JPH0992183A

JPH0992183A - 電子放出素子、電子源及び画像形成装置

Info

Publication number: JPH0992183A
Application number: JP7266199A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Hamamoto; 康弘浜元; Keisuke Yamamoto; 敬介山本; Takeo Tsukamoto; 健夫塚本; Masato Yamanobe; 正人山野辺
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-09-21
Filing date: 1995-09-21
Publication date: 1997-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】画像形成装置の大面積化に際し、高輝度で高
精細、且つ輝度むらの無い高品位画像が得られる電子ビ
ーム源として好適な表面伝導型電子放出素子を提供す
る。【解決手段】基板１上に形成した素子電極４，５間
に、電子放出部２を有する導電性膜３を備える表面伝導
型電子放出素子において、電子放出部２が一方の素子電
極５の近傍にのみ配置されると共に、素子電極間近傍に
制御電極６が配置されていることを特徴とする。【効果】素子電極４を高電位、素子電極５及び制御電
極６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
上できると共に、電子ビームの集束性を向上し得る。

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】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。

【０００８】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１Ｖ／
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。

【０００９】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。

【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、同１−２８３
７４９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５０６
６８８３号明細書）。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】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１７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２００
５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。

【００１２】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）。

【００１３】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、ディープＵＶ系の光源を用いた露光装置、３
μｍ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、ディープ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。

【００１４】しかしながら、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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】本発明は、上記事情に鑑み、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
構成を有する電子放出素子の提供を目的とする。

【００１９】また本発明は、上記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。

【００２０】

【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。

【００２１】即ち、本発明の第一は、基板上に形成した
一対の素子電極間に、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、前記電子放出部が、前記一
対の素子電極の一方の近傍にのみ配置され、さらに該素
子電極間近傍に放出電子の制御電極が設けられているこ
とを特徴とする電子放出素子にある。

【００２２】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、「前記制御電極が、前記基板表面上の
前記電子放出部と同一面上に設けられている」こと、
「前記制御電極の一部が、前記導電性膜と絶縁層を介し
て積層されている」こと、「前記制御電極が、前記電子
放出部近傍の前記素子電極と電気的に接続されている」
こと、「駆動の際、前記電子放出部近傍の前記素子電極
及び前記制御電極を低電位とし、相対する前記素子電極
を高電位とする」こと、「表面伝導型電子放出素子であ
る」こと、をも含む。

【００２３】また、本発明の第二は、複数の電子放出素
子とその駆動手段とを有する電子源において、前記電子
放出素子が、上記本発明第一の電子放出素子であること
を特徴とする電子源にある。

【００２４】上記本発明第二の電子源は、さらにその特
徴として、「複数の電子放出素子が並列に結線された素
子列を少なくとも１列以上有する電子源である」こと、
「複数の電子放出素子が結線された素子列の複数列がマ
トリクス配置されている電子源である」こと、をも含
む。

【００２５】さらに、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
電子線の前記画像形成部材への照射を情報信号に応じて
制御する駆動手段とを有する画像形成装置において、前
記電子放出素子が、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。

【００２６】上記本発明第三の画像形成装置は、さらに
その特徴として、「前記電子放出素子の複数が並列に結
線された素子列を少なくとも１列以上有する画像形成装
置である」こと、「前記電子放出素子の複数が結線され
た素子列の複数列がマトリクス配置されている画像形成
装置である」こと、「前記画像形成部材が、蛍光体であ
る」こと、をも含む。

【００２７】

【発明の実施の形態】上記のように、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の新規な構成に係るもので、各発
明の構成及び作用を以下に更に説明する。

【００２８】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。

【００２９】本発明に係る表面伝導型電子放出素子の基
本的な構成について説明する。

【００３０】図１（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明に
係る表面伝導型電子放出素子の基本的な構成を示す平面
図及び断面図であり、図中、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は制御電極で
ある。

【００３１】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。

【００３２】対向する素子電極４，５及び制御電極６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等の金属あるいは合金及びＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ
Ｏ₂ 、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。

【００３３】素子電極４，５、制御電極６及び導電性膜
３の形状等は、応用される形態等によって設計される。

【００３４】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〜数十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。

【００３５】素子電極長さＷ１及び膜厚ｄ１，ｄ２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。

【００３６】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）の近傍にのみ電子放
出部２が配置されたものであり、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。

【００３７】各素子電極部分の段差部の高さは、後述の
導電性膜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）近傍において、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。

【００３８】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、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Å〜数千Åで、特に好まし
くは１０Å〜５００Åであり、その抵抗値は、１０³ 〜
１０⁷ オーム／□のシート抵抗値である。

【００３９】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Å〜数
千Åであることが好ましく、特に好ましくは１０Å〜２
００Åである。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】「創造科学技術推進制度の“超微粒子プロ
ジェクト”（１９８１〜１９８６）では、粒子の大きさ
（径）がおよそ１〜１００ｎｍの範囲のものを“超微粒
子”(ultra fine particle) と呼ぶことにした。すると
１個の超微粒子はおよそ１００〜１０⁸ 個くらいの原子
の集合体という事になる。原子の尺度でみれば超微粒子
は大〜巨大粒子である。」（「超微粒子−創造科学技
術」林主税、上田良二、田崎明編；三田出版１９８
８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）。

【００４６】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。

【００４７】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。これにより、後述のフォーミング処理
において該ステップカバレージ不良の領域に優先的に亀
裂を発生させて、電子放出部２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。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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】亀裂内部には、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は炭素を主成分とする膜を有す
る。

【００５１】制御電極６は素子電極間近傍、即ち電子放
出部近傍に配置され、素子駆動時に高電位側となる素子
電極と電気的に絶縁されておれば良く、電子放出部２と
同一平面上の基板１表面上、導電性膜３と絶縁層（不図
示）を介して配置された基板１内部等、いずれに配置さ
れてもかまわない。

【００５２】また、制御電極６の形状及び膜厚は、素子
電極４，５の形状、素子駆動時に素子電極４，５間に印
加される最大電圧、多数配置された電子源の配置上の問
題等により適宜設計される。通常、制御電極６の膜厚
は、数十ｎｍ〜数μｍである。

【００５３】本発明に係る表面伝導型電子放出素子の製
法としては様々な方法が考えられるが、その一例を図２
に基づいて説明する。尚、図２において図１と同じ符号
は同じ部材を示すものである。

【００５４】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
素子電極材料及び制御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該基板１の面上に素子電極
４，５及び制御電極６（不図示）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））。

【００５５】２）素子電極４，５及び制御電極６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た後、リフト
オフ、エッチング等によりパターニングし、導電性膜３
を形成する（図２（ｂ））。

【００５６】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される場合も
ある。

【００５７】３）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（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。

【００５８】通電フォーミングの電圧波形の例を図３に
示す。

【００５９】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））とがあ
る。

【００６０】まず、パルス波高値を定電圧とした場合に
ついて図３（ａ）で説明する。

【００６１】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、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、１０^-5ｔｏｒｒ程度
の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。

【００６２】次に、パルス波高値を増加させながら電圧
パルスを印加する場合について図３（ｂ）で説明する。

【００６３】図３（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は図３
（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３（ａ）の説明と同様の適当な真空雰囲気下で印加す
る。

【００６４】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。

【００６５】４）フォーミングを終えた素子は活性化工
程と呼ばれる処理を施すのが好ましい。活性化工程と
は、この工程により、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、
著しく変化する工程である。

【００６６】活性化工程は、例えば、有機物質のガスを
含有する雰囲気下で、パルスの印加を繰り返すことで行
うことができる。この雰囲気は、例えば油拡散ポンプや
ロータリーポンプなどを用いて真空容器内を排気した場
合に雰囲気内に残留する有機ガスを利用して形成するこ
とができる他、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Ｉ
ｅが、著しく変化するようになる。

【００６７】活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉｆと
放出電流Ｉｅを測定しながら、適宜行う。なおパルス
幅、パルス間隔、パルス波高値などは適宜設定される。

【００６８】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）を包含す
る、ＨＯＰＧはほぼ完全なグラファイト結晶構造、ＰＧ
は結晶粒が２００オングストローム程度で結晶構造がや
や乱れたもの、ＧＣは結晶粒が２０オングストローム程
度になり結晶構造の乱れがさらに大きくなったものを指
す。）、非晶質カーボン（アモルファスカーボン及び、
アモルファスカーボンと前記グラファイトの微結晶の混
合物を指す）であり、その膜厚は、５００オングストロ
ーム以下の範囲とするのが好ましく、３００オングスト
ローム以下の範囲とすることがより好ましい。

【００６９】５）このような工程を経て得られた電子放
出素子は、安定化工程を行うことが好ましい。この工程
は、真空容器内の有機物質を排気する工程である。真空
容器内の圧力は、１〜３×１０^-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
ることが出来る。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。

【００７０】安定化工程を行った後の、駆動時の雰囲気
は、上記安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが好ま
しいが、これに限るものではなく、有機物質が十分除去
されていれば、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出来る。

【００７１】このような真空雰囲気を採用することによ
り、新たな炭素あるいは炭素化合物の堆積を抑制でき、
結果として素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅが、安定する。

【００７２】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を以下に説明する。

【００７３】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について説明する。

【００７４】図４において、図１と同じ符号は同じ部材
を示す。尚、制御電極６は図４には示していないが、図
１に示したように素子電極間近傍に配置されている。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、５７は制御電極６（不図
示）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
排気ポンプである。

【００７５】尚、アノード電極５４は、ガラス基板上に
透明電極、蛍光体を順次堆積したものを用い、輝点形状
の観察ができるようにした。

【００７６】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。

【００７７】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（図７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、フォーミング工程及びそれ以
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。

【００７８】以下に述べる表面伝導型電子放出素子の基
本特性は、図４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、通常測定
を行う。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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）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。

【００８２】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。

【００８３】第３に、アノード電極５４（図４参照）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。

【００８４】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、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。

【００８５】更に、本発明の電子放出素子から放出され
る放出電流Ｉｅは、均一で集束性に優れるという特徴を
持つ。この特徴について、更に詳述する。

【００８６】素子電極４，５間に電圧を印加すると電子
放出部２より電子が放出されるが、従来、この電子の一
部は、素子電極４，５間にかかる強電界のため、高電位
側の素子電極もしくは高電位側の素子電極に電気的に接
続された導電性膜３に捕捉され、アノード電極５４に捕
捉されるまでには至らない。

【００８７】しかしながら、本発明の電子放出素子では
導電性膜３の近傍に制御電極６が形成されているため、
電子放出部２が近傍に形成された側の素子電極５を低電
位、素子電極４を高電位として電子放出させると共に、
制御電極６に高電位側の素子電極４よりも低い電位を与
えることにより、従来高電位側の素子電極４もしくは高
電位側の素子電極４に電気的に接続された導電性膜３に
捕捉されていた一部の電子の電子軌道が、高電位側素子
電極４及び導電性膜３より遠ざけられ、従来よりも効率
よくアノード電極５４に捕捉されるようになる。また、
この制御電極６により、電子ビームの集束性を向上させ
ることもできる。

【００８８】また、電子放出部２が、素子電極５の近傍
に素子電極５に沿って形成されており、蛇行の極めて少
ない略直線状の形状を有するため、同様に多数の電子放
出素子を作製した際に、電子放出部２の形状を均一に揃
えることができ、電子放出特性の揃った素子を容易に得
ることができる。

【００８９】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。

【００９０】次に、本発明に係る電子源の一例として前
述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。

【００９１】本発明に係る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。

【００９２】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。

【００９３】単純マトリクス配置はこのような原理に基
づくもので、本発明に係る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６に基づい
て更に説明する。

【００９４】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上に配列された本発明に
よる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。

【００９５】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。

【００９６】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。

【００９７】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。

【００９８】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。Ｘ方向配線１０２とＹ方向
配線１０３は、それぞれ外部端子として引き出されてい
る。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】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。

【０１０２】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。

【０１０３】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に係る画像形成装置の
一例を、図７〜図９を用いて説明する。尚、図７は表示
パネル２０１の基本構成図であり、図８は蛍光膜１１４
を示す図であり、図９は図７の表示パネル２０１で、Ｎ
ＴＳＣ方式のテレビ信号に応じてテレビジョン表示を行
うための駆動回路の一例を示すブロック図である。

【０１０４】図７において、１は上述のようにして表面
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１
１３の内面に蛍光膜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。

【０１０５】図７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。

【０１０６】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。

【０１０７】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８（ａ））あるいはブラックマトリクス（図８
（ｂ））等と呼ばれる黒色導伝材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。

【０１０８】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。

【０１０９】また、図７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８参
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。

【０１１０】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。

【０１１１】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。

【０１１２】外囲器１１８内は、不図示の排気管を通じ
て排気し、所定の真空度に達した後、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１１８
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^-5〜１×１０^-7
ｔｏｒｒの真空度を維持するためのものである。

【０１１３】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の封止直前又は封止後に行われるもので、その内容は
前述した通りである。

【０１１４】上述の表示パネル２０１は、例えば図９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９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、２０
５はラインメモリ、２０６は同期信号分離回路、２０７
は変調信号発生器、Ｖｘ及びＶａは直流電圧源である。

【０１１５】図９に示されるように、表示パネル２０１
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。

【０１１６】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。

【０１１７】走査回路２０２は、内部にｍ個のスイッチ
ング素子（図９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。

【０１１８】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。

【０１１９】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。

【０１２０】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。

【０１２１】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。

【０１２２】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。

【０１２３】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。

【０１２４】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。

【０１２５】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。

【０１２６】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。

【０１２７】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。

【０１２８】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。

【０１２９】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。

【０１３０】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。

【０１３１】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。

【０１３２】以上のような表示パネル２０１及び駆動回
路を有する本発明に係る画像形成装置は、端子Ｄｘ１〜
Ｄｘｍ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。

【０１３３】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方式を初めとする高
品位ＴＶ方式でもよい。

【０１３４】次に、前述の梯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１０及び図１１を用いて説明する。

【０１３５】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。

【０１３６】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。

【０１３７】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。

【０１３８】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。

【０１３９】図１１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。

【０１４０】尚、図１１において図７と同じ符号は同じ
部材を示すものであり、図７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。

【０１４１】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。

【０１４２】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。

【０１４３】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。

【０１４４】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。

【０１４５】

【実施例】以下に、具体的な実施例を挙げて本発明を詳
しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるも
のではなく、本発明の目的が達成される範囲内での各要
素の置換や設計変更がなされたものをも包含する。

【０１４６】（実施例１）本実施例の表面伝導型電子放
出素子の構成は、図１に示されるものと同様であり、図
２の製造工程図に基づきその製造方法を以下に説明す
る。

【０１４７】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、マスクを用い
て素子電極及び制御電極材料としてＰｔをスパッタ法に
より堆積した。このとき、素子電極５及び制御電極６の
膜厚は１５０ｎｍ、素子電極４の膜厚は３０ｎｍとし
た。また、素子電極間隔Ｌを５０μｍ、素子電極の幅Ｗ
１を３００μｍとした。また、制御電極６は、図１に示
すように、素子電極４，５及び後に作成する導電性膜３
と電気的絶縁が保たれ、かつ導電性膜３近傍に位置する
ように配置した（図２（ａ））。

【０１４８】工程−ｂ工程−ａで形成した素子電極４，５を含む基板表面全面
に、膜厚５０ｎｍのＣｒ膜を真空蒸着により堆積し、更
にホトレジストを全面に塗布した後、素子電極ギャップ
及びこの近傍に、長さが電極間ギャップ以上で、幅Ｗ２
の開口を有する不図示のマスクを使用して、パターンニ
ング・現像・開口部のＣｒのエッチングにより、電極ギ
ャップ及び素子電極４，５の一部を露出し、幅Ｗ２の開
口を有するＣｒマスクを作製した。尚、Ｗ２は１００μ
ｍとした。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行った。この後、酸エッ
チャントでＣｒをエッチングし、リフトオフすることに
より導電性膜３を形成した（図２（ｂ））。こうして形
成された主元素としてＰｄ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。

【０１４９】工程−ｃ上記工程を経た基板１を図４の測定評価系の真空装置５
５内に設置し、真空ポンプにて排気して、２×１０^-6ｔ
ｏｒｒ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）を施して電子放出部２を形
成した（図２（ｃ））。フォーミング処理の電圧波形は
図３（ｂ）に示されるような波形とした。

【０１５０】図３（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０．
５ｍ秒、Ｔ２を１０ｍ秒とし、電圧パルスの波高値（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１ＭΩを示
した時とし、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。本実施例の素子のフォーミング電圧
は、約１１Ｖであった。

【０１５１】以上のようにして作製した表面伝導型電子
放出素子の特性を、引き続き上記測定評価系を用いて測
定した。尚、測定条件は、アノード電極５４と電子放出
素子間の距離Ｈを４ｍｍ、アノード電極５４の電位を１
ｋＶ、真空装置５５内の真空度を１×１０^-7Ｔｏｒｒと
した。また、アノード電極５４は、ガラス基板上に透明
電極、蛍光体を順次堆積したものを用い、輝点形状の観
察ができるようにした。

【０１５２】その結果、本実施例の素子は図５に示した
ような特性を示し、先述したような放出電流Ｉｅに関す
る三つの特性を有していた。

【０１５３】更に、電源５７（図４参照）により、高電
位側の素子電極４よりも低い電位の電圧、例えば０Ｖの
電圧を制御電極６に印加し、本実施例の電子放出素子を
駆動したところ、アノード電極５４に形成された蛍光膜
に、集束性に優れた明るい輝点が観察された。

【０１５４】（実施例２）多数の表面伝導型電子放出素
子を単純マトリクス配置した電子源を用いて画像形成装
置を作製した例を説明する。

【０１５５】複数の導電性膜がマトリクス配線された基
板１の一部の概略平面図を図１２に示す。また、図中の
Ａ−Ａ’断面図を図１３に示す。但し、図６、図７、図
１２及び図１３において同じ符号は同じ部材を示す。

【０１５６】ここで１は基板、１０２はＸ方向配線（下
配線とも呼ぶ）、１０３はＹ方向配線（上配線とも呼
ぶ）、３は導電性膜、４，５は素子電極、６は制御電
極、４０１は層間絶縁層、４０２は素子電極５と下配線
１０２との電気的接続のためのコンタクトホールであ
る。

【０１５７】先ず、電子源の製造方法を、図１４及び図
１５を用いて工程順に従って具体的に説明する。尚、以
下の各工程ａ〜ｈは、図１４の（ａ）〜（ｄ）及び図１
５の（ｅ）〜（ｈ）に対応する。

【０１５８】工程−ａ清浄化した青板ガラス上に厚さ０．５μｍのシリコン酸
化膜をスパッタ法で形成した基板１上に、真空蒸着によ
り、厚さ５ｎｍのＣｒ、厚さ６００ｎｍのＡｕを順次積
層した後、ホトレジスト（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１０２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を形成した。

【０１５９】工程−ｂ次に、厚さ１．０μｍの窒化シリコン膜からなる層間絶
縁層４０１をプラズマＣＶＤ法により堆積した。

【０１６０】工程−ｃ工程ｂで堆積した窒化シリコン膜にコンタクトホール４
０２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を形成した。エッチングはＣＦ₄
とＯ₂ ガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ・Ｉｏｎ
・Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によった。

【０１６１】工程−ｄその後、素子電極４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５ｎｍのＴｉ、厚さ４０ｎｍ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を形
成した。更に同様にして、素子電極５と結線および制御
電極６を２００ｎｍの膜厚で形成した。なお、制御電極
６は素子電極５と電気的に接続して形成した。以上のよ
うにして素子電極間隔Ｌが５０μｍ、幅Ｗ１が３００μ
ｍの素子電極４，５及び制御電極６を形成した。

【０１６２】工程−ｅ素子電極４，５の上に上配線１０３のホトレジストパタ
ーンを形成した後、厚さ５ｎｍ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１０３を形
成した。

【０１６３】工程−ｆ素子電極間ギャップ及びこの近傍に開口を有する不図示
の導電性膜形成用マスクを用い、膜厚１００ｎｍのＣｒ
膜４０３を真空蒸着により堆積・パターニングし、その
上に有機Ｐｔ溶液をスピンナーにより回転塗布し、３０
０℃で１０分間の加熱焼成処理をした。こうして形成さ
れた主元素がＰｔよりなる微粒子からなる導電性膜３の
膜厚は５ｎｍ、シート抵抗値は２×１０³ Ω／□であっ
た。

【０１６４】工程−ｇＣｒ膜４０３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。

【０１６５】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。

【０１６６】以上の工程により、絶縁性基板１上に下配
線１０２、層間絶縁層４０１、上配線１０３、素子電極
４，５、制御電極６、導電性膜３等を形成した。

【０１６７】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１２）を用
いて画像形成装置を構成した例を、図７と図８を用いて
説明する。

【０１６８】上述のようにして複数の導電性膜３がマト
リクス配線された基板１（図１２）をリアプレート１１
１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１１２を介して配置し、フェースプレート１１６、支
持枠１１２、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４５０℃で１５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。

【０１６９】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、本実施例では蛍光体１２２
はストライプ形状（図８（ａ））を採用し、先にブラッ
クストライプを形成し、その間隙部に各色蛍光体１２２
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。

【０１７０】ガラス基板１１３に蛍光体１２２を塗布す
る方法としてはスラリー法を用いた。また、蛍光膜１１
４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を真空蒸着することで作製し
た。

【０１７１】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）が設けられる場合もあるが、本実施
例では、メタルバック１１５のみで十分な導電性が得ら
れたので省略した。

【０１７２】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。

【０１７３】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（図示せず）を通じ真空ポンプにて１
０^-6Ｔｏｒｒ程度の真空度まで排気した後、外部端子Ｄ
ｘ１ないしＤｘｍとＤｙ１ないしＤｙｎを通じ、素子電
極４，５間に電圧を印加し、導電性膜３をフォーミング
処理することにより電子放出部２を作成した。

【０１７４】フォーミング処理の電圧波形は、図３
（ｂ）と同様とした。尚、本実施例ではＴ１を１ｍ秒、
Ｔ２を１０ｍ秒とした。

【０１７５】このようにして作成された電子放出部２
は、Ｐｔ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３．０ｎｍであった。

【０１７６】続いて、不図示の排気管により、外囲器１
１８内の真空度を約２×１０^-7Ｔｏｒｒとし、有機物質
としてアセトンを外囲器１１８内に導入した。この時の
アセトンの分圧は２×１０^-4Ｔｏｒｒとした。続いて、
各表面伝導型電子放出素子に電圧パルスを印加して活性
化処理を行った。この際に素子に印加する電圧パルスは
図３（ａ）中のＴ１を１ｍ秒、Ｔ２を１０ｍ秒とし、波
高値は１５Ｖとした。また、活性化工程は、素子電流Ｉ
ｆ及び放出電流Ｉｅを測定しながら行った。

【０１７７】その後、イオンポンプ等のオイルを必要と
しないポンプ系を用いた超真空排気装置に切り換え、１
８０℃で７時間ベーキングした。ベーキング後の外囲器
１１８内の真空度は１×１０^-7Ｔｏｒｒであった。この
後、不図示の排気管をガスバーナーで熱することで溶着
し外囲器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ー処理を行っ
た。

【０１７８】以上のように完成した本発明の画像形成装
置において、外部端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ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ると共に、高圧端子Ｈｖを
通じてメタルバック１１５に数ｋＶ以上の高圧を印加し
て、電子ビームを加速し、蛍光膜１１４に衝突させ、励
起・発光させることで画像を表示した。

【０１７９】その結果、表示画像は、均一で高精細な良
好な画像であった。

【０１８０】（実施例３）図１６は、実施例２の表示パ
ネル（ディスプレイパネル）２０１（図７参照）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
発明の画像形成装置の一例を示す図である。

【０１８１】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。

【０１８２】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。

【０１８３】以下、画像信号の流れに沿って各部の機能
を説明する。

【０１８４】まず、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。

【０１８５】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２０１の利点を生
かすのに好適な信号源である。

【０１８６】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。

【０１８７】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。

【０１８８】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。

【０１８９】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。

【０１９０】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。

【０１９１】画像メモリインターフェース回路１００８
は、静止画ディスクのように、静止画像データを記憶し
ている装置から画像信号を取り込むための回路で、取り
込まれた静止画像データはデコーダ１００４に入力され
る。

【０１９２】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。

【０１９３】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、画像処理を行うためのプロセッサ等を初めとし
て、画像の生成に必要な回路が組み込まれている。

【０１９４】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。

【０１９５】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
を行う。

【０１９６】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、
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をアクセスして画像デ
ータや文字・図形情報を入力する。

【０１９７】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よ
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
て行ってもよい。

【０１９８】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。

【０１９９】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、図中に点線で示すように、デコーダ１０
０４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方式を初めとして、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。

【０２００】画像メモリを備える事により、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。

【０２０１】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。

【０２０２】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。

【０２０３】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（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。

【０２０４】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。

【０２０５】以上、各部の機能を説明したが、図１６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。

【０２０６】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。

【０２０７】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。

【０２０８】尚、図１６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。

【０２０９】例えば図１６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。

【０２１０】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。

【０２１１】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の電子放出素
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の構成により、素子電極形成後に作
成される導電性膜の内、高い段差部を有する側の素子電
極の近傍にのみ電子放出部が形成されており、且つ、導
電性膜の近傍に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と共に、電子
線の制御が可能となり、集束性が向上する。

【０２１２】さらに、素子電極間距離を長くした場合で
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、各素子の電子放出部の形状を揃えることができ、均
一な特性を有する素子が得られる。

【０２１３】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
率が向上すると共に、特性の均一化が実現され、かかる
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
向上する。

【０２１４】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】本発明の電子放出素子の一例である表面伝導型
電子放出素子を模式的に示した平面図及び縦断面図であ
る。

【図２】図１の表面伝導型電子放出素子の基本的構成の
製法を説明するための図である。

【図３】フォーミング波形の例を示す図である。

【図４】表面伝導型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５】本発明の表面伝導型電子放出素子の電気特性
（Ｉ−Ｖ特性）を示す図である。

【図６】単純マトリクス配置の電子源の概略的構成図で
ある。

【図７】単純マトリクス配置の電子源を用いた表示パネ
ルの概略的構成図である

【図８】図７の表示パネルにおける蛍光膜を示す図であ
る。

【図９】図７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１０】梯型配置の電子源の概略的平面図である。

【図１１】梯型配置の電子源を用いた表示パネルの概略
的構成図である。

【図１２】本発明の実施例２に係るマトリクス配置の電
子源の部分平面図である。

【図１３】図１２におけるＡ−Ａ’断面図である。

【図１４】本発明の実施例２に係るマトリクス配置の電
子源の製造工程を説明するための図である。

【図１５】本発明の実施例２に係るマトリクス配置の電
子源の製造工程を説明するための図である。

【図１６】本発明の実施例３に係る画像形成装置のブロ
ック図である。

【図１７】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導電性膜４，５素子電極６制御電極５０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
のアノード電極５５真空装置５６排気ポンプ５７制御電極６に電圧を印加するための電源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４０３Ｃｒ膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山野辺正人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、
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、前記電子放出部が、前記一対の素子電極の一方の近傍に
のみ配置され、さらに該素子電極間近傍に放出電子の制
御電極が設けられていることを特徴とする電子放出素
子。
【請求項２】前記制御電極が、前記基板表面上の前記
電子放出部と同一面上に設けら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】前記制御電極の一部が、前記導電性膜と
絶縁層を介して積層されてい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】前記制御電極が、前記電子放出部近傍の
前記素子電極と電気的に接続されていることを特徴とす
る請求項１〜３のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項５】前記電子放出素子は、駆動の際、前記電
子放出部近傍の前記素子電極及び前記制御電極を低電位
とし、相対する前記素子電極を高電位とすることを特徴
とする請求項１〜４のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項６】前記電子放出素子は、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１〜５のいずれか
に記載の電子放出素子。
【請求項７】複数の電子放出素子とその駆動手段とを
有する電子源において、前記電子放出素子が、請求項１〜６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電子源。
【請求項８】前記電子源は、複数の電子放出素子が並
列に結線された素子列を少なくとも１列以上有する電子
源であることを特徴とする請求項７に記載の電子源。
【請求項９】前記電子源は、複数の電子放出素子が結
線された素子列の複数列がマトリクス配置されている電
子源であることを特徴とする請求項７に記載の電子源。
【請求項１０】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の前記画像形成部
材への照射を情報信号に応じて制御する駆動手段とを有
する画像形成装置において、前記電子放出素子が、請求項１〜６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１１】前記画像形成装置は、前記電子放出素
子の複数が並列に結線された素子列を少なくとも１列以
上有する画像形成装置であることを特徴とする請求項１
０に記載の画像形成装置。
【請求項１２】前記画像形成装置は、前記電子放出素
子の複数が結線された素子列の複数列がマトリクス配置
されている画像形成装置であることを特徴とする請求項
１０に記載の画像形成装置。
【請求項１３】前記画像形成部材が、蛍光体であるこ
とを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の画
像形成装置。