JPH103854A

JPH103854A - 電子放出素子、それを用いた電子源、画像形成装置及びこれらの製造方法

Info

Publication number: JPH103854A
Application number: JP17288496A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Takada; 一広高田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-06-13
Filing date: 1996-06-13
Publication date: 1998-01-06

Abstract

(57)【要約】【課題】リーク領域及び不活性領域が存在し、均一な
電子放出特性が得られなかった。【解決手段】基板１上の素子電極２，３間を連絡する
導電性膜４を形成する工程と、微細加工技術によって導
電性膜４に狭間隙を形成する工程と、高速イオンビーム
によって狭間隙に導電性膜の構成物質を主成分とする微
粒子を形成する工程と、微粒子を形成した狭間隙に電子
放出部５を形成する活性化工程とを有する。

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、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、更には該電子放出素子、電子源及び画像形成装置の
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子放出素子としては大別して熱
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、「Ｆ
Ｅ型」と称す。）、金属／絶縁層／金属型（以下、「Ｍ
ＩＭ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，“ＦｉｅｌｄＥｍｉｓ
ｓｉｏｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎ
Ｐｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）あるいはＣ．
Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“ＰｈｙｓｉｃａｌＰｒｏｐｅｒ
ｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍ
ｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈｍｏｌｙｂ
ｄｅｎｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，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−Ｅｍｉ
ｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，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．Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１０，１２９０（１９６５）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ＳｎＯ_２薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によ
るもの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“ＴｈｉｎＳｏｌｉｄ
Ｆｉｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ_２Ｏ_３
／ＳｎＯ_２薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌａ
ｎｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥＴｒａｎ
ｓ．ＥＤＣｏｎｆ．”，５１９（１９７５）］、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典型的
な例として、前述のＭ．ハートウェルの素子構成を図１
５に模式的に示す。同図において１は基板である。４は
導電性膜で、Ｈ型形状のパターンに形成された金属酸化
物薄膜等からなり、後述の通電フォーミングと呼ばれる
通電処理により電子放出部５が形成される。尚、図中の
素子電極間隔Ｌは、０．５〜１ｍｍ、Ｗ’は、０．１ｍ
ｍで設定されている。

【０００８】これらの表面伝導型電子放出素子において
は、電子放出を行う前に導電性膜４を予め通電フォーミ
ングと呼ばれる通電処理によって電子放出部５を形成す
るのが一般的である。即ち、通電フォーミングとは、前
記導電性膜４の両端に電圧を印加通電し、導電性膜４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５を形成する処
理である。尚、電子放出部５では導電性膜４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、特
開平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】ところで、従来の表面
伝導型電子放出素子及びその応用に際して、電子放出部
５を形成するには、導電性膜４を通電処理や熱処理し、
該導電性膜４の一部を局所的に破壊、変形もしくは変質
せしめるフォーミング処理を行っている。

【００１４】一般に、導電性膜４の破壊、変形、変質過
程は、導電性膜４の膜質、基板１の種類、基板１の表面
状態、導電性膜４が触れている雰囲気などに大きく依存
する。そのため、通電処理、熱処理のいずれの方法を用
いたとしても、生成される破壊領域、もしくは変形、変
質領域の幅には、ある程度のばらつきがあり、例えば１
０ｎｍから１０００ｎｍのばらつきが生ずる場合があ
る。

【００１５】このような破壊、変形領域の幅にばらつき
のある表面伝導型電子放出素子に対して、後述する活性
化工程を施した場合には、ほとんどの領域で電子放出を
司るものの、極端に狭い破壊、変形領域は電気的な抵抗
が極端に小さくなり、素子電流こそ流れるものの、電子
放出を司らなくなってしまったり、逆に極端に広い領域
では電気的な抵抗が極端に大きくなり、素子電流も流れ
ず、電子放出も司らなくなってしまう。よって、異なる
素子間でのばらつきは、非常に大きくなってしまう場合
があった。以下、電気抵抗が小さすぎて電子放出を司ら
ない領域を「リーク領域」と称し、電気抵抗が大き過ぎ
て電子放出を司らない領域を「不活性領域」と称する。

【００１６】また、通電処理によって作成された破壊、
変形領域を用いて電子放出部５を形成する方法では、電
子放出部５の微視的構造を制御することが困難であり、
同一素子における電子放出部５の活性化処理の進行のば
らつきが大きくなる場合があり、均一な電子放出特性を
与える製造方法としては、不都合であった。

【００１７】そのため、より均一な電子放出特性を得る
ため、又、より高効率な表面伝導型電子放出素子を得る
ため、リーク領域及び不活性領域を少なくすること、且
つ、同一素子における電子放出を司る領域間でのばらつ
きを最低限に抑えることが必要である。

【００１８】本発明は、集束イオンビーム等の微細加工
技術によって導電性膜に形成される狭間隙内に微粒子を
分散させることで、活性化を容易かつ効率的に行うこと
ができ、均一で制御しやすい表面伝導型電子放出素子が
得られるようにすると共に、低電流で明るく高品位な画
像が得られる画像形成装置を得ることを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１〜７の発明は、
表面伝導型電子放出素子の製造方法に関する発明で、基
板上に素子電極を形成すると共に、素子電極間を連絡す
る導電性膜を形成する工程と、微細加工技術によって導
電性膜に狭間隙を形成する工程と、高速イオンを照射し
て狭間隙内に導電性膜を構成する物質を主成分とする微
粒子を形成する工程と、活性化工程とを有する点に特徴
を有するものである。

【００２０】請求項８〜１０の発明は、上記製造方法で
得られる表面伝導型電子放出素子に関する発明である。

【００２１】請求項１１〜１７の発明は、上記表面伝導
型電子放出素子を複数個備えた電子源の製造方法に関す
る発明で、複数の表面伝導型電子放出素子を備えた電子
源の製造方法において、基板上に複数対の素子電極を形
成すると共に、各対の素子電極間を連絡する導電性膜を
形成する工程と、微細加工技術によって各導電性膜に狭
間隙を形成する工程と、高速イオンを照射して各狭間隙
内に導電性膜を構成する物質を主成分とする微粒子を形
成する工程と、活性化工程とを有する点に特徴を有する
ものである。

【００２２】請求項１８〜２２の発明は、上記製造方法
で得られる電子源に関する発明である。

【００２３】更に、請求項２３〜２６の発明は、上記電
子源を用いた画像形成装置及びその製造方法に関する発
明である。

【００２４】本発明によれば、微細加工技術によって導
電性膜に形成された狭間隙内に均一に微粒子が分散され
ているので、表面伝導型電子放出素子の活性化の進行が
極めて早く、活性化を均一に行うことができ、異なる素
子間での活性化を均一にすることができる。

【００２５】また、本発明によれば、素子長さに相当す
る全領域から電子放出し、且つ各表面伝導型電子放出素
子の電子放出特性が極めて均一であることから、均一性
の高い画像形成装置を実現することができる。

【００２６】さらに、表面伝導型電子放出素子にリーク
領域が存在しないため、電子放出効率が高く、低い消費
電力で高輝度な画像形成装置を実現することができるも
のである。

【００２７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好ましい実施態様
を示す。

【００２８】本発明を適用し得る電子放出素子は、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、それらの中でも表面伝導型の電子放出素子と云え
る。

【００２９】本発明を適用し得る表面伝導型電子放出素
子の基本的構成には大別して、平面型及び垂直型の２つ
がある。

【００３０】まず、平面型の表面伝導型電子放出素子に
ついて説明する。

【００３１】図１は、本発明の平面型の表面伝導型電子
放出素子の一構成例を示す模式図であり、図１（ａ）は
平面図、図１（ｂ）は断面図である。図１において、１
は基板、２と３は素子電極、４は導電性膜、５は電子放
出部である。

【００３２】基板１としては、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及びＳｉ基板等を用いることが
できる。

【００３３】対向する素子電極２，３の材料としては、
一般的な導体材料を用いることができ、例えばＮｉ、Ｃ
ｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等
の金属或は合金及びＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ₂、Ｐｄ
−Ａｇ等の金属或は金属酸化物とガラス等から構成され
る印刷導体、Ｉｎ₂Ｏ₃−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。

【００３４】素子電極長さＷ、素子電極２，３の形状等
は、応用される形態等を考慮して、設計される。素子電
極長さＷは、電極の抵抗値、電子放出特性を考慮して、
数μｍから数百μｍの範囲とすることができる。素子電
極２，３の膜厚ｄは、数十ｎｍから数μｍの範囲とする
ことができる。

【００３５】電子放出部５は、後述するように、導電性
膜４に狭間隙を形成し、該狭間隙中に微粒子を形成する
ことによって作られる。狭間隙は、集束イオンビーム
（ＦＩＢ）やフォトリソグラフィなどの微細加工技術に
よって導電性膜４の中央部に形成され、狭間隙の幅が
０．３μｍ以下で、かつ狭間隙の幅が略一定でそのばら
つきが３０％以下となるように形成される。さらに、こ
の狭間隙は、素子電極間に１０Ｖの電圧を印加する場合
に該電極間に流れる電流が素子電極長さ１００μｍ当た
り０．１μＡ以下であるような絶縁された領域として導
電性膜４に形成する。

【００３６】導電性膜４には、良好な電子放出特性を得
るために、微粒子で構成された微粒子膜を用いるのが好
ましい。その膜厚は、素子電極２，３へのステップカバ
レージ、素子電極２，３間の抵抗値及び後述する活性化
条件等を考慮して適宜設定される。

【００３７】導電性膜４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、Ｎｂ、Ｎ
ｉ、Ｍｏ等の金属、ＰｄＯ、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、Ｐｂ
Ｏ、Ｓｂ₂Ｏ₃等の酸化物、ＨｆＢ₂、ＺｒＢ₂、Ｌａ
Ｂ₆、ＣｅＢ₆、ＹＢ₄、ＧｄＢ₄等の硼化物、ＴｉＣ、Ｚ
ｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣなどの炭化物、Ｔ
ｉＮ、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。

【００３８】ここで述べる微粒子膜とは、複数の微粒子
が集合した膜であり、その微細構造は、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）をとっ
ている。微粒子の粒径は、数オングストロームから数百
ｎｍの範囲、好ましくは、１ｎｍから２０ｎｍの範囲で
ある。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】「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）。

【００４５】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、粒径の下限は数オングストローム〜１ｎｍ程
度、上限は数μｍ程度のものを指すこととする。

【００４６】電子放出部５には、後述する活性化工程を
行うことにより、雰囲気中に含まれる一部あるいは全て
の元素からなる物質が堆積する。この堆積物は、電子放
出特性を支配することが分かっているが、詳細は明らか
ではない。

【００４７】次に、垂直型の表面伝導型電子放出素子に
ついて説明する。

【００４８】図２は、本発明の垂直型の表面伝導型電子
放出素子の一構成例を示す模式図であり、図１に示した
部位と同じ部位には図１に付した符号と同一の符号を付
している。２１は段さ形成部である。基板１、素子電極
２及び３、導電性膜４、電子放出部５は、前述した平面
型表面伝導型電子放出素子の場合と同様の材料で構成す
ることができる。段さ形成部２１は、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等で形成されたＳｉＯ₂等の絶縁性材料
で構成することができる。また、素子電極長さＷ、導電
性膜及び素子電極２，３の形状等は、前述した平面型表
面伝導型電子放出素子の場合と同様に設計することがで
きる。段さ形成部２１の膜厚は、素子電極間隔Ｌよりも
小さくしなければならない。

【００４９】本発明の表面伝導型電子放出素子の製造方
法としては様々な方法があるが、その一例を図３及び図
４に基づいて説明する。尚、図３及び図４においても図
１に示した部位と同じ部位には図１に付した符号と同一
の符号を付している。

【００５０】１）基板１を洗剤、純水及び有機溶剤等に
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技
術により基板１の面上に素子電極２，３を形成する（図
３（ａ））。

【００５１】２）素子電極２，３を設けた基板１上にフ
ォトレジストによりマスクを形成し、その上に真空蒸着
法、スパッタ法等により金属薄膜を形成した。その後、
この金属薄膜にリフトオフ、エッチング等を施し、パタ
ーニングされた導電性膜４を形成する（図３（ｂ））。

【００５２】３）その後、例えば集束イオンビーム（Ｆ
ＩＢ）やフォトリソグラフィなどの微細加工技術を用い
て、基板１上の素子電極２，３間に位置する導電性膜４
の中央部に狭間隙６を形成する（図３（ｃ），図４
（ａ））。

【００５３】４）次に、上記工程で作成された導電性膜
４の表面及び狭間隙を含む全体に、均一にイオンを照射
し（図４（ｂ））、導電性膜材料をスパッタすることに
より、狭間隙内に微粒子を分散させ、電子放出部５を形
成する（図４（ｃ））。狭間隙内の微粒子は、粒径が１
ｎｍから３ｎｍ程度であり、面積専有率で３０〜７０％
程度を占めている。また、この微粒子は、素子電極２，
３間に１０Ｖの電圧を印加する場合に、素子電極２，３
間に流れる電流が素子電極長さ１００μｍ当たり１μＡ
以下であるように分散される。

【００５４】イオン照射法としては、例えば通常の２極
スパッタ法（直流２極スパッタ法、直流バイアス法、非
対称交流スパッタ法、高周波法）や、２極マグネトロン
スパッタ法、３極及び４極プラズマスパッタ法、イオン
ビームスパッタ法などが挙げられる。

【００５５】スパッタリングの際のイオンビームの入射
角やエネルギー、電流、照射領域等の条件は、微粒子分
散後に上記の条件を満たすように設定される。逆に、上
記条件を満たしてさえいれば、いかなる照射法を用いて
もよい。ただし、上記照射法のうちイオンビームスパッ
タ法は、イオンのエネルギー、電流、入射角条件の制御
性に優れている点で好ましく、さらに集束イオンビーム
法はそれに加えて照射領域の制御性が良いためより好ま
しい。

【００５６】特に、狭間隙作製工程と微粒子分散工程の
双方に集束イオンビーム法を用いた場合には、試料の移
動、設置等の必要性が減少されるので、後述する実施例
では集束イオンビーム法を採用している。

【００５７】５）次に、活性化工程と呼ばれる処理を施
す。活性化工程とは、この工程により、素子電流Ｉｆ，
放出電流Ｉｅが著しく変化して増加する工程である。

【００５８】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、図５に示すようなパルスの印加を
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_nＨ_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_nＨ_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電極間の狭間隙及
びその周囲に堆積し、素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅが、
著しく変化するようになる（図３（ｄ））。

【００５９】ここで、活性化工程の電圧波形の例を図５
に示す。

【００６０】電圧波形は、特にパルス波形が好ましい。
これにはパルス波高値を定電圧としたパルスを連続的に
印加する図５（ａ）に示した手法と、パルス波高値を増
加させながらパルスを印加する図５（ｂ）に示した手法
がある。

【００６１】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。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る。矩
形波の波高値（活性化時のピーク電圧）は、表面伝導型
電子放出素子の形態に応じて適宜選択される。このよう
な条件のもと、例えば、数分から数十分間電圧を印加す
る。パルス波形は、図示した矩形波に限定されるもので
はなく、三角波等の所望の波形を採用することができ
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５（ｂ）で説明する。
図５（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図５（ａ）に示し
たのと同様とすることができ、三角波の波高値（ピーク
電圧）は、徐々に増加させる。波高値が予め定めた値に
達したのちは、波高値を一定に固定しても良い。パルス
波形は、図示した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採用することができる。

【００６３】活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉｆ及
び／または放出電流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。

【００６４】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を包含するもの
で、ＨＯＰＧはほぼ完全なグラファイト結晶構造、ＰＧ
は結晶粒が２０ｎｍ程度で結晶構造がやや乱れたもの、
ＧＣは結晶粒が２ｎｍ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、５０ｎｍ以下の範囲とするのが好ましく、３０ｎ
ｍ以下の範囲とすることがより好ましい。

【００６５】６）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。

【００６６】前記活性化の工程で、排気装置として油拡
散ポンプやロータリーポンプを用い、これから発生する
オイル成分に由来する有機ガスを用いた場合には、この
成分の分圧を極力低く抑える必要がある。真空容器内の
有機成分の分圧は、上記炭素及び炭素化合物がほぼ新た
に堆積しない分圧で１×１０^-8Ｔｏｒｒ以下が好まし
く、さらには１×１０^-10Ｔｏｒｒ以下が特に好まし
い。このときの加熱条件は、８０〜２５０℃好ましくは
１５０℃以上で、できるだけ長時間処理するのが望まし
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。真空容器内の圧力は極力低
くすることが必要で、１〜３×１０^-7Ｔｏｒｒ以下が好
ましく、さらには１×１０^-8Ｔｏｒｒ以下が特に好まし
い。

【００６７】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、圧力自体は多少上昇しても十分安定な特
性を維持することが出来る。

【００６８】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。

【００６９】上述した工程を経て得られた本発明を適用
可能な電子放出素子の基本特性について、図６，図７を
参照しながら説明する。

【００７０】図６は、真空処理装置の一例を示す模式図
であり、この真空処理装置は測定評価装置としての機能
をも兼ね備えている。図６においても、図１に示した部
位と同じ部位には図１に付した符号と同一の符号を付し
ている。

【００７１】図６において、５５は真空容器であり、５
６は排気ポンプである。真空容器５５内には表面伝導型
電子放出素子が配されている。即ち、１は表面伝導型電
子放出素子を構成する基体であり、２及び３は素子電
極、４は導電性膜、５は電子放出部である。また、５１
は電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源、
５０は素子電極２，３間の導電性膜４を流れる素子電流
Ｉｆを測定するための電流計、５４は素子の電子放出部
６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である。一例として、ア
ノード電極５４の電圧を１ｋＶ〜１０ｋＶの範囲とし、
アノード電極５４と電子放出素子との距離Ｈを２〜８ｍ
ｍの範囲として測定を行うことができる。

【００７２】真空容器５５内には、不図示の真空計等の
真空雰囲気下での測定に必要な機器が設けられていて、
所望の真空雰囲気下での測定評価を行えるようになって
いる。

【００７３】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により構成されてい
る。ここに示した電子源基板を配した真空処理装置の全
体は、不図示のヒーターにより２５０℃まで加熱でき
る。従って、この真空処理装置を用いると、前述の活性
化以降の工程も行うことができる。

【００７４】図７は、図６に示した真空処理装置を用い
て測定された放出電流Ｉｅ及び素子電流Ｉｆと、素子電
圧Ｖｆとの関係を模式的に示した図である。図７におい
ては、放出電流Ｉｅが素子電流Ｉｆに比べて著しく小さ
いので、任意単位で示している。尚、縦・横軸ともリニ
アスケールである。

【００７５】図７からも明らかなように、本発明を適用
可能な表面伝導型電子放出素子は、放出電流Ｉｅに関し
て次の３つの特徴的性質を有する。

【００７６】即ち、第１に、本素子はある電圧（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。つま
り、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。

【００７７】第２に、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに単
調増加依存するため、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制
御できる。

【００７８】第３に、アノード電極５４（図６参照）に
捕捉される放出電荷は、素子電圧Ｖｆを印加する時間に
依存する。つまり、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。

【００７９】以上の説明より理解されるように、本発明
を適用可能な表面伝導型電子放出素子は、入力信号に応
じて、電子放出特性を容易に制御できることになる。こ
の性質を利用すると複数の電子放出素子を配して構成し
た電子源、画像形成装置等、多方面への応用が可能とな
る。

【００８０】図７においては、素子電流Ｉｆも素子電圧
Ｖｆに対して単調増加する（ＭＩ特性）例を示したが、
素子電流Ｉｆが素子電圧Ｖｆに対して電圧制御型負性抵
抗特性（ＶＣＮＲ特性）を示す場合もある（不図示）。
これらの特性は、前述の工程を制御することで制御でき
る。

【００８１】以上のような本発明の表面伝導型電子放出
素子の特徴的特性のため、複数の素子を配置した電子源
や画像形成装置等でも、入力信号に応じて、容易に放出
電子量を制御することができることとなり、多方面への
応用ができる。

【００８２】本発明を適用可能な電子放出素子の応用例
について以下に述べる。本発明を適用可能な表面伝導型
電子放出素子を複数個基板上に配列し、例えば電子源あ
るいは、画像形成装置が構成できる。

【００８３】電子放出素子の配列については、種々のも
のが採用できる。一例として、並列に配置した多数の電
子放出素子の個々を両端で接続し、電子放出素子の行を
多数個配し（行方向と呼ぶ）、この配線と直交する方向
（列方向と呼ぶ）で、該電子放出素子の上方に配した制
御電極（グリッドとも呼ぶ）により、電子放出素子から
の電子を制御駆動する梯子状配置のものがある。これと
は別に、電子放出素子をＸ方向及びＹ方向に行列状に複
数個配し、同じ行に配された複数の電子放出素子の電極
の一方を、Ｘ方向の配線に共通に接続し、同じ列に配さ
れた複数の電子放出素子の電極の他方を、Ｙ方向の配線
に共通に接続するものが挙げられる。このようなものは
所謂単純マトリクス配置である。まず単純マトリクス配
置について以下に詳述する。

【００８４】本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素
子については、前述したとおり３つの特性がある。即
ち、表面伝導型電子放出素子からの放出電子は、しきい
値電圧以上では、対向する素子電極間に印加するパルス
状電圧の波高値と幅で制御できる。一方、しきい値電圧
以下では、殆ど放出されない。この特性によれば、多数
の電子放出素子を配置した場合においても、個々の素子
に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て電子放出量を制御で
きる。

【００８５】以下この原理に基づき、本発明を適用可能
な電子放出素子を複数配して得られる電子源基板につい
て、図８を用いて説明する。図８において、７１は電子
源基板、７２はＸ方向配線、７３はＹ方向配線である。
７４は表面伝導型電子放出素子、７５は結線である。
尚、表面伝導型電子放出素子７４は、前述した平面型あ
るいは垂直型のどちらであってもよい。

【００８６】ｍ本のＸ方向配線７２は、Ｄｘ１，Ｄｘ
２，……，Ｄｘｍからなり、真空蒸着法、印刷法、スパ
ッタ法等を用いて形成された導電性金属等で構成するこ
とができる。配線の材料、膜厚、幅は適宜設計される。
Ｙ方向配線７３は、Ｄｙ１，Ｄｙ２，……，Ｄｙｎのｎ
本の配線よりなり、Ｘ方向配線７２と同様に形成され
る。これらｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ方向配線７
３との間には、不図示の層間絶縁層が設けられており、
両者を電気的に分離している（ｍ，ｎは、共に正の整
数）。

【００８７】不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等を用いて形成されたＳｉＯ₂等で構成
される。例えば、Ｘ方向配線７２を形成した基板７１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７２とＹ方向配線７３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
７２とＹ方向配線７３は、それぞれ外部端子として引き
出されている。

【００８８】表面伝導型電子放出素子７４を構成する一
対の素子電極（不図示）は、それぞれｍ本のＸ方向配線
７２とｎ本のＹ方向配線７３に、導電性金属等からなる
結線７５によって電気的に接続されている。

【００８９】配線７２と配線７３を構成する材料、結線
７５を構成する材料及び一対の素子電極を構成する材料
は、その構成元素の一部あるいは全部が同一であって
も、また夫々異なってもよい。これらの材料は、例えば
前述の素子電極の材料より適宜選択される。素子電極を
構成する材料と配線材料が同一である場合には、素子電
極に接続した配線は素子電極ということもできる。

【００９０】Ｘ方向配線７２には、Ｘ方向に配列した表
面伝導型電子放出素子７４の行を選択するための走査信
号を印加する不図示の走査信号印加手段が接続される。
一方、Ｙ方向配線７３には、Ｙ方向に配列した表面伝導
型電子放出素子７４の各列を入力信号に応じて変調する
ための、不図示の変調信号発生手段が接続される。各電
子放出素子に印加される駆動電圧は、当該素子に印加さ
れる走査信号と変調信号の差電圧として供給される。

【００９１】上記構成においては、単純なマトリクス配
線を用いて、個別の素子を選択し、独立に駆動可能とす
ることができる。

【００９２】このような単純マトリクス配置の電子源を
用いて構成した画像形成装置について、図９と図１０及
び図１１を用いて説明する。図９は、画像形成装置の表
示パネルの一例を示す模式図であり、図１０は、図９の
画像形成装置に使用される蛍光膜の模式図である。図１
１は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行うた
めの駆動回路の一例を示すブロック図である。

【００９３】図９において、７１は電子放出素子を複数
配した電子源基板、８１は電子源基板７１を固定したリ
アプレート、８６はガラス基板８３の内面に蛍光膜８４
とメタルバック８５等が形成されたフェースプレートで
ある。８２は支持枠であり、該支持枠８２には、リアプ
レート８１、フェースプレート８６がフリットガラス等
を用いて接続されている。８８は外囲器であり、例えば
大気中あるいは窒素中で、４００〜５００℃の温度範囲
で１０分間以上焼成することで、封着して構成される。

【００９４】７４は、図１に示したような電子放出素子
である。７２，７３は、表面伝導型電子放出素子の一対
の素子電極と接続されたＸ方向配線及びＹ方向配線あ
る。

【００９５】外囲器８８は、上述の如く、フェースプレ
ート８６、支持枠８２、リアプレート８１で構成され
る。リアプレート８１は主に基板７１の強度を補強する
目的で設けられるため、基板７１自体で十分な強度を持
つ場合は別体のリアプレート８１は不要とすることがで
きる。即ち、基板７１に直接支持枠８２を封着し、フェ
ースプレート８６、支持枠８２及び基板７１で外囲器８
８を構成してもよい。一方、フェースプレート８６とリ
アプレート８１の間に、スぺーサーと呼ばれる不図示の
支持体を設置することにより、大気圧に対して十分な強
度をもつ外囲器８８を構成することもできる。

【００９６】図１０は、蛍光膜を示す模式図である。蛍
光膜８４は、モノクロームの場合は蛍光体のみで構成す
ることができる。カラーの蛍光膜の場合は、蛍光体の配
列により、ブラックストライプ（図１０（ａ））あるい
はブラックマトリクス（図１０（ｂ））等と呼ばれる黒
色導電材９１と蛍光体９２とから構成することができ
る。ブラックストライプ、ブラックマトリクスを設ける
目的は、カラー表示の場合、必要となる三原色蛍光体の
各蛍光体９２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８４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にある。黒色導
電材９１の材料としては、通常用いられている黒鉛を主
成分とする材料の他、導電性があり、光の透過及び反射
が少ない材料を用いることができる。

【００９７】ガラス基板８３に蛍光体を塗布する方法
は、モノクローム、カラーによらず、沈澱法や印刷法等
が採用できる。蛍光膜８４の内面側には、通常メタルバ
ック８５が設けられる。メタルバックを設ける目的は、
蛍光体の発光のうち内面側への光をフェースプレート８
６側へ鏡面反射することにより輝度を向上させること、
電子ビーム加速電圧を印加するための電極として作用さ
せること、外囲器内で発生した負イオンの衝突によるダ
メージから蛍光体を保護すること等である。メタルバッ
クは、蛍光膜作製後、蛍光膜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を真空蒸着等を用いて堆積させることで作製でき
る。

【００９８】フェースプレート８６には、更に蛍光膜８
４の導電性を高めるため、蛍光膜８４の外面側に透明電
極（不図示）を設けてもよい。

【００９９】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体と電子放出素子とを対応させる必要があり、十分
な位置合わせが不可欠となる。

【０１００】図９に示した画像形成装置は、例えば以下
のようにして製造される。

【０１０１】外囲器８８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、封止が成され
る。外囲器８８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８８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
周波加熱等を用いた加熱により、外囲器８８内の所定の
位置に配置されたゲッター（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
Ｔｏｒｒ以上の真空度を維持するものである。

【０１０２】次に、単純マトリクス配置の電子源を用い
て構成した表示パネルに、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に
基づいたテレビジョン表示を行う為の駆動回路の構成例
について、図１１を用いて説明する。図１１において、
１０１は画像表示パネル、１０２は走査回路、１０３は
制御回路、１０４はシフトレジスタ、１０５はラインメ
モリ、１０６は同期信号分離回路、１０７は変調信号発
生器、Ｖｘ及びＶａは直流電圧源である。

【０１０３】表示パネル１０１は、端子Ｄｘ１乃至Ｄｘ
ｍ、端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｎ及び高圧端子８７を介して外
部の電気回路と接続している。端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍに
は、表示パネル１０１内に設けられている電子源、即
ち、ｍ行ｎ列の行列状にマトリクス配線された表面伝導
型電子放出素子群を１行（ｎ素子）づつ順次駆動する為
の走査信号が印加される。端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｎには、
前記走査信号により選択された１行の表面伝導型電子放
出素子の各素子の出力電子ビームを制御する為の変調信
号が印加される。高圧端子８７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が、これは
表面伝導型電子放出素子から放出される電子ビームに、
蛍光体を励起するのに十分なエネルギーを付与する為の
加速電圧である。

【０１０４】走査回路１０２について説明する。同回路
は、内部にｍ個のスイッチング素子（図中、Ｓ１乃至Ｓ
ｍで模式的に示している）を備えたものである。各スイ
ッチング素子は、直流電圧電源Ｖｘの出力電圧もしくは
０［Ｖ］（グランドレベル）のいずれか一方を選択し、
表示パネル１０１の端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍと電気的に接
続される。各スイッチング素子Ｓ１乃至Ｓｍは、制御回
路１０３が出力する制御信号Ｔｓｃａｎに基づいて動作
するものであり、例えばＦＥＴのようなスイッチング素
子を組み合わせることにより構成することができる。

【０１０５】直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には表面伝
導型電子放出素子の特性（電子放出しきい値電圧）に基
づき、走査されていない素子に印加される駆動電圧が電
子放出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。

【０１０６】制御回路１０３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
動作を整合させる機能を有する。制御回路１０３は、同
期信号分離回路１０６より送られる同期信号Ｔｓｙｎｃ
に基づいて、各部に対してＴｓｃａｎ，Ｔｓｆｔ及びＴ
ｍｒｙの各制御信号を発生する。

【０１０７】同期信号分離回路１０６は、外部から入力
されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から、同期信号成分と
輝度信号成分とを分離するための回路で、一般的な周波
数分離（フィルター）回路等を用いて構成できる。同期
信号分離回路１０６により分離された同期信号は、垂直
同期信号と水平同期信号より成るが、ここでは説明の便
宜上Ｔｓｙｎｃ信号として図示した。前記テレビ信号か
ら分離された画像の輝度信号成分は、便宜上ＤＡＴＡ信
号と表した。このＤＡＴＡ信号は、シフトレジスタ１０
４に入力される。

【０１０８】シフトレジスタ１０４は、時系列的にシリ
アルに入力される前記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１０３より送られる制御信号Ｔｓｆｔに基づいて
動作する（即ち、制御信号Ｔｓｆｔは、シフトレジスタ
１０４のシフトクロックであると言い換えてもよ
い。）。シリアル／パラレル変換された画像１ライン分
のデータ（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当）
は、Ｉｄ１乃至Ｉｄｎのｎ個の並列信号として前記シフ
トレジスタ１０４より出力される。

【０１０９】ラインメモリ１０５は、画像１ライン分の
データを必要時間の間だけ記憶する為の記憶装置であ
り、制御回路１０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙに従
って適宜Ｉｄ１乃至Ｉｄｎの内容を記憶する。記憶され
た内容は、Ｉｄ’１乃至Ｉｄ’ｎとして出力され、変調
信号発生器１０７に入力される。

【０１１０】変調信号発生器１０７は、画像データＩ
ｄ’１乃至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為の信号源であり、
その出力信号は、端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを通じて表示パ
ネル１０１内の表面伝導型電子放出素子に印加される。

【０１１１】前述したように、本発明を適用可能な電子
放出素子は放出電流Ｉｅに関して以下の基本特性を有し
ている。即ち、電子放出には明確なしきい値電圧Ｖｔｈ
があり、Ｖｔｈ以上の電圧が印加された時のみ電子放出
が生じる。電子放出しきい値以上の電圧に対しては、素
子への印加電圧の変化に応じて放出電流も変化する。こ
のことから、本素子にパルス状の電圧を印加する場合、
例えば電子放出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、電子放出しきい値電圧以上の電圧
を印加する場合には電子ビームが出力される。その際、
パルスの波高値Ｖｍを変化させることにより、出力電子
ビームの強度を制御することが可能である。また、パル
スの幅Ｐｗ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。

【０１１２】従って、入力信号に応じて電子放出素子を
変調する方式としては、電圧変調方式とパルス幅変調方
式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際して
は、変調信号発生器１０７としては、一定長さの電圧パ
ルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パル
スの波高値を変調できるような電圧変調方式の回路を用
いることができる。パルス幅変調方式を実施するに際し
ては、変調信号発生器１０７として、一定の波高値の電
圧パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧
パルスの幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を
用いることができる。

【０１１３】シフトレジスタ１０４やラインメモリ１０
５は、デジタル信号式のものでもアナログ信号式のもの
でも採用できる。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なわれれば良いからである。

【０１１４】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路１０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化
する必要があるが、これには同期信号分離回路１０６の
出力部にＡ／Ｄ変換器を設ければ良い。これに関連して
ラインメモリ１０５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１０７に用いられる回
路が若干異なったものとなる。即ち、デジタル信号を用
いた電圧変調方式の場合、変調信号発生器１０７には、
例えばＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増幅回路等
を付加する。パルス幅変調方式の場合、変調信号発生器
１０７には、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。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
器を付加することもできる。

【０１１５】アナログ信号を用いた電圧変調方式の場
合、変調信号発生器１０７には、例えばオペアンプ等を
用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフト
回路等を付加することもできる。パルス幅変調方式の場
合には、例えば電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）を採用で
き、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加することもでき
る。

【０１１６】このような構成をとり得る本発明を適用可
能な画像形成装置においては、各電子放出素子に、容器
外端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを介して電
圧を印加することにより、電子放出が生じる。高圧端子
８７を介してメタルバック８５あるいは透明電極（不図
示）に高圧を印加し、電子ビームを加速する。加速され
た電子は、蛍光膜８４に衝突し、発光が生じて画像が形
成される。

【０１１７】ここで述べた画像形成装置の構成は、本発
明を適用可能な画像形成装置の一例であり、本発明の技
術思想に基づいて種々の変形が可能である。入力信号に
ついてはＮＴＳＣ方式を挙げたが、入力信号はこれに限
られるものではなく、ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭ方式等の他、
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）方式をも採用
できる。

【０１１８】次に、前述の梯子型配置の電子源及び画像
形成装置について、図１２及び図１３を用いて説明す
る。

【０１１９】図１２は、梯子型配置の電子源の一例を示
す模式図である。図１２において、１１０は電子源基
板、１１１は電子放出素子である。１１２は、電子放出
素子１１１を接続するための共通配線Ｄ１〜Ｄ１０であ
り、これらは外部端子として引き出されている。電子放
出素子１１１は、基板１１０上に、Ｘ方向に並列に複数
個配置されている（これを素子行と呼ぶ）。この素子行
が複数個配置されて、電子源を構成している。各素子行
の共通配線間に駆動電圧を印加することで、各素子行を
独立に駆動させることができる。即ち、電子ビームを放
出させたい素子行には、電子放出しきい値以上の電圧を
印加し、電子ビームを放出させたくない素子行には、電
子放出しきい値以下の電圧を印加する。各素子行間に位
置する共通配線Ｄ２〜Ｄ９は、例えばＤ２とＤ３、Ｄ４
とＤ５、Ｄ６とＤ７、Ｄ８とＤ９を一体の同一配線とす
ることもできる。

【０１２０】図１３は、梯子型配置の電子源を備えた画
像形成装置におけるパネル構造の一例を示す模式図であ
る。１２０はグリッド電極、１２１は電子が通過するた
めの開口、Ｄ１乃至Ｄｍは容器外端子、Ｇ１乃至Ｇｎは
グリッド電極１２０と接続された容器外端子である。１
１０は各素子行間の共通配線を同一配線とした電子源基
板である。図１３においては、図９、図１２に示した部
位と同じ部位には、これらの図に付したのと同一の符号
を付している。ここに示した画像形成装置と、図９に示
した単純マトリクス配置の画像形成装置との大きな違い
は、電子源基板１１０とフェースプレート８６の間にグ
リッド電極１２０を備えているか否かである。

【０１２１】図１３においては、基板１１０とフェース
プレート８６の間には、グリッド電極１２０が設けられ
ている。グリッド電極１２０は、表面伝導型電子放出素
子１１１から放出された電子ビームを変調するためのも
のであり、梯子型配置の素子行と直交して設けられたス
トライプ状の電極に電子ビームを通過させるため、各素
子に対応して１個ずつ円形の開口１２１が設けられてい
る。グリッド電極の形状や配置位置は、図１３に示した
ものに限定されるものではない。例えば、開口としてメ
ッシュ状に多数の通過口を設けることもでき、グリッド
電極を表面伝導型電子放出素子の周囲や近傍に設けるこ
ともできる。

【０１２２】容器外端子１２２Ｄ１乃至Ｄｍ及びグリッ
ド容器外端子１２３Ｇ１乃至Ｇｎは、不図示の制御回路
と電気的に接続されている。

【０１２３】本例の画像形成装置では、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
列に画像１ライン分の変調信号を同時に印加する。これ
により、各電子ビームの蛍光体への照射を制御し、画像
を１ラインずつ表示することができる。

【０１２４】以上説明した本発明の画像形成装置は、テ
レビジョン放送の表示装置、テレビ会議システムやコン
ピューター等の表示装置の他、感光性ドラム等を用いて
構成された光プリンターとしての画像形成装置等として
も用いることができる。

【０１２５】

【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳述す
る。

【０１２６】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）に示されるものと同様である。

【０１２７】表面伝導型電子放出素子の製法は、基本的
には図３及び図４で説明した方法と同様である。以下、
図１，図３，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。

【０１２８】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、素子電極間ギ
ャップＬとなるべきパターンをフォトレジスト（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３０ｎｍのＰｔを順次
堆積した。

【０１２９】フォトレジストパターンを有機溶剤で溶解
し、Ｐｔ／Ｔｉ堆積膜をリフトオフし、素子電極間隔Ｌ
は１０μｍとし、素子電極の幅Ｗが１００μｍの素子電
極２，３を形成した（図３（ａ）参照）。

【０１３０】工程−ｂ次に、導電性膜４の所望のパターンを形成するためのマ
スクをフォトレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−４１・日立
化成社製）により形成し、その上にスパッタ蒸着法によ
り膜厚３０ｎｍのＰｔ膜を堆積させ、導電性膜４を形成
した。その後、フォトレジストパターンを有機溶剤で溶
解し、Ｐｔ膜をリフトオフして所望のパターンを形成し
た（図３（ｂ）参照）。

【０１３１】以上の工程により、基板１上に素子電極
２，３及び導電性膜４を形成した。

【０１３２】工程−ｃその後、導電性膜４の中央部を集束イオンビーム（ＦＩ
Ｂ）により局所的に除去して電気的に完全に絶縁し、狭
間隙長さＷ’＝１００μｍ、狭間隙の幅Ｌ’＝１００ｎ
ｍの狭間隙６を形成した（図３（ｃ）、図４（ａ）参
照）。超高分解能電界放出型電子顕微鏡により、狭間隙
の幅Ｌ’のばらつきは１０％以下であり、狭間隙の幅
Ｌ’が略一定であることが確認された。

【０１３３】工程−ｄ次に、加速電圧が３０ｋＶ、イオン電流が１００ｐＡ、
イオン源がＧａである集束イオンビーム（ＦＩＢ）を用
いて、狭間隙内に微粒子を分散させ、電子放出部５を形
成した（図４（ｂ），（ｃ）参照）。すなわち、試料全
体を狭間隙方向に水平面から７０°斜めに傾け、ＦＩＢ
を用いて、導電性膜４と狭間隙の段差部を選択的に１分
間スパッタし、狭間隙内に導電性膜４を構成する微粒子
を分散させた。微粒子分散工程後の狭間隙内の状態は、
超高分解能電界放出型電子顕微鏡により確認した。この
とき、微粒子は狭間隙内に粒径が平均２ｎｍ程度の粒子
が面積専有率で約５０％程度を占めていた。

【０１３４】工程−ｅ次に、この表面伝導型電子放出素子を図６の測定評価系
に設置し、真空ポンプ５６にて排気して２×１０^-5Ｔｏ
ｒｒの真空度に達した後、電源５１より素子電極２，３
間に電圧を印加し、活性化処理を行ったところ、素子電
流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅが著しく変化して増加した（図
３（ｄ）参照）。

【０１３５】活性化処理の電圧波形は、図５（ａ）に示
す矩形波を使用した。

【０１３６】図５（ａ）に示すＴ１と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５ミ
リ秒、Ｔ２を５０ミリ秒とし、矩形波の波高値は１４Ｖ
として行った。活性化処理に要した時間は、４０分間で
あった。

【０１３７】更に、以上のように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。この表面伝導型電子放出素子及びア
ノード電極５４は真空装置５５内に設置されており、そ
の真空装置５５には排気ポンプ５６及び不図示の真空計
等の機器が具備されており、所望の真空雰囲気下で表面
伝導型電子放出素子の測定評価を行えるようになってい
る。

【０１３８】尚、図６におけるアノード電極５４と表面
伝導型電子放出素子の距離Ｈを４ｍｍ、アノード電極５
４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^-6Ｔｏｒｒとした。

【０１３９】その結果、素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅ
を測定したところ、図７に示したような電流−電圧特性
が得られた。本実施例の表面伝導型電子放出素子では、
素子電圧１０Ｖ程度から急激に放出電流Ｉｅが増加し、
素子電圧１４Ｖでは素子電流Ｉｆが１．０ｍＡ、放出電
流Ｉｅが１．０μＡとなり、電子放出効率η＝Ｉｅ／Ｉ
ｆは０．１％であった。

【０１４０】次に、同様な方法で１０素子を作製し、素
子毎の電子放出効率のばらつきを測定したところ、ばら
つきが６％であった。

【０１４１】本実施例の表面伝導型電子放出素子は、Ｆ
ＩＢにより狭間隙を形成し、微粒子分散工程を経てい
る。したがって、本実施例によれば、狭間隙内に微粒子
を分散させたことにより、活性化処理に要する時間が短
縮され、電子放出特性のばらつきが少ない表面伝導型電
子放出素子を作製することができる。加えて、狭間隙内
への微粒子分散手法としてＦＩＢを用いているので、試
料の移動等を伴わず、そのまま微粒子分散工程まで行う
ことができる。

【０１４２】実施例２実施例２では、工程−ｄまで実施例１と同様にして表面
伝導型電子放出素子を作製した後、この素子を図６の測
定評価系に設置した。真空装置５５内をイオンポンプで
充分に真空排気した後、約２×１０^-3Ｔｏｒｒのアセト
ンを導入して、電源５１より素子電極２，３間に電圧を
印加し、活性化処理を行った。このようにして活性化処
理を行った本実施例の表面伝導型電子放出素子では、約
４０分で素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅが著しく変化し
て増加するようになり、電子放出部５が形成され、活性
化処理を終了した。本実施例における活性化処理の電圧
波形は、実施例１と全く同様にして行った。

【０１４３】以上のように作成した表面伝導型電子放出
素子について、実施例１と同様に図６の測定評価系を用
いて素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅを測定したところ、
図７に示したような電流−電圧特性が得られた。本実施
例の表面伝導型電子放出素子では、素子電圧１０Ｖ程度
から急激に放出電流Ｉｅが増加し、素子電圧１４Ｖでは
素子電流Ｉｆが１．３ｍＡ、放出電流Ｉｅが１．３μＡ
となり、電子放出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆは０．１％であっ
た。

【０１４４】次に、同様な方法で１０素子を作製し、素
子毎の電子放出効率のばらつきを測定したところ、ばら
つきが５％であった。

【０１４５】本実施例によれば、狭間隙内に微粒子を分
散させたことにより、活性化処理に要するアセトンの分
圧が通常の通電処理を行う表面伝導型電子放出素子に比
べて少なくて済み、又、活性化処理の開始をより早め、
電子放出特性のばらつきが少ない表面伝導型電子放出素
子を作製することができることが判る。

【０１４６】実施例３実施例３では、金属Ｎｉの抵抗加熱蒸着により導電性膜
４の形成を行った以外、実施例１の工程−ｄまでと同様
にして表面伝導型電子放出素子を作製した。活性化工程
は、実施例２と同様の条件でアセトンを用いて行った。

【０１４７】以上のように作成した表面伝導型電子放出
素子について、図６の測定評価系を用いて素子電流Ｉｆ
及び放出電流Ｉｅを測定したところ、図７に示したよう
な電流−電圧特性が得られた。本実施例の表面伝導型電
子放出素子では、素子電圧１０Ｖ程度から急激に放出電
流Ｉｅが増加し、素子電圧１４Ｖでは素子電流Ｉｆが
１．５ｍＡ、放出電流Ｉｅが１．７μＡとなり、電子放
出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆは０．１１％であった。

【０１４８】次に、同様な方法で１０素子を作製し、素
子毎の電子放出効率のばらつきを測定したところ、ばら
つきが５％であった。

【０１４９】本実施例によって作製された表面伝導型電
子放出素子を透過型電子顕微鏡により観察したところ、
狭間隙近傍に極めて結晶性の高いグラファイトカーボン
が堆積しているのが観察された。本実施例にれば、狭間
隙内に微粒子を分散させたことによる活性化時間の短縮
の効果に加え、金属Ｎｉ上に堆積するカーボンの結晶向
上の効果により、電子放出効率が実施例１及び２と比較
して高かったことを示している。

【０１５０】本実施例では、導電性膜４を形成する材料
を最適化することで、本発明の効果をさらに大きくする
ことができることを示唆している。

【０１５１】実施例４図８に示したように、多数の表面伝導型電子放出素子７
４を単純マトリクス配置した基板７１に対して、夫々実
施例１と同様にしてＦＩＢにより導電性膜４の中央部に
狭間隙を形成した後、微粒子分散工程を経て、活性化処
理を行い電子源基板を形成した。活性化処理は図５
（ａ）の矩形波を使用し、電圧波形のパルス幅Ｔ１を５
ミリ秒、パルス間隔Ｔ２を５０ミリ秒とし、矩形波の波
高値（活性化時のピーク電圧）を１４Ｖで、約１×１０
^-5の真空雰囲気下で行った。

【０１５２】次に、このようにして作成した電子源基板
を用いて画像形成装置を構成した例を、図９と図１０を
用いて説明する。

【０１５３】上述のようにして多数の表面伝導型電子放
出素子７４を設けた基板７１をリアプレート８１上に固
定した後、基板７１の５ｍｍ上方に、フェースプレート
８６（ガラス基板８３の内面に蛍光膜８４とメタルバッ
ク８５が形成されて構成される）を支持枠８２を介して
配置し、フェースプレート８６、支持枠８２、リアプレ
ート８１の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中で
４００℃１０分焼成することで封着した。またリアプレ
ート８１への基板７１の固定もフリットガラスで行っ
た。

【０１５４】図９において、７２，７３は夫々Ｘ方向及
びＹ方向配線である。

【０１５５】蛍光膜８４は、モノクロームの場合は蛍光
体９２のみからなるが、本実施例では蛍光体９２はスト
ライプ形状（図１０（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９２を塗布
して蛍光膜８４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。

【０１５６】ガラス基板８３に蛍光体９２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８４の内
面側にはメタルバック８５を設けた。メタルバック８５
は、蛍光膜８４の作製後、蛍光膜８４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。

【０１５７】フェースプレート８６には、更に蛍光膜８
４の導電性を高めるため、蛍光膜８４の外面側に透明電
極が設けられる場合もあるが、本実施例では、メタルバ
ック８５のみで十分な導電性が得られたので省略した。

【０１５８】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体９２と表面伝導型電子放出素子７４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。

【０１５９】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７４に印加す
ることにより電子放出させると共に、高圧端子８７を通
じてメタルバック８５あるいは透明電極（不図示）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８４に衝突させ、励起・発光させることで画像の表示
が得られた。

【０１６０】実施例５図１４は、実施例４の画像形成装置（ディスプレイパネ
ル）を、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。

【０１６１】図中１７００はディスプレイパネル、１７
０１はディスプレイパネルの駆動回路、１７０２はディ
スプレイコントローラ、１７０３はマルチプレクサ、１
７０４はデコーダ、１７０５は入出力インターフェース
回路、１７０６はＣＰＵ、１７０７は画像生成回路、１
７０８及び１７０９及び１７１０は画像メモリーインタ
ーフェース回路、１７１１は画像入力インターフェース
回路、１７１２及び１７１３はＴＶ信号受信回路、１７
１４は入力部である。

【０１６２】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。

【０１６３】以下、画像信号の流れに沿って各部の機能
を説明する。

【０１６４】まず、ＴＶ信号受信回路１７１３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。

【０１６５】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。

【０１６６】ＴＶ信号受信回路１７１３で受信されたＴ
Ｖ信号は、デコーダ１７０４に出力される。

【０１６７】ＴＶ信号受信回路１７１２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１７１３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１７０４に出力される。

【０１６８】画像入力インターフェース回路１７１１
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１７０４に出
力される。

【０１６９】画像メモリーインターフェース回路１７１
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１７０４に出力される。

【０１７０】画像メモリーインターフェース回路１７０
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
７０４に出力される。

【０１７１】画像メモリーインターフェース回路１７０
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１７０４に入力さ
れる。

【０１７２】入出力インターフェース回路１７０５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ＣＰＵ１７０６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。

【０１７３】画像生成回路１７０７は、前記入出力イン
ターフェース回路１７０５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ＣＰＵ１７０
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。

【０１７４】本回路により生成された表示用画像データ
は、デコーダ１７０４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１７０５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。

【０１７５】ＣＰＵ１７０６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。

【０１７６】例えば、マルチプレクサ１７０３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
７０２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１７０７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１７０５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。

【０１７７】尚、ＣＰＵ１７０６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１７０５
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。

【０１７８】入力部１７１４は、前記ＣＰＵ１７０６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。

【０１７９】デコーダ１７０４は、前記１７０７ないし
１７１３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１７０
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。

【０１８０】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１７０７
及びＣＰＵ１７０６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。

【０１８１】マルチプレクサ１７０３は、前記ＣＰＵ１
７０６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１７０３
はデコーダ１７０４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１７０１
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。

【０１８２】ディスプレイパネルコントローラ１７０２
は、前記ＣＰＵ１７０６より入力される制御信号に基づ
き、駆動回路１７０１の動作を制御するための回路であ
る。

【０１８３】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１７０１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１７０１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１７０１に対して出力す
る場合もある。

【０１８４】駆動回路１７０１は、ディスプレイパネル
１７００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１７０３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１７０２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。

【０１８５】以上、各部の機能を説明したが、図１４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１７００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１
７０４におて逆変換された後、マルチプレクサ１７０３
において適宜選択され、駆動回路１７０１に入力され
る。一方、デイスプレイコントローラ１７０２は、表示
する画像信号に応じて駆動回路１７０１の動作を制御す
るための制御信号を発生する。駆動回路１７０１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１
７００に駆動信号を印加する。これにより、ディスプレ
イパネル１７００において画像が表示される。これらの
一連の動作は、ＣＰＵ１７０６により統括的に制御され
る。

【０１８６】本画像形成装置においては、前記デコーダ
１７０４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路１７０
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。

【０１８７】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。

【０１８８】尚、図１４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。

【０１８９】例えば図１４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。

【０１９０】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
レイパネルの薄型化が容易なため、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。

【０１９１】比較例１比較例１の表面伝導型電子放出素子の製造方法を述べ
る。本比較例の表面伝導型電子放出素子の構成は、図１
（ａ），（ｂ）に示したものと同様である。

【０１９２】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、
素子電極間ギャップＬとなるべきパターンをフォトレジ
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１００ｎ
ｍのＮｉを順次堆積した。

【０１９３】フォ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、素子電極間隔Ｌ
は１０μｍとし、素子電極の幅Ｗが３００μｍの素子電
極２，３を形成した。

【０１９４】その後、不図示のマスクにより膜厚１００
ｎｍのＣｒ膜を真空蒸着法により堆積、パターニング
し、その上に酢酸Ｐｄ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。また、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形
成される導電性膜４の膜厚は１０ｎｍ、シート抵抗値は
２×１０^-4Ω／□であった。

【０１９５】Ｃｒ膜及び焼成後の導電性膜４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。

【０１９６】次に、作製した表面伝導型電子放出素子を
図６の測定評価系に設置し、真空装置５５内を真空ポン
プ５６により排気して２×１０^-5Ｔｏｒｒの真空度に達
した後、素子電極２，３間に素子電圧Ｖｆを印加し、通
電処理（フォーミング処理）した。フォーミング処理の
電圧波形は図５（ｂ）に示すように、パルス幅Ｔ１を１
ミリ秒とし、パルス間隔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）を０．１Ｖス
テップで昇圧し、フォーミング処理を行った。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
Ω以上になった時とし、同時に素子電極２，３間への電
圧の印加を終了した。

【０１９７】そして、フォーミング工程を終了した表面
伝導型電子放出素子を図６の測定評価系に設置したま
ま、２×１０^-5Ｔｏｒｒの真空度下で、素子電極２，３
間に素子電圧Ｖｆを印加し、活性化処理を行った。活性
化処理の電圧波形は図５（ａ）に示すような矩形波を使
用し、パルス幅Ｔ１を５ミリ秒とし、パルス間隔Ｔ２を
５０ミリ秒とし、矩形波の波高値（活性化時のピーク電
圧）を１４Ｖとして行った。活性化処理に要した時間
は、６０分であった。

【０１９８】以上のように作成した比較例１の表面伝導
型電子放出素子について、図６の測定評価系を用いて電
子放出特性を測定したところ、素子電圧１０Ｖ程度から
急激に放出電流Ｉｅが増加し、素子電圧１４Ｖでは素子
電流Ｉｆが０．８ｍＡ、放出電流Ｉｅが０．６２μＡと
なり、電子放出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆは０．０８％であっ
た。

【０１９９】次に、同様な方法で１０素子を作製し、素
子毎の電子放出効率のばらつきを測定したところ、ばら
つきが１５％であった。

【０２００】比較例２比較例２では、フォーミング工程まで比較例１と同様の
製造工程を経た後、引き続き表面伝導型電子放出素子を
図６の測定評価系に設置したまま、イオンポンプで充分
に真空排気した後に、約１×１０^-5Ｔｏｒｒのアセトン
を導入して、素子電極間に素子電圧Ｖｆを印加し、活性
化処理を行った。活性化処理の電圧波形は、比較例１と
同様である。

【０２０１】しかしながら、約１×１０^-5Ｔｏｒｒのア
セトンでは活性化しなかったので、アセトンの分圧を約
２×１０^-3Ｔｏｒｒまで増加させると、６０分で活性化
した。

【０２０２】以上のように作成した比較例２の表面伝導
型電子放出素子について、図６の測定評価系を用いて電
子放出特性を測定したところ、素子電圧１０Ｖ程度から
急激に放出電流Ｉｅが増加し、素子電圧１２Ｖでは素子
電流Ｉｆが１．０ｍＡ、放出電流Ｉｅが０．７８μＡと
なり、電子放出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆは０．０８％であっ
た。

【０２０３】次に、同様な方法で１０素子を作製し、素
子毎の電子放出効率のばらつきを測定したところ、ばら
つきが１３％であった。

【０２０４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
素子電極間を連絡する導電性膜に、微細加工技術により
０．３μｍ以下で略一定の幅の狭間隙が形成され、該狭
間隙及び導電性膜に高速イオンが照射されることによっ
て、狭間隙内に導電性膜を構成する物質を主成分とする
微粒子が均一に形成されるので、狭間隙内の状態を均一
にすることができ、その後の活性化を均一に行うことが
できるため、電子放出特性のばらつきを小さくすること
ができる。よって、通常の通電フォーミングによって導
電性膜に狭い間隙（亀裂）が形成された表面伝導型電子
放出素子よりも活性化時間が短縮され、導入ガス圧を減
少させることができる。

【０２０５】また、微細加工技術を用いて狭間隙を作製
しているので、従来のような通電処理もしくは熱処理に
よるフォーミング処理を施さずに活性化処理を施すこと
ができ、フォーミング処理によって生じる破壊、変形領
域の幅にばらつきを持った素子に対して活性化工程を施
した場合に生じるリーク領域及び不活性領域をできるだ
け少なくすることができる。

【０２０６】したがって、本発明の表面伝導型電子放出
素子によれば、素子長さ（狭間隙の長さ）に相当する全
領域から電子放出し、且つ各表面伝導型電子放出素子間
の電子放出特性が極めて均一であることから、均一性の
高い電子源及び画像形成装置を実現することができる。
また、本発明の表面伝導型電子放出素子にはリーク領域
が存在しないため、電子放出特性が安定で、電子放出効
率が高い表面伝導型電子放出素子を得ることができ、高
輝度で動作安定性に優れた画像形成装置を実現すること
ができる。

【０２０７】さらに、入力信号に応じて電子を放出する
電子源において、上記の電子放出素子を複数個配置した
電子源であって、基体に複数の素子を複数個並列に配置
し、個々の素子の両端を配線に接続した素子の行を複数
もち、更に変調手段を有している配置法、あるいは基体
に互いに電気的に絶縁されたｍ本のＸ方向配線とｎ本の
Ｙ方向配線とに、該電子放出素子の一対の素子電極とを
接続した電子放出素子を複数個配列した配置とする電子
源とすることで、安定で歩留り良い画像形成装置を作製
することができる。

【０２０８】そして、画像形成装置においては、入力信
号に基づいて画像を形成する装置であって、少なくとも
画像形成部材と上記電子源より構成された画像形成装置
であるため、安定で制御された電子放出特性を有する画
像形成装置が得られる。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、低電流で明るく高品位な
カラーフラットテレビが実現された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の平面型表面伝導型電子放出素子を示す
概略的構成図である。

【図２】本発明の垂直型表面伝導型電子放出素子を示す
概略的構成図である。

【図３】本発明の表面伝導型電子放出素子の製造方法を
示す図である。

【図４】本発明の表面伝導型電子放出素子の製造方法を
示す図である。

【図５】活性化処理に用いる電圧波形の例を示す図であ
る。

【図６】本発明の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５における画像形成装置を示すブロッ
ク図である。

【図１５】従来の平面型表面伝導型電子放出素子を示す
概略的構成図である。

【符号の説明】

１基体２，３素子電極４導電性膜５電子放出部６狭間隙２１段差形成部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７１基板７２Ｘ方向配線（下配線）７３Ｙ方向配線（上配線）７４表面伝導型電子放出素子７５結線８１リアプレート８２支持枠８３ガラス基板８４蛍光膜８５メタルバック８６フェースプレート８７高圧端子８８外囲器９１黒色導伝材９２蛍光体１０１表示パネル１０２走査回路１０３制御回路１０４シフトレジスタ１０５ラインメモリ１０６同期信号分離回路１０７変調信号発生器１１１表面伝導型電子放出素子１１２共通配線１２０グリッド電極１２１開口１７００ディスプレイパネル１７０１駆動回路１７０２ディスプレイコントローラ１７０３マルチプレクサ１７０４デコーダ１７０５入出力インターフェース回路１７０６ＣＰＵ１７０７画像生成回路１７０８画像メモリーインターフェース回路１７０９画像メモリーインターフェース回路１７１０画像メモリーインターフェース回路１７１１画像入力インターフェース回路１７１２ＴＶ信号受信回路１７１３ＴＶ信号受信回路１７１４入力部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に素子電極を形成すると共に、素
子電極間を連絡する導電性膜を形成する工程と、微細加工技術によって導電性膜に狭間隙を形成する工程
と、高速イオンを照射して狭間隙内に導電性膜を構成する物
質を主成分とする微粒子を形成する工程と、微粒子を形成した狭間隙内に電子放出部を形成する活性
化工程とを有することを特徴とする電子放出素子の製造
方法。
【請求項２】微細加工技術が集束イオンビーム技術ま
たはフォトリソグラフィ技術であることを特徴とする請
求項１の電子放出素子の製造方法。
【請求項３】高速イオンを照射する手段が、集束イオ
ンビーム技術であることを特徴とする請求項１または２
の電子放出素子の製造方法。
【請求項４】活性化工程が、有機物質の存在下で素子
電極間に電圧を印加して行われ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の製造方法。
【請求項５】活性化工程において、狭間隙に炭素を主
成分とする堆積物が形成されることを特徴とする請求項
４の電子放出素子の製造方法。
【請求項６】狭間隙の炭素を主成分とする堆積物が、
グラファイトまたはアモルファスカーボンもしくはそれ
らの混合物であることを特徴とする請求項５の電子放出
素子の製造方法。
【請求項７】活性化工程の後に、活性化工程より高い
真空度下で表面伝導型電子放出素子に電圧を印加する安
定化工程を有することを特徴とする請求項４ないし６い
ずれかの電子放出素子の製造方法。
【請求項８】請求項１ないし７いずれかの方法で製造
されたことを特徴とする電子放出素子。
【請求項９】素子電極が同一面上に形成された平面型
であることを特徴とする請求項８の電子放出素子。
【請求項１０】素子電極が絶縁層を介して上下に位置
し、該絶縁層の側面に電子放出部を含む導電性膜が形成
された垂直型であることを特徴とする請求項８の電子放
出素子。
【請求項１１】複数の電子放出素子を備えた電子源の
製造方法において、基板上に複数対の素子電極を形成すると共に、各対の素
子電極間を連絡する導電性膜を形成する工程と、微細加工技術によって各導電性膜に狭間隙を形成する工
程と、高速イオンを照射して各狭間隙内に導電性膜を構成する
物質を主成分とする微粒子を形成する工程と、微粒子を形成した各狭間隙内に電子放出部を形成する活
性化工程とを有することを特徴とする電子源の製造方
法。
【請求項１２】微細加工技術が集束イオンビーム技術
またはフォトリソグラフィ技術であることを特徴とする
請求項１１の電子源の製造方法。
【請求項１３】高速イオンを照射する手段が、集束イ
オンビーム技術であることを特徴とする請求項１１また
は１２の電子源の製造方法。
【請求項１４】活性化工程が、有機物質の存在下で各
対の素子電極間に電圧を印加して行われることを特徴と
する請求項１１ないし１３いずれかの電子源の製造方
法。
【請求項１５】活性化工程において、各狭間隙に炭素
を主成分とする堆積物が形成されることを特徴とする請
求項１４の電子源の製造方法。
【請求項１６】各狭間隙の炭素を主成分とする堆積物
が、グラファイトまたはアモルファスカーボンもしくは
それらの混合物であることを特徴とする請求項１５の電
子源の製造方法。
【請求項１７】活性化工程の後に、活性化工程より高
い真空度下で各電子放出素子に電圧を印加する安定化工
程を有することを特徴とする請求項１４ないし１６いず
れかの電子源の製造方法。
【請求項１８】請求項１１ないし１７いずれかの方法
で製造されたことを特徴とする電子源。
【請求項１９】各電子放出素子が、その素子電極が同
一面上に形成された平面型であることを特徴とする請求
項１８の電子源。
【請求項２０】各電子放出素子が、その素子電極が絶
縁層を介して上下に位置し、該絶縁層の側面に電子放出
部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１８の電子源。
【請求項２１】複数の電子放出素子を配列した素子列
を少なくとも１列以上有し、各電子放出素子を駆動する
ための配線がマトリクス配置されていることを特徴とす
る請求項１８ないし２０いずれかの電子源。
【請求項２２】複数の電子放出素子を配列した素子列
を少なくとも１列以上有し、各電子放出素子を駆動する
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
請求項１８ないし２０いずれかの電子源。
【請求項２３】請求項１８ないし２２いずれかの電子
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２４】請求項１８ないし２２いずれかの電子
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２５】請求項１８ないし２２いずれかの電子
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組み合わせることを特徴とする画像
形成装置の製造方法。
【請求項２６】請求項１８ないし２２いずれかの電子
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組み合わせること
を特徴とする画像形成装置の製造方法。