JPH11306958A - 電子放出素子、電子源、画像形成装置及びそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像形成装置の電子ビーム源として好適な優
れた電子放出特性を有する電子放出素子を安定して得ら
れるようにする。 【解決手段】 一対の素子電極２，３間に跨がる導電性
膜４に電子放出部５を形成する前に、導電性膜４表面上
の吸着物質の脱離処理を行うことを特徴とする。

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
電子放出素子を多数個配置してなる電子源、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、
及びそ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。）、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
ａｎｄ Ｗ．Ｗ． Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄ Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎ”， Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ８，８９（１９５６）ある
いはＣ．Ａ． Ｓｐｉｎｄｔ， “Ｐｈｙｓｉｃａｌ
Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉ
ｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔ
ｈ ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ ｃｏｎｅｓ”， 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， “Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆＴｕｎｎｅｌ−Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ”， 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， Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ．
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓ．， 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：“Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ
Ｆｉｌｍｓ”， ９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂
Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ
ａｎｄ Ｃ．Ｇ． Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥ Ｔ
ｒａｎｓ． ＥＤ Ｃｏｎｆ．”， ５１９（１９７
５）］、カーボン薄膜によるもの［荒木久 他：真空、
第２６巻、第１号、２２頁（１９８３）］等が報告され
ている。

【０００７】これらの表面伝導型電子放出素子の典型的
な例として、前述のＭ．ハートウェルの素子構成を図２
０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】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来の表面伝導型電子放出素子においては、フォーミン
グ時の素子抵抗のばらつき等に起因する素子間の電子放
出特性のばらつきが比較的大きく、安定で制御された電
子放出特性及びその効率の向上が望まれてきた。ここ
に、効率とは表面伝導型電子放出素子の一対の対抗する
素子電極間に電圧を流したときに流れる電流（以下、素
子電流Ｉ_f と呼ぶ）と真空中に放出される電流（以下、
放出電流Ｉ_e と呼ぶ）との電流比を指す。

【００１３】素子間の電子放出特性のばらつきの原因の
一つであるフォーミング時の素子抵抗のばらつきは、例
えば青板ガラス基板上に電子放出素子を形成した場合に
は、種々の熱工程を経て基板から拡散したＮａ等のアル
カリ金属元素が導電性膜表面の吸着を促進することによ
って生じる。本発明の目的は、上記問題点を解決し、均
一な電子放出特性を有し、且つ電子放出の効率向上を図
った電子放出素子を安定して得られるようにすることに
ある。本発明の別の目的は、高輝度で且つ輝度むらの無
い高品位画像を形成し得る画像形成装置を提供すること
にある。

【００１４】

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

【００１５】即ち、本発明の第一は、基体上に形成され
た一対の素子電極間に跨がる導電性膜に電子放出部を有
する電子放出素子の製造方法において、該導電性膜表面
上の吸着物質を脱離させる工程を有することを特徴とす
る電子放出素子の製造方法にある。

【００１６】上記本発明の第一における導電性膜表面上
の吸着物質を脱離させる工程とは、真空中での基体加
熱、連続光源による光照射等により導電性膜表面上の吸
着物質を脱離させることにより、素子間で均一で清浄な
膜表面を露呈させる工程である。

【００１７】本発明の第一によれば、例えば導電性膜に
電子放出部を形成するフォーミング工程の前に導電性膜
表面上の吸着物質を脱離させる工程を行うことにより、
フォーミングパワーの均一化により良好な亀裂を形成す
ることが可能であり、ひいては均一で良好な電子放出特
性を得ることが可能である。

【００１８】また、本発明の第一の電子放出素子の製造
方法においては、フォーミング工程の後に活性化工程
（詳しくは後述する）を行うことが好ましい。そして、
特に導電性膜として金属酸化物、あるいは金属と金属酸
化物の混合物を用いたときには、寄生抵抗を低く抑えて
より多くの放出電流が得られるように、活性化工程の前
に当該導電性膜の還元工程を加えることもある。このよ
うな場合には、上記還元工程の前に導電性膜表面上の吸
着物質を脱離させる工程を行うことにより、還元工程に
おいて素子間で均一で良好な還元特性を得ることが可能
であり、ひいては均一で良好な電子放出特性を得ること
が可能である。

【００１９】また、本発明の第二は、上記本発明の第一
の方法により製造されたことを特徴とする電子放出素子
にある。

【００２０】また、本発明の第三は、基体上に、一対の
素子電極間に跨がる導電性膜に電子放出部を有する電子
放出素子が複数配列された電子源の製造方法において、
これらの電子放出素子を上記本発明の第一の方法により
製造することを特徴とする電子源の製造方法にある。

【００２１】また、本発明の第四は、上記本発明の第三
の方法により製造されたことを特徴とする電子源にあ
る。

【００２２】また、本発明の第五は、基体上に複数の電
子放出素子が配列された電子源と、該電子源から放出さ
れる電子線の照射により画像を形成する画像形成部材と
を有する画像形成装置の製造方法において、該電子源を
上記本発明の第三の方法により製造することを特徴とす
る画像形成装置の製造方法にある。

【００２３】さらに、本発明の第六は、基体上に複数の
電子放出素子が配列された電子源と、該電子源から放出
される電子線の照射により画像を形成する画像形成部材
とを有する画像形成装置において、該電子源が、上記本
発明の第四の電子源であることを特徴とする画像形成装
置にある。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の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。先
ず、平面型の電子放出素子について説明する。

【００２５】図１は、本発明の平面型の電子放出素子の
一構成例を示す模式図であり、図１（ａ）は縦断面図、
図１（ｂ）は平面図である。図１において、１は基板、
２と３は電極（素子電極）、４は導電性膜、５は電子放
出部である。

【００２６】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。

【００２７】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、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。

【００２８】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、数百ｎｍから数
百μｍの範囲とすることができ、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数μｍから数十μｍ
の範囲とすることができる。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。

【００２９】尚、図１に示した構成とは別に、基板１上
に、導電性膜４、素子電極２，３の順に形成した構成と
することもできる。

【００３０】導電性膜４を構成する材料は、例えばＰ
ｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃ
ｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属、Ｐｄ
Ｏ，ＳｎＯ₂ ，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ，ＰｂＯ，Ｓｂ₂ Ｏ₃ 等の酸
化物、ＨｆＢ₂ ，ＺｒＢ₂ ，ＬａＢ₆ ，ＣｅＢ₆ ，ＹＢ
₄ ，ＧｄＢ₄ 等の硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，Ｔ
ａＣ，ＳｉＣ，ＷＣなどの炭化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，Ｈ
ｆＮ等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体、カーボン等の
中から選ばれる。

【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、Ｒｓが１０² Ωから１０⁷ Ωの
値であるのが好ましい。なお、Ｒｓ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＝Ｒｓ（ｌ
／ｗ）と置いたときに現れる値である。

【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、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Å〜数百ｎｍの範囲、好ま
しくは、１ｎｍ〜２０ｎｍの範囲である。

【００３３】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。

【００３４】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。

【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。

【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２〜３ｎ
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。

【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」の定義は、粒径
の下限はさらに小さく、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”（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 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）。

【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「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
された高抵抗の亀裂により構成され、その内部には、数
Åから数十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、あるいは全ての元素を含有するも
のとなる。また、電子放出部５及びその近傍の導電性膜
４には、後述の活性化工程によって形成される炭素ある
いは炭素化合物を有することもできる。

【００４１】次に、垂直型の電子放出素子について説明
する。

【００４２】図２は、本発明の垂直型の電子放出素子の
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は段差形成部である。基板１、素子電極２，３、導
電性膜４及び電子放出部５は、前述した平面型の電子放
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ことがで
きる。段差形成部２１の膜厚は、先に述べた平面型の電
子放出素子の素子電極間隔Ｌに対応し、数百ｎｍから数
十μｍの範囲とすることができる。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、数十ｎｍから数μｍの範囲
が好ましい。

【００４３】本発明の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。

【００４４】１）基板１を洗剤、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ー技
術を用いて基板１上に素子電極２を形成する（図３
（ａ））。

【００４５】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
金属溶液には、前述の導電性膜の材料の金属を主元素と
する有機化合物の溶液を用いることができる。この有機
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、スピンナー法等を用いる
こともできる。

【００４６】３）次のフォーミング工程において、素子
間でのフォーミングパワーの均一化、ひいては導電性膜
に均一で良好な亀裂を形成するために、導電性膜表面上
の吸着物質を脱離させて素子間で均一で清浄な膜表面を
露呈させる。ここに、導電性膜表面上の吸着物質を脱離
させる方法としては、真空中での基板加熱、連続光源に
よる光照射、より望ましくはこれらを組み合わせた方法
を採ることができる。

【００４７】真空中での基板加熱は、１．３×１０^-3Ｐ
ａ程度の真空雰囲気で行い、また加熱温度については導
電性膜を構成する材料により異なるが、１００℃から４
００℃の範囲が好ましく、加熱方法としては、ホットプ
レート等の抵抗加熱方式、赤外放射加熱方式、高周波誘
導加熱方式等が挙げられる。

【００４８】連続光源による光照射は、２００ｎｍ〜８
００ｎｍの波長域をもつアークランプを用い、１０ｍＷ
／ｃｍ² 程度のパワーで照射するのが好ましい。連続光
源としては、キセノンランプ、高圧水銀ランプ、水銀−
キセノンランプ等のショートアークランプ等が挙げられ
る。

【００４９】導電性膜４の表面に吸着している物質の検
出は、真空槽に組み込まれる四重極質量分析計を用いて
行う。導電性膜表面からの脱離種としては、導電性膜を
構成する材料により異なるが、一般的には脱離量が最も
多いのが水で、この他の脱離種としては、ＣＯ、ＣＯ
₂ 、Ｏ₂ 、Ｎ₂ 等が挙げられる。

【００５０】４）次に、フォーミング工程を施す。この
フォーミング工程の方法の一例として通電処理による方
法を説明する。素子電極２，３間に通電を行うと、導電
性膜４の部位に電子放出部５が形成される（図３
（ｃ））。かかる電子放出部５は、導電性膜４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
である。

【００５１】通電フォーミングの電圧波形の例を図４に
示す。

【００５２】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４（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４（ｂ）に示した手法
がある。

【００５３】まず、パルス波高値を定電圧とした場合に
ついて図４（ａ）で説明する。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る。三
角波の波高値（ピーク電圧）は、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、数秒から数十分間電圧を印加する。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。

【００５４】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４（ｂ）で説明する。
図４（ｂ）におけるＴ₁ 及びＴ₂ は、図４（ａ）に示し
たのと同様とすることができる。三角波の波高値（ピー
ク電圧）は、例えば０．１Ｖステップ程度づつ、増加さ
せることができる。

【００５５】通電フォーミング処理の終了は、パルス間
隔Ｔ₂ 中に、導電性膜４を局所的に破壊，変形しない程
度の電圧を印加し、電流を測定して検知することができ
る。例えば０．１Ｖ程度の電圧印加により流れる電流を
測定し、抵抗値を求めて、１ＭΩ以上の抵抗を示した
時、通電フォーミングを終了させる。

【００５６】５）本工程では、特に導電性膜４として金
属酸化物、あるいは金属と金属酸化物の混合物を用いた
ときに寄生抵抗を低く抑えてより多くの素子電流及び放
出電流を流すために、電子放出部５を有する導電性膜４
の還元処理を行う。

【００５７】フォーミング工程を真空中で行った場合
は、フォーミング工程に続いて導電性膜４の還元処理を
行うが、フォーミング工程を大気中で行った場合には、
この還元処理の前に、還元を阻害する吸着物質を取り除
くために前記３）と同様の導電性膜表面上の吸着物質を
脱離させる処理を行うのが好ましい。

【００５８】導電性膜４の還元状態は、未フォーミング
素子の導電性膜の抵抗値の変化で観察することができ、
抵抗変化率が−１Ω／ｍｉｎ以下となって抵抗値がほぼ
飽和し、導電性膜の全面が還元された時点で終了する。

【００５９】上記導電性膜の還元を行う手段としては、
例えば以下の〜に挙げるものがある。 ．真空中における加熱処理。加熱温度については真空
の度合、酸化物の材質により異なるが、１００℃から４
００℃の範囲が好ましい。 ．還元ガス雰囲気中での加熱処理。還元ガスとしては
水素、硫化水素、ヨウ化水素、並びに一酸化炭素、二酸
化イオウなどの低級酸化物ガス等が挙げられる。加熱温
度としては、還元ガス種にもよるが、室温から４００℃
が好ましい。 ．還元性の溶液中での加熱処理。還元性溶液として
は、ドラジン、ジイミド、ギ酸、アルデヒド、Ｌ−アス
コルビン酸等がある。加熱温度としては溶液の種類、濃
度にもよるが、２０℃から１００℃が好ましい。

【００６０】６）フォーミングを終えた素子には活性化
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Ｉ_f 、放出電流Ｉ_e が、
著しく変化する工程である。

【００６１】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、通電フォーミングと同様に、素子
電極２，３間にパルス電圧の印加を繰り返すことで行う
ことができる。

【００６２】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
雰囲気内で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、
前述の素子の形態、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、アセ
チレンなどＣ_n Ｈ_2nやＣ_n Ｈ_2n-2等の組成式で表される
不飽和炭化水素、ベンゼン、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。

【００６３】この活性化処理により、雰囲気中に存在す
る有機物質から、炭素或は炭素化合物が素子上に堆積
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。

【００６４】ここで、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２００Å程度で結晶構造がやや乱れ
たもの、ＧＣは結晶粒が２０Å程度になり結晶構造の乱
れがさらに大きくなったものを指す。）、非晶質カーボ
ン（アモルファスカーボン及び、アモルファスカーボン
と前記グラファイトの微結晶の混合物を指す。）であ
り、その膜厚は、５０ｎｍ以下の範囲とするのが好まし
く、３０ｎｍ以下の範囲とすることがより好ましい。

【００６５】活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉ_f を
測定しながら、適宜行うことができる。

【００６６】７）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、電子放出素子が配置された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。真空容器内の
有機成分の分圧は、上記炭素ある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^-8Ｐａ以下が特に好まし
い。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易くするのが好ましい。このと
きの加熱条件は、８０℃以上、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^-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。

【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、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。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Ｉ_f ，放出電流Ｉ
_e が安定する。

【００６８】上述した工程を経て得られた本発明の電子
放出素子の基本特性について、図５及び図６を参照しな
がら説明する。

【００６９】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。

【００７０】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。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
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５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５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〜１
０ｋＶ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２ｍｍ〜８ｍｍの範囲として測定を行うこと
ができる。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】即ち、第１に、本素子はある電圧（閾値電
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、一方閾値電圧Ｖ_th以下で
は放出電流Ｉ_e が殆ど検出されない。つまり、放出電流
Ｉ_e に対する明確な閾値電圧Ｖ_thを持った非線形素子で
ある。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】図６においては、素子電流Ｉ_f が素子電圧
Ｖ_f に対して単調増加する（ＭＩ特性）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（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。

【００８０】次に、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、例えば電子源や画像形成装置が構成でき
る。

【００８１】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。

【００８２】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、表面伝導型電子放出素
子からの放出電子は、閾値電圧以上では、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、閾値電圧以下では、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。

【００８３】以下この原理に基づき、本発明の電子放出
素子を複数配して得られる電子源基板について、図７を
用いて説明する。図７において、７１は電子源基板、７
２はＸ方向配線、７３はＹ方向配線である。７４は電子
放出素子、７５は結線である。

【００８４】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）。

【００８５】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。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】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と図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、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。

【００９１】図８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。

【００９２】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。

【００９３】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。

【００９４】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））あるいはブ
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。

【００９５】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。

【００９６】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。

【００９７】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。

【００９８】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。

【００９９】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^-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^-5Ｐａ
以上の真空度を維持するものである。ここで、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。

【０１００】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、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。

【０１０１】表示パネル１０１は、端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ
_oxm 、端子Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn 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_ox1 乃至Ｄ_oxm
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Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn 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。

【０１０２】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Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm と電気的に接
続される。各スイッチング素子Ｓ₁ 乃至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。

【０１０３】直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には電子放
出素子の特性（電子放出閾値電圧）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閾値電圧
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。

【０１０４】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。

【０１０５】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
表した。このＤＡＴＡ信号は、シフトレジスタ１０４に
入力される。

【０１０６】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１０
４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、Ｉ_d1
乃至Ｉ_dnのｎ個の並列信号として前記シフトレジスタ１
０４より出力される。

【０１０７】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Ｔ_mry に従っ
て適宜Ｉ_di乃至Ｉ_dnの内容を記憶する。記憶された内容
は、Ｉ_d'1 乃至Ｉ_d'n として出力され、変調信号発生器
１０７に入力される。

【０１０８】変調信号発生器１０７は、画像データＩ
_d'1 乃至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為の信号源であり、その出力信号
は、端子Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn を通じて表示パネル１０１内
の電子放出素子に印加される。

【０１０９】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閾値電圧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
閾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、例えば電子放出閾値電圧
以下の電圧を印加しても電子放出は生じないが、電子放
出閾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。

【０１１０】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。

【０１１１】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。

【０１１２】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。

【０１１３】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。

【０１１４】このような構成をと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
_ox1 乃至Ｄ_oxm 、Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn 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。

【０１１５】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。

【０１１６】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１１及び図１２を用いて説明す
る。

【０１１７】図１１は、梯子型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Ｄ_x1〜Ｄ_x10 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、電子放出閾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
出閾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Ｄ_x2〜Ｄ_x9は、例えばＤ_x2とＤ_x3、Ｄ_x4とＤ_x5、
Ｄ_x6とＤ_x7、Ｄ_x8とＤ_x9とを夫々一体の同一配線とする
こともできる。

【０１１８】図１２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、Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm は容器外端子、Ｇ₁ 乃至Ｇ
_n はグリッド電極１２０と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、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
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。

【０１１９】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。

【０１２０】容器外端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm 及びグリッド
容器外端子Ｇ₁ 乃至Ｇ_n は、不図示の制御回路と電気的
に接続されている。

【０１２１】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。

【０１２２】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。

【０１２３】

【実施例】以下に、具体的な実施例を挙げて本発明を説
明するが、本発明はこれらの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。

【０１２４】［実施例１］本実施例は、多数の電子放出
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である。

【０１２５】複数の導電性膜がマトリクス配線された基
板の一部の平面図を図１３に示す。また、図中のＡ−
Ａ’断面図を図１４に示す。但し、図１３、図１４で同
じ符号で示したものは、同じ部材を示す。ここで７１は
基板、２と３は素子電極、４は導電性膜である。７２は
図７のＤ_xmに対応するＸ方向配線（下配線とも呼ぶ）、
７３は図７のＤ_ynに対応するＹ方向配線（上配線とも呼
ぶ）、１５１は層間絶縁層、１５２は素子電極２と下配
線７２との電気的接続のためのコンタクトホールであ
る。

【０１２６】先ず、本実施例の電子源基板の製造方法
を、図１５及び図１６を用いて工程順に説明する。尚、
以下に説明する工程−ａ〜ｈは、それぞれ図１５の
（ａ）〜（ｄ）及び図１６の（ｅ）〜（ｈ）に対応す
る。

【０１２７】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７１上に、真空蒸着法
により、厚さ５０ÅのＣｒ、厚さ６０００Å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、ベークした後、ホ
トマスク像を露光、現像して、下配線７２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７２を形成した。

【０１２８】工程−ｂ 次に、厚さ１．０μｍのシリコン酸化膜からなる層間絶
縁層１５１をＲＦスパッタ法により堆積した。

【０１２９】工程−ｃ 工程ｂで堆積したシリコン酸化膜にコンタクトホール１
５２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１５１をエッチングしてコ
ンタクトホール１５２を形成した。エッチングはＣＦ₄
とＨ₂ ガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ
Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によった。

【０１３０】工程−ｄ その後、素子電極２，３と素子電極間ギャップＬとなる
べきパターンをホトレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−４１
／日立化成社製）形成し、真空蒸着法により、厚さ５０
ÅのＴｉ、厚さ１０００ÅのＮｉを順次堆積した。ホト
レジストパターンを有機溶剤で溶解し、Ｎｉ／Ｔｉ堆積
膜をリフトオフし、素子電極間隔Ｌが２０μｍ、幅Ｗが
３００μｍの素子電極２，３を形成した。

【０１３１】工程−ｅ 素子電極２，３の上に上配線７３のホトレジストパター
ンを形成した後、厚さ５０ÅのＴｉ、厚さ５０００Åの
Ａｕを順次真空蒸着により堆積した。ホトレジストパタ
ーンを有機溶剤で溶解し、Ａｕ／Ｔｉ堆積膜をリフトオ
フし、所望の形状の上配線７３を形成した。

【０１３２】工程−ｆ 次に、膜厚１０００ÅのＣｒ膜１５３を真空蒸着により
堆積後、導電性膜４の形状の開口部を有するようにパタ
ーニングし、この上に有機Ｐｄ（ｃｃｐ４２３０／奥野
製薬（株）社製）をスピンナーにより回転塗布、３００
℃で１０分間の加熱焼成処理をした。こうして形成され
たＰｄＯ_x を主成分とした微粒子からなる導電性膜４の
膜厚は１００Å、Ｒｓは５×１０⁴ Ωであった。

【０１３３】工程−ｇ Ｃｒ膜１５３を酸エッチャントを用いてウエットエチイ
ングして導電性膜４の不要部分とともに除去し、所望の
形状の導電性膜４を形成した。

【０１３４】工程−ｈ コンタクトホール１５２部分に開口を有するレジストパ
ターンを形成し、真空蒸着により厚さ５０ÅのＴｉ、厚
さ５０００ÅのＡｕを順次堆積した。リフトオフにより
不要な部分を除去することにより、コンタクトホール１
５２を埋め込んだ。

【０１３５】以上の工程により、絶縁性基板７１上に下
配線７２、層間絶縁層１５１、上配線７３、素子電極
２，３、導電性膜４を形成した。

【０１３６】次に、以上のようにして作製した複数の導
電性膜４がマトリクス配線された基板７１（図１３）を
用いて画像形成装置を作製した。作製手順を図８と図９
を用いて説明する。

【０１３７】先ず、上記複数の導電性膜４がマトリクス
配線された基板７１（図１３）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５００℃で１５分間焼成することで封着し、パネル
（図８中の外囲器８８）を構成した。なお、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。

【０１３８】蛍光膜８４は、カラーを実現するために、
ストライプ形状（図９（ａ）参照）の蛍光体とし、先に
ブラックストライプを形成し、その間隙部にスラリー法
により各色蛍光体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。

【０１３９】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。

【０１４０】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
極を設ける場合もあるが、本実施例ではメタルバック８
５のみで十分な導電性が得られたので省略した。

【０１４１】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体９２と電子放出素子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。

【０１４２】工程−ｉ 次に本発明の特徴である導電性膜表面上の吸着物質を脱
離させる処理を行った。本実施例では、上述のパネル
（外囲器８８）を図１７に示す脱離処理装置に導入し、
パネル内の雰囲気を排気管を通じ真空ポンプにて排気
し、約１．３×１０^-4Ｐａ程度の真空雰囲気下でパネル
全体をヒーター上に移して加熱した。本実施例のように
導電性膜４として酸化パラジウムを用いたときには、加
熱温度は１００℃から１６０℃の範囲が好ましく、本実
施例では１２０℃で３０分間加熱した。

【０１４３】工程−ｊ 引き続き容器外端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm とＤ_oy1 乃至Ｄ
_oyn を通じ電子放出素子７４の素子電極２，３間にパル
ス電圧を印加し、フォーミング処理を行った。本実施例
では、図４（ｂ）に示したようなパルスを用い、パルス
幅Ｔ₁ を１ｍｓｅｃ．、パルス間隔Ｔ₂ を１０ｍｓｅ
ｃ．とし、波高値は０Ｖから０．１Ｖステップで徐々に
上昇させ、約１．３×１０^-4Ｐａの真空雰囲気下で行っ
た。このように作成された電子放出部５は、酸化パラジ
ウムを主成分とする微粒子が分散配置された状態とな
り、その微粒子の平均粒径は３０Åであった。

【０１４４】尚、このフォーミング処理では、後述する
還元処理時に導電性膜４の抵抗値をモニタするための未
フォーミング素子を残しておいた。

【０１４５】工程−ｋ 次に還元処理を上記真空雰囲気中で行った。具体的に
は、室温において水素を２．７×１０^-3Ｐａの分圧で導
入して約１時間保持した。このとき未フォーミング素子
のＰｄＯ微粒子膜（導電性膜）は還元されＰｄ金属の微
粒子膜に変化し、Ｒｓは５×１０² Ωとなり、還元前と
比べて約２桁小さくなった。

【０１４６】次に、１．３×１０^-4Ｐａ程度の真空度ま
で排気した後、排気管をガスバーナーで熱することで溶
着し外囲器８８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
ってパネルを完成させた。

【０１４７】ここで、本実施例による表面伝導型電子放
出素子の形態及び特性を把握するために、別途、図５に
示した真空処理装置（測定評価装置）内において上記工
程−ｉ乃至工程−ｋを行った本実施例による素子Ａと、
上記工程−ｉの脱離処理せずに工程−ｊ及び工程−ｋを
行った比較用の素子Ｂについて、この真空処理装置を用
いて電子放出特性の測定を行った。特性評価は各々２５
素子を任意に抽出して、素子電流Ｉ_f 、放出電流Ｉ_e の
平均値及び標準偏差について比較した。具体的には、ア
ノード電極５４と電子放出素子との距離Ｈを４ｍｍ、ア
ノード電極５４の電位を１ｋＶ、電子放出特性測定時の
真空容器５５内の真空度を約１．３×１０^-4Ｐａとし、
素子Ａ、Ｂとも素子電極２，３間に素子電圧を１４Ｖ印
加し、その時に流れる素子電流Ｉ_f 及び放出電流Ｉ_e を
測定した。

【０１４８】その結果、素子Ａ及び素子Ｂともに、素子
電流Ｉ_f の平均値は約１．０ｍＡ，放出電流Ｉ_e の平均
値は０．５μＡであった。一方、放出電流Ｉ_e の平均値
に対する標準偏差の割合が、素子Ａでは約３％であった
のに対し、素子Ｂでは約６％であった。以上より、素子
Ａは素子Ｂと比べて特に均一性に関して優位であること
が示された。

【０１４９】次に、本実施例で作製した前記パネルの容
器外端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm とＤ_oy1乃至Ｄ_oyn 、及び高
圧端子８７を夫々必要な駆動系に接続し、画像形成装置
を完成した。各電子放出素子に、容器外端子Ｄ_ox1 乃至
Ｄ_oxm とＤ_oy1 乃至Ｄ_oyn を通じて、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印加することによ
り電子放出させ、高圧端子８７を通じてメタルバック８
５に１０ｋＶ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を
表示した。

【０１５０】その結果、本実施例の画像形成装置では、
輝度むら、画像のちらつきの少ない良好な画像を表示す
ることができた。このように、本発明による導電性膜表
面上の吸着物質を脱離させる処理により、従来素子と比
較して、特に電子放出特性の均一性に関して優れた電子
源及び、これを用いた画像形成装置が実現できた。

【０１５１】［実施例２］実施例１では、パネルを構成
した後、導電性膜表面上の吸着物質を脱離させる処理を
行い、この後にパネル内の真空雰囲気下でフォーミング
処理を行ったが、本実施例ではパネルを構成する前に大
気中でフォーミング処理を行い、このフォーミング処理
の後に導電性膜表面上の吸着物質を脱離させる処理を行
った場合の例である。

【０１５２】先ず、実施例１と同様に、工程−ａから工
程−ｈまでを行い、絶縁性基板７１上に下配線７２、層
間絶縁層１５１、上配線７３、素子電極２，３、導電性
膜４を形成した。

【０１５３】工程−ｉ 大気中で端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm とＤ_oy1 乃至Ｄ_oyn を通
じ電子放出素子７４の素子電極２，３間に実施例１と同
様のパルス電圧を印加し、フォーミング処理を行った。
このように作成された電子放出部５は、酸化パラジウム
を主成分とする微粒子が分散配置された状態となり、そ
の微粒子の平均粒径は３０Åであった。

【０１５４】尚、このフォーミング処理では、後述する
還元処理時に導電性膜４の抵抗値をモニタするための未
フォーミング素子を残しておいた。

【０１５５】次に、以上のようにして作製した電子源基
板７１（図１３）を用いて、実施例１と同様にパネル
（図８中の外囲器８８）を構成した。

【０１５６】工程−ｊ 次に本発明の特徴である導電性膜表面上の吸着物質を脱
離させる処理を行った。本実施例では、上記パネル（外
囲器８８）を図１７に示す脱離処理装置に導入し、パネ
ル内の雰囲気を排気管を通じ真空ポンプにて排気し、約
１．３×１０^-4Ｐａ程度の真空雰囲気下でパネル全体を
ヒーター上に移して加熱した。本実施例では１２０℃で
１時間加熱した。

【０１５７】工程−ｋ 次に還元処理を上記真空雰囲気中で行った。具体的に
は、室温において水素を２．７×１０^-3Ｐａの分圧で導
入して約１時間保持した。このとき未フォーミング素子
のＰｄＯ微粒子膜（導電性膜）は還元されＰｄ金属の微
粒子膜に変化し、Ｒｓは５×１０² Ωとなり、還元前と
比べて約２桁小さくなった。

【０１５８】次に、１．３×１０^-4Ｐａ程度の真空度ま
で排気した後、排気管をガスバーナーで熱することで溶
着し外囲器８８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
ってパネルを完成させた。

【０１５９】ここで、本実施例による表面伝導型電子放
出素子の形態及び特性を把握するために、別途、図５に
示した真空処理装置（測定評価装置）内において上記工
程−ｊ及び工程−ｋを行った本実施例による素子Ａと、
上記工程−ｊを行わずに工程−ｋを行った比較用の素子
Ｂについて、この真空処理装置を用いて電子放出特性の
測定を行った。特性評価は各々２５素子を任意に抽出し
て、素子電流Ｉ_f 、放出電流Ｉ_e の平均値及び標準偏差
について比較した。具体的には、アノード電極５４と電
子放出素子との距離Ｈを４ｍｍ、アノード電極５４の電
位を１ｋＶ、電子放出特性測定時の真空容器５５内の真
空度を約１．３×１０^-4Ｐａとし、素子Ａ、Ｂとも素子
電極２，３間に素子電圧を１４Ｖ印加し、その時に流れ
る素子電流Ｉ_f 及び放出電流Ｉ_e を測定した。

【０１６０】その結果、素子Ａ及び素子Ｂともに、素子
電流Ｉ_f の平均値は約１．１ｍＡ，放出電流Ｉ_e の平均
値は０．３μＡであった。一方、放出電流Ｉ_e の平均値
に対する標準偏差の割合が、素子Ａでは約６％であった
のに対し、素子Ｂでは約１０％であった。以上より、素
子Ａは素子Ｂと比べて特に均一性に関して優位であるこ
とが示された。

【０１６１】次に、本実施例で作製した前記パネルの容
器外端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm とＤ_oy1乃至Ｄ_oyn 、及び高
圧端子８７を夫々必要な駆動系に接続し、画像形成装置
を完成した。各電子放出素子に、容器外端子Ｄ_ox1 乃至
Ｄ_oxm とＤ_oy1 乃至Ｄ_oyn を通じて、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印加することによ
り電子放出させ、高圧端子８７を通じてメタルバック８
５に１０ｋＶ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を
表示した。

【０１６２】その結果、本実施例の画像形成装置では、
輝度むら、画像のちらつきの少ない良好な画像を表示す
ることができた。

【０１６３】［実施例３］実施例１及び実施例２では、
真空加熱により導電性膜表面上の吸着物質を脱離させる
処理を行ったが、本実施例は真空加熱と連続光源による
光照射を組み合わせて導電性膜表面上の吸着物質を脱離
させる処理を行った場合の例である。

【０１６４】先ず、実施例１と同様に、工程−ａから工
程−ｈまでを行い、絶縁性基板７１上に下配線７２、層
間絶縁層１５１、上配線７３、素子電極２，３、導電性
膜４を形成した。

【０１６５】工程−ｉ 次に本発明の特徴である導電性膜表面上の吸着物質を脱
離させる処理を行った。本実施例では、電子源基板７１
を図１８に示す脱離処理装置に導入し、真空容器内の雰
囲気を排気管を通じ真空ポンプにて排気し、約１．３×
１０^-4Ｐａ程度の真空雰囲気下で電子源基板７１をヒー
ター上に移して１２０℃で３０分間加熱した。この時同
時に３００Ｗのキセノンランプからの光を不図示の光学
系を通して集光し、基板に照射した。

【０１６６】工程−ｊ 引き続き約１．３×１０^-4Ｐａの真空雰囲気下で端子Ｄ
_ox1 乃至Ｄ_oxm とＤ_oy1 乃至Ｄ_oyn を通じ電子放出素子
７４の素子電極２，３間に実施例１と同様のパルス電圧
を印加し、フォーミング処理を行った。このように作成
された電子放出部５は、酸化パラジウムを主成分とする
微粒子が分散配置された状態となり、その微粒子の平均
粒径は３０Åであった。

【０１６７】尚、このフォーミング処理では、後述する
還元処理時に導電性膜４の抵抗値をモニタするための未
フォーミング素子を残しておいた。

【０１６８】次に、以上のようにして作製した電子源基
板７１（図１３）を用いて、実施例１と同様にパネル
（図８中の外囲器８８）を構成した。

【０１６９】工程−ｋ 次に再び本発明の特徴である導電性膜表面上の吸着物質
を脱離させる処理を行った。具体的には、上記パネル
（外囲器８８）を図１７に示す脱離処理装置に導入し、
パネル内の雰囲気を排気管を通じ真空ポンプにて排気
し、約１．３×１０^-4Ｐａ程度の真空雰囲気下でパネル
全体をヒーター上に移して１２０℃で３０分間加熱し
た。

【０１７０】工程−ｌ 次に還元処理を上記真空雰囲気中で行った。具体的に
は、室温において水素を２．７×１０^-3Ｐａの分圧で導
入して約１時間保持した。このとき未フォーミング素子
のＰｄＯ微粒子膜（導電性膜）は還元されＰｄ金属の微
粒子膜に変化し、Ｒｓは５×１０² Ωとなり、還元前と
比べて約２桁小さくなった。

【０１７１】次に、１．３×１０^-4Ｐａ程度の真空度ま
で排気した後、排気管をガスバーナーで熱することで溶
着し外囲器８８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
ってパネルを完成させた。

【０１７２】ここで、本実施例による表面伝導型電子放
出素子の形態及び特性を把握するために、別途、図５に
示した真空処理装置（測定評価装置）内において上記工
程−ｉ乃至工程−ｌを行った本実施例による素子Ａと、
上記工程−ｉ及び工程−ｋを行わずに工程−ｊ及び工程
−ｌを行った比較用の素子Ｂについて、この真空処理装
置を用いて電子放出特性の測定を行った。特性評価は各
々２５素子を任意に抽出して、素子電流Ｉ_f 、放出電流
Ｉ_e の平均値及び標準偏差について比較した。具体的に
は、アノード電極５４と電子放出素子との距離Ｈを４ｍ
ｍ、アノード電極５４の電位を１ｋＶ、電子放出特性測
定時の真空容器５５内の真空度を約１．３×１０^-4Ｐａ
とし、素子Ａ、Ｂとも素子電極２，３間に素子電圧を１
４Ｖ印加し、その時に流れる素子電流Ｉ_f 及び放出電流
Ｉ_e を測定した。

【０１７３】その結果、素子Ａ及び素子Ｂともに、素子
電流Ｉ_f の平均値は約１．０ｍＡ，放出電流Ｉ_e の平均
値は０．５μＡであった。一方、放出電流Ｉ_e の平均値
に対する標準偏差の割合が、素子Ａでは約３％であった
のに対し、素子Ｂでは約７％であった。以上より、素子
Ａは素子Ｂと比べて特に均一性に関して優位であること
が示された。

【０１７４】次に、本実施例で作製した前記パネルの容
器外端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm とＤ_oy1乃至Ｄ_oyn 、及び高
圧端子８７を夫々必要な駆動系に接続し、画像形成装置
を完成した。各電子放出素子に、容器外端子Ｄ_ox1 乃至
Ｄ_oxm とＤ_oy1 乃至Ｄ_oyn を通じて、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印加することによ
り電子放出させ、高圧端子８７を通じてメタルバック８
５に１０ｋＶ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を
表示した。

【０１７５】その結果、本実施例の画像形成装置では、
輝度むら、画像のちらつきの少ない良好な画像を表示す
ることができた。

【０１７６】［実施例４］図１９は、実施例１によるデ
ィスプレイパネル（図８）に、例えばテレビジョン放送
を初めとする種々の画像情報源より提供される画像情報
を表示できるように構成した本発明の画像形成装置の一
例を示す図である。

【０１７７】図中２０１はディスプレイパネル、１００
１はディスプレイパネルの駆動回路、１００２はディス
プレイコントローラ、１００３はマルチプレクサ、１０
０４はデコーダ、１００５は入出力インターフェース回
路、１００６はＣＰＵ、１００７は画像生成回路、１０
０８及び１００９及び１０１０は画像メモリーインター
フェース回路、１０１１は画像入力インターフェース回
路、１０１２及び１０１３はＴＶ信号受信回路、１０１
４は入力部である。

【０１７８】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。

【０１７９】以下、画像信号の流れに沿って各部の機能
を説明する。

【０１８０】まず、ＴＶ信号受信回路１０１３は、例え
ば電波や空間光通信等のような無線伝送系を用いて伝送
されるＴＶ信号を受信するための回路である。

【０１８１】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。

【０１８２】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。

【０１８３】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。

【０１８４】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。

【０１８５】画像メモリーインターフェース回路１０１
０は、ビデオテープレコーダー（以下ＶＴＲと略す）に
記憶されている画像信号を取り込むための回路で、取り
込まれた画像信号はデコーダ１００４に出力される。

【０１８６】画像メモリーインターフェース回路１００
９は、ビデオディスクに記憶されている画像信号を取り
込むための回路で、取り込まれた画像信号はデコーダ１
００４に出力される。

【０１８７】画像メモリーインターフェース回路１００
８は、静止画ディスクのように、静止画像データを記憶
している装置から画像信号を取り込むための回路で、取
り込まれた静止画像データはデコーダ１００４に入力さ
れる。

【０１８８】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。

【０１８９】画像生成回路１００７は、前記入出力イン
ターフェース回路１００５を介して外部から入力される
画像データや文字・図形情報や、あるいはＣＰＵ１００
６より出力される画像データや文字・図形情報に基づ
き、表示用画像データを生成するための回路である。本
回路の内部には、例えば画像データや文字・図形情報を
蓄積するための書き換え可能メモリーや、文字コードに
対応する画像パターンが記憶されている読み出し専用メ
モリーや、画像処理を行うためのプロセッサー等を初め
として、画像の生成に必要な回路が組み込まれている。

【０１９０】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。

【０１９１】ＣＰＵ１００６は、主として本表示装置の
動作制御や、表示画像の生成や選択や編集に関わる作業
を行う。

【０１９２】例えば、マルチプレクサ１００３に制御信
号を出力し、ディスプレイパネルに表示する画像信号を
適宜選択したり組み合わせたりする。その際には表示す
る画像信号に応じてディスプレイパネルコントローラ１
００２に対して制御信号を発生し、画面表示周波数や走
査方法（例えばインターレースかノンインターレース
か）や一画面の走査線の数など表示装置の動作を適宜制
御する。また、前記画像生成回路１００７に対して画像
データや文字・図形情報を直接出力したり、あるいは前
記入出力インターフェース回路１００５を介して外部の
コンピュータやメモリーをアクセスして画像データや文
字・図形情報を入力する。

【０１９３】尚、ＣＰＵ１００６は、これ以外の目的の
作業にも関わるものであってよい。例えば、パーソナル
コンピュータやワードプロセッサ等のように、情報を生
成したり処理する機能に直接関わってもよい。あるいは
前述したように、入出力インターフェース回路１００５
を介して外部のコンピュータネットワークと接続し、例
えば数値計算等の作業を外部機器と協同して行ってもよ
い。

【０１９４】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。

【０１９５】デコーダ１００４は、前記１００７ないし
１０１３より入力される種々の画像信号を３原色信号、
又は輝度信号とＩ信号、Ｑ信号に逆変換するための回路
である。尚、図中に点線で示すように、デコーダ１００
４は内部に画像メモリーを備えるのが望ましい。これ
は、例えばＭＵＳＥ方式を初めとして、逆変換するに際
して画像メモリーを必要とするようなテレビ信号を扱う
ためである。

【０１９６】画像メモリーを備える事により、静止画の
表示が容易になる。あるいは前記画像生成回路１００７
及びＣＰＵ１００６と協同して、画像の間引き、補間、
拡大、縮小、合成を初めとする画像処理や編集が容易に
なるという利点が得られる。

【０１９７】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。

【０１９８】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。

【０１９９】ディスプレイパネルの基本的な動作に関わ
るものとして、例えばディスプレイパネルの駆動用電源
（図示せず）の動作シーケンスを制御するための信号を
駆動回路１００１に対して出力する。ディスプレイパネ
ルの駆動方法に関わるものとして、例えば画面表示周波
数や走査方法（例えばインターレースかノンインターレ
ースか）を制御するための信号を駆動回路１００１に対
して出力する。また、場合によっては、表示画像の輝度
やコントラストや色調やシャープネスといった画質の調
整に関わる制御信号を駆動回路１００１に対して出力す
る場合もある。

【０２００】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。

【０２０１】以上、各部の機能を説明したが、図１９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。

【０２０２】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。

【０２０３】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。

【０２０４】図１９に示した表示装置は、本発明の技術
的思想に基づいて種々の変形が可能である。例えば図１
９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。

【０２０５】本表示装置においては、とりわけ電子放出
素子を電子ビーム源とするディスプレイパネルの薄型化
が容易であるため、表示装置の奥行きを小さくすること
ができる。それに加えて、大面積化が容易で輝度が高く
視野角特性にも優れるため、臨場感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、均
一な特性を有する多数の電子放出素子を備える電子源を
用いたことにより、従来の表示装置と比較して非常に均
一で明るい高品位なカラーフラットテレビが実現され
た。

【０２０６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
まずフォーミング工程においてフォーミングパワーの均
一化により良好な亀裂を形成することが可能で、さらに
還元工程においては素子間で均一で良好な還元特性を得
ることが可能であり、ひいては均一な電子放出特性を有
する電子放出素子を安定して作製することができる。

【０２０７】また、多数の電子放出素子を配列形成し、
入力信号に応じて電子を放出する電子源においては、各
電子放出素子の電子放出特性の均一化が実現される。更
に、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、画像のちらつき等の画像品位の低下の問題も解
消され、高品位な画像形成装置、例えばカラーフラット
テレビが実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の平面型の電子放出素子の一例を示す模
式図である。

【図２】本発明の垂直型の電子放出素子の一例を示す模
式図である。

【図３】本発明の平面型の電子放出素子の製造方法を説
明するための図である。

【図４】本発明の電子放出素子の製造に際して採用でき
る通電処理における電圧波形の一例を示す模式図であ
る。

【図５】本発明の電子放出素子の製造に用いることので
きる真空処理装置（測定評価装置）の一例を示す概略構
成図である。

【図６】本発明の電子放出素子の電子放出特性を示す図
である。

【図７】本発明の単純マトリクス配置の電子源の一例を
示す模式図である。

【図８】本発明の画像形成装置の表示パネルの一例を示
す模式図である。

【図９】表示パネルにおける蛍光膜の一例を示す模式図
である。

【図１０】本発明の画像形成装置に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。

【図１１】本発明の梯子型配置の電子源の一例を示す模
式図である。

【図１２】本発明の画像形成装置の表示パネルの一例を
示す模式図である。

【図１３】本発明の実施例に係るマトリクス配線した電
子源の一部を示す模式図である。

【図１４】図１３のＡ−Ａ’断面模式図である。

【図１５】図１３の電子源の製造工程を示す図である。

【図１６】図１３の電子源の製造工程を示す図である。

【図１７】本発明の実施例において用いた脱離処理装置
を示す模式図である。

【図１８】本発明の実施例において用いた脱離処理装置
を示す模式図である。

【図１９】実施例４の画像表示装置のブロック図であ
る。

【図２０】従来例の表面伝導型電子放出素子の模式図で
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 段差形成部材 ５０ 素子電流Ｉｆを測定するための電流計 ５１ 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５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５より放出される電子を捕捉するため
のアノード電極 ５５ 真空容器 ５６ 排気ポンプ ７１ 電子源基板 ７２ Ｘ方向配線 ７３ Ｙ方向配線 ７４ 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 黒色導電材 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 Ｖｘ，Ｖａ 直流電圧源 １１０ 電子源基板 １１１ 電子放出素子 １１２ 電子放出素子を配線するための共通配線 １２０ グリッド電極 １２１ 電子が通過するための開口 １５１ 層間絶縁層 １５２ コンタクトホール １５３ Ｃｒ膜

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基体上に形成された一対の素子電極間に
   跨がる導電性膜に電子放出部を有する電子放出素子の製
   造方法において、 導電性膜表面上の吸着物質を脱離させる工程を有するこ
   とを特徴とする電子放出素子の製造方法。
2. 【請求項２】 前記導電性膜表面上の吸着物質を脱離さ
   せる工程を、該導電性膜に電子放出部を形成するフォー
   ミング工程の前に行うことを特徴とする請求項１に記載
   の電子放出素子の製造方法。
3. 【請求項３】 前記導電性膜表面上の吸着物質を脱離さ
   せる工程を、該導電性膜に電子放出部を形成するフォー
   ミング工程後の該導電性膜の還元処理工程の前に行うこ
   とを特徴とする請求項１又は２に記載の電子放出素子の
   製造方法。
4. 【請求項４】 前記導電性膜表面上の吸着物質を脱離さ
   せる工程が、真空中での基体加熱によることを特徴とす
   る請求項１〜３のいずれかに記載の電子放出素子の製造
   方法。
5. 【請求項５】 前記導電性膜表面上の吸着物質を脱離さ
   せる工程が、連続光源を用いた真空中での光照射による
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子
   放出素子の製造方法。
6. 【請求項６】 前記導電性膜表面上の吸着物質を脱離さ
   せる工程が、真空中での基体加熱と連続光源を用いた真
   空中での光照射との組み合わせによ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の製造方
   法。
7. 【請求項７】 前記基体を加熱する方法が、抵抗加熱方
   式、赤外放射加熱方式もしくは高周波誘導加熱方式であ
   ることを特徴とする請求項４又は６に記載の電子放出素
   子の製造方法。
8. 【請求項８】 前記連続光源が、ショートアークランプ
   であることを特徴とする請求項５又は６に記載の電子放
   出素子の製造方法。
9. 【請求項９】 前記ショートアークランプが、キセノン
   ランプ、高圧水銀ランプもしくは水銀−キセノンランプ
   であることを特徴とする請求項８に記載の電子放出素子
   の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記電子放出素子が、表面伝導型電子
    放出素子であることを特徴とする請求項１〜９のいずれ
    かに記載の電子放出素子の製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項１〜１０のいずれかに記載の方
    法により製造されたことを特徴とする電子放出素子。
12. 【請求項１２】 基体上に、一対の素子電極間に跨がる
    導電性膜に電子放出部を有する電子放出素子が複数配列
    された電子源の製造方法において、これらの電子放出素
    子を請求項１〜１０のいずれかに記載の方法により製造
    することを特徴とする電子源の製造方法。
13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の方法により製造さ
    れたことを特徴とする電子源。
14. 【請求項１４】 前記複数の電子放出素子が、マトリク
    ス状に配線されていることを特徴とする請求項１３に記
    載の電子源。
15. 【請求項１５】 前記複数の電子放出素子が、梯子状に
    配線されていることを特徴とする請求項１３に記載の電
    子源。
16. 【請求項１６】 基体上に複数の電子放出素子が配列さ
    れた電子源と、該電子源から放出される電子線の照射に
    より画像を形成する画像形成部材とを有する画像形成装
    置の製造方法において、該電子源を請求項１２に記載の
    方法により製造することを特徴とする画像形成装置の製
    造方法。
17. 【請求項１７】 基体上に複数の電子放出素子が配列さ
    れた電子源と、該電子源から放出される電子線の照射に
    より画像を形成する画像形成部材とを有する画像形成装
    置において、該電子源が、請求項１３〜１５のいずれか
    に記載の電子源であることを特徴とする画像形成装置。