JP3200284B2

JP3200284B2 - 電子源及び画像形成装置の製造方法

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Publication number: JP3200284B2
Application number: JP13731794A
Authority: JP
Inventors: 敏一大西; 正則三留
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-06-20
Filing date: 1994-06-20
Publication date: 2001-08-20
Anticipated expiration: 2016-08-20
Also published as: JPH087749A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子源の製造方法と、
表示装置等の画像形成装置の製造方法に関する発明であ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子放出素子として熱電子源と冷
陰極電子源の２種類が知られている。上記冷陰極電子源
には電界放出型（以下、ＦＥ型と略す）、金属／絶縁層
／金属型（以下、ＭＩＭ型と略す）や表面伝導型電子放
出素子等がある。

【０００３】上記ＦＥ型の例としては、Ｗ. Ｐ. Ｄｙｋ
ｅ＆Ｗ. Ｗ. Ｄｏｌａｎ、”Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉ
ｏｎ”、ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎＰ
ｈｙｓｉｃｓ、８、８９（１９５６）あるいは、Ｃ.
Ａ. Ｓｐｉｎｄｔ、”ＰＨＹＳＩＡＣＬＰｒｏｐｅｒ
ｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅ
ｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈｍｏｌ
ｙｂｄｅｎｕｍｃｏｎｅｓ”、Ｊ. Ａｐｐｌ. Ｐｈｙ
ｓ. 、４７、５２４８（１９７６）等が知られている。

【０００４】上記ＭＩＭ型の例としては、Ｃ. Ａ. Ｍｅ
ａｄ、”Ｔｈｅｔｕｎｎｅｌ−ｅｍｉｓｓｉｏｎａ
ｍｐｌｉｆｉｅｒ、Ｊ. Ａｐｐｌ. Ｐｈｙｓ. 、３２、
６４６（１９６１）等が知られている。

【０００５】また上記表面伝導型電子放出素子の例とし
ては、Ｍ. Ｉ. Ｅｌｉｎｓｏｎ、ＲａｄｉｏＥｎｇ.
ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｙｓ. 、１０、（１９６５）等
がある。

【０００６】上記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、前記エリン
ソン（Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ）等によるＳｎＯ₂ 薄膜
を用いたもの、Ａｕ薄膜によるもの［Ｇ. Ｄｉｔｔｍｅ
ｒ：”ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉｌｍｓ”、９、３１
７（１９７２）］、Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 薄膜によるも
の［Ｍ. ＨａｒｔｗｅｌｌａｎｄＣ. Ｇ. Ｆｏｎｓ
ｔａｄ：”ＩＥＥＥＴｒａｎｓ. ＥＤＣｏｎｆ.
”、５１９（１９７５）］、カーボン薄膜によるもの
［荒木久他：真空、第２６巻、第１号、２２頁（１９
８３）］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
な素子構成として、前述のＭ．ハートウェル（Ｍ．Ｈａ
ｒｔｗｅｌｌ）の素子構成を図２１に示す。

【０００８】図２１において、２２１は基板であり、ま
た２２２は導電性膜で、Ｈ型形状のパタ−ンにスパッタ
で形成された金属酸化物薄膜等からなり、後述の通電フ
ォ−ミングと呼ばれる通電処理により電子放出部２２３
が形成される。尚、図２１中の素子電極間隔Ｌ１は０.
５〜１. ０ｍｍ、Ｗ’は０. １ｍｍで設定されている。
また、電子放出部２２３の位置及び形状については不明
であるので、模式図として表した。

【０００９】従来、これらの表面伝導型電子放出素子に
おいては、前述したように電子放出を行う前に導電性膜
２２２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２２３を形成するのが一般的であった。

【００１０】即ち、この通電フォーミングとは前記導電
性膜２２２の両端に直流電圧あるいは非常にゆっくりと
した昇電圧、例えば１Ｖ/ 分程度を印加通電し、導電性
膜を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、電気的に
高抵抗な状態にした電子放出部２２３を形成することで
ある。尚、例えば電子放出部２２３は、導電性膜２２４
の一部に発生した亀裂を有し、その亀裂付近から電子放
出が行われる。前記通電フォーミング処理をした表面伝
導型電子放出素子は、上記導電性膜２２４に電圧を印加
し、該素子に電流を流すことにより、上記電子放出部２
２３より電子を放出せしめるものである。

【００１１】以上述べた表面伝導型電子放出素子は、そ
の構造が単純であり、しかも、その製造が容易であるこ
と等から、大面積にわたり、多数の該素子を配列形成出
来るという利点を有する。そこで、このような利点を生
かせるようないろいろな応用が研究されている。例え
ば、荷電ビ−ム源、表示装置等が挙げられる。

【００１２】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、後述するように梯子型配置と呼ぶ、並
列に表面伝導型電子放出素子を配列し、個々の該素子の
両端を配線（これを共通配線とも呼ぶ）でそれぞれ結線
した行を、多数行配列した電子源が挙げられる（例え
ば、特開昭６４−３１３３２号公報、特開平１−２８３
７４９号公報、特開平１−２５７５５２号公報等）。

【００１３】また、特に、表示装置等の画像形成装置に
おいては、近年、液晶を用いた平板型表示装置が、ＣＲ
Ｔに替わって普及してきたが、この液晶を用いた平板型
表示装置は、自発光型でないために、バックライトを持
たなければならない等の問題点があり、自発光型の表示
装置の開発が望まれてきた。

【００１４】自発光型の表示装置の例としては、表面伝
導型電子放出素子を多数配置した電子源と、該電子源よ
り放出される電子によって可視光を発光せしめる蛍光体
とを組み合わせた表示装置である画像形成装置が挙げら
れる（米国特許５０６６８８３号公報等）。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上述
べた表面伝導型電子放出素子の真空中での挙動について
は殆ど判っておらず、より安定で制御された電子放出特
性とその効率の向上が望まれてきた。

【００１６】ここで効率とは、表面伝導型電子放出素子
の一対の素子電極に電圧を印加したとき、素子を流れる
電流（以後、素子電流Ｉｆという）に対する真空中に放
出される電流（以後、放出電流Ｉｅという）の電流比を
指す。

【００１７】つまり、素子電流Ｉｆはでき得るだけ小さ
く、そして、放出電流Ｉｅはでき得るだけ大きいことが
望ましい。

【００１８】より安定で制御された電子放出特性とその
効率の向上が成されれば、例えば、蛍光体を画像形成部
材とする画像形成装置においては、低電流で明るい高品
位な画像形成装置、例えばフラットテレビが実現され
る。また、低電流化に伴い、画像形成装置を構成する駆
動回路なども安価になることも期待できる。

【００１９】本発明は、以上述べた通り、効率の高い電
子放出素子を得るための電子源の製造方法と、画像形成
装置の製造方法を提供することを目的とするものであ
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、対向する電極間に、電子放出部を含む導電性膜を
有する電子放出素子の複数を備える電子源の製造方法に
おいて、電極間に形成された、電子放出部を含む導電性
膜の複数に、炭素化合物の雰囲気下で前記電極間に電圧
を印加して炭素あるいは炭素化合物を堆積させる第１の
工程を有し、且つ、該炭素あるいは炭素化合物を堆積さ
せる第１の工程は、該工程での温度雰囲気下における蒸
気圧が５０００ｈＰａ以下である炭素化合物を用いて行
われ、更に該第１の工程の後に前記雰囲気下の炭素化合
物を排気する第２の工程を有することを特徴とする電子
源の製造方法である。

【００２１】

【００２２】更に本発明は、電子源と画像形成部材とを
有し、入力信号に基づいて画像形成する画像形成装置の
製造方法において、前記電子源が上記の製造方法にて製
造されることを特徴とする画像形成装置の製造方法であ
る。

【００２３】以下に、本発明について更に詳述する。

【００２４】表面伝導型電子放出素子は、前述したよう
に、導電性膜に予め通電フォーミングと呼ばれる通電処
理を施すことによって、電子放出部を形成するのが一般
的であるが、該通電フォ−ミング処理が終了した素子に
対し、更に活性化処理を施すことが好ましいことを本出
願人は見出している。

【００２５】この活性化工程は、例えば、オイルを含む
真空排気系で排気された真空装置内で、上記フォーミン
グ後の素子に対し、例えば、通電フォーミングと同様の
電圧を印加することにより行われ、この活性化後の素子
には、電子放出部（またはその近傍）にカーボンが堆積
されている。従って、活性化工程には、電圧を印加する
際の素子が置かれている真空雰囲気中の有機材料の有無
が重要である。

【００２６】このような電子放出部への有機材料の吸着
には、電子放出素子をその有機材料を含むガス雰囲気中
に暴露する方法が考えられ、従って、有機材料として、
室温において真空装置内への導入が容易であり、素子表
面で凝縮（液化）が起こりにくいガス状の材料が用いら
れたが、室温でガス状の有機材料は、電子放出部近傍よ
り脱離し易く、吸着量が少ないので、活性化し難いか、
または、活性化に時間がかかるという問題が生じた。ま
た、このような材料を吸着させるために、素子回りに有
機材料の分圧を大きくすることも可能であるが、多量の
材料を必要としたり、活性化工程後の有機材料の排気
（除去）に時間がかかるなどの問題も生じた。また、素
子温度を低くして吸着量を増やすことも可能であるが、
活性化工程のための装置が煩雑になる。

【００２７】一方、本出願人による特願平４−１９４５
６４号で述べられているように、１０^-4〜１０^-5ｔｏｒ
ｒ程度の低真空で長時間の電子放出続けた場合に、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
化するという問題が生じた。よって、活性化処理後の素
子雰囲気中からは、余分な有機材料は極力排気（除去）
することが望まれる。

【００２８】本発明は、以上の知見に基づき、ある特定
の蒸気圧を有する炭素化合物を選択し、これを用いて上
記活性化処理を行うことにより、素子表面へ炭素化合物
が吸着し易く、よって、素子の活性化処理を迅速且つ容
易にするとともに、更に好ましい態様では、活性化処理
後の素子雰囲気中からの該炭素化合物の排気（除去）を
も容易にし、電子放出素子の耐久性の向上を図ることが
できる。

【００２９】以下に、本発明の好ましい実施態様につい
て詳述する。

【００３０】まず、本発明の製造方法について、図１の
（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）を用いて説明する。尚、図１
は、該製造方法を工程順に示した素子断面図である。

【００３１】本発明の製造方法は、（Ａ）まず、基板上の一対の素子電極間に配置された導
電性膜に、フォ−ミング処理を行う工程を有する。

【００３２】１）基板１を、洗剤、純水、及び有機溶剤
により充分に洗浄した後、真空蒸着法、スパッタ法等に
より、電極材料を堆積し、次いで、フォトグラフィ−技
術により該基板１上に素子電極２及び３を形成する（図
１の（ａ））。

【００３３】２）素子電極２、３を設けた基板１に、有
機金属溶液を塗布して放置することにより有機金属薄膜
を形成する。この後、有機金属薄膜を加熱焼成処理し、
更に、リフトオフ、エッチング等によりパタ−ニング
し、導電性膜４を形成する（図１の（ｂ））。尚、ここ
では、有機金属溶液の塗布法により説明したが、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
−法等によって形成される場合もある。

【００３４】３）次に、フォ−ミング処理を行う。

【００３５】このフォ−ミング処理は、導電性膜４を局
所的に破壊、変形もしくは変質せしめることにより、該
導電性膜４に構造の変化した部位を形成するための工程
であり、例えば、素子電極２及び３間に、不図示の電源
により通電して、導電性膜４の部位に構造の変化した電
子放出部５を形成する通電フォ−ミング処理である（図
１の（ｃ））。このように、通電フォ−ミングにより導
電性膜４を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、構
造の変化した部位を電子放出部と呼ぶ。

【００３６】この通電フォ−ミングの電圧波形の例を図
２の（ａ）、（ｂ）に示す。

【００３７】電圧波形は、特に、パルス波形が好まし
く、パルス波高値を定電圧としたパルスを連続的に印加
する場合（図２の（ａ））と、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（図２の（ｂ））とが
ある。

【００３８】まず、パルス波高値を定電圧とした場合
（図２の（ａ））について説明する。

【００３９】図２の（ａ）において、Ｔ１、Ｔ２はそれ
ぞれ電圧波形のパルス幅とパルス間隔であり、Ｔ１を１
マイクロ秒〜１０ミリ秒、Ｔ２を１０マイクロ秒〜１０
０ミリ秒とし、三角波の波高値（通電フォ−ミング時の
ピ−ク電圧）は、作成する電子放出素子の形態に応じて
適宜選択し、適当な真空度、例えば、１０^-5ｔｏｒｒ程
度の真空雰囲気下で数秒から数十分印加する。尚、前記
素子電極間に印加するパルス波形は、三角波に限られる
ものではなく、矩形波等、所望の波形を用いても良い。

【００４０】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（図２の（ｂ））について説明す
る。

【００４１】図２の（ｂ）において、Ｔ１、Ｔ２は前述
の図２の（ａ）と同様であるが、三角波の波高値（通電
フォ−ミング時のピ−ク電圧）は、例えば、０．１Ｖス
テップ程度づつ増加させ、適当な真空雰囲気下で印加す
る。

【００４２】尚、この場合の通電フォ−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、例えば、０．１Ｖ程度の電
圧で、素子電流を測定し、抵抗値を求め、例えば、１Ｍ
オ−ム以上の抵抗を示した時に通電フォ−ミングを終了
とする。

【００４３】（Ｂ）更に、活性化処理を行う工程を有す
る。

【００４４】４）前述の通りフォ−ミング処理を行った
素子に対し、活性化処理を行うが、この活性化処理と
は、例えば、１０^-4〜１０^-5ｔｏｒｒ程度の真空度で、
通電フォ−ミング同様に、波高値を定電圧としたパルス
の印加を繰り返す処理工程のことを言い、かかる処理工
程により、真空中に存在する有機物質から、炭素あるい
は炭素化合物が、上記素子に堆積して、素子電流Ｉｆ及
び放出電流Ｉｅが著しく変化する。この活性化処理は、
例えば、放出電流Ｉｅが飽和した時点で該処理工程を終
了とし、また、該パルス波高値は、好ましくは動作駆動
電圧である。

【００４５】ここで、前述した炭素あるいは炭素化合物
とは、ＴＥＭ、ラマン等の結果から、グラファイト（但
し、単結晶及び多結晶の双方を含む）、非晶質カ−ボン
（但し、非晶質カ−ボンと多結晶グラファイトとの混合
物も含む）等であり、その堆積物の膜厚は、好ましく
は、５００オングストロ−ム以下であり、より好ましく
は、３００オングストロ−ム以下である。

【００４６】本発明の製造方法においては、この活性化
処理は、好ましくは、適宜選択された炭素化合物材料を
真空雰囲気中に導入することにより行われる。また、本
発明において更に好ましくは、活性化処理を施す素子
を、オイル成分を含まない真空雰囲気中に保持し、その
後上記炭素化合物を導入することにより行われる。

【００４７】即ち、本発明で特に選択される好ましい炭
素化合物材料は、この活性化処理工程時の雰囲気温度に
おける蒸気圧が、５０００ｈＰａ以下の材料である。

【００４８】また、この活性化処理工程時の雰囲気温度
は、室温である方が、炭素化合物材料の導入や素子の温
度管理等の点から好ましく、よって、この活性化処理に
用いられる炭素化合物材料は、より好ましくは、２０℃
における蒸気圧が５０００ｈＰａ以下の材料であり、例
えば、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、及びこれらの炭素化合物有機材料の誘
導体の中で、上記蒸気圧の条件に適合する炭素化合物材
料が適宜選択される。

【００４９】２０℃における蒸気圧が５０００ｈＰａ以
下の炭素化合物材料のうち、本発明において特に好まし
い材料を具体的に列挙するならば、ブタジエン、ｎ−ヘ
キサン、１−ヘキセン、ｎ−オクタン、ｎ−デカン、ｎ
−ドデカン、ベンゼン、ニトロベンゼン、トルエン、ｏ
−キシレン、ベンゾニトリル、クロロエチレン、トリク
ロロエチレン、メタノール、エタノール、イソプロピル
アルコール、エチレングリコール、グリセリン、ホルム
アルデヒド、アセトアルデヒド、プロパナール、アセト
ン、エチルメチルケトン、ジエチルケトン、メチルアミ
ン、エチルアミン、エチレンジアミン、フェノール、蟻
酸、酢酸、プロピオン酸等が挙げられる。

【００５０】本発明の製造方法において用いられる炭素
化合物材料の前記蒸気圧が５０００ｈＰａ以下であるこ
とは、素子表面への炭素あるいは炭素化合物の堆積を容
易にし、電子放出素子の活性化処理時間を短縮すること
ができる。

【００５１】更に、本発明で特に選択される炭素化合物
材料は、上記活性化処理工程時の雰囲気温度、好ましく
は２０℃における蒸気圧が、０．２ｈＰａ〜５０００ｈ
Ｐａ、より望ましくは１０ｈＰａ〜５０００ｈＰａであ
ることが特に好ましい。

【００５２】２０℃における蒸気圧が０．２ｈＰａ〜５
０００ｈＰａである炭素化合物材料のうち、本発明にお
いて特に好ましい炭素化合物材料を具体的に列挙するな
らば、ブタジエン、ｎ−ヘキサン、１−ヘキセン、ベン
ゼン、トルエン、ｏ−キシレン、ベンゾニトリル、クロ
ロエチレン、トリクロロエチレン、メタノール、エタノ
ール、イソプロピルアルコール、ホルムアルデヒド、ア
セトアルデヒド、プロパナール、アセトン、エチルメチ
ルケトン、ジエチルケトン、メチルアミン、エチルアミ
ン、エチレンジアミン、フェノール、蟻酸、酢酸、プロ
ピオン酸等が挙げられる。

【００５３】本発明の製造方法において用いられる炭素
化合物材料の前記蒸気圧が、０．２ｈＰａ〜５０００ｈ
Ｐａであることは、素子表面への炭素あるいは炭素化合
物の堆積を容易にし、電子放出素子の活性化処理時間を
短縮することができるうえに更には、活性化処理後の素
子雰囲気中からの該炭素化合物の排気（除去）をも容易
にし、電子放出素子のより一層の耐久性の向上を図るこ
とができる。

【００５４】また、本発明の製造方法において、炭素化
合物材料の導入分圧としては、通常の真空排気装置を用
いた場合、１０^-2〜１０^-7ｔｏｒｒ程度であることが好
ましい。

【００５５】また、炭素化合物材料の蒸気圧とその導入
分圧に関しては、炭素化合物材料の蒸気圧をＰｒ₀ 、導
入分圧をＰｒとすると、ＰｒはＰｒ_o ×１０^-8以上であ
るように、炭素化合物材料の種類に応じて導入分圧を設
定することが、特に、活性化処理時間を短縮できる等の
点から好ましい。

【００５６】尚、以上述べた活性化処理は、前記真空雰
囲気に導入する有機材料の種類と導入分圧、及び素子に
印加するパルス電圧等に依存して、素子電流Ｉｆ、及び
放出電流Ｉｅの時間依存が変化する他、前記フォーミン
グ処理によって変形、変質した導電性膜の近傍へ形成さ
れる炭素または炭素化合物の被膜の形成状態も変化する
ものである。

【００５７】以上のように作成された電子放出素子は、
好ましくは、前記通電フォ−ミング処理あるいは前記活
性化処理での真空度より高い真空度の真空雰囲気にて動
作駆動され、より好ましくは、８０〜１５０℃にて加熱
後、このより高い真空度の真空雰囲気下で動作駆動され
る。尚、前記通電フォ−ミング処理あるいは前記活性化
処理での真空度より高い真空度の真空雰囲気とは、例え
ば、約１０^-6ｔｏｒｒ以上の真空度であり、より好まし
くは、前記炭素及び炭素化合物が新たにほぼ堆積しない
ような超高真空系である。このような超高真空系におい
ては、これ以上の炭素及び炭素化合物の堆積を抑制する
ことが可能であり、よって、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉ
ｅは安定する。

【００５８】次に、以上の本発明の製造方法にて作成さ
れる電子放出素子の基本特性について、図３及び図４を
用いて説明する。

【００５９】図３は、上述の製造方法にて製造された電
子放出素子の電子放出特性を測定するための測定評価装
置の概略構成図である。尚、図３において、図１と同じ
符号を付したものは同様の部材を示す。また、１１は、
電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源、１
０は、素子電極２及び３間の導電性膜４を流れる素子電
流Ｉｆを測定するための電流計、１４は、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
−ド電極、１３は、アノ−ド電極１４に電圧を印加する
ための高圧電源、１２は、素子の電子放出部５より放出
される放出電流Ｉｅを測定するための電流計、１５は真
空装置、１６は排気ポンプである。

【００６０】また、電子放出素子及びアノ−ド電極１４
などは、真空装置１５内に設置され、その真空装置に
は、不図示の真空系などの真空装置に必要な機器が具備
されており、所望の真空下で電子放出素子の測定評価を
行えるようになっている。尚、排気ポンプ１６は、タ−
ボポンプ、ロ−タリ−ポンプからなる通常の高真空装置
系と、更には、イオンポンプなどからなる超高真空装置
系とからなる。

【００６１】また、この真空装置１５には、図４に示す
ように、ニードルバルブ２１を介して炭素化合物材料を
有するアンプルまたはガスボンベ等の材料源２２と接続
されており、真空装置１５内に炭素化合物材料が気体と
して導入できるようになっており、その導入量は、真空
計により真空度を測定しながら、ニードルバルブ２１の
開閉量と排気ポンプ２３の排気量により調整することが
できる。尚、２４はバルブを示し、２５はドライポンプ
を示す。

【００６２】また、真空装置全体及び、電子放出素子の
配置された基板は、不図示のヒ−タ−により２００℃ま
で加熱できる。よって、本測定評価装置は、前述の本発
明の製造方法における通電フォ−ミング以降の工程を行
うことのできる製造装置とも成り得るものである。

【００６３】尚、アノ−ド電極の電圧は１ｋＶ〜１０ｋ
Ｖ、アノ−ド電極と電子放出素子との距離Ｈは２ｍｍ〜
８ｍｍの範囲で測定した。

【００６４】図３に示した測定評価装置により測定され
た、素子電流Ｉｆと放出電流Ｉｅの活性化処理時間に対
する依存例を図５に、また、放出電流Ｉｅおよび素子電
流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関係の典型的な例を図６に示
す。尚、図６は、放出電流Ｉｅは素子電流Ｉｆに比べて
著しく小さいので、任意単位で示されている。

【００６５】図６からも明らかなように、本発明の製造
方法にて作成される電子放出素子は、放出電流Ｉｅに対
する三つの特徴的な性質を有する。

【００６６】まず第一に、本素子はある電圧（閾値電圧
と呼ぶ、図６中のＶｔｈ）以上の素子電圧を印加すると
急激に放出電流Ｉｅが増加し、一方、閾値電圧Ｖｔｈ以
下では放出電流Ｉｅがほとんど検出されない。すなわ
ち、放出電流Ｉｅに対する明確な閾値電圧Ｖｔｈを持っ
た非線形素子である。

【００６７】第二に、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに依
存するため、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御でき
る。

【００６８】第三に、アノード電極１４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。す
なわち、アノード電極１４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。

【００６９】尚、図６に示される通り、素子電流Ｉｆ
は、素子電圧Ｖｆに対して単調増加する特性（ＭＩ特性
と呼ぶ）（図６の実線）と、電圧制御型負性抵抗特性
（ＶＣＮＲ特性と呼ぶ）（図６の破線）を示す両場合が
あるが、これら素子電流の特性は、その製法及び真空装
置内の真空雰囲気条件等に依存する。本発明において、
より好ましい態様は、上記ＭＩ特性を示す態様である。

【００７０】以上のように作成される電子放出素子は、
基本的には、以下に述べるような構成を有し、平面型表
面伝導型電子放出素子と垂直型表面伝導型電子放出素子
の二つに大別される。

【００７１】まず、平面型表面伝導型電子放出素子につ
いて説明する。

【００７２】図７の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、平面
型表面伝導型電子放出素子の基本構成を示す模式的平面
図及び断面図である。図７において、１は基板、２及び
３は素子電極、４は導電性膜、５は電子放出部を示す。

【００７３】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形成したＳｉＯ₂ を積層したガ
ラス基板等及びアルミナ等のセラミックス等が挙げられ
る。

【００７４】対向する素子電極５、６の材料としては、
一般的な導体材料が用いられ、例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａ
ｕ、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、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。

【００７５】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、導電性
膜４の形状等は、かかる電子放出素子の応用形態等によ
り適宜設計されるが、素子電極間隔Ｌは、好ましくは、
数百オングストロームより数百マイクロメートルであ
り、より好ましくは、素子電極間に印加する電圧と電子
放出し得る電界強度等により、数マイクロメ−トルより
数十マイクロメ−トルである。

【００７６】尚、導電性膜４と素子電極２、３の積層順
序は、図７に示される態様に限られず、基板１上に、導
電性膜４、対向する素子電極２、３の順に積層構成して
も良い。

【００７７】導電性膜４は、良好な電子放出特性を得る
ためには、微粒子で構成された微粒子膜が特に好まし
く、その膜厚は、素子電極２、３へのステップカバレ−
ジ、素子電極２、３間の抵抗値、及び前述した通電フォ
−ミング条件等によって適宜設定され、好ましくは、数
オングストロ−ムより数千オングストロ−ムで、特に好
ましくは、１０オングストロ−ム〜５００オングストロ
−ムであって、その抵抗値は、１０³ 〜１０⁷ オ−ム／
□のシ−ト抵抗値である。

【００７８】また、導電性膜４を構成する材料は、Ｐ
ｄ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆ
ｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ、Ｓ
ｎＯ₂ 、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 、ＰｂＯ、Ｓｂ₂ Ｏ₃ 等の酸化物、
ＨｆＢ₂ 、ＺｒＢ₂ 、ＬａＢ₆ 、ＣｅＢ₆ 、ＹＢ₄ 、Ｇ
ｄＢ₄ 等の硼化物、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、
ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ等の
窒化物、Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体、カーボン等が挙げられ
る。

【００７９】尚、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、その微細構造として、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（島状も含む）の膜を
指しており、微粒子の粒径は、数オングストロームより
数千オングストローム、好ましくは、１０オングストロ
ーム〜２００オングストロームである。

【００８０】電子放出部５は、例えば、導電性膜４の一
部に形成された高抵抗の亀裂であり、導電性膜４の膜
厚、膜質、材料及び前述した通電フォ−ミング等の製法
に依存して形成される。また、数オングストロームより
数百オングストロームの粒径の導電性微粒子を有するこ
ともある。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、あるいは該元素の全てを含むもので
ある。また、電子放出部５及びその近傍の導電性膜４に
は、炭素及び炭素化合物を有する。

【００８１】次に、前記垂直型表面伝導型電子放出素子
について説明する。

【００８２】図８は、垂直型表面伝導型電子放出素子の
基本的な構成を示す模式的図面であり、図７と同一の符
号を付した部材は、図７のものと同様である。

【００８３】基板１、素子電極２及び３、導電性膜４、
電子放出部５は、前述した平面型表面伝導型電子放出素
子と同様の材料にて構成されたものであるが、段差形成
部３１は、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法などで形成
されたＳｉＯ₂ などの絶縁性材料で構成され、段差形成
部３１の膜厚が、先に述べた平面型表面伝導型電子放出
素子の素子電極間隔Ｌに対応し、数百オングストロ−ム
から数十マイクロメ−トルであり、該段差形成部の製
法、及び素子電極間に印加する電圧と電子放出し得る電
界強度により適宜設定されるが、好ましくは、数百オン
グストロ−ムから数マイクロメ−トルとされる。

【００８４】導電性膜４は、素子電極２及び３と段差形
成部３１の作成後に形成されるために、素子電極２及び
３の上に積層される。なお、電子放出部５は、図８にお
いては、段差形成部３１に直線状に示されているが、作
成条件及び前述の通電フォ−ミング条件などに依存し
て、その形状及び位置共にこれに限るものではない。

【００８５】以上のような本発明の製造方法にて作成さ
れる電子放出素子は、前述の三つの特徴的性質を有する
ので、入力信号に応じて、電子放出特性が、複数の電子
放出素子を配置した電子源及び画像形成装置等において
も容易に制御できることとなり、多方面への応用ができ
る。

【００８６】次に、本発明の製造方法にて作成される電
子放出素子を用いた電子源及び画像形成装置の基本的な
構成について述べる。

【００８７】本発明の製造方法により作成される電子放
出素子を、好ましくは複数個、基板上に配列して、電子
源及び画像形成装置が構成される。上記基板上での電子
放出素子の配列方式は、例えば、従来例で述べた、多数
の表面伝導型電子放出素子を並列に配置し、個々の素子
の両端を配線にて結線した、電子放出素子の行を多数配
列し（行方向と呼ぶ）、この配線と直交する方向に（列
方向と呼ぶ）、該電子源の上方の空間に設置された制御
電極（グリッドと呼ぶ）により電子を制御駆動する配列
法、及びつぎに述べるｍ本のＸ方向配線の上にｎ本のＹ
方向配線を、層間絶縁層を介して、設置し表面伝導型電
子放出素子の一対の素子電極にそれぞれ、Ｘ方向配線、
Ｙ方向配線を接続した配列法があげられる。これを単純
マトリクス配置と以下呼ぶ。

【００８８】まず、単純マトリクスについて詳述する。

【００８９】本発明にかかわる電子放出素子の前述した
３つの基本的特性の特徴によれば、、単純マトリクス配
置された表面伝導型電子放出素子においても、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
幅で制御される。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、上記パルス状電圧
を適宜印加すれれば、入力信号に応じて、表面伝導型電
子放出素子を選択し、その電子放出量が、制御できるこ
ととなる。

【００９０】以下この原理に基づき構成した電子源基板
の構成について、図９を用いて説明する。尚、図９にお
いて、７１は複数の表面伝導型電子放出素子が配列され
た基板（以下、電子源基板という）、７２はＸ方向配
線、７３はＹ方向配線、７４は表面伝導型電子放出素
子、７５は結線である。尚、表面伝導型電子放出素子７
４は、前述した平面型あるいは垂直型のどちらであって
も良い。図９において、電子源基板７１は、前述したガ
ラス基板等であり、用途に応じて設置される表面伝導型
電子放出素子の個数及び個々の素子の設計上の形状が、
適宜設定される。

【００９１】ｍ本のＸ方向配線７２は、ＤＸ１、ＤＸ
２、．．、ＤＸｍからなり、真空蒸着法、印刷法、スパ
ッタ法等で形成した導電性金属等である。また、多数の
表面伝導型電子放出素子にほぼ均等な電圧が供給される
様に、材料、膜厚、配線巾が設定される。Ｙ方向配線７
３は、ＤＹ1 、ＤＹ２、．．、ＤＹｎのｎ本の配線より
なり、Ｘ方向配線７２と同様に、真空蒸着法、印刷法、
スパッタ法等で形成し、所望のパターンとした導電性金
属等からなり、多数の表面伝導型素子にほぼ均等な電圧
が供給される様に、材料、膜厚、配線巾等が設定され
る。これらｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ方向配線７
３間には、不図示の層間絶縁層が設置され、電気的に分
離されて、マトリックス配線を構成する。尚、ｍ及びｎ
は共に正の整数である。

【００９２】不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等で形成されたＳｉＯ₂ 等であり、Ｘ方
向配線７２を形成した基板７１の全面、あるいはその一
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様に、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。

【００９３】更に、表面伝導型電子放出素子７４の対向
する電極（不図示）が、ｍ本のＸ方向配線７２及びｎ本
のＹ方向配線７３と、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法
等で形成された導電性金属等からなる結線７５とによっ
て電気的に接続されているものである。

【００９４】ここで、ｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ
方向配線７３と結線７５と対向する素子電極の導電性金
属は、その構成元素の一部あるいはその構成元素の全部
が同一であっても、また、それぞれ異なっても良く、前
述した素子電極と同様の材料等から適宜選択される。
尚、これら素子電極への配線は、素子電極と配線材料と
が同一である場合は、これらを素子電極と総称する場合
もある。また、表面伝導型電子放出素子は、基板７１あ
るいは、不図示の層間絶縁層上のどちらに形成しても良
い。

【００９５】また、詳しくは、後述するが、前記Ｘ方向
配線７２には、Ｘ方向に配列する表面伝導型電子放出素
子７４の行を、入力信号に応じて、走査するための走査
信号を印加するための不図示の走査信号印加手段と電気
的に接続されている。

【００９６】一方、Ｙ方向配線７３には、Ｙ方向に配列
する表面伝導型電子放出素子７４の列の各列を入力信号
に応じて、変調するための変調信号を印加するための不
図示の変調信号発生手段と電気的に接続されている。

【００９７】更に、表面伝導型電子放出素子の各素子に
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ものである。

【００９８】以上のような構成により、単純なマトリク
ス配線だけで、個別の電子放出素子を選択して、独立に
駆動可能となる。

【００９９】次に、以上のようにして作成した単純マト
リクス配置による電子源を用いた、表示等に用いる画像
形成装置について、図１０、図１１、及び図１２を用い
て説明する。

【０１００】図１０は画像形成装置の表示パネルの基本
構成図、図１１は蛍光膜を示す図、図１２は画像形成装
置をＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行う例の
駆動回路のブロック図である。

【０１０１】図１０において、７１は、上述のようにし
て電子放出素子を作製した電子源基板、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、８２は支持枠であり、リアプレ
ート８１、支持枠８２及びフェースプレート８６をフリ
ットガラス等を塗布し、大気中あるいは、窒素中で、４
００〜５００℃で１０分以上焼成することで、封着し
て、外囲器８８を構成する。

【０１０２】尚、図１０において、７４は、図９におけ
る電子放出素子に相当し、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方向配線である。

【０１０３】外囲器８８は、上述の如く、フェースープ
レート８６、支持枠８２、リアプレート８１で外囲器８
８を構成したが、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は不要で
あり、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、基板７１にて外囲器８８を構
成しても良い。また、不図示ではあるが、更に、フェス
プレ−ト８６とリアプレ−ト８１間に、スペ−サ−と呼
ばれる支持体を設置することで、大気圧に対して十分な
強度を持つ外囲器８８の構成にすることもできる。

【０１０４】図１１は蛍光膜である。蛍光膜８４は、モ
ノクロームの場合は蛍光体のみから成るが、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９２とで構成される。ブラックストライ
プ、ブラックマトリクスが設けられる目的は、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である。ブラックストライプの材
料としては、通常良く用いられている黒鉛を主成分とす
る材料だけでなく、導電性があり、光の透過及び反射が
少ない材料であればこれに限るものではない。

【０１０５】ここで、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
法が用いられる。

【０１０６】また、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。メタルバックの目的は、蛍光
体の発光のうち内面側への光をフェースプレート８６側
へ鏡面反射することにより輝度を向上すること、電子ビ
ーム加速電圧を印加するための電極として作用するこ
と、外囲器内で発生した負イオンの衝突によるダメージ
からの蛍光体の保護等である。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を真空蒸着等で
堆積することで作製できる。

【０１０７】フェースプレート８６には、更に蛍光膜８
４の導伝性を高めるため、蛍光膜８４の外面側に透明電
極（不図示）を設けても良い。

【０１０８】また、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なう必要がある。

【０１０９】外囲器８８は、不図示の排気管を通じ、１
０^-7ｔｏｒｒ程度の真空度にされ、封止が行われる。ま
た、外囲器８８の封止後の真空度を維持するために、ゲ
ッタ−処理を行う場合もある。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
波加熱等の加熱法により、外囲器８８内の所定の位置
（不図示）に配置されたゲッタ−を加熱し、蒸着膜を形
成する処理である。

【０１１０】ゲッタ−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、１０^-5〜１０^-7ｔｏ
ｒｒの真空度を維持するものである。

【０１１１】次に、前述の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を、ＮＴＳＣ方式のテレビ
信号に基づきテレビジョン表示を行うための駆動回路の
概略構成を図１２のブロック図を用いて説明する。

【０１１２】図１２において、１０１は前記表示パネル
であり、また、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、１０
６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。

【０１１３】以下、各部の機能を説明してゆくが、ま
ず、表示パネル１０１は、端子Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘｍ、端
子Ｄｏｙ１〜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。このうち、端子Ｄｏｘ１
〜Ｄｏｘｍには、前記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
表面伝導型電子放出素子群を一行（Ｎ素子）づつ順次駆
動していくための操作信号が印加される。一方、端子Ｄ
ｏｙ１〜Ｄｏｙｎには、前記走査信号により選択された
一行の表面伝導型電子放出素子の各素子の出力電子ビ−
ムを制御するための変調信号が印加される。また、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、表面伝導型電子放
出素子より出力される電子ビ−ムに、蛍光体を励起する
のに充分なエネルギ−を付与するための加速電圧であ
る。

【０１１４】次に、走査回路１０２について説明する。

【０１１５】走査回路１０２は、その内部にＭ個のスイ
ッチング素子（同図中、Ｓ１〜Ｓｍで模式的に示してい
る）を備えるもので、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０Ｖ（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Ｄｏｘ１
〜Ｄｏｘｍと電気的に接続するものである。Ｓ１〜Ｓｍ
の各スイッチング素子は、制御回路１０３が出力する制
御信号Ｔｓｃａｎに基づいて動作するものだが、実際に
は、例えば、ＦＥＴのようなスイッチング素子を組み合
わせることにより容易に構成することが可能である。

【０１１６】尚、前記直流電圧源Ｖｘは、本実施態様に
おいては、前記表面伝導型電子放出素子の特性（電子放
出の閾値電圧）に基づき、走査されない素子に印加され
る駆動電圧が、電子放出の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。

【０１１７】また、制御回路１０３は、外部より入力す
る画像信号に基づいて、適切な表示が行われるように各
部の動作を整合させる働きを持つものであり、以下に説
明する同期信号分離回路１０６より送られる同期信号Ｔ
ｓｙｎｃに基づいて、各部に対して、Ｔｓｃａｎ、Ｔｓ
ｆｔ、及び、Ｔｍｒｙの各制御信号を発生する。

【０１１８】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回路で、良く知られているよ
うに周波数分離（フィルタ−）回路を用いれば、容易に
構成できるものである。同期信号分離回路１０６により
分離された同期信号は、良く知られるように、垂直同期
信号と水平同期信号よりなるが、ここでは説明の便宜
上、Ｔｓｙｎｃ信号として図示した。一方、前記テレビ
信号から分離された画像の輝度信号成分を、便宜上、Ｄ
ＡＴＡ信号と示すが、同信号はシフトレジスタ１０４に
入力される。

【０１１９】シフトレジスタ１０４は、時系列的にシリ
アルに入力される前記ＤＡＴＡ信号を、画像の１ライン
毎にシリアル／パラレル変換するためのもので、前記制
御回路１０３より送られる制御信号Ｔｓｆｔに基づいて
動作する。即ち、制御信号Ｔｓｆｔは、シフトレジスタ
１０４のシフトクロックであると言い換えても良い。シ
リアル／パラレル変換された画像１ライン分（電子放出
素子のＮ素子分の駆動デ−タに相当する）のデ−タは、
Ｉｄ１〜ＩｄｎのＮ個の並列信号として前記シフトレジ
スタ１０４より出力される。

【０１２０】ラインメモリ１０５は、制御回路１０３よ
り送られる鮮魚信号Ｔｍｒｙにしたがって、適宜Ｉｄ１
〜Ｉｄｎの内容を記憶する。記憶された内容は、Ｉ’ｄ
１〜Ｉ’ｄｎとして出力され、変調信号発生器１０７に
入力される。

【０１２１】変調信号発生器１０７は、前記画像デ−タ
Ｉ’ｄ１〜Ｉ’ｄｎの各々に応じて、表面伝導型電子放
出素子の各々に適切に駆動変調するための信号源で、そ
の出力信号は、端子Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎを通じて表示パ
ネル１０１内の表面伝導型電子放出素子に印加される。

【０１２２】本発明に係る電子放出素子は、前述した通
り、放出電流Ｉｅに対して、以下の基本特性を有してい
る。即ち、前述したように、電子放出には明確な閾値電
圧Ｖｔｈ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。

【０１２３】また、電子放出の閾値電圧以上の電圧に対
しては、素子への印加電圧の変化に応じて、放出電流も
変化していく。尚、電子放出素子の材料や構成、製造方
法を変えることにより、電子放出の閾値電圧Ｖｔｈの値
や、印加電圧に対する放出電流の変化の度合いが変わる
場合もあるが、いずれにしても以下のようなことが言え
る。

【０１２４】即ち、本電子放出素子に、パルス状の電圧
を印加する場合、例えば、電子放出の閾値電圧以下の電
圧を印加しても電子放出は生じないが、電子放出の閾値
電圧以上の電圧を印加すると電子は放出される。その
際、第一には、パルスの波高値Ｖｍを変化させることに
より、出力電子ビ−ムの強度を制御することが可能であ
る。第二には、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−ムの電荷の総量を制御することが可
能である。

【０１２５】したがって、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、パルス幅
変調方式等が挙げられ、電圧変調方式を実施するには、
変調信号発生器１０７としては、一定の長さの電圧パル
スを発生するが入力されるデ−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。

【０１２６】また、パルス幅変調方式を実施するには、
変調信号発生器１０７としては、一定の波高値の電圧パ
ルスを発生するが、入力されるデ−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
用いるものである。

【０１２７】以上説明した一連の動作により、表示パネ
ル１０１を用いてテレビジョンの表示を行える。尚、上
記説明中、特に記載しなかったが、シフトレジスタ１０
４やラインメモリ１０５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差し支えなく、要するに、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
行われれば良い。

【０１２８】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
することが必要であるが、これは、同期信号分離回路１
０６の出力部にＡ／Ｄ変換器を備えれば容易に可能であ
ることは言うまでもない。また、これと関連して、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のも言うまでもない。

【０１２９】即ち、デジタル信号の場合には、電圧変調
方式においては、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
け加えれば良い。また、パルス幅変調方式おいては、変
調信号発生器１０７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）、更
に、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−タ）を組み合わせた回路を用いれば、
当業者であれば容易に構成できる。必要に応じて、比較
器の出力するパルス幅変調された変調信号を表面伝導型
電子放出素子の駆動電圧にまで電圧増幅するための増幅
器を付け加えても良い。

【０１３０】一方、アナログ信号式を用いる場合には、
電圧変調方式においては、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用いれば良
く、必要に応じて、レベルシフト回路等を付け加えても
良い。また、パルス幅変調方式においては、例えば、電
圧制御型発振回路（ＶＣＯ）を用いれば良く、必要に応
じて、表面伝導型電子放出素子の駆動電圧にまで電圧増
幅するための増幅器を付け加えても良い。

【０１３１】以上のように完成した画像形成装置におい
て、こうして、各電子放出素子には、容器外端子Ｄｏｘ
１〜Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎを通じて電圧を印加
することにより電子放出させ、高圧端子Ｈｖを通じてメ
タルバック８５あるいは不図示の透明電極に高圧を印加
して電子ビ−ムを加速し、蛍光膜８４に電子ビ−ムを衝
突させ、蛍光体を励起・発光させることで画像を表示す
ることができる。

【０１３２】以上述べた構成は、表示等に用いられる画
像形成装置を作成する上で必要な概略構成であり、例え
ば、各部材の材料等、詳細な部分は上述の内容に限定さ
れるものではなく、画像形成装置の用途に適するように
適宜選択される。また、入力信号の例として、ＮＴＳＣ
方式を挙げたが、これに限るものではなく、他のＰＡ
Ｌ、ＳＥＣＡＭ方式等の諸方式でも良い。また、更に
は、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方式でも
良い。

【０１３３】次に、前述した梯子型配置の電子源及び画
像形成装置の基本的な構成について、図１３び図１４用
いて説明する。

【０１３４】図１３において、１１０は電子源基板、１
１１は電子放出素子、１１２は、Ｄｘ１〜Ｄｘ１０より
なる前記電子放出素子を配線するための共通配線であ
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る（これを素子行と呼ぶ）。この
素子行が複数行配置されて電子源を構成している。

【０１３５】このような電子源は、各素子行の共通配線
間（Ｄｘ１−Ｄｘ２間、Ｄｘ３−Ｄｘ４間、Ｄｘ５−Ｄ
ｘ６間、Ｄｘ７−Ｄｘ８間、Ｄｘ９−Ｄｘ１０間）に適
宜、駆動電圧を印加することで、各素子行を独立に駆動
することが可能である。即ち、電子ビ−ムを放出したい
素子行には、電子放出の閾値電圧以上の電圧を印加し、
電子ビ−ムを放出させない素子行には、電子放出の閾値
電圧以下の電圧を印加すれば良い。また、各素子行間
で、それぞれ一方の共通配線を同一配線とする（例え
ば、Ｄｘ２とＤｘ３、Ｄｘ４とＤｘ５、Ｄｘ６とＤｘ
７、Ｄｘ８とＤｘ９をそれぞれ同一配線とする）ように
しても良い。

【０１３６】図１４は、梯子型配置の電子源を備えた画
像形成装置の表示パネル構造を示すための図である。１
２０はグリッド電極、１２１は電子が通過するための空
孔、１２２は、Ｄｏｘ１、Ｄｏｘ２、・・・、Ｄｏｘｍ
よりなる容器外端子、１２３は、グリッド電極１２０と
接続されたＧ１、Ｇ２、・・・、Ｇｎからなる容器外端
子、１１０は、図１３に示した前述の電子源基板であ
る。尚、図１３及び図１４の同一符号のものは同じもの
を示す。

【０１３７】図１４の表示パネルは、前述の単純マトリ
クス配置の画像形成装置（図１０）と比較し、電子源基
板１１０とフェ−スプレ−ト８６との間にグリッド電極
１２０を備えている点で大きく異なっている。

【０１３８】図１４において、基板１１０とフェ−スプ
レ−ト８６との間にはグリッド電極１２０が設けられて
いるが、このグリッド電極１２０は、表面伝導型電子放
出素子から放出された電子ビ−ムを変調することのでき
る電極で、梯子配置の各素子行とは直交してストライプ
状に設けられており、更に、電子ビ−ムを通過させるた
めに、各素子に対応して１個ずつ円形の空孔１２１が設
けられている。尚、このグリッド電極の形状及び設置位
置は必ずしも図１４に示す態様に限られるものではな
く、電子放出素子の周辺や近傍に配置されていれば良
く、また、空孔１２１もメッシュ状に多数の通過口が設
けられた態様であっても良い。

【０１３９】尚、容器外端子１２２及びグリッド容器外
端子１２３は、不図示の制御回路と電気的に接続されて
いる。

【０１４０】以上の画像形成装置は、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とに
より、各電子ビ−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。

【０１４１】以上述べた、本発明の思想によれば、テレ
ビジョン放送の表示装置のみならず、テレビ会議システ
ム、コンピュ−タ−等の表示装置として、好適な画像形
成装置が提供される。更には、感光性ドラム等とで構成
された光プリンタ−としての画像形成装置としても用い
ることもできる。

【０１４２】

【実施例】以下、実施例を挙げて、本発明をより詳細に
説明する。

【０１４３】（参考例１）本参考例における電子放出素子の製造方法を図１を用い
て以下に説明する。

【０１４４】．まず、基板１として石英基板を用い、
これを洗剤、純水および有機溶剤により十分に洗浄を行
った後、該基板１上に、レジスト材ＲＤ−２０００Ｎを
２５００ｒｐｍ、４０秒でスピンナー塗布して８０℃、
２５分加熱してプリベークした。

【０１４５】次に、電極間隔（図７のＬに相当）が２μ
ｍ、電極長さ（図７のＷに相当）が５００μｍの電極形
状に対応するマスクを用いて密着露光し、ＲＤ−２００
０Ｎ用現像液で現像し、１２０℃、２０分加熱してポス
トベークした。

【０１４６】本参考例においては、素子電極の材料とし
てニッケル金属を用い、抵抗加熱蒸着機を用いてニッケ
ルを毎秒０．３ｎｍで膜厚が１００ｎｍになるまで蒸着
した後、アセトンでリフトオフし、アセトン、イソプロ
ピルアルコール、つづいて酢酸ブチルで洗浄後、乾燥し
て、基板１上に対向する素子電極２、３を形成した（図
１の（ａ））。

【０１４７】．次に、クロムを基板全面に５０ｎｍ蒸
着し、レジスト材ＡＺ１３７０を２５００ｒｐｍ、３０
秒スピンナー塗布して、９０℃、３０分加熱しプリベー
クした後、電子放出部が形成される導電性膜を塗布する
ためのパターンを有するマスクを用いて露光し、現像液
ＭＩＦ３１２で現像して、１２０℃、３０分加熱しポス
トベークした。

【０１４８】次に、（ＮＨ₄ ）Ｃｅ（ＮＯ₃ ）₆ ／ＨＣ
ｌＯ₄ ／Ｈ₂ Ｏ＝１７ｇ／５ｃｃ／１００ｃｃの組成の
溶液に３０秒浸漬し、クロムをエッチングした後、アセ
トン中、１０分間超音波攪拌してレジストを剥離して、
更に、有機パラジウム溶液（ｃｃｐ４２３０、奥野製薬
（株）製）を８００ｒｐｍ、３０秒スピンナー塗布し
て、３００℃、１０分間焼成し、酸化パラジウム（Ｐｄ
Ｏ）微粒子（平均粒径：７ｎｍ）を有する微粒子状の導
電性膜を形成した。

【０１４９】次に、クロムをリフトオフして、その幅
（図７のＷ’に相当）が３００μｍ、膜厚が１０ｎｍ、
シート抵抗値が５×１０⁴ Ω／□の、Ｐｄを主元素とす
る微粒子からなる導電性膜４を形成した（図１の
（ｂ））。なお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、その微細構造として、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（島状も含む）の膜を
さし、その粒径とは、前記状態で粒子形状が認識可能な
微粒子についての径をいう。

【０１５０】．次に、以上の素子を図３の測定評価装
置に設置し、真空ポンプにて排気し、２×１０^-8ｔｏｒ
ｒの真空度に達した後、素子に素子電圧Ｖｆを印加する
ための電源１０より、素子電極２、３間にそれぞれ、電
圧を印加し、通電処理（フォーミング処理）を行った。
尚、フォーミング処理の電圧波形を図２の（ｂ）に示
す。

【０１５１】図２の（ｂ）中、Ｔ１及びＴ２は電圧波形
のパルス幅とパルス間隔であり、本参考例ではＴ１を１
ミリ秒、Ｔ２を１０ミリ秒とし、矩形波の波高値（フォ
ーミング時のピーク電圧）は０．１Ｖステップで昇圧
し、フォーミング処理を行なった。また、フォーミング
処理中は、同時に、０．１Ｖの電圧で、Ｔ２間に抵抗測
定パルスを挿入し、抵抗を測定した。尚フォーミング処
理の終了は、抵抗測定パルスでの測定値が、約１ＭΩ以
上になった時とし、同時に、素子への電圧の印加を終了
した。本参考例において、素子のフォーミング電圧ＶＦ
は、５．１Ｖであり、以上のようにして、導電性膜４に
亀裂形状の電子放出部５が形成された（図１の
（ｃ））。

【０１５２】．以上のようにして作成された素子につ
いて、アセトン（２０℃での蒸気圧２３３ｈＰａ）を、
約１×１０^-5ｔｏｒｒ導入した雰囲気下で、２０分間、
素子電極間に電圧を印加して活性化処理を行なった。
尚、活性化処理の電圧波形を図１５に示す。

【０１５３】図１５中、Ｔ３及びＴ４は電圧波形のパル
ス幅とパルス間隔であり、本参考例ではＴ３を１００マ
イクロ秒、Ｔ４を１０ミリ秒とし、矩形波の波高値は１
４Ｖで行った。

【０１５４】その後、約１×１０^-8ｔｏｒｒまで排気を
行った。

【０１５５】尚、活性化に用いられる有機材料の真空装
置内への導入は、ニードルバルブを用いた導入系（図
４）で、真空装置内の圧力がほぼ一定になるように調整
した。

【０１５６】以上のようにして得られた素子の特性は、
アノード電極の電圧は１ｋＶ、アノード電極と電子放出
素子との距離Ｈは４ｍｍで測定した。また、真空度１×
１０^-8ｔｏｒｒの環境下で測定を行った。

【０１５７】その結果、素子電圧が１４Ｖの時、素子電
流は２ｍＡ、放出電流は１μＡとなり、電子放出効率η
は０. ０５％であった。また、１０時間の連続駆動を行
っても特性に変化は無かった。

【０１５８】また、作製した電子放出素子に関し、素子
電圧１４Ｖ、電圧パルスの繰り返し周期６０Ｈｚで、パ
ルス幅が３０μｓｅｃ、１００μｓｅｃ、３００μｓｅ
ｃ各々での、素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅのパルス幅
依存性について、表１に示した。

【０１５９】（参考例２）本参考例においては、参考例１の活性化処理において用
いられたアセトンの代わりに、ｎ−ドデカン（２０℃で
の蒸気圧０．１ｈＰａ）を用いて活性化を行った以外は
参考例１と同様に行った。

【０１６０】得られた素子に対し、参考例１と同様にＩ
ｆ、Ｉｅの測定を行ったところ、素子電圧が１４Ｖの
時、素子電流は２．２ｍＡ、放出電流は１μＡとなり、
電子放出効率ηは０．０４５％であった。また、１０時
間の連続駆動を行っても特性に変化は無かった。

【０１６１】（参考例３）本参考例においては、参考例１の活性化処理において用
いられたアセトンの代わりにホルムアルデヒド（２０℃
での蒸気圧４３７０ｈＰａ）を用いて２時間、活性化を
行った以外は参考例１と同様に行った。

【０１６２】得られた素子に対し、参考例１と同様にＩ
ｆ、Ｉｅの測定を行ったところ、素子電圧が１４Ｖの
時、素子電流は１ｍＡ、放出電流は０．２μＡとなり、
電子放出効率ηは０．０２％であった。また、１０時間
の連続駆動を行っても特性に変化は無かった。

【０１６３】（参考例４）本参考例においては、参考例１の活性化処理において用
いられたアセトンの代わりにｎ−ヘキサン（２０℃での
蒸気圧１６０ｈＰａ）を用いて活性化を行った以外は参
考例１と同様に行った。

【０１６４】得られた素子に対し、参考例１と同様にＩ
ｆ、Ｉｅの測定を行ったところ、素子電圧が１４Ｖの
時、素子電流は１．８ｍＡ、放出電流は０．８μＡとな
り、電子放出効率ηは０．０４４％であった。

【０１６５】（参考例５）本参考例においては、参考例１の活性化処理において用
いられたアセトンの代わりにｎ−ウンデカン（２０℃で
の蒸気圧０．３５ｈＰａ）を用いて活性化を行った以外
は参考例１と同様に行った。

【０１６６】得られた素子に対し、参考例１と同様にＩ
ｆ、Ｉｅの測定を行ったところ、素子電圧が１４Ｖの
時、素子電流は１．５ｍＡ、放出電流は０．６μＡとな
り、電子放出効率ηは０．０４％であった。

【０１６７】また、以上の参考例１、２、４、５にて作
製した電子放出素子に関し、素子電圧１４Ｖ、電圧パル
スの繰り返し周期６０Ｈｚで、パルス幅が３０μｓｅ
ｃ、１００μｓｅｃ、３００μｓｅｃ各々での、素子電
流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅのパルス幅依存性について、表
１に示した。

【０１６８】表１の結果から明らかであるように、活性
化時に導入される炭素化合物材料の２０℃における蒸気
圧が、０．２ｈＰａ〜５００ｈＰａの範囲にある場合に
は、上記Ｉｆ及びＩｅのパルス幅依存性が生じにくい電
子放出素子を得ることができた。

【０１６９】

【表１】

【０１７０】（実施例１）本実施例においては、本発明の製造方法にて製造され
る、電子放出素子を多数有する電子源を用いた図１４に
示されるような画像形成装置を作製した。

【０１７１】参考例１と同様の製造方法で、対向する電
極間に導電性膜を配置した素子１１１を、図１３に示す
とおり、絶縁性基板１１０上にライン状に多数作製し
た。

【０１７２】次に、この絶縁性基板（電子源基板）１１
０をリアプレート８１上に固定した後、絶縁性基板１１
０の上方に、電子通過孔１２１を有する変調電極１２０
を、上記ライン状の素子と直交する方向に配置した。

【０１７３】更に、絶縁性基板１１０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、大気中あるいは窒素雰囲気中で４００℃ないし５
００℃で１０分以上焼成することで封着した。また、リ
アプレート８１への絶縁性基板１１０の固定もフリット
ガラスで行った。

【０１７４】また、蛍光膜８４は、ストライプ形状（図
１１の（ａ））を採用し、先に、ブラックストライプを
形成し、その間隙部に各色蛍光体を塗布し、蛍光膜８４
を作製した。ブラックストライプ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。ま
た、ガラス基板８３に蛍光体を塗布する方法は、スラリ
ー法を用いた。

【０１７５】また、蛍光膜８４の内面側にはメタルバッ
ク８５が設けられている。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を真空蒸着するこ
とで作製した。

【０１７６】フェースプレート８６には、更に蛍光膜８
４の導伝性を高めるため、蛍光膜８４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伝性が得られたので省
略した。

【０１７７】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。

【０１７８】以上のようにして完成したガラス容器内の
雰囲気を排気管（図示せず）を通じて、真空ポンプにて
排気し、十分な真空度に達した後、容器外端子Ｄｏｘ１
〜Ｄｏｘｍを通じ、電極間に電圧を印加し、前述の参考
例１と同様の条件にてフォーミングを行い、素子１１１
の導電性膜に電子放出部を形成した。

【０１７９】次に、ガラス容器内にアセトンを１×１０
^-4ｔｏｒｒ導入し、容器外端子Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘｍを通
じ、電極間に電圧を印加し、前述の参考例１と同様の条
件にて素子１１１の活性化を行った。

【０１８０】その後、アセトンを排気し、基板１１０上
に多数の電子放出素子が配列した電子源を作製した。

【０１８１】最後に、約１×１０^-6ｔｏｒｒの真空度
で、不図示の排気管をガスバーナーで熱することで溶着
し外囲器の封止を行い、更に、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。

【０１８２】以上のように完成した本実施例の画像形成
装置において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄｏｘ
１〜Ｄｏｘｍを通じ、電圧を印加することにより電子放
出させ、放出された電子は変調電極１２０の電子通過孔
１２１を通過した後、高圧端子８７を通じ、メタルバッ
ク８５に印加された数ｋＶ以上の高圧により加速され、
蛍光膜８４に衝突し、励起・発光させる。その際、変調
電極１２０に情報信号に応じた電圧を容器外端子Ｇ１〜
Ｇｎを通じ印加することにより、電子通過孔１２１を通
過する電子ビームを制御し画像表示することができる
が、本実施例では、絶縁層であるＳｉＯ２（不図示）を
介し、絶縁性基板１１０の１０μｍ上方に５０μｍ径の
電子通過孔１２１を有する変調電極１２０を配置するこ
とで、加速電圧として６ｋＶ印加したとき、電子ビーム
のオンとオフは５０Ｖ以内の変調電圧で制御でき、画像
表示することができた。

【０１８３】（実施例２）本実施例においては、本発明の製造方法にて製造され
る、電子放出素子を多数有する電子源を用いた図１０に
示されるような画像形成装置を作製した。

【０１８４】図１０は、本実施例における画像形成装置
の基本構成図であり、図１１は、その蛍光膜である。

【０１８５】電子源の一部の平面図を図１６に示す。ま
た、図中のＡ−Ａ’断面図を図１７に示す。但し、図１
６、図１７、図１８、図１９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、７２は図９の
Ｄｘｍに対応するＸ方向配線（下配線とも呼ぶ）、７３
は図９のＤｙｎに対応するＹ方向配線（上配線とも呼
ぶ）、４は電子放出部を含む導電性膜、５、６は素子電
極、１４１は層間絶縁層、１４２は、素子電極５と下配
線７２と電気的接続のためのコンタクトホールである。

【０１８６】まず、本実施例の電子源の素子基板の製造
方法を図１８及び図１９により工程順に従って具体的に
説明する。

【０１８７】工程−ａ清浄化した青板ガラス上に厚さ０. ５ミクロンのシリコ
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５０ＡのＣｒ、厚さ６０００オングストロ−
ムのＡｕを順次積層した後、ホトレジスト（ＡＺ１３７
０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堆積膜をウヱ
ットエッチングして、所望の形状の下配線７２を形成す
る（図１８の（ａ））。

【０１８８】工程−ｂ次に厚さ１. ０ミクロンのシリコン酸化膜からなる層間
絶縁層１４１をＲＦスパッタ法により堆積する（図１８
の（ｂ））。

【０１８９】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
４２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１４１をエッチングしてコ
ンタクトホール１４２を形成する。エッチングはＣＦ₄
とＨ₂ ガスを用いたＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎ
Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によった（図１８の（ｃ））。

【０１９０】工程−ｄその後、素子電極５と素子電極間ギャップＧ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オン
グストロ−ムのＴｉ、厚さ１０００オングストロ−ムの
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Ｇは３ミクロンとし、素子電極の幅は３００ミクロ
ン、を有する素子電極５、６を形成した（図１８の
（ｄ））。

【０１９１】工程−ｅ素子電極５、６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５０オングストロ−ムのＴｉ、厚
さ５０００オングストロ−ムのＡｕを順次真空蒸着によ
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７３を形成した（図１９の（ｅ））。

【０１９２】工程−ｆ素子間電極ギャップおよびこの近傍に開口を有するマス
クにより膜厚１０００オングストロ−ムのＣｒ膜１５１
を真空蒸着により堆積・パターニングし、その上に有機
Ｐｄ溶液（ｃｃｐ４２３０、奥野製薬（株）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（図１９の（ｆ））。また、こうして形成さ
れた主元素としてＰｄよりなる微粒子からなる導電性膜
２の膜厚は１００オングストローム、シート抵抗値は５
×１０⁴ Ω／□であった。なおここで述べる微粒子膜と
は、上述したように、複数の微粒子が集合した膜であ
り、その微細構造として、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（島状も含む）の膜をさし、その粒径と
は、前記状態で粒子形状が認識可能な微粒子ついての径
をいう。

【０１９３】工程−ｇＣｒ膜１５１および焼成後の導電性膜２を酸エッチャン
トによりエッチングして所望のパターンを形成した（図
１９の（ｇ））。

【０１９４】工程−ｈコンタクトホール１４２部分以外にレジストを塗布する
ようなパターンを形成し、真空蒸着により厚さ５０オン
グストロ−ムのＴｉ、厚さ５０００オングストロ−ムの
Ａｕを順次堆積した。リフトオフにより不要の部分を除
去することにより、コンタクトホール１４２を埋め込ん
だ。

【０１９５】以上の工程により絶縁性基板１上に下配線
７２、層間絶縁層１４１、上配線７３、素子電極５、
６、導電性膜２等を形成した（図１９の（ｈ））。

【０１９６】つぎに、以上のようにして作成した電子源
の素子基板を用いて表示装置を構成した例を、図１０と
図１１を用いて説明する。

【０１９７】上述のようにして多数の素子を配列形成し
た電子源基板７１を、図１０に示すとおり、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を介し配置し、フェースプレート８６、支持枠８
２、リアプレート８１の接合部にフリットガラスを塗布
し、大気中あるいは窒素雰囲気中で４００℃ないし５０
０℃で１０分以上焼成することで封着した。また、リア
プレート８１への基板７１の固定もフリットガラスで行
った。尚、図１０において、７２、７３はそれぞれＸ方
向及びＹ方向の配線である。

【０１９８】蛍光膜８４は、モノクロームの場合は蛍光
体のみから成るが、本実施例では蛍光体はストライプ形
状（図１１の（ａ））を採用し、先にブラックストライ
プを形成し、その間隙部に各色蛍光体を塗布し、蛍光膜
８４を作製した。ブラックストライプの材料として通常
良く用いられている黒鉛を主成分とする材料を用いた。
また、ガラス基板８３に蛍光体を塗布する方法はスラリ
ー法を用いた。

【０１９９】また、蛍光膜８４の内面側には通常メタル
バック８５設けられる。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を真空蒸着するこ
とで作製した。

【０２００】フェースプレート８６には、更に蛍光膜８
４の導伝性を高めるため、蛍光膜８４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伝性が得られたので省
略した。

【０２０１】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体と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。

【０２０２】以上のようにして完成したガラス容器内の
雰囲気を排気管（図示せず）を通じオイルを使用しない
真空ポンプにて１×１０^-6ｔｏｒｒまで排気した。

【０２０３】その後、容器外端子Ｄｏｘ１〜Ｄｏｘｍと
Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎを通じ、図１７に示した素子の電極
５、６間に電圧を印加し、導電性膜を通電処理（フォ−
ミング処理）することにより、電子放出部を含む導電性
膜４を作成した。

【０２０４】フォーミング処理の電圧波形を図２（ｂ）
に示す。

【０２０５】このように作成された電子放出部は、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３０オングストローム
であった。

【０２０６】次に、ガラス容器内にアセトンを１×１０
^-3ｔｏｒｒ導入し、容器外端子Ｄｏｘ１〜ＤｏｘｍとＤ
ｏｙ１〜Ｄｏｙｎを通じ電子放出素子７４の電極間に電
圧を印加し、参考例１と同様の条件にて活性化を行っ
た。その後、アセトンを排気し、電子源を作製した。

【０２０７】次に１×１０^-6ｔｏｒｒ程度の真空度で、
１２０℃、１０時間のベーキングを行った後、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の封
止を行った。

【０２０８】最後に封止後の真空度を維持するために、
ゲッター処理を行った。これは、封止を行う直前に、高
周波加熱等の加熱法により、画像形成装置内の所定の位
置（不図示）に配置されたゲッターを加熱し、蒸着膜を
形成処理した。ゲッターはＢａ等を主成分とした。

【０２０９】以上のように完成した本実施例の画像表示
装置において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄｏｘ
１〜Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎを通じ、走査信号及
び変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ、印加
することにより、電子放出させ、高圧端子８７を通じ、
メタルバック８５に数ｋＶ以上の高圧を印加し、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。

【０２１０】（実施例３）図２０は、以上説明した表面伝導型電子放出素子を電子
源として用いたディスプレイパネルに、例えば、テレビ
ジョン放送をはじめとする種々の画像情報源より提供さ
れる画像情報を表示できるように構成した表示装置の一
例を示すための図である。

【０２１１】図２０中、２００はディスプレイパネル、
２０１はディスプレイパネルの駆動回路、２０２はディ
スプレイコントローラ、２０３はマチプレクサ、２０４
はデコーダ、２０５は入出力インターフェース回路、２
０６はＣＰＵ、２０７は画像生成回路、２０８および２
０９および２１０は画像メモリーインターフェース回
路、２１１は画像入力インターフェース回路、２１２お
よび２１３はＴＶ信号受信回路、２１４は入力部であ
る。尚、本表示装置は、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。

【０２１２】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。

【０２１３】まず、ＴＶ信号受信回路２１３は、例え
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。

【０２１４】尚、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、
ＳＥＣＡＭ方式等の諸方式でも良い。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
方式をはじめとするいわゆる高品位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。

【０２１５】ＴＶ信号受信回路２１３で受信されたＴＶ
信号は、デコーダ２０４に出力される。

【０２１６】また、ＴＶ信号受信回路２１２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画像信号を受信するための回路
であるが、前記ＴＶ信号受信回路２１３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２０４に出
力される。

【０２１７】また、画像入力インターフェース回路２１
１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２０４に
出力される。

【０２１８】また、画像メモリーインターフェース回路
２１０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２０４に出力され
る。

【０２１９】また、画像メモリーインターフェース回路
２０９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２０４に出力される。

【０２２０】また、画像メモリーインターフェース回路
２０８は、所謂、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２０４
に入力される。

【０２２１】また、入出力インターフェース回路２０５
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等の出力装置とを
接続するための回路であって、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ＣＰＵ２０６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。

【０２２２】また、画像生成回路２０７は、前記入出力
インターフェース回路２０５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ＣＰＵ２
０６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。

【０２２３】本回路により生成された表示用画像データ
は、デコーダ２０４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２０５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。

【０２２４】また、ＣＰＵ２０６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
作業を行うもので、例えば、マルチプレクサ２０３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。

【０２２５】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２０２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−レ−スか、ノンインタ−レ−スか）や一画面の走
査線の数等、表示装置の動作を適宜制御する。

【０２２６】また、前記画像生成回路２０７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２０５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。

【０２２７】尚、ＣＰＵ２０６は、もちろんこれ以外の
目的の作業にも関わるものであっても良く、例えば、パ
ーソナルコンピュータやワードプロセッサ等のように、
情報を生成したり処理する機能に直接関わっても良い。
あるいは、前述したように、入出力インターフェース回
路２０５を介して外部のコンピュータネットワ−クと接
続し、例えば、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。

【０２２８】また、入力部２１４は、前記ＣＰＵ２０６
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−ボ−ドやマウス
のほか、ジョイスティック、バ−コ−ドリ−ダ−、音声
認識装置等の多様な入力機器を用いる事が可能である。

【０２２９】また、デコーダ２０４は、前記２０７乃至
２１３より入力される種々の画像信号を３原色信号、ま
たは輝度信号とＩ信号、Ｑ信号に逆変換するための回路
である。尚、同図中に点線で示すように、デコ−ダ２０
４は内部に画像メモリーを備えるのが望ましく、これ
は、例えば、ＭＵＳＥ方式をはじめとして、逆変換する
に際して、画像メモリ−を必要とするようなテレビ信号
を扱うためである。

【０２３０】また、画像メモリ−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２
０７及びＣＰＵ２０６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。

【０２３１】また、マルチプレクサ２０３は、前記ＣＰ
Ｕ２０６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２０３
は、デコ−ダ２０４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２０１
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。

【０２３２】また、ディスプレイパネルコントロ−ラ２
０２は、前記ＣＰＵ２０６より入力される制御信号に基
づき、駆動回路２０１の動作を制御するための回路であ
る。まず、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−ケンスを制御するための信号を
駆動回路２０１に対して出力する。

【０２３３】また、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−レ−スか、ノンインタ−レ−スか）
を制御するための信号を駆動回路２０１に対して出力す
る。

【０２３４】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−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２０１に対して出力する場
合もある。

【０２３５】また、駆動回路２０１は、ディスプレイパ
ネル２００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２０３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−ラ２０２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。

【０２３６】以上、各部の機能について説明したが、図
２０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２００に表示する事が可能である。

【０２３７】即ち、テレビジョン放送をはじめとする各
種の画像信号は、デコ−ダ２０４において逆変換された
後、マルチプレクサ２０３において適宜選択され、駆動
回路２０１に入入される。一方、デイスプレイコントロ
ーラ２０２は、表示する画像信号に応じて駆動回路２０
１の動作を制御するための制御信号を発生する。

【０２３８】駆動回路２０１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２００に駆動信号を
印加する。これにより、ディスプレイパネル２００にお
いて画像が表示される。

【０２３９】これら一連の動作は、ＣＰＵ２０６により
統括的に制御される。

【０２４０】また、本表示装置においては、前記デコ−
ダ２０４に内蔵する画像メモリや画像生成回路２０７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、はめ込み等をはじめとする画像編集を行
う事も可能である。

【０２４１】また、本実施例の説明では特に触れなかっ
たが、上記画像処理や上記画像編集と同様に、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。

【０２４２】従って、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、静止画像及び動画
像を扱う画像編集機器、コンピュ−タの端末機器、ワ−
ドプロセッサをはじめとする事務用端末機器、ゲーム機
等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。

【０２４３】尚、上記図２０は、表面伝導型電子放出素
子を電子源とするディスプレイパネルを用いた表示装置
の構成の一例を示したに過ぎず、これのみに限定される
ものでない事は言うまでもない。例えば、図２０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。

【０２４４】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。

【０２４５】本表示装置においては、とりわけ表面伝導
型電子放出素子を電子源とするデイスプレイパネルの薄
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。

【０２４６】それに加えて、表面伝導型電子放出素子を
電子源とするディスプレイパネルは大画面化が容易で輝
度が高く視野角特性にも優れるため、本表示装置は、臨
場感あふれ、迫力にとんだ画像を視認性良く表示するこ
とが可能である。

【０２４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
製造工程が簡単で、効率の高い電子放出素子が提供さ
れ、しかも多数の素子を有する大面積基板にも適用で
き、更には、良好な階調性を有する高品位な画像形成装
置を提供できるという効果がある。

【０２４８】つまり、蒸気圧の低いオイル雰囲気中で活
性化するよりも、オイルのきわめて少ない真空雰囲気中
にオイルよりも吸着、脱離が容易な有機材料を真空装置
に導入して活性化を行い、その後、有機材料を排気する
ことで、電子放出部に炭素化合物（あるいは炭素）を有
する電子放出素子を、高速且つ容易に形成でき、また、
電子放出素子の耐久性等の点で効果がある。

【０２４９】また、パルス幅依存性が生じにくい等の動
作安定性の優れた素子を得ることができるという効果が
ある。

【０２５０】また、特に、素子が狭い空間（例えばガラ
ス基板で挟まれた空間等）に保持された表示パネルで
も、活性化の為に使用される有機材料を、適量、パネル
内に導入できるという効果がある。また、一度導入した
後に除去が容易な為、活性化後の素子にパルス幅依存性
が生じにくい等の動作安定性に優れ、階調表示に適した
素子を得ることができるという効果がある。

【０２５１】以上のようにして、耐久性に優れ、動作安
定性が高く、しかも階調表示に適した、複数素子を配し
た画像表示装置等の画像形成装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法を説明するための断面図。

【図２】本発明の製造方法に係る、通電フォ−ミング及
び活性化の印加電圧波形の例を示す図。

【図３】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の測定
評価装置の概略構成図。

【図４】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の測定
評価装置の概略構成図。

【図５】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の素子
電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅの活性化処理時間依存例を示す
図。

【図６】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の基本
的な特性図。

【図７】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の模式
的平面図（ａ）及び断面図（ｂ）。

【図８】本発明に係わる表面伝導型電子放出素子の別の
態様を示す模式的断面図。

【図９】単純マトリクス配置の電子源を示す図。

【図１０】画像形成装置の表示パネルの概略構成図。

【図１１】表示パネルに用いられる蛍光膜を示す図。

【図１２】画像形成装置をＮＴＳＣ方式のテレビ信号に
応じて駆動表示を行う例を示す駆動回路のブロック図。

【図１３】梯子配置の電子源を示す図。

【図１４】画像形成装置の表示パネルの別の態様を示す
概略構成図。

【図１５】実施例における活性化の印加電圧波形を示す
図。

【図１６】実施例における電子源の平面図。

【図１７】実施例における電子源の一部断面図。

【図１８】実施例における電子源の製造方法を説明する
ための断面図。

【図１９】実施例における電子源の製造方法を説明する
ための断面図。

【図２０】実施例における画像形成装置を説明するため
の図。

【図２１】従来の電子放出素子を示す模式的平面図。

【符号の説明】

１，２２１基板２，３，２２２素子電極４，２２４導電性膜５，２２３電子放出部１１，１３電源１０，１２電流計１４アノード電極１５真空装置１６，２３排気ポンプ２１ニ−ドルバルブ２２炭素化合物材料源２４バルブ２５ドライポンプ３１段差形成部７１，１１０電子源基板７２Ｘ方向配線７３Ｙ方向配線７４，１１１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−スプレ−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１１２共通配線１２０変調（グリッド）電極１２１電子通過孔１２２素子配線の容器外端子１２３変調電極の容器外端子１４１層間絶縁層１４２コンタクトホ−ル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平１−309242（ＪＰ，Ａ) 特開平７−235255（ＪＰ，Ａ) Ｒ．ＢＬＥＳＳＩＮＧｅｔａｌ．，”ＴＨＥＥＬＥＣＴＲＯＦＯＲＭＩＮＧＰＲＯＣＥＳＳＩＮＭＩＭＤＩＯＤＥＳ”，ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉｌｍｓ，1981，Ｎｏ．83，ｐｐ．119−128 Ｍ．ＢＩＳＣＨＯＦＦ，”Ｃａｒｂｏｎ−ｎａｎｏｓｌｉｔｍｏｄｅｌｆｏｒｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｆｏｒｍｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｎＭ−Ｉ −Ｍｓｔｒｕｃｔｒｕｅｓ”，ＩＮＴ．Ｊ．ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ, 1991，Ｖｏｌ．70，Ｎｏ．３，ｐｐ. 491−498 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 9/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する電極間に、電子放出部を含む導
電性膜を有する電子放出素子の複数を備える電子源の製
造方法において、電極間に形成された、電子放出部を含
む導電性膜の複数に、炭素化合物の雰囲気下で前記電極
間に電圧を印加して炭素あるいは炭素化合物を堆積させ
る第１の工程を有し、且つ、該炭素あるいは炭素化合物
を堆積させる第１の工程は、該工程での温度雰囲気下に
おける蒸気圧が５０００ｈＰａ以下である炭素化合物を
用いて行われ、更に該第１の工程の後に前記雰囲気下の
炭素化合物を排気する第２の工程を有することを特徴と
する電子源の製造方法。
【請求項２】前記炭素化合物は、２０℃における蒸気
圧が５０００ｈＰａ以下の炭素化合物である請求項１に
記載の電子源の製造方法。
【請求項３】前記炭素化合物は、該炭素あるいは炭素
化合物を堆積させる工程での温度雰囲気下における蒸気
圧が０．２ｈＰａ〜５０００ｈＰａの炭素化合物である
請求項１に記載の電子源の製造方法。
【請求項４】前記炭素化合物は、２０℃における蒸気
圧が０．２ｈＰａ〜５０００ｈＰａの炭素化合物である
請求項３に記載の電子源の製造方法。
【請求項５】前記炭素化合物の雰囲気は、炭素化合物
の分圧が、Ｐｒ0 ×１０^-8以上の雰囲気である（但し、
Ｐｒ0 は該炭素化合物の蒸気圧である）請求項１に記載
の電子源の製造方法。
【請求項６】複数の電子放出素子の各々の両端を配線
にて接続した電子放出素子の行を複数行と、該電子放出
素子より放出される電子線の変調を行う変調手段とを有
し、入力信号に応じて電子を放出する電子源の製造方法
において、前記電子源が請求項１〜５のいずれかに記載
の製造方法にて製造されることを特徴とする電子源の製
造方法。
【請求項７】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方向配線とに接続し配列された複数の電
子放出素子を有し、入力信号に応じて電子を放出する電
子源の製造方法において、前記電子源が請求項１〜５の
いずれかに記載の製造方法にて製造されることを特徴と
する電子源の製造方法。
【請求項８】電子源と画像形成部材とを有し、入力信
号に基づいて画像形成する画像形成装置の製造方法にお
いて、前記電子源が請求項１〜７のいずれかに記載の製
造方法にて製造されることを特徴とする画像形成装置の
製造方法。