JPH08273517A

JPH08273517A - 電子放出素子及び電子源及び画像形成装置

Info

Publication number: JPH08273517A
Application number: JP9416895A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Hamamoto; 康弘浜元; Keisuke Yamamoto; 敬介山本; Masato Yamanobe; 正人山野辺; Takeo Tsukamoto; 健夫塚本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-03-29
Filing date: 1995-03-29
Publication date: 1996-10-18

Abstract

(57)【要約】【目的】画像形成装置の大面積化に際し、高輝度で高
精細、且つ輝度ムラの無い高品位画像が得られる電子ビ
ーム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、厚く形成した方の素子電極５部
分の段差部近傍にのみ電子放出部２が配設されており、
且つ、電子放出部２近傍の素子電極５上に、絶縁層６を
介して制御電極７が配設されていることを特徴とする。【効果】素子電極５を高電位、素子電極４及び制御電
極７を低電位として駆動することで、放出電子の高電位
側素子電極への吸い込みを防止でき、電子放出効率を向
上させることができる。

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、該電子放出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
に関する。

【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、前記表
面伝導型電子放出素子及びこれを用いた電子源において
は、図１８に示されるように、電子放出部２００２より
真空中に放出された電子の一部が、導電性薄膜２００３
の高電位側、もしくはこれと電気的に接続した高電位側
の素子電極２００５に捕捉され、アノード電極２００６
まで到達できず、電子放出効率を下げる原因の一つとな
っていた。

【０００８】この放出電子の高電位側素子電極への吸い
込みによる電子放出効率低下の一つの解決方法として、
素子電極間距離が数μｍの表面伝導型電子放出素子にお
いては、一対の素子電極上に絶縁層を介して加速／レン
ズ電極を設けることで、効率的に放出電子を引き出して
いる（例えば、特開昭６３−１３２４７号公報）。

【０００９】一方、表面伝導型電子放出素子の素子電極
等のパターニングには、素子電極間距離が２〜３μｍ以
下ならば、デープＵＶ系の光源を用いた露光装置、３μ
ｍ以上ならば、ＵＶ系の光源を用いた露光機等が一般に
用いられる。しかしながら、実用化されている露光機で
は、デープＵＶ系では対応能力は数インチ程度であり、
また、直接コンタクト露光であるために、大面積対応に
は適しているとは言いがたい。このため、表面伝導型電
子放出素子を多数配列形成した電子源、及びこれを用い
た画像形成装置の大型化（大面積化）には、表面伝導型
電子放出素子の素子電極間の長さ（ギャップ長）が、好
ましくは３μｍ以上、より好ましくは数１０μｍ以上で
あることが必要とされる。

【００１０】以上のような電子源及び画像形成装置の大
面積化の為に、表面伝導型電子放出素子の素子電極間距
離を長くすると、前述のように素子電極上に加速／レン
ズ電極を配置した場合であっても、加速／レンズ電極か
ら、素子電極間の中央付近にある電子放出部までの距離
が離れてしまい、加速／レンズ電極による放出電子の引
き出し効果が得にくくなる。

【００１１】さらに、表面伝導型電子放出素子の電子放
出部の形成には、前述のフォーミングと称される通電処
理が施されるが、この通電処理によって形成された電子
放出部は、特に素子電極間距離が長くなると大きな蛇行
を生じ易く、電子放出部の位置及び形状等の再現性が低
下し、加速／レンズ電極との位置関係もばらつくため、
各素子間の電子放出特性にばらつきが生じ易かった。

【００１２】このため、素子電極間距離を長くした表面
伝導型電子放出素子を多数配列形成した電子源、及びこ
れを用いた画像形成装置においては、個々の電子放出素
子の電子放出量のばらつきによって、均一な特性が得ら
れず、特に画像形成装置では輝度むらの発生要因とな
り、画像品位の低下を招いていた。

【００１３】また、表面伝導型電子放出素子の電子放出
部が蛇行して形成されると、画像形成装置における蛍光
体等の電子照射面での電子ビームの収束性が悪くなり、
明るく、高精彩な画像が得られない。

【００１４】本発明は、上記従来技術が有する問題点に
鑑み、電子源及び画像形成装置の大面積化，高品位化を
実現し得る、新規な構成を有する表面伝導型電子放出素
子の提供を目的とする。

【００１５】また、本発明は、上記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
た画像形成装置の提供を目的とする。

【００１６】

【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。

【００１７】本発明の第一は、基板上に形成した一対の
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、一対の素子電極の
うち一方の素子電極部分の段差部近傍にのみ電子放出部
が配設されており、且つ、電子放出部近傍の素子電極上
に、絶縁層を介して制御電極が配設されていることを特
徴とする電子放出素子にある。

【００１８】上記本発明第一は、さらにその特徴とし
て、前記電子放出部から離れて形成されている素子電極
と、前記制御電極とが、電気的に接続されていること、
前記電子放出素子は、駆動の際、前記電子放出部近傍の
素子電極を高電位、他方の素子電極及び前記制御電極を
それぞれ低電位とすることをも含む。

【００１９】また、本発明の第二は、上記本発明第一の
電子放出素子を、基板上に複数備えたことを特徴とする
電子源にある。

【００２０】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、各電子放出素子のそれぞ
れの素子電極と結線された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、各電子放出素子の
それぞれの素子電極と結線された配線が梯状配置されて
いることをも含む。

【００２１】また、本発明の第三は、入力信号に基づい
て画像を形成する画像形成装置であって、上記本発明第
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具備することを特
徴とする画像形成装置にある。

【００２２】上記のように、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、及び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。

【００２３】本発明に係る表面伝導型電子放出素子の基
本的な構成は、図１に示すようなものであり、図中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、６は絶縁層、７は制御電極であ
る。

【００２４】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、及びアルミナ等のセラミックス等が挙げられる。

【００２５】対向する素子電極４，５、及び制御電極７
の材料としては、一般的導体材料が用いられ、例えばＮ
ｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，
Ｐｄ等の金属或は合金、及びＰｄ，Ａｇ，Ａｕ，ＲｕＯ
₂ ，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Ｗ１、導電
性薄膜３、絶縁層６及び制御電極７の形状等は、応用さ
れる形態等によって、適宜設計される。

【００２７】素子電極間隔Ｌは、通常は数百Å〜数百μ
ｍであり、素子電極の製法の基本となるフォトリソグラ
フィー技術、即ち、露光機の性能とエッチング方法等、
及び素子電極間に印加する電圧等により設定されるが、
特に、数μｍ〜数百μｍであるとき、大面積の露光技
術、印刷技術等の性能と整合するので、好ましい。

【００２８】素子電極長さＷ１及び膜厚ｄ１，ｄ２は、
電極の抵抗値，多数配置された電子源の配置上の制約等
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ｄ１，ｄ２
は、数百Å〜数μｍである。

【００２９】本発明の表面伝導型電子放出素子は、一方
の素子電極（図１では素子電極５）部分の段差部近傍に
電子放出部２が配設されたものであり、このような電子
放出部２は、詳しくは後述するが、例えば各々の素子電
極部分の段差部の高さを異ならせることによって形成す
ることができる。このためには、素子電極５の膜厚ｄ１
と素子電極４の膜厚ｄ２が異なってもよいし、素子電極
自体の厚さではなく、一方の素子電極の下にＳｉＯ₂ 等
の絶縁層を形成することで各素子電極部分の段差部の高
さを異ならせてもよい。

【００３０】各素子電極部分の段差部の高さは、後述の
導電性薄膜３が、高さの高い方の素子電極部分の段差部
（図１では素子電極５部分の段差部）近傍で、他の部分
（素子電極間等）と比較して電気抵抗が大きい状態（膜
厚が薄い状態）に形成されるように、導電性薄膜３の製
法に依存した膜のモフォロジーと膜厚を考慮して設定さ
れるものである。通常、高さの高い方の素子電極部分の
段差部は、好ましくは導電性薄膜３の膜厚の５倍以上、
特に好ましくは１０倍以上の高さを有するのが望まし
い。

【００３１】導電性薄膜３は、良好な電子放出特性を得
るためには、微粒子で構成された微粒子膜であるのが特
に好ましく、その膜厚は、素子電極４，５間の抵抗値及
び後述するフォーミング条件等によって、適宜設定され
る。この導電性薄膜３の膜厚は、好ましくは数Å〜数千
Åで、特に好ましくは１０Å〜５００Åであり、その抵
抗値は、１０² 〜１０⁷ Ω／□のシート抵抗値である。

【００３２】尚、上記微粒子膜とは、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。微
粒子膜である場合、微粒子の粒径は、数Å〜数千Åであ
るのが好ましく、特に好ましくは１０Å〜２００Åであ
る。

【００３３】前述したような段差部の高さが異なる素子
電極部分の形成により、この後に形成される導電性薄膜
３を、低い段差部を有する側の素子電極４に対しては良
好なステップカバレージ、高い段差部を有する側の素子
電極５に対してはステップカバレージ不良の状態で形成
することができる。尚、ステップカバレージ不良の領域
は、特に、段差部の基板面側が好ましい形態である。

【００３４】導電性薄膜３を構成する主な材料は、例え
ばＰｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，
Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属、Ｐ
ｄＯ，ＳｎＯ₂ ，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ，ＰｂＯ，Ｓｂ₂ Ｏ₃ ，Ｗ
Ｏ_x 等の酸化物、ＨｆＢ₂ ，ＺｒＢ₂ ，ＬａＢ₆ ，Ｃｅ
Ｂ₆ ，ＹＢ₄ ，ＧｄＢ₄ 等の硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，
ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ，Ｚ
ｒＮ，ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体、カー
ボンからなる。

【００３５】電子放出部２には亀裂が含まれており、電
子放出はこの亀裂付近から行われる。この亀裂を含む電
子放出部２及び亀裂自体は、導電性薄膜３の膜厚、膜
質、材料及び後述するフォーミング条件等の製法に依存
して形成される。

【００３６】本発明では、先述したように、段差部の高
さが互いに異なるように素子電極部分を形成すること
で、その後に形成される導電性薄膜３において、その製
膜方法を適宜選択することにより、高い段差部を有する
側の素子電極部分の該段差部の例えば基板面側近傍にス
テップカバレージ不良の領域を形成することができる。
これにより、後述のフォーミング処理において該領域に
優先的に亀裂を発生させて、電子放出部を形成すること
ができる。即ち、図１に示した素子のように、素子電極
５部分の段差部の基板面側近傍に略直線状の電子放出部
２を形成することができる。

【００３７】亀裂は、数Å〜数百Åの粒径の導電性微粒
子を有することもある。この導電性微粒子は、導電性薄
膜３を構成する材料の元素の一部、あるいは全てと同様
の物である。また、亀裂を含む電子放出部２及びその近
傍の導電性薄膜３は炭素及び炭素化合物を有することも
ある。

【００３８】絶縁層６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、電子放出部２が
近傍に形成される側の素子電極、即ち高い段差部を有す
る側の素子電極５上に形成されている。絶縁層６の膜厚
は、素子電極５と制御電極７間に印加される電界強度に
充分耐え得るよう適宜設定されるが、好ましくは、数千
Å〜数十μｍである。

【００３９】電子放出部２から放出される電子の制御電
極７は、電子放出部２が近傍に形成される側の素子電極
５上に絶縁層６を介して形成され、その長さは、素子電
極長さＷ１と同等かそれ以上であるのが好ましく、その
膜厚は、抵抗値を鑑みて、数百Å〜数μｍが好ましい。

【００４０】以上のような構成を有する本発明の表面伝
導型電子放出素子における駆動状態の電位設定を説明す
る。

【００４１】素子電極５は、素子電極４に比べて低電
位、また制御電極７には、素子電極４の電位以上の高電
位の電位を与えるとする。

【００４２】この時、素子電極のうち一方の素子電極５
近傍に配設された電子放出部２から放出した電子は、前
述した様に、低電位である素子電極５側から高電位であ
る素子電極４側方向の軌道で不図示のアノード電極に向
かうが、制御電極７と電子放出部２との距離が近いため
に、制御電極７の電位は効果的に飛行中の電子に影響を
与える。即ち、制御電極７の電位は、素子電極の電位よ
り高電位であるので、電子軌道を変化し、電子の導電性
薄膜３あるいは素子電極４への吸い込みを緩和し、アノ
ード電極に効果的に導く。この結果、制御電極７が無い
場合と比べて、放出電流が増加する。一方、制御電極７
の電位を、素子電極４の電位よりも低電位、例えば、素
子電極５と同電位にすると、ほぼ素子電極５の高さを増
加したのと等価になり、電子の収束性があがる。

【００４３】次に、素子電極５に素子電極４よりも高電
位、また制御電極７には素子電極４４の電位と等しい電
位を与えるとする。

【００４４】この時、素子電極５の近傍の電子放出部２
から、素子電極５に向かって放出された電子は、制御電
極７によって効果的にカットオフされる。

【００４５】以上の様に、電子放出部が素子電極のうち
一方の素子電極近傍に配設され、その素子電極上に絶縁
層を介して制御電極７が配設されているために、電子放
出部２より放出された電子は、制御電極７によって効果
的にその電子軌道が制御される。尚、図１において、制
御電極７の端面は、素子電極５及び絶縁層６の端面と一
致しているが、これに限るものでなく、絶縁層６と制御
電極７の双方を、素子電極５の端面よりも引き込ませて
もよい（紙面の左方向にずらしてもよい）。

【００４６】図１に示した構成の本発明の表面伝導型電
子放出素子を例に、図２の製造工程図に基づいてその製
造方法の一例を以下に説明する。

【００４７】１）絶縁性基板１を洗剤、純水および有機
溶剤により十分に洗浄した後、真空蒸着法，スパッタ法
等により素子電極材料を堆積させた後、フォトリソグラ
フィー技術により該絶縁性基板１の面上に素子電極４，
５を形成する。更に、素子電極４，５の一方、例えば素
子電極４をマスクし、素子電極５のみに更に電極材料を
積層して、素子電極５の段差部を素子電極４の段差部よ
りも高くする（図２（ａ））。

【００４８】２）素子電極４，５を形成した絶縁性基板
１上に、有機金属溶液を塗布して放置することにより、
有機金属薄膜を形成する。尚、有機金属溶液とは、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。この後、有機金属薄膜を加熱焼成処
理し、リフトオフ、エッチング等によりパターニングさ
れた導電性薄膜３を形成する（図２（ｂ））。尚、ここ
では、有機金属溶液の塗布法により説明したが、これに
限ることなく、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、スピンナー法等に
よって形成される場合もある。

【００４９】３）素子電極４，５及び導電性薄膜３を形
成した絶縁性基板１上に、真空蒸着法、スパッタ法等に
より、絶縁層材料を堆積後、フォトリソグラフィー技術
により、段差を大きくとって形成した素子電極５上にの
みマスクを形成し、このマスクを用いたエッチング等の
手法により所望の形状を有する絶縁層６を形成する。こ
の際、素子電極５上の全体に絶縁層６を形成するのでは
なく、素子電極５に電圧を印加するための電気的接触が
得られるように、絶縁層６の形状を設定する。更に、絶
縁層６以外の全ての領域をマスクし、絶縁層６上に、真
空蒸着法、スパッタ法等により制御電極７を形成する
（図２（ｃ））。

【００５０】４）続いて、フォーミングと呼ばれる通電
処理を施す。素子電極４，５間に不図示の電源より通電
すると、導電性薄膜３のうち、素子電極５部分の段差部
近傍の部位に構造の変化した略直線状の電子放出部２が
形成される（図２（ｄ））。この通電処理により導電性
薄膜３を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、構造
の変化した部位が電子放出部２である。

【００５１】フォーミングの電圧波形の例を図３に示
す。

【００５２】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３（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３（ｂ））がある。

【００５３】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（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、適当な真空度の真空分囲気下で、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。

【００５４】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３（ｂ）に
おけるＴ１及びＴ２は図３（ａ）と同様であり、三角波
の波高値（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３（ａ）の説明
と同様の適当な真空雰囲気下で印加する。

【００５５】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
示した時にフォーミングを終了する。

【００５６】５）次に、フォーミング工程が終了した素
子に活性化工程を施すことが好ましい。

【００５７】活性化工程とは、例えば１０^-4〜１０^-5Ｔ
ｏｒｒ程度の真空度で、フォーミング工程での説明と同
様に、パルス波高値を一定にしたパルスの印加を繰り返
す処理のことを言い、真空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。

【００５８】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５００Å以下、より好ましくは３００Å以下で
ある。

【００５９】６）更に好ましくは、こうして作製した表
面伝導型電子放出素子を、フォーミング工程及び活性化
工程での真空度より高い真空度の真空雰囲気にて動作駆
動する。また、より好ましくは、このより高い真空度の
真空雰囲気下で８０℃〜１５０℃の加熱後、動作駆動す
る。

【００６０】上記６）の工程により、これ以上の炭素及
び炭素化合物の堆積が抑制され、素子電流及び放出電流
が安定する。

【００６１】このようにして得られる本発明の表面伝導
型電子放出素子の基本特性を以下に説明する。

【００６２】図４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。

【００６３】図４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、５７は制御
電極７に電圧を印加するための電源、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５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。

【００６４】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。

【００６５】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２００℃程度まで加
熱できるようになっている。尚、この測定評価系は、後
述するような表示パネル（図８における２０１参照）の
組み立て段階において、表示パネル及びその内部を真空
装置５５及びその内部として構成することで、前述のフ
ォーミング工程及び活性化工程における測定評価及び処
理に応用することができるものである。

【００６６】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。また、測定に際しての素子電極４，５の電位
は、電子ビームを効率的にアノード電極５４へ到達させ
ることを鑑みれば、電子放出部２を形成した側の素子電
極（図１，図４では素子電極５）側を、他方の素子電極
及び制御電極７に比べて高電位とするのが好ましい。ま
た、制御電極７の電位は、電子放出部２に印加される電
位差等により適宜設定されるが、低電位側の素子電極と
等しくしても良いし、また、異なっていても良い。電位
を等しく設定する場合、予め低電位側の素子電極４と制
御電極７を電気的に接続した構成としても良いし、電気
的に独立した構成としたうえで、駆動時に配線にて接続
してもかまわない。

【００６７】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５に示す。尚、図
５において、放出電流Ｉｅは素子電流Ｉｆに比べて著し
く小さいので、任意単位で示されている。

【００６８】図５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。

【００６９】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５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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】図５に示した特性は、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、
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（不図
示）。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ＭＩ特性を有する。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】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６に基づいて更に説明
する。

【００７８】図６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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】ｍ本の制御電極用の配線６０１は、各々外
部端子Ｇ１，Ｇ２，・・・Ｇｍを有するもので、Ｘ方向
配線１０２と同様に作成され、Ｘ方向配線と１本づつ交
互に並列に形成されている。

【００８２】これらｍ本のＸ方向配線１０２及びｍ本の
制御電極用の配線６０１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。

【００８３】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及び制御電極用の配線６０１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及び制御電極用の配線６０１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。

【００８４】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）及び制御電極（不図示）が、
それぞれｍ本のＸ方向配線１０２と、ｎ本のＹ方向配線
１０３と、ｍ本の制御電極用の配線６０１とに、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１０５によって電気的に接続されているも
のである。尚、Ｙ方向配線１０３と接続された素子電極
５側に電子放出部２（図１参照）が形成されることが好
ましい。

【００８５】ここで、ｍ本のＸ方向配線１０２と、ｎ本
のＹ方向配線１０３と、ｍ本の制御電極用の配線６０１
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。これら素子電極もしくは制御電極への配線
は、素子電極もしくは制御電極と材料が同一である場合
には、それぞれ素子電極もしくは制御電極と総称する場
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。

【００８６】また、詳しくは後述するが、前記Ｘ方向配
線１０２及び制御電極用の配線６０１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。

【００８７】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。

【００８８】本発明の単純マトリクス配置の電子源の他
の構成例を図７に示す。図６に示した電子源との違い
は、制御電極用の配線６０１を別途設けることなく、制
御電極（不図示）を結線１０５によりＸ方向配線１０２
に接続した点である。このような構成においても、Ｙ方
向配線１０３と接続された素子電極５側に電子放出部２
（図１参照）が形成されることが好ましい。

【００８９】次に、図６に示した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８及び図９を用いて説明する。尚、図８は表
示パネル２０１の基本構成図であり、図９は蛍光膜１１
４を示す図である。

【００９０】図８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。

【００９１】図８において、１０２，１０３は表面伝導
型電子放出素子１０４の一対の素子電極と接続された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。

【００９２】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。

【００９３】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９（ａ））
あるいはブラックマトリクス（図９（ｂ））等と呼ばれ
る黒色導電材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１２
２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１２
１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。

【００９４】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。

【００９５】また、図８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９参
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。

【００９６】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。

【００９７】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。

【００９８】外囲器１１８内は、不図示の排気管を通
じ、１０^-7Ｔｏｒｒ程度の真空度にされ、封止される。
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。

【００９９】尚、前述のフォーミング及びこれ以降の表
面伝導型電子放出素子の各製造工程は、通常、外囲器１
１８の封止直前又は封止後に行われるもので、その内容
は前述のようにして適宜設定される。

【０１００】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。

【０１０１】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。

【０１０２】以上のような表示パネル２０１を有する本
発明の画像形成装置は、外部端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ及びＤ
ｙ１〜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１１４に衝突さ
せることで生じる励起・発光によって、ＮＴＳＣ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。

【０１０３】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。

【０１０４】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１０及
び図１１を用いて説明する。

【０１０５】図１０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。

【０１０６】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。また、各表面伝導型電子放出素子の一対の素子電極
の内、電子放出部２（図１参照）が近傍に形成される側
の素子電極５（図１参照）を、一対の共通配線３０４
（例えば外部端子Ｄ１とＤ２の共通配線３０４）の内の
外部端子Ｄ１の共通配線３０４に接続し、他方の素子電
極４（図１参照）と吸い込み抑制電極７（図１参照）を
外部端子Ｄ２の共通配線３０４に接続する。

【０１０７】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Ｄ
２とＤ３，Ｄ４とＤ５，Ｄ６とＤ７，Ｄ８とＤ９の共通
配線３０４を一体の同一配線としても行うことができ
る。

【０１０８】図１１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。

【０１０９】図１１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。

【０１１０】尚、図１１において図８と同じ符号は同じ
部材を示すものであり、図８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。

【０１１１】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。

【０１１２】グリッド電極３０２の形状や配置位置は、
必ずしも図１１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。

【０１１３】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。

【０１１４】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。

【０１１５】

【実施例】以下に実施例を挙げ、本発明を更に説明す
る。

【０１１６】［実施例１］本実施例では、図１に示した
構成の本発明の表面伝導型電子放出素子、及び比較用と
して従来の表面伝導型電子放出素子を作製し、それらの
電子放出特性等について行った実験について説明する。
尚、図１（ａ）は表面伝導型電子放出素子の平面図を、
図１（ｂ）は断面図を示しており、図中のＷ１は素子電
極４，５の幅、Ｗ２は導電性薄膜３の幅、Ｌは素子電極
４，５間の間隔、ｄ１，ｄ２はそれぞれ素子電極５，４
の厚さを表している。

【０１１７】以下、本実施例の各素子の製造方法の手順
を示す図である図１２を用いて、具体的に説明する。図
１２にも示したように、以後、本発明の表面伝導型電子
放出素子を形成する基板を基板Ａ、比較用の表面伝導型
電子放出素子を形成する基板を基板Ｂと呼ぶ。尚、各基
板上には、同一形状の素子が、４個形成される。

【０１１８】１）基板１として石英基板を用い、これを
洗剤，純水及び有機溶剤により充分に洗浄後、基板Ａ，
Ｂにそれぞれマスクを用いてスパッタ法により、素子電
極材料としてＰｔを３００Å堆積した。更に、基板Ａに
対しては、素子電極４をマスクし、Ｐｔを８００Å積層
した（図１２（ａ））。

【０１１９】素子電極の厚さは、基板Ｂでは、素子電極
４，５ともに３００Åである。一方基板Ａでは、素子電
極５は１１００Åであり、素子電極４は３００Åであ
る。尚、素子電極間隔Ｌは、基板Ａ，Ｂともに１００μ
ｍである。

【０１２０】２）基板１上に、導電性薄膜３のパターニ
ングの目的でリフトオフ用のＣｒ膜（不図示）を１００
０Åの膜厚で真空蒸着した。この時、導電性薄膜３の幅
Ｗ２に対応するＣｒ膜の開口部分の寸法を１００μｍと
した。

【０１２１】続いて、基板１上に、有機パラジウム溶液
（奥野製薬（株）製、ｃｃｐ−４２３０）をスピンナー
により回転塗布して放置することにより、有機Ｐｄ薄膜
を形成した。この後、有機Ｐｄ薄膜を３００℃で１０分
間大気中で加熱焼成処理し、主としてＰｄＯ微粒子から
なる導電性薄膜３を形成した。この導電性薄膜３の膜厚
は約１００Å、シート抵抗値は５×１０⁴ Ω／□であっ
た。

【０１２２】その後、Ｃｒ膜および導電性薄膜３を酸エ
ッチャントによりウエットエッチングして所望のパター
ンを有する導電性薄膜３を得た（図１２（ｂ））。

【０１２３】３）基板Ａに対してのみ、素子電極４，５
を設けた基板１上に、ＲＦスパッタ法によりＳｉＯ₂ か
らなる絶縁層を０．５μｍの膜厚で堆積後、厚く形成し
た素子電極５上のみ素子電極形状とほぼ同様な形状にて
マスクし、マスク部分以外の絶縁層材料をエッチングに
より除去することで所望の形状の絶縁層６を形成した。
尚、エッチングはＣＦ₄ とＨ₂ ガスを用いたＲＩＥ（Ｒ
ｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）法によっ
た。この際、素子電極５上の全てを絶縁層で覆うのでは
なく、素子電極５に電圧を印加するための電気的接触が
得られるように、絶縁層６の形状を設定した。

【０１２４】更に、絶縁層６以外の全ての領域をマスク
し、絶縁層６上に、スパッタ法によりＰｔを３００Å積
層し、制御電極７を形成した（図１２（ｃ））。

【０１２５】これ以降の工程は、基板Ａ，Ｂとも共通で
ある。

【０１２６】４）次に、基板Ａ，Ｂとも図４の測定評価
系の真空装置５５内に設置し、真空中で加熱し、導電性
薄膜３のＰｄＯをＰｄに還元した後、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
印加してフォーミング処理を行い、電子放出部２を形成
した（図１２（ｄ））。フォーミング処理には図３
（ｂ）に示したような電圧波形（尚、三角波ではなく矩
形波）を用いた。

【０１２７】本実施例では、図３（ｂ）中のＴ１を１ｍ
秒、Ｔ２を１０ｍ秒とし、矩形波の波高値を徐々に増加
させてフォーミングを行った。

【０１２８】５）引き続き基板Ａ，Ｂとも真空装置５５
内に設置したまま、真空装置５５内を約１０^-5Ｔｏｒｒ
とし、図３（ａ）に示したような電圧波形（尚、三角波
ではなく矩形波）を用いて素子を駆動させて活性化処理
を行った。本実施例では、図３（ａ）中のＴ１を１ｍ
秒、Ｔ２を１０ｍ秒とし、駆動電圧（波高値）を１５Ｖ
とした。この際、基板Ａの素子に対しては、素子電極５
に対し０Ｖの電位、素子電極４に対し＋１５Ｖ及び制御
電極７に対し＋１５Ｖの電位にて駆動した。

【０１２９】６）続いて、真空装置５５内を約１０^-6Ｔ
ｏｒｒとし、基板Ａ，Ｂの各表面伝導型電子放出素子を
駆動させて素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅを測定した。ま
た、測定後、基板Ａ，Ｂとも、顕微鏡で電子放出部２を
観察した。

【０１３０】尚、測定条件は、アノ−ド電極５４と電子
放出素子間の距離Ｈを５ｍｍ、アノ−ド電極５４の電位
を１ｋＶ、素子電圧Ｖｆを１８Ｖ、各素子電極にかける
電位は、基板Ａでは素子電極５の電位を素子電極４より
高電位とし、制御電極７の電位を素子電極４と等しくし
た。

【０１３１】その結果、基板Ｂの素子では、素子電流Ｉ
ｆは、１．２ｍＡ±２５％、放出電流Ｉｅは、１．０μ
Ａ±３０％であり、電子放出効率（１００×Ｉｅ／Ｉ
ｆ）は０．０８％であった。一方、基板Ａの素子では、
素子電流Ｉｆは、１．０ｍＡ±５％、放出電流Ｉｅは、
１．３μＡ±４．５％であり、電子放出効率は０．１３
％と著しく向上し、各素子間のばらつきも著しく減少し
た。

【０１３２】また、同時に、アノード電極５４に蛍光体
を設置して、電子放出素子から放出された電子ビームに
よる蛍光体上の輝点形状を測定したところ、基板Ａの素
子による輝点が、基板Ｂの素子による輝点に比べて、２
０μｍ程度小さかった。

【０１３３】また、基板Ａ，Ｂの各素子における、導電
性薄膜３の一部に形成された電子放出部２を顕微鏡で観
察したところ、基板Ａの本発明の素子では、４個の素子
のいずれも、高い段差部を有する（厚みの厚い）素子電
極５の近傍に、略直線状の電子放出部２が形成されてい
た。また、炭化及び炭化物は、電子放出部２近傍以外に
は、導電性薄膜３及び素子電極４及び制御電極７上にお
いて、ほとんど観察されなかった。

【０１３４】一方、基板Ｂの比較用の従来素子では、電
子放出部２は４個の素子のいずれも、素子電極間の中央
部付近で５０μｍ位の幅で大きく蛇行した状態であっ
た。また、電子放出部２から高電位側の３０μｍ〜６０
μｍの範囲に、導電性薄膜３もしくは素子電極上に、基
板Ａの本発明の素子に比較して多量の炭化及び炭化物が
観測された。

【０１３５】本実施例で示される様に、一方の素子電極
部分の段差部近傍にのみ略直線状に電子放出部を形成
し、且つ、その素子電極上に絶縁層を介して制御電極を
設けたことで、高効率で、特性のばらつきが少ない良好
な電子放出素子が形成された。

【０１３６】［実施例２］本実施例では、実施例１の図
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（カラー３色を含めて２０行
６０列）した図６に示したような電子源を用いて、図８
に示したような画像形成装置を作製した例を説明する。

【０１３７】電子源の一部の平面図を図１３に示す。ま
た、図中のＡ−Ａ’断面図を図１４に示す。但し、図
６，図８，図１３，図１４において同じ符号は同じ部材
を示す。

【０１３８】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）、６０１は吸い込み抑制電極用の配線、３は導電
性薄膜、４，５は素子電極、６は絶縁層、７は制御電
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、４０
３は制御電極７と吸い込み抑制電極用の配線６０１との
電気的接続のためのコンタクトホ−ルである。

【０１３９】まず、本実施例の電子源の製造方法を、図
１５及び図１６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１５の（ａ）〜（ｄ）
及び図１６の（ｅ）〜（ｈ）に対応する。

【０１４０】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、真空蒸着により、厚さ５０ÅのＣｒ、厚さ６
０００ÅのＡｕを順次積層した後、ホトレジスト（ＡＺ
１３７０ヘキスト社製）をスピンナ−により回転塗
布、ベ−クした後、ホトマスク像を露光、現像して、下
配線１０２及び制御電極用の配線６０１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１０２及び制御電極用の配線
６０１を形成した。

【０１４１】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。

【０１４２】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−ル４０２及び４０３を形成するための
ホトレジストパタ−ンを作り、これをマスクとして層間
絶縁層４０１をエッチングしてコンタクトホ−ル４０２
及び４０３を形成した。エッチングはＣＦ₄ とＨ₂ ガス
を用いたＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈ
ｉｎｇ）法によった。

【０１４３】工程ｄ：その後、素子電極４，５と素子電
極間ギャップＬとなるべきパタ−ンをホトレジストで形
成し、真空蒸着法により、厚さ５０ÅのＴｉ、厚さ４０
０ÅのＮｉを順次堆積した。ホトレジストを有機溶剤で
溶解し、Ｎｉ／Ｔｉ堆積膜をリフトオフした後、素子電
極５を除く領域をホトレジストで覆い、更にＮｉを１０
００Å堆積して、素子電極５の厚みを１４００Åとし
た。尚、素子電極間隔Ｌは８０μｍ、素子電極の幅Ｗ１
を２００μｍで形成した。

【０１４４】工程ｅ：基板１上に上配線１０３のホトレ
ジストパタ−ンを形成した後、厚さ５０ÅのＴｉ，厚さ
５０００ÅのＡｕを順次真空蒸着により堆積し、リフト
オフにより不要の部分を除去して、所望の形状の上配線
１０３を形成した。

【０１４５】工程ｆ：素子電極間ギャップＬおよびこの
近傍に開口を有するマスクにより、膜厚１０００ÅのＣ
ｒ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（ｃｃｐ−４２３０奥野製薬（株）製）をス
ピンナーにより回転塗布、３００℃で１２分間の加熱焼
成処理をした。このようにして形成された主としてＰｄ
Ｏよりなる微粒子からなる導電性薄膜３の膜厚は７０
Å、シート抵抗値は２×１０⁴ Ω／□であった。Ｃｒ膜
及び焼成後の導電性薄膜３を酸エッチャントによりエッ
チングして、所望のパターン形状を有する導電性薄膜３
を形成した。

【０１４６】工程ｇ：基板１上に、ＲＦスパッタ法によ
りシリコン酸化膜からなる絶縁層を０．５μｍの膜厚で
堆積後、フォトリソグラフィー技術により、厚く形成し
た素子電極５の素子電極間ギャップ側の一部をマスク
し、マスク領域以外の絶縁層材料をエッチングにより除
去することで絶縁層６を形成した。エッチングはＣＦ₄
とＨ₂ ガスを用いたＲＩＥ法によった。更に、絶縁層６
以外の全ての領域をマスクし、絶縁層６上にスパッタ法
によりＮｉを５００Å積層し、制御電極７を形成した。

【０１４７】工程ｈ：全面にレジストを塗布し、マスク
を用いて露光の後現像し、コンタクトホール４０２及び
４０３部分のみレジストを除去した。この後、真空蒸着
により、厚さ５０ÅのＴｉ、厚さ５０００ÅのＡｕを順
次堆積し、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４０２及び４０３を埋め込ん
だ。

【０１４８】以上の工程により、絶縁性基板１上に下配
線１０２及び制御電極の配線６０１、層間絶縁層４０
１、上配線１０３、素子電極４，５、絶縁層６、制御電
極７、導電性薄膜３等を形成し、未フォーミングの電子
源を得た。

【０１４９】以上のようにして作製した未フォ−ミング
の電子源を用いて画像形成装置を作製した。作製手順を
図８及び図９を参照して以下に説明する。

【０１５０】まず、上記未フォ−ミングの電子源の基板
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１
１２を介し配置し、フェ−スプレ−ト１１６、支持枠１
１２、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４００℃で１０分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。

【０１５１】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９
（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。

【０１５２】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。

【０１５３】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）を設けた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。

【０１５４】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
のフォ−ミング処理を行い、電子放出部２を形成した。

【０１５５】フォーミング処理には図３（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秒とし、約１×
１０^-5Ｔｏｒｒの真空雰囲気下で行った。

【０１５６】次に、図３（ａ）に示した電圧波形（但
し、三角波ではなく矩形波）を用いて活性化処理を行っ
た。本実施例ではＴ１を１ｍ秒、Ｔ２を１０ｍ秒、波高
１４Ｖで、２×１０^-5Ｔｏｒｒの真空度で、素子電流Ｉ
ｆ，放出電流Ｉｅを測定しながら行った。

【０１５７】この後、不図示の排気管を通じ、外囲器１
１８内を１０^-7Ｔｏｒｒ程度の真空度とし、１８０℃で
１０時間加熱排気後、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。ゲッターはＢａ等を主成分とした。

【０１５８】以上のようにして完成した表示パネル２０
１（図８参照）において、容器外端子Ｄｘ１ないしＤｘ
ｍと、Ｄｙ１ないしＤｙｎと、Ｇ１ないしＧｍとを通
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１
１５，透明電極（不図示）に５ｋＶ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、ハ
イビジョンＴＶ画像に対応する高精細な画像が、輝度む
らが少なく表示された。

【０１５９】［実施例３］図１７は、実施例２の表示パ
ネル（ディスプレイパネル）２０１（図８参照）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。

【０１６０】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。

【０１６１】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。

【０１６２】以下、画像信号の流れに沿って各部を説明
してゆく。

【０１６３】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。

【０１６４】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。

【０１６５】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。

【０１６６】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。

【０１６７】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。

【０１６８】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。

【０１６９】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。

【０１７０】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。

【０１７１】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。

【０１７２】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。

【０１７３】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。

【０１７４】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。

【０１７５】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。

【０１７６】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。

【０１７７】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。

【０１７８】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。

【０１７９】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。

【０１８０】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。

【０１８１】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。

【０１８２】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。

【０１８３】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。

【０１８４】以上、各部の機能を説明したが、図１７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。

【０１８５】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。

【０１８６】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。

【０１８７】尚、図１７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。

【０１８８】例えば図１７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。

【０１８９】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。また、高効率で、電子ビ
ームの収束性に優れ、均一な電子放出特性を有する電子
ビーム源を用いたことにより、高輝度、高精細で、且つ
輝度のばらつきの少ない高品位なカラーフラットテレビ
が実現された。

【０１９０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の表面伝導
型電子放出素子は、一対の素子電極における各素子電極
部分の段差部の高さが異なるなど構成により、素子電極
形成後に作成される電子放出用の膜であるところの導電
性薄膜の内、高い段差部を有する側の素子電極部分の該
段差部近傍にのみ電子放出部が形成されており、且つ、
電子放出部近傍の素子電極上に、絶縁層を介して制御電
極が配置されているため、素子を駆動する際、素子電極
及び制御電極の電位を適宜設定することにより、効率良
く電子が放出されるだけでなく、電子線の制御も可能と
なった。

【０１９１】さらに、素子電極間距離を長くした場合に
おいても、電子放出部の形状を素子電極部分の形状に沿
った略直線状にでき、電子放出部と制御電極間の距離を
均一にできるため、多数の素子を作製した場合におい
て、各素子の電子放出特性が均一になった。

【０１９２】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効率が向上すると共に、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ビームの広
がりの問題も解決され、高輝度・高精細な画像が得ら
れ、画像品位が大幅に向上した。

【０１９３】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】本発明の基本的な表面伝導型電子放出素子の一
構成例を示す図である。

【図２】図１の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３】フォーミング処理に用いる電圧波形の一例であ
る。

【図４】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５】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６】本発明の単純マトリクス配置の電子源の一例を
示す概略図である。

【図７】本発明の単純マトリクス配置の電子源の他の例
を示す概略図である。

【図８】図６の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９】表示パネルに用いる蛍光膜の構成例を示す図で
ある。

【図１０】本発明の梯型配置の電子源の一例を示す概略
図である。

【図１１】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１２】実施例１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１３】実施例２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１４】図１３の電子源の部分断面図である。

【図１５】図１３の電子源の製造工程を説明するための
断面図である。

【図１６】図１３の電子源の製造工程を説明するための
断面図である。

【図１７】実施例３にて示す画像形成装置のブロック図
である。

【図１８】従来の表面伝導型電子放出素子における、放
出電子の素子電極への吸い込みを説明するための概略図
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６絶縁層７吸い込み抑制電極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５７制御電極７に電圧を印加するための電源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
めのコンタクトホール４０３制御電極７と制御電極用の配線６０１との電気
的接続のためのコンタクトホール６０１制御電極用の配線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)発明者塚本健夫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】基板上に形成した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、一対の素子電極のうち一方の素子電極部分の段差部近傍
にのみ電子放出部が配設されており、且つ、電子放出部
近傍の素子電極上に、絶縁層を介して制御電極が配設さ
れていることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】前記電子放出部から離れて形成されてい
る素子電極と、前記制御電極とが、電気的に接続されて
いることを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項３】前記電子放出素子は、駆動の際、前記電
子放出部近傍の素子電極を高電位、他方の素子電極及び
前記制御電極をそれぞれ低電位とすることを特徴とする
請求項１又は２に記載の電子放出素子。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の電子放
出素子を、基板上に複数備えたことを特徴とする電子
源。
【請求項５】前記電子源は、複数の電子放出素子を配
列した素子列を少なくとも１列以上有し、各電子放出素
子のそれぞれの素子電極と結線された配線がマトリクス
配置されていることを特徴とする請求項４に記載の電子
源。
【請求項６】前記電子源は、各電子放出素子の、電子
放出部から離れて形成されている素子電極と、前記制御
電極とが、異なる配線にそれぞれ結線されていることを
特徴とする請求項５に記載の電子源。
【請求項７】前記電子源は、各電子放出素子の、電子
放出部から離れて形成されている素子電極と、前記制御
電極とが、同一配線に結線されていることを特徴とする
請求項５に記載の電子源。
【請求項８】前記電子源は、複数の電子放出素子を配
列した素子列を少なくとも１列以上有し、各電子放出素
子のそれぞれの素子電極と結線された配線が梯状配置さ
れていることを特徴とする請求項４に記載の電子源。
【請求項９】前記電子源は、各電子放出素子の、電子
放出部から離れて形成されている素子電極と、前記制御
電極とが、同一配線に結線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】入力信号に基づいて画像を形成する画
像形成装置であって、請求項４〜９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具備することを特徴と
する画像形成装置。