JPH11312455A

JPH11312455A - 電界電子放出素子、電子源基板及び画像形成装置並びに電界電子放出素子の製造方法

Info

Publication number: JPH11312455A
Application number: JP11856498A
Authority: JP
Inventors: Toru Den; 透田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 1999-11-09

Abstract

(57)【要約】【課題】動作駆動時に、安定で、十分な電子放出量の
ある高効率、高性能の電界電子放出素子および電子源基
板を提供する。【解決手段】基体上に形成された対向する一対の電
極、および電子放出部を有する電界電子放出素子におい
て、少なくとも電子放出部にダイヤモンドを主成分とす
る微粒子を有しており、且つダイヤモンド微粒子と電極
の界面に金属性炭化物或いは炭素を接合部として存在さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電界電子放出素
子、該電子放出素子を用いた電子源基板、該電子源基板
を用いた画像形成装置及び該電界電子放出素子の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、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を用いた２種類
のものが知られている。冷陰極電子放出素子には電界放
出型（以下、「ＦＥ型」という）、金属／絶縁層／金属
型（以下、「ＭＩＭ型」という）や表面伝導型電子放出
素子等がある。ＦＥ型の例としてはW.P.Dyke and W.W.D
olan,“Field emission",Advance in Electron Physic
s,8(1956)89、あるいはC.A.Spindt,“Physical Properti
es of thin-film field emission cathodes withmolybd
enium cones",J.Appl.Phys.,47(1976)5248等に開示され
たものが知られている。

【０００３】ＭＩＭ型の例としてはC.A.Mead,“Operati
on of Tunnel-Emission Devices",J.Appl.Phys.,32(196
1)646等に開示されたものが知られている。

【０００４】表面伝導型電子放出素子型の例としてはM.
I.Elinson,Radio Eng.Electron Phys.,10(1965)1290等
に開示されたものがある。

【０００５】表面伝導型電子放出素子は、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Ｍ．Ｉ．Ｅｌ
ｉｎｓｏｎ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(1972)
317]、Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの[M.Hart
well and C.G.Fonstad,“IEEE Trans.ED Conf.",519(19
75)]、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。

【０００６】更に、電界放出型としては低仕事関数或い
は負の電子親和力を有する材料としてダイヤモンド、ダ
イヤモンドライクカーボンなどを用いた素子が盛んに研
究されている。（たとえばSID 94 DIGEST p-43）

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
電界電子放出素子（電界放出型の電子放出素子）におい
て、真空中での動作時において、真空中に残存する種々
のガスの電子放出素子への作用によるノイズ、長時間駆
動をおこなった時の放出電流の減少（劣化）、放出電流
値の大きさおよび効率等の問題があった。また、前述の
ダイヤモンドなどを用いた電界電子放出素子において
も、これらの問題を解決しようと研究されているが、再
現性が悪く、良質な電界電子放出素子を作製することが
出来なかった。

【０００８】本発明は、これらの電界電子放出素子の問
題を解決し、動作駆動時に、安定で、十分な電子放出量
のある高効率、高性能の電界電子放出素子および電子源
基板の提供を目的とする。また、電子源基板と画像形成
部材からなる画像形成装置においては、安定で、十分な
電子放出量のある高性能の電界電子放出素子および電子
源基板を、用いることで、明るく、安定な画像形成装
置、たとえば、フラットテレビの提供を目的とする。ま
た、上記の特性を有する素子の作製方法の提供を目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するために鋭意検討をおこなってなされたもので
あり、下述の構成のものである。

【００１０】すなわち、本発明の電界電子放出素子は、
基体上に形成された対向する一対の電極と電子放出部か
らなる構成において、少なくとも電子放出部にダイヤモ
ンドを主成分とする微粒子を有しており、且つ該ダイヤ
モンド微粒子と電極の界面に金属性炭化物、もしくはグ
ラファイト、および非晶質カーボンのいずれかが接合さ
れていることを特徴とするものである。

【００１１】さらに、好ましくは該ダイヤモンド微粒子
と電極の界面に結合している材料もしくは電極自身の仕
事関数が４．６ｅＶ以下であることを特徴とするもの、
また電極にＴｉが含まれていることを特徴とするもの、
また該ダイヤモンドを主成分とする微粒子が少なくとも
電子放出部の陰極側にあり、また電子放出部の陽極表面
の２次電子放出効率が５００Ｖ以下のある電圧において
２以上であることを特徴とする電界電子放出素子であ
る。

【００１２】本発明の電子源は、入力信号に応じて電子
を放出する電子源であって、本発明の電界電子放出素子
を、基体上に、複数個配置することを特徴とするもので
あって、好ましくは、基体に、複数の電子放出素子を複
数個並列に配置し、個々の素子の両端を配線に接続した
電子放出素子の行を複数もち、更に、変調手段を有する
ことを特徴とするものである。さらに、好ましくは、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電極
とを接続した電子放出素子を複数個配列したことを特徴
とするものである。

【００１３】本発明の画像形成装置は、入力信号に応じ
て画像を形成する画像形成装置であって、本発明の電子
源と画像形成部材を有することを特徴とするものであ
る。この際画像形成部に蛍光体を用いることが多い。

【００１４】本発明は電界電子放出素子の製造方法をも
包含する。

【００１５】本発明の電界電子放出素子の製造方法にお
いて、ダイヤモンド微粒子をダイヤモンドＣＶＤなどの
成膜ではなくダイヤモンド微粒子を分散させることによ
り作製することが簡便であり、またダイヤモンドと電極
を結合させる工程を有することが有効である。また、ダ
イヤモンド表面処理工程を行うのも好ましい。

【００１６】ダイヤモンド微粒子の分散膜形成工程とし
てはスプレー法やスピンコート法のようにダイヤモンド
が基板上に薄く分散される方法であればいずれでもかま
わないが、例えばダイヤモンド微粒子の分散液中での引
き上げ工程であり、この際超音波処理を並行するのが良
い。この超音波処理は凝集したダイヤモンドの付着を防
止するのに効果がある。また、ダイヤモンド膜を基板上
の特定の箇所に付着させたい場合はポリビニルアルコー
ルなどの高分子と重クロム酸塩などを用いてシャドウマ
スクの上から水銀灯などで露光する方法が有効である。

【００１７】また、ダイヤモンドと電極を結合させる工
程には電磁波照射を行うのが好ましく、レーザーアニー
ルや赤外線アニールが挙げられる。勿論ダイヤモンド微
粒子を分散させた後から電極を成膜するだけで接合が得
られる場合もある。さらにダイヤモンドの表面にあらか
じめ金属性炭化物、もしくはグラファイト、および非晶
質カーボンのいずれかが結合しているダイヤモンド微粒
子を用いることによりこのアニール工程の条件を緩和、
もしくは削除することができる。以上の様にしてダイヤ
モンドへの電界印加を効果的に行われる様に金属とダイ
ヤモンドの接合層として金属性炭化物、グラファイト、
アモルファスカーボンが形成される。

【００１８】また、ダイヤモンド表面処理工程には水素
分圧１０^-6パスカル以上の水素雰囲気中でのアニールや
水素分圧１０^-7パスカル以上、１０^-2パスカル以下の水
素雰囲気中での素子に特定の電圧を印加する初期駆動が
有効である。また、ダイヤモンド微粒子層の表面を水素
プラズマ処理することも有効である。

【００１９】本発明の電界電子放出素子および製造方法
によって、負の電子親和力あるいは低仕事関数のダイヤ
モンドを主成分とする微粒子を有しているので、同じ駆
動電圧でも大きな放出電流が得られ、さらにはダイヤモ
ンド表面が化学的に安定であるため、動作駆動時の放出
電流のノイズ、および劣化による放出電流の減少を抑制
することができる。またリフトオフやレーザー加工など
のプロセスが利用可能となるので、複数の電子源を配列
させた場合に起こりやすかった放出電子量のばらつきの
問題点を低減できる。

【００２０】また本発明の電子源によれば、入力信号に
応じて複数個配置された電子放出素子から任意の電子放
出素子の電子放出量を抑制できる。

【００２１】また本発明の画像形成装置によれば、大き
な放出電流、動作駆動時の放出電流のばらつきやノイ
ズ、および劣化による電流減少の少ない本発明の電子放
出素子を配置することで、入力信号に応じて複数個配置
された電子放出素子から、任意の電子放出素子の電子放
出量を制御しうるので、明るく、安定なフラットカラー
テレビを提供できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、電界電子放出素子について
図１〜４を参照して説明する。

【００２３】図１は、本発明の電界電子放出素子の構成
を示す模式図であり、図１ａは平面図、図１ｂは断面図
である。

【００２４】図１において、１は基板、２と３は電極、
６は電子放出部である。

【００２５】図３は、電子放出部６を部分的に拡大した
模式図である。

【００２６】また、図２以降で図１と同じものには同じ
番号を付した。また図２において２１は絶縁層、図４に
おいて４，５は電気配線である。

【００２７】本実施形態の第１の特徴は、図３ａ〜ｃに
示される様に、電子放出部６が、ダイヤモンドを主成分
とする微粒子を有しており、且つダイヤモンド微粒子と
電極２、３の界面の一部に金属性炭化物或いは炭素のい
ずれかが結合しているものである。ここで、炭素は、グ
ラファイト或いはグラファイトと非晶質カーボンの混合
物を指す。

【００２８】ダイヤモンドを主成分とする微粒子は、図
３ａに示される様に電極２，３の上に被膜として形成さ
れているか、もしくは図３ｂに示される様に、電極２，
３の下地配置してもよい。また、図３ｃに示される様
に、電極２，３の中にダイヤモンドを主成分とする微粒
子が形成されてもよい。

【００２９】電子放出部６は、電極２，３の一部に形成
されたギャップ部６およびその近傍より構成され、素子
特性は電極２，３の膜厚、膜質、材料及びギャップ幅、
ダイヤモンドを主成分とする微粒子の特性や駆動電圧に
依存したものとなる。

【００３０】ここで電子放出部６の電極の下地をエッチ
ングにより抜いておくのも有効である。一例として図２
で示される様に絶縁層２１を作成することにより得られ
る。これはリーク電流の発生や電界による下地層（基板
表面のこと）の破壊やそこへの電子衝突を防止する役目
を果たす。しかし絶縁層２１はなくても本質的には変わ
らない。

【００３１】また、図４の様に、電極２、３の各々を電
極２（３）及び電気配線４（５）の２つの部分に分ける
ことが可能である。この方法は複数の電子源を作製した
い場合に特に有効である。

【００３２】ここで言うダイヤモンドを主成分とする微
粒子とは、天然ダイヤモンド微粒子、人口合成ダイヤモ
ンド微粒子を主体とする微粒子である。ダイヤモンドを
主成分とする微粒子は、部分的に｛１１１｝面、もしく
は｛１００｝面を有しているのが好ましい。これは、ダ
イヤモンド結晶の｛１１１｝面もしくは｛１００｝面
は、電子親和力が小さく良好な電子放出特性を示すこと
による。また、その粒子径は、１０μｍ以下、好ましく
は、１μｍ以下、最適には、０．５μｍ以下である。こ
れは、微細なダイヤモンド粒子の方が、電子放出特性に
優れるためである。そのダイヤモンド微粒子の存在密度
は、特に、電子放出部６の近傍において、１０⁶ 個／
ｃｍ² 以上、好ましくは、１０⁸ 個／ｃｍ² 以上で
ある。

【００３３】また、金属性炭化物とはＴｉＣやＮｂＣ，
ＴａＣ，ＭｏＣ，ＶＣ，ＺｒＣ，Ｗ ₂ Ｃなどの炭化物
をさすが、ダイヤモンドとの接合性に優れているのは特
にＴｉＣである。

【００３４】尚、非晶質カーボンとは、アモルファスカ
ーボン及び、例えばグラファイト的なＰＧ，ＧＣと呼ば
れるもの（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）、及びそれ
ら材料の混合物を指す。

【００３５】また、２次電子放出効率とは、電子を真空
中で、ある材料の表面に入射させた場合の表面から放出
される電子の入射電子に対する割合と考えてよく、ダイ
ヤモンド膜では５００ｅＶの入射エネルギーを有する電
子に対して４〜８という高い値がApplied Physics Lett
ers 65(1994)2702〜2704に示されている。この様な材料
を電子放出部６の陽極側に用いることにより電界電子放
出素子の電子放出効率は改善される。

【００３６】基板１としては、石英ガラス、Ｎａ等の不
純物含有量が減少したガラス、青板ガラス、青板ガラス
にスパッタ法等により形成したＳｉＯ₂ を積層したガ
ラス基板及び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。

【００３７】対向する電極２，３の材料としては、良好
な電子放出特性を得るためにダイヤモンドとの接合を考
慮し、金属性炭化物、金属性炭化物をつくる金属、或い
は炭素（グラファイトとグラファイト＋非結晶カーボン
を包含する）が含有されていることが好ましく、前述し
たＴｉやＮｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｖ，Ｚｒ，Ｗやその炭化
物、特にＴｉが含まれている膜を用いるのが好ましい。
その膜厚はダイヤモンド微粒子の粒径や電極２，３への
ステップカバレージ等を考慮して適宜設定されるが、通
常は、数１０ｎｍから数１００ｎｍの範囲とするのが好
ましい。

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

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

【００４０】「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）
では次のように記述されている。

【００４１】「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は１０ｎｍ程度から２〜３
ｎｍ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）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。

【００４２】「創造科学技術推進制度の“超微粒子プロ
ジェクト"（１９８１〜１９８６）では、粒子の大きさ
（径）がおよそ１〜１００ｎｍの範囲のものを“超微粒
子"(ultra fine particle)と呼ぶことにした。すると１
個の超微粒子はおよそ１００〜１０⁸ 個くらいの原子
の集合体という事になる。原子の尺度でみれば超微粒子
は大〜巨大粒子である。」（「超微粒子−創造科学技術
−」林主税、上田良二、田崎明編；三田出版１９８
８年２ページ１〜４行目）「超微粒子よりさらに小さ
いもの、すなわち原子が数個〜数百個で構成される１個
の粒子は、ふつうクラスターと呼ばれる」（同書２ペー
ジ１２〜１３行目）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ｎｍ程度、上限は１０μ
ｍ程度のものを指すこととする。

【００４３】『製造方法例』上述の電界電子放出素子の
製造方法としては様々な方法があるが、その一例を図５
に模式的に示す。

【００４４】以下、図５を参照して製造方法の一例につ
いて説明する。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。

【００４５】（１）基板１を洗剤、純水および有機溶剤
等を用いて十分に洗浄し、真空蒸着法、スパッタ法等に
より配線材料を堆積後、例えばフォトリソグラフィー技
術を用いて基板１上に電気配線４，５を形成する（図５
（ａ））。

【００４６】（２）電気配線４，５を設けた基板１に、
ダイヤモンド微粒子７を付着させる（図５（ｂ））。そ
れには蛍光体の塗布に利用されている沈降法、スラリー
法、ダスティング法なども利用可能である。ただし、こ
の工程は配線を作製する前でも可能であり、また後述す
る電極の作製後でも可能である。いくつかのダイヤモン
ド微粒子付着方法を以下に列挙すると、（Ａ）粒子径１０μｍ以下のダイヤモンド粒子を含む水
または有機溶媒等の液体を、基板または電極または電気
配線上に塗布し液体を乾燥させ、ダイヤモンド微粒子を
付着させる。

【００４７】（Ｂ）（沈降法）基板を最初に硫酸カリウ
ムや酢酸バリウムなどの電解質水溶液に浸しておき、そ
こにダイヤモンド微粒子が分散しているけい酸カリウム
の水溶液を入れ静置しておきダイヤモンド微粒子を沈降
させ、上澄み液を排出して乾燥させる。

【００４８】（Ｃ）（スラリー法）ポリビニルアルコー
ルと重クロム酸塩との水溶液に粒子径１０μｍ以下のダ
イヤモンド微粒子を分散させ（スラリーと呼ぶ）、その
スラリーをスピンコートなどで塗布し乾燥後シャドウマ
スクの上から水銀灯などで露光する。その後、純水で洗
浄すると紫外線が照射された部分だけダイヤモンド微粒
子が残り、不要部分は除去される。

【００４９】（Ｄ）（ダスティング法）スラリー法に似
ているが、ダイヤモンドを含まないポリビニルアルコー
ルと重クロム酸塩との水溶液を基板に塗布した後、乾燥
する前にダイヤモンド微粒子をエアスプレーにより付着
させ、その後、スラリー法と同様に露光して所望の位置
にダイヤモンド微粒子を付着させる。

【００５０】（Ｅ）粒子径１０μｍ以下のダイヤモンド
粒子を含む水または有機溶媒等の液体中に基板を挿入し
徐々に引き上げ乾燥させ、ダイヤモンド微粒子を付着さ
せる。この際スラリー法と組み合わせることも可能であ
る。また引き上げ途中に超音波処理を行うのも有効であ
る。

【００５１】もちろんパターニングはリフトオフ等によ
り作製することも可能である。

【００５２】（３）続いて、電極２，３となる膜８を成
膜する。成膜にはスパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法など一
般的な方法が利用可能である（図５（ｃ））。

【００５３】（４）次に、電子放出部６の作製方法を示
す。例えばリフトオフ等などのフォトリソグラフィー技
術を用いてパターニングできるが、この時、ダイヤモン
ドは電子放出部６のギャップ部分に残留してもかまわな
い。また、レーザーによるカッティングでも可能である
（図５（ｄ））。

【００５４】その後、ダイヤモンド微粒子と電極の結合
性を改善しておくことが有効である。これには電磁波照
射を行うのが好ましく、例えば、レーザーアニールや赤
外線アニールが挙げられる。ここでアニール温度は１０
０〜１０００℃程度が好ましい。また原料ダイヤモンド
の時点でダイヤモンド表面の一部に金属性炭化物、もし
くはグラファイト、および非晶質カーボンのいずれかが
結合しているものを用いることも有効である。

【００５５】このような工程を経て得られた電子放出素
子を、表面安定化工程に通すことが好ましい。この工程
にはダイヤモンド表面の水素処理が挙げられる。方法と
しては水素分圧１０^-6パスカル以上の雰囲気でアニール
する工程や、また水素分圧１０^-7パスカル以上、１０^-2
パスカル以下の雰囲気下で素子を初期駆動する工程、お
よびダイヤモンド微粒子層表面を水素プラズマ処理する
ことが有効であり、その結果電子放出の増大や安定化が
もたらされる。ここでアニール温度は１００〜１０００
℃程度が好ましい。水素プラズマでは水素以外のガス、
例えばアルゴン、ヘリウム、窒素などが混合されていて
もかまわない。この効果の原因としてはダイヤモンド表
面の表面洗浄、および表面にでているダングリングボン
ドの水素結合の促進が考えられる。

【００５６】表面安定化工程を行った後の駆動時の雰囲
気は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。
ただし１０^-3パスカルより高真空、好ましくは１０^-4パ
スカルより高真空であることがよい。真空容器を排気す
る真空排気装置は、装置から発生するオイルが素子の特
性に影響を与えないように、オイルを使用しないものを
用いるのが好ましい。具体的には、ソープションポン
プ、イオンポンプ等の真空排気装置を挙げることが出来
る。さらに真空容器内を排気するときには、真空容器全
体を加熱して、真空容器内壁や、電子放出素子に吸着し
た有機物質分子を排気しやすくするのが好ましい。この
ときの加熱条件は、１５０℃以上が望ましいが、特にこ
の条件に限るものではなく、真空容器の大きさや形状、
電子放出素子の構成などの諸条件により適宜選ばれる条
件により行う。このような真空雰囲気を採用することに
より、真空中残留ガスによる電子放出面の汚染を抑制で
き、結果として素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが安定す
る。

【００５７】尚、上述の電界電子放出素子の製造法は１
例であり、本発明はこれに限るものでない。

【００５８】『基本特性』上述した工程を経て得られた
本実施形態による電界電子放出素子の基本特性について
図６、図７を参照して説明する。

【００５９】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。図６において、６５は真空容器であり、６６は
排気ポンプである。真空容器６５内には電界電子放出素
子が配されている。即ち、１は電界電子放出素子を構成
する基体であり、２及び３は電極、４，５は電気配線、
６は電子放出部である。６１は、電子放出素子に素子電
圧Ｖｆを印加するための電源、６０は電極２−３間を流
れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、６４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である。６３はアノード電極６４に
電圧を印加するための高圧電源、６２は放出電流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６４の電圧を１ｋＶ〜１０ｋＶの範囲とし、アノード
電極６４と電界電子放出素子との距離Ｈを２ｍｍ〜８ｍ
ｍの範囲として測定を行うことができる。

【００６０】真空容器６５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。排気ポンプ６６は、ターボポンプ、ロータリーポ
ンプからなる通常の高真空装置系と、更に、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。
ここに示した電界電子放出素子が形成された電子源基板
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８００℃まで加熱できる。従って、この真空処理装置
を用いると、前述の水素アニール処理の工程も行うこと
もできる。

【００６１】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、素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖ
ｆ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に比べて小さいので、任意
単位で示している。なお縦、横軸ともリニアスケールで
ある。

【００６２】図７からも明らかなように、本実施形態に
よる電界電子放出素子は、放出電流Ｉｅに関して対する
三つの特徴的性質を有する。即ち、（１）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Ｖｆを印加すると急激に放出
電流Ｉｅが増加し、一方、しきい値電圧Ｖｔｈ以下では
放出電流Ｉｅがほとんど検出されない。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。

【００６３】（２）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。

【００６４】（３）アノード電極６４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６４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。

【００６５】以上の説明より理解されるように、本実施
形態による電界電子放出素子は、入力信号に応じて、電
子放出量を容易に制御できることになる。この性質を利
用すると複数の電界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。図
７においては、素子電流Ｉｆが素子電圧Ｖｆに対して単
調増加する（以下、「ＭＩ特性」という）例を実線に示
した。従来例の通電フォーミングした表面伝導型電子放
出素子では素子電流Ｉｆが素子電圧Ｖｆに対して電圧制
御型負性抵抗特性（以下、「ＶＣＮＲ特性」という）を
示す場合もある（不図示）。これらの特性は電界電子放
出型の本発明の素子では見られない。

【００６６】『応用例』本実施形態による電界電子放出
素子の応用例について以下に述べる。本実施形態による
電界電子放出素子の複数個を基板上に配列した電子源、
及びその電子源を用いた画像形成装置が構成できる。

【００６７】電界電子放出素子の配列としては、種々の
ものが採用できる。一例として、行方向に配置した多数
の電界電子放出素子の個々の電気配線４、５を接続配線
により接続して形成される電子放出素子の行を多数行配
し、この接続配線と直交する方向（列方向と呼ぶ）に沿
い、電界電子放出素子の上方に並べた複数の制御電極
（グリッドとも呼ぶ）により、電界電子放出素子からの
放出電子Ｉｅを制御駆動するはしご状配置のものがあ
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
素子の一方の電極を、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他方の電極を、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。

【００６８】本実施形態による電界電子放出素子につい
ては、前述したとおり（１）〜（３）の特性がある。即
ち、電界電子放出素子からの放出電子Ｉｅは、しきい値
電圧Ｖｔｈ以上では、対向する電極２、３間に印加する
パルス状電圧の波高値と時間巾で制御できる。一方、し
きい値電圧Ｖｔｈ以下では、殆ど放出電子Ｉｅは放出さ
れない。この特性によれば、多数の電界電子放出素子を
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、電界電子放出素
子を選択して電子放出量を制御できる。

【００６９】以下、この原理に基づき、本実施形態によ
る電界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を参照して説明する。図８において、８１
は電子源基板、８２はＸ方向配線、８３はＹ方向配線で
ある。８４は電界電子放出素子、８５は結線である。

【００７０】ｍ本のＸ方向配線８２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、巾は、適宜設計され
る。Ｙ方向配線８３は、Ｄｙ１，Ｄｙ２，．．．，Ｄｙ
ｎのｎ本の配線よりなり、Ｘ方向配線８２と同様に形成
される。これらｍ本のＸ方向配線８２とｎ本のＹ方向配
線８３との間には、不図示の層間絶縁層が設けられてお
り、層間絶縁層はＸ方向配線８２とＹ方向配線８３を電
気的に分離している（ｍ，ｎは、共に正の整数）。

【００７１】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８２を形成した基板８１
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８２とＹ方向配線８３の交差部の電位差に耐え得る
ように、膜厚、材料、製造方法が適宜設定される。Ｘ方
向配線８２とＹ方向配線８３は、それぞれ外部端子とし
て引き出されている。

【００７２】電界放出素子８４を構成する一対の電極
２、３（図８では不図示）は、ｍ本のＸ方向配線８２と
ｎ本のＹ方向配線８３とに導電性金属等からなる結線８
５によって電気的に接続されている。

【００７３】配線８２と配線８３を構成する材料、結線
８５を構成する材料及び一対の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
たそれぞれ異なってもよい。これら材料は、例えば前述
の電極の材料より適宜選択される。電極を構成する材料
と配線材料が同一である場合には、電極に接続した配線
は電極であるということもできる。

【００７４】Ｘ方向配線８２には、Ｘ方向に配列した電
界電子放出素子８４により構成される行を走査信号を印
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８３には、Ｙ方向に配列した電界電子放出素
子８４により構成される各列に入力信号に応じて変調し
た変調信号を印加するための不図示の変調信号発生手段
が接続される。各電界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。

【００７５】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。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１
０及び図１１を参照して説明する。図１０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１０の画像形成装置に使用される蛍光膜１０４の模式
図である。図１１は、ＮＴＳＣ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。

【００７６】図１０において、８１は電界電子放出素子
を複数配した電子源基板、１０１は電子源基板８１を固
定したリアプレート、１０６はガラス基板１０３の内面
に蛍光膜１０４とメタルバック１０５等が形成されたフ
ェースプレートである。１０２は支持枠であり該支持枠
１０２には、リアプレート１０１、フェースプレート１
０６がフリットガラス等を用いて接続されている。１０
８は外囲器であり、例えば大気中あるいは窒素中で、４
００〜５００℃の温度範囲で１０分以上焼成すること
で、封着して構成される。６は、図１における電子放出
部である。８２，８３は、電界電子放出素子の一対の電
極と接続されたＸ方向配線及びＹ方向配線である。外囲
器１０８は上述の如く、フェースプレート１０６、支持
枠１０２、リアプレート１０１で構成される。リアプレ
ート１０１は主に基板８１の強度を補強する目的で設け
られるため、基板８１自体で十分な強度を持つ場合は別
体のリアプレート１０１は不要とすることができる。即
ち、基板８１に直接支持枠１０２を封着し、フェースプ
レート１０６、支持枠１０２及び基板８１で外囲器１０
８を構成しても良い。一方、フェースプレート１０６、
リアプレート１０１間に、スペーサーとよばれる不図示
の支持体を設置することにより、大気圧に対して十分な
強度を持つ構成にすることもできる。

【００７７】図９は、蛍光膜１０４を示す模式図であ
る。蛍光膜１０４は、モノクロームの場合は蛍光体のみ
から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あるいはブラッ
クマトリクスなどと呼ばれる黒色導電材９１と蛍光体９
２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１０４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。ブラックストライプの材料と
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。

【００７８】ガラス基板１０３に蛍光体９２を塗布する
方法は、モノクローム、カラーによらず沈降法、スラリ
ー法、印刷法等が採用できる。

【００７９】蛍光膜１０４の内面側には、通常メタルバ
ック１０５が設けられる。メタルバックを設ける目的
は、蛍光体９２の発光のうち内面側への光をフェースプ
レート１０６側へ鏡面反射させ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９２を保護すること等で
ある。メタルバック１０５は、蛍光膜１０４を作製後、
蛍光膜１０４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。

【００８０】更に、蛍光膜１０４の導電性を高めるた
め、フェースプレート１０６の蛍光膜１０４の外面側に
透明電極（不図示）を設けてもよい。前述の封着を行う
際には、カラーの場合は各色蛍光体９２と電界電子放出
素子８４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。

【００８１】図１０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。

【００８２】外囲器１０８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
ンプなど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^-5パスカル程度の真空度の
有機物質の十分少ない雰囲気にした後、封止が成され
る。外囲器１０８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できる。これは、外囲器１
０８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１０８内
の所定の位置（不図示）に配置されたゲッターを加熱
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、たとえ
ば１×１０^-乃至１×１０^-5パスカルの真空度を維持す
るものである。

【００８３】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、
１１１は画像表示パネル、１１２は走査回路、１１３は
制御回路、１１４はシフトレジスタである。１１５はラ
インメモリ、１１６は同期信号分離回路、１１７は変調
信号発生器、ＶｘおよびＶａは直流電圧源である。

【００８４】表示パネル１１１は、端子Ｄｏｘ１乃至Ｄ
ｏｘｍ、端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎ、及び高圧端子Ｈｖ
を介して外部の電気回路と接続している。端子Ｄｏｘ１
乃至Ｄｏｘｍには、表示パネル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
界電子放出素子群を一行（ｎ素子）ずつ順次駆動する為
の走査信号が印加される。

【００８５】端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｎには、前記走査信号
により選択された一行の電界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Ｈｖには、直流電圧源Ｖａより、例えば１０ｋＶ
の直流電圧が供給されるが、これは電界電子放出素子か
ら放出される電子ビームに蛍光体９２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。

【００８６】走査回路１１２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を備えたもので（図
中、Ｓ１乃至Ｓｍで模式的に示している）ある。各スイ
ッチング素子は、直流電圧源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１１１の端子Ｄｘ１ないしＤｘｍと電気的に接
続される。Ｓ１乃至Ｓｍの各スイッチング素子は、制御
回路１１３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。
直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には電界電子放出素子の
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。

【００８７】制御回路１１３は、外部より入力する画像
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１１３は、同期
信号分離回路１１６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およびＴ_SFTおよびＴ_MRYの各
制御信号を発生する。

【００８８】同期信号分離回路１１６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為の回路である。同期信号分離
回路１１６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。
該ＤＡＴＡ信号はシフトレジスタ１１４に入力される。
シフトレジスタ１１４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１１３
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１１４のシフト
クロックであるということもできる）。シリアル／パラ
レル変換された画像１ライン分（電子放出素子ｎ素子分
の駆動データに相当）のデータは、Ｉｄ１乃至Ｉｄｎの
Ｎ個の並列信号として前記シフトレジスタ１１４より出
力される。

【００８９】ラインメモリ１１５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１１３より送られる制御信号Ｔ_MRY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、Ｉ′ｄ１乃至Ｉ′ｄｎとして出力され、変調信
号発生器１１７に入力される。

【００９０】変調信号発生器１１７は、画像データＩ′
ｄ１乃至Ｉ′ｄｎの各々に応じて電界電子放出素子８４
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Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを通じて表示パネ
ル１０１内の電界電子放出素子８４に印加される。

【００９１】前述したように、本実施形態による電子放
出素子８４は放出電流Ｉｅに対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Ｖｔ
ｈがあり、Ｖｔｈ以上の電圧を印加された時のみ電子放
出が生じる。電子放出しきい値Ｖｔｈ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Ｉｅ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Ｖｔｈ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
Ｖｔｈ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を変化させる事に
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事が可能であ
る。

【００９２】従って、入力信号に応じて、電界電子放出
素子を変調する方式としては、電圧変調方式、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１１７として、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パルス
の波高値を変調するような電圧変調方式の回路を用いる
ことができる。

【００９３】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１１７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。

【００９４】シフトレジスタ１１４やラインメモリ１１
５としては、デジタル信号式のものもアナログ信号式の
ものも採用できる。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。

【００９５】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路１１６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１１６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１１
５の出力信号がデジタル信号かアナログ信号かにより、
変調信号発生器１１７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１１７には、例えばＤ／Ａ変換
回路を用い、必要に応じて増幅回路などを付加する。パ
ルス幅変調方式の場合、変調信号発生器１１７には、例
えば高速の発振器およ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界電子放出素子８４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。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１１７には、例えばオペアンプなどを用
いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフト回
路など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、必要に応じて電界電子放出素子８４の駆動電圧ま
で電圧増幅するための増幅器を付加することもできる。

【００９６】このような構成をとり得る本実施形態によ
る画像表示装置においては、各電界電子放出素子８４
に、容器外端子Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１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
生ずる。高圧端子Ｈｖを介してメタルバック１０５、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１０４に衝突
し、発光が生じて画像が形成される。

【００９７】次に、はしご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。

【００９８】図１２は、はしご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１２０は電子源基
板、８４は電界電子放出素子である。１２２のＤｘ１〜
Ｄｘ１０は、電子放出素子８４を接続するための共通配
線である。電子放出素子８４は、基板１２０上にＸ方向
に並列に複数個配されている（これを素子行と呼ぶ）。
この素子行が複数個配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、電子ビームを放出し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。各素子行間の共通配線Ｄｘ
２〜Ｄｘ９は、例えばＤｘ２，Ｄｘ３を同一配線とする
こともできる。

【００９９】図１３は、はしご型配置の電子源基板１２
０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。１３０はグリッド電極、１３１は電子
が通過するための空孔、１３２はＤｏｘ１，Ｄｏｘ
２，．．．Ｄｏｘｍよりなる走査用容器外端子である。
１３３は、グリッド電極１３０と接続されたＧ１，Ｇ
２，．．．Ｇｎからなるグリッド用容器外端子、１２０
は各素子行間の共通配線を同一配線とした前述の電子源
基板である。図１３においては、図８、図１０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。ここに示したはしご型配置の画像形成
装置と、図１０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、はしご型配置の画像形成装置の
電子源基板１２０とフェースプレート１０６の間にある
グリッド電極１３０を単純マトリクス配置の画像形成装
置が備えていないことある。

【０１００】図１３においては、電子源基板１２０とフ
ェースプレート１０６の間には、グリッド電極１３０が
設けられている。グリッド電極１３０は、電界電子放出
素子８４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、はしご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個ずつ円形の空孔１３１が設けられて
いる。グリッドの形状や設置位置は図１３に示したもの
に限定されるものではない。例えば、空孔としてメッシ
ュ状に多数の通過口を設けることもでき、グリッド電極
１３０を電界電子放出素子８４の周囲や近傍に設けるこ
ともできる。

【０１０１】走査用容器外端子１３２およびグリッド用
容器外端子１３３は、不図示の制御回路と電気的に接続
されている。

【０１０２】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。

【０１０３】上述の２種の画像形成装置の構成は、本実
施形態による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方式などの他、こ
れよりも多数の走査線からなるＴＶ信号（例えば、高品
位ＴＶ）方式をも採用できる。

【０１０４】また、これらの画像形成装置は、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。

【０１０５】

【実施例】以下に、実施例をあげて、本発明をさらに詳
述する。

【０１０６】［実施例１］本実施例による基本的な電界
電子放出素子８４の構成は、図１（ａ），（ｂ）の平面
図及び断面図と同様である。尚、基板は特性測定用と形
状観察用に２枚同じものを作製した。また、本実施例に
おける電界電子放出素子８４の製造法は、基本的には図
５と同様である。以下、図１、図４、図５を用いて、本
発明に関わる素子の基本的な構成及び製造法を説明す
る。

【０１０７】図において１は基板、２と３は電極、４と
５は電気配線、６は電子放出部、７はダイヤモンド微粒
子分散膜、８は電極膜である。

【０１０８】以下、順をおって製造方法の説明を図１及
び図５に基づいて具体的に説明する。

【０１０９】（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、配線４，５のパターンをホトレジスト（RD
-2000N 日立化成製）形成し、真空蒸着法により厚さ５
０ｎｍのＰｔを堆積した。ホトレジストパターンを有機
溶剤で溶解し、堆積膜をリフトオフし、配線間隔Ｌ′＝
２０μｍ、配線の幅Ｗ′＝２ｍｍを有する配線４，５を
形成した（図５（ａ），図４）。

【０１１０】（工程−ｂ）電界電子放出素子８４用のダ
イヤモンド分散をおこなうために、基板１の全体を水、
イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、ポリビニルアルコ
ール、ダイヤモンド微粒子（デビアス社、天然ダイヤモ
ンドＳＮＤ０〜１／４μｍ）を適度に混合した溶液を
用意し、その液に浸した後、ゆっくり引き上げ、更に空
気中３５０℃でアニールしダイヤモンド微粒子を全面に
付着させ、ダイヤモンド微粒子分散膜７を作成した。こ
うして形成されたダイヤモンド微粒子の密度は１μｍ²
あたり平均２個程度であった（図５（ｂ））。

【０１１１】（工程−ｃ）電界電子放出素子８４の電極
２，３とギャップＬとなるべきパターンをホトレジスト
（RD-2000N 日立化成社製）形成し、真空蒸着法により
厚さ８０ｎｍのＴｉＣの電極膜８を堆積した（図５
（ｃ））。

【０１１２】（工程−ｄ）ホトレジストパターンを有機
溶剤で溶解し、堆積膜をリフトオフし、ギャップ間隔Ｌ
は３μｍとし、３００μｍの幅Ｗを有する電極２，３を
形成した。このリフトオフの際にＴｉＣが成膜された場
所以外の場所に付着していたダイヤモンド微粒子は剥離
した（図５（ｄ））。

【０１１３】次に、図６の測定装置内に作製した電界電
子放出素子８４を設置し、真空ポンプにて排気し、１０
^-4パスカルの真空度に達した後、水素４％アルゴン９６
％のガスを導入し１００パスカルの圧力にした状態で６
００℃アニールを１時間施した。

【０１１４】こうして、実施例１の電界電子放出素子８
４を作製し、一方の素子を電界電子放出素子８４の特性
の評価の為に上述の図６の測定評価装置で測定し、また
残りの一方を形態を把握するために電子顕微鏡で形態を
観察した。なお、評価条件としてアノード電極６４と電
子放出素子間８４の距離を４ｍｍ、アノード電極６４の
電位を１ｋＶ、電子放出特性測定時の真空装置内の真空
度を１０^-6パスカルとした。電極２及び３の間に素子電
圧を５０Ｖ印加し、その時に流れる素子電流Ｉｆ及びア
ノードに到達する放出電流Ｉｅを測定した。その結果
０．２ｍＡ程度の素子電流Ｉｆが流れ、放出電流Ｉｅは
１０μＡであった。また、電子顕微鏡で観察した形態
は、図３−ｂに示したものと同様であった。

【０１１５】次に、これらの素子の動作安定性をみるた
めに、５０Ｖを印加して動作し、素子電流Ｉｆ、放出電
流Ｉｅの時間変化を測定した。この結果、１００時間駆
動後も減少がほとんど見られなかった。

【０１１６】以上より、特定の電極のギャップ部にダイ
ヤモンドを分散させ、ダイヤモンドにＴｉＣなどの炭化
物を接合させることにより、効率が良く安定した素子電
流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが長時間得られる電界電子放出素
子８４が作製できた。

【０１１７】［実施例２］実施例１と同様な方法で電極
の種類を変えた素子を作製した。電極膜にはＣ（カーボ
ン），Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｖ，Ｚｒ，Ｗ，Ｃｒ，
Ｃｕ，Ａｕを用いた。続いて実施例１と同様の評価装置
にて素子電流Ｉｆと放出電流Ｉｅを測定した。その結果
を電極にＣを用いた場合を基準値として表１にまとめ
た。

【０１１８】

【表１】電極膜にＣ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｖ，Ｚｒ，Ｗ，
Ｃｒを用いた場合は実施例１と同様の素子電流Ｉｆと放
出電流Ｉｅが観測されたが、電極膜にＣｕ，Ａｕを用い
た場合ではかなり少ない素子電流と放出電流しか得られ
なかった。その原因をしらべるために素子のギャップ部
の形態を電子顕微鏡で観察した結果、電極膜にＴｉ，Ｎ
ｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｖ，Ｚｒ，Ｗ，Ｃｒを用いた場合はダ
イヤモンドと電極膜の間にＴｉＣなどの炭化物ができて
いることがわかった。また電極膜にＣを用いた素子では
ダイヤモンドと電極膜の間に非晶質カーボンと思われる
層とグラファイトが観察された。また電極膜にＣｕ，Ａ
ｕを用いた場合ではそのような中間層は見られなかっ
た。以上の結果から電子放出部６の電極膜とダイヤモン
ド微粒子の間に金属性炭化物、或いははグラファイトと
非晶質カーボンの混合物のいずれかが接合されている素
子において、効率が良く安定した素子電流Ｉｆ、放出電
流Ｉｅが得られる電子放出源が作製できることがわか
る。

【０１１９】さらに表１から電極膜にＣ，Ｔｉ，Ｎｂ，
Ｔａ，Ｍｏ，Ｖ，Ｚｒ，Ｗを用いた場合に特に同じ電圧
で比較した場合、素子電流Ｉｆや放出電流Ｉｅが大きい
ことがわかる。これらの材料の炭化物の仕事関数が４．
６ｅＶ（Ｃ）、２．３５ｅＶ（ＴｉＣ）、４．１ｅＶ
（ＮｂＣ）、３．０５ｅＶ（ＴａＣ）、３．５４ｅＶ
（ＭｏＣ）、３．８５ｅＶ（ＶＣ）、３．８ｅＶ（Ｚｒ
Ｃ）、４．６ｅＶ（Ｗ₂Ｃ）と全て４．６ｅＶ以下であ
り、かつ放出電流Ｉｅがほぼ仕事関数の少ない順に大き
くなっていることがわかる。

【０１２０】［実施例３］実施例１と同様な方法で電極
膜にＣ，ＴｉＣ，Ｐｄを用いて素子を作製した。ただし
アニールに関しては、真空中でアニール温度を上昇させ
ながら測定を行った。測定は実施例１と同様の評価装置
にて素子電流Ｉｆと放出電流Ｉｅを測定した。その際、
素子電圧１００Ｖで放出電流Ｉｅが１μＡに達するまで
アニール温度を上昇させた。その結果、到達温度は電極
にＣを用いた場合は６００℃、Ｔｉを用いた場合は５２
０℃でありＰｄを用いた場合は８００℃まで温度上昇さ
せても、１μＡに達しなかった。

【０１２１】以上の結果から電子放出部６の電極膜には
Ｔｉを含有する膜を用いるとダイヤモンドと電極膜の接
合を改善するためのアニール温度を低くすることができ
ることがわかる。

【０１２２】［実施例４］実施例１と同様な方法で電極
膜にＴｉを用いた素子を２つ作製した。電界電子放出素
子８４の１つはそのままで、またもう一方は再度ダイヤ
モンドを実施例１の工程−ｂと同様の方法で素子の上に
付着させた。そして２つの素子を実施例１と同様の評価
装置６に設置し、真空ポンプにて排気し、１０^-4パスカ
ルの真空度に達した後、水素４％アルゴン９６％のガス
を導入し１０パスカルの圧力にした状態で２５０℃アニ
ールを１０時間施した。そして２つの素子を評価装置に
て素子電流Ｉｆと放出電流Ｉｅを測定した。その結果１
５０Ｖの素子電圧ではダイヤモンドを再付着させない素
子に比べて再付着させた素子では素子電流Ｉｆが１０％
程度減少したものの放出電流Ｉｅは２５％上昇し、結果
的に効率が高くなった。これは電子放出部６の陰極から
出た電子が電子放出部６の陽極に到達した際に２次電子
放出を起こし電子放出量を増加させているものと考えら
れる。

【０１２３】以上の結果からダイヤモンドを主成分とす
る微粒子が少なくとも電子放出部６の陰極側にあり、且
つ電子放出部６の陽極表面の駆動電圧における２次電子
放出効率が高い材料を用いることにより素子の電子放出
効率を増大させることができることがわかる。

【０１２４】［実施例５］実施例１と同様な方法で１つ
の基板に２４個の電界電子放出８４素子作成し、素子に
よる放出電流Ｉｅのばらつきを測定した。ただし素子作
製工程−ｂを以下の様に変更した。

【０１２５】（Ａ）ダイヤモンドが分散した溶液をスプ
レーにより基板１に塗布し、そのまま自然乾燥させた。

【０１２６】（Ｂ）ダイヤモンドが分散した溶液をスピ
ンコートにより塗布した。

【０１２７】但し、スピンコートの条件は１５００回転
／分で１分間である。

【０１２８】（Ｃ）実施例１同様にダイヤモンドが分散
した溶液に基板１を垂直に浸し、そのまま基板１を５ｍ
ｍ／ｓｅｃのスピードで引き上げた。

【０１２９】（Ｄ）上記Ｂの方法と同様であるが、基板
１が溶液中にある間は溶液に超音波処理を行った。

【０１３０】上記Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４種類の基板の素子
を作製しアニールした後、実施例１と同様に素子電圧１
００Ｖでの放出電流Ｉｅを測定し２４個の素子でのばら
つきを調べた。その結果Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄの順でばらつき
は小さくなった。この原因を調べるために各素子のギャ
ップ部の形態を電子顕微鏡で観察した結果、Ａの方法で
作製した素子はダイヤモンド微粒子がかなり凝集してお
り、ギャップ部が凸状になるほどダイヤモンドが付着す
る場合や、まったくダイヤモンドが見られない場合など
均一性がかなり悪かった。またＢの方法で作製した素子
はダイヤモンド微粒子がスピンコートする際の回転中心
から筋状に付着しており、回転中心付近と中心から離れ
た場所での付着の様子がかなり異なっていた。これは溶
液の比重に比べてダイヤモンドの比重が３倍程度あった
ためと考えられる。またＣの方法で作製した素子はダイ
ヤモンド微粒子がかなり均一に付着していたが、ところ
どころ数個のダイヤモンドが凝集しているのがわかっ
た。またＤの方法で作製した素子はダイヤモンド微粒子
がほぼ均一に付着しているのがわかった。これは超音波
により若干の凝集が防げたものと考えられる。

【０１３１】［実施例６］実施例５と同様な方法で１つ
の基板に２４個の電界電子放出素子８４を作成した。た
だし素子作製工程−ｂを以下の様に変更した。

【０１３２】（Ａ）ポリビニルアルコールと重クロム酸
塩との水溶液に実施例１と同じダイヤモンド微粒子を分
散させ、そのスラリーをスピンコートで塗布し乾燥後シ
ャドウマスクの上から水銀灯で露光した。その後、純水
で洗浄し不要部分は除去した。

【０１３３】（Ｂ）ダイヤモンドを含まないポリビニル
アルコールと重クロム酸塩との水溶液を基板１に塗布し
た後、乾燥する前に実施例１と同じダイヤモンド微粒子
をエアスプレーにより付着させ、その後（Ａ）と同様に
露光し洗浄し乾燥させた。

【０１３４】上記Ａ，Ｂの２種類の基板１の電界電子放
出素子８４を作製しアニールした後、実施例５と同様に
素子電圧１００Ｖでの放出電流Ｉｅを測定した結果、同
様の電子放出の特性が得られた。また各素子のダイヤモ
ンド付着の様子を電子顕微鏡で観察した結果、両方とも
紫外線照射した部分だけダイヤモンドが付着しているこ
とがわかった。

【０１３５】以上の結果からポリビニルアルコールなど
の高分子と重クロム酸塩などの混合された膜に紫外線照
射することによりダイヤモンド微粒子膜のパターニング
が出来ることがわかった。また、洗浄した溶液を回収す
ることによりダイヤモンドなどの再利用でき、コスト的
にも有効であることがわかる。

【０１３６】［実施例７］実施例１と同様な方法で１つ
の基板に２個の素子作成し、素子の素子電流Ｉｆを放出
電流Ｉｅを測定した。ただし素子作製工程を以下の様に
変更した。

【０１３７】（Ａ）ダイヤモンド微粒子の一部を真空中
１３００℃にて熱処理し若干炭化させたものを原料にし
た。

【０１３８】（Ｂ）実施例１と同様であるが実施例１の
水素アニール前にＹＡＧレーザーにて電子放出部を溶融
しない程度の出力にしてアニールした。

【０１３９】上記Ａ，Ｂの２種類の基板１の電界電子放
出素子８４を作製した後、実施例１と同様に電界電子放
出素子８４の特性の評価の為に図６の測定評価装置にて
素子電圧１００Ｖで素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅの測定
を行った。その結果Ａ，Ｂのどちらの方法においてもこ
れらの処置をしなかった素子に比べ素子電流Ｉｆ、放出
電流Ｉｅの増大が見られた。この原因を調べるために各
素子の電子放出部６の形態を電子顕微鏡で観察した結
果、どちらの方法で作製した素子でもダイヤモンド微粒
子と電極の接触面積が大きくなっているように観察され
た。

【０１４０】以上の結果からダイヤモンド層形成工程に
用いるダイヤモンド微粒子の表面にあらかじめ金属性炭
化物、グラファイトや非晶質カーボンを結合させておく
ことや、ダイヤモンド微粒子および電極膜にレーザーな
どの電磁波を照射することにより素子特性が改善される
ことがわかる。

【０１４１】［実施例８］実施例１と同様な方法で１つ
の基板に２個の電界電子放出素子８４を作成し、図６の
測定評価装置にて素子電圧１００Ｖで素子電流Ｉｆ、放
出電流Ｉｅの測定を行った。ただし素子作製工程を以下
の様に変更した。

【０１４２】（Ａ）素子作製後の水素４％中アニールを
行わなかった。

【０１４３】（Ｂ）実施例１と同様であるが実施例１の
水素アニールの際の水素分圧を低い方から増大させなが
ら素子評価を行った。

【０１４４】（Ｃ）素子作製後の水素４％中アニールを
行わなかったが、素子の初期駆動を水素分圧を低い方か
ら増大させながら素子評価を行った。

【０１４５】（Ｄ）素子作製後の水素４％中アニールを
行わなかったが、その代わりに１パスカルの圧力にて素
子表面の水素プラズマ処理をおこなった。

【０１４６】上記Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４種類の方法で作製
した素子において、（Ａ）の方法で作製した素子では素
子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅともに約３分の１に減少した
が、（Ｂ）の方法で作製した素子では水素分圧１０^-6パ
スカル以上の雰囲気で、（Ｃ）の方法で作製した素子で
は水素分圧１０^-7パスカル以上１０^-2パスカル以下の雰
囲気では素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅともに実施例１の
方法で作製した素子に比べて遜色はなく、（Ｄ）の方法
においても同様であった。この原因としてダイヤモンド
微粒子の表面性の改善が考えられる。

【０１４７】［実施例９］本実施例は、多数の電界電子
放出素子８４を単純マトリクス配置した画像形成装置の
例である。

【０１４８】電子源基板８１の一部の平面図を図１４に
示す。また、図中のＡ−Ａ′断面図を図１５に示す。但
し、図１４、図１５、図１６で、同じ記号を示したもの
は、同じものを示す。ここで１は基板、８２は図８のＤ
ｘｉ（１≦ｉ≦ｍ）に対応するＸ方向配線（下配線とも
呼ぶ）、８３は図８のＤｙｊ（１≦ｊ≦ｎ）に対応する
Ｙ方向配線（上配線とも呼ぶ）、２，３は電極、１５１
は層間絶縁層、１５２は電極２と下配線８２と電気的接
続のためのコンタクトホールであり、１５３はダイヤモ
ンド微粒子層である。

【０１４９】次に、製造方法を図１６を参照して工程順
に従って具体的に説明する。

【０１５０】（工程−ａ）清浄化した青板ガラス上に厚
さ０．５μｍのシリコン酸化膜をスパッタ法で形成した
基板１上に、真空蒸着により厚さ５ｎｍのＣｒ、厚さ６
００ｎｍのＡｕを順次積層した後、ホトレジスト（ＡＺ
１３７０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８２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８２
を形成する。

【０１５１】（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
より堆積する。

【０１５２】（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１５２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
する。エッチングはＣＦ₄ とＨ₂ ガスを用いたＲＩＥ
(Reactive Ion Etching)法によった。

【０１５３】（工程−ｄ）その後、電極２，３と電子放
出部６となるべきパターンをホトレジスト（ＲＤ−２０
００Ｎ−４１日立化成製）形成し、真空蒸着法によ
り、厚さ１００ｎｍのＴｉを堆積した。ホトレジストパ
ターンを有機溶剤で溶解し、Ｔｉ堆積膜をリフトオフ
し、電極２，３のギャップ幅（Ｌ）を５μｍとし、電極
の幅Ｗを３００μｍ、を有する電極２，３および電子放
出部６を形成した。

【０１５４】（工程−ｅ）電極２，３の上に上配線８３
のホトレジストパターンを形成した後、厚さ５００ｎｍ
のＡｕを真空蒸着により堆積し、リフトオフにより不要
の部分を除去して、所望の形状の上配線８３を形成し
た。

【０１５５】（工程−ｆ）電極２，３の上にダイヤモン
ド微粒子分散層１５２用のホトレジストパターンを形成
した後、そのうえに基板全体を水、イソプロピルアルコ
ール（ＩＰＡ）、ポリビニルアルコール、ダイヤモンド
微粒子（デビアス社製、天然ダイヤモンドＳＮＤ０〜
１／４μｍ、ダイヤモンドは１重量％）を混合した溶液
中に浸し、その液に浸した後ゆっくり引き上げ乾燥して
ダイヤモンドを付着させリフトオフにより不要の部分を
除去して、更に空気中３５０℃でアニールしダイヤモン
ド微粒子の付着強度を上げ、所望の形状のダイヤモンド
微粒子分散層１５３を形成した。

【０１５６】（工程−ｇ）その後、ＹＡＧレーザーによ
り基板をＸ，Ｙ方向に操作させながらダイヤモンド微粒
子層１５３の部分をレーザーアニールした。

【０１５７】以上の工程により絶縁性基板１上に下配線
８２、層間絶縁層１５１、上配線８３、電極２，３、電
子放出部６、ダイヤモンド微粒子層１５３等を形成し
た。

【０１５８】つぎに、以上のようにして作成した電子源
基板８１を用いて画像表示装置を構成した例を、図８と
図１０を参照して説明する。

【０１５９】上記のようにして多数の電界電子放出素子
８４を作製した基板１（電子源基板８１）をリアプレー
ト１０１上に固定した後、電子源基板８１の３ｍｍ上方
に、フェースプレート１０６（ガラス基板１０３の内面
に蛍光膜１０４とメタルバック１０５が形成されて構成
される）を支持枠１０２を介し配置し、フェースプレー
ト１０６、支持枠１０２、リアプレート１０１の接合部
にフリットガラスを塗布し、大気中あるいは窒素雰囲気
中で４００℃で１０分以上焼成することで封着した。ま
たリアプレート１０１への電子源基板８１の固定もフリ
ットガラスで行った。

【０１６０】蛍光膜１０４は、本実施例では蛍光体は図
９（ａ）に示すストライプ形状を採用し、先にブラック
ストライプ（黒色導電材）９１を形成し、その間隙部に
各色蛍光体９２を塗布し、蛍光膜１０４を作製した。ブ
ラックストライプ９１の材料として通常良く用いられて
いる黒鉛を主成分とする材料を用いた。ガラス基板１０
３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１０４の内面側には通常メタルバッ
ク１０５が設けられる。メタルバックは、蛍光膜１０４
の作製後、蛍光膜１０４の内面側表面の平滑化処理を行
い、その後Ａｌを真空蒸着することで作製した。更に蛍
光膜１０４の導電性を高めるため、フェースプレート１
０６の蛍光膜１０４の外面側に透明電極（不図示）が設
けられる場合もあるが、本実施例では、メタルバックの
みで十分な導電性が得られたので省略した。

【０１６１】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なくてはいけないた
め、十分な位置合わせを行った。

【０１６２】（工程−ｈ）以上のようにして完成した外
囲器１０８内の雰囲気を排気管（図示せず）を通じ真空
ポンプにて排気し、十分な真空度に達した後、水素４％
アルゴン９６％のガスを導入し、１００パスカルの圧力
にした状態で２５０℃アニールを１時間施した。

【０１６３】次に１０^-5パスカル程度の真空度まで排気
し、不図示の排気管をガスバーナーで熱することで溶着
し外囲器１０８の封止を行った。

【０１６４】最後に封止後の真空度を維持するために、
高周波加熱法でゲッター処理を行った。

【０１６５】以上のように完成した本実施例による画像
表示装置において、各電子放出素子８４には、容器外端
子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍ及びＤｙ１乃至Ｄｙｎを通じ、走査
信号及び変調信号を図１１のの信号発生手段よりそれぞ
れ、印加することにより、電子放出させ、高圧端子Ｈｖ
を通じ、メタルバック１０５、あるいは透明電極（不図
示）に数ｋＶ以上の高圧を印加し、電子ビームを加速
し、蛍光膜１０４に衝突させ、励起・発光させることで
画像を表示した。

【０１６６】本実施例の画像表示装置は、明るくかつ安
定な表示が行えた。

【０１６７】［実施例１０］図１７は、前記説明の電子
源基板８１の電界電子放出素子８４を電子ビーム源とし
て用いたディスプレイパネルに、たとえばテレビジョン
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表示装置の一例を示
すための図である。図中３３００はディスプレイパネ
ル、３３０１はディスプレイパネルの駆動回路、３３０
２はディスプレイコントローラ、３３０３はマルチプレ
クサ、３３０４はデコーダ、３３０５は入出力インター
フェース回路、３３０６はＣＰＵ、３３０７は画像生成
回路、３３０８乃至３３１０は画像メモリーインターフ
ェース回路、３３１１は画像入力インターフェース回
路、３３１２および３３１３はＴＶ信号受信回路、３３
１４は入力部である。（なお、本表示装置は、たとえば
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、記憶などに
関する回路やスピーカーなどについては説明を省略す
る。）以下、画像信号の流れに沿って各部の機能を説明
してゆく。

【０１６８】まず、ＴＶ信号受信回路３３１３は、たと
えば電波や空間光通信などのような無線伝送系を用いて
伝送されるＴＶ画像信号を受信する為の回路である。受
信するＴＶ信号の方式は特に限られるものではなく、た
とえば、ＮＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式、ＳＥＣＡＭ方式な
どの諸方式でもよい。また、これらよりさらに多数の走
査線よりなるＴＶ信号（たとえばいわゆる高品位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。ＴＶ信号
受信回路３３１３で受信されたＴＶ信号は、デコーダ３
３０４に出力される。

【０１６９】また、ＴＶ信号受信回路３３１２は、たと
えば同軸ケーブルや光ファイバーなどのような有線伝送
系を用いて伝送されるＴＶ画像信号を受信するための回
路である。前記ＴＶ信号受信回路３３１３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３３０４に出
力される。

【０１７０】また、画像入力インターフェース回路３３
１１は、たとえば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３３０
４に出力される。

【０１７１】また、画像メモリーインターフェース回路
３３１０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３３０４に出力さ
れる。

【０１７２】また、画像メモリーインターフェース回路
３３０９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３３０４に出力される。

【０１７３】また、画像メモリーインターフェース回路
３３０８は、いわゆる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３
３０４に入力される。

【０１７４】また、入出力インターフェース回路３３０
５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もちろんのこと、場合によ
っては本表示装置の備えるＣＰＵ３３０６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。

【０１７５】また、画像生成回路３３０７は、前記入出
力インターフェース回路３３０５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ＣＰＵ
３３０６より出力される画像データや文字・図形情報に
もと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、たと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
など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。

【０１７６】本回路により生成された表示用画像データ
は、デコーダ３３０４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３３０５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。

【０１７７】また、ＣＰＵ３３０６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。

【０１７８】たとえば、マルチプレクサ３３０３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。また、その際に
は表示する画像信号に応じてディスプレイパネルコント
ローラ３３０２に対して制御信号を発生し、画面表示周
波数や走査方法（たと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。

【０１７９】また、前記画像生成回路３３０７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３３０５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。なお、ＣＰＵ３３０６
は、むろんこれ以外の目的の作業にも関わるものであっ
て良い。たとえば、パーソナルコンピュータやワードプ
ロセッサなどのように、情報を生成したり処理する機能
に直接関わっても良い。あるいは、前述したように入出
力インターフェース回路３３０５を介して外部のコンピ
ュータネットワークと接続し、たとえば数値計算などの
作業を外部機器と協同して行っても良い。

【０１８０】また、入力部３３１４は、前記ＣＰＵ３３
０６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、たとえばキーボードやマ
ウスのほか、ジョイスティック、バーコードリーダー、
音声認識装置など多様な入力機器を用いる事が可能であ
る。

【０１８１】また、デコーダ３３０４は、前記３３０７
乃至３３１３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。なお、同図中に点線で示すように、デコ
ーダ３３０４は内部に画像メモリーを備えるのが望まし
い。これは、たとえばＭＵＳＥ方式をはじめとして、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。また、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３３０７およびＣＰＵ３３０６と協同して画
像の間引き、補間、拡大、縮小、合成をはじめとする画
像処理や編集が容易に行えるようになるという利点が生
まれるからである。

【０１８２】また、マルチプレクサ３３０３は、前記Ｃ
ＰＵ３３０６より入力される制御信号にもとづき表示画
像を適宜選択するものである。すなわち、マルチプレク
サ３３０３はデコーダ３３０４から入力される逆変換さ
れた画像信号のうちから所望の画像信号を選択して駆動
回路３３０１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替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。

【０１８３】また、ディスプレイパネルコントローラ３
３０２は、前記ＣＰＵ３３０６より入力される制御信号
にもとづき駆動回路３３０１の動作を制御するための回
路である。

【０１８４】まず、ディスプレイパネル３３００の基本
的な動作に関わるものとして、たと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３３０１に対して出力する。
また、ディスプレイパネル３３００の駆動方法に関わる
ものとして、たとえば画面表示周波数や走査方法（たと
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３３０１に対して出力する。

【０１８５】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３３０１に対して出力する場
合もある。

【０１８６】また、駆動回路３３０１は、ディスプレイ
パネル３３００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３３０３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３３
０２より入力される制御信号にもとづいて動作するもの
である。

【０１８７】以上、各部の機能を説明したが、図１７に
例示した構成により、本表示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３
３００に表示する事が可能である。すなわち、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３３
０４において逆変換された後、マルチプレクサ３３０３
において適宜選択され、駆動回路３３０１に入力され
る。一方、ディスプレイコントローラ３３０２は、表示
する画像信号に応じて駆動回路３３０１の動作を制御す
るための制御信号を発生する。駆動回路３３０１は、上
記画像信号と制御信号にもとづいてディスプレイパネル
３３００に駆動信号を印加する。これにより、ディスプ
レイパネル３３００において画像が表示される。これら
の一連の動作は、ＣＰＵ３３０６により統括的に制御さ
れる。

【０１８８】また、本表示装置においては、前記デコー
ダ３３０４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路３３
０７およ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、たとえば拡大、縮
小、回転、移動、エッジ強調、間引き、補間、色変換、
画像の縦横比変換などをはじめとする画像処理や、合
成、消去、接続、入れ換え、はめ込みなどをはじめとす
る画像編集を行う事も可能である。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良い。

【０１８９】したがって、本表示装置は、テレビジョン
放送の表示機器、テレビ会議の端末機器、静止画像およ
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。

【０１９０】なお、上記図１７は、電界電子放出素子８
４を電子ビーム源とするディスプレイパネル３３００を
用いた表示装置の構成の一例を示したにすぎず、これの
みに限定されるものでない事は言うまでもない。たとえ
ば、図１７の構成要素のうち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さらに構成要素を追加しても良
い。たとえば、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などを構成要素に追加するのが好適
である。

【０１９１】本表示装置においては、とりわけ電界電子
放出素子８４を電子ビーム源とするディスプレイパネル
３３００の薄形化が容易なため、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、本実施例の電界
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
３３００は大輝度が高く、駆動時の安定性の高い表示装
置であった。

【０１９２】

【発明の効果】本発明の電界電子放出素子は、以下の効
果を奏する。（１）素子の電子放出量、および放出効率を増大でき
る。（２）素子の駆動電圧を下げることができる。（３）動作駆動時の放出電流のノイズや揺らぎを少なく
し、且つ再現性、均一性も向上する。

【０１９３】本発明の電界電子放出素子の製造方法は、
以下の効果を奏する。（４）簡便にダイヤモンド微粒子分散層を形成できる。（５）ダイヤモンド微粒子分散層を均一に形成でき、凝
集も抑えられる。（６）ダイヤモンド微粒子分散層を所望のパターンに簡
便に形成できる。

【０１９４】更に、本発明の電界電子電子源によれば、
入力信号に応じて、複数個配置された電解電子放出素子
から、任意の電界電子放出素子の電子放出素子を制御で
きる。

【０１９５】本発明の画像形成装置によれば、大きな放
出電流、動作駆動時の放出電流のノイズおよび減少の少
ない本発明の電界電子放出素子を配置することで、入力
信号に応じて複数個配置された電界電子放出素子の中か
ら、任意の電界電子放出素子の電子放出量を制御しうる
ので、画面が明るく、特性が安定したフラットカラーテ
レビが提供できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】ａ，ｂは本発明の実施形態による電界電子放出
素子の構成を示す模式的平面図及び断面図である。

【図２】本発明の実施形態による電界電子放出素子の絶
縁層２１を用いた素子の断面図である。

【図３】本発明の実施形態による電界電子放出素子の電
子放出部の拡大図である。

【図４】本発明の実施形態による電界電子放出素子の配
線４、５がある場合の平面図である。

【図５】本発明の実施形態による電界電子放出素子の製
造方法の１例を示す模式図である。

【図６】測定評価機能を備えた真空処理装置の一例を示
す模式図である。

【図７】本発明の実施形態による電界電子放出素子の放
出電流Ｉｅ、素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関係の一例
を示すグラフである。

【図８】本発明の実施形態による単純マトリクス配置し
た電子源基板の一例を示す模式図である。

【図９】蛍光膜一例を示す模式図である。

【図１０】本発明の実施形態による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１１】本発明の実施形態による実施形態による画像
形成装置にＮＴＳＣ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。

【図１２】本発明の実施形態による梯子配置の電子源基
板の一例を示す模式図である。

【図１３】図１２の電子源基板を使用した画像形成装置
の表示パネルの一例を示す模式図である。

【図１４】本発明の実施例９の電子源基板の一部の平面
図である。

【図１５】本発明の実施例９の電子源基板の一部の断面
図である。

【図１６】本発明の実施例９の工程図である。

【図１７】本発明の実施例１０の表示装置の模式図であ
る。

【符号の説明】

１基板２、３電極４、５電気配線６電子放出部７ダイヤモンド微粒子分散膜８電極膜２１絶縁層６０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６１電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電
源６２素子の電子放出部６より放出される放出電流Ｉｅ
を測定するための電流計６３アノード電極６４に電圧を印加するための高圧電
源６４素子の電子放出部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６５真空装置６６排気ポンプ８１電子源基板８２Ｘ方向配線８３Ｙ方向配線８４電界電子放出素子８５結線９１黒色導電材９２蛍光体１０１リアプレート１０２支持枠１０３ガラス基板１０４蛍光膜１０５メタルバック１０６フェースプレート１０７高圧端子１０８外囲器１１１表示パネル１１２走査回路１１３制御回路１１４シフトレジスタ１１５ラインメモリ１１６同期信号分離回路１１７変調信号発生器Ｖｘ，Ｖａ直流電圧源１２０、１３４電子源基板１２２Ｄｘ１〜Ｄｘ１０は、前記電子放出素子を配線
するための共通配線１３０グリッド電極１３１電子が通過するための空孔１３２Ｄｏｘ１，Ｄｏｘ２，．．．，Ｄｏｘｍよりな
る容器外端子１３３グリッド電極１３０と接続されたＧ１，Ｇ２１５１層間絶縁層１５２電極２と下配線８２と電気的接続のためのコン
タクトホール１５３ダイヤモンド微粒子分散膜３３００ディスプレイパネル３３０１ディスプレイパネルの駆動回路３３０２ディスプレイコントローラ３３０３マルチプレクサ３３０４デコーダ３３０５入出力インターフェース回路３３０６ＣＰＵ３３０７画像生成回路３３０８、３３０９、３３１０画像メモリーインター
フェース回路３３１１画像入力インターフェース回路３３１２、３３１３ＴＶ信号受信回路３３１４入力部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上に形成された対向する一対の電
極、および電子放出部を有する電界電子放出素子におい
て、少なくとも電子放出部にダイヤモンドを主成分とす
る微粒子を有しており、且つ該ダイヤモンド微粒子と該
電極の界面に金属性炭化物又は炭素が接合部として存在
していることを特徴とする電界電子放出素子。
【請求項２】請求項１に記載の電界電子放出素子にお
いて、前記ダイヤモンド微粒子と前記電極の界面の材料
の仕事関数が４．６ｅＶ以下であることを特徴とする電
界電子放出素子。
【請求項３】請求項１に記載の電界電子放出素子にお
いて、前記電極にＴｉが含まれていることを特徴とする
電界電子放出素子。
【請求項４】請求項１に記載の電界電子放出素子にお
いて、前記ダイヤモンドを主成分とする微粒子が少なく
とも前記電子放出部の陰極側にあり、且つ前記電子放出
部の陽極表面の２次電子放出効率が５００Ｖ以下の電圧
において２以上であることを特徴とする電界電子放出素
子。
【請求項５】入力信号に応じて電子を放出する電子源
基板であって、請求項１乃至４の電界電子放出素子を、
基体上に、複数個配置したことを特徴とする電子源基
板。
【請求項６】請求項５に記載の電子源基板において、
前記基体に、行方向に配列した複数の前記電界電子放出
素子と個々の素子の両端に接続する配線よりなる行を複
数有し、更に、前記複数の電界電子放出素子より放出さ
れる電子を変調する変調手段を有することを特徴とする
電子源電子源。
【請求項７】請求項５に記載の電子源基板において、
前記基体に、前記複数の電界電子放出素子は行列状に配
置され、同一行の複数の電界電子放出素子の一方の電極
を接続する複数の行方向配線と、同一列の複数の電界電
子放出素子の他方の電極を接続する複数の列方向配線と
を更に有することを特徴とする電子源基板。
【請求項８】入力画像信号に基づいて画像を形成する
装置であって、画像形成部材と請求項５乃至７のいずれ
か１項に記載の電子源基板を有することを特徴とする画
像形成装置。
【請求項９】請求項８に記載の画像形成装置におい
て、前記画像形成部材が、蛍光体であることを特徴とす
る画像形成装置。
【請求項１０】請求項１乃至４のいずれか１項に記載
の電界電子放出素子の製造方法において、前記ダイヤモ
ンド微粒子の形成工程が、前記ダイヤモンド微粒子を分
散する工程であることを特徴とする電界電子放出素子の
製造方法。
【請求項１１】請求項１０に記載の電界電子放出素子
の製造方法において、前記ダイヤモンド微粒子の形成工
程が、前記電界電子放出素子のダイヤモンド微粒子分散
液中からの引き上げ工程であることを特徴とする電界電
子放出素子の製造方法。
【請求項１２】請求項１１に記載の電界電子放出素子
の製造方法において、前記ダイヤモンド微粒子分散液中
からの引き上げ工程中に超音波処理を施すことを特徴と
する電界電子放出素子の製造方法。
【請求項１３】請求項１０乃至１２のいずれか１項に
記載の電界電子放出素子の製造方法において、前記ダイ
ヤモンド微粒子分散のパターニングに紫外線照射による
高分子の反応を用いることを特徴とする電界電子放出素
子の製造方法。
【請求項１４】請求項１０乃至１３のいずれか１項に
記載の電界電子放出素子の製造方法において、前記ダイ
ヤモンド微粒子の形成工程に用いるダイヤモンド微粒子
の表面にあらかじめ金属性炭化物又は炭素が結合してい
ることを特徴とする電界電子放出素子の製造方法。
【請求項１５】請求項１０乃至１４のいずれか１項に
記載の電界電子放出素子の製造方法において、前記ダイ
ヤモンド微粒子層形成工程の後に、前記ダイヤモンド微
粒子および前記電極に電磁波の照射工程を有することを
特徴とする電界電子放出素子の製造方法。
【請求項１６】請求項１０乃至１４のいずれか１項に
記載の電界電子放出素子の製造方法において、前記ダイ
ヤモンド微粒子層形成工程の後に、水素分圧１０^-6パス
カル以上の雰囲気でアニールする工程を有することを特
徴とする電界電子放出素子の製造方法。
【請求項１７】請求項１０乃至１４のいずれか１項に
記載の電界電子放出素子の製造方法において、前記ダイ
ヤモンド微粒子層形成工程の後に、水素分圧１０^-7パス
カル以上、１０^-2パスカル以下の雰囲気で電子放出素子
を初期駆動する工程を有することを特徴とする電界電子
放出素子の製造方法。
【請求項１８】請求項１０乃至１４のいずれか１項に
記載の電界電子放出素子の製造方法において、前記ダイ
ヤモンド微粒子層形成工程の後に、ダイヤモンド微粒子
層の表面を水素プラズマ処理する工程を有することを特
徴とする電界電子放出素子の製造方法。