JPH08329827A

JPH08329827A - 電子放出素子、それを用いた電子源、画像形成装置

Info

Publication number: JPH08329827A
Application number: JP15406795A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Sakano; 嘉和坂野; Ichiro Nomura; 一郎野村; Toshihiko Takeda; 俊彦武田; Hidetoshi Suzuki; 英俊鱸
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-05-30
Filing date: 1995-05-30
Publication date: 1996-12-13

Abstract

(57)【要約】【目的】電子線照射領域が均一で、電子放出特性に優
れた表面伝導型電子放出素子を得る。【構成】導電性膜３が、線状に一次元的に配置された
複数の微粒子群より形成され、少なくとも各微粒子群の
両端に電極電圧が印加される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子放出素子、これを
用いた電子源、表示装置や露光装置等の画像形成装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子放出素子としては大別し
て熱電子源と冷陰極電子源の２種類が知られている。冷
陰極電子源には電界放射型（ＦＥ型）、金属／絶縁層／
金属型（ＭＩＭ型）や表面伝導型電子放出素子がある。

【０００３】例えば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。

【０００４】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直
流電圧あるいは非常にゆっくりとした昇電圧、例えば１
Ｖ／１分程度の昇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。

【０００５】上記表面伝導型電子放出素子は、構造が単
純で製造も容易であることから、大面積に亙って多数配
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。例えば表示装置等の
画像形成装置への利用が挙げられる。

【０００６】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（梯型配置とも呼ぶ）した電子源が挙げ
られる（特開平１−３１３３２号公報、同１−２８３７
４９号公報、同２−２５７５５２号公報）。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５０６６
８８３号明細書）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、表面伝導型
電子放出素子を応用するに際して、例えば図２７に示す
ように、画像形成部材３０として蛍光体を採用し、表面
伝導型電子放出素子から放出された電子線の特性を検討
すると、楕円に近い電子照射領域３１での発光を示す。
この電子照射領域３１は図２７では均一に描かれている
が、実際には領域内でかなりの輝度分布を生じる。これ
は、放出された電子線の飛翔分布が不均一であるために
生じるものである。

【０００８】また、電子放出部を含む導電性薄膜は微粒
子膜によって構成され、この導電性薄膜を走査型電子顕
微鏡、透過型電子顕微鏡で観察すると、図２８に示すよ
うに、複数の微粒子３３が不規則に配置されているた
め、電子線の放出方向・飛翔分布が不均一になり、電子
照射領域が不均一になった。

【０００９】さらに、電子照射領域３１の輝度分布が余
りにも極端に生じる場合には、特に画像形成装置に大き
な影響をもたらすことになる。例えば画像形成部材３０
として蛍光体を採用した電子線ディスプレイ装置では、
各電子放出素子からの電子放出の分布が不均一であるた
め、蛍光体の発光部内で輝度ムラが生じ、また蛍光体の
各輝点の光放出分布が不均一であるため、表示にちらつ
きを生じるという問題があった。

【００１０】本発明は、電子線照射領域の分布が極めて
小さい電子放出素子を得られるようにすると共に、これ
を用いた効率の良い電子源、蛍光画像の各輝点の輝度ム
ラや表示のちらつきの極めて少ない高品位な画像が得ら
れる画像形成装置画像形成装置を得ることを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段及び作用】請求項１〜９の
発明は、電子放出素子に関する発明で、電極間に、電子
放出部が形成された導電性膜を有する電子放出素子にお
いて、導電性膜が、線状に一次元的に配置された複数の
微粒子群により形成され、少なくとも各微粒子群の両端
に電極間電圧が印加されるように配置されている点に特
徴を有するものである。

【００１２】また、請求項１０〜１１の発明は、上記電
子放出素子を複数個備えた電子源に関する発明で、上記
電子放出素子を複数配列した素子列を少なくとも１列以
上有し、各電子放出素子を駆動するための配線がマトリ
クス配置又は梯状配置されている点に特徴を有するもの
である。

【００１３】さらに、請求項１２〜１５の発明は、上記
電子源を用いた画像形成装置に関する発明であり、上記
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有する点に特徴を有するもので
ある。

【００１４】上記のように、本発明は、新規な電子放出
素子、この電子放出素子を複数個備えた新規な電子源、
これを用いた新規な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。

【００１５】本発明の電子放出素子には平面型と垂直型
がある。まず、平面型の電子放出素子の基本的な構成に
ついて説明する。

【００１６】図１（ａ）、（ｂ）は、平面型の電子放出
素子の基本的な構成を示す図である。

【００１７】図１において１は基板、２は電子放出部、
３は導電性膜、４と５は素子電極、６は凹凸部である。

【００１８】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。

【００１９】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等の金属ある
いは合金及びＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ₂ 、Ｐｄ−Ａｇ
等の金属あるいは金属酸化物とガラス等から構成される
印刷導体、Ｉｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ 等の透明導電体及びポ
リシリコン等の半導体導体材料等から適宜選択される。

【００２０】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、導電性
膜３の形状等は、応用される形態等によって設計され
る。

【００２１】素子電極間隔Ｌは、数百オングストローム
から数百マイクロメートル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、数マイクロメートルから数十マイクロメートルであ
る。

【００２２】素子電極長さＷは、電極の抵抗値や電子放
出特性を考慮すると、好ましくは数マイクロメートルか
ら数百マイクロメートルであり、また素子電極厚ｄは、
数百オングストロームから数マイクロメートルである。

【００２３】尚、図１に示される電子放出素子は、基板
１上に、凹凸部６、素子電極４，５、導電性膜３の順に
積層されたものとなっているが、基板１上に、凹凸部
６、導電性膜３、素子電極４，５の順に積層したものと
してもよい。

【００２４】導電性膜３は、良好な電子放出特性を得る
ため、複数の微粒子を有する微粒子膜によって構成され
ており、その膜厚は、素子電極４，５へのステップカバ
レージ、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選択される。この導電性膜３
の膜厚は、好ましくは数オングストロームから数千オン
グストロームで、特に好ましくは１０オングストローム
から５００オングストロームであり、その抵抗値は、１
０の３乗から１０の７乗オーム／□のシート抵抗値であ
る。

【００２５】本発明における導電性膜３を構成する材料
としては、例えばＰｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔ
ｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、
Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ、ＳｎＯ₂ 、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 、Ｐｂ
Ｏ、Ｓｂ₂ Ｏ₃ 等の酸化物、ＨｆＢ₂ 、ＺｒＢ₂ 、Ｌａ
Ｂ₆ 、ＣｅＢ₆ 、ＹＢ₄ 、ＧｄＢ₄ 等の硼化物、Ｔｉ
Ｃ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣなどの炭化
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。

【００２６】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）の膜をさす。微粒子
の粒径は、数オングストロームから数千オングストロー
ムであることが好ましく、特に好ましくは１０オングス
トロームから２００オングストロームである。

【００２７】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。従って、電子放出部２の位置及び形状は図
１に示されるような位置及び形状に特定されるものでは
ない。

【００２８】亀裂は、数オングストロームから数百オン
グストローム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、導電性膜３を構成する材料の
元素の一部、あるいは総てと同様のものである。また、
亀裂を含む電子放出部２及びその近傍の導電性膜３は炭
素及び炭素化合物を有することもある。

【００２９】また、上記微粒子膜は、線状に一次元的に
配置された複数の微粒子群により形成され、少なくとも
各微粒子群の両端に電極間電圧が印加されるように配置
されている。即ち、基板１表面の凹凸部６上に形成され
た微粒子膜を通電処理（後述するフォーミング処理）し
た後の電子放出部２を走査型電子顕微鏡、透過型電子顕
微鏡等で観察すると、図２（図１のＡ部を示す。）に示
すように、電極方向に沿って研磨した凹凸部６の方向に
沿って、複数の微粒子７から構成される線状に一次元的
に配置された複数の微粒子群が同一方向に整列されてい
る。

【００３０】発明者等は、微粒子膜を通電処理すること
により、凹凸部６の研磨方向に沿って複数の微粒子７が
配置形成されたと推測している。これにより、素子電極
４，５間に電圧を印加することにより複数の微粒子７か
らなる線状に一次元的に配置された微粒子群に素子電流
が流れ、微粒子群の一部から電子放出する。即ち、同一
方向に微粒子群が整列されているため、放出される電子
線の飛翔方向が均一となり、その結果、電子線照射領域
の分布が均一になると推測している。

【００３１】尚、凹凸部６は、複数の微粒子７を線状に
一次元的に配置した微粒子群を同一方向に整列させるた
めの手段であり、このような配置を可能にする手段であ
ればどのような手段でも構わない。また、図１及び図２
に示した電子放出素子及び微粒子の配置は本発明の一実
施態様に過ぎず、後述する実施例からも明らかなよう
に、本発明の電子放出素子はかかる実施態様に限定され
るものではない。本発明の電子放出素子は以上の構成を
採ることにより、後に詳述するように特に素子から放出
された電子線照射領域の分布を均一にすることができ
る。

【００３２】本発明の電子放出素子の更に好ましい態様
について以下に説明する。本発明の電子放出素子の相隣
接する微粒子群の間隔が、線状に一次元的に配置された
微粒子同士の間隔以上であることは、複数の微粒子群が
電気的に独立に作用するため、電子線照射領域の分布を
より一層均一にさせるものである。これは、微粒子群の
間でのリーク電流が減少するという点で好ましい態様で
あり、１００オングストローム以上であることが好まし
い。

【００３３】また、基板１上に、電極方向に沿って、微
粒子同士の間隔以上の表面粗さの凹凸部６を有すること
は、微粒子の配置を容易に形成させる点で好ましい態様
である。さらに、凹凸部６の表面粗さが１００オングス
トローム以上であることは、微粒子膜を通電処理すると
実質的に微粒子群の幅が１００オングストローム以上に
なることから好ましい。そして、基板１上に形成された
凹凸部６の凹部または凸部に微粒子群が配置されている
ことは、微粒子が局所電界、熱等による移動を減少させ
るという点で好ましい態様である。

【００３４】この電子放出素子は、放出した電子線の分
布が均一になるばかりか、後述する電子源及び画像形成
装置に適用した場合、複数の電子放出素子間（或いは複
数の電子放出部間）での電子線の分布が均一になるた
め、各電子線間の発光ムラがなく、画像形成にあたって
も極めてコントラストが高く、高詳細な画像を形成する
ことができるものである。

【００３５】次に、垂直型の電子放出素子の基本的な構
成について説明する。

【００３６】図３は、垂直型の電子放出素子の基本的な
構成を示す図で、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。

【００３７】基板１、電子放出部２、導電性膜３及び素
子電極４，５は、前述した平面型の電子放出素子と同様
の材料で構成されたものである。

【００３８】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、先に述べた平面型の電子放出素子の素子電極間
隔Ｌ（図１参照）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
し得る電界強度により設定されるが、好ましくは数百オ
ングストロームから数十マイクロメートルであり、特に
好ましくは数百オングストロームから数マイクロメート
ルである。

【００３９】導電性膜３は、通常、素子電極４，５の作
成後に形成されるので、素子電極４，５の上に積層され
るが、導電性膜３の形成後に素子電極４，５を作成し、
導電性膜３の上に素子電極４，５が積層されるようにす
ることも可能である。また、平面型の電子放出素子の説
明においても述べたように、電子放出部２の形成は、導
電性膜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するので、その位置及び形状は図３
に示されるような位置及び形状に特定されるものではな
い。

【００４０】尚、以下の説明は、上述の平面型の電子放
出素子と垂直型の電子放出素子の内、平面型を例にして
説明するが、平面型の電子放出素子に代えて垂直型の電
子放出素子としてもよい。

【００４１】本発明の電子放出素子の製法としては様々
な方法が考えられるが、その一例を図４ないし図７に基
づいて説明する。尚、図４において図１と同じ符号は同
じ部材を示すものである。

【００４２】１）基板１の表面を電極方向に沿って研磨
して、同一方向に研磨跡が付くように凹凸部６を形成す
る（図４（ａ））。

【００４３】２）凹凸部６が形成された基板１を洗剤、
純水及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基板１の面上に素子電
極４，５を形成する（図４（ｂ））。

【００４４】３）素子電極４，５を設けた基板１上に有
機金属溶液を塗布して放置することにより、素子電極４
と素子電極５間を連絡して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膜３を形成する
（図４（ｃ））。

【００４５】本発明においては、上記加熱焼成時に加熱
温度を所定の温度に制御することにより、導電性膜３の
構成材料が、酸化物と金属の２相混合状態か、あるいは
非化学量論組成を有する酸化物を有する状態にすること
が好ましい。これは再酸化又は再還元によって抵抗値の
調整を広範囲で行えるためである。

【００４６】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、例えば真空蒸着
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有機金属膜を形成
することもできる。

【００４７】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、導電性膜３の部位に構造の変化した電子放出部
２が形成される（図４（ｄ））。この通電処理により導
電性膜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。

【００４８】フォーミングの電圧波形の例を図５に示
す。

【００４９】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））とがあ
る。

【００５０】まず、パルス波高値を定電圧とした場合に
ついて図５（ａ）で説明する。

【００５１】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１マ
イクロ秒〜１０ミリ秒、Ｔ２を１０マイクロ秒〜１００
ミリ秒とし、波高値（フォーミング時のピーク電圧）を
前述した電子放出素子の形態に応じて適宜選択して、適
当な真空度の真空雰囲気下で、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。

【００５２】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５（ｂ）で説明する。

【００５３】図５（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は図５
（ａ）と同様であり、波高値（フォーミング時のピーク
電圧）を、例えば０．１Ｖステップ程度ずつ増加させ、
図５（ａ）の説明と同様の適当な真空雰囲気下で印加す
る。

【００５４】尚、パルス間隔Ｔ２中に、導電性膜３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ときにフォ
ーミングを終了することが好ましい。

【００５５】上記フォーミング工程からそれ以降の工程
は、図６に示されるような測定評価系内で行われるもの
である。この測定評価系について説明する。

【００５６】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
ノード電極、５３はアノード電極５４に電圧を印加する
ための高圧電源、５２は電子放出部２より放出される放
出電流Ｉｅを測定するための電流計、５５は真空装置、
５６は排気ポンプ、５７はガス導入口である。

【００５７】電子放出素子及びアノード電極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いて、所望の真空
下で電子放出素子の測定評価ができるようになってい
る。

【００５８】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全体及び電子放出素子の基板１は、
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、フ
ォーミング工程及び後述するそれ以後の工程における測
定評価及び処理に応用されるものである。

【００５９】５）本発明の電子放出素子の場合、更に活
性化工程を施すことが好ましい。

【００６０】活性化工程とは、例えば１０の−４乗〜１
０の−５乗ｔｏｒｒ程度の真空度で、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、好ましくは駆動電圧の
波高値である。

【００６１】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５００オングストローム以下、より好ましくは３
００オングストローム以下である。

【００６２】６）このようにして作成した電子放出素子
を、フォーミング工程、活性化工程での真空度より高い
真空度の真空雰囲気下で動作駆動する、安定化工程を施
すことが好ましい。より好ましくは、この高い真空度の
真空雰囲気下で、８０〜１５０℃の加熱の後、動作駆動
する。

【００６３】尚、フォーミング工程、活性化工程の真空
度より高い真空度の真空雰囲気とは、例えば約１０の−
６乗ｔｏｒｒ以上の真空度を有する真空雰囲気であり、
より好ましくは超高真空系であり、炭素及び炭素化合物
が新たにほぼ堆積しない真空度である。

【００６４】即ち、電子放出素子を上記真空雰囲気中に
封入してしまうことにより、これ以上の炭素及び炭素化
合物の堆積を抑制することが可能となり、これによって
素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが安定する。

【００６５】このような電子放出素子、中でも表面伝導
型電子放出素子と呼ばれる電子放出素子の基本特性を以
下に説明する。

【００６６】以下に述べる表面伝導型電子放出素子の基
本特性は、図６の測定評価系のアノード電極５４の電圧
を１ｋＶ〜１０ｋＶとし、アノード電極５４と表面伝導
型電子放出素子の距離Ｈを２〜８ｍｍとして行った測定
に基づくものである。

【００６７】まず、放出電流Ｉｅ及び素子電流Ｉｆと、
素子電圧Ｖｆとの関係の典型的な例を図７に示す。尚、
図７の（ａ）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７の（ａ）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７の（ａ）中のＶｔ
ｈ）を超える素子電圧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６参照）に
補足される放出電荷は、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】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特性を有する場合もある。このような表面伝
導型電子放出素子の特性の例が図７の（ａ）で示す特性
である。一方、図７の（ｂ）で示すように、素子電流Ｉ
ｆは素子電圧Ｖｆに対して電圧制御型負性抵抗特性（Ｖ
ＣＮＲ特性と呼ぶ）を示す場合もある。いずれの特性を
示すかは、表面伝導型電子放出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特性を有する表面伝導型電子放出
素子でも、上記３つの特性上の特徴を有する。

【００７３】次に、本発明の電子源における電子放出素
子の配列について、表面伝導型電子放出素子を例に説明
する。

【００７４】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夫々Ｘ方向配線、Ｙ方向配線
を接続した配置方式が挙げられる。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。

【００７５】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、単純マトリクス配置された表面伝導型電
子放出素子における放出電子は、しきい値電圧を超える
電圧では、対向する素子電極間に印加するパルス状電圧
の波高値とパルス幅で制御できる。一方、しきい値電圧
以下では殆ど電子は放出されない。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、個々の
素子に上記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、その電子放出
量が制御でき、単純なマトリクス配線だけで個別の表面
伝導型電子放出素子を選択して独立に駆動可能となる。

【００７６】単純マトリクス配置はこのような原理に基
づくもので、本発明の電子源の一例である、この単純マ
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。

【００７７】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上に配列された本発明の
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。

【００７８】ｍ本のＸ方向配線１０２は、夫々外部端子
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。

【００７９】ｎ本のＹ方向配線１０３は、夫々外部端子
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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】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、また夫々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。

【００８４】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。

【００８５】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
図示の変調信号発生手段が電気的に接続されている。更
に、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１０４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。

【００８６】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、
ＮＴＳＣ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。

【００８７】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ート、１１６はガラ
ス基板１１３の内面に蛍光膜１１４とメタルバック１１
５等が形成されたフェースプレート、１１２は支持枠で
あり、リアプレート１１１、支持枠１１２及びフェース
プレート１１６にフリットガラス等を塗布し、大気中あ
るいは窒素中で、４００〜５００℃で１０分以上焼成す
ることで封着して外囲器１１８を構成している。

【００８８】図９において、２は図１における電子放出
部に相当する。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と接続されたＸ方向
配線及びＹ方向配線で、夫々外部端子Ｄｘ１ないしＤｘ
ｍ，Ｄｙ１ないしＤｙｎを有している。

【００８９】外囲器１１８は、上述の如く、フェースー
プレート１１６、支持枠１１２、リアプレート１１１で
構成されている。しかし、リアプレート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ート
１１１は不要で、基板１に直接支持枠１１２を封着し、
フェースプレート１１６、支持枠１１２、基板１にて外
囲器１１８を構成してもよい。また、フェースプレート
１１６、リアプレート１１１の間にスぺーサーと呼ばれ
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。

【００９０】蛍光膜１１４は、モノクロームの場合は蛍
光体１２２のみからなるが、カラーの蛍光膜１１４の場
合は、蛍光体１２２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伝材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
クスが設けられる目的は、カラー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。黒色導伝材１２１の材料としては、通常良く用い
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。

【００９１】ガラス基板１１３に蛍光体１２２を塗布す
る方法としては、モノクローム、カラーによらず、沈澱
法や印刷法が用いられる。

【００９２】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ースプレート１１
６側へ鏡面反射することにより輝度を向上すること、電
子ビー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
ダメージからの蛍光体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。

【００９３】フェースプレート１１６には、更に蛍光膜
１１４の導伝性を高めるため、蛍光膜１１４の外面側に
透明電極（不図示）を設けてもよい。

【００９４】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なう
必要がある。

【００９５】外囲器１１８内は、不図示の排気管を通
じ、１０の−７乗ｔｏｒｒ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、ゲッター処理を行うこともある。これは、外囲
器１１８内の所定の位置に配置したゲッター（不図示）
を加熱し、蒸着膜を形成する処理である。ゲッターは通
常Ｂａ等が主成分であり、該蒸着膜の吸着作用により、
例えば１×１０の−５乗ないしは１×１０の−７乗ｔｏ
ｒｒの真空度を維持するためのものである。

【００９６】尚、前述した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
１１８の封止直前又は封止後に行われるもので、その内
容は前述の通りである。

【００９７】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は表示パネル、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、２
０７は変調信号発生器、Ｖｘ及びＶａは直流電圧源であ
る。

【００９８】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。この内、外部端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ
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、即ち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素子ず
つ）順次駆動して行くための走査信号が印加される。

【００９９】一方、端子Ｄｙ１ないし外部端子Ｄｙｎに
は、前記走査信号により選択された１行の各表面伝導型
電子放出素子の出力電子ビームを制御するための変調信
号が印加される。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
ための加速電圧である。

【０１００】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
電圧電源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。

【０１０１】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。

【０１０２】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持つものである。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。

【０１０３】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
輝度信号成分を分離するための回路で、よく知られてい
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、これもよく知られるよう
に、垂直同期信号と水平同期信号よりなる。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。

【０１０４】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に基づいて作
動する。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よい。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。

【０１０５】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ための記憶装置であり、
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、Ｉｄ’１ないしＩｄ’ｎとして出力され、変調
信号発生器２０７に入力される。

【０１０６】変調信号発生器２０７は、前記画像データ
Ｉｄ’１ないしＩｄ’ｎ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ための信号源
で、その出力信号は、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。

【０１０７】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、
構成、製造方法を変えることにより、しきい値電圧の値
や印加電圧に対する放出電流の変化度合いが変わる場合
もあるが、いずれにしても以下のことがいえる。

【０１０８】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。

【０１０９】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。

【０１１０】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。

【０１１１】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。

【０１１２】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。

【０１１３】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、例えばよく知られてい
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。

【０１１４】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。

【０１１５】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、端子Ｄｘ１〜Ｄｘ
ｍ及びＤｙ１〜Ｄｙｎから電圧を印加することにより、
必要な表面伝導型電子放出素子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
ームを加速し、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。

【０１１６】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、入力信号とし
てＮＴＳＣ方式を挙げたが、本発明に係る画像形成装置
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方式を初めとす
る高品位ＴＶ方式でもよい。

【０１１７】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。

【０１１８】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。

【０１１９】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ている。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。

【０１２０】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、夫々
相隣接する共通配線３０４、即ち夫々相隣接する外部端
子Ｄ２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。

【０１２１】図１３は、本発明の電子源の他の例であ
る、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。

【０１２２】図１３中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に接続された外部端子であ
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。

【０１２３】尚、図１３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。

【０１２４】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行して設けられたス
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個ずつ円
形の開口３０３を設けたものとなっている。

【０１２５】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ければならないも
のではなく、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１０４の周囲や近傍に設けてもよい。

【０１２６】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
ずつ順次駆動（走査）して行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ラインずつ表示することができる。

【０１２７】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、感光ドラムとで構成した光プリンター
の露光装置としても用いることができるものである。

【０１２８】

【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳述す
る。

【０１２９】実施例１本実施例で用いた表面伝導型電子放出素子の構成は、図
１（ａ），（ｂ）及び図２に示されるものと同様であ
る。図１及び図２と同一の符号は同じ部材を示す。

【０１３０】表面伝導型電子放出素子の製法は、基本的
には図４で説明した方法と同様である。以下、図１、図
２及び図４を用いて、本実施例で用いた表面伝導型電子
放出素子の基本的な構成及び製造法を説明する。

【０１３１】図１において１は基板、４と５は素子電
極、２は電子放出部、３は電子放出部２を含む導電性
膜、６は凹凸部である。

【０１３２】以下、製造手順を図１及び図４に基づいて
説明する。

【０１３３】工程−ａ基板１として石英ガラスを用い、３０００番のエミリペ
ーパで電極方向に沿って同一方向に凹凸がそろうように
基板１の表面を研磨し、基板１上に凹凸部６を形成し
た。尚、接触式の表面粗さ計で表面状態を測定したとこ
ろ、表面粗さは０．１マイクロメートル以下であった。
また、基板１の表面は、電極方向に沿って凹凸になれば
良く、本実施例に限られるものではない。

【０１３４】工程−ｂ凹凸部６を形成した石英ガラスを有機溶剤により清浄化
した後、石英ガラス上に所望の電極形状開口を有するパ
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１０００
オングストロームのＮｉを堆積した。ホトレジストパタ
ーンを有機溶剤で溶解し、Ｎｉ堆積膜をリフトオフし
て、素子電極間隔Ｌが３マイクロメートル、幅Ｗが３０
０マイクロメートルの素子電極４，５を形成した。

【０１３５】工程−ｃ次に、電子放出部２を形成するための導電性膜３を所定
の形状にパターニングするために、通常よく用いられる
蒸着マスクを素子電極４，５上に配置し、有機Ｐｄ（ｃ
ｃｐ４２３０奥野製薬（株）社製）をスピンナーにより
回転塗布し、３００℃で１時間の加熱焼成処理をした。
また、こうして形成された、主元素がＰｄＯの微粒子か
らなる導電性膜３の膜厚は２００オングストローム、シ
ート抵抗値は１０の３乗〜１０乗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
をさし、その粒径は、１０オングストローム〜１５０オ
ングストロームである。

【０１３６】工程−ｄ焼成後の導電性膜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を形成した。

【０１３７】以上の工程により、凹凸部６を形成した基
板１上に、素子電極４，５及び導電性膜３等を形成し
た。

【０１３８】工程−ｅ上記補正工程を経た基板１を図６の測定評価系に設置
し、真空ポンプにて排気して、２×１０の−５乗ｔｏｒ
ｒの真空度に達した後、素子電圧Ｖｆを印加するための
電源５１より各素子電極４，５間に夫々電圧を印加し、
通電処理（フォーミング処理）を施した。フォーミング
処理の電圧波形は図５（ｂ）に示されるような波形とし
た。

【０１３９】図５（ｂ）中、Ｔ１及びＴ２は電圧波形の
パルス幅とパルス間隔であり、本実施例ではＴ１を１ミ
リ秒、Ｔ２を１０ミリ秒とし、三角波の波高値（フォー
ミング時のピーク電圧）は０．１Ｖステップで昇圧させ
てフォーミング処理を行なった。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１Ｍオーム以
上になった時とし、同時に、表面伝導型電子放出素子へ
の電圧の印加を終了した。表面伝導型電子放出素子のフ
ォーミング電圧ＶＦは５．１Ｖと５．０Ｖであった。

【０１４０】フォーミング処理を行ったところ、図２に
示すような電子放出部２が形成された。また、電子放出
部２を走査型電子顕微鏡により観察したところ、凹凸部
６の凹部または凸部に沿って、複数の微粒子７が線状に
一次元的に配置された微粒子群が同一方向に複数配置さ
れていた。さらに、微粒子７の平均粒径は５オングスト
ローム〜８０オングストローム、粒子間隔は５オングス
トローム〜１００オングストローム、微粒子群同士の間
隔はほぼ０．１マイクロメートルであった。

【０１４１】工程−ｆ続いて、フォーミング処理した表面伝導型電子放出素子
に、波高値が１８Ｖの矩形波を印加して活性化処理をし
た。

【０１４２】活性化処理は、図６の測定評価系内で、素
子電極４，５間に、素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅを測
定しながら上記パルス電圧を印加することで行った。
尚、この時の図６の測定評価装置内の真空度は１．５×
１０の−５乗ｔｏｒｒであった。Ｉｅが、約３０分で最
大となったので、活性化処理を終了した。

【０１４３】更に、上述の工程で作成した表面伝導型電
子放出素子の電子放出特性を、上述の図６の測定評価系
を用いて測定した。この測定は、真空オイルを使用しな
いイオンポンプ等の超高真空排気装置を用いて排気し、
有機物質の混入を極力防止した条件下で行った。

【０１４４】尚、図６におけるアノード電極３４と表面
伝導型電子放出素子の距離を４ｍｍ、アノード電極３４
の電位を１ｋＶ、電子放出特性測定時の真空装置内の真
空度は１×１０の−６乗ｔｏｒｒとした。

【０１４５】素子電極４，５間に１８Ｖの素子電圧を印
加し、その時に流れる素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅを
測定した。表面伝導型電子放出素子は、素子電圧１８Ｖ
にて素子電流Ｉｆが２．０ミリＡ、放出電流Ｉｅが４マ
イクロＡであった。また、電子放出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆ
は０．２％であった。

【０１４６】実施例１の表面伝導型電子放出素子と従来
の表面伝導型電子放出素子を比較したところ、電子放出
量及び電子放出効率においては、ほぼ同等の値が得られ
た。次に、放出された電子線を比較したところ、従来の
表面伝導型電子放出素子では、目視で発光分布が確認で
きるのに対し、実施例１の表面伝導型電子放出素子では
目視では殆ど発光分布を確認することができない、電子
線放射領域の均一な表面伝導型電子放出素子が得られ
た。

【０１４７】実施例２次に、実施例２の表面伝導型電子放出素子の製造手順を
説明する。

【０１４８】工程−ａ実施例１と同様に、石英ガラス基板１の表面を３０００
番のエミリペーパで電極方向に沿って同一方向に凹凸が
そろうように研磨し、基板１上に凹凸部６を形成した。

【０１４９】工程−ｂ実施例１と同様に、凹凸部６を形成した石英ガラスを清
浄化した後、石英ガラス上に所望の電極形状開口を有す
る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１０００オングストロームのＮｉを堆積した。
ホトレジストパターンを有機溶剤で溶解し、Ｎｉ堆積膜
をリフトオフして、素子電極間隔Ｌが２マイクロメート
ルの素子電極４，５を形成した。

【０１５０】工程−ｃ次に、電子放出部２を形成するための導電性膜３を所定
の形状にパターニングするために、蒸着マスクを素子電
極４，５上に配置し、ガスデポジション法により、酸化
インジウム（Ｉｎ₂ Ｏ₃ ）の微粒子膜からなる導電性膜
３を形成した。Ｉｎ₂ Ｏ₃ の粒径は２０オングストロー
ム〜２００オングストロームであるが、これに限られる
ものではない。

【０１５１】その後、実施例１の工程−ｄ〜ｆを行っ
た。

【０１５２】以上の工程で作成した表面伝導型電子放出
素子を駆動させたところ、実施例１と同様に、電子線照
射領域の均一な表面伝導型電子放出素子が得られた。

【０１５３】実施例３図１４は、実施例３の表面伝導型電子放出素子を示す平
面図であり、図１５は図１４のＢ部，Ｃ部の詳細図であ
り、図１６は画像形成部材の発光部を示す説明図であ
る。図１４ないし図１６において、１は基板、２は電子
放出部、３は導電性膜、４と５は素子電極、６は凹凸
部、７は微粒子、８は画像形成部材、９は発光部であ
る。

【０１５４】工程−ａ実施例１と同様に、石英ガラス基板１の表面を３０００
番のエミリペーパで研磨して基板１上に凹凸部６を形成
したが、図１４に示すように、凹凸部６は素子電極５か
ら素子電極４へ向けて放射線状に形成した。

【０１５５】工程−ｂ実施例１と同様に、凹凸部６を形成した石英ガラスを清
浄化した後、石英ガラス上に所望の電極形状開口を有す
る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１０００オングストロームのＮｉを堆積した。
ホトレジストパターンを有機溶剤で溶解し、Ｎｉ堆積膜
をリフトオフして、素子電極間隔Ｌが３マイクロメート
ルの素子電極４，５を形成した。

【０１５６】工程−ｃ次に、電子放出部２を形成するための導電性膜３を所定
の形状にパターニングするために、蒸着マスクを素子電
極４，５上に配置し、酸化錫（ＳｎＯ₂ ）分散液（Ｓｎ
Ｏ₂ ：１ｇ、ＭＥＫ／ミクロヘキサノン＝３／１溶剤：
１０００ｃｃ、ブチラール：１ｇ）をスピンナーにより
回転塗布し、３００℃で１時間の加熱焼成処理をした。
この導電性膜３のＳｎＯ₂ からなる微粒子の粒径は、１
００オングストローム〜１０００オングストロームであ
るが、これに限るものではない。

【０１５７】その後、実施例１の工程−ｄ〜ｆを行っ
た。

【０１５８】実施例１と同様に、電子放出部２を走査型
電子顕微鏡により観察したところ、図１５に示すよう
に、放射状の凹凸部６に沿って、複数の微粒子７が線状
に一次元的に整列された微粒子群が複数配置されてい
た。さらに、微粒子７の平均粒径は５０オングストロー
ム〜５８０オングストローム、粒子間隔は５オングスト
ローム〜１００オングストローム、微粒子群の間隔はほ
ぼ１０００オングストローム程度であった。

【０１５９】以上の工程で作成した表面伝導型電子放出
素子を駆動させた。まず、表面伝導型電子放出素子の上
方約５ｍｍの位置に画像形成部材８を配置し、画像形成
部材８に１０００Ｖの電圧を印加した。次いで、素子電
極５が正極、素子電極４が負極になるように素子駆動電
圧１４Ｖを印加したところ、図１６（ａ）に示すよう
に、約１．５ｍｍ×３．８ｍｍの電子照射領域９である
発光を得た。そして、素子電極４と５の極性を反転させ
たところ、図１６（ｂ）に示すように、約２．４ｍｍ×
４．２ｍｍの電子照射領域９を得た。双方の電子照射領
域９共に、目視では発光分布を殆ど確認することのでき
ない電子線照射領域の分布の均一な表面伝導型電子放出
素子が得られた。さらに、微粒子群と電界の関係から放
出された電子線を収束もしくは発散できるという効果が
得られた。

【０１６０】実施例４以下に、実施例４の表面伝導型電子放出素子の製造手順
を説明する。

【０１６１】工程−ａ実施例３と同様に、石英ガラス基板１の表面を３０００
番のエミリペーパで研磨して、基板１上に素子電極５か
ら素子電極４へ向けて放射線状の凹凸部６を形成した。

【０１６２】工程−ｂ実施例３と同様に、凹凸部６を形成した石英ガラスを清
浄化した後、石英ガラス上に所望の電極形状開口を有す
る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１０００オングストロームのＮｉを堆積した。
ホトレジストパターンを有機溶剤で溶解し、Ｎｉ堆積膜
をリフトオフして、素子電極間隔Ｌが３マイクロメート
ルの素子電極４，５を形成した。

【０１６３】工程−ｃ次に、電子放出部２を形成するための導電性膜３を所定
の形状にパターニングするために、蒸着マスクを素子電
極４，５上に配置し、ガスデポジション法により、パラ
ジウム（Ｐｄ）の微粒子膜からなる導電性膜３を形成し
た。Ｐｄからなる微粒子の粒径は１０オングストローム
〜３００オングストロームであるが、これに限られるも
のではない。

【０１６４】その後、実施例１の工程−ｄ〜ｆを行っ
た。

【０１６５】以上の工程で作成した表面伝導型電子放出
素子を駆動させたところ、実施例３と同様に、電子線照
射領域の分布の均一な表面伝導型電子放出素子が得られ
た。実施例５以下に、実施例５の表面伝導型電子放出素子の製造手順
を説明する。

【０１６６】工程−ａ実施例１と同様に、石英ガラス基板１の表面を３０００
番のエミリペーパで研磨し、基板１上に電極方向に沿っ
て同一方向に凹凸がそろった凹凸部６を形成した。

【０１６７】工程−ｂ実施例１と同様に、凹凸部６を形成した石英ガラスを清
浄化した後、石英ガラス上に所望の電極形状開口を有す
る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１０００オングストロームのＮｉを堆積した。
ホトレジストパターンを有機溶剤で溶解し、Ｎｉ堆積膜
をリフトオフして、素子電極間隔Ｌが３マイクロメート
ルの素子電極４，５を形成した。

【０１６８】工程−ｃ次に、実施例１と同様に、導電性膜３を所定の形状にパ
ターニングするために、蒸着マスクを素子電極４，５上
に配置し、有機Ｐｄをスピンナーにより回転塗布し、３
００℃で１時間の加熱焼成処理をした。

【０１６９】その後、実施例１の工程−ｄ〜ｆを行っ
た。

【０１７０】以上の工程で作成した表面伝導型電子放出
素子を駆動させたところ、実施例１と同様に、電子線照
射領域の分布が均一で、かつ素子電流の無効電流（線状
に一次元的に配置された複数の微粒子からなる微粒子群
間でのリーク電流）の極めて小さい表面伝導型電子放出
素子が得られた。

【０１７１】実施例６以下に、実施例６の表面伝導型電子放出素子の製造手順
を説明する。

【０１７２】工程−ａ実施例５と同様に、石英ガラス基板１の表面を３０００
番のエミリペーパで研磨し、基板１上に電極方向に沿っ
て同一方向に凹凸がそろった凹凸部６を形成した。

【０１７３】工程−ｂ実施例２と同様に、凹凸部６を形成した石英ガラスを清
浄化した後、石英ガラス上に所望の電極形状開口を有す
る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１０００オングストロームのＮｉを堆積した。
ホトレジストパターンを有機溶剤で溶解し、Ｎｉ堆積膜
をリフトオフして、素子電極間隔Ｌが２マイクロメート
ルの素子電極４，５を形成した。

【０１７４】工程−ｃ次に、実施例２と同様に、導電性膜３を所定の形状にパ
ターニングするために、蒸着マスクを素子電極４，５上
に配置し、ガスデポジション法により、酸化インジウム
（Ｉｎ₂ Ｏ₃ ）の微粒子膜からなる導電性膜３を形成し
た。Ｉｎ₂ Ｏ₃の粒径は２０オングストローム〜２００
オングストロームであるが、これに限られるものではな
い。

【０１７５】その後、実施例１の工程−ｄ〜ｆを行っ
た。

【０１７６】以上の工程で作成した表面伝導型電子放出
素子を駆動させたところ、実施例５と同様の作用効果を
有する表面伝導型電子放出素子が得られた。

【０１７７】実施例７実施例１〜６の表面伝導型電子放出素子を直線状に複数
配置し、図１７に示すような電子源を作成した。図１７
において同じ符号は同じ部材を示す。

【０１７８】Ｇ₁ 〜Ｇ_L ３０２は変調手段（グリッド電
極）、３０３は開口である。基板１と変調手段３０２と
の間隔は１０マイクロメータとした。

【０１７９】この電子源を図６の測定装置内に配置し、
真空度１０の−６乗ｔｏｒｒで、素子電極４，５間に、
まず駆動電圧１４Ｖを印加し、次に情報信号に応じて変
調手段３０２に３０Ｖの電圧を印加した。その結果、複
数の電子放出部２から情報信号に応じた電子線の放出が
得られた。

【０１８０】実施例７の電子源は、各表面伝導型電子放
出素子１０４を駆動させることにより放出された各電子
線について、その分布を測定したところ、いずれの電子
照射領域も極めて均一な分布を有していた。しかも、い
ずれの電子線もその放出量が極めて均一であり、長寿命
化を呈した。

【０１８１】実施例８実施例１〜６の表面伝導型電子放出素子を直線状に複数
配置した線電子放出素子を、図１８に示すように複数併
設した電子源を作成した。図１８において同じ符号は同
じ部材を示す。

【０１８２】基板１と変調手段３０２との間隔は１０マ
イクロメートル、各線電子放出素子の間隔は１ミリメー
トルとした。

【０１８３】この電子源を図６の測定装置内に配置し、
真空度１０の−６乗ｔｏｒｒで、素子電極４，５間に、
まず駆動電圧１４Ｖを印加し、次に情報信号に応じて変
調手段３０２に情報信号に応じた電圧を印加した。すな
わち、０Ｖ以下で電子線をオフ制御でき、＋３０Ｖ以上
でオン制御できた。また、３０〜０Ｖの間で電子線の電
子量を連続的に変化し得た。その結果、素子電極４，５
間の複数の電子放出部２から１ライン分の情報信号に応
じた電子線の放出が得られた。以上の動作を隣接する線
電子放出素子に対して順次行うことにより、全情報信号
に応じた電子線の放出が得られた。

【０１８４】実施例８においても、実施例７と同様の作
用効果を確認することができた。

【０１８５】実施例９図１９に示すように、変調手段（グリッド電極）３０２
を基板１の面上に配設したことを除いて実施例８と同様
の電子源を作成した。この電子源の駆動も実施例８と同
様に行い、情報信号に応じた電子線の放出が得られた。
ただし、本電子源においては、変調手段３０２に印加さ
れる電圧として、−３０Ｖ以下で電子線をオフ制御で
き、＋２０Ｖ以上でオン制御できた。また、−３０〜＋
２０Ｖ間で電子線の電子量を連続的に変化し得た。

【０１８６】実施例９においても、実施例７と同様の作
用効果を確認することができた。

【０１８７】実施例１０図２０に示すように、変調手段（グリッド電極）３０２
を基板１を介して、線電子放出素子の電子放出面に対し
て反対側に配設したことを除いて、実施例８と同様の電
子源を作成した。この電子源の駆動も実施例８と同様に
行い、情報信号に応じた電子線の放出が得られた。ただ
し、本電子源においては、変調手段３０２に印加される
電圧として、−３０Ｖ以下で電子線をオフ制御でき、＋
２０Ｖ以上でオン制御できた。また、−３０〜＋２０Ｖ
間で電子線の電子量を連続的に変化し得た。

【０１８８】実施例１０においても、実施例７と同様の
作用効果を確認することができた。

【０１８９】実施例１１図２１は、実施例１１の電子源の概略構成図である。本
実施例は、実施例１〜６のいずれかの表面伝導型電子放
出素子の複数が行列配置され、各素子が信号配線電極１
２と走査配線電極１３により接続された単純マトリック
ス構成の電子源である。

【０１９０】本実施例の駆動方法を説明する。電子線を
放出するために、実施例１〜６で示される各素子電圧を
表面伝導型電子放出素子に印加した。まず、１ライン上
の複数の表面伝導型電子放出素子に対し、走査配線電極
１３により、０Ｖまたは７Ｖ（素子電圧の２分の１の値
の電圧パルス）を印加し、次に、情報信号に対応して信
号配線電極１２に、７Ｖ（素子電圧の２分の１の値）ま
たは１４Ｖ（素子電圧値の電圧パルス）を印加すること
で１ライン分の情報信号に対応する電子線放出が得られ
た。かかる動作を上記ラインの隣のラインに対して順次
行うことにより、１画面分の電子放出を行った。

【０１９１】実施例１１においても、実施例７と同様の
作用効果を確認することができた。

【０１９２】実施例１２図２２に示す画像形成装置を実施例８の電子源を用いて
作成した。同図において、１１１はリアプレート、１１
２は支持枠、１１３はガラス基板、１１４は蛍光体、１
１５はメタルバック、１１６はフェースプレート、１１
８は外囲器である。フェースプレート１１６とリアプレ
ート１１１との間隔は３ミリメートルとした。

【０１９３】この画像形成装置を以下の方法で駆動し
た。フェースプレート１１６、支持枠１１２及びリアプ
レート１１１で構成される外囲器１１８内を真空度１０
の−６乗ｔｏｒｒとし、蛍光体面の電圧をＥＶ端子１２
３を通じて５〜１０ｋＶに設定し、配線２０，２１を通
じて、まず、一対の素子電極４，５に駆動電圧１４Ｖを
印加した。次に、情報信号に対応して変調手段に配線２
２を通じて電圧を印加することにより、放出電子線のオ
ン−オフを制御した。ここで、−３０Ｖ以下で電子線を
オフ制御でき０Ｖ以上でオン制御できた。また、−３０
〜０Ｖの間で電子線の電子量を連続的に変化でき、諧調
表示も可能であった。

【０１９４】上記変調手段により放出された情報信号に
対応する電子線は蛍光体１１４に衝突し、蛍光体１１４
は情報信号に応じて１ラインの表示を行うことができ
た。

【０１９５】本実施例の画像形成装置により得られた表
示画像は、各輝度が均一でかつ輝度ムラが少なく、高コ
ントラストで鮮明な画面であった。また、蛍光体１１４
として、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）
の三原色のカラー蛍光体を用いて、通常よく用いられる
構成、カソード・レイ・チューブのフェースプレート１
１６にした画像形成装置においても、表示画像は輝度ム
ラが少なく高コントラストで鮮明なカラー画像であっ
た。

【０１９６】実施例１３図２３に示す画像形成装置を実施例９の電子源を用いて
作成した。実施例１２と同様に駆動し、蛍光体１１４の
発光画像を表示した。ただし、変調手段に印加する電圧
として、−４０Ｖ以下で電子線のオフ制御を行い、＋１
０Ｖ以上で電子線のオン制御を行った。また、−４０〜
＋１０Ｖの間で電子線の電子量を連続的に変化でき、諧
調表示も可能であった。

【０１９７】実施例１３においても、実施例１２と同様
の効果を確認することができた。

【０１９８】実施例１４図２４に示す画像形成装置を実施例１０の電子源を用い
て作成した。実施例１２と同様に駆動し、蛍光体１１４
の発光画像を表示した。ただし、変調手段に印加する電
圧として、−４０Ｖ以下で電子線のオフ制御を行い、＋
１０Ｖ以上で電子線のオン制御を行った。また、−４０
〜＋１０Ｖの間で電子線の電子量を連続的に変化でき、
諧調表示も可能であった。

【０１９９】実施例１４においても、実施例１２と同様
の効果を確認することができた。

【０２００】実施例１５図２５に示す画像形成装置を実施例１０の電子源を用い
て実施例１２と同様な画像形成装置を作成した。同図に
おいて、１２，１３はそれぞれ信号配線電極と走査配線
電極に接続された配線である。

【０２０１】本実施例の画像形成装置を以下の方法によ
り駆動した。フェースプレート１１６、支持枠１１２及
びリアプレート１１１で構成される外囲器１１８内を真
空度１０の−６乗ｔｏｒｒとし、蛍光体面の電圧をＥＶ
端子１２３を通じて５〜１０ｋＶに設定し、電子線を放
出するためには実施例１〜６で示される各素子電圧を表
面伝導型電子放出素子に印加すれば良かった。まず、１
ライン上の複数の表面伝導型電子放出素子に対し、走査
配線電極１３により、０Ｖまたは７Ｖ（素子電圧の２分
の１の値）の電圧パルスを印加し、次に、情報信号に対
応して信号配線電極１２に、７Ｖ（素子電圧の２分の１
の値）または１４Ｖ（素子電圧値の電圧パルス）を印加
することで１ライン分の情報信号に対応する電子線が蛍
光体１１４に衝突し、蛍光体１１４は情報信号に対応し
た１ライン分の表示を行った。かかる動作を上記ライン
の隣のラインに対して順次行うことにより、１画面の表
示を行うことができた。

【０２０２】実施例１５においても、実施例１２と同様
の作用効果を確認することができた。

【０２０３】実施例１６図２６は、前述の表面伝導型電子放出素子を電子源とし
て用いたディスプレイパネルに、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。

【０２０４】図中１６１００はディスプレイパネル、１
６１０１はディスプレイパネルの駆動回路、１６１０２
はディスプレイコントローラ、１６１０３はマルチプレ
クサ、１６１０４はデコーダ、１６１０５は入出力イン
ターフェース回路、１６１０６はＣＰＵ、１６１０７は
画像生成回路、１６１０８及び１６１０９及び１６１１
０は画像メモリーインターフェース回路、１６１１１は
画像入力インターフェース回路、１６１１２及び１６１
１３はＴＶ信号受信回路、１６１１４は入力部である。

【０２０５】尚、本画像形成装置は、例えばテレビジョ
ン信号のように、映像情報と音声情報の両方を含む信号
を受信する場合には当然映像の表示と同時に音声を再生
するものであるが、本発明の特徴と直接関係しない音声
情報の受信、分離、再生、処理、記憶等に関する回路や
スピーカー等については説明を省略する。

【０２０６】以下、画像信号の流れに沿って各部の機能
を説明する。

【０２０７】まず、ＴＶ信号受信回路１６１１３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。

【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、ＳＥＣ
ＡＭ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。

【０２０９】ＴＶ信号受信回路１６１１３で受信された
ＴＶ信号は、デコーダ１６１０４に出力される。

【０２１０】ＴＶ信号受信回路１６１１２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１６１１３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１６１０４に出力され
る。

【０２１１】画像入力インターフェース回路１６１１１
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１６１０４に
出力される。

【０２１２】画像メモリーインターフェース回路１６１
１０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１６１０４に出力され
る。

【０２１３】画像メモリーインターフェース回路１６１
０９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
１６１０４に出力される。

【０２１４】画像メモリーインターフェース回路１６１
０８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１６１０４に入
力される。

【０２１５】入出力インターフェース回路１６１０５
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ＣＰＵ１６１０６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。

【０２１６】画像生成回路１６１０７は、前記入出力イ
ンターフェース回路１６１０５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ＣＰＵ１
６１０６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。

【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１６１０４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１６１０５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】ＣＰＵ１６１０６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。

【０２１９】例えば、マルチプレクサ１６１０３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
１６１０２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１６１０７に対して
画像データや文字・図形情報を直接出力したり、あるい
は前記入出力インターフェース回路１６１０５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。

【０２２０】尚、ＣＰＵ１６１０６は、これ以外の目的
の作業にも関わるものであってよい。例えば、パーソナ
ルコンピュータやワードプロセッサ等のように、情報を
生成したり処理する機能に直接関わってもよい。あるい
は前述したように、入出力インターフェース回路１６１
０５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。

【０２２１】入力部１６１１４は、前記ＣＰＵ１６１０
６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。

【０２２２】デコーダ１６１０４は、前記１６１０７な
いし１６１１３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
１６１０４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。

【０２２３】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１６１０
７及びＣＰＵ１６１０６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。

【０２２４】マルチプレクサ１６１０３は、前記ＣＰＵ
１６１０６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１６
１０３はデコーダ１６１０４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
１６１０１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。

【０２２５】ディスプレイパネルコントローラ１６１０
２は、前記ＣＰＵ１６１０６より入力される制御信号に
基づき、駆動回路１６１０１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１６１０１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１６１０１
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１６１０１に対して
出力する場合もある。

【０２２７】駆動回路１６１０１は、ディスプレイパネ
ル１６１００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１６１０３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１６
１０２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２６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１６１００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
１６１０４におて逆変換された後、マルチプレクサ１６
１０３において適宜選択され、駆動回路１６１０１に入
力される。一方、デイスプレイコントローラ１６１０２
は、表示する画像信号に応じて駆動回路１６１０１の動
作を制御するための制御信号を発生する。駆動回路１６
１０１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１６１００に駆動信号を印加する。これによ
り、ディスプレイパネル１６１００において画像が表示
される。これらの一連の動作は、ＣＰＵ１６１０６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
１６１０４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路１６
１０７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。

【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。

【０２３１】尚、図２６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２６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。

【０２３３】本画像形成装置においては、とりわけ表面
伝導型電子放出素子を電子源としているので、デイスプ
レイパネルの薄形化が容易であり、画像形成装置の奥行
きを小さくすることができる。それに加えて、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は大画
面化が容易で輝度が高く視野角特性にも優れるため、画
像形成装置は臨場感にあふれ、迫力に富んだ画像を視認
性良く表示することが可能である。

【０２３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電子線照射領域が極めて均一で、長寿命で電子放出特性
に優れた電子放出素子が得られるものである。また、本
発明の電子源は、各素子間（又は各電子放出部間）での
電子線照射領域のバラツキが極めて少ない。さらに、本
発明の電子源を用いると、情報信号に忠実な高コントラ
ストで鮮明な画像が得られ、特に画像形成部材として蛍
光体を有する場合には、発光画像の各輝点の発光分布が
均一で、かつ輝点のバラツキ・変化の極めて少ない画像
形成装置が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の平面型の電子放出素子を示す概略的構
成図である。

【図２】図１のＡ部を示す詳細図である。

【図３】本発明の垂直型の電子放出素子を示す概略的構
成図である。

【図４】本発明の電子放出素子の製造方法を示す図であ
る。

【図５】フォーミング波形の例を示す図である。

【図６】本発明の電子放出素子の測定評価系の一例を示
す概略的構成図である。

【図７】本発明の表面伝導型電子放出素子の放出電流−
素子電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）を示す図である。

【図８】単純マトリクス配置の本発明の電子源の概略的
構成図である。

【図９】単純マトリクス配置の電子源を用いた本発明の
画像形成装置に用いる表示パネルの概略的構成図であ
る。

【図１０】図９の表示パネルにおける蛍光膜を示す図で
ある。

【図１１】図９の表示パネルを駆動する駆動回路の一例
を示す図である。

【図１２】梯型配置の電子源の概略的平面図である。

【図１３】梯型配置の電子源を用いた本発明の画像形成
装置に用いる表示パネルの概略的構成図である。

【図１４】実施例１における表面伝導型電子放出素子を
示す概略的平面図である。

【図１５】図１４のＢ部，Ｃ部を示す詳細図である。

【図１６】実施例１における表面伝導型電子放出素子の
画像形成部材による発光部を示す概略図である。

【図１７】実施例７における電子源を示す概略構成図で
ある。

【図１８】実施例８における電子源を示す概略構成図で
ある。

【図１９】実施例９における電子源を示す概略構成図で
ある。

【図２０】実施例１０における電子源を示す概略構成図
である。

【図２１】実施例１１における電子源を示す概略構成図
である。

【図２２】実施例１２における画像形成装置を示す概略
構成図である。

【図２３】実施例１３における画像形成装置を示す概略
構成図である。

【図２４】実施例１４における画像形成装置を示す概略
構成図である。

【図２５】実施例１５における画像形成装置を示す概略
構成図である。

【図２６】実施例１６における画像形成装置を示すブロ
ック図である。

【図２７】従来の表面伝導型電子放出素子の画像形成部
材による発光部を示す概略図である。

【図２８】従来の表面伝導型電子放出素子の電子放出部
を示す詳細図である。

【符号の説明】

１基体２電子放出部３導電性膜４，５素子電極６凹凸部７微粒子８画像形成部材９発光部１２信号配線電極１３走査配線電極２１段差形成部材５０素子電流Ｉｆを測定するための電流計５１電源５２放出電流Ｉｅを測定するための電流計５３高圧電源５４アノード電極５５真空装置５６排気ポンプ５７ガス導入管１０２Ｘ方向配線（下配線）１０３Ｙ方向配線（上配線）１０４表面伝導型電子放出素子１０５結線１１１リアプレート１１２支持枠１１３ガラス基板１１４蛍光膜１１５メタルバック１１６フェースプレート１１８外囲器１２１黒色導伝材１２２蛍光体１２３ＥＶ端子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３０１表示パネル３０２グリッド電極３０３開口３０４共通配線１６１００ディスプレイパネル１６１０１駆動回路１６１０２ディスプレイコントローラ１６１０３マルチプレクサ１６１０４デコーダ１６１０５入出力インターフェース回路１６１０６ＣＰＵ１６１０７画像生成回路１６１０８画像メモリーインターフェース回路１６１０９画像メモリーインターフェース回路１６１１０画像メモリーインターフェース回路１６１１１画像入力インターフェース回路１６１１２ＴＶ信号受信回路１６１１３ＴＶ信号受信回路１６１１４入力部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鱸英俊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】電極間に、電子放出部が形成された導電
性膜を有する電子放出素子において、導電性膜が、線状に一次元的に配置された複数の微粒子
群により形成され、少なくとも各微粒子群の両端に電極
間電圧が印加されるように配置されていることを特徴と
する電子放出素子。
【請求項２】相隣接する微粒子群同士の間隔が、線状
に一次元的に配置された微粒子同士の間隔以上であるこ
とを特徴とする請求項１の電子放出素子。
【請求項３】相隣接する微粒子群同士の間隔が、１０
０オングストローム以上であることを特徴とする請求項
１の電子放出素子。
【請求項４】基板上に、電極方向に沿って、微粒子同
士の間隔以上の表面粗さの凹凸部が形成されていること
を特徴とする請求項１ないし３いずれかの電子放出素
子。
【請求項５】基板上に、電極方向に沿って、１００オ
ングストローム以上の表面粗さの凹凸部が形成されてい
ることを特徴とする請求項１ないし３いずれかの電子放
出素子。
【請求項６】基板上に形成された凹凸部の凹部または
凸部に、微粒子群が配置されていることを特徴とする請
求項１ないし５いずれかの電子放出素子。
【請求項７】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ないし６いずれかの電子放
出素子。
【請求項８】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ないし６いずれ
かの電子放出素子。
【請求項９】前記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１〜８いずれかの電
子放出素子。
【請求項１０】請求項１ないし９いずれかの電子放出
素子を複数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電子源。
【請求項１１】請求項１ないし９いずれかの電子放出
素子を複数配列した素子列を少なくとも１列以上有し、
各電子放出素子を駆動するための配線がはしご状配置さ
れていることを特徴とする電子源。
【請求項１２】請求項１０又は１１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
部材とを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１３】請求項１０又は１１の電子源と、該電
子源から放出される電子線を情報信号に応じて変調する
変調手段と、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有することを特徴とする画像
形成装置。
【請求項１４】画像形成部材が、電子源からの電子線
の照射により発光する蛍光体であることを特徴とする請
求項１２又は１３の画像形成装置。
【請求項１５】画像形成部材が、電子源からの電子線
の照射により発光する三原色の蛍光体であることを特徴
とする請求項１２又は１３の画像形成装置。