０．１Ｖステップで昇圧させてフォーミング処理を行っ
た。また、フォーミング処理中は、同時に、０．１Ｖの
電圧でＴ２間に抵抗測定パルスを挿入して抵抗を測定し
た。尚、フォーミング処理の終了は、抵抗測定パルスで
の測定値が約１ＭΩ以上になった時とし、同時に、素子
への電圧の印加を終了した。その結果、本実施例の素子
ではフォーミング時の電圧Ｖｆが１．０Ｖで、素子電流
Ｉｆは５ｍＡであった。

【０１４６】工程ｄ：引き続き上記真空装置５５内で、
上記通電フォーミングと同じ周期Ｔ２，パルス幅Ｔ１
で、波高値１４Ｖの矩形波を印加して、素子電流Ｉｆ及
び放出電流Ｉｅを測定しながら、活性化処理を行った。
尚、印加電圧の極性は、電子放出部２が形成された側の
素子電極５を負極とした。また、この時の真空装置５５
内の真空度は１×１０^-5Ｔｏｒｒであった。その結果、
約３０分で放出電流Ｉｅが安定し、活性化処理を終了し
た。

【０１４７】以上のようにして作製した本発明の表面伝
導型電子放出素子の特性及び形態を把握するために、電
子放出特性の測定を、引き続き上記の測定評価系を用い
て行い、測定後、電子顕微鏡で観察した。

【０１４８】尚、測定条件は、アノ−ド電極５４と表面
伝導型電子放出素子の距離Ｈを４ｍｍ、アノ−ド電極５
４の電位を１ｋＶ、真空装置５５内の真空度を１×１０
^-6Ｔｏｒｒとした。

【０１４９】その結果、本実施例の製造方法を経た素子
は、１０回の作製に対して、図７中の実線で示したよう
な電流−電圧特性が安定して得られた。素子電極４，５
間に素子電圧を１４Ｖ印加したところ、代表的な素子で
は素子電流Ｉｆが２．０ｍＡ、放出電流Ｉｅが１．０μ
Ａとなり、電子放出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆ（％）は０．０
５％であった。また、この時の各素子の放出電流Ｉｅの
バラツキは約５％と小さかった。

【０１５０】また、電子顕微鏡で素子を観察したとこ
ろ、電子放出部２はＡｕ電極（素子電極５）のエッジ部
に沿って直線状に形成されており、また、活性化処理時
の素子への電圧の印加方向に依存して、特に電子放出部
２よりも高電位側の導電性薄膜３部分に被膜が形成され
ていた。

【０１５１】また、さらに高倍率のＦＥＳＥＭで観察す
ると、この被膜は、導電性薄膜３を構成しているＰｄ微
粒子の周囲及び微粒子間にも形成されているようであっ
た。さらに、この被膜をＴＥＭ，ラマン等で観察する
と、グラファイト，アモルファスカーボンからなる炭素
被膜であることが確認された。

【０１５２】以上のように本実施例では、加熱処理によ
り、主にＰｄ微粒子からなる導電性薄膜３と、これに接
する部分がＡｕからなる素子電極５との合金反応を行わ
しめることにより、素子電極５のエッジ部に沿った直線
状の電子放出部２を形成することができ、電子放出部２
の位置及び形状を制御することができた。

【０１５３】［比較例１］実施例１の工程ｃにおいて、
加熱処理によるフォーミングを行わず、通電フォーミン
グのみによって電子放出部２を形成した以外は、実施例
１と全く同様にして表面伝導型電子放出素子を１０個作
製した。本比較例の素子では、フォーミング電圧は約
５．０Ｖ、素子電流は２５ｍＡであった。

【０１５４】これらの素子に素子電圧を１４Ｖ印加して
実施例１と同様に電子放出特性を測定した結果、平均的
な放出電流Ｉｅは実施例１の素子と同程度であったが、
各素子の放出電流Ｉｅのバラツキは約１０％と大きかっ
た。

【０１５５】また、電子放出特性の評価を行った後、電
子放出部近傍を走査電子顕微鏡により観察したところ、
電子放出部は両方の素子電極間で大きく蛇行し、蛇行幅
は２０μｍ程度であった。

【０１５６】以上、実施例１及び比較例１から判るよう
に、本発明により、素子電極間隔が３０μｍと比較的大
きい場合でも、蛇行しない電子放出部を形成でき、電子
放出特性のバラツキを低減することができた。また、通
電フォーミング時の電力を大幅に低減することができ
た。

【０１５７】［実施例２］本実施例の表面伝導型電子放
出素子の製造方法を図１４を用いて説明する。尚、以下
の工程ａ〜ｄは、図１４の（ａ）〜（ｄ）に対応する。

【０１５８】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１上に、真空蒸着法により、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ
５０ｎｍのＰｔを順次堆積し、通常のフォトリソグラフ
ィーのプロセスによりパターニングして、素子電極４，
５を形成した。尚、素子電極間隔Ｌ１は実施例１と同様
３０μｍである。

【０１５９】工程ｂ：素子電極５上に電解メッキ法によ
りＡｕを成膜した。具体的には、市販のＡｕメッキ溶液
を用い、定格析出速度、定格電流密度、定格走査温度に
おいて、素子電極５を負極とし、Ｐｔ網電極を正極にし
て、厚さ０．１μｍのＡｕ膜を析出させ、素子電極５の
表面にＡｕ被覆層９を形成した。

【０１６０】工程ｃ：実施例１の工程ｂと同様にして導
電性薄膜３を形成した。

【０１６１】工程ｄ：続いて、Ｎ₂ −２％Ｈ₂ 混合ガス
１気圧気流中、３００℃で２０分間の熱処理を行い、電
子放出部２を形成した。この時、熱処理前の素子の抵抗
値は約１ｋΩであったが、熱処理後は測定レンジを超え
て大きくなり、実質的に抵抗無限大と見なせる状態にな
った。

【０１６２】続いて、実施例１の工程ｄと同様の活性化
処理を行った後、実施例１と同様にして電子放出特性の
測定を行った。

【０１６３】その結果、本実施例の製造方法を経た素子
は、１０回の作製に対して、図７中の実線で示したよう
な電流−電圧特性が安定して得られた。素子電極４，５
間に、電子放出部２が形成された側の素子電極が負極と
なるようにして素子電圧を１４Ｖ印加したところ、各素
子の放出電流Ｉｅのバラツキは５％以内に収まり、実施
例１と同様の効果が確認された。また、走査型電子顕微
鏡により電子放出部を観察したところ、実施例１と同
様、素子電極５のエッジ部に沿って直線状に形成されて
いた。

【０１６４】［実施例３］本実施例の表面伝導型電子放
出素子の製造方法を、実施例２と同様に図１４用いて説
明する。尚、以下の工程ａ〜ｄは、図１４の（ａ）〜
（ｄ）に対応する。

【０１６５】工程ａ〜ｃ：実施例２における工程ａ〜ｃ
と全く同様にして、基板１上に素子電極４，５及び導電
性薄膜３を形成した。

【０１６６】工程ｄ：続いて、水素雰囲気下において、
通電により素子部を加熱した。具体的には、水素雰囲気
置換後、電流電圧制御装置と電源を用いて素子電極４，
５間に通電し、０．５Ｖで定電圧保持すると、約１０分
で抵抗は１ＭΩ以上になり、フォーミングが完了した。

【０１６７】実施例２と同様に真空中で電圧印加駆動し
たところ、素子電圧１６Ｖでは素子電流Ｉｆが２．０ｍ
Ａ、放出電流Ｉｅが１．５μＡとなり、電子放出効率η
＝Ｉｅ／Ｉｆ（％）は０．０７５％であった。

【０１６８】電子顕微鏡で観察した素子の形態は実施例
１と同様で、電子放出部２はＡｕ被覆層９を形成した素
子電極５のエッジ部に沿って形成されており、素子電極
４側には導電性薄膜の不連続部分は見られなかった。

【０１６９】以上のように、本実施例では、加熱処理に
よるフォーミングの際に、素子電極間に通電することに
よって発生するジュール熱を用いて、その表面が低融点
材料からなる素子電極５と導電性薄膜材料との合金反応
を生じさせることにより、素子電極５のエッジ部に沿っ
た直線状の電子放出部２を形成することができた。

【０１７０】また、本実施例では、従来よりも小さな電
力でフォーミングが完了すると共に、安定かつ効率の良
い電子放出特性を有する素子を得ることができた。

【０１７１】［実施例４］本実施例では図２に示したよ
うな表面伝導型電子放出素子を作製した例を示す。先
ず、本実施例の表面伝導型電子放出素子の製造方法を、
以下に説明する。

【０１７２】（１）基板１として石英ガラスを用い、こ
の上に真空蒸着法により、厚さ５ｎｍのＣｒ、厚さ５０
ｎｍのＡｕを順次堆積し、通常のフォトリソグラフィー
のプロセスによりパターニングして、素子電極５を形成
した。

【０１７３】（２）全面にレジストを塗布し、マスク露
光・現像プロセスにより素子電極４及び導電性薄膜３用
の窓を形成した。

【０１７４】（３）真空蒸着法により、厚さ５ｎｍのＴ
ｉ、厚さ３０ｎｍのＰｔを順次堆積し、リフトオフによ
り、同一材料からなる素子電極４及び導電性薄膜３を同
時に形成した。尚、素子電極間隔Ｌ１は３０μｍ、Ｌ２
は５０μｍとした。

【０１７５】（４）Ｎ₂ ガス気流中で、６００℃、１時
間の熱処理を行った。これにより、素子電極５と導電性
薄膜３の重なった際の部分に亀裂が生じ、電子放出部２
が形成された。

【０１７６】続いて、実施例１の工程ｄと同様の活性化
処理を行った後、実施例１と同様にして電子放出特性の
測定を行った。

【０１７７】その結果、本実施例の製造方法を経た素子
は、１０回の作製に対して、図７中の実線で示したよう
な電流−電圧特性が安定して得られた。素子電極４，５
間に、電子放出部２が形成された側の素子電極が負極と
なるようにして素子電圧を１４Ｖ印加したところ、代表
的な素子では素子電流Ｉｆが１．８ｍＡ、放出電流Ｉｅ
が０．９μＡとなり、電子放出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆ
（％）は０．０５％であった。また、この時の各素子の
放出電流Ｉｅのバラツキは約６％と小さかった。

【０１７８】［実施例５］本実施例では、図１に示した
ような本発明の表面伝導型電子放出素子の多数個を単純
マトリクス配置した図８に示したような電子源を用い
て、図９に示したような画像形成装置を作製した例を説
明する。

【０１７９】電子源の一部の平面図を図１５に示す。ま
た、図中のＡ−Ａ’断面図を図１６に示す。但し、図
８，図９，図１５，図１６において同じ符号は同じ部材
を示す。

【０１８０】ここで、１は基板、１０２はＸ方向配線
（下配線とも呼ぶ）、１０３はＹ方向配線（上配線とも
呼ぶ）、３は導電性薄膜、４，５は素子電極、、４０１
は層間絶縁層、４０２は素子電極４と下配線１０２との
電気的接続のためのコンタクトホ−ルである。

【０１８１】まず、本実施例の電子源の製造方法を、図
１７及び図１８を用いて工程順に従って具体的に説明す
る。尚、以下の工程ａ〜ｈは、図１７の（ａ）〜（ｄ）
及び図１８の（ｅ）〜（ｈ）に対応する。

【０１８２】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１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（Ａ
Ｚ１３７０ヘキスト社製）を塗布、露光、現像して、
レジストパタ−ンを形成し、Ａｕ／Ｃｒ積層膜をウエッ
トエッチングして、所望の形状の下配線１０２を形成し
た。

【０１８３】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４０１をＲＦスパッタ法によ
り堆積した。続いて、堆積したシリコン酸化膜にコンタ
クトホ−ル４０２を形成するため、レジストパタ−ンを
作成し、これをマスクとして、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖ
ｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）法によりコンタクトホ−
ル４０２を形成した。エッチングガスとしてはＣＦ₄ と
Ｈ₂ を用いた。

【０１８４】工程ｃ：続いて、素子電極４，５のレジス
トパターンを形成し、真空蒸着法により、厚さ５ｎｍの
Ｔｉ、厚さ１００ｎｍのＰｔを順次堆積した。レジスト
パターンを有機溶剤で溶解し、リフトオフにより、素子
電極４，５を形成した。尚、素子電極間ギャップＧは３
０μｍとした。

【０１８５】工程ｄ：上述と同様のリフトオフ法によ
り、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ５００ｎｍのＡｕよりなる
上配線１０３を形成した。

【０１８６】工程ｅ：続いて、素子電極５上に電解メッ
キ法によりＡｕ被覆層４０３を形成した。これには市販
のＡｕメッキ溶液を用い、定格析出速度、定格電流密
度、定格走査温度において、素子電極５を負極として、
Ｐｔ網電極を正極として、定電流電源を用いて、厚さ
０．１μｍのＡｕ被覆層４０３を析出させた。

【０１８７】工程ｆ：Ｃｒ薄膜をマスクとして、導電性
薄膜３を形成した。手順は以下の通り。

【０１８８】膜厚１００ｎｍのＣｒ膜を真空蒸着法によ
り堆積し、通常のフォトリソグラフィーの手法により、
素子電極４，５間のギャップ及びその近傍に開口を有す
るようにパターニングし、マスクを形成した。

【０１８９】続いて、有機Ｐｄ錯体溶液（ｃｃｐ−４２
３０奥野製薬（株）製）をスピンナーコートし、３０
０℃で１０分間の加熱処理を行った。このようにして形
成されたＰｄＯを主成分とする微粒子からなる導電性薄
膜３は、膜厚１０ｎｍ、シート抵抗値は５×１０⁴ Ω／
□であった。尚、ここで言う微粒子膜とは、先述したよ
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、あるいは、重なり合った状態（島
状も含む）の膜を指す。

【０１９０】続いて、Ｃｒ膜及び焼成後のＰｄＯ微粒子
膜をＣｒエッチャントによりリフトオフして、所望の形
状の導電性薄膜３を形成した。

【０１９１】工程ｇ：コンタクトホール４０２の部分以
外に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５００ｎｍのＡｕを順次積層し、リ
フトオフにより不要な部分を取り除きコンタクトホール
４０２を埋め込んだ。

【０１９２】工程ｈ：上記の通り作成した素子に熱処理
を施した。熱処理は、Ｎ₂ −２％Ｈ₂ 混合ガス中で３０
０℃２０分間行った。この処理により、導電性薄膜３と
素子電極５のＡｕ被覆層の際で合金化反応が生じ、素子
電極５の際に沿って亀裂が生じ電子放出部２が形成され
た。

【０１９３】以上の工程により、絶縁性基板１上に下配
線１０２、層間絶縁層４０１、上配線１０３、素子電極
４，５、電子放出部２を含む導電性薄膜３等を形成し、
電子源を得た。

【０１９４】以上のようにして作製した電子源を用いて
画像形成装置を作製した。作製手順を図９及び図１０を
参照して以下に説明する。

【０１９５】まず、上記電子源の基板１をリアプレ−ト
１１１に固定した後、基板１の５ｍｍ上方に、フェ−ス
プレ−ト１１６（ガラス基板１１３の内面に画像形成部
材であるところの蛍光膜１１４とメタルバック１１５が
形成されて構成される。）を支持枠１１２を介し配置
し、フェ−スプレ−ト１１６、支持枠１１２、リアプレ
−ト１１１の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中
で４１０℃で、１０分間焼成することで封着した。ま
た、リアプレ−ト１１１への基板１の固定もフリットガ
ラスで行った。

【０１９６】画像形成部材であるところの蛍光膜１１４
は、カラーを実現するために、ストライプ形状（図１０
（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１２
２を塗布して蛍光膜１１４を作製した。ブラックストラ
イプの材料として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。

【０１９７】また、蛍光膜１１４の内面側にはメタルバ
ック１１５を設けた。メタルバック１１５は、蛍光膜１
１４の作製後、蛍光膜１１４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、Ａ
ｌを真空蒸着することで作製した。

【０１９８】フェ−スプレ−ト１１６には、更に蛍光膜
１１４の導電性を高めるため、蛍光膜１１４の外面側に
透明電極（不図示）が設けられる場合もあるが、本実施
例では、メタルバック１１５のみで十分な導電性が得ら
れたので省略した。

【０１９９】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体１２２と表面伝導型電子放出素子１０４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。

【０２００】以上のようにして完成した外囲器１１８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、十分な真空度に達した後、容器外端子Ｄｘ１ないし
ＤｘｍとＤｙ１ないしＤｙｎを通じ、表面伝導型電子放
出素子１０４の素子電極４，５間に電圧を印加し、前述
の活性化処理を行った。活性化処理には図５（ｂ）に示
した電圧波形（但し、三角波ではなく矩形波）を用い
た。本実施例ではＴ１を１ｍ秒、Ｔ２を１０ｍ秒、波高
１４Ｖで、１×１０^-5Ｔｏｒｒの真空雰囲気下で行っ
た。

【０２０１】この後、不図示の排気管を通じ、外囲器１
１８内を１０^-6.5Ｔｏｒｒ程度の真空度とし、該排気管
をガスバ−ナで熱することで溶着し、外囲器１１８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−処理を行った。

【０２０２】以上のようにして完成した表示パネル２０
１（図９参照）において、容器外端子Ｄｘ１ないしＤｘ
ｍとＤｙ１ないしＤｙｎを通じ、走査信号及び変調信号
を不図示の信号発生手段により各々電子放出素子１０４
に印加することにより電子放出させると共に、高圧端子
Ｈｖを通じてメタルバック１１５に数ｋＶ以上の高圧を
印加して、電子ビ−ムを加速し、蛍光膜１１４に衝突さ
せ、励起・発光させることで画像表示を行った。その結
果、輝度むらが少なく、品位の高い画像の表示がなされ
た。

【０２０３】［実施例６］図１９は、実施例５の表示パ
ネル（ディスプレイパネル）２０１（図９参照）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
発明の画像表示装置の一例を示す図である。

【０２０４】図中２０１はディスプレイパネル、１００
１はディスプレイパネルの駆動回路、１００２はディス
プレイコントローラ、１００３はマルチプレクサ、１０
０４はデコーダ、１００５は入出力インターフェース回
路、１００６はＣＰＵ、１００７は画像生成回路、１０
０８，１００９及び１０１０は画像メモリインターフェ
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。

【０２０５】尚、本表示装置は、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、記憶などに関する回路やス
ピーカーなどについては説明を省略する。

【０２０６】以下、画像信号の流れに沿って各部を説明
してゆく。

【０２０７】先ず、ＴＶ信号受信回路１０１３は、例え
ば電波や空間光通信などのような無線伝送系を用いて伝
送されるＴＶ画像信号を受信するための回路である。

【０２０８】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、ＳＥ
ＣＡＭ方式などの諸方式でも良い。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２０１の利点
を生かすのに好適な信号源である。

【０２０９】ＴＶ信号受信回路１０１３で受信されたＴ
Ｖ信号は、デコーダ１００４に出力される。

【０２１０】画像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などのような有線伝送系を
用いて伝送されるＴＶ画像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。

【０２１１】画像入力インターフェース回路１０１１
は、例えばＴＶカメラや画像読取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。

【０２１２】画像メモリ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。

【０２１３】画像メモリ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１０
０４に出力される。

【０２１４】画像メモリ−インターフェース回路１００
８は、いわゆる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
に出力される。

【０２１５】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、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
力を行なうのはもちろんのこと、場合によっては本表示
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なうことも可能である。

【０２１６】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、或いは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などをはじめとして
画像の生成に必要な回路が組み込まれている。

【０２１７】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。

【０２１８】ＣＰＵ１００６は、主として本表示装置の
動作制御や、表示画像の生成、選択、編集に関わる作業
を行なう。

【０２１９】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２０１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。また、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、
或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をアクセスして画像デー
タや文字・図形情報を入力する。

【０２２０】尚、ＣＰＵ１００６は、むろんこれ以外の
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などのよう
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１００５を介して外部のコンピューターネットワーク
と接続し、例えば数値計算などの作業を外部機器と協同
して行なっても良い。

【０２２１】入力部１０１４は、前記ＣＰＵ１００６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
など多様な入力機器を用いることが可能である。

【０２２２】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、
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、同図中に点線で示すように、デコーダ１
００４は内部に画像メモリを備えるのが望ましい。これ
は、例えばＭＵＳＥ方式をはじめとして、逆変換するに
際して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。

【０２２３】画像メモリを備えることにより、静止画の
表示が容易になる。或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。

【０２２４】マルチプレクサ１００３は前記ＣＰＵ１０
０６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
うち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、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。

【０２２５】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。

【０２２６】ディスプレイパネル２０１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２０１
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１００１に対して出力する。ディス
プレイパネル２０１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、コントラスト、色調、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１０
０１に対して出力する場合もある。

【０２２７】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。

【０２２８】以上、各部の機能を説明したが、図１９に
例示した構成により、本表示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２
０１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１００４
において逆変換された後、マルチプレクサ１００３にお
いて適宜選択され、駆動回路１００１に入力される。一
方、ディスプレイコントローラ１００２は、表示する画
像信号に応じて駆動回路１００１の動作を制御するため
の制御信号を発生する。駆動回路１００１は、上記画像
信号と制御信号に基づいてディスプレイパネル２０１に
駆動信号を印加する。これにより、ディスプレイパネル
２０１において画像が表示される。これらの一連の動作
は、ＣＰＵ１００６により統括的に制御される。

【０２２９】本画像形成装置においては、前記デコーダ
１００４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路１００
７及びＣＰＵ１００６が関与することにより、単に複数
の画像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
縦横比変換などをはじめとする画像処理や、合成、消
去、接続、入れ替え、はめ込みなど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、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良い。

【０２３０】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、コンピューターの端末機
器、ワードプロセッサをはじめとする事務用端末機器、
ゲーム機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。

【０２３１】尚、図１９は、表面伝導型電子放出素子を
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。

【０２３２】例えば図１９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
を追加しても良い。例えば、本画像形成装置をテレビ電
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などを構成要素に
追加するのが好適である。

【０２３３】本画像形成装置においては、とりわけ本発
明によるディスプレイパネル２０１の薄型化が容易なた
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、大画面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。

【０２３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
表面伝導型電子放出素子の一対の素子電極の材料を互い
に異ならせ、加熱処理することで、両素子電極に跨がる
導電性薄膜と一方の素子電極とを選択的に反応させるこ
とにより、電子放出部を、その一方の素子電極のエッジ
部に沿わせることができる。このため、電子放出部の位
置，形状を制御でき、素子の特性を均一化できる。

【０２３５】また、通電フォーミングが必須ではなく、
また、通電による熱フォーミングを用いる場合において
も、その際の印加電力を著しく低減できるため、従来の
通電フォーミングによる問題点、即ち、複数素子の配線
の電圧降下による電子放出特性のばらつき、配線材料に
高価な材料を用いなければならないこと、フォーミング
の際の通電するための高価な駆動装置の必要性等が、解
決される。

【０２３６】また、多数の表面伝導型電子放出素子を配
列形成した大面積電子源においては、各表面伝導型電子
放出素子の電子放出特性の均一化が実現され、上記電子
源を用いた画像形成装置においては、輝度むら等の画像
品位の低下及び電子放出部の蛇行による電子ビームの広
がりの問題も解決され、画像品位が大幅に向上した。

【０２３７】以上のように、本発明によれば、カラー画
像に対応可能で、高精細かつ表示品位の高い大面積フラ
ットディスプレーが、実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の平面型表面伝導型電子放出素子の基本
的な一構成例を示す図である。

【図２】本発明の平面型表面伝導型電子放出素子の他の
構成例を示す図である。

【図３】本発明の垂直型表面伝導型電子放出素子の基本
的な一構成例を示す図である。

【図４】図１の平面型表面伝導型電子放出素子の製造方
法の一例を説明するための断面図である。

【図５】通電処理に用いる電圧波形の一例である。

【図６】本発明の表面伝導型電子放出素子の電子放出特
性を測定するための測定評価系の概略図である。

【図７】本発明の表面伝導型電子放出素子の、放出電流
Ｉｅ及び素子電流Ｉｆと、素子電圧Ｖｆの関係の典型的
な例を示す図である。

【図８】単純マトリクス配置の電子源の概略図である。

【図９】単純マトリクス配置の電子源を備えた表示パネ
ルの概略構成を示す部分切り欠き斜視図である。

【図１０】表示パネルに用いる蛍光膜の構成例を示す図
である。

【図１１】ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて画像表示
を行う画像形成装置の駆動回路の一例を示すブロック図
である。

【図１２】梯型配置の電子源の概略図である。

【図１３】梯型配置の電子源を備えた表示パネルの概略
構成を示す部分切り欠き斜視図である。

【図１４】実施例２にて示す表面伝導型電子放出素子の
製造工程を説明するための断面図である。

【図１５】実施例５にて示す単純マトリクス配置の電子
源の部分平面図である。

【図１６】図１５の電子源の部分断面図である。

【図１７】図１５の電子源の製造工程を説明するための
断面図である。

【図１８】図１５の電子源の製造工程を説明するための
断面図である。

【図１９】実施例６にて示す画像形成装置のブロック図
である。

【符号の説明】

１基板２電子放出部３導電性薄膜４，５素子電極９被覆層２１段差形成部材５０導電性薄膜３を流れる素子電流Ｉｆを測定するた
めの電流計５１表面伝導型電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加す
るための電源５２電子放出部２より放出される放出電流Ｉｅを測定
するための電流計５３アノード電極５４に電圧を印加するための高圧電
源５４電子放出部２より放出される電子を捕捉するため
のアノ−ド電極５５真空装置５６排気ポンプ１０２Ｘ方向配線１０３Ｙ方向配線１０４表面伝導型電子放出素子１０５結線１１１リアプレ−ト１１２支持枠１１３ガラス基板１１４蛍光膜１１５メタルバック１１６フェ−スプレ−トＨｖ高圧端子１１８外囲器１２１黒色導電材１２２蛍光体２０１表示パネル２０２走査回路２０３制御回路２０４シフトレジスタ２０５ラインメモリ２０６同期信号分離回路２０７変調信号発生器Ｖａ直流電圧源Ｖｘ直流電圧源３０１表示パネル３０２グリッド電極３０３電子が通過するための開口３０４表面伝導型電子放出素子１０４を配線する共通
配線４０１層間絶縁膜４０２コンタクトホール４０３Ａｕ被覆層１００１ディスプレイパネル２０１の駆動回路１００２ディスプレイコントローラ１００３マルチプレクサ１００４デコーダ１００５入出力インターフェース回路１００６ＣＰＵ１００７画像生成回路１００８，１００９，１０１０画像メモリインターフ
ェース回路１０１１画像入力インターフェース回路１０１２，１０１３ＴＶ信号受信回路１０１４入力部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂野嘉和東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者三道和宏東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者河手信一東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者野村一郎東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の素子電極間に跨がる導電性薄膜に
電子放出部が設けられた表面伝導型電子放出素子におい
て、上記一対の素子電極の少なくとも上記導電性薄膜と接す
る部分の材質が互いに異なり、前記電子放出部が、一方
の素子電極のエッジ部近傍にのみ形成されていることを
特徴とする表面伝導型電子放出素子。
【請求項２】請求項１に記載の表面伝導型電子放出素
子において、前記一対の素子電極の前記導電性薄膜と接する部分の材
質が、一方は加熱することにより温度Ｔ_A 以上の温度で
前記導電性薄膜と反応性を示すものであり、他方は前記
導電性薄膜と反応性を示さないか、あるいは上記の温度
Ｔ_A よりも高い温度Ｔ_B 以上の温度でのみ反応性を示す
ものであり、前記電子放出部が、上記温度Ｔ_A 以上の温度で導電性薄
膜と反応性を示す素子電極のエッジ部近傍にのみ形成さ
れていることを特徴とする表面伝導型電子放出素子。
【請求項３】請求項１又は２に記載の表面伝導型電子
放出素子において、前記導電性薄膜が、Ｐｄ又はＰｄＯ又は両者の混合物か
らなり、前記電子放出部がその近傍に形成されている素
子電極の内、少なくとも上記導電性薄膜と接する部分
が、Ａｕよりなることを特徴とする表面伝導型電子放出
素子。
【請求項４】請求項３に記載の表面伝導型電子放出素
子において、前記電子放出部がその近傍に形成されている素子電極と
対向する他方の素子電極の内、少なくとも前記導電性薄
膜と接する部分が、Ｐｔ又はＮｉよりなることを特徴と
する表面伝導型電子放出素子。
【請求項５】請求項１又は２に記載の表面伝導型電子
放出素子において、前記電子放出部がその近傍に形成されている素子電極の
内、少なくとも前記導電性薄膜と接する部分が、Ａｕよ
りなり、上記導電性薄膜ともう一方の素子電極が、Ｐｔよりなる
ことを特徴とする表面伝導型電子放出素子。
【請求項６】前記表面伝導型電子放出素子は、一対の
素子電極が同一面上に形成された平面型であることを特
徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の表面伝導型電
子放出素子。
【請求項７】前記表面伝導型電子放出素子は、一対の
素子電極が絶縁層を介して上下に位置し、該絶縁層の側
面に電子放出部を含む導電性薄膜が形成された垂直型で
あることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の
表面伝導型電子放出素子。
【請求項８】請求項１〜７のいずれかに記載の表面伝
導型電子放出素子を、基板上に複数配置したことを特徴
とする電子源。
【請求項９】前記電子源は、複数の表面伝導型電子放
出素子を配列した素子列を少なくとも１列以上有し、各
表面伝導型電子放出素子を駆動するための配線がマトリ
クス配置されていることを特徴とする請求項８に記載の
電子源。
【請求項１０】前記電子源は、複数の表面伝導型電子
放出素子を配列した素子列を少なくとも１列以上有し、
各表面伝導型電子放出素子を駆動するための配線が梯状
配置されていることを特徴とする請求項８に記載の電子
源。
【請求項１１】請求項８〜１０のいずれかに記載の電
子源と、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を具備することを特徴とする画像形
成装置。
【請求項１２】請求項１１に記載の画像形成装置にお
いて、前記画像形成部材が、蛍光体膜であることを特徴
とする画像形成装置。
【請求項１３】請求項１〜７のいずれかに記載の表面
伝導型電子放出素子を製造する方法であって、一対の素子電極を、少なくともその一部が互いに異なる
材質によって形成する工程と、該素子電極間に跨がる導電性薄膜を形成する工程と、加熱処理により、一方の素子電極と導電性薄膜を反応さ
せて電子放出部を形成する工程とを有することを特徴と
する表面伝導型電子放出素子の製造方法。
【請求項１４】請求項１３に記載の表面伝導型電子放
出素子の製造方法において、前記導電性薄膜を形成する工程が、有機金属化合物溶液を塗布し、有機金属化合物薄膜を形
成する工程と、該有機金属化合物薄膜を熱処理して金属又は金属酸化物
の微粒子からなる導電性薄膜を形成する工程からなるこ
とを特徴とする表面伝導型電子放出素子の製造方法。
【請求項１５】請求項１４に記載の表面伝導型電子放
出素子の製造方法において、前記有機金属化合物が、有機Ｐｄ錯体であることを特徴
とする表面伝導型電子放出素子の製造方法。
【請求項１６】請求項１３〜１５のいずれかに記載の
表面伝導型電子放出素子の製造方法において、前記一対の素子電極を形成する工程が、同一材質で素子電極対を形成する工程と、該素子電極対の一方に電解メッキ法により被覆層を形成
する工程からなることを特徴とする表面伝導型電子放出
素子の製造方法。
【請求項１７】請求項１３〜１６のいずれかに記載の
表面伝導型電子放出素子の製造方法において、前記電子放出部を形成する工程が、非酸化性あるいは還
元性雰囲気の下で行われることを特徴とする表面伝導型
電子放出素子の製造方法。
【請求項１８】請求項１７に記載の表面伝導型電子放
出素子の製造方法において、前記還元性雰囲気が、水素を含有する雰囲気であること
を特徴とする表面伝導型電子放出素子の製造方法。
【請求項１９】請求項１３〜１８のいずれかに記載の
表面伝導型電子放出素子の製造方法において、前記電子放出部を形成する際の加熱処理が、加熱手段に
よって素子全体を概略均一な温度に加熱するものである
ことを特徴とする表面伝導型電子放出素子の製造方法。
【請求項２０】請求項１３〜１８のいずれかに記載の
表面伝導型電子放出素子の製造方法において、前記電子放出部を形成する際の加熱処理が、該電子放出
部を形成する領域の近傍に局所的に光を照射することに
よって、局所的に加熱するものであることを特徴とする
表面伝導型電子放出素子の製造方法。
【請求項２１】請求項１３〜１８のいずれかに記載の
表面伝導型電子放出素子の製造方法において、前記電子放出部を形成する際の加熱処理が、前記一対の
素子電極の間に電圧を印加して、通電により加熱するも
のであることを特徴とする表面伝導型電子放出素子の製
造方法。
【請求項２２】請求項８〜１０のいずれかに記載の電
子源を製造する方法であって、前記基板上に配置される複数の表面伝導型電子放出素子
を、請求項１３〜２１のいずれかに記載の製造方法によ
って製造することを特徴とする電子源の製造方法。
【請求項２３】請求項１１又は１２に記載の画像形成
装置を製造する方法であって、請求項２２に記載の電子源の製造方法によって電子源を
製造し、得られた電子源を、前記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。