JPH11176321A

JPH11176321A - 電子放出素子、電子源、画像形成装置及びこれらの製造方法

Info

Publication number: JPH11176321A
Application number: JP34611097A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Sakano; 嘉和坂野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-12-16
Filing date: 1997-12-16
Publication date: 1999-07-02

Abstract

(57)【要約】【課題】電子放出素子において、膜厚分布を有する導
電性膜に良好に電子放出部を形成する。【解決手段】導電性膜４にパルス電圧を印加して電子
放出部５を形成するフォーミング工程において、先ず有
機物質のガスを導入し、引き続き、導電性膜４の材質の
還元または凝集を促進するガスを導入する。

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、該
素子を複数用いた電子源、これを用いた表示装置や露光
装置等の画像形成装置、さらにはこれらの製造方法に関
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」と称する）、金属／絶縁層／金属型（以下、「ＭＩ
Ｍ型」と称する）や、表面電子放出素子等が有る。

【０００３】ＦＥ型の例としては、ダブリュ・ピイ・ダ
イクアンドダブリュ・ダブリュ・ドラン（Ｗ．Ｐ．
ＤｙｋｅａｎｄＷ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ）「フィールド
エミッション（ＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎ）」，
アドバンスインエレクトロンフィジックス（Ａｄ
ｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓｉｃ
ｓ），８，８９（１９５６）或いはシイ・エイ・スピン
ト（Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ），「フィジカルプロパテ
ィズオブシン−フィルムフィールドエミッショ
ンカソーズウィズモリブデナムコーンズ（Ｐｈ
ｙｓｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ
−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈ
ｏｄｅｓｗｉｔｈｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｃｏｎｅ
ｓ）」，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８
（１９７６）等に開示されたものがある。

【０００４】また、ＭＩＭ型の例としては、シイ・エイ
・ミード（Ｃ．Ａ．Ｍｅａｄ），「オペレーションオ
ブトンネル−エミッションデバイセズ（Ｏｐｅｒａ
ｔｉｏｎｏｆＴｕｎｎｅｌ−ＥｍｉｓｓｉｏｎＤ
ｅｖｉｃｅｓ）」，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、エ
ム・アイ・エリンソン（Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ），Ｒ
ａｄｉｏＥｎｇ．ＥｌｅｃｔｏｒｏｎＰｈｙｓ．，
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ＳｎＯ₂ 薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によ
るもの［ジイ・ディットマー（Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ）
「シンソリッドフィルムズ（ＴｈｉｎＳｏｌｉｄ
Ｆｉｌｍｓ）」，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂
Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの［エム・ハートウェル
アンドシイ・ジイ・フォンスタッド（Ｍ．Ｈａｒｔｗ
ｅｌｌａｎｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ），「ＩＥＥＥ
Ｔｒａｎｓ．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、第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、前述のエム・ハートウェルの素子構成を図
１４に模式的に示す。同図において１は基板である。ま
た、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
０．１ｍｍ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、電子放出を行なう前に導電性膜４に予め通電フォー
ミングと呼ばれる通電処理を施して電子放出部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
裂を発生しており、その亀裂付近から電子放出が行なわ
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、大面積に亘って多数素子を配列形
成できる利点がある。そこで、この特徴を生かすための
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）にて夫々結線した行を多数
行配列（梯子状配置）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１−２８３
７４９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】また、電子源の製造方法として、本出願人
は、特開平８−８３０７１号公報、同８−１２４４７８
号公報において、新規な製造方法を提案した。先ず、特
開平８−８３０７１号公報においては、導電性膜に電子
放出部を形成するフォーミング工程において、電子放出
部となる導電性膜の亀裂幅を狭く形成するために、該導
電性膜の素材の還元または凝集を促進する雰囲気下でフ
ォーミング工程を施す方法を提案した。また、特開平８
−１２４４７８号公報においては、各素子の導電性膜に
電子放出部を形成するフォーミング工程において、共通
配線の配線抵抗によるフォーミング後の電子放出部のバ
ラツキを防止するために、有機物質の存在下でフォーミ
ング処理を施す方法を提案している。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た特開平８−１２４４７８号公報にて提案した電子源の
製造方法において、導電性膜形成素材を液滴の状態で付
与して形成する方法を適用した場合、得られる導電性膜
に膜厚分布が伴うと、膜厚の厚い部分が先にフォーミン
グされ、雰囲気中の有機物質より炭素を主成分とする被
膜が堆積して導電性を呈するようになり、膜厚の薄い部
分に十分な電流が流れずにフォーミングされない場合が
ある。その結果、導電性膜に電流の流路が残留し、駆動
した際に素子電流（Ｉ_f ）にリーク成分が発生し、素子
特性が劣るという問題があった。

【００１４】本発明の目的は、上記問題点を解決し、膜
厚分布を有する導電性膜においても良好に電子放出部を
形成してリーク成分のない良好な素子特性を有する電子
放出素子を製造し、該電子放出素子を複数個設けてなる
電子源、さらには該電子源を構成部材とする画像形成装
置を歩留良く提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の第一は、基板上
に形成した一対の素子電極と、該素子電極のそれぞれに
電気的に接続された導電性膜と、該導電性膜の一部に形
成された電子放出部を有する電子放出素子の製造方法で
あって、基板上に上記素子電極を形成する工程と、上記
導電性膜を形成する工程と、上記素子電極間に電圧を印
加し、且つその雰囲気中に少なくとも有機物質のガス及
び上記導電性膜の材質の還元または凝集を室温において
促進するガスを導入して該導電性膜に電子放出部を形成
するフォーミング工程と、を少なくとも有することを特
徴とする電子放出素子の製造方法である。

【００１６】ここで、導電性膜の材質を「還元または凝
集」させることの効果について説明する。「還元または
凝集」はいずれも導電性膜の材質を凝集させて、孤立し
た粒子の集まりとすることにより、全体としての導電性
を喪失させる効果がある。導電性膜がＰｄＯなどの導電
性のある酸化物である場合には、後述するように還元さ
れる際に凝集を起こす。また、導電性膜が金属Ｐｄ微粒
子などで形成されている場合には、それ以上還元される
ことはないが、水素は微粒子をより大きな粒子に凝集さ
せる効果を示す場合がある。本明細書では、このような
現象を促進する効果を修するガスを「還元または凝集を
促進するガス」と表現する。

【００１７】また、本発明は、上記製造方法によって製
造されたことを特徴とする電子放出素子を提供するもの
である。

【００１８】さらに、本発明は、上記複数の電子放出素
子と、該電子放出素子の各素子電極に接続された配線と
を少なくとも有する電子源を提供するものであり、その
第一は、各素子電極をそれぞれ共通の配線に梯子状に結
線してなる素子行を１行以上有し、さらに各電子放出素
子から放出される電子線の量を制御する制御電極を有す
ることを特徴とする。また、第二は、上記配線が互いに
交差するように２方向に配置され、その間に両者を電気
的に分離する層間絶縁層を有するマトリクス配線であ
り、上記複数の電子放出素子のそれぞれにおいて、一対
の素子電極のそれぞれが上記各方向の配線にそれぞれ結
線されていることを特徴とする。

【００１９】またさらに、本発明は、上記電子源と、画
像形成部材を有することを特徴とする画像形成装置を提
供するものである。

【００２０】また、本発明は、上記電子放出素子の製造
方法で同一基板上に複数の電子放出素子を形成してなる
ことを特徴とする電子源の製造方法、該製造方法で得ら
れた電子源を、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を提供するものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好ましい実施形態
として表面伝導型電子放出素子を例に挙げて本発明を詳
細に説明する。

【００２２】表面伝導型電子放出素子の基本的構成には
大別して、平面型と垂直型がある。

【００２３】先ず、平面型の表面伝導型電子放出素子に
ついて説明する。

【００２４】図１は、平面型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）は縦断面図である。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。

【００２５】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。

【００２６】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
の金属或いは合金及びＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ₂ 、Ｐ
ｄ−Ａｇ等の金属或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。

【００２７】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、導電性
膜４の形状等は、応用される形態等を考慮して、設計さ
れる。素子電極間隔Ｌは、好ましくは５００ｎｍ〜５０
０μｍの範囲とし、より好ましくは、素子電極間に印加
する電圧等を考慮して、２μｍ〜５０μｍの範囲とす
る。

【００２８】素子電極長さＷは、電極の抵抗値、電子放
出特性を考慮すると、好ましくは５μｍ〜５００μｍの
範囲であり、素子電極２、３の膜厚ｄは、好ましくは５
０ｎｍ〜５μｍの範囲である。

【００２９】尚、図１に示した構成だけでなく、基板１
上に、導電性膜４、対向する素子電極２、３の順に積層
した構成とすることもできる。

【００３０】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。

【００３１】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間の抵抗値等を考慮して適宜設
定されるが、通常は、数Å〜数百ｎｍの範囲とするのが
好ましく、より好ましくは１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲とす
るのが良い。その抵抗値は、Ｒ_s が１×１０² 〜１×１
０⁷ Ω／□の値である。尚、Ｒ_s は、幅がｗで長さがｌ
の薄膜の長さ方向に測定した抵抗ＲをＲ＝Ｒ_s（ｌ／
ｗ）とおいた時の値である。

【００３２】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、或
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Å〜数百ｎｍの範囲、好まし
くは１ｎｍ〜２０ｎｍの範囲である。

【００３３】尚、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。

【００３４】一般に、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」を呼ぶことは広く行なわれてい
る。

【００３５】しかしながら、それぞれの境は厳密なもの
ではなく、どのよう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。

【００３６】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〜
３ｎｍ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。」（第１９５頁２２〜２６行目）と記述されてい
る。

【００３７】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」の定義では、粒
径の下限がさらに小さく、次のようなものであった。

【００３８】「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、第２頁１〜４行目）／「超
微粒子よりもさらに小さいもの、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」（同書第２頁１２〜１３行目）。

【００３９】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、「超微粒子」とは多数の原子・分子
の集合体で、粒径の下限は数Å〜１ｎｍ程度、上限は数
μｍ程度のものを指すこととする。

【００４０】電子放出部５は、導電性膜４の一部に形成
された亀裂領域により構成され、後述する亀裂形成手法
に依存したものとなる。電子放出部５の内部には、数Å
〜数十ｎｍの範囲の粒径の導電性微粒子が存在する場合
もある。この導電性微粒子は、導電性膜４を構成する材
料の元素の一部、或いは全ての元素を含有するものとな
る。電子放出部５及びその近傍の導電性膜４には、炭素
或いは炭素化合物を有する場合もある。

【００４１】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。

【００４２】図２は、垂直型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に示した符号と同一の符号を付している。
２１は段差形成部である。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。段差形成部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。段差形成部２１の膜厚は、先に述べた平面型表面伝
導型電子放出素子の素子電極間隔Ｌに対応し、好ましく
は５００ｎｍ〜５００μｍの範囲である。この膜厚は、
段差形成部２１の製法、及び、素子電極２、３間に印加
する電圧を考慮して設定されるが、５０ｎｍ〜１０μｍ
の範囲が好ましい。

【００４３】導電性膜４は、通常、素子電極２、３の作
製後に形成されるので、素子電極２、３の上に積層され
るが、導電性膜４の形成後に素子電極２、３を作製し、
導電性膜４の上に素子電極２、３が積層されるようにす
ることも可能である。また、平面型表面伝導型電子放出
素子の説明においても述べたように、電子放出部５の形
成は、導電性膜４の膜厚、膜質、材料及び後述するフォ
ーミング条件等の製法に依存するもので、その位置及び
形状は図２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。

【００４４】次に、本発明の電子放出素子の製造方法に
ついてその一例を図３に基づいて説明する。尚、図３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。

【００４５】１）基板１を洗浄、純水及び有機溶剤等を
用いて十分に洗浄し、真空蒸着法、スパッタ法等により
素子電極材料を堆積後、例えばフォトリソグラフィ技術
を用いて基板１上に素子電極２、３を形成する（図３
（ａ））。

【００４６】２）素子電極２、３を設けた基板１上に、
有機金属溶液を塗布して、有機金属膜を形成する。有機
金属溶液とは、前述の導電性膜４の材料の金属を主元素
とする有機化合物の溶液である。上記有機金属膜を加熱
焼成処理し、リフトオフ、エッチング等によりパターニ
ングし、導電性膜４を形成する（図３（ｂ））。ここで
は、有機金属溶液の塗布法を挙げて説明したが、導電性
膜４の形成法はこれに限られるものではなく、真空蒸着
法、スパッタ法、化学的気相堆積法、分散塗布法、ディ
ッピング法、スピンナー法、液滴付与法等を用いること
ができる。

【００４７】特に好ましくは、導電性膜４の構成金属元
素を含む溶液を液滴として付与し、乾燥、加熱焼成する
方法であり、該液滴付与手段としては、インクジェット
法が好ましく用いられる。

【００４８】インクジェット法を用いた場合には、１０
ｎｇから数十ｎｇ程度の微小液滴を再現性良く発生し基
板に付与することができ、フォトリソグラフィによるパ
ターニングや真空プロセスが不要であるため、生産性の
上から好ましい。インクジェット法の装置としては、エ
ネルギー発生素子として電気熱変換体を用いたバブルジ
ェットタイプ、或いは圧電素子を用いたピエゾジェット
タイプ等が使用可能である。

【００４９】３）続いて、フォーミング工程を行なう。
この工程は、素子電極２、３間に、例えば図４（ａ）に
示すような波高値一定のパルス電圧、或いは図４（ｂ）
に示すような波高値の漸増するパルス電圧を印加しつ
つ、その雰囲気中に有機物質のガスを導入し、次いで導
電性膜４の材質の還元或いは凝集を促進するガスを導入
し、導電性膜４の一部を局所的に破壊、変形もしくは変
質させ高抵抗部を形成する工程である。この工程によ
り、上記導電性膜４には亀裂が形成され、電子放出が該
亀裂付近より生ずる。

【００５０】図４（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、通常パルス幅Ｔ₁ １
μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ、パルス間隔Ｔ₂ は１０μｓｅ
ｃ〜数ｓｅｃの範囲で設定される。三角波の波高値（通
電フォーミング時のピーク電圧）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、数秒〜数十秒間電圧を印加する。パル
ス波形は、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。また、図４
（ｂ）におけるＴ₁ 及びＴ₂ は図４（ａ）に示したＴ
₁ 、Ｔ₂ と同様である。また三角波の波高値は、例えば
０．１Ｖ程度ずつ増加させる。パルス波形は、図４に示
した三角波に限るものではなく、矩形波、台形波などさ
まざまな波形を用いることができる。

【００５１】上記のフォーミング工程は、あらかじめ定
められたプログラムにしたがってパルス電圧を印加する
方法で行っても良いし、パルス電圧を印加しながら抵抗
値を測定し、抵抗値が十分に大きくなったところでフォ
ーミング工程を終了して、上述する活性化工程に移るよ
うにしても良い。前者は、例えば所定のレートで印加す
るパルス電圧を上昇させ、所定の電圧に達した時点でフ
ォーミングを終了する方法であり、この処理により上述
の亀裂が形成され、さらに十分な電子放出が得られるよ
うに、昇圧レートと到達すべきパルス電圧の値を定めて
おけば良い。後者の方法では、フォーミングを終了した
時点では、十分な電子放出が得られない場合があり、フ
ォーミング工程とは別に、後述の活性化工程を行うこと
により、所望の電子放出が得られるようにする。抵抗の
測定は、例えば上記のパルス電圧の休止時間中に例えば
０．１Ｖ程度の、導電性膜４を局所的に破壊、変形しな
い低電圧の矩形はパルスを印加して、この時流れる電流
を測定することにより、抵抗値を検知して行うことが出
来る。

【００５２】本発明において、フォーミング工程を有機
物質及び導電性膜４の素材の還元または凝集を促進する
ガスの存在下で行うことによる効果は以下のようなもの
と推定される。

【００５３】先ず、パルス電圧が素子電極間に印加さ
れ、ジュール熱が発生することにより、導電性膜の一部
に亀裂が形成される。この亀裂は、導電性膜の幅方向に
延びほぼ膜の全幅にわたって形成されるが、ごく一部に
亀裂が形成されずに残る場合があり、その場合この部分
にも亀裂を形成するためにさらに電圧印加を続ける必要
がある。また、複数の素子を同時に処理する電子源の製
造工程においては、亀裂の形成される時期に多少の前後
があり、先に亀裂の形成された素子では、最後の素子の
亀裂が形成されるまで引き続きパルス電圧が印加され
る。この状態では、亀裂間に強い電界がかかるために亀
裂の幅が当初形成された時よりも広がってしまう場合が
ある。このようになると、電子放出素子の特性が悪くな
ってしまう場合がある。

【００５４】有機物質の存在する雰囲気下で亀裂が形成
されると、従来の活性化処理の場合と同様に該有機物質
に由来する、炭素を主成分とする被膜が亀裂とその周辺
に堆積し始める。この被膜の堆積により亀裂幅の拡大が
抑制されるものと推定される。

【００５５】さらに、導電性膜の素材の還元或いは凝集
を促進するガスを導入することにより、上記の一部の亀
裂の形成されない部分の導電性膜を凝集させることによ
りこの部分の導電性を消失せしめ、不必要な電圧印加を
行うことを避けることができる。このようにすることに
より、一旦形成された亀裂が広がってしまうことを避け
ることができるものと推定される。

【００５６】本発明において、当該フォーミング工程の
雰囲気中に導入される有機物質としては、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、カルボン酸、スルホン酸等の有機酸類
等を挙げることができ、具体的には、メタン、エタン、
プロパンなどＣ_n Ｈ_2n+2で表わされる飽和炭化水素、エ
チレン、プロピレンなどＣ_n Ｈ_2n等の組成式で表わされ
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。

【００５７】また、本発明において使用される導電性膜
の材質の還元または凝集を促進するガスとしては、導電
性膜が金属酸化物よりなる場合には、還元性を有する物
質が使用可能であり、Ｈ₂ 、ＣＯ等が効果がある。これ
は還元により導電性膜を構成する物質が金属酸化物から
金属に変化する際、凝集を伴うためであると考えられ
る。一方、導電性膜が金属より構成される場合は、還元
に伴う凝集が起こらないため、ＣＯは凝集を促進する効
果を示さないが、Ｈ₂ はこの場合でも凝集を促進する効
果がある。従って、当該工程においては、Ｈ₂ ガスが好
ましく用いられ、さらにＮ₂ やアルゴンなどの不活性ガ
スを混合して用いると取り扱いが容易になる。

【００５８】４）上記のフォーミング工程を行った素子
には、必要に応じて活性化工程を施す。上記フォーミン
グ工程が終了した時点で、素子が十分な電子放出を示す
場合には本工程は必要ではないが、フォーミング工程中
に素子の抵抗値を測定し、抵抗値が十分大きくなった時
点でフォーミング処理を終了するようにした場合などに
は、十分な電子放出が得られない事があり、その場合に
は活性化工程を行う。この活性化工程により、素子電流
Ｉ_f、放出電流Ｉ_eを著しく変化させることができる。

【００５９】活性化工程は、有機物質のガスを含有する
雰囲気下で、素子電極２、３の間にパルス電圧を繰り返
し印加することにより行うことができる。この雰囲気中
の有機物質は、フォーミング工程で導入した有機物質と
同じでも異なっても、いずれでも効果があるが、フォー
ミング工程で導入した物質と同じ物質とした方が、製造
装置が簡単になり、また真空装置内の有機物質を入れ替
えるための余分の工程が不要となるため、より好まし
い。また、フォーミング工程で用いた還元または凝集を
促進するガスは、場合によっては残留していても活性化
に悪影響を及ぼさないこともあり、その場合にはフォー
ミング工程と同じ雰囲気中で該活性化工程を行うことが
できる。このようにすると、真空装置内の雰囲気を変更
する必要がなく、工程に必要な時間を短縮できるので好
ましい。この処理により雰囲気中に存在する有機物質か
ら、炭素及び／または炭素化合物が電子放出部あるいは
更にその周辺に堆積し、素子電流Ｉ_f、放出電流Ｉ_eが著
しく変化するようになる。

【００６０】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以下が好ましく、３０ｎｍ以下が望ましい。

【００６１】活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉ_f 及
び／または放出電流Ｉ_e を測定しながら、適宜行なうこ
とができる。尚、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。

【００６２】５）このような工程を経て得られた電子放
出素子は、安定化工程を行なうことが好ましい。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
ることができる。

【００６３】真空容器内の有機成分の分圧は、上記炭素
或いは炭素化合物がほぼ新たに堆積しない分圧で１．３
×１０^-6Ｐａ以下が好ましく、さらには１．３×１０^-8
Ｐａ以下が特に好ましい。さらに真空容器内を排気する
時には、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易くするの
が好ましい。この時の加熱条件は、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なう。真空容器内の圧
力は極力低くすることが必要で、１×１０^-5Ｐａ以下が
好ましく、さらには１．３×１０^-6Ｐａ以下が特に好ま
しい。

【００６４】上記安定化工程を行な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できる。このような真空雰囲気
を採用することにより、新たな炭素或いは炭素化合物の
堆積を抑制でき、結果として素子電流Ｉ_f 、放出電流Ｉ
_e が安定する。

【００６５】本発明の電子放出素子の基本特性につい
て、前述の平面型表面伝導型電子放出素子を例に挙げて
図５、図６を参照しながら説明する。

【００６６】図５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５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。

【００６７】図５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内には電子放出素
子が配されている。即ち、１は電子放出素子を構成する
基板であり、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Ｖ_f 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Ｉ_f を測定するための電
流計、５４は素子の電子放出部５より放出される放出電
流Ｉ_e 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Ｉ_e 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２〜８ｍｍの範囲として測定を行
なう。

【００６８】真空容器５５内には、不図示の真空系等の
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なえるようになっ
ている。

【００６９】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。
ここに示した電子放出素子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加熱できる。従って、
この真空処理装置を用いると、前述の通電フォーミング
以降の工程も行なうことができる。

【００７０】図６は、図５に示した真空処理装置を用い
て測定された放出電流Ｉ_e 及び素子電流Ｉ_f と、素子電
圧Ｖ_f との関係を模式的に示した図である。図６におい
ては、放出電流Ｉ_e が素子電流Ｉ_f 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。

【００７１】図６からも明らかなように、本発明の電子
放出素子は、放出電流Ｉ_e に関して次の３つの特徴的性
質を有する。

【００７２】第１に、本素子はある電圧（しきい値電圧
と呼ぶ；図６中のＶ_th）以上の素子電圧を印加すると急
激に放出電流Ｉ_e が増加し、一方しきい値電圧Ｖ_th以下
では放出電流Ｉ_e がほとんど検出されない。つまり、放
出電流Ｉ_e に対する明確なしきい値電圧Ｖ_thを持った非
線形素子である。

【００７３】第２に、放出電流Ｉ_e が素子電圧Ｖ_f に単
調増加依存するため、放出電流Ｉ_eは素子電圧Ｖ_f で制
御できる。

【００７４】第３に、アノード電極５４（図５参照）に
捕捉される放出電荷は、素子電圧Ｖ_f 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Ｖ_f を印加する時間により制御できる。

【００７５】以上の説明より理解されるように、本発明
の電子放出素子は、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。

【００７６】図６においては、素子電流Ｉ_f も素子電圧
Ｖ_f に対して単調増加する（以下、「ＭＩ特性」と称す
る）例を示したが、素子電流Ｉ_f が素子電圧Ｖ_f に対し
て電圧制御型負性抵抗特性（以下、「ＶＣＮＲ特性」と
称する）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。

【００７７】以上のような本発明の電子放出素子の特徴
的特性のため、複数の電子放出素子を配置した電子源は
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、多方面に応用す
ることができる。

【００７８】本発明の電子放出素子の応用例について以
下に述べる。本発明の電子放出素子を複数個基板上に配
列し、例えば電子源、さらには画像形成装置が構成でき
る。

【００７９】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）、この配線と直交する方向（列方
向）で、該電子放出素子の上方に配した制御電極（グリ
ッド電極）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。このような配置はいわゆる単純マトリク
ス配置である。先ず単純マトリクス配置について以下に
詳述する。

【００８０】本発明の電子放出素子については、前述し
た通り３つの特性がある。即ち、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電子は放出されない。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、電子放出素子を選択して電子放
出量を制御できる。

【００８１】以下、この原理に基づき、本発明の電子放
出素子の一実施形態である表面伝導型電子放出素子を複
数配置して得られる電子源基板について図７を用いて説
明する。図７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、電子放出素子７４
は平面型でも垂直型でも良い。

【００８２】ｍ本のＸ方向配線７２は、Ｄ_x1、Ｄ_x2、…
…、Ｄ_xm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、Ｄ_y1、Ｄ_y2、……、Ｄ_yn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７３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）。

【００８３】不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等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
全面或い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。

【００８４】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。

【００８５】Ｘ方向配線７２とＹ方向配線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或いは全部が
同一であっても、またそれぞれ異なっていても良い。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であ
ると言うこともできる。

【００８６】Ｘ方向配線７２には、Ｘ方向に配列した電
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。

【００８７】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。

【００８８】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８、図９、及
び図１０を用いて説明する。図８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９は図８の画像形
成装置に使用される蛍光膜の模式図である。図１０はＮ
ＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行なうための駆
動回路の一例を示すブロック図である。尚、図７に示し
た部位と同じ部位には同じ符号を付して説明を省略す
る。尚、便宜上導電性膜４は省略した。

【００８９】図８において、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、例えば大気中或いは窒素中で、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。

【００９０】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は主に電子源基板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は不要である。
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８８を構
成しても良い。一方、フェースプレート８６とリアプレ
ート８１の間に、スペ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持
つ外囲器８８を構成することもできる。

【００９１】図９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９（ａ））、或いはブ
ラックマトリクス（図９（ｂ））等と呼ばれる黒色導電
材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。

【００９２】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、沈殿法や印刷法等
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ガラス基板８３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）を行ない、その後Ａ
ｌを真空蒸着等を用いて堆積させることで作製できる。

【００９３】また、フェースプレート８６には、さらに
蛍光膜８４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）を設けても良い。

【００９４】前述の封着を行なう際、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。

【００９５】図８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。

【００９６】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、１×１０^-5Ｐａ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、封止がなされる。
外囲器８８の封止後の真空度を維持するために、ゲッタ
ー処理を行なうこともある。これは、外囲器８８の封止
を行なう直前或いは封止後に、抵抗加熱或いは高周波加
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^-5Ｐａ
以上の真空度を維持するものである。ここで、表面伝導
型電子放出素子のフォーミング処理以降の工程は適宜設
定できる。

【００９７】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なうための駆動回路の構
成例について、図１０を用いて説明する。図１０におい
て、１０１は画像表示パネル、１０２は走査回路、１０
３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、Ｖ_x 及びＶ_a は直流電圧源である。

【００９８】表示パネル１０１は、端子Ｄ_x1〜Ｄ_xm、端
子Ｄ_y1〜Ｄ_yn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Ｄ_x1〜Ｄ_xmには表示パネル１０１
内に設けられた電子源、即ちｍ行ｎ列の行列状にマトリ
クス配線された電子放出素子群を１行（ｎ素子）ずつ順
次駆動するための走査信号が印加される。端子Ｄ_y1〜Ｄ
_ynには、前記走査信号により選択された１行の電子放出
素子の各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。高圧端子８７には、直流電圧源Ｖ_a よ
り、例えば１０ｋＶの直流電圧が供給されるが、これは
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ための加速電圧
である。

【００９９】次に走査回路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１０中、Ｓ
₁ 〜Ｓ_m で模式的に示す）を備えたものである。各スイ
ッチング素子は、直流電圧源Ｖ_x 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Ｄ_x1〜Ｄ_xmと電気的に接続され
る。各スイッチング素子Ｓ₁ 〜Ｓ_m は、制御回路１０３
が出力する制御信号Ｔ_scan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。

【０１００】直流電圧源Ｖ_x は、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に設定されてい
る。

【０１０１】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なわれるように、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Ｔ_syncに
基づいて、各部に対してＴ_scan、Ｔ_sft 及びＴ_mry の各
制御信号を発生する。

【０１０２】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）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なるが、ここでは説明の便宜
上Ｔ_sync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
わした。このＤＡＴＡ信号は、シフトレジスタ１０４に
入力される。

【０１０３】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Ｔ_sft に基づいて動
作する（即ち、制御信号Ｔ_sft 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良い）。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、Ｉ_d1〜Ｉ_dn
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。

【０１０４】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ための記憶装置であ
り、制御回路１０３より送られる制御信号Ｔ_mry に従っ
て適宜Ｉ_d1〜Ｉ_dnの内容を記憶する。記憶された内容
は、Ｉ_d'1 〜Ｉ_d'n として出力され、変調信号発生器１
０７に入力される。

【０１０５】変調信号発生器１０７は、画像データＩ
_d'1 〜Ｉ_d'n の各々に応じて、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あり、その出力信号
は、端子Ｄ_y1〜Ｄ_ynを通じて表示パネル１０１内の電子
放出素子に印加される。

【０１０６】前述したように、本発明の電子放出素子は
放出電流Ｉ_e 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Ｖ_thがあり、Ｖ_th
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を生じな
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
Ｖ_m 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Ｐ_w 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。

【０１０７】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。

【０１０８】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。

【０１０９】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。

【０１１０】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。

【０１１１】このような構成を取り得る本発明の画像形
成装置においては、各電子放出素子に、容器外端子Ｄ_x1
〜Ｄ_xm、Ｄ_y1〜Ｄ_ynを介して電圧を印加することによ
り、電子放出が生じる。同時に高圧端子８７を介してメ
タルバック８５或いは透明電極（不図示）に高電圧を印
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。

【０１１２】ここで述べた画像形成装置の構成は、本発
明の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Ｎ
ＴＳＣ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テレビジョン信号（例えば、Ｍ
ＵＳＥ方式をはじめとする高品位ＴＶ）方式も採用でき
る。

【０１１３】次に、前述の梯子状配置の電子源及び画像
形成装置について、図１１及び図１２を用いて説明す
る。

【０１１４】図１１は、梯子状配置の電子源の一例を示
す模式図である。図１１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
行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 を一体の同一配線と
することもできる。

【０１１５】図１２は、梯子状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 〜Ｄ_m は容器外端子、Ｇ₁ 〜Ｇ_n はグリ
ッド電極１２０に接続された容器外端子である。１１０
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１２においては、図８、図１１に示した部位と
同じ部位には同一の符号を付した。尚、便宜上導電性膜
４は省略した。ここに示した画像形成装置と、図８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。

【０１１６】図１２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、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、
梯子状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は、図１２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、グリッド電極を電子放出
素子の周囲や近傍に設けることもできる。

【０１１７】容器外端子Ｄ₁ 〜Ｄ_m 及びＧ₁ 〜Ｇ_n は不
図示の制御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）してい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。

【０１１８】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としての画像形成装置等としても用
いることができる。

【０１１９】図１３は、本発明の画像形成装置を、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。

【０１２０】図中、１７００はディスプレイパネル、１
７０１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、
１７０４はデコーダ、１７０５は入出力インタフェース
回路、１７０６はＣＰＵ、１７０７は画像生成回路、１
７０８〜１７１０は画像メモリインタフェース回路、１
７１１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、１７１４は入力部であ
る。

【０１２１】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。

【０１２２】以下、画像信号の流れに沿って各部の機能
を説明する。

【０１２３】先ず、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。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Ｎ
ＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式、ＳＥＣＡＭ方式等、いずれの
方式でも良い。また、これらよりさらに多数の走査線よ
りなるＴＶ信号、例えばＭＵＳＥ方式をはじめとするい
わゆる高品位ＴＶ信号は、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。

【０１２４】上記ＴＶ信号受信回路１７１３で受信され
たＴＶ信号は、デコーダ１７０４に出力される。

【０１２５】また、ＴＶ信号受信回路１７１２は、例え
ば同軸ケーブルや光ファイバ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。

【０１２６】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。

【０１２７】画像メモリインターフェース回路１７１０
は、ビデオテープレコーダ（以下「ＶＴＲ」と称する）
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。

【０１２８】画像メモリインターフェース回路１７０９
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１７
０４に出力される。

【０１２９】画像メモリインターフェース回路１７０８
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。

【０１３０】入出力インターフェース回路１７０５は、
本画像表示装置と、外部のコンピュータ、コンピュータ
ネットワークもしくはプリンタなどの出力装置とを接続
するための回路である。画像データや文字・図形情報の
入出力や、場合によっては本画像形成装置の備えるＣＰ
Ｕ１７０６と外部との間で制御信号や数値データの入出
力などを行なうことも可能である。

【０１３１】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、或いはＣＰＵ１７０６
より出力される画像データや文字・図形情報に基づき、
表示用画像データを生成するための回路である。本回路
の内部には、例えば画像データや文字・図形情報を蓄積
するための書き換え可能メモリや、文字コードに対応す
る画像パターンが記憶されている読み出し専用メモリ
や、画像処理を行なうためのプロセッサ等をはじめとし
て、画像の生成に必要な回路が組み込まれている。

【０１３２】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に出力すること
も可能である。

【０１３３】ＣＰＵ１７０６は、主として本画像表示装
置の動作制御や、表示画像の生成や選択、編集に関わる
作業を行なう。

【０１３４】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、或いは前記
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をアクセスして画像データや文字・
図形情報を入力する。

【０１３５】尚、ＣＰＵ１７０６は、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良い。或いは
前述したように、入出力インターフェース回路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して共同して行なっ
ても良い。

【０１３６】入力部１７１４は、前記ＣＰＵ１７０６に
使用者が命令やプログラム、或いはデータなどを入力す
るためのものであり、例えばキーボードやマウスの他、
ジョイスティック、バーコードリーダー、音声認識装置
等の多様な入力機器を用いることが可能である。

【０１３７】デコーダ１７０４は、前記１７０７〜１７
１３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１７０４
は内部に画像メモリを備えていることが望ましい。これ
は、例えばＭＵＳＥ方式をはじめとして、逆変換するの
際に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。また、画像メモリを備えることにより、静止
画像の表示が容易になる。或いは前記画像生成回路１７
０７及びＣＰＵ１７０６と共同して、画像の間引き、補
完、拡大、縮小、合成をはじめとする画像処理や編集が
容易になるという利点が得られる。

【０１３８】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、いわゆる多画面テ
レビのように、一画面を複数の領域に分けて領域によっ
て異なる画像を表示することも可能である。

【０１３９】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。

【０１４０】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
（不図示）の動作シーケンスを制御するための信号を駆
動回路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。

【０１４１】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。

【０１４２】以上、各部の機能を説明したが、図１３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
ビジョン放送をはじめとする各種の画像信号は、デコー
ダ１７０４において逆変換された後、マルチプレクサ１
７０３において適宜選択され、駆動回路１７０１に入力
される。一方、ディ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１７００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。

【０１４３】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、補完、色変換、画像の
縦横比変換等をはじめとする画像処理や、合成、消去、
接続、入れ替え、嵌め込み等をはじめとする画像編集を
行なうことも可能である。また、上記画像処理や画像編
集と同様に、音声情報に関しても処理や編集を行なうた
めの専用回路を設けても良い。

【０１４４】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はじめとする事務用端末機器、ゲー
ム器などの機能を一台で兼ね備えることが可能で、産業
用或いは民生用として極めて応用範囲が広い。

【０１４５】尚、図１３は、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。

【０１４６】例えば、図１３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さしつかえな
い。また、これとは逆に、使用目的によってはさらに構
成要素を追加しても良い。例えば、本画像表示装置をテ
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、照明器、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。

【０１４７】本画像形成装置においては、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、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。また、安定で高効率な電子放出特性が実現され
た電子源を用いることにより、長寿命で明るい高品位な
カラーフラットテレビが実現される。

【０１４８】

【実施例】［実施例１、比較例１］本発明第１の実施例
として、図１に示した表面伝導型電子放出素子を複数
個、図１０に示したように、電子放出素子と配線を梯子
型に配置した電子源を作製した。以下にその工程を説明
する。

【０１４９】（１）基板１として石英基板を用い、これ
を有機溶剤によって十分に洗浄した後、その基板１上に
一般的な真空成膜技術、フォトリソグラフィ技術によ
り、Ｎｉからなる素子電極２、３を形成した。該素子電
極の間隔Ｌは１０μｍ、長さＷは６００μｍ、厚さｄは
１００ｎｍとした。次いで厚さ５ｎｍのＣｒと厚さ６０
０ｎｍのＡｕからなるＡｕ／Ｃｒの配線１１２を形成し
た。

【０１５０】（２）液滴付与装置としてバブルジェット
方式のインクジェット噴射装置を用い、酢酸Ｐｄの０．
１重量％水溶液を液滴の状態で素子電極２、３間に付与
して、３５０℃で１０分間の加熱処理を行い、酸化Ｐｄ
（ＰｄＯ）微粒子からなる導電性膜４を形成した。

【０１５１】（３）真空容器内に上記基板を設置し、１
×１０^-3Ｐａ以下にまで真空排気した後、配線１１２間
に、パルス幅Ｔ₁ が１ｍｓｅｃ、パルス間隔Ｔ₂ が１０
ｍｓｅｃの矩形波パルスを印加し、フォーミング工程を
行う。パルス波高値は、０〜５Ｖまでを０．１Ｖ／ｓｅ
ｃの昇圧レートで、それ以後を０．３Ｖ／ｍｉｎの昇圧
レートで１４Ｖまで昇圧し、波高値が１４Ｖに達した時
点で該フォーミング工程を終了した。この時、真空容器
内には有機物質のガスとしてアセトンを１×１０^-3Ｐａ
導入し、さらに、ＰｄＯの還元、凝集を促進するガスと
して９８％のＮ₂ と２％のＨ₂ との混合ガスを１３０Ｐ
ａ導入した。こうして導電性膜４にフォーミング処理を
施し、電子放出部５を形成した。

【０１５２】また、比較例１として上記Ｎ₂ ／Ｈ₂ 混合
ガスを導入しない以外は全く同様の工程により電子源を
作製した。

【０１５３】上記のようにして得られた電子源を、図５
に示した真空装置に設置して電子放出特性を評価した。
これらの電子源の単素子の特性を図１５に示す。図中、
、は実施例１の、、は比較例１の一部の素子の
特性を示す。図１５に示されるように、本実施例の素子
についてはフォーミング処理が良好に行われ、リーク電
流のない良好な特性が示されるが、比較例１の素子につ
いては一部で電子放出部が良好に形成されておらず、リ
ーク電流が発生している。

【０１５４】また、本実施例においては、ＰｄＯ微粒子
からなる導電性膜の亀裂と電極間のＰｄＯがＰｄに還元
されているため、亀裂と電極間の抵抗が小さくなり、こ
の間での電圧の降下が小さくなって良好な特性の電子放
出素子からなる電子源が得られた。

【０１５５】また、本実施例の電子源を用いて図１２に
示した画像形成装置を構成し、ＮＴＳＣ方式のテレビ信
号に基づきテレビジョン表示を行ったところ、何ら問題
のない良好な性能を示した。

【０１５６】［実施例２、比較例２］本発明第２の実施
例として、図１に示した表面伝導型電子放出素子を複数
個、図７に示した単純マトリクス型に配置した電子源を
作製した。以下にその工程を説明する。

【０１５７】（１）基板１として石英基板を用い、これ
を有機溶剤によって十分に洗浄した後、その基板１上に
一般的な真空成膜技術、フォトリソグラフィ技術によ
り、Ｎｉからなる素子電極２、３を形成した。該素子電
極の間隔Ｌは２０μｍ、長さＷは６００μｍ、厚さｄは
１００ｎｍとした。

【０１５８】（２）有機パラジウム含有溶液（奥野製薬
（株）製「ｃｃｐ−４２３０」）をスピンナー塗布し、
フォトリソグラフィ技術により素子電極間に幅３００μ
ｍになるようにパターニングした。次いで３００℃で１
０分間の加熱処理を行って、酸化Ｐｄ（ＰｄＯ）微粒子
からなる導電性膜４を形成した。

【０１５９】（３）一般的な真空成膜技術、フォトリソ
グラフィ技術により、厚さ５ｎｍのＣｒと厚さ６００ｎ
ｍのＡｕとからなるＡｕ／ＣｒのＸ方向配線７３を形成
した。次に厚さ１μｍのＳｉＯ₂ からなる層間絶縁膜を
Ｘ方向配線７３とＹ方向配線７４の交差する部位に形成
した。続いて厚さ５ｎｍのＣｒと厚さ６００ｎｍのＡｕ
とからなるＡｕ／ＣｒのＹ方向配線７４を形成した。

【０１６０】（４）上記基板を真空装置内に設置し、１
×１０^-3Ｐａ以下に真空排気した後、Ｘ方向配線７３と
Ｙ方向配線７４との間に、パルス幅Ｔ₁ が１ｍｓｅｃ、
パルス間隔Ｔ₂ が１０ｍｓｅｃの三角波で０．１Ｖ／ｓ
ｅｃの昇圧レートで１４Ｖまで単調に増加する電圧を印
加し、有機物質ガスとしてｎ−ヘキサンを１×１０^-3Ｐ
ａ導入し、次いで、還元または凝集を促進するガスとし
て９８％のＮ₂ と２％のＨ₂ の混合ガスを１００Ｐａ導
入し、上記導電性膜４にフォーミング処理を施して電子
放出部５を形成した。

【０１６１】また、比較例２として上記Ｎ₂ ／Ｈ₂ 混合
ガスを導入しない以外は全く同様の工程により電子源を
作製した。

【０１６２】上記のようにして得られた電子源を、図５
に示した真空装置に設置して電子放出特性を評価した。
これらの電子源の単素子の特性を図１６に模式的に示
す。図中、は実施例２の、は比較例２の一部の素子
の特性を示す。図１５に示されるように、本実施例の素
子についてはフォーミング処理が良好に行われ、リーク
電流のない良好な特性が示されるが、比較例２の素子に
ついては一部で電子放出部が良好に形成されておらず、
リーク電流が発生している。

【０１６３】また、本実施例においては、ＰｄＯ微粒子
からなる導電性膜の亀裂と電極間のＰｄＯがＰｄに還元
されているため、亀裂と電極間の抵抗が小さくなり、こ
の部分での電圧降下が小さくなり、良好な特性の電子放
出素子からなる電子源が得られた。

【０１６４】また、本実施例の電子源を用いて図８に示
した画像形成装置を構成し、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号
に基づきテレビジョン表示を行ったところ、何ら問題の
ない良好な性能を示した。

【０１６５】［実施例３］実施例１と同様に工程（１）
と（２）を行い、次いで（３）と同じ条件でフォーミン
グ工程を開始した。この時電圧が印加される配線間の抵
抗値を測定し、１素子あたりの抵抗値が１００ｋΩを超
えたところで、パルス電圧の印加を停止した。いずれの
配線の組においてもパルス電圧の波高値が５．１Ｖ程度
となったところで、抵抗値が十分大きくなり、パルス電
圧の印加を止めた。

【０１６６】次いで同じ雰囲気中で波高値１４Ｖの矩形
波パルスを２０分間印加して、上記フォーミング工程と
は別に活性化工程を行った。この結果得られた電子源
は、実施例１の場合と同じくリーク電流の発生しない良
好な特性を示した。

【０１６７】実施例１の１素子行あたりのフォーミング
工程の所用時間は３０分５０秒であるのに対し、本実施
例におけるフォーミング工程と活性化工程の通算時間は
２１分１０秒である。本実施例の方法を取ることによ
り、製造時間が短縮できる。

【０１６８】尚、実施例１および実施例３の特性を評価
する際に、前述の制御電極は、特にその必要がないので
用いなかったが、これを用いることにより一般の電子源
としての機能を有することは言うまでもない。

【０１６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
導電性膜に膜厚分布が存在していた場合においても、良
好に電子放出部を形成し、リーク電流の発生のない良好
な素子特性を有する電子放出素子を製造することができ
る。よって、該電子放出素子を複数個設けてなる電子源
においても、良好な電子放出特性を均一に得ることがで
き、信頼性の高い画像形成装置を歩留良く提供すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子放出素子の一実施形態である平面
型の表面伝導型電子放出素子を示す平面模式図である。

【図２】図１の電子放出素子の縦断面模式図である。

【図３】図１に示した電子放出素子の製造方法を示す図
である。

【図４】フォーミング波形の例を示す図である。

【図５】本発明にかかる真空処理装置の一例を示す概略
的構成図である。

【図６】本発明の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７】本発明の電子源の一実施形態の単純マトリクス
配置の電子源を示す概略的構成図である。

【図８】単純マトリクス配置の電子源を用いた本発明の
画像形成装置の一実施形態に用いる表示パネルの概略的
構成図である。

【図９】図８に示した表示パネルにおける蛍光膜を示す
図である。

【図１０】図８に示した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１１】本発明の電子源の一実施形態の梯子状配置の
電子源を示す概略的構成図である。

【図１２】梯子状配置の電子源を用いた本発明の画像形
成装置の一実施形態に用いる表示パネルの概略的構成図
である。

【図１３】本発明の画像形成装置の一実施形態を示すブ
ロック図である。

【図１４】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。

【図１５】本発明の実施例１及び比較例１の電子源の単
素子の素子特性を示す図である。

【図１６】本発明の実施例２及び比較例２の電子源の単
素子の素子特性を示す図である。

【符号の説明】

１基板２、３素子電極４導電性膜５電子放出部２１段差形成部５０電流計５１電源５２電流計５３高圧電源５４アノード電極５５真空容器５６排気ポンプ７１電子源基板７２Ｘ方向配線７３Ｙ方向配線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画像表示パネル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１１０電子源基板１１１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１７０８〜１７１０画像メモリ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１７１２、１７１３ＴＶ信号受信回路１７１４入力部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成した一対の素子電極と、該
素子電極のそれぞれに電気的に接続された導電性膜と、
該導電性膜の一部に形成された電子放出部を有する電子
放出素子の製造方法であって、基板上に上記素子電極を
形成する工程と、上記導電性膜を形成する工程と、上記
素子電極間に電圧を印加し、且つその雰囲気中に少なく
とも有機物質のガス及び上記導電性膜の材質の還元また
は凝集を室温において促進するガスを導入して該導電性
膜に電子放出部を形成するフォーミング工程と、を少な
くとも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】上記フォーミング工程の後、少なくとも
該フォーミング工程で導入した有機物質のガスを含む雰
囲気中で、上記フォーミング工程とは異なる条件で上記
素子電極間に電圧を印加し、上記電子放出部及び／また
はその近傍に炭素及び／または炭素化合物を堆積させる
活性化工程を行う請求項１記載の電子放出素子の製造方
法。
【請求項３】上記フォーミング工程を行った後、同じ
雰囲気で連続して上記活性化工程を連続して行う請求項
２記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項４】上記導電性膜の材質の還元または凝集を
促進するガスが水素ガスである請求項１〜３いずれかに
記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項５】上記導電性膜の形成工程が、基板上に金
属を含有する液体を液滴の状態で付与した後、乾燥、焼
成処理する工程である請求項１〜４いずれかに記載の電
子放出素子の製造方法。
【請求項６】基板上に形成した一対の素子電極と、該
素子電極のそれぞれに電気的に接続された導電性膜と、
該導電性膜の一部に形成された電子放出部を有し、請求
項１〜５いずれかに記載の製造方法によって製造された
ことを特徴とする電子放出素子。
【請求項７】上記電子放出素子が、表面伝導型電子放
出素子である請求項６記載の電子放出素子。
【請求項８】請求項６または７記載の複数の電子放出
素子と、該電子放出素子の各素子電極に接続された配線
とを少なくとも有してなることを特徴とする電子源。
【請求項９】各素子電極をそれぞれ共通の配線に梯子
状に結線してなる素子行を１行以上有し、さらに各電子
放出素子から放出される電子線の量を制御する制御電極
を有する請求項８記載の電子源。
【請求項１０】上記配線が互いに交差するように２方
向に配置され、その間に両者を電気的に分離する層間絶
縁層を有するマトリクス配線であり、上記複数の電子放
出素子のそれぞれにおいて、一対の素子電極のそれぞれ
が上記各方向の配線にそれぞれ結線されている請求項８
記載の電子源。
【請求項１１】請求項８〜１０いずれかに記載の電子
源と、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１２】請求項１〜５いずれかに記載の製造方
法で同一基板上に複数の電子放出素子を形成してなるこ
とを特徴とする電子源の製造方法。
【請求項１３】請求項１２記載の製造方法で得られた
電子源を、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。