JPH11339662A

JPH11339662A - 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

Info

Publication number: JPH11339662A
Application number: JP14677998A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Fujiwara; 良治藤原; Sotomitsu Ikeda; 外充池田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-05-28
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 1999-12-10

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の製造方法を
提供する。【解決手段】一対の素子電極２，３間に跨がる導電性
膜４に、電気的に高抵抗な状態にした電子放出部５を形
成した後に、有機物質の存在する雰囲気中で素子電極
２，３間に電圧を印加して、電子放出部５に炭素及び／
または炭素化合物を主成分とする堆積物を形成し、且
つ、電子放出素子が駆動される真空雰囲気を得る際に、
軽元素ガスあるいは軽元素ラジカル雰囲気の分圧を保ち
つつ真空排気する。

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
ａｎｄＷ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“ＦｉｅｌｄＥｍ
ｉｓｓｉｏｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔ
ｒｏｎＰｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）ある
いはＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ， “Ｐｈｙｓｉｃａｌ
Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉ
ｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔ
ｈｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａ
ｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）
等に開示されたものが知られている。

【０００４】ＭＩＭ型の例としては、Ｃ．Ａ．Ｍｅａ
ｄ， “ＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＴｕｎｎｅｌ−Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．，３２，６４６（１９６１）等に開示され
たものが知られている。

【０００５】表面伝導型電子放出素子の例としては、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，ＲａｄｉｏＥｎｇ．
ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１０，１２９０（１
９６５）等に開示されたものがある。

【０００６】表面伝導型電子放出素子は、絶縁性基板上
に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流す
ことにより、電子放出が生ずる現象を利用するものであ
る。この表面伝導型電子放出素子としては、前記エリン
ソン等によるＳｎＯ₂ 薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によ
るもの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“ＴｈｉｎＳｏｌｉｄ
Ｆｉｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂
Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ
ａｎｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥＴ
ｒａｎｓ．ＥＤＣｏｎｆ．”，５１９（１９７
５）］、カーボン薄膜によるもの［荒木久他：真空、
第２６巻、第１号、２２頁（１９８３）］等が報告され
ている。

【０００７】これらの表面伝導型電子放出素子の典型的
な例として、前述のＭ．ハートウェルの素子構成を図１
９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】上記の電子放出素子
は、真空中で取り扱われるが、表面伝導型電子放出素子
の電子放出特性の真空中での挙動については不明な部分
が多い。だだ、１．３×１０^-3Ｐａ程度の低真空では、
長時間の電子放出を続けた場合、真空中に微量に存在す
る排気系からのオイルと衝突して、コンタミが電子放出
部の近傍に堆積し、電子放出特性が劣化することが知ら
れている。

【００１３】また、従来の表面伝導型電子放出素子とそ
れを用いた画像形成装置等においては、次のような問題
が発生していた。

【００１４】（問題点１）従来の電子放出素子を真空中
または画像形成装置中に駆動せずに放置すると、電子放
出素子の電気特性（電流−電圧特性）が変化し、素子か
ら放出する放出電流が一時的に増加するという問題点が
あった。また、このような放出電流の変化量は、素子を
駆動せずに放置している時間（放置時間）、真空雰囲気
（真空度・残留ガスの種類）、駆動電圧等によって異な
る。

【００１５】図２０は、電子放出素子を駆動せずに放置
した時の、放置時間によって放出電流Ｉ_e 及び素子電流
Ｉ_f がどのように変化するかを模式的に示したものであ
る（放置時間変動）。放出電流Ｉ_e 及び素子電流Ｉ_f は
絶対値は異なるがほぼ同様な変動がある。図２０から明
らかなように、放置時間Ｔ後に、放出電流Ｉ_e 及び素子
電流Ｉ_f は一時的に増加して、数十秒から数分の時定数
で放置前の値に戻る。その増加量（Ｉ_s −Ｉ）は、放置
時間、真空度、真空中に存在する残留ガス、素子の駆動
電圧等、様々な条件によって異なり、大きい時には５０
％程度の増加がある。

【００１６】（問題点２）従来の電子放出素子は、素子
に印加する電圧パルス幅を変化させると放出電流ピーク
が変化し、パルス幅による電子放出量の制御が難しい。

【００１７】図２１は、従来の電子放出素子の放出電流
ピークとパルス幅の関係を模式的に示したものである。
図２１から明らかなように、パルス幅を狭くすると放出
電流ピークが増加する。よって、従来の電子放出素子で
は、電子放出量がパルス幅に比例しないため、パルス幅
による電子放出量の制御が難しい（パルス幅変動）。（問題点３）従来の電子放出素子は、素子に印加する電
圧値を変化させると素子の電気特性が変化し、それに伴
い放出電流Ｉ_e も変化するので、電圧値による電子放出
量の制御が難しい。

【００１８】図２２は、従来の電子放出素子の素子電圧
Ｖ_f と放出電流Ｉ_e の関係を模式的に示したものであ
る。ここで示される放出電流−素子電圧特性（Ｉ_e −Ｖ
_f 特性）は、パルス幅が１００ｍｓｅｃ．以下の三角波
のパルス電圧を素子に印加し続け放出電流が飽和した時
の特性の一例である。図２２においては、素子に１４Ｖ
の電圧を印加し、放出電流が飽和したときの、Ｉ_e −Ｖ
_f 特性を示した。図２２から明らかなように、素子電圧
によって電気特性が変化し、それに伴い放出電流Ｉ_e も
変化するので、電圧値による電子放出量の制御が難しい
（素子電圧変動。また、このような変動は素子電流にお
いても同様である。

【００１９】（問題点４）問題点１を有する従来の電子
放出素子を画像形成装置に用いた場合、形成画像のコン
トラストおよび鮮明性の低下、特に、形成画像が蛍光画
像である場合には、蛍光画像の輝度変化・色変化を生ず
るという問題点があった。

【００２０】（問題点５）問題点２〜３を有する従来の
電子放出素子を画像形成装置に用いた場合、素子に印加
する電圧または電圧のパルス幅で電子ビーム量を制御し
にくいため、形成画像の階調制御、特に形成画像が蛍光
画像である場合には、蛍光画像の輝度制御・色制御が難
しいという問題点があった。

【００２１】本発明の目的は、上記問題点を解決し、駆
動していない時間（放置時間）や真空雰囲気によって電
子放出量の変化が極めて小さい安定な電子放出素子を提
供することにある。

【００２２】更に本発明の目的は、コントラストの高い
鮮明な画像形成装置の提供、とりわけ輝度変化の小さい
発光画像を形成する画像形成装置の提供にある。

【００２３】更に本発明の目的は、階調制御が容易な画
像形成装置、とりわけ発光現象の輝度制御および色制御
が容易な画像形成装置を提供することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記問題
点について長年鋭意検討した結果、電子放出素子の表面
及び素子廻りの真空雰囲気中に存在する有機物質の量が
変動することが大きな要因になっていること、また、有
機物質の分圧を極力小さくすることにより、放出電流及
び素子電流が変動することなく安定な電子放出特性が得
られることを知見し、本発明に至ったものである。

【００２５】即ち、本発明の第１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、導電性膜に電気
的に高抵抗な状態にした電子放出部を形成する工程の後
に、有機物質の存在する雰囲気中で素子電極間に電圧を
印加して、電子放出部及びその近傍に炭素及び／または
炭素化合物を主成分とする堆積物を形成する活性化工程
を有し、且つ、該電子放出素子が駆動される真空雰囲気
を得る際に、軽元素ガスあるいは軽元素ラジカル雰囲気
の分圧を保ちつつ真空排気することを特徴とする電子放
出素子の製造方法にある。

【００２６】また本発明の第２は、上記本発明の第１の
方法により製造された電子放出素子であって、放出電流
及び素子電流が素子電圧に対して一義的に決まる単調増
加特性を有することを特徴とする電子放出素子にある。

【００２７】また本発明の第３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本発明の第１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。

【００２８】また本発明の第４は、本発明の第３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。

【００２９】また本発明の第５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、該電子源を本
発明の第３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。

【００３０】更に本発明の第６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、本発明の第
５の電子源であることを特徴とする画像形成装置にあ
る。

【００３１】本発明において、電子放出素子が駆動され
る真空雰囲気を得る際に、真空雰囲気中に導入される軽
元素ガスとしては、水素ガス、または、ＨｅもしくはＮ
ｅ等の不活性ガスを好ましく用いることができる。

【００３２】また、本発明において、電子放出素子が駆
動される真空雰囲気を得る際に、真空雰囲気中に導入さ
れる軽元素ラジカルとしては、水素ラジカルを好ましく
用いることができる。

【００３３】また、本発明において、電子放出素子が駆
動される真空雰囲気を得る際には、オイルを使用しない
真空排気装置を用いて真空排気を行うことが好ましい。

【００３４】

【発明の実施の形態】本発明に係る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。

【００３５】図１は、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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】「創造科学技術推進制度の“超微粒子プロ
ジェクト”（１９８１〜１９８６）では、粒子の大きさ
（径）がおよそ１〜１００ｎｍの範囲のものを“超微粒
子”（ｕｌｔｒａｆｉｎｅｐａｒｔｉｃｌｅ）と呼
ぶことにした。すると１個の超微粒子はおよそ１００〜
１０⁸ 個くらいの原子の集合体という事になる。原子の
尺度でみれば超微粒子は大〜巨大粒子である。」（「超
微粒子−創造科学技術」林主税、上田良二、田崎明
編；三田出版１９８８年２ページ１〜４行目）／
「超微粒子よりさらに小さいもの、すなわち原子が数個
〜数百個で構成される１個の粒子は、ふつうクラスター
と呼ばれる」（同書２ページ１２〜１３行目）。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】次に、垂直型の電子放出素子について説明
する。

【００５２】図２は、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。

【００５３】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。

【００５４】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））。

【００５５】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。

【００５６】３）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。

【００５７】通電フォーミングの電圧波形の例を図４に
示す。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】４）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。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。

【００６３】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。

【００６４】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。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。

【００６５】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。

【００６６】素子電流Ｉ_f 及び放出電流Ｉ_e の活性化処
理時間依存性を図５に示す。活性化処理は、真空度、素
子に印加するパルス電圧等に依存して、この素子電流Ｉ
_f 及び放出電流Ｉ_e 、並びに電子放出部の近傍の上記炭
素或は炭素化合物からなる被膜の形成状態が変化する。

【００６７】尚、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。

【００６８】５）次に、本発明の最大の特徴である真空
排気処理を行う。即ち、電子放出素子が駆動される真空
雰囲気を得る際に、軽元素ガスあるいは軽元素ラジカル
雰囲気の分圧を保ちつつ真空排気する。

【００６９】図６は、この真空排気処理に用いられる真
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。

【００７０】図６において、５５は真空容器であり、５
６は排気ポンプである。真空容器５５内には電子放出素
子が配されている。また、５１は電子放出素子に素子電
圧Ｖ_f 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５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〜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、放出電流Ｉ_e
を測定することができる。

【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。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おり、これ
らは互いに切り替えられるようにできている。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。また、真空容器５
５内の残留ガスを測定するために四重極質量分析計、ガ
ス導入ライン、ガス導入制御装置（いずれも不図示）が
設けられている。従って、この真空処理装置を用いる
と、前述のフォーミング以降の工程も行うことができ
る。

【００７２】上記のような真空処理装置を用いて、活性
化処理後の電子放出素子を配置した真空容器５５内を所
定の真空度まで排気する際に、軽元素ガスあるいは軽元
素ラジカルを所定の分圧まで導入する。その後、この状
態を一定時間保持した後、真空装置系を用いて活性化処
理した真空度より高い真空度まで排気する。真空容器内
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。

【００７３】真空排気後の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。この有機物質
の分圧測定法は質量分析装置により質量が１０から２０
０の炭素と水素を主成分とする有機分子の分圧を測定
し、それらの分圧を積算することから求められる。

【００７４】真空容器内を排気するときには、真空容器
全体を加熱して、真空容器内壁や、電子放出素子に吸着
した有機物質分子を排気しやすくするのが好ましい。こ
のときの加熱条件は、８０〜２５０℃好ましくは１５０
℃以上で、できるだけ長時間処理するのが望ましいが、
特にこの条件に限るものではなく、真空容器の大きさや
形状、電子放出素子の構成などの諸条件により適宜選ば
れる条件により行う。真空容器内の圧力は極力低くする
ことが必要で、１．３×１０^-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。

【００７５】このような真空排気処理により、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。すなわち、前述
した従来の電子放出素子の各種変動不安定性は、活性化
工程後の素子の電子放出部に観察されているグラファイ
ト及び非晶質カーボンの微細形態が、真空容器内に微量
に存在する有機分子によって変わっているか、または有
機分子及びその変質体が電子放出部に吸着して電子放出
特性に影響を与えているものと考えられる。そこで、Ｈ
₂ 等の軽元素等をフローさせることにより余分なカーボ
ンを除去・洗浄化させ、電子放出素子の各種変動不安定
性の要因である有機物質を取り除くことによって極めて
安定な特性を有する電子放出素子が得られたものと考え
られる。

【００７６】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７を参照しながら説明
する。

【００７７】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。

【００７８】図７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。

【００７９】即ち、第１に、本素子はある電圧（閾値電
圧と呼ぶ；図７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。

【００８０】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。

【００８１】第３に、アノード電極５４（図６参照）に
捕捉される放出電荷は、素子電圧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。

【００８２】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、放出電流Ｉ_e が素子電圧Ｖ_f に対し
て一義的に決まる単調増加（ＭＩ特性）を持っており、
入力信号に応じて、電子放出量を制御できることにな
る。特に本発明によって得られる電子放出素子は、放置
時間、駆動電圧（素子電圧）波形のパルス幅や電圧値に
よる電子放出特性の変動が小さい極めて安定な電子放出
素子であるため、電子放出量の制御を容易に行うことが
できる。したがって、これら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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】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。

【００８６】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８を
用いて説明する。図８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。

【００８７】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）。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】このような単純マトリクス配置の電子源を
用いて構成した画像形成装置について、図９と図１０及
び図１１を用いて説明する。図９は、画像形成装置の表
示パネルの一例を示す模式図であり、図１０は、図９の
画像形成装置に使用される蛍光膜の模式図である。図１
１は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行うた
めの駆動回路の一例を示すブロック図である。

【００９４】図９において、７１は電子放出素子を複数
配した電子源基板、８１は電子源基板７１を固定したリ
アプレート、８６はガラス基板８３の内面に蛍光膜８４
とメタルバック８５等が形成されたフェースプレートで
ある。８２は支持枠であり、該支持枠８２には、リアプ
レート８１、フェースプレート８６がフリットガラス等
を用いて接続されている。８８は外囲器であり、例えば
大気中あるいは窒素中で、４００〜５００℃の温度範囲
で１０分間以上焼成することで、封着して構成される。

【００９５】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。

【００９６】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。

【００９７】図１０は、蛍光膜を示す模式図である。蛍
光膜８４は、モノクロームの場合は蛍光体のみで構成す
ることができる。カラーの蛍光膜の場合は、蛍光体の配
列により、ブラックストライプ（図１０（ａ））あるい
はブラックマトリクス（図１０（ｂ））等と呼ばれる黒
色導電材９１と蛍光体９２とから構成することができ
る。ブラックストライプ、ブラックマトリクスを設ける
目的は、カラー表示の場合、必要となる三原色蛍光体の
各蛍光体９２間の塗り分け部を黒くすることで混色等を
目立たなくすることと、蛍光膜８４における外光反射に
よるコントラストの低下を抑制することにある。黒色導
電材９１の材料としては、通常用いられている黒鉛を主
成分とする材料の他、導電性があり、光の透過及び反射
が少ない材料を用いることができる。

【００９８】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。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】図９に示した画像形成装置は、例えば以下
のようにして製造される。

【０１０２】外囲器８８内は、前述の真空排気工程と同
様に、軽元素ガスあるいは軽元素ラジカル雰囲気の分圧
を保ちつつ、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。

【０１０３】次に、単純マトリクス配置の電子源を用い
て構成した表示パネルに、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に
基づいたテレビジョン表示を行う為の駆動回路の構成例
について、図１１を用いて説明する。図１１において、
１０１は画像表示パネル、１０２は走査回路、１０３は
制御回路、１０４はシフトレジスタ、１０５はラインメ
モリ、１０６は同期信号分離回路、１０７は変調信号発
生器、Ｖｘ及びＶａは直流電圧源である。

【０１０４】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。

【０１０５】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。

【０１０６】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。

【０１０７】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。

【０１０８】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。

【０１０９】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。

【０１１０】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。

【０１１１】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。

【０１１２】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。

【０１１３】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。

【０１１４】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。

【０１１５】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。

【０１１６】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。

【０１１７】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。

【０１１８】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。

【０１１９】次に、前述の梯子型配置の電子源及び画像
形成装置について、図１２及び図１３を用いて説明す
る。

【０１２０】図１２は、梯子型配置の電子源の一例を示
す模式図である。図１２において、１１０は電子源基
板、１１１は電子放出素子である。１１２は、電子放出
素子１１１を接続するための共通配線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。

【０１２１】図１３は、梯子型配置の電子源を備えた画
像形成装置におけるパネル構造の一例を示す模式図であ
る。１２０はグリッド電極、１２１は電子が通過するた
めの開口、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１３においては、図９、図１２に示
した部位と同じ部位には、これらの図に付したのと同一
の符号を付している。ここに示した画像形成装置と、図
９に示した単純マトリクス配置の画像形成装置との大き
な違いは、電子源基板１１０とフェースプレート８６の
間にグリッド電極１２０を備えているか否かである。

【０１２２】図１３においては、基板１１０とフェース
プレート８６の間には、グリッド電極１２０が設けられ
ている。グリッド電極１２０は、電子放出素子１１１か
ら放出された電子ビームを変調するためのものであり、
梯子型配置の素子行と直交して設けられたストライプ状
の電極に電子ビームを通過させるため、各素子に対応し
て１個ずつ円形の開口１２１が設けられている。グリッ
ド電極の形状や配置位置は、図１３に示したものに限定
されるものではない。例えば、開口としてメッシュ状に
多数の通過口を設けることもでき、グリッド電極を電子
放出素子の周囲や近傍に設けることもできる。

【０１２３】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。

【０１２４】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。

【０１２５】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。

【０１２６】

【実施例】以下に、実施例をあげて本発明を更に詳述す
る。

【０１２７】［実施例］本発明に係わるの電子放出素子
として、図１に示すような電子放出素子を作製した。図
１（ａ）は本素子の平面図を、図１（ｂ）は断面図を示
している。尚、図中のＬは素子電極２，３間の間隔、Ｗ
は素子電極の幅、ｄは素子電極の厚さを示している。

【０１２８】図３を用いて、本実施例の電子放出素子の
作製方法を述べる。尚、以下の工程ａ〜ｃは図３の
（ａ）〜（ｃ）に対応する。

【０１２９】工程ａ基板１として青板基板を用い、これを有機溶剤により充
分に洗浄後、Ｐｔからなる素子電極２，３を形成した。
この時、素子間隔Ｌは３μｍとし、素子電極の幅Ｗを５
００μｍ、その厚さｄを３００μｍとした。

【０１３０】工程ｂ上記素子電極を形成した基板全面に有機パラジウム含有
溶液を静電スプレー塗布し、更にその上に上記有機パラ
ジウム含有溶液をスピナー塗布した後、クリーンオーブ
ンで３００℃，１０分間の大気焼成を行い酸化パラジウ
ム（ＰｄＯ）微粒子（平均粒径：６０Å）からなる微粒
子膜を形成した。この微粒子膜の膜厚は０．０２μｍ、
シート抵抗は２×１０⁴ Ω／□となった。ＯＭＲレジス
トにて、上記微粒子膜の所定の領域（２００μｍ×３０
０μｍ）をマスクした後、Ａｒガスにて余分なＰｄＯ微
粒子をドライエッチングして除去した。その後ＵＶ／Ｏ
₃アッシャーにて上記レジストを除去して、電子放出部
形成用の導電性膜４とした。

【０１３１】工程ｃ次に、上記素子を図６に示したような真空処理装置の真
空容器５５内に設置し、電源５１より素子電極２，３間
に電圧を印加し、導電性膜４を通電処理（フォーミング
処理）することにより、電子放出部５を形成した。フォ
ーミング処理に用いた電圧波形を図４（ａ）に示す。本
実施例ではパルス幅Ｔ₁ を１ｍｓｅｃ．、パルス間隔Ｔ
₂ を１０ｍｓｅｃ．とし、三角波の波高値（フォーミン
グ電圧）は５Ｖとし、フォーミング処理は約１．３×１
０^-4Ｐａの真空雰囲気下で行った。

【０１３２】工程ｄ続いて、フォーミング処理した素子に活性化処理をし
た。具体的には、有機物質の存在する真空容器５５内
で、素子電流Ｉ_f 及び放出電流Ｉ_e を測定しながら素子
電極２，３間に波高値１４Ｖの矩形波パルスを印加し
た。尚、この時、真空容器５５内の真空度は１．３×１
０^-3Ｐａであった。

【０１３３】上述の工程で作製した電子放出素子の電子
放出部５を電子顕微鏡で観察したところ、活性化処理時
の素子への電圧印加方向に依存して、特に変質部分の一
部より高電位側を主として被膜が形成されていた。更
に、高倍率のＦＥ−ＳＥＭで観察すると、上記被膜は金
属微粒子の周囲および微粒子膜にも形成されているよう
であった。透過電子顕微鏡観察・ラマン分光等で観察す
ると、グラファイト・アモルファスカーボンからなる炭
素被膜が観察された。

【０１３４】工程ｅ続いて、真空容器５５内にＨ₂ ガスを４×１０^-2Ｐａ導
入し、１時間その状態を保持した後に、イオンポンプ等
のオイルを使用しないポンプを用いた超高真空排気装置
を用いて１．３×１０^-7Ｐａ程度（有機物質の分圧：
１．３×１０^-8Ｐａ以下）に設定した。

【０１３５】次に、上述の工程で作製した電子放出素子
において、前述した素子電圧変動・放置時間変動・パル
ス幅変動を測定した。この時、アノード電極５４と電子
放出素子の距離Ｈを４ｍｍ、アノード電極５４の電位を
１ｋＶとし、素子電圧（波高値）Ｖ_f を１４Ｖ及び１２
Ｖ、パルス幅を１ｍｓｅｃ．の三角波で測定した。

【０１３６】その結果、図１４で示されるような、放出
電流Ｉ_e が素子電圧Ｖ_f に対してほぼ一義的に決まる単
調増加特性を示し、素子電圧変動は問題となる範囲以下
であった。また、素子電流Ｉ_f も素子電圧Ｖ_f に対して
ほぼ一義的に決まる単調増加特性を示した。

【０１３７】次に、本実施例の電子放出素子の放置時間
変動を、素子電圧Ｖ_f を１４Ｖ、パルス幅を１００μｓ
ｅｃ．の矩形波、放置時間を１０分で測定した結果、放
置時間後の放出電流の増加量（Ｉ_s −Ｉ）／Ｉ×１００
（図２０参照）は３％以下であった。

【０１３８】次に、本実施例の電子放出素子のパルス幅
変動を、素子電圧Ｖ_f を１４Ｖ、パルス幅を１０μｓｅ
ｃ．及び１００μｓｅｃ．で測定したところ、パルス幅
による放出電流ピークの変動は２％以下であった。

【０１３９】また、前記工程ｅにおいて、Ｈ₂ ガスの導
入を行わず、真空容器５５全体を１２０℃に加熱して、
高真空排気装置を用いて４×１０^-4Ｐａ程度（有機物質
の分圧：６．７×１０^-5Ｐａ程度）に設定した以外は、
実施例１と全く同様にして比較用の素子を作成し、前記
と同様にして素子電圧変動・放置時間変動・パルス幅変
動を測定した。

【０１４０】その結果、比較用の素子では、図２２で示
されるような特性を示し、素子電圧Ｖ_f が１２Ｖでの放
出電流は、素子電圧の波高値（掃引電圧）１２Ｖと１４
Ｖで３０％以上の違いがあった。また、放置時間変動は
３５％程度、パルス幅変動は２０％程度であった。

【０１４１】上述したように本実施列の電子放出素子
は、電子放出特性の変動が小さい安定な電子放出素子で
あり、駆動電圧（素子電圧）波形のパルス幅や電圧値に
よって、電子放出量が容易に制御可能な電子放出素子で
ある。

【０１４２】［実施例２］実施例１の工程ｅにおいて、
真空容器５５内にＨ₂ ガスを１．３×１０^-1Ｐａ導入
し、１時間その状態を保持した後に、真空排気時に真空
容器５５全体を１２０℃で１０時間加熱ベーキングした
以外は、実施例１と全く同様にして電子放出素子を作成
した。この時の真空装置５５内の真空度は、１．３×１
０^-8Ｐａ程度（有機物質の分圧は検出限界以下、１．３
×１０^-8Ｐａ以下）であった。

【０１４３】本実施例の電子放出素子は、実施例１と比
較してさらに放置時間変動およびパルス幅変動の小さい
安定な電子放出素子であった。

【０１４４】［実施例３］実施例１の工程ｅにおいて、
真空容器５５内にＨ₂ ガスを１．３×１０^-1Ｐａ導入し
ＲＦ放電により水素ラジカルを発生し、１時間その状態
を保持した後に、真空排気時に真空容器５５全体を１２
０℃で１０時間加熱ベーキングした以外は、実施例１と
全く同様にして電子放出素子を作成した。この時の真空
装置５５内の真空度は、１．３×１０^-8Ｐａ程度（有機
物質の分圧は検出限界以下、１．３×１０^-8Ｐａ以下）
であった。

【０１４５】本実施例の電子放出素子は、実施例１と比
較してさらに放置時間変動およびパルス幅変動の小さい
安定な電子放出素子であった。

【０１４６】［実施例４］実施例１の工程ｅにおいて、
真空容器５５内にＨｅガスを１．３×１０^-1Ｐａ導入
し、１時間その状態を保持した後に、真空排気時に真空
容器５５全体を１２０℃で１０時間加熱ベーキングした
以外は、実施例１と全く同様にして電子放出素子を作成
した。この時の真空装置５５内の真空度は、１．３×１
０^-8Ｐａ程度（有機物質の分圧は検出限界以下、１．３
×１０^-8Ｐａ以下）であった。

【０１４７】本実施例の電子放出素子は、実施例１と比
較してさらに放置時間変動およびパルス幅変動の小さい
安定な電子放出素子であった。

【０１４８】［実施例５］実施例１の工程ｅにおいて、
真空容器５５内にＮｅガスを１．３×１０^-1Ｐａ導入
し、１時間その状態を保持した後に、真空排気時に真空
容器５５全体を１２０℃で１０時間加熱ベーキングした
以外は、実施例１と全く同様にして電子放出素子を作成
した。この時の真空装置５５内の真空度は、１．３×１
０^-8Ｐａ程度（有機物質の分圧は検出限界以下、１．３
×１０^-8Ｐａ以下）であった。

【０１４９】本実施例の電子放出素子は、実施例１と比
較してさらに放置時間変動およびパルス幅変動の小さい
安定な電子放出素子であった。

【０１５０】［実施例６］実施例１の工程ｄにおいて、
活性化処理の電圧をフォーミング電圧に比べて小さい値
（４Ｖ）で行った以外は、実施例１と同様な素子作製・
評価を行ったところ、実施例１とほぼ同様に、放出電流
Ｉ_e は素子電圧Ｖ_f に対しほぼ一義的に決まる単調増加
特性を示し、放置時間変動及びパルス幅変動に対しても
同様な結果であった。

【０１５１】［実施例７］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。

【０１５２】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１５に示す。また、図中のＡ−
Ａ’断面図を図１６に示す。但し、図１５、図１６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８のＤ_xmに対応するＸ方向配線（下配線とも呼ぶ）、
７３は図８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。

【０１５３】先ず、本実施例の電子源基板の製造方法
を、図１７及び図１８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１７の
（ａ）〜（ｄ）及び図１８の（ｅ）〜（ｈ）に対応す
る。

【０１５４】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。

【０１５５】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。

【０１５６】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（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎ
Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によった。

【０１５７】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６００ÅのＰｔ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、Ｐｔ／Ｔｉ堆積膜
をリフトオフし、素子電極間隔Ｌが３μｍ、幅Ｗが３０
０μｍの素子電極２，３を形成した。

【０１５８】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。

【０１５９】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、その上に有機Ｐｄ（ｃｃｐ−４２３０／奥
野製薬（株）製）をスピンナーにより回転塗布、３００
℃で１２分間の加熱焼成処理を施して、主元素としてＰ
ｄよりなる微粒子からなる導電性膜４を形成した。この
膜の膜厚は１００Å、抵抗値（Ｒｓ）は５×１０⁴ Ω／
□であった。

【０１６０】工程−ｇＣｒ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。

【０１６１】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。

【０１６２】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。

【０１６３】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１５）を
用いて画像形成装置を作製した。作製手順を図９と図１
０を用いて説明する。

【０１６４】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１５）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９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。

【０１６５】蛍光膜８４は、カラーを実現するために、
ストライプ形状（図１０（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。

【０１６６】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。

【０１６７】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。

【０１６８】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。

【０１６９】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
（但し、矩形波）を用い、パルス幅Ｔ₁ を１ｍｓｅ
ｃ．、パルス間隔Ｔ₂ を１０ｍｓｅｃ．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^-3Ｐａ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、パラジウム元素を主成分とする
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。

【０１７０】次にフォーミングと同一の矩形波で、印加
電圧１４Ｖ、真空度２．７×１０^-3Ｐａの条件下で素子
電流Ｉ_f 、放出電流Ｉ_e を測定しながら、高抵抗活性化
処理を行った。

【０１７１】その後、イオンポンプ等のオイルを使用し
ないポンプを用いた超高真空排気系に切り替え、Ｈ₂ を
２．７×１０^-3Ｐａ導入し、１時間その状態を保持した
後１２０℃で十分なベーキングした。ベーキング後の真
空度は１．３×１０^-6Ｐａであった。

【０１７２】次に、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。

【０１７３】次に、上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８５に数ｋＶ以上の高
圧を印加して、電子ビームを加速し、蛍光膜８４に衝突
させ、励起・発光させることで画像を表示した。

【０１７４】本実施例の画像形成装置は放置時間変動の
少ない、極めて安定な表示画像の得られる画像形成装置
であった。更に、階調特性およびフルカラー表示特性に
優れたコントラストの高い画像形成装置であった。

【０１７５】［実施例８］図２３は、実施例７によるデ
ィスプレイパネル（図９）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。

【０１７６】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。

【０１７７】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。

【０１７８】以下、画像信号の流れに沿って各部の機能
を説明する。

【０１７９】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。

【０１８０】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。

【０１８１】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。

【０１８２】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。

【０１８３】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。

【０１８４】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。

【０１８５】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。

【０１８６】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。

【０１８７】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。

【０１８８】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。

【０１８９】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。

【０１９０】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。

【０１９１】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。

【０１９２】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。

【０１９３】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。

【０１９４】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。

【０１９５】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。

【０１９６】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。

【０１９７】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。

【０１９８】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。

【０１９９】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。

【０２００】以上、各部の機能を説明したが、図２３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。

【０２０１】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。

【０２０２】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。

【０２０３】図２３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２
３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。

【０２０４】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。

【０２０５】本実施例の画像形成装置は、実施例７と同
様に放置時間変動の少ない、極めて安定な表示画像の得
られる画像形成装置であった。更に、階調特性およびフ
ルカラー表示特性に優れたコントラストの高い画像形成
装置であった。

【０２０６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
真空排気処理においてＨ₂ 等の軽元素をフローさせ余分
なカーボンを除去・洗浄させ、真空容器内の有機物質の
量を極力減少させることで、放出電流及び素子電流が素
子電圧に対して一義的に決まる単調増加特性を有する電
子放出素子及び電子源が得られ、素子を駆動していない
時間（放置時間）や真空度によって電子放出量の変動が
小さい、極めて安定な電子放出特性を可能にし、また、
駆動電圧（素子電圧）のパルス幅および電圧値によっ
て、電子放出量の制御を容易に行うことができる。

【０２０７】また、本発明の画像形成装置は、放置時間
変動の少ない、極めて安定な表示画像が得られ、更に、
階調特性に優れた、コントラストの高い、フルカラーの
表示画像が得られる。

【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】活性化処理時間依存を示す図である。

【図６】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７】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８】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９】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１０】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１１】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１２】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１３】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１４】実施例１に係る電子放出素子の電子放出特性
を示す図である。

【図１５】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１６】図１５のＡ−Ａ’断面模式図である。

【図１７】図１５の電子源の製造工程を示す図である。

【図１８】図１５の電子源の製造工程を示す図である。

【図１９】従来例の表面伝導型電子放出素子の模式図で
ある。

【図２０】従来の表面伝導型電子放出素子の放置時間変
動を示す図である。

【図２１】従来の表面伝導型電子放出素子のパルス幅変
動を示す図である。

【図２２】従来の表面伝導型電子放出素子の素子電圧変
動を示す図である。

【図２３】実施例８の画像表示装置のブロック図であ
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７２Ｘ方向配線７３Ｙ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１５３Ｃｒ膜

Claims

【特許請求の範囲】

【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、導電性膜に電気的に高抵抗な状態にした電子放出部を形
成する工程の後に、有機物質の存在する雰囲気中で素子
電極間に電圧を印加して、電子放出部及びその近傍に炭
素及び／または炭素化合物を主成分とする堆積物を形成
する活性化工程を有し、且つ、該電子放出素子が駆動される真空雰囲気を得る際
に、軽元素ガスあるいは軽元素ラジカル雰囲気の分圧を
保ちつつ真空排気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】前記軽元素ガスが、水素ガスであること
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。
【請求項３】前記軽元素ラジカルが、水素ラジカルで
ある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。
【請求項４】前記軽元素ガスが、不活性ガスであるこ
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。
【請求項５】前記不活性ガスが、ＨｅもしくはＮｅで
あることを特徴とする請求項４に記載の電子放出素子の
製造方法。
【請求項６】前記真空排気を、オイルを使用しない真
空排気装置を用いて行うことを特徴とする請求項１〜５
のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項７】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１〜６のいずれか
に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項８】請求項１〜７のいずれかに記載の方法に
より製造された電子放出素子であって、放出電流及び素
子電流が素子電圧に対して一義的に決まる単調増加特性
を有することを特徴とする電子放出素子。
【請求項９】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１〜７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。
【請求項１０】請求項９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。
【請求項１１】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１０に記
載の電子源。
【請求項１２】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１０に記載の電
子源。
【請求項１３】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９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。
【請求項１４】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１０〜１２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。