JPH0982214A

JPH0982214A - 電子放出素子、電子源、及び画像形成装置

Info

Publication number: JPH0982214A
Application number: JP32943195A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Matsutani; 茂樹松谷; Masahiro Okuda; 昌宏奥田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-12-05
Filing date: 1995-11-27
Publication date: 1997-03-28
Also published as: DE69530826T2; CN1106657C; CN1132406A; KR100278183B1; US6262701B1; EP0716439B8; EP0716439A1; EP0716439B1; DE69530826D1

Abstract

(57)【要約】【課題】高品位画像形成装置を実現し得る電子ビーム
源としての電子放出素子を提供する。【解決手段】陰極側電極４と陽極側電極５との間に、
電子放出部２を有する導電性膜３を備える電子放出素子
において、陰極側電極４または陽極側電極５に隣接し、
これらの電極とは独立に電位を与えることのできる電界
補正電極７を備えていることを特徴とする。【効果】電界補正電極７の電位を制御することによ
り、放出電子の陽極側電極５への落下を防止でき、電子
放出効率を大幅に向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子、該
素子を多数個配置してなる電子源、及び該電子源を用い
て構成した表示装置や露光装置等の画像形成装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子放出素子には大別して熱電子
放出素子と冷陰極電子放出素子の２種類が知られてい
る。冷陰極電子放出素子には電界放出型（以下、「ＦＥ
型」と称す。）、金属／絶縁層／金属型（以下、「ＭＩ
Ｍ型」と称す。）や表面伝導型電子放出素子等が有る。

【０００３】ＦＥ型の例としては、Ｗ．Ｐ．Ｄｙｋｅ
ａｎｄＷ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“ＦｉｅｌｄＥｍ
ｉｓｓｉｏｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔ
ｒｏｎＰｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）ある
いはＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ， “Ｐｈｙｓｉｃａｌ
Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉ
ｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔ
ｈｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａ
ｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）
等に開示されたものが知られている。

【０００４】ＭＩＭ型の例としては、Ｃ．Ａ．Ｍｅａ
ｄ， “ＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＴｕｎｎｅｌ−Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．，３２，６４６（１９６１）等に開示され
たものが知られている。

【０００５】表面伝導型電子放出素子の例としては、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，ＲａｄｉｏＥｎｇ．
ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１０，１２９０（１
９６５）等に開示されたものがある。

【０００６】表面伝導型電子放出素子は、絶縁性基板上
に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流す
ことにより、電子放出が生ずる現象を利用するものであ
る。この表面伝導型電子放出素子としては、前記エリン
ソン等によるＳｎＯ₂ 薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によ
るもの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“ＴｈｉｎＳｏｌｉｄ
Ｆｉｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂
Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ
ａｎｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥＴ
ｒａｎｓ．ＥＤＣｏｎｆ．”，５１９（１９７
５）］、カーボン薄膜によるもの［荒木久他：真空、
第２６巻、第１号、２２頁（１９８３）］等が報告され
ている。

【０００７】これらの表面伝導型電子放出素子のうち、
典型的な素子構成を図２８に示す（尚、図２８は、本出
願人によるものである。）。同図において、２００１は
基板、２００２は電子放出部、２００３は電子放出部２
００２を含む導電性膜、２００４及び２００５は素子電
極である。

【０００８】これらの表面伝導型電子放出素子において
は、導電性微粒子からなる導電性膜２００３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２００
２を形成するのが一般的である。フォーミングは、前記
導電性膜２００３の両端に電圧を印加通電することで通
常行われ、導電性膜２００３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２００２を形成する処理である。尚、電子
放出部２００２では導電性膜２００３の一部に亀裂が発
生しており、その亀裂付近から電子放出が行われる。

【０００９】上述の表面伝導型電子放出素子は、構造が
単純であることから、大面積に亙って多数素子を配列形
成できる利点がある。そこで、この特徴を活かすための
種々の応用が研究されている。例えば、荷電ビーム源、
表示装置等の画像形成装置への利用が挙げられる。

【００１０】従来、多数の表面伝導型電子放出素子を配
列形成した例としては、並列に表面伝導型電子放出素子
を配列し、個々の表面伝導型電子放出素子の両端（両素
子電極）を配線（共通配線とも呼ぶ）にて夫々結線した
行を多数行配列（梯子型配置とも呼ぶ）した電子源が挙
げられる（例えば、特開昭６４−３１３３２号公報、同
１−２８３７４９号公報、同２−２５７５５２号公
報）。

【００１１】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）。

【００１２】尚、従来、多数の表面伝導型電子放出素子
より構成された電子源より、電子放出させ、蛍光体の発
光をさせる素子の選択は、上述の多数の表面伝導型電子
放出素子を並列に配置し結線した配線（行方向配線と呼
ぶ）と、行方向配線と直交する方向に（列方向と呼ぶ）
該電子放出素子と蛍光体間の空間に設置された制御電極
（グリッドと呼ぶ）への適当な駆動信号によるものであ
る（例えば、本出願人による特開平１−２８３７４９号
公報等参照）。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】前記電子源、画像形成
装置等に用いられる電子放出素子を長時間駆動するに際
しては、安定で制御された電子放出特性及びその効率の
向上が望まれて来た。

【００１４】上記の効率とは、例えば前述の表面伝導型
電子放出素子であれば、一対の対向する素子電極に電圧
を印加したとき、流れる電流（以降、「素子電流Ｉｆ」
と呼ぶ。）に対する真空中に放出される電流（以降、
「放出電流Ｉｅ」と呼ぶ。）の比を指す。つまり、電子
放出効率の向上とは、素子電流Ｉｆはできるだけ小さく
し、放出電流Ｉｅをできるだけ大きくすることを意味す
る。

【００１５】安定で制御された電子放出特性と効率のよ
り一層の向上がなされれば、例えば蛍光体を画像形成部
材とする画像形成装置においては、低電流で明るい高品
位な画像形成装置、例えばフラットテレビが実現され
る。また、低電流化に伴い、画像形成装置を構成する駆
動回路等も安価になることも期待できる。

【００１６】本発明の目的は、上記事情を鑑み、より高
い電子放出効率の達成を可能とする新規な構成を有する
電子放出素子、該電子放出素子を多数備えた電子源、さ
らには該電子源を備えた画像形成装置を提供することに
ある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく成
された本発明の構成は以下の通りである。

【００１８】即ち、本発明の第一は、対向する陰極側電
極と陽極側電極との間に、電子放出部を有する導電性膜
を備える電子放出素子において、該陰極側電極または該
陽極側電極に隣接していて該電極とは独立に電位を与え
ることのできる電界補正電極を備えていることを特徴と
する電子放出素子にある。

【００１９】上記本発明第一の電子放出素子は、さらに
その特徴として、「前記電子放出部の近傍に、前記電極
間に電圧を印加した際の電位分布が急激に変化する亀裂
部を有する」こと、「前記電界補正電極が前記陰極側電
極及び前記陽極側電極の配置されている面よりも上部に
配置されている」こと、「前記電界補正電極が前記陰極
側電極及び前記陽極側電極の配置されている面よりも下
部に配置されている」こと、「前記電界補正電極が前記
陰極側電極及び前記陽極側電極の配置されている面に対
して傾斜した面上に配置されている」こと、「請求項２
に記載の電子放出素子において、該電子放出素子の上部
に電子を捕捉するためのアノード電極を配した時、前記
亀裂の中央部と前記陽極側電極上にできる電場の特異点
との距離ｘ_s が、前記亀裂の中央部と電子が前記亀裂の
陽極側から初めて真空中へ出射する位置との距離Ｌと下
記（１）式

【００２０】

【数２】で定義されるパラメータＣの積よりも小さく設定されて
いる」こと、「前記電界補正電極に加える電圧を経時的
に変化させることによって、電子軌道又は電子放出量を
変化せしめる」こと、をも含むものである。

【００２１】また、本発明の第二は、上記本発明第一の
電子放出素子を、基体上に複数個配置したことを特徴と
する電子源にある。

【００２２】上記本発明第二の電子源は、さらにその特
徴として、「基体上に複数の電子放出素子をマトリクス
状に配置し、個々の電子放出素子の一方の電極を行配線
に接続し、個々の電子放出素子の他方の電極を前記行配
線と直交する列配線に接続した」こと、「基体上に複数
の電子放出素子を梯子状に配置し、個々の電子放出素子
の両電極を並列に二本の行配線に接続し、更に前記電界
補正電極を前記行配線と直交する列配線に接続した」こ
と、をも含むものである。

【００２３】更に、本発明の第三は、電子放出素子と、
画像形成部材と、前記電子放出素子から放出される電子
線を情報信号に応じて制御するための電子放出素子の駆
動装置を有する画像形成装置において、電子放出素子が
上記本発明第一の電子放出素子であることを特徴とする
画像形成装置にある。

【００２４】

【発明の実施の形態】図２８に示したような電子放出素
子においては、その構造に起因して、図２９に示すよう
に、電子放出部２００２より一旦真空中に放出された電
子は、射出位置のごく近傍にある導電性膜２００３の高
電位側若しくは高電位（陽極）側の素子電極２００５に
捕捉される割合が高く、アノード電極２１まで到達でき
ず、電子放出効率を落している要因の一つになってしま
う。また、電子放出効率の低い電子放出素子を画像形成
装置に用いると必要な放出電流を得るために大きな素子
電流Ｉｆが必要となり、その結果、消費電力が大きくな
ってしまったり、配線抵抗による電圧降下が大きくな
り、輝度むらが生じる原因になる。

【００２５】上述の本発明は、以上の知見に基づきなさ
れた発明である。

【００２６】前記のように、本発明は、電子放出素子、
この電子放出素子を複数個備えた電子源、これを用いた
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。

【００２７】本発明に係る電子放出素子は、先述したよ
うな冷陰極型の電子放出素子に分類されるもので、それ
らの中でも電子放出特性等の観点から特に表面伝導型の
電子放出素子が好適である。このため、以下では表面伝
導型電子放出素子を例に挙げて説明する。

【００２８】本発明の表面伝導型電子放出素子の基本的
な一構成例を図１に示す。図１中、１は基板、２は亀裂
６を含む電子放出部、３は導電性膜、４は陰極側（素
子）電極、５は陽極側（素子）電極、７は電界補正電極
である。

【００２９】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。

【００３０】対向する素子電極４，５、及び電界補正電
極７の材料としては、一般的導体材料が用いられ、例え
ばＮｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃ
ｕ、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。

【００３１】素子電極間隔Ｇ１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４，５間に印加
する電圧等により設定されるが、好ましくは数マイクロ
メートルから数十マイクロメートルである。

【００３２】素子電極長さＬ１及び素子電極の膜厚Ｄ
は、電極の抵抗値や、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
Ｌ１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、素子電極の膜厚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。

【００３３】また、陰極側素子電極４の幅Ｗ１は、数百
ナノメートルから数百マイクロメートル程度であり、素
子電極４，５間に印加される素子電圧Ｖ_f 、電子放出部
２から出射した電子を引き上げるために図２９に示した
ようなアノード電極２１に印加されるアノード電圧Ｖ
_a 、アノード電極と電子放出素子との距離ｈ等のパラメ
ーターに関連して、適宜決められる。

【００３４】陰極側素子電極４と電界補正電極７の間隔
Ｇ２は数百オングストロームから数百マイクロメートル
であり、前述の素子電極間隔Ｇ１と同様に、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４，５間
に印加する電圧等により設定されるが、好ましくは数マ
イクロメートルから数十マイクロメートルである。ま
た、電界補正電極７の幅Ｗ３は数百オングストロームか
ら数十ミリメートルの範囲で適宜選択される。

【００３５】導電性膜３を構成する材料としては、例え
ばＰｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，
Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属、Ｐ
ｄＯ，ＳｎＯ₂ ，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ，ＰｂＯ，Ｓｂ₂ Ｏ₃ 等の
酸化物、ＨｆＢ₂ ，ＺｒＢ₂，ＬａＢ₆ ，ＣｅＢ₆ ，Ｙ
Ｂ₄ ，ＧｄＢ₄ 等の硼化物、ＴｉＣ，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。

【００３６】導電性膜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ことが特
に好ましく、その膜厚は、素子電極４，５へのステップ
カバレージ、電子放出部２と素子電極４，５間の抵抗
値、電子放出部２の導電性微粒子の粒径及び後述するフ
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、１０の３乗から１０の７乗オーム／□のシート抵抗
値である。

【００３７】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（いくつかの微粒子が集合し、
全体として島状構造を形成している場合も含む）の膜を
さす。微粒子膜である場合、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５００
オングストロームである。

【００３８】なお、本明細書では頻繁に「微粒子」とい
う言葉を用いるので、その意味について説明する。

【００３９】小さな粒子を「微粒子」と呼び、これより
も小さなものを「超微粒子」と呼ぶ。「超微粒子」より
もさらに小さく、原子の数が数百個程度以下のものを
「クラスター」と呼ぶことは広く行われている。

【００４０】しかしながら、それぞれの境は厳密なもの
ではなく、どの様な性質に注目して分類するかにより変
化する。また「微粒子」と「超微粒子」を一括して「微
粒子」と呼ぶ場合もあり、本明細書中での記述はこれに
沿ったものである。

【００４１】例えば、「実験物理学講座１４表面・微
粒子」（木下是雄編、共立出版１９８６年９月１日発
行）では、「本稿で微粒子と言うときにはその直径がだ
いたい２〜３μｍ程度から１０ｎｍ程度までとし、特に
超微粒子というときは粒径が１０ｎｍ程度から２〜３ｎ
ｍ程度までを意味することにする。両者を一括して単に
微粒子と書くこともあってけっして厳密なものではな
く、だいたいの目安である。粒子を構成する原子の数が
２個から数十〜数百個程度の場合はクラスターと呼
ぶ。」（１９５ページ２２〜２６行目）と記述されて
いる。

【００４２】付言すると、新技術開発事業団の“林・超
微粒子プロジェクト”での「超微粒子」の定義は、粒径
の下限はさらに小さく、次のようなものであった。

【００４３】「創造科学技術推進制度の“超微粒子プロ
ジェクト”（１９８１〜１９８６）では、粒子の大きさ
（径）がおよそ１〜１００ｎｍの範囲のものを“超微粒
子”（ｕｌｔｒａｆｉｎｅｐａｒｔｉｃｌｅ）と呼
ぶことにした。すると１個の超微粒子はおよそ１００〜
１０⁸ 個くらいの原子の集合体という事になる。原子の
尺度でみれば超微粒子は大〜巨大粒子である。」（「超
微粒子−創造科学技術」林主税、上田良二、田崎明
編；三田出版１９８８年２ページ１〜４行目）／
「超微粒子よりさらに小さいもの、すなわち原子が数個
〜数百個で構成される１個の粒子は、ふつうクラスター
と呼ばれる」（同書２ページ１２〜１３行目）。

【００４４】上記のような一般的な呼び方をふまえて、
本明細書において「微粒子」とは多数の原子・分子の集
合体で、粒径の下限は数Å〜１０Å程度、上限は数μｍ
程度のものを指すこととする。

【００４５】電子放出部２には亀裂６が含まれており、
電子放出はこの亀裂６付近から行われる。この亀裂６を
含む電子放出部２及び亀裂６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。

【００４６】亀裂６内部には、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６を含む電子放出部２及びその近傍の導電性
膜３は炭素を主成分とする膜を有する場合もある。

【００４７】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いて、素子駆動の際、電界補正電
極７に与える電位を適宜設定することにより、電子放出
部２から出射した電子の陽極側素子電極５への吸い込み
による電子放出効率の低下を防ぐことができる。この原
理について図２及び図３を用いて説明する。

【００４８】図２は、本発明の表面伝導型電子放出素子
の縦断面（図１（ｂ）と同一断面）における素子電極に
沿った電位分布を示したものであり、図３は、図２８に
示したような従来素子における素子電極に沿った電位分
布を示したものである。これらの図において、２１はア
ノード電極であって、電子放出部から出射した電子を引
き上げるためのものであり、実際に例えば、画像形成装
置に応用される場合には、アノード電極２１の電位Ｖ_a
は１ｋＶから１０ｋＶ程度であり、電子放出素子が形成
された基板との距離ｈは数ｍｍ程度である。また、素子
駆動時に素子電極４，５間に印加される素子電圧Ｖ_f は
１０Ｖから２０Ｖ程度である。

【００４９】前記電界補正電極７（図１参照）の無い素
子（図２８参照）の場合には、図３に示されるように、
素子駆動時の電位分布は、陽極側素子電極５上で亀裂６
の位置からかなり遠い点において特異点２２を持つよう
になる。この特異点２２から電子放出点に至る領域では
図３に示すように電界は上方向（アノード電極２１方
向）を向く。このため、電子放出点から出射した電子は
下方向（陽極側素子電極５方向）の力を受けるため、充
分大きな上方向の運動エネルギーを持っていない電子は
この領域を通過することができずに陽極側素子電極５に
落ちてしまう。

【００５０】これに対して本発明の電子放出素子（図１
参照）は、陰極側素子電極４の外側に陰極側素子電極４
に与える電圧とは異なる電位に設定できる電界補正電極
７を備えており、この電界補正電極７の電位設定によ
り、上記特異点に至る領域の電位分布をある程度自由に
変えることができる。

【００５１】具体的には、例えば電界補正電極７に与え
る電位を陰極側素子電極４に与える電位に対して高電位
に設定することにより、アノード電極に到達する電子の
割合を大きくすることができる。これは電界補正電極７
に与える電位を陰極側素子電極４に与える電位よりも高
電位にすると、図２に示されるように前述の電場の特異
点２２の位置が亀裂６の位置に近くなり、一旦放出され
た電子が下方向の力を受ける領域が小さくなって、陽極
側素子電極５に落ち込んでいた電子をアノード電極２１
に引き寄せることができるからである。

【００５２】上記のような本発明の電子放出素子におけ
る電界補正、及びこれによる出射電子軌道への作用につ
いてさらに詳しく述べる。

【００５３】表面伝導型電子放出素子とそれに対向する
アノード電極にそれぞれ電圧を印加した場合の電界分布
や電子軌道について本発明者等が行ってきた計算による
と、おおよそ次のように仮定することにより、実験事実
をある程度説明できることが判明した。

【００５４】１．表面伝導型電子放出素子の亀裂部にお
いて、亀裂部の陽極側のある位置から一旦、陽極の外部
の真空中に電子が放出される。

【００５５】２．一旦放出された電子は、陰極と陽極で
作られる電場内を運動し、陽極側素子電極（または陽極
側の導電性膜）上を、電場の特異点（以降よどみ点と呼
ぶ）よりも遠くに飛来した電子はアノード板に印加した
電圧による電界によって、アノード板に引き寄せられ
る。

【００５６】３．電場の特異点に到達しない電子は陽極
に落下し、一部の電子はここで散乱されて向きを変えら
れ、再び真空中へ放出される。この散乱を繰り返して電
場の特異点を越えた電子はアノード板に到達する。

【００５７】ここで、電子放出効率を大幅に上げるため
には、上記の電子放出の機構において、一旦放出された
電子の大部分が陽極に落下する事無く、アノード板に引
き寄せられるような電場条件に設定すればよいことが判
る。この条件を満たすように種々のパラメータを調整す
る具体的な設計手法について説明する。

【００５８】電界補正電極のない表面伝導型電子放出素
子（図２８参照）においては、電場の特異点の位置は、
導電性膜２００３に形成された亀裂の位置から下記
（２）式で表される距離ｘ_s の位置に生ずる。

【００５９】

【数３】

【００６０】ここで、ｈは表面伝導型電子放出素子とア
ノード板との距離、πは円周率、ｄは亀裂の幅、Ｖ_f は
素子に加える電圧、Ｖ_a はアノード板に加える電圧であ
る。

【００６１】上記（２）式において二番目の近似等号は
Ｖ_f ／ｄ≫Ｖ_a ／ｈの場合（通常の表面伝導型電子放出
素子では十分成立する）に成立する。ここでｄは亀裂の
実効的な幅である。

【００６２】次に、この電場の特異点より内側の領域に
於ける電子の運動を計算した結果によると、電子は亀裂
部付近の陽極からある運動エネルギーで放出されたと
き、その放出位置と亀裂の中央部の距離の最大Ｃ倍だけ
しか陽極での散乱なしには陽極上を飛来できない。ここ
でＣは前記（１）式で示した電子放出時の電子の運動エ
ネルギーによって決まるパラメータである。尚、このパ
ラメータＣは、本発明者等による詳しい計算から得られ
たものである。

【００６３】したがって、一旦真空中へ放出された電子
のうちの少なくとも一部の電子が、再び陽極上に落下す
ることなく、アノード板に到達する条件は下記（３）式
によって表される。

【００６４】ＣＬ＞ｘ_s ・・・（３）式ここでＬは、電子が陽極上から初めて放出される位置
と、亀裂の中央部との距離である。この距離は亀裂の実
効的な幅ｄと陽極での電子の散乱の平均自由行程λを用
いて平均的には下記（４）式のように表されると考えら
れる。

【００６５】

【数４】

【００６６】また、距離ＣＬは、実験的には、弾性散乱
効率の非常に小さい導電性膜や素子電極材料を用いて、
フォーミングした素子をある一定時間、後述するような
有機物質の存在する真空雰囲気下で一定電圧駆動したと
き（但し、アノードは設けない、あるいはアノード電圧
Ｖ_a ＝０とする）、陽極側素子電極あるいは導電性膜上
に堆積するカーボンのうち、亀裂位置から最も遠い距離
にあるカーボンと亀裂位置との距離として、計測される
ものである。

【００６７】従来の表面伝導型の電子放出素子の代表的
な例の場合、Ｖ_f ≒１５（Ｖ），ｈ≒５（ｍｍ），Ｖ_a
≒５（ｋＶ），Ｗ_f ≒４（ｅＶ）として、上記の条件を
満たしているかどうかを計算すると、ＣＬ≒０．３（μ
ｍ），ｘ_s ≒５（μｍ）となり、上記（３）式の条件に
入っていない。いま、仮に、アノード電圧Ｖ_a を変えて
この条件式を満たすようにしようとすると、アノード電
圧Ｖ_a を数１０ｋＶから数１００ｋＶ程度印加しなけれ
ばならず、放電の起こりやすさを考えると、画像形成装
置等への応用は事実上不可能であると考えられる。

【００６８】一方、本発明の表面伝導型電子放出素子の
うち、図１に示した構造の場合、電界補正電極７に印加
する電圧をＶ_c とすると、電子放出に関係する電場の特
異点は陽極上で亀裂６の位置からおおよそ下記（５）式
で表される距離ｘ_s の位置にできる。

【００６９】

【数５】

【００７０】ここで、ｂは、亀裂位置と、素子電極と電
界補正電極のギャップの中央部の距離である。その他
は、式（１）〜（４）と同様である。

【００７１】上記（５）式は電界補正電極に加える電圧
Ｖ_c が大きい場合には次のように簡略化される。

【００７２】

【数６】

【００７３】上記（６）式の意味するところは電場の特
異点の位置に関して、アノード電圧Ｖ_a を上げるのと全
く同じ効果が電界補正電極Ｖ_c に印加する電圧を上げる
事によって得られるということである。さらに電界補正
電極７はアノード電極２１に比べてはるかに電子放出部
２に近い位置に存在しているので、小さい電圧で大きな
効果が期待できる。ちなみに、本発明の電子放出素子に
おいて、電界補正電極７を設けることは以外は従来の表
面伝導型電子放出素子と全く同じ構成にした場合、電界
補正電極７に印加する電圧Ｖ_c を＋数１０Ｖから＋数１
００Ｖ程度にすれば、上記の条件（（３）式）が満たさ
れる。

【００７４】さらに、電界補正電極７を陽極側素子電極
５の外側に配置したときも同様の効果が期待できる。こ
の場合は、陽極側素子電極５上にできる電界の特異点に
よって電子がアノード電極２１に到達できるかどうかが
決まる。この電場の特異点はＶ_c がある程度大きいとき
には下記（７），（８）式によって近似的に表される。

【００７５】

【数７】

【００７６】つまり、電界補正電極７が陽極側素子電極
５の外側に位置しているときも電界補正電極７に印加す
る電圧Ｖ_c が大きい場合には、電界補正電極７が陽極側
素子電極５の外側に位置しているときと同様の設計手法
が使える。

【００７７】以上説明したように、本発明においては、
Ｖ_f ，Ｖ_a ，Ｖ_c ，Ｌ，ｈ，ｂ，Ｗ_f 等の各パラメータ
が前述の条件式を満たすように設定されているのが特に
好ましい。これにより、一旦、亀裂付近の陽極から散乱
等によって真空中へ放出された電子は、再び陽極上に落
ちる事なく、より高い確率でアノード電極２１に到達す
るようになり、電子放出効率が非常に良くなる。

【００７８】本発明の表面伝導型電子放出素子の基本構
成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。

【００７９】１）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
術等により基板１の面上に素子電極４，５、及び電界補
正電極７を形成する（図４（ａ））。

【００８０】２）素子電極４，５等を設けた基板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（ｂ））。

【００８１】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形成することもで
きる。

【００８２】３）続いて、フォーミング工程を施す。こ
のフォーミング工程の方法の一例として通電処理による
方法を以下に説明するが、本発明に係るフォーミング工
程はこれに限られるものではなく、導電性膜３に亀裂を
生じさせて高抵抗状態を形成させる方法であればいかな
る方法でも良い。

【００８３】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（ｃ））。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。

【００８４】通電フォーミングの電圧波形の例を図５に
示す。

【００８５】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。

【００８６】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。

【００８７】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ても
良く、その波高値及びパルス幅・パルス間隔等について
も上述の値に限るものではなく、電子放出部２が良好に
形成されるように、電子放出素子の抵抗値等に合わせて
所望の値を選択することができる。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】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うことがで
きる。この測定評価系について説明する。

【００９２】図６において、図１と同じ符号は同じ部材
を示す。また、２１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、５１は素子に
素子電圧Ｖｆを印加するための電源、５２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、５３はアノード電極２１に電圧を印加す
るための高圧電源、５４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は電界補正
電極７に電圧を印加するための電源、５６は電界補正電
極７に流れる電流を検知するための電流計、５７は真空
装置、５８は排気ポンプである。

【００９３】表面伝導型電子放出素子及びアノード電極
２１等は真空装置５７内に設置され、この真空装置５７
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。

【００９４】排気ポンプ５８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５７全体及び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。
尚、この測定評価系は、後述するような表示パネル（図
１０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５７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することが
できるものである。

【００９５】４）本発明の表面伝導型電子放出素子の場
合、電子放出部２を含む領域に炭素及び炭素化合物を堆
積する活性化処理を施すのが好ましい。

【００９６】電子放出部２を含む領域に炭素及び炭素化
合物を堆積する手法としては、有機物質の存在する真空
雰囲気下（例えば１０^-4〜１０^-5Ｔｏｒｒ程度の真空
度）で、素子電極４，５間に電圧パルスを印加する手法
が簡易であることからより好ましい。特に、表面伝導型
電子放出素子の場合には、この手法により電子放出特性
の著しい改善がなされる。

【００９７】活性化処理工程での有機物質の存在する真
空雰囲気は、例えば油拡散ホンプやロータリーポンプな
どを用いて真空容器内を排気した場合に雰囲気内に残留
する有機ガスを利用して形成することができる他、イオ
ンポンプなどにより一旦十分に排気した真空中に適当な
有機物質のガスを導入することによっても得られる。こ
のときの好ましい有機物質のガス圧は、前述の応用の形
態、真空容器の形状や、有機物質の種類などにより異な
るため場合に応じ適宜設定される。適当な有機物質とし
ては、アルカン、アルケン、アルキンの脂肪族炭化水素
類、芳香族炭化水素類、アルコール類、アルデヒド類、
ケトン類、アミン類、フェノール、カルボン、スルホン
酸等の有機酸類等を挙げることが出来、具体的には、メ
タン、エタン、プロパンなどＣ_n Ｈ_2n+2で表される飽和
炭化水素、エチレン、プロピレンなどＣ_n Ｈ_2n等の組成
式で表される不飽和炭化水素、ベンゼン、トルエン、メ
タノール、エタノール、ホルムアルデヒド、アセトアル
デヒド、アセトン、メチルエチルケトン、メチルアミ
ン、エチルアミン、フェノール、蟻酸、酢酸、プロピオ
ン酸等が使用できる。この処理により、雰囲気中に存在
する有機物質から、炭素あるいは炭素化合物が素子上に
堆積し、素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅが、著しく変化す
るようになる。

【００９８】上記炭素及び炭素化合物とは、例えばグラ
ファイト（いわゆるＨＯＰＧ，ＰＧ，ＧＣを包含し、Ｈ
ＯＰＧはほぼ完全なグラファイトの結晶構造、ＰＧは結
晶粒が２００Å程度で結晶構造がやや乱れたもの、ＧＣ
は結晶粒が２０Å程度になり結晶構造の乱れがさらに大
きくなったものを指す。）、非晶質カーボン（アモルフ
ァスカーボン及び、アモルファスカーボンと前記グラフ
ァイトの微結晶の混合物を指す）であり、その堆積膜厚
は、好ましくは５００オングストローム以下、より好ま
しくは３００オングストローム以下である。

【００９９】５）このようにして作製した電子放出素子
は、安定化工程を行うことが好ましい。この安定化工程
は、真空容器内の有機物質を排気する工程である。真空
容器内の圧力は、１×１０^-7Ｔｏｒｒ以下が好ましく、
さらに１×１０^-8Ｔｏｒｒ以下が特に好ましい。真空容
器を排気する真空排気装置は、装置から発生するオイル
が素子の特性に影響を与えないように、オイルを使用し
ないものを用いるのが好ましい。具体的には、ソープシ
ョンポンプ、イオンポンプ等の真空排気装置を挙げるこ
とができる。さらに真空容器内を排気するときには、真
空容器全体を加熱して、真空容器内壁や、電子放出素子
に吸着した有機物質分子を排気しやすくするのが好まし
い。このときの加熱条件は、８０〜２００℃で５時間以
上が望ましいが、特にこの条件に限るものではなく、真
空容器の大きさや形状、電子放出素子の構成などの諸条
件により適宜選ばれる条件により行うことができる。

【０１００】安定化工程を行った後の、素子駆動時の雰
囲気は、上記安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが
好ましいが、これに限るものではなく、有機物質が十分
除去されていれば、真空度自体は多少低下しても十分安
定な特性を維持することができる。

【０１０１】このような真空雰囲気下で素子を駆動する
ことにより、新たな炭素あるいは炭素化合物の堆積を抑
制でき、結果として素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅが安定
する。

【０１０２】以上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について、以下に説明す
る。

【０１０３】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２１の電圧
を１ｋＶ〜１０ｋＶとし、アノード電極２１と表面伝導
型電子放出素子の距離ｈを２〜８ｍｍとして、通常測定
を行う。

【０１０４】まず、放出電流Ｉｅ及び素子電流Ｉｆと、
素子電圧Ｖｆ及び電界補正電極７に加える電圧Ｖ_c との
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Ｉｆに比べて著し
く小さいので、任意単位で示されている。尚、縦・横軸
ともリニアスケールである。

【０１０５】図７から明らかなように、本発明の表面伝
導型電子放出素子は、放出電流Ｉｅに対する次の４つの
特徴的特性を有する。

【０１０６】まず第１に、本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。

【０１０７】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。

【０１０８】第３に、アノード電極２１（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２１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。

【０１０９】第４に、放出電流Ｉｅは、電界補正電極７
に加える電圧Ｖ_c に対しても変化する。この様子を図７
に併せて示す。この図において、Ｖ_c1＞Ｖ_c2＞Ｖ_c3であ
り、Ｖ_c に対してもＩｅは、通常、単調に増加する。

【０１１０】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、
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。

【０１１１】更に、本発明の電子放出素子の放出電流Ｉ
ｅと電界補正電極７に印加する電圧Ｖ_c の関係を図８に
示す。図８から明らかなように、補正電圧Ｖ_c によって
放出電流Ｉｅは大きく変化する。ここで、補正電圧Ｖ_c
は陰極側素子電極４に対する電圧で定義している。つま
り、補正電圧Ｖ_c が０Ｖのときは電界補正電極７が無い
従来の表面伝導型電子放出素子の特性とほぼ一致する。

【０１１２】図８から判るように、本発明の電子放出素
子からの放出電流Ｉｅは電界補正電極７に印加する電圧
Ｖ_c を増やせばそれにしたがって単調的に増加する。こ
れは補正電圧Ｖ_c とアノード電圧Ｖ_a がほぼ等しくなる
まで持続するものであり、図８に示した例では、補正電
圧Ｖ_c を２００Ｖ程度とした場合に、従来の表面伝導型
電子放出素子に比べて１０倍程度に電子放出効率が改善
されている。

【０１１３】さらに、図８から明らかなように、本発明
の電子放出素子からの電子放出量は補正電圧Ｖ_c を、陰
極側素子電極４に対して負にすることにより、減らすこ
とができる。特に、数ボルトから数十ボルト程度の負電
圧を印加すると、アノード電極に捕捉される電子量をほ
とんど０にすることができる。つまり、アノード電極に
捕捉される電子の放出量を補正電圧Ｖ_c によってスイッ
チングできるものである。

【０１１４】電子放出素子の上部に蛍光膜を備えた表示
装置のように、蛍光膜を電子線によって励起，発光させ
る場合、電子線の強度分布によって蛍光板の一部が常に
強い電子線によってさらされ、いわゆる「焼け」と呼ば
れる劣化が起こることがあり得る事が知られている。従
って、蛍光板の寿命が、電子線の強度の最も強い部分の
劣化によって決定される事となる。この寿命を延ばすた
めには、電子線を均等に照射させる事が重要である。

【０１１５】上述したような本発明の電子放出素子で
は、電子放出量を一定に保ちながら、電子線の蛍光面へ
の衝突位置を変化させることができるため、蛍光板の
「焼け」を防止し寿命を延ばすことができる。具体的に
は、経時的に特異点（よどみ点）の位置を変化させない
ように、即ち、前記式（６），（８）において、

【０１１６】

【数８】を一定に保つように、アノード電位Ｖ_a と電界補正電極
の電位Ｖ_c を変化させて、蛍光板の電子の到達位置（発
光位置）を変化させる事により、蛍光板の劣化を防ぐこ
とができる。また、電界補正電極の電位Ｖ_c と素子電圧
Ｖｆを、放出電流Ｉｅが一定となるように連動して変化
させてもよい。

【０１１７】以上述べてきたような本発明の電子放出素
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
が可能である。

【０１１８】次に、本発明の電子源の一例として前述の
本発明の表面伝導型電子放出素子を複数配置した電子源
について述べる。まず、表面伝導型電子放出素子の配列
方式について説明する。

【０１１９】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
うな梯子型配置の他、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。

【０１２０】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。

【０１２１】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９に基づいて更
に説明する。

【０１２２】図９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。

【０１２３】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。

【０１２４】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。

【０１２５】ｎ本の電界補正電極用配線１０６は、夫々
外部端子Ｄｃ１，Ｄｃ２，……，Ｄｃｎを有するもの
で、Ｙ方向配線１０３と同様に作成され、Ｙ方向配線１
０３と一本づつ交互に並列に形成されている。

【０１２６】これらｍ本のＸ方向配線１０２と、ｎ本の
Ｙ方向配線１０３及びｎ本の電界補正電極用配線１０６
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。

【０１２７】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、Ｙ方
向配線１０３及び電界補正電極用配線１０６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、
Ｙ方向配線１０３及び電界補正電極用配線１０６と、Ｘ
方向配線１０２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。

【０１２８】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）及び電界補正電極（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、ｎ本の電界補正電極用配線１０６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。

【０１２９】ここで、ｍ本のＸ方向配線１０２と、ｎ本
のＹ方向配線１０３と、ｎ本の電界補正電極用配線１０
６と、結線１０５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。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。

【０１３０】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。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。

【０１３１】次に、以上のような単純マトリクス配置の
電子源を用いて構成される本発明の画像形成装置の一例
を、図１０〜図１２を用いて説明する。尚、図１０は表
示パネル２０１の基本構成図であり、図１１は蛍光膜１
１４を示す図であり、図１２は図１０の表示パネル２０
１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。

【０１３２】図１０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
ースプレート、１１２は支持枠である。リアプレート１
１１、支持枠１１２及びフェースプレート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。

【０１３３】図１０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）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Ｄｘｍ，Ｄｙ１ないしＤｙｎを
有している。また、１０６は表面伝導型電子放出素子１
０４の電界補正電極と接続された配線で、外部端子Ｄｃ
１ないしＤｃｎを有している。

【０１３４】外囲器１１８は、上述の如く、フェースプ
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１
１１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１
１６、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。

【０１３５】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１１（ａ））あるいはブラックマトリクス（図１１
（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。黒色導電材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。

【０１３６】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。

【０１３７】また、図１０に示されるように、蛍光膜１
１４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１
１参照）の発光のうち内面側への光をフェースプレート
１１６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１
１４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。

【０１３８】フェースプレート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。

【０１３９】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。

【０１４０】外囲器１１８内は、前述の安定化工程と同
様に、適宜加熱しながら、イオンポンプ、ソープション
ポンプ等のオイルを使用しない排気装置により不図示の
排気管を通じて排気し、１０^-7ｔｏｒｒ程度の真空度の
有機物質の十分に少ない雰囲気にした後、封止される。
また、外囲器１１８の封止後の真空度を維持するために
ゲッター処理を行うこともできる。これは、外囲器１１
８の封止を行う直前あるいは封止後に抵抗加熱あるいは
高周波加熱等により、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^-7乗ｔｏｒｒ
以上の真空度を維持するためのものである。

【０１４１】尚、前述したフォーミング処理以降の表面
伝導型電子放出素子の各製造工程は、通常、外囲器１１
８の封止直前に行われるもので、その内容は前述した通
りである。

【０１４２】上述の表示パネル２０１は、例えば図１２
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１２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。

【０１４３】図１２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。

【０１４４】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。

【０１４５】また、外部端子Ｄｃ１ないしＤｃｎには、
外部の直流電圧源Ｖｃより直流電圧が供給される。この
直流電圧は、通常、電子放出素子の陽極側素子電極に印
加する電位より高電位に設定し、蛍光体に到達する電子
量を増やす効果を持つ。

【０１４６】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。

【０１４７】走査回路２０２は、内部にｍ個のスイッチ
ング素子（図１２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。

【０１４８】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。

【０１４９】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。

【０１５０】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。

【０１５１】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。

【０１５２】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。

【０１５３】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。

【０１５４】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。

【０１５５】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。

【０１５６】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。

【０１５７】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。

【０１５８】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。

【０１５９】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。

【０１６０】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。

【０１６１】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。

【０１６２】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１
１５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、ＮＴＳ
Ｃ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。

【０１６３】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方式をはじめと
する高品位ＴＶ方式でもよい。

【０１６４】次に、前述の梯子型配置の電子源及びこれ
を用いて構成される本発明の画像形成装置の一例につい
て図１３及び図１４を用いて説明する。

【０１６５】図１３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。

【０１６６】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。

【０１６７】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。

【０１６８】図１４は、上記梯子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。

【０１６９】図１４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
であり、ＤＣ１〜ＤＣｎは、各表面伝導型電子放出素子
の電界補正電極に電圧を印加するための外部端子であ
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。

【０１７０】尚、図１４において図１０と同じ符号は同
じ部材を示すものであり、図１０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。

【０１７１】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、梯子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。

【０１７２】グリッド電極３０２の形状や配置位置は、
必ずしも図１４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。さらには、電界補正電
極そのものをグリッドとして用いることもできる。つま
り、アノードに達する電子量は図８に示したように電界
補正電極に加える電圧Ｖ_c によって制御できる。つま
り、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ので、梯子型配置の素子
行と直交して設けられた電界補正電極に加える電圧を変
化させて、下記に示す方法で画像を１ラインづつ表示す
ることが可能となる。

【０１７３】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。

【０１７４】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子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。

【０１７５】

【実施例】以下に実施例を挙げ、本発明を更に説明す
る。

【０１７６】［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を作製し、その
電子放出特性について行った実験について説明する。
尚、図１（ａ）は素子の平面図を、図１（ｂ）は断面図
を示している。

【０１７７】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。

【０１７８】［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、素子電極４，５及び電界補正電極７のパタ
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５０ÅのＴ
ｉ、厚さ１０００ÅのＮｉを順次堆積した。ホトレジス
トパターンを有機溶剤で溶解し、Ｎｉ／Ｔｉ堆積膜をリ
フトオフして、素子電極４，５及び電界補正電極７を形
成した。

【０１７９】尚、素子電極間隔Ｇ１は２μｍとし、素子
電極の長さＬ１を３００μｍとした。また、陰極側素子
電極４の幅Ｗ１は２μｍとし、スペーシングＧ２を２μ
ｍとしてそのすぐ外側に長さ３００μｍ、幅Ｗ３が３０
０μｍの電界補正電極７が配置されるようにした。

【０１８０】［工程−ｂ］続いて、素子電極間ギャップ
Ｇ１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１０００Å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、Ｃｒ膜を酸
エッチャントによりエッチングして所望の導電性膜３の
パターンを形成した。

【０１８１】尚、導電性膜３の長さＬ２は５０μｍとし
た。また、こうして形成された主として酸化パラジウム
よりなる微粒子からなる導電性膜３の膜厚は１００Å、
シート抵抗値は２×１０⁴ Ω／□であった。

【０１８２】［工程−ｃ］次に、素子電極４，５、電界
補正電極７及び電子放出部形成用薄膜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５７内に設置し、
排気ポンプ５８にて排気して、真空装置５７内を２×１
０^-5ｔｏｒｒの真空度とした。この後、素子の素子電圧
Ｖｆを印加するための電源５１より、素子電極４，５間
に電圧を印加し、通電処理（フォーミング処理）を行
い、電子放出部２を形成した。このフォーミング処理に
は図５（ｂ）に示した電圧波形を用いた。

【０１８３】本実施例では、図５（ｂ）中のＴ１を１ミ
リ秒、Ｔ２を１０ミリ秒とし、三角波ではなく矩形波を
用い、矩形波の波高値（フォーミング時のピーク電圧）
は０．１Ｖステップで昇圧し、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素子抵抗を測
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５．０Ｖ程度であ
った。

【０１８４】［工程−ｄ］続いて、フォーミング処理し
た素子に、上記工程ｃと同じ周期Ｔ２，パルス幅Ｔ１の
波高値１４Ｖの矩形波を印加して、約３０分間、活性化
処理を行った。尚この時の真空装置５７内の真空度は
１．５×１０^-5Ｔｏｒｒであった。

【０１８５】以上のようにして作製した電子放出素子を
素子Ａと呼ぶ。また、電界補正電極７を設けないこと以
外は、上記素子Ａと全く同様にして比較用の素子を作製
した。以下、これを素子Ｂと呼ぶ。

【０１８６】上記素子Ａ及び素子Ｂの電子放出特性の測
定を、引き続き上記の測定評価系を用いて行った。尚、
測定条件は、アノード電極２１と電子放出素子間の距離
ｈを５ｍｍ、アノード電極２１の電位を５ｋＶ、真空装
置５７内の真空度を１×１０^-6Ｔｏｒｒとした。

【０１８７】素子Ａ，Ｂとも、素子電極４，５間に素子
電圧を１６Ｖ印加して、その時に流れる素子電流Ｉｆ及
び放出電流Ｉｅを測定した。その結果、素子Ａ、素子Ｂ
ともに、測定初期より、安定した素子電流Ｉｆ、放出電
流Ｉｅが観察された。

【０１８８】また、素子Ａにおいて電界補正電極７に加
える電圧Ｖ_c を変えながら放出電流Ｉｅを測定したとこ
ろ、図１５に示すような結果が得られた。即ち、電界補
正電極７に加える電圧Ｖ_c によって電子放出効率は変わ
り、この補正電圧Ｖ_c に対して電子放出効率は単調に増
加する傾向にあった。また、前述の（３）式を満たす範
囲では特に高い電子放出効率が得られた。具体的には、
補正電圧Ｖ_c が３００Ｖ、素子電圧Ｖ_f が１６Ｖのと
き、素子電流Ｉｆが０．８ｍＡであったので、電子放出
効率はおよそ２．０％となった。

【０１８９】一方、比較用の素子Ｂにおいては、素子電
圧Ｖ_f が１６Ｖのとき、素子電流Ｉｆが０．８ｍＡ、放
出電流Ｉｅが０．８μＡと測定され、電子放出効率は
０．１％であった。

【０１９０】以上より、本発明による素子Ａは、従来の
素子Ｂに比べて最大で２０倍程度の高い電子放出効率を
示したことになる。つまり、素子Ａでは、一旦真空中に
放出された電子のうち、再び電極に落ちてしまう部分を
抑えることができたと考えられる。

【０１９１】［実施例２］実施例１においては、電界補
正電極７を素子電極４，５と同じ面内に配置していた
が、本実施例では図１６に示されるように、電界補正電
極７を素子電極４，５と同一平面上にない位置に形成し
た。

【０１９２】尚、図１６において図１の符号と同一符号
のものは同等部材を示している。また、素子製造及び電
子放出特性の測定の実験は実施例１に準じて行われるた
め、その詳細については省略する。

【０１９３】本実施例においては、陰極側素子電極４の
幅Ｗ１は２μｍ、陰極側素子電極４と電界補正電極７の
間の段差は２μｍ、陰極側素子電極４と電界補正電極７
の水平方向の間隔Ｇ２は４μｍ、電界補正電極７の長さ
Ｌ１は３００μｍとした。

【０１９４】本実施例の素子では、実施例１と同様な駆
動条件のもとで、素子電流Ｉｆは０．８ｍＡ、放出電流
Ｉｅは電界補正電極７に印加する電圧Ｖ_c に対して図１
７のように変化した。補正電圧Ｖ_c としては、実施例１
に比べて高い電圧が必要となるが、Ｖ_c ＝３００Ｖのと
き、電子放出効率は約１．５％であった。

【０１９５】［実施例３］実施例１，２では、電界補正
電極を陰極側素子電極の隣に配置した例を示したが、本
実施例では、電界補正電極を陽極側素子電極に隣接して
配置した例を示す。

【０１９６】図１８に本実施例の電子放出素子を示す。
図１８（ａ）は平面図、図１８（ｂ）は図１８（ａ）の
Ａ−Ａ’断面図であり、図１の符号と同一符号のもの
は、同等部材を示している。

【０１９７】本実施例の素子製造及び電子放出特性の測
定の実験は、実施例１，２に準じて行われるため、その
詳細については省略する。

【０１９８】本実施例においては、陽極側素子電極５の
幅Ｗ２は２μｍ、陽極側素子電極５と電界補正電極７の
間の段差は２μｍ、陽極側素子電極５と電界補正電極７
の水平方向の間隔Ｇ２は４μｍ、電界補正電極７の長さ
Ｌ１は３００μｍとした。

【０１９９】本実施例の素子では、実施例１と同様な駆
動条件のもとで、素子電流Ｉｆは０．８ｍＡ、放出電流
Ｉｅは電界補正電極７に印加する電圧Ｖ_c に対して図１
９のように変化した。Ｖ_c ＝１０Ｖ付近に放出電流Ｉｅ
のピークを持つのは、素子電極に対して低い位置に電界
補正電極を設けたためと考えられる。

【０２００】［実施例４］実施例２，３においては、基
板１の掘り下げた部位に電界補正電極７を形成したが、
本実施例では図２０に示されるように、電界補正電極７
を素子電極４，５よりも基板１上の高い位置（測定時に
おけるアノード電極寄り）に形成した。

【０２０１】尚、図２０において図１の符号と同一符号
のものは同等部材を示している。また、素子製造及び電
子放出特性の測定の実験は実施例１に準じて行われるた
め、その詳細については省略する。

【０２０２】本実施例においては、陰極側素子電極４の
幅Ｗ１は２μｍ、陰極側素子電極４と電界補正電極７の
間の段差は２μｍ、陰極側素子電極４と電界補正電極７
の水平方向の間隔Ｇ２は４μｍ、電界補正電極７の長さ
Ｌ１は３００μｍとした。

【０２０３】本実施例の素子では、実施例１と同様な駆
動条件のもとで、素子電流Ｉｆは０．８ｍＡ、放出電流
Ｉｅは電界補正電極７に印加する電圧Ｖ_c に対して図２
１のように変化した。補正電圧Ｖ_c としては、実施例１
及び実施例２に比べて低い電圧でよく、Ｖ_c ＝３００Ｖ
のとき、電子放出効率は約２．３％であった。

【０２０４】［実施例５］実施例２，３においては、電
界補正電極７を、基板１を掘り下げた部位に素子電極
４，５と平行に形成したが、本実施例では図２２に示さ
れるように、電界補正電極７を、素子電極４，５に対し
て傾けて形成したものである。

【０２０５】実施例３においては、電界補正電極７に印
加する電圧を高くしすぎると、電界補正電極７側に飛来
してきた電子は全てこの上に落下してしまうようにな
る。これは、アノード電圧によって電界補正電極７の上
部に作られる電界よりも、電界補正電極７に印加される
電圧による電界の方が大きくなってしまうためである。

【０２０６】このため本実施例では、図２２の構成とす
ることにより、上記の現象を抑制し、しかも、電界補正
電極７に印加する電圧によって電子を遠くに飛来させよ
うとするものである。

【０２０７】尚、図２２において図１の符号と同一符号
のものは同等部材を示している。また、素子製造及び電
子放出特性の測定の実験は実施例１に準じて行われるた
め、その詳細は省略する。

【０２０８】本実施例の表面伝導型電子放出素子におい
ては、素子電極４，５の間隔Ｇ１は２μｍ、陽極側素子
電極５の幅Ｗ２は２μｍ、陽極側素子電極５と電界補正
電極７の間隔Ｇ２は４μｍ、電界補正電極７の幅Ｗ３は
３００μｍ、段差部分の高さＤ１を２μｍ、電界補正電
極７の傾き角θは４５度とした。

【０２０９】本実施例の素子では、実施例１と同様の駆
動条件のもとで、素子電流Ｉｆは１．５ｍＡ、放出電流
Ｉｅは電界補正電極７に印加する電圧Ｖ_c に対して図２
３のように変化した。

【０２１０】本実施例では、実施例３に比べて、同じ効
率を得るにはより高い電圧Ｖ_c が必要になるが、Ｖ_c が
低い電圧のとき電子が電界補正電極７に落ちることなく
アノード電極２１（図６参照）に到達するため、ピーク
状に効率の良い点が現れる。また、Ｖ_c が高い電圧のと
き（２００Ｖ）は、高い電子放出効率（約０．６７％）
が得られた。

【０２１１】［実施例６］本実施例は、先述したような
蛍光板の「焼け」による劣化を防止するために、電子放
出効率を一定に保持しつつ、電子ビームの形状を制御し
たものである。

【０２１２】本実施例で用いた電子放出素子の構造は、
実施例１の構造（図１参照）と同一のものである。図２
４に、電界補正電極に加える電圧と、アノード電圧を同
時に変化させ、かつ、電場の特異点２２の位置が一定に
なるように制御したときの、電位分布の模式図と、電子
軌道（実線矢印）の模式図を示す。

【０２１３】本実施例では、電子放出素子とアノード板
２１との距離ｈを、５×１０^-3［ｍ］、亀裂位置と、陰
極側素子電極と電界補正電極のギャップの中央部の距離
ｂを、４×１０^-6［ｍ］とした。このため、前記（９）
式中のｈ／πｂ＝５×１０^-3／（３．１４×４×１
０^-6）＝４００であるので、前記（９）式の値、即ちＶ
_a＋４００Ｖ_c を一定にするように、より具体的にはＶ_a
＋４００Ｖ_c ＝１４０００［Ｖ］となるように、経時
的に電界補正電極の電位を２５Ｖから３０Ｖ、アノード
電位を２ＫＶから４ＫＶまで変化させた。これらの電位
の変化にしたがって、電子の放出効率は変化しなかった
が、電子のアノード板２１での到達位置は、図２４
（ａ），（ｂ）の上部に示した強度分布のように変化し
た。

【０２１４】以上のように、本実施例では、アノード板
に蛍光体を置いた際に経時的に上記の操作をする事によ
って、輝度を変化させる事なく、蛍光体の劣化を弱める
事が可能となった。

【０２１５】［実施例７］本実施例では、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９に示したような電子源を用いて、図１０に示したよ
うな画像形成装置を作製した例を説明する。

【０２１６】複数の導電性膜がマトリクス配線された基
板１の一部の平面図を図２５に示す。また、図中のＡ−
Ａ’断面図を図２６に示す。但し、図９、図１０、図２
５及び図２６において同じ符号は同じ部材を示す。

【０２１７】ここで１は基板、１０２はＸ方向配線（上
配線とも呼ぶ）、１０３はＹ方向配線（下配線とも呼
ぶ）、１０６は電界補正電極用配線、３は導電性膜、４
は陰極側素子電極、５は陽極側素子電極、４０１は層間
絶縁層、４０２は陽極側素子電極５と下配線１０３との
電気的接続のためのコンタクトホールである。

【０２１８】先ず、本実施例の電子源の製造方法を工程
順に従って具体的に説明する。

【０２１９】［工程−ａ］十分に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５ｎｍのＣ
ｒ、厚さ６００ｎｍのＡｕを順次積層した後、ホトレジ
スト（ＡＺ１３７０／ヘキスト社製）をスピンナーによ
り回転塗布し、ベークした後、ホトマスク像を露光、現
像して、下配線１０３、電界補正電極７及びその配線１
０６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１０３、
及び電界補正電極７及び配線１０６を形成した。

【０２２０】［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。

【０２２１】［工程−ｃ］工程ｂで堆積したシリコン酸
化膜にコンタクトホール４０２を形成するためのホトレ
ジストパターンを作り、これをマスクとして層間絶縁層
４０１をエッチングしてコンタクトホール４０２を形成
すると共に、電界補正電極７上のシリコン酸化膜を除去
した。エッチングはＣＦ₄ とＨ₂ ガスを用いたＲＩＥ
（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）法によ
った。

【０２２２】［工程−ｄ］その後、素子電極パターンを
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１００ｎｍのＮｉを順次堆積した。ホトレジストパ
ターンを有機溶剤で溶解し、Ｎｉ／Ｔｉ堆積膜をリフト
オフし、素子電極４，５を形成した。尚、素子電極間ギ
ャップの形状は実施例２と同様とした。

【０２２３】［工程−ｅ］素子電極４，５の上に上配線
１０２のホトレジストパターンを形成した後、厚さ５ｎ
ｍのＴｉ、厚さ５００ｎｍ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１０２を形成した。

【０２２４】［工程−ｆ］次に、導電性膜３を形成する
ために、素子電極間ギャップ及びこの近傍に開口を有す
るメタルマスクにより、膜厚１０００Å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。こうして形成された主として酸化パラジウムより
なる微粒子からなる導電性膜３の膜厚は約１００Å、シ
ート抵抗値は５×１０⁴ Ω／□であった。

【０２２５】［工程−ｇ］上記Ｃｒ膜及び焼成後の導電
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。

【０２２６】［工程−ｈ］コンタクトホール４０２部分
以外にレジストを塗布してパターンを形成し、真空蒸着
により厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ５００ｎｍのＡｕを順次
堆積した。リフトオフにより不要の部分を除去すること
により、コンタクトホール４０２を埋め込んだ。

【０２２７】以上の工程により、絶縁性基板１上に電界
補正電極７及び配線１０６、下配線１０３、層間絶縁層
４０１、上配線１０２、素子電極４，５、導電性膜３等
を形成し、未フォーミングの電子源を得た。

【０２２８】次に、以上のようにして作製した複数の導
電性膜３がマトリクス配線された基板１（図２５）を用
いて画像形成装置を作製した。作製手順を図１０と図１
１を用いて説明する。

【０２２９】先ず、上記複数の導電性膜３がマトリクス
配線された基板１（図２５）をリアプレート１１１上に
固定した後、基板１の５ｍｍ上方に、フェースプレート
１１６（ガラス基板１１３の内面に蛍光膜１１４とメタ
ルバック１１５が形成されて構成される）を支持枠１１
２を介して配置し、フェースプレート１１６、支持枠１
１２、リアプレート１１１の接合部にフリットガラスを
塗布し、大気中で４３０℃で１０分以上焼成することで
封着した。またリアプレート１１１への基板１の固定も
フリットガラスで行った。

【０２３０】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１１
（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
イプの材料としては、通常よく用いられている黒鉛を主
成分とする材料を用いた。

【０２３１】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。

【０２３２】フェースプレート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
透明電極を設ける場合もあるが、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。

【０２３３】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。

【０２３４】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１０
^-6Ｔｏｒｒ程度の真空度まで排気した後、外部端子Ｄｘ
１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、前述のフォーミング処理を行い、電子放出部２を形
成した。

【０２３５】フォーミング処理には図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１ミリ秒、Ｔ２を１０ミリ秒とした。

【０２３６】このようにして形成された電子放出部２
は、パラジウム元素を主成分とする微粒子が分散配置さ
れた状態となり、その微粒子の平均粒径は３０Åであっ
た。

【０２３７】次にフォーミングと同一のＴ１，Ｔ２を有
する矩形波（波高１４Ｖ）で、アセトンを１０^-3Ｔｏｒ
ｒ導入して、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅを測定しなが
ら、活性化処理を行った。

【０２３８】この後、不図示の排気管を通じ、外囲器１
１８内を１０^-7Ｔｏｒｒ程度の真空度まで排気し、該排
気管をガスバーナーで熱することで溶着し、外囲器１１
８の封止を行った。最後に、封止後の真空度を維持する
ために、高周波加熱法でゲッター処理を行った。ゲッタ
ーはＢａ等を主成分とした。

【０２３９】以上のようにして完成した表示パネル２０
１（図１０参照）において、容器外端子Ｄｘ１ないしＤ
ｘｍ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より夫々表面伝導型電子放出
素子１０４に印加することにより電子放出させ、容器外
端子Ｄｃ１ないしＤｃｎを通じて一定電圧を印加しなが
ら、高圧端子Ｈｖを通じてメタルバック１１４に数ｋＶ
以上の高圧を印加して、電子ビームを加速し、蛍光膜１
１５に衝突させ、励起・発光させることで画像表示を行
うことができた。

【０２４０】本実施例では、各電子放出素子から放出さ
れる電子量の制御を、単純マトリクスにより各電子放出
素子を駆動させることで行ったが、先の実施例でも説明
したように、本発明の電子放出素子は、電界補正電極に
印加する電圧Ｖ_c を変化させることによっても電子放出
量を変化させ得るため、各電子放出素子の電界補正電極
にマトリクス状に配線を行って、電圧Ｖ_c を制御するこ
とにより各電子放出素子の電子放出量を制御することも
可能である。

【０２４１】［実施例８］図２７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。

【０２４２】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及び１００９及び１０１０は画像メモリーインター
フェース回路、１０１１は画像入力インターフェース回
路、１０１２及び１０１３はＴＶ信号受信回路、１０１
４は入力部である。

【０２４３】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。

【０２４４】以下、画像信号の流れに沿って各部の機能
を説明する。

【０２４５】まず、ＴＶ信号受信回路１０１３は、例え
ば電波や空間光通信等のような無線伝送系を用いて伝送
されるＴＶ信号を受信するための回路である。

【０２４６】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。

【０２４７】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。

【０２４８】ＴＶ信号受信回路１０１２は、例えば同軸
ケーブルや光ファイバー等のような有線伝送系を用いて
伝送されるＴＶ信号を受信するための回路である。前記
ＴＶ信号受信回路１０１３と同様に、受信するＴＶ信号
の方式は特に限られるものではなく、また本回路で受信
されたＴＶ信号もデコーダ１００４に出力される。

【０２４９】画像入力インターフェース回路１０１１
は、例えばＴＶカメラや画像読み取りスキャナーなどの
画像入力装置から供給される画像信号を取り込むための
回路で、取り込まれた画像信号はデコーダ１００４に出
力される。

【０２５０】画像メモリーインターフェース回路１０１
０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。

【０２５１】画像メモリーインターフェース回路１００
９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１
００４に出力される。

【０２５２】画像メモリーインターフェース回路１００
８は、静止画ディスクのように、静止画像データを記憶
している装置から画像信号を取り込むための回路で、取
り込まれた静止画像データはデコーダ１００４に入力さ
れる。

【０２５３】入出力インターフェース回路１００５は、
本表示装置と、外部のコンピュータもしくはコンピュー
タネットワークもしくはプリンターなどの出力装置とを
接続するための回路である。画像データや文字・図形情
報の入出力を行うのは勿論のこと、場合によっては本画
像形成装置の備えるＣＰＵ１００６と外部との間で制御
信号や数値データの入出力などを行うことも可能であ
る。

【０２５４】画像生成回路１００７は、前記入出力イン
ターフェース回路１００５を介して外部から入力される
画像データや文字・図形情報や、あるいはＣＰＵ１００
６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。

【０２５５】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。

【０２５６】ＣＰＵ１００６は、主として本表示装置の
動作制御や、表示画像の生成や選択や編集に関わる作業
を行う。

【０２５７】例えば、マルチプレクサ１００３に制御信
号を出力し、ディスプレイパネルに表示する画像信号を
適宜選択したり組み合わせたりする。その際には表示す
る画像信号に応じてディスプレイパネルコントローラ１
００２に対して制御信号を発生し、画面表示周波数や走
査方法（例えばインターレースかノンインターレース
か）や一画面の走査線の数など表示装置の動作を適宜制
御する。また、前記画像生成回路１００７に対して画像
データや文字・図形情報を直接出力したり、あるいは前
記入出力インターフェース回路１００５を介して外部の
コンピュータやメモリーをアクセスして画像データや文
字・図形情報を入力する。

【０２５８】尚、ＣＰＵ１００６は、これ以外の目的の
作業にも関わるものであってよい。例えば、パーソナル
コンピュータやワードプロセッサ等のように、情報を生
成したり処理する機能に直接関わってもよい。あるいは
前述したように、入出力インターフェース回路１００５
を介して外部のコンピュータネットワークと接続し、例
えば数値計算等の作業を外部機器と協同して行ってもよ
い。

【０２５９】入力部１０１４は、前記ＣＰＵ１００６に
使用者が命令やプログラム、あるいはデータなどを入力
するためのものであり、例えばキーボードやマウスの
他、ジョイスティック、バーコードリーダー、音声認識
装置等の多様な入力機器を用いることが可能である。

【０２６０】デコーダ１００４は、前記１００７ないし
１０１３より入力される種々の画像信号を３原色信号、
又は輝度信号とＩ信号、Ｑ信号に逆変換するための回路
である。尚、図中に点線で示すように、デコーダ１００
４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。

【０２６１】画像メモリーを備える事により、静止画の
表示が容易になる。あるいは前記画像生成回路１００７
及びＣＰＵ１００６と協同して、画像の間引き、補間、
拡大、縮小、合成を初めとする画像処理や編集が容易に
なるという利点が得られる。

【０２６２】マルチプレクサ１００３は、前記ＣＰＵ１
００６より入力される制御信号に基づき、表示画像を適
宜選択するものである。即ち、マルチプレクサ１００３
はデコーダ１００４から入力される逆変換された画像信
号の内から所望の画像信号を選択して駆動回路１００１
に出力する。その場合には、一画面表示時間内で画像信
号を切り換えて選択することにより、所謂多画面テレビ
のように、一画面を複数の領域に分けて領域によって異
なる画像を表示することも可能である。

【０２６３】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。

【０２６４】ディスプレイパネルの基本的な動作に関わ
るものとして、例えばディスプレイパネルの駆動用電源
（図示せず）の動作シーケンスを制御するための信号を
駆動回路１００１に対して出力する。ディスプレイパネ
ルの駆動方法に関わるものとして、例えば画面表示周波
数や走査方法（例えばインターレースかノンインターレ
ースか）を制御するための信号を駆動回路１００１に対
して出力する。また、場合によっては、表示画像の輝度
やコントラストや色調やシャープネスといった画質の調
整に関わる制御信号を駆動回路１００１に対して出力す
る場合もある。

【０２６５】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。

【０２６６】以上、各部の機能を説明したが、図２７に
例示した構成により、本画像形成装置においては多様な
画像情報源より入力される画像情報をディスプレイパネ
ル２０１に表示することが可能である。即ち、テレビジ
ョン放送を初めとする各種の画像信号は、デコーダ１０
０４におて逆変換された後、マルチプレクサ１００３に
おいて適宜選択され、駆動回路１００１に入力される。
一方、デイスプレイコントローラ１００２は、表示する
画像信号に応じて駆動回路１００１の動作を制御するた
めの制御信号を発生する。駆動回路１００１は、上記画
像信号と制御信号に基づいてディスプレイパネル２０１
に駆動信号を印加する。これにより、ディスプレイパネ
ル２０１において画像が表示される。これらの一連の動
作は、ＣＰＵ１００６により統括的に制御される。

【０２６７】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。

【０２６８】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。

【０２６９】尚、図２７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。

【０２７０】例えば図２７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。

【０２７１】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、ディスプ
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。

【０２７２】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、電
子放出部においては電子を放出せしめる十分に大きな基
板平行方向の電界を有し、電子放出部近傍では今度は電
子の電極への再落下を少なくするようにできるので、非
常に効率のよい電子放出素子が得られる。

【０２７３】また、多数の電子放出素子を配列形成した
大面積電子源においては、各電子放出素子の電子放出効
率の向上が実現され、上記電子源を用いた画像形成装置
においては、高輝度化と高コントラスト化が成され、画
像品位が大幅に向上した。

【０２７４】また、電子放出効率の向上により、消費電
力が少なく周辺回路等の負担も軽減され安価な装置が提
供できる。

【０２７５】以上のように、本発明によれば、カラー画
像に対応可能で、高輝度且つ高コントラストで表示品位
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】本発明の電子放出素子の一例である表面伝導型
電子放出素子の一例を模式的に示した平面図及び縦断面
図である。

【図２】本発明の電子放出素子における、電界補正電極
による作用を説明するための電位分布図である。

【図３】従来例の表面伝導型電子放出素子における電位
分布図である。

【図４】図１の表面伝導型電子放出素子の製造方法を説
明するための図である。

【図５】フォーミング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電子放出特
性の典型的な例を示す図である。

【図８】本発明の表面伝導型電子放出素子における、電
界補正電極に印加する電圧と放出電流との関係を示す図
である。

【図９】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１０】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１１】図１０の表示パネルにおける蛍光膜を示す図
である。

【図１２】図１０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１３】梯子型配置の本発明の電子源の概略的平面図
である。

【図１４】梯子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１５】実施例１にて示す電子放出素子の特性図であ
る。

【図１６】実施例２にて示す電子放出素子の縦断面図で
ある。

【図１７】実施例２にて示す電子放出素子の特性図であ
る。

【図１８】実施例３にて示す電子放出素子の平面図及び
縦断面図である。

【図１９】実施例３にて示す電子放出素子の特性図であ
る。

【図２０】実施例４にて示す電子放出素子の縦断面図で
ある。

【図２１】実施例４にて示す電子放出素子の特性図であ
る。

【図２２】実施例５にて示す電子放出素子の縦断面図で
ある。

【図２３】実施例５にて示す電子放出素子の特性図であ
る。

【図２４】実施例６にて示す電子放出素子における電界
分布と電子軌道の模式図である。

【図２５】実施例７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２６】図２５の電子源の部分断面図である。

【図２７】実施例８にて示す画像形成装置のブロック図
である。

【図２８】従来例の表面伝導型電子放出素子の構成を示
す図である。

【図２９】従来例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図で
ある。

【符号の説明】

１基板２電子放出部３導電性膜４陰極側素子電極５陽極側素子電極６亀裂７電界補正電極２１電子放出部２より放出される電子を捕捉するため
のアノード電極２２特異点（よどみ点）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５３アノード電極２１に電圧を印加するための高圧電
源５４電子放出部２より放出される放出電流Ｉｅを測定
するための電流計５５電界補正電極７に電圧Ｖ_c を印加するための電源５６電界補正電極７に流れる電流を測定するための電
流計５７真空装置５８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１０６電界補正電極用配線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３０１表示パネル３０２グリッド電極３０３開口３０４共通配線４０１層間絶縁層４０２コンタクトホール１００１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画像メモリーインターフェース回路１００９画像メモリーインターフェース回路１０１０画像メモリー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１０１２ＴＶ信号受信回路１０１３ＴＶ信号受信回路１０１４入力部２００１基板２００２電子放出部２００３導電性膜２００４，２００５素子電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する陰極側電極と陽極側電極との間
に、電子放出部を有する導電性膜を備える電子放出素子
において、該陰極側電極または該陽極側電極に隣接して
いて該電極とは独立に電位を与えることのできる電界補
正電極を備えていることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】前記電子放出部の近傍に、前記電極間に
電圧を印加した際の電位分布が急激に変化する亀裂部を
有す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】前記電界補正電極が前記陰極側電極及び
前記陽極側電極の配置されている面よりも上部に配置さ
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４】前記電界補正電極が前記陰極側電極及び
前記陽極側電極の配置されている面よりも下部に配置さ
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５】前記電界補正電極が前記陰極側電極及び
前記陽極側電極の配置されている面に対して傾斜した面
上に配置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６】請求項２に記載の電子放出素子におい
て、該電子放出素子の上部に電子を捕捉するためのアノ
ード電極を配した時、前記亀裂の中央部と前記陽極側電
極上にできる電場の特異点との距離ｘ_s が、前記亀裂の
中央部と電子が前記亀裂の陽極側から初めて真空中へ出
射する位置との距離Ｌと次式で定義されるパラメータＣ
の積よりも小さく設定されていることを特徴とする電子
放出素子。【数１】
【請求項７】前記電界補正電極に加える電圧を経時的
に変化させることによって、電子軌道又は電子放出量を
変化せしめ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８】請求項１〜７のいずれかに記載の電子放
出素子を、基体上に複数個配置したことを特徴とする電
子源。
【請求項９】請求項８に記載の電子源において、基体
上に複数の電子放出素子をマトリクス状に配置し、個々
の電子放出素子の一方の電極を行配線に接続し、個々の
電子放出素子の他方の電極を前記行配線と直交する列配
線に接続したことを特徴とする電子源。
【請求項１０】請求項８に記載の電子源において、基
体上に複数の電子放出素子を梯子状に配置し、個々の電
子放出素子の両電極を並列に二本の行配線に接続し、更
に前記電界補正電極を前記行配線と直交する列配線に接
続したことを特徴とする電子源。
【請求項１１】電子放出素子と、画像形成部材と、前
記電子放出素子から放出される電子線を情報信号に応じ
て制御するための電子放出素子の駆動装置を有する画像
形成装置において、前記電子放出素子が請求項１〜７の
いずれかに記載の電子放出素子であ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であることを特徴とす
る画像形成装置。