JP3548498B2 - 電子源形成用基板、該基板を用いた電子源並びに画像表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子源の形成に用いられる電子源形成用基板と、該基板を用いた電子源並びに画像表示装置に関する。
【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。
【０００３】
ＦＥ型の例としてはＷ．Ｐ．Ｄｙｋｅ ＆ Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ，Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）”あるいはＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ Ｍｏｌｙｂｄｅｎｉｕｍ Ｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）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，Ｒｅｃｉｏ Ｅｎｇ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓ．、１０，１２９０，（１９６５）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、膜面に並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。この表面導電型電子放出素子としては、前記エリンソン等によるＳｎＯ２薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によるもの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ２Ｏ３／ＳｎＯ２薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎｄ Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ＥＤ Ｃｏｎｆ．”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（１９８３）］等が報告されている。
【０００６】
上記のような電子放出素子を、基板上に配置して構成された電子源を、内部を真空に保持した外囲器中に保持して利用する為には、該電子源と外囲器、その他の部材を接合する必要がある。この接合は、フリットガラスを用いて加熱、融着して行うのが一般的である。このときの加熱温度は、４００〜５００℃程度が典型的で、時間は外囲器の大きさなどによって異なるが、１０分〜１時間程度が典型的である。
【０００７】
尚、外囲器の材質としては、フリットガラスによる接合が容易で確実であるという点と比較的安価であるという点から、青板ガラスを用いることが好ましい。また、Ｎａの一部をＫに置換して歪み点を上昇させた高歪み点ガラスもフリット接続が容易であるため、好ましく用いることができる。また、上記電子源の基板に関してもその材質は、外囲器との接合の確実性から、同様に青板ガラス、あるいは上記高歪み点ガラスを用いることが好ましい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記青板ガラスには成分としてアルカリ元素金属、特にＮａがＮａ２Ｏとして大量に含有されている。Ｎａ元素は熱による拡散が生じ易いため、プロセス中で高温にさらされると、青板ガラス上に形成された各種部材、特に、電子放出素子を構成する部材中にＮａが拡散し、その特性を劣化させる場合がある。
【０００９】
また、上記のようなＮａによる影響は、電子源の基板として上述の高歪み点ガラスを用いた場合、Ｎａ含有量が少ない分、程度は緩和されるが発生する場合があることがわかった。
【００１０】
以上のようなＮａの影響を低減する手段として、例えば、特開平１０−２４１５５０号公報、ＥＰ−Ａ−８５０８９２号公報には、Ｎａを含有する基板の少なくとも電子放出素子が配置される側の表層領域の該Ｎａを含有濃度が、他の領域よりも小さくなっている電子源形成用の基板、更には、リン含有層を有する電子源形成用の基板が開示されている。
【００１１】
しかし、一方では、電子源が形成される基板は通常絶縁材料よりなるため、電子を放出させるために使用する高電圧の印可された状態で駆動する場合においては、基板の露出している部分で２次電子等によるチャージアップ現象が生じ、このチャージアップへの対策が何ら採られていない場合には、安定に長時間駆動することが困難になり、電子源から放出される電子の軌道が乱されてしまい電子放出特性が経時的に変化する場合がある。
【００１２】
以上のようなチャージアップによる影響を低減する手段として、例えば、ＵＳＰ４，９５４，７４４号公報、あるいは、特開平８−１８０８０１号公報には、基板表面あるいは電子放出素子表面を１０８〜１０１０Ω／□のシート抵抗を有する帯電防止膜で被覆することが開示されている。
【００１３】
しかし、上記帯電防止膜はＮａの拡散を防止できたとしても、表面チャージされる電子の除去と言う面では、時定数が大きく不満足であった。この理由として、表面層に薄い絶縁層が形成されているためと考えられる。
【００１４】
そこで本発明は、電子放出素子の電子放出特性の経時的変化が低減され、かつ、基板表面のチャージアップを防ぐことができる電子源形成用基板、及びその基板を用いた電子源並びに画像表示装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述した課題を解決するに鋭意検討を行なってなされたものである。
【００１７】
すなわち、本発明の電子源形成用基板は、電子放出素子が配置される基板表面に、絶縁材料膜を備える電子源形成用基板であって、前記絶縁材料膜は、平均粒径が互いに異なる複数の、電子伝導性の金属酸化物粒子を有するとともに、前記絶縁材料膜は、その表面に一部が露出した当該電子伝導性の金属酸化物粒子の複数と、その中に内包された当該電子伝導性の金属酸化物粒子の複数とを有していることを特徴とする。
【００１８】
上記本発明の電子源形成用基板は、更なる好ましい特徴として、「前記絶縁材料膜は、ＳｉＯ 2 膜である」こと、「前記基板は、ナトリウムを含有する基板である」こと、「前記絶縁材料膜は、ナトリウム遮断膜である」こと、「前記絶縁材料膜は、帯電防止膜である」こと、「前記金属酸化物粒子は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｒｅから選ばれる金属の酸化物粒子である」こと、「前記金属酸化物粒子は、ＳｎＯ 2 の粒子である」こと、を含む。
【００２３】
また、本発明の電子源は、基板と、前記基板上に配置された、電子放出素子とを備える電子源であって、前記基板が、前述の本発明の電子源形成用基板であることを特徴とする。
【００２４】
上記本発明の電子源は、更なる好ましい特徴として、
「前記電子放出素子は、電子放出部を含む導電性膜を備える電子放出素子である」こと、
「前記電子放出素子の複数が、複数の行方向配線及び複数の列方向配線とによりマトリクス配線されている」こと、
を含む。
【００２５】
また、本発明の画像表示装置は、外囲器と、前記外囲器内に配置された、電子放出素子及び前記電子放出素子からの電子の照射により画像を表示する画像表示部材とを備える画像表示装置であって、前記電子放出素子が配置されている基板が、前述の本発明の電子源形成用基板であることを特徴とする。
【００２６】
上記本発明の画像表示装置は、更なる好ましい特徴として、
「前記電子放出素子は、電子放出部を含む導電性膜を備える電子放出素子である」こと、
「前記電子放出素子の複数が、複数の行方向配線及び複数の列方向配線とによりマトリクス配線されている」こと、
を含む。
【００２７】
【作用】
本発明者らの研究によれば、基板上に形成する金属酸化物粒子を含む絶縁材料膜中における当該金属酸化物粒子の状態によって特性が大きく変化し、最適な構成をとることによって始めてその効果が十分に発揮されることがわかった。
【００２８】
本発明の電子源形成用基板においては、基板の電子放出素子が配置される表面に、一部露出した金属酸化物粒子の複数を有している絶縁材料膜、具体的には例えばＳｎＯ２の粒子を含有するＳｉＯ２膜を有することにより、Ｎａを含有する基板、特に主成分としてＳｉＯ２を５０〜７５重量％、Ｎａを２〜１７重量％含有するガラス基板のＮａを効果的にブロックすることができる。
【００２９】
本発明において、前記金属酸化物粒子が表面に出ていることで以下の利点を有する。
【００３０】
即ち、金属酸化物粒子が表面に出ていることにより、Ｎａの拡散を防ぐと同時に、ごく薄い絶縁層を被った層をもった基板よりも、さらにチャージアップした電子を逃がすことができ、電子放出に対するチャージアップの影響を少なくすることができる。ただし、粒子の表面へ出ている密度が高いと逆に導電性が高くなりすぎ、駆動時のクロストークや電子放出部形成不良などの一因にもなるため、かかる金属酸化物粒子は分散した状態で表面に出す必要がある。特に、表面伝導型電子放出素子では、分散した状態とは、好ましくは１０μｍ□に１個以下で２０μｍ□に１個以上。突出した高さは好ましくは０．０５μｍ以下がよい。この密度や高さは電子放出部の形状にもよるために一概には言えない。
【００３１】
また、特に前記金属酸化物粒子として電子伝導性酸化物粒子を用いることにより、より一層、安定した電子放出特性が得られる。本発明において、電子伝導性とはイオン伝導性に対して用いられたもので、電子伝導性材料を含有する層を設けることは以下の利点を有する。
【００３２】
即ち、電子伝導性材料を含有する層を基板に設けることにより、基板表面は電気伝導性を示すようになり、チャージアップによる駆動中の不安定性を抑制することができる。この電気伝導性を得るために、イオン伝導性材料を用いると、駆動にかかわる電圧が印可される事により長時間電圧が印可されるうちにイオンが移動し、その結果、イオンが偏析し、電子源特性を不安定にすることがある。これはイオンの移動に要する時間が大きいために、例えば駆動にかかわる電圧をパルス状に印可する場合においては、パルスとパルスの間、即ち休止時間内にイオンの移動が完全に復元されないために生ずるものと考えられる。このようなイオンの偏析が電子源特性に影響をもたらす。したがって、特に基板が電子伝導性材料を含有する層を有し、その伝導が主に電子伝導による場合においては、イオンの偏析がほとんど生じず、上述の電子源特性にもたらす影響を回避できる。
【００３３】
また、前記金属酸化物粒子としては、特にＳｎＯ２の粒子を用いるのが好ましい。このＳｎＯ２は市場に出回っており比較的安価で、微粒子分散の技術がほぼ確立している事から塗布成膜用の溶液に容易に用いることができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。
【００３５】
図１は、本発明の電子源形成用基板の一実施形態を示す断面図である。図１において、１はＮａを含有する、例えば、青板ガラス、あるいはＮａの１部をＫに置換して歪み点を上昇させた高歪み点ガラスなどの基板、６は金属酸化物粒子を含有した第１の層、７は該第１の層上に形成された第２の層、８、８ａ、８ｂは金属酸化物粒子である。
【００３６】
図１（ａ）の電子源形成用基板は、基板１上に、表面に一部露出した複数の金属酸化物粒子８を有する第１の層６が形成されており、この第１の層６上に電子放出素子が形成される。
【００３７】
図１（ｂ）の電子源形成用基板は、基板１上に、表面に一部露出した複数の金属酸化物粒子８ａと、内包された複数の金属酸化物粒子８ｂを有する第１の層６と、更に第２の層７が形成されており、この第２の層７上に電子放出素子が形成される。
【００３８】
第１の層６である絶縁材料膜は、好ましくはＳｉＯ２を主成分とした膜であり、その厚さは、上記Ｎａ拡散を抑制する効果の点で、２００ｎｍ以上、より好ましくは３００ｎｍ以上が好ましく、膜の応力によるクラックの発生や膜はがれを防止するという点で、更に７００ｎｍ以下が特に好ましい。
【００３９】
金属酸化物粒子の平均粒径は６ｎｍ〜７０ｎｍが好ましい。また、図１（ｂ）のような構成では、絶縁材料膜６の表面に一部露出した複数の金属酸化物粒子８ａの平均粒径は、絶縁材料膜６中に内包された複数の金属酸化物粒子８ｂの平均粒径よりも大きいことが好ましく、金属酸化物粒子８ａの平均粒径は５０ｎｍ〜７０ｎｍの範囲、金属酸化物粒子８ｂの平均粒径は６ｎｍ〜４０ｎｍの範囲であることが好ましい。
【００４０】
上記金属酸化物粒子としては、例えばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｒｅから選ばれる金属の酸化物粒子を用いることができ、特に好ましくはＳｎＯ２等の電子伝導性酸化物粒子が用いられる。
【００４１】
第２の層７は、絶縁材料、好ましくはＳｉＯ２を主成分とした層であり、電子放出素子が形成される基板表面の平坦性向上、上記第１の層６中の金属酸化物粒子の脱落防止、Ｎａ拡散の防止を目的として設けられた層である。この第２の層７は第１の層６上に形成され、金属酸化物粒子の凹凸をカバーして平坦性を向上し、電子放出素子の形成を容易にしている。また、第１の層６だけでは金属酸化物粒子を基板に安定して接着するのが困難なので、第２の層７でその接着をし、金属酸化物粒子の脱落を防ぐ役割も担う。
【００４２】
第２の層７の厚さは、平坦性向上の効果の点で４０ｎｍ以上が好ましく、また、大面積化の観点から、６０ｎｍ以上がより好ましい。また、膜の応力によるクラックの発生や膜はがれを防止するという点で、更に６００ｎｍ以下が好ましい。
【００４３】
本発明の電子源形成用基板において、絶縁材料膜表面に一部露出した金属酸化物粒子の複数を有することは、表面のチャージアップを防止する効果がある。これは、第１の層である絶縁材料膜６、更には第２の層として好ましく用いられるＳｉＯ２を主成分とする層は絶縁層として働き、電子伝導性を妨げる方向に働くため、第１の層の金属酸化物粒子、好ましくはＳｎＯ２粒子を表面まで出すことで除電効果が得られる。しかし、先にも述べたように、ある程度以上の密度で粒子が出ていると抵抗が下がりすぎ、駆動時に問題が生じる。そのために、本発明においては、粒子混合状態を工夫したり、故意に凝集させたりすることにより、表面に出る密度を制御することが好ましい。
【００４４】
図１（ａ）のような構成の場合には、第１の層である絶縁材料膜６から一部露出している金属酸化物粒子は、１０〜２０μｍ□に一個程度の割合で粒子が第１の層６を突き破って出ていることが好ましい。また、図１（ｂ）のような構成の場合には、第１の層である絶縁材料膜６から一部露出している金属酸化物粒子は、更に第２の層７を突き破って出ていることが好ましい。また、本発明の電子源形成用基板上に表面伝導型電子放出素子を形成する場合には、上記の層を突き破って出ている高さが１００ｎｍ以下であることが好ましく、５０ｎｍ以下が特に好ましい。このような状態は、例えば、同じ粒子径のものの凝集状態を制御して第１の層を形成したり、また、平均粒径が４０ｎｍ以下の粒子に平均粒径が５０〜７０ｎｍ程度の粒子を混合し第１の層を形成することで実現することができる。
【００４５】
次に、図２の（ａ），（ｂ）を用いて、上述の電源形成用基板を用いた電子源の実施形態について説明する。
【００４６】
図２（ａ），（ｂ）は、本発明の電子源の一実施形態を示す模式図であり、図２の（ａ）は平面図、図２の（ｂ）は断面図である。
【００４７】
本実施形態の電子源は、上述の図１（ｂ）にて示された電子源形成用基板を用いて構成された電子源であり、図２の（ａ），（ｂ）において１，６，７はそれぞれ上述の、Ｎａを含有する基板、第１の層、第２の層である。
【００４８】
本実施形態の電子源は、第２の層７上に電子放出素子が配置されている。ここで、電子放出素子は、例えば、一対の電極と、該一対の電極間に配置された、電子放出部を有する導電性膜とを備える電子放出素子であって、本実施形態においては、図２の（ａ），（ｂ）に示されるように、間隙５を隔てて配置された一対の導電性膜４と、一対の導電性膜４にそれぞれ電気的に接続された一対の素子電極２，３とを備える表面伝導型電子放出素子が用いられている。尚、図２の（ａ），（ｂ）に示される表面伝導型電子放出素子は、導電性膜４上に炭素膜を有する形態の素子であることがより好ましい。
【００４９】
ここで、本実施形態の電子源において用いられた表面伝導型電子放出素子について詳述する。
【００５０】
まず、対向する素子電極２，３の材料としては、一般的な材料を用いることができ、例えば、Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ、Ｃｕ，Ｐｄ等の金属或いは合金、または、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、または、Ｉｎ２Ｏ３‐ＳｎＯ２等の透明導電体、または、ポリシリコン等の半導体材料等から適宜選択することができる。
【００５１】
また、導電性膜４を構成する材料としては、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ、Ｔａ，Ｗ等の金属、または、ＰｄＯ，ＳｎＯ２，Ｉｎ２Ｏ３，ＰｄＯ，Ｓｂ２Ｏ３等の酸化物の中から適宜選択することができる。
【００５２】
導電性膜４は、良好な電子放出特性を得るために、１ｎｍ〜２０ｎｍの範囲内の粒径を有する複数の微粒子で構成された微粒子膜であることが好ましい。また、導電性膜４の膜厚は、好ましくは１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲とするのが良い。
【００５３】
また、間隙５は、例えば、素子電極２，３間に跨って形成された導電性膜に、後述するフォーミング処理で亀裂を形成することにより形成される。
【００５４】
また、上述した通り、導電性膜４上には炭素膜が形成されていることが、電子放出特性の向上及び電子放出特性の経時的変化の低減のうえで好ましい。
【００５５】
この炭素膜は、例えば、図３の（ａ），（ｂ）に示されるように形成される。ここで図３の（ａ）は炭素膜を有する表面伝導型電子放出素子の導電性膜の間隙部を拡大した模式的平面図、図３の（ｂ）はそのＡ‐Ａ’断面図である。
【００５６】
図３に示されるように、炭素膜を有する表面伝導型電子放出素子は、上記一対の導電性膜４で形成される間隙５よりも狭い間隙１４を形成するように、該導電性膜４に接続されて、間隙５内の基板１３上及び導電性膜４上に炭素膜１５を有している。
【００５７】
また、図４の（ａ），（ｂ）に示すように、一対の導電性膜４の、間隙５に面する両端に、上記同様に炭素膜１５を有する形態であっても上記同様の効果を奏する。
【００５８】
次に、図５を参照しながら、図２の（ａ），（ｂ）で示された上述の電子源の製造方法の一例について説明する。
【００５９】
先ず、青板ガラス、高歪み点ガラスなどのＮａ含有基板１を洗剤、純水および有機溶剤等を用いて十分に洗浄し、かかる基板１上に第１の層６を形成する。ここで、第１の層６の形成法としては、スピンコート法、フレキソ印刷法、スリットコート等の機械的成膜方法を用いるのが好ましい。機械的成膜法とは、その製膜元素を含む化合物を用い、スピンコーター、スリットコーター、フレキソ印刷機等の装置を使って塗布、その後、乾燥工程を経て、有機化合物の焼成を行って成膜する方法である。これらの方法によれば、膜厚が比較的均一な膜ができるといった利点を有する。
【００６０】
ここで、第１の層に使用した材料はＳｎＯ２粒子の主たる平均径を１０〜２０ｎｍの間に取り、６０ｎｍ径の粒子を５％添加した混合系を使用した。この際、大きい側の粒子が均一に分散し、かつ小粒径粒子が凝集しないように攪拌機を調整して分散し、上記方法で塗布した。一方、平均粒子径が一定のものをわざと凝集させ、その凝集サイズが平均６０ｎｍになり、かつ、その混合割合が１〜２０％程度になるように調整して、上記方法で塗布した。
【００６１】
続いて、この第１の層６上に第２の層７を形成する。ここで第２の層７の形成法としては、第１の層６の形成法と同じ機械的成膜法を用いると、上記第１の層６の形成に続けて連続的に形成できるため好ましい。例として、スピンコート法にて電子伝導性酸化物を含有する塗布液を塗布し、乾燥を行い、続いてＳｉＯ２を主成分とする塗布液を続けて塗布し、その後一括で焼成することで、第１の層が、第２の層にて被覆される。ただし、第２の層を形成する際は第２の層を突き破って第１の層の粒子が出ているように制御する必要がある。このために、第２の層を６０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の膜厚にすると形成しやすい。
【００６２】
以上のようにして、基板１上に、第１の層６、第２の層７がこの順にて積層された電子源形成用基板が作成される（図５（ａ））。この基板の表面のシート抵抗は１０９〜１０１１Ω／□であった。
【００６３】
次に、上記電子源形成用基板上に電子放出素子、とりわけ、表面伝導型電子放出素子が形成される。
【００６４】
まず、真空蒸着法、スパッタ法、オフセット印刷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第２の層７表面に素子電極２，３を形成する（図５（ｂ））。
【００６５】
次に、素子電極２，３を設けた第２の層７上に、有機金属溶液を塗布して、有機金属薄膜を形成する。有機金属溶液には、前述の導電性膜４の材料の金属を主元素とする有機金属化合物の溶液を用いることができる。有機金属薄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５（ｃ））。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。
【００６６】
続いて、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、不図示の電源を用いて、通電を行うと、導電性膜４に、間隙５が形成される（図５（ｄ））。通電フォーミングの電圧波形の例を図６に示す。
【００６７】
電圧波形は、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可する図６の（ａ）に示した手法と、パルス波高値を増加させながら電圧パルスを印可する図６の（ｂ）に示した手法がある。
【００６８】
図６（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。通常Ｔ１は１μｓｅｃ．〜１０ｍｓｅｃ．、Ｔ２は、１０μｓｅｃ．〜１００ｍｓｅｃ．の範囲で設定される。三角波の波高値（通電フォーミング時のピーク電圧）は、電子放出素子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可する。パルス波形は三角波に限定されるものではなく、矩形波など所望の波形を採用することができる。
【００６９】
図６の（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図６の（ａ）に示したものと同様とすることができる。三角波の波高値（通電フォーミング時のピーク電圧）は、例えば０．１Ｖ／ステップ程度ずつ、増加させることができる。通電フォーミング処理の終了は、パルス間隔Ｔ２中に、例えば０．１Ｖ程度の抵抗を示したとき、通電フォーミングを終了させる。
【００７０】
フォーミングを終えた素子に活性化工程と呼ばれる処理を施すのが好ましい。活性化工程とは、この工程により、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、著しく変化する工程である。
【００７１】
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、パルスの印可を繰り返すことで行うことができる。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に残留する有機ガスを利用して形成することができるほか、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、前述の応用の形態、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て適宜設定される。適当な有機物質としては、、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、ケント類、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、プロパンなどのＣｎＨ２ｎ＋２で表される飽和炭化水素、エチレン、プロピレンなどのＣｎＨ２ｎ等の組成式で表される不飽和炭化水素、ベンゼン、トルエン、メタノール、エタノール、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、メチルエチルケトン、メチルアミン、エチルアミン、フェノール、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等あるいはこれらの混合物が使用できる。この処理により、雰囲気中に存在する有機物質から、炭素膜が素子上に堆積し、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが著しく変化するようになる。
【００７２】
活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉｆと放出電流Ｉｅを測定しながら、適宜行う。尚、パルス幅、パルス間隔、パルス波高値などは、適宜設定される。
【００７３】
上記炭素膜は、例えばグラファイト（いわゆるＨＯＰＧ、ＰＧ、ＧＣを含有する。ＨＯＰＧはほぼ完全なグラファイトの結晶構造、ＰＧは結晶粒が２０ｎｍ程度で結晶構造がやや乱れたもの、ＧＣは結晶粒が２ｎｍ程度になり結晶構造の乱れがさらに大きくなったものをさす。）、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）の膜であり、その膜厚は、５０ｎｍ以下の範囲とするのが好ましく、３０ｎｍ以下の範囲とするのがより好ましい。
【００７４】
以上のようにして、図２（ａ），（ｂ）で示された電子源が製造される。
【００７５】
以上述べた電子源形成用基板を用いて形成された電子源の別の実施形態として、複数の電子放出素子が配列された電子源、およびその電子源を用いた画像形成装置の例について以下に説明する。
【００７６】
図７は、上述した図１で示される電子源形成用基板上に複数の電子放出素子がマトリクス配線された電子源を示す模式図である。図７において、７１は基板であり、上記の第１の層と第２の層が予め設けられている。７２は行方向配線、７３は列方向配線である。また、７６は電子放出素子、７５は結線である。
【００７７】
ｍ本の行方向配線７２は、Ｄｘ１、Ｄｘ２、…、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。列方向配線７３は、Ｄｙ１、Ｄｙ２、…、Ｄｙｎのｎ本の配線よりなり、行方向配線７２と同様に形成される。これらのｍ本の行方向配線７２とｎ本の列方向配線７３との間には、不図示ではあるが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。）。
【００７８】
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、列方向配線７３を形成した電子源基板７１の全面或は一部に所望の形状で形成され、特に、行方向配線７２と列方向配線７３の交差部の電位差に耐えうるように、膜厚、材料、製法が、適宜設定される。
【００７９】
行方向配線７２と列方向配線７３は、それぞれ外部端子として引き出されている。
【００８０】
電子放出素子７６は、ｍ本の行方向配線７２とｎ本の列方向配線７３と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。
【００８１】
行方向配線７２には、Ｘ方向に配列した電子放出素子７６の行を選択するための走査信号を印可する不図示の走査信号印可手段が接続される。一方、列方向配線７３には、Ｙ方向に配列した電子放出素子７６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可される駆動電圧は、当該素子に印可される走査信号と変調信号の差電圧として供給される。
【００８２】
上記電子源の構成においては、単純なマトリクス配線を用いて、上述の電子源形成用基板上に、複数の表面伝導型電子放出素子を単純マトリクス配線した。
【００８３】
次に、上記電子源を用いて構成した画像形成装置について、図８と図９及び図１０を用いて説明する。
【００８４】
図８は、画像形成装置の表示パネルの一例を示す模式図であり、図９は図８の画像形成装置に使用される蛍光膜の模式図である。図１０は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行うための駆動回路の一例を示すブロック図である。
【００８５】
図８において、７１は、表面伝導型電子放出素子７６を複数配した、上述の図７で示される基板、８１は基板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が低融点のフリットガラスなどを用いて、接合されている。
【００８６】
７２、７３は、表面伝導型電子放出素子７６と接合された行方向配線及び列方向配線である。
【００８７】
外囲器８８は、上述のごとく、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、リアプレート８１間に、スペーサーと呼ばれる不図示の支持体を設置することにより、大気圧に対して十分な強度を持つ外囲器８８を構成することもできる。
【００８８】
図９は、蛍光膜を示す模式図である。蛍光膜８４は、モノクロームの場合は蛍光体のみ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（図９（ａ））或はブラックマトリクス（図９（ｂ））などと呼ばれる黒色導電材９１と蛍光体９２とからすることができる。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ほか、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。
【００８９】
ガラス基板に蛍光体を塗布する法法は、モノクローム、カラーによらず、沈殿法、印刷法等が採用できる。
【００９０】
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８６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可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、蛍光膜作成後、蛍光膜の内面側の表面の平滑化処理（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。
【００９１】
フェースプレート８６には、さらに蛍光膜８４の導電性を高めるため、蛍光膜８４の外面側に透明電極（不図示）を設けても良い。
【００９２】
前述の封着を行う際には、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。
【００９３】
図８に示した画像形成装置の製造方法の一例を以下に説明する。
【００９４】
図１１はこの工程に用いる装置の概要を示す模式図である。外囲器８８は、排気管１３２を介して真空チャンバー１３３に連結され、さらにゲートバルブ１３４を介して排気装置１３５に接続されている。真空チャンバー１３３には、内部の圧力及び雰囲気中の各成分の分圧を測定するために、圧力計１３６、四重極質量分析器１３７等が取り付けられている。外囲器８８内部の圧力などを直接測定することは困難であるため、該真空チャンバー１３３内の圧力などで代用する。真空チャンバー１３３には、さらに必要なガスを真空チャンバー内に導入して雰囲気を制御するため、ガス導入ライン１３８が接続されている。該ガス導入ライン１３８の他端には導入物質源１４０が接続されており、導入物質がアンプルやボンベなどに入れて貯蔵されている。
【００９５】
ガス導入ライン１３８の途中には、導入物質を導入するレートを制御するための導入手段１３９が設けられている。該導入量制御手段としては具体的には、スローリークバルブなど逃がす流量を制御可能なバルブや、マスフローコントローラーなどが、導入物質の種類の応じて、それぞれの使用が可能である。
【００９６】
図１１の装置により外囲器８８の内部を排気し、フォーミングを行う。この際、例えば図１２に示すように、列方向配線７３を共通電極１４１に接続し、行方向配線７２のうちのひとつに接続された素子に電源１４２によって、同時に電圧パルスを印可して、フォーミングを行うことができる。パルスの形状や、処理の終了の判定などの条件は、個別素子のフォーミングについての既述の方法に準じて選択すれば良い。また、複数の行方向配線に、位相をずらせたパルスを順次印可（スクロール）することにより、複数の行方向配線に接続された素子をまとめてフォーミングすることも可能である。図中１４３は電流測定用抵抗を、１４４は電流測定用のオシロスコープを示す。
【００９７】
フォーミング終了後、活性化工程を行う。外囲器８８内は、十分に排気した後有機物質がガス導入ライン１３８から導入される。或いは、個別素子の活性化方法として記述のように、まず油拡散ポンプやロータリーポンプで排気し、これによって真空雰囲気中に残留する有機物質を用いても良い。また、必要に応じて有機物質以外の物質も導入される場合がある。このようにして形成した、有機物質を含む雰囲気中で、各電子放出素子に電圧を印可することにより、炭素あるいは炭素化合物、ないし両者の混合物が電子放出部に堆積し、電子放出量がドラスティックに上昇するのは、個別素子の場合と同様である。このときの電圧の印可方法は、上記フォーミングの場合と同様の結線により、一つの行方向につながった素子に、同時に電圧パルスを印可すれば良い。また、複数の行方向配線に、位相をずらせたパルスを順次印可（スクロール）することにより、複数の行方向配線に接続された素子をまとめて活性化することも可能であり、その場合には、各行方向配線に対して、素子電流をそろえることが可能となる。
【００９８】
活性化工程終了後は、個別素子の場合と同様に、安定化工程を行うことが好ましい。
この工程は、電子放出素子が配置される外囲器８８内を真空排気する工程である。具体的には、外囲器８８を加熱して、８０〜２５０℃に保持しながら、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１３５により排気管１３２を通じて排気し、有機物質の十分少ない雰囲気にした後、排気管をバーナーで熱して融解させて封じきる。
【００９９】
外囲器８８の封止後の圧力を維持するために、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（不図示）に配置されたゲッターを加熱し、封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、該封着膜の吸着作用により、外囲器８８内の雰囲気を維持するものである。
【０１００】
次に、単純マトリクス配置の電子源を用いて構成した表示パネルに、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づいたテレビジョン表示を行うための駆動回路の構成例について、図１０を用いて説明する。図１０において、１０１は図８に示したような画像表示パネル、１０２は走査回路、１０３は制御回路、１０４はシフトレジスタである。１０５はラインメモリ、１０６は同期信号分離回路、１０７は変調信号発生器、Ｖｘ及びＶａは直流電圧源である。
【０１０１】
表示パネル１０１は、端子Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ、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子放出素子群を１行（ｎ素子）ずつ順次駆動するための走査信号が印可される。
【０１０２】
端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎには、前記走査信号により選択された１行の電子放出素子の各素子の出力電子ビームを制御するための変調信号が印可される。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、これは電子放出素子から放出される電子ビームに蛍光体を励起するのに十分なエネルギーを付与するための加速電圧である。
【０１０３】
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Ｓｍ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乃至Ｄｏｘｍ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１０３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。
【０１０４】
直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には電子放出素子の特性（電子放出しきい値電圧）に基づき走査されていない素子に印可される駆動電圧が電子放出しきい値電圧以下となるような一定電圧を出力するように設定されている。
【０１０５】
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Ｔｓｙｎｃに基づいて、各部に対してＴｓｃａｎ及びＴｓｆｔ及びＴｍｒｙの各制御信号を発生する。
【０１０６】
同期信号分離回路１０６は、外部入力される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ある。同期信号分離回路１０６により分離された同期信号は、垂直同期信号と水平同期信号よりなるが、ここでは説明の便宜上Ｔｓｙｎｃ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１０４に入力される。
【０１０７】
シフトレジスタ１０４は、時系列的にシリアル入力される前記ＤＡＴＡ信号を、画像の１ラインごとにシリアル／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１０４より出力される。
【０１０８】
ラインメモリ１０５は、画像１ライン分のデータを必要時間の間だけ記憶するための装置であり、制御回路１０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙ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、Ｉｄ’１乃至Ｉｄ’ｎとして出力され、変調信号発生器１０７に入力される。
【０１０９】
変調信号発生器１０７は、画像データＩｄ’１乃至Ｉｄ’ｎのそれぞれに応じて表面伝導型電子放出素子のそれぞれを適切に駆動変調するための信号源であり、その出力信号は、端子Ｄｏｙ１乃至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可される。
【０１１０】
ここで、前述した表面伝導型電子放出素子は放出電流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Ｖｔｈがあり、Ｖｔｈ以上の電圧を印可されたときのみ電子放出が生じる。電子放出しきい値以上の電圧に対しては、素子への印可電圧の変化に応じて放出電流も変化する。この事から、本素子にパルス状の電圧を印可する場合、例えば電子放出しきい値未満の電圧を印可しても電子放出は生じないが、電子放出しきい値以上の電圧を印可する場合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量を制御することが可能である。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、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、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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
シフトレジスタ１０４やラインメモリ１０５は、デジタル信号式のものもアナログ信号式のものをも採用できる。画像信号のシリアル／パラレル変化や記憶が所定の速度で行われれば良いからである。
【０１１３】
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加することもできる。
【０１１４】
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（ＶＯＣ）を採用でき、必要に応じて表面伝導型電子放出素子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。
【０１１５】
このような構成をとり得る本発明を適用可能な画像表示装置においては、各電子放出素子に、容器外端子Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを介して電圧を印可することにより、電子放出が生ずる。高圧端子Ｈｖを介してメタルバック８５、あるいは透明電極（不図示）に高圧を印可し、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。
【０１１６】
次に、上述した電子源形成用基板を用いて形成された電子源のさらに別の実施形態として、上述した図１で示される電子源形成用基板上に複数の電子がはしご型配置された電子源およびかかる電子源を用いた画像形成装置を図１３図１４いて説明する。
【０１１７】
図１３は、はしご型配置の電子源の一例を示す模式図である。図１３おいて、１１０は前記第１の層と第２の層が予め形成された基板、１１１は表面伝導型電子放出素子である。１１２（Ｄｘ１乃至Ｄｘ１０）は、表面伝導型電子放出素子１１１を接続するための共通配線である。
【０１１８】
表面伝導型電子放出素子１１１は、基板１１０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可することで、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、電子放出しきい値未満の電圧を印可する。各素子行間の共通配線Ｄｘ２乃至Ｄｘ９は、例えばＤｘ２、Ｄｘ３を同一配線とすることもできる。
【０１１９】
図１４は、はしご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開口、１２２はＤｏｘ１，Ｄｏｘ２，…，Ｄｏｘｍよりなる容器外端子である。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。
【０１２０】
図１４においては、図８、図１３に示した部位と同じ部位には、同じ符号を付している。図８に示した単純マトリクス配置の画像形成装置との大きな違いは、電子源基板１１０とフェースプレート８６の間にグリッド電極１２０を備えているか否かである。
【０１２１】
グリッド電極１２０は、電子放出素子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個ずつ円形の開口１２１が設けられている。この開口１２１としては、例えばメッシュ上に多数の通過口を設けることもでき、グリッドを電子放出素子の周囲や近傍に設けることもできる。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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可する。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。
【０１２４】
ここで述べた２種類の画像形成装置の構成は、本発明を適用可能な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。
【０１２５】
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、具体的な実施例を挙げて本発明を詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発明の目的が達成される範囲内での各要素の置換や設計変更がなされたものをも包含する。
【０１２７】
（実施例１）
本実施例では、図２の（ａ），（ｂ）に示す電子源を、図５の（ａ）〜（ｄ）に示す製造工程に従って作製した。
【０１２８】
（１）まず、図１に示した電子源形成用基板を作成する（図５の（ａ））。
高歪み点ガラス（ＳｉＯ２：５８％、Ｎａ２Ｏ：４％、Ｋ２Ｏ：７％を含む）を良く洗浄し、リンをドープして、抵抗調整した粒子サイズの中心が２０ｎｍのＳｎＯ２の粒子とこの粒子に対して５％の量の粒子サイズが６０ｎｍのＳｎＯ２粒子を分散・混合したＳｎＯ２微粒子と有機珪素化合物の混合溶液をスリットコーターと呼ばれる装置を用いて塗布し、ホットプレートを用いて８０〜１００℃、３ｍｉｎの乾燥を行った。さらに有機珪素化合物のみの溶液を、スリットコーターを用いて塗布し、ホットプレートを用いて８０℃、３ｍｉｎの乾燥を行った後、オーブンで５００℃、６０ｍｉｎの焼成を行った。この結果、高歪み点ガラス基板上に、リンをドープして抵抗調整したＳｎＯ２微粒子とＳｉＯ２が重量比８０：２０の第１の層が厚さ３００ｎｍで形成され、さらにその上層として、ＳｉＯ２からなる第２の層が８０ｎｍで形成された。この膜は焼成後一部に空隙はあるが間にはＳｉＯ２で埋められ、６０ｎｍの粒子が適度に分散され、平面的には１０μｍ□に１個程度の割合で表面から平均で５〜１０ｎｍ出ていた。また、出ている粒子の表面はＳｉＯ２で数ｎｍ被覆されているが、電子のチャージアップ除去には問題がなかった。
【０１２９】
（２）次に、上記電子源形成用基板上に、素子電極２、３を形成する（図５の（ｂ））。
まず、上述の基板上にフォトレジスト層を形成し、フォトリソグラフィー技術により、フォトレジスト層に素子電極の形状に対応する開口部を形成した。この上にスパッタ法により、Ｔｉ５ｎｍ、Ｐｔ１００ｎｍを成膜し、有機溶剤で上記フォトレジスト層を融解除去し、リフトオフにより、素子電極２、３を形成した。このとき、素子電極間隔は２０μｍ、電極長さは６００μｍとした。
【０１３０】
（３）次に、上記各一対の素子電極２，３間に、導電性膜４を形成する（図５の（ｃ））。まず、有機パラジウム含有溶液を、バブルジェット方式のインクジェット噴射装置を用いて、幅が９０μｍとなるよう付与して行った。その後３５０℃で３０分間の加熱処理を行って、酸化パラジウム微粒子からなる導電性膜４を得た。
【０１３１】
ついで、金属成分として銀を含むペースト材料（ＮＰ‐４７３６Ｓ；ノリタケ（株）製）を用い、スクリーン印刷法により印刷後、１１０℃で２０分間乾燥し、次いで熱処理装置によりピーク温度４９５℃ピーク保持時間１０分間の条件で上記ペースト材料を焼成し、厚さ７μｍの下配線１０を形成した。
【０１３２】
次に、層間絶縁層１２を形成した。上記ペーストの焼成と同条件の熱処理で、絶縁ペースト（ＮＰ４０４５；ノリタケ製）を４回積層して膜厚を稼ぎ層間絶縁層の機能を確保した。
【０１３３】
その後、上配線１１を下配線１０と同じ材料を用い形成した。
【０１３４】
以上のようにして作成した電子源のフォーミング・活性化を行った（図５の（ｄ））。
【０１３５】
さらに、図８に示したようにパネル化して、駆動した。このとき、駆動時のチャージアップが少なく、ディスプレイとしての問題はなかった。
【０１３６】
また、この電子源基板の導電性膜４と間隙５を含む部分を切りだし、ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）によって分析を行い、Ｎａの拡散の状況を確認した。その結果、素子の電極間中央部の表面ナトリウム濃度は、１×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３であった。これは高歪み点ガラス中のナトリウム濃度１×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３と比較して１００分の１に低下しており、ナトリウムブロック効果が大きい事がわかった。
【０１３７】
（実施例２）
実施例１と同様にして、高歪み点ガラス（ＳｉＯ２：５８％、Ｎａ２Ｏ：４％、Ｋ２Ｏ：７％を含む）を良く洗浄し、リンをドープして、抵抗調整した粒子サイズの中心が２０ｎｍのＳｎＯ２の粒子とこの粒子に対して５％の量の凝集した粒子サイズが６０ｎｍのＳｎＯ２粒子を分散・混合したＳｎＯ２微粒子と有機珪素化合物の混合溶液をスリットコーターと呼ばれる装置を用いて塗布して、電子源形成用基板を作製した。
【０１３８】
他のものは実施例１と同様に形成し、パネル化して駆動したところ、チャージアップがなくディスプレイとして問題はなかった。
【０１３９】
（比較例）
基板上にＳｉＯ２をスパッタにて１００ｎｍ形成したものを電子源形成用基板とした以外は、実施例１と全く同様にして電子源を作成し、パネル化して駆動した。
【０１４０】
この電子源基板の導電性膜４と間隙５を含む部分を切りだし、ＳＩＭＳによって分析を行い、Ｎａの拡散の状況を確認した。その結果、素子の電極間中央部の表面ナトリウム濃度は、５×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３であった。
【０１４１】
この結果からわかるように、本発明による電子源形成用基板はＮａの拡散抑制効果もあることがわかる。
【０１４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により次のような効果が得られる。
【０１４３】
本発明は、Ｎａの拡散を原因とする、電子放出素子の電子放出特性の経時的変化が低減され、かつ、駆動後のチャージアップが少ない電子源形成用基板、電子源及び画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子源形成用基板の例を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の電子源の一例を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図３】本発明の電子源に適用される表面伝導型電子放出素子の一例を示す模式的部分拡大図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図４】本発明の電子源に適用される表面伝導型電子放出素子の別の例を示す模式的部分拡大図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図５】本発明に係る電子源の製造手順を説明するための模式図である。
【図６】本発明に係る電子源の製造に用いるパルス電圧波形の模式図である。
【図７】本発明の電子源の一構成例を示す模式図である。
【図８】本発明の画像形成装置の一構成例を示す模式図である。
【図９】本発明の画像形成装置に用いる蛍光膜の構成を示す模式図である。
【図１０】駆動回路の一例を示すブロック図である。
【図１１】画像形成装置の製造に用いる装置の概要を示す模式図である。
【図１２】本発明の画像形成装置の、フォーミング、活性化工程のための結線方法を示す図である。
【図１３】本発明の電子源の別の構成例を示す模式図である。
【図１４】本発明の画像形成装置の別の構成例を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 基板
２，３ 素子電極
４ 導電性薄膜
５ 電子放出部（間隙）
６ 第１の層
７ 第２の層
８、８ａ、８ｂ 金属酸化物粒子
１０ 下配線
１１ 上配線
１２ 層間絶縁層
１３ 基板
１４ 狭い間隙
１５ 炭素膜
７１ 基板
７２ Ｘ方向配線
７３ Ｙ方向配線
７４ 層間絶縁層
７５ 結線
７６ 電子放出素子
８１ リアプレート
８２ 支持枠
８３ （フェースプレートの）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
８８ 外囲器
９１ 黒色導体
９２ 蛍光体
１０１ 画像形成装置
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 変調信号発生回路
１１０ 基板
１１１ 電子放出素子
１１２ 共通配線
１２０ グリッド電極
１２１ 電子が通過するための空孔
１２２ 共通配線と接続された容器外端子
１２３ グリッド電極と接続された容器外端子
１３２ 排気管
１３３ 真空チャンバー
１３４ ゲートバルブ
１３５ 排気装置
１３６ 圧力計
１３７ 四重極質量分析器
１３８ ガス導入ライン
１３９ 導入量制御手段
１４０ 導入物質
１４１ 共通電極
１４２ 電源
１４３ 電流測定用抵抗
１４４ オシロスコープ
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子源の形成に用いられる電子源形成用基板と、該基板を用いた電子源並びに画像表示装置に関する。
【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。
【０００３】
ＦＥ型の例としてはＷ．Ｐ．Ｄｙｋｅ ＆ Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ，Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）”あるいはＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ Ｍｏｌｙｂｄｅｎｉｕｍ Ｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）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，Ｒｅｃｉｏ Ｅｎｇ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓ．、１０，１２９０，（１９６５）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、膜面に並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。この表面導電型電子放出素子としては、前記エリンソン等によるＳｎＯ２薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によるもの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ２Ｏ３／ＳｎＯ２薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎｄ Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ＥＤ Ｃｏｎｆ．”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（１９８３）］等が報告されている。
【０００６】
上記のような電子放出素子を、基板上に配置して構成された電子源を、内部を真空に保持した外囲器中に保持して利用する為には、該電子源と外囲器、その他の部材を接合する必要がある。この接合は、フリットガラスを用いて加熱、融着して行うのが一般的である。このときの加熱温度は、４００〜５００℃程度が典型的で、時間は外囲器の大きさなどによって異なるが、１０分〜１時間程度が典型的である。
【０００７】
尚、外囲器の材質としては、フリットガラスによる接合が容易で確実であるという点と比較的安価であるという点から、青板ガラスを用いることが好ましい。また、Ｎａの一部をＫに置換して歪み点を上昇させた高歪み点ガラスもフリット接続が容易であるため、好ましく用いることができる。また、上記電子源の基板に関してもその材質は、外囲器との接合の確実性から、同様に青板ガラス、あるいは上記高歪み点ガラスを用いることが好ましい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記青板ガラスには成分としてアルカリ元素金属、特にＮａがＮａ２Ｏとして大量に含有されている。Ｎａ元素は熱による拡散が生じ易いため、プロセス中で高温にさらされると、青板ガラス上に形成された各種部材、特に、電子放出素子を構成する部材中にＮａが拡散し、その特性を劣化させる場合がある。
【０００９】
また、上記のようなＮａによる影響は、電子源の基板として上述の高歪み点ガラスを用いた場合、Ｎａ含有量が少ない分、程度は緩和されるが発生する場合があることがわかった。
【００１０】
以上のようなＮａの影響を低減する手段として、例えば、特開平１０−２４１５５０号公報、ＥＰ−Ａ−８５０８９２号公報には、Ｎａを含有する基板の少なくとも電子放出素子が配置される側の表層領域の該Ｎａを含有濃度が、他の領域よりも小さくなっている電子源形成用の基板、更には、リン含有層を有する電子源形成用の基板が開示されている。
【００１１】
しかし、一方では、電子源が形成される基板は通常絶縁材料よりなるため、電子を放出させるために使用する高電圧の印可された状態で駆動する場合においては、基板の露出している部分で２次電子等によるチャージアップ現象が生じ、このチャージアップへの対策が何ら採られていない場合には、安定に長時間駆動することが困難になり、電子源から放出される電子の軌道が乱されてしまい電子放出特性が経時的に変化する場合がある。
【００１２】
以上のようなチャージアップによる影響を低減する手段として、例えば、ＵＳＰ４，９５４，７４４号公報、あるいは、特開平８−１８０８０１号公報には、基板表面あるいは電子放出素子表面を１０８〜１０１０Ω／□のシート抵抗を有する帯電防止膜で被覆することが開示されている。
【００１３】
しかし、上記帯電防止膜はＮａの拡散を防止できたとしても、表面チャージされる電子の除去と言う面では、時定数が大きく不満足であった。この理由として、表面層に薄い絶縁層が形成されているためと考えられる。
【００１４】
そこで本発明は、電子放出素子の電子放出特性の経時的変化が低減され、かつ、基板表面のチャージアップを防ぐことができる電子源形成用基板、及びその基板を用いた電子源並びに画像表示装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述した課題を解決するに鋭意検討を行なってなされたものである。
【００１７】
すなわち、本発明の電子源形成用基板は、電子放出素子が配置される基板表面に、絶縁材料膜を備える電子源形成用基板であって、前記絶縁材料膜は、平均粒径が互いに異なる複数の、電子伝導性の金属酸化物粒子を有するとともに、前記絶縁材料膜は、その表面に一部が露出した当該電子伝導性の金属酸化物粒子の複数と、その中に内包された当該電子伝導性の金属酸化物粒子の複数とを有していることを特徴とする。
【００１８】
上記本発明の電子源形成用基板は、更なる好ましい特徴として、「前記絶縁材料膜は、ＳｉＯ 2 膜である」こと、「前記基板は、ナトリウムを含有する基板である」こと、「前記絶縁材料膜は、ナトリウム遮断膜である」こと、「前記絶縁材料膜は、帯電防止膜である」こと、「前記金属酸化物粒子は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｒｅから選ばれる金属の酸化物粒子である」こと、「前記金属酸化物粒子は、ＳｎＯ 2 の粒子である」こと、を含む。
【００２３】
また、本発明の電子源は、基板と、前記基板上に配置された、電子放出素子とを備える電子源であって、前記基板が、前述の本発明の電子源形成用基板であることを特徴とする。
【００２４】
上記本発明の電子源は、更なる好ましい特徴として、
「前記電子放出素子は、電子放出部を含む導電性膜を備える電子放出素子である」こと、
「前記電子放出素子の複数が、複数の行方向配線及び複数の列方向配線とによりマトリクス配線されている」こと、
を含む。
【００２５】
また、本発明の画像表示装置は、外囲器と、前記外囲器内に配置された、電子放出素子及び前記電子放出素子からの電子の照射により画像を表示する画像表示部材とを備える画像表示装置であって、前記電子放出素子が配置されている基板が、前述の本発明の電子源形成用基板であることを特徴とする。
【００２６】
上記本発明の画像表示装置は、更なる好ましい特徴として、
「前記電子放出素子は、電子放出部を含む導電性膜を備える電子放出素子である」こと、
「前記電子放出素子の複数が、複数の行方向配線及び複数の列方向配線とによりマトリクス配線されている」こと、
を含む。
【００２７】
【作用】
本発明者らの研究によれば、基板上に形成する金属酸化物粒子を含む絶縁材料膜中における当該金属酸化物粒子の状態によって特性が大きく変化し、最適な構成をとることによって始めてその効果が十分に発揮されることがわかった。
【００２８】
本発明の電子源形成用基板においては、基板の電子放出素子が配置される表面に、一部露出した金属酸化物粒子の複数を有している絶縁材料膜、具体的には例えばＳｎＯ２の粒子を含有するＳｉＯ２膜を有することにより、Ｎａを含有する基板、特に主成分としてＳｉＯ２を５０〜７５重量％、Ｎａを２〜１７重量％含有するガラス基板のＮａを効果的にブロックすることができる。
【００２９】
本発明において、前記金属酸化物粒子が表面に出ていることで以下の利点を有する。
【００３０】
即ち、金属酸化物粒子が表面に出ていることにより、Ｎａの拡散を防ぐと同時に、ごく薄い絶縁層を被った層をもった基板よりも、さらにチャージアップした電子を逃がすことができ、電子放出に対するチャージアップの影響を少なくすることができる。ただし、粒子の表面へ出ている密度が高いと逆に導電性が高くなりすぎ、駆動時のクロストークや電子放出部形成不良などの一因にもなるため、かかる金属酸化物粒子は分散した状態で表面に出す必要がある。特に、表面伝導型電子放出素子では、分散した状態とは、好ましくは１０μｍ□に１個以下で２０μｍ□に１個以上。突出した高さは好ましくは０．０５μｍ以下がよい。この密度や高さは電子放出部の形状にもよるために一概には言えない。
【００３１】
また、特に前記金属酸化物粒子として電子伝導性酸化物粒子を用いることにより、より一層、安定した電子放出特性が得られる。本発明において、電子伝導性とはイオン伝導性に対して用いられたもので、電子伝導性材料を含有する層を設けることは以下の利点を有する。
【００３２】
即ち、電子伝導性材料を含有する層を基板に設けることにより、基板表面は電気伝導性を示すようになり、チャージアップによる駆動中の不安定性を抑制することができる。この電気伝導性を得るために、イオン伝導性材料を用いると、駆動にかかわる電圧が印可される事により長時間電圧が印可されるうちにイオンが移動し、その結果、イオンが偏析し、電子源特性を不安定にすることがある。これはイオンの移動に要する時間が大きいために、例えば駆動にかかわる電圧をパルス状に印可する場合においては、パルスとパルスの間、即ち休止時間内にイオンの移動が完全に復元されないために生ずるものと考えられる。このようなイオンの偏析が電子源特性に影響をもたらす。したがって、特に基板が電子伝導性材料を含有する層を有し、その伝導が主に電子伝導による場合においては、イオンの偏析がほとんど生じず、上述の電子源特性にもたらす影響を回避できる。
【００３３】
また、前記金属酸化物粒子としては、特にＳｎＯ２の粒子を用いるのが好ましい。このＳｎＯ２は市場に出回っており比較的安価で、微粒子分散の技術がほぼ確立している事から塗布成膜用の溶液に容易に用いることができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。
【００３５】
図１は、本発明の電子源形成用基板の一実施形態を示す断面図である。図１において、１はＮａを含有する、例えば、青板ガラス、あるいはＮａの１部をＫに置換して歪み点を上昇させた高歪み点ガラスなどの基板、６は金属酸化物粒子を含有した第１の層、７は該第１の層上に形成された第２の層、８、８ａ、８ｂは金属酸化物粒子である。
【００３６】
図１（ａ）の電子源形成用基板は、基板１上に、表面に一部露出した複数の金属酸化物粒子８を有する第１の層６が形成されており、この第１の層６上に電子放出素子が形成される。
【００３７】
図１（ｂ）の電子源形成用基板は、基板１上に、表面に一部露出した複数の金属酸化物粒子８ａと、内包された複数の金属酸化物粒子８ｂを有する第１の層６と、更に第２の層７が形成されており、この第２の層７上に電子放出素子が形成される。
【００３８】
第１の層６である絶縁材料膜は、好ましくはＳｉＯ２を主成分とした膜であり、その厚さは、上記Ｎａ拡散を抑制する効果の点で、２００ｎｍ以上、より好ましくは３００ｎｍ以上が好ましく、膜の応力によるクラックの発生や膜はがれを防止するという点で、更に７００ｎｍ以下が特に好ましい。
【００３９】
金属酸化物粒子の平均粒径は６ｎｍ〜７０ｎｍが好ましい。また、図１（ｂ）のような構成では、絶縁材料膜６の表面に一部露出した複数の金属酸化物粒子８ａの平均粒径は、絶縁材料膜６中に内包された複数の金属酸化物粒子８ｂの平均粒径よりも大きいことが好ましく、金属酸化物粒子８ａの平均粒径は５０ｎｍ〜７０ｎｍの範囲、金属酸化物粒子８ｂの平均粒径は６ｎｍ〜４０ｎｍの範囲であることが好ましい。
【００４０】
上記金属酸化物粒子としては、例えばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｒｅから選ばれる金属の酸化物粒子を用いることができ、特に好ましくはＳｎＯ２等の電子伝導性酸化物粒子が用いられる。
【００４１】
第２の層７は、絶縁材料、好ましくはＳｉＯ２を主成分とした層であり、電子放出素子が形成される基板表面の平坦性向上、上記第１の層６中の金属酸化物粒子の脱落防止、Ｎａ拡散の防止を目的として設けられた層である。この第２の層７は第１の層６上に形成され、金属酸化物粒子の凹凸をカバーして平坦性を向上し、電子放出素子の形成を容易にしている。また、第１の層６だけでは金属酸化物粒子を基板に安定して接着するのが困難なので、第２の層７でその接着をし、金属酸化物粒子の脱落を防ぐ役割も担う。
【００４２】
第２の層７の厚さは、平坦性向上の効果の点で４０ｎｍ以上が好ましく、また、大面積化の観点から、６０ｎｍ以上がより好ましい。また、膜の応力によるクラックの発生や膜はがれを防止するという点で、更に６００ｎｍ以下が好ましい。
【００４３】
本発明の電子源形成用基板において、絶縁材料膜表面に一部露出した金属酸化物粒子の複数を有することは、表面のチャージアップを防止する効果がある。これは、第１の層である絶縁材料膜６、更には第２の層として好ましく用いられるＳｉＯ２を主成分とする層は絶縁層として働き、電子伝導性を妨げる方向に働くため、第１の層の金属酸化物粒子、好ましくはＳｎＯ２粒子を表面まで出すことで除電効果が得られる。しかし、先にも述べたように、ある程度以上の密度で粒子が出ていると抵抗が下がりすぎ、駆動時に問題が生じる。そのために、本発明においては、粒子混合状態を工夫したり、故意に凝集させたりすることにより、表面に出る密度を制御することが好ましい。
【００４４】
図１（ａ）のような構成の場合には、第１の層である絶縁材料膜６から一部露出している金属酸化物粒子は、１０〜２０μｍ□に一個程度の割合で粒子が第１の層６を突き破って出ていることが好ましい。また、図１（ｂ）のような構成の場合には、第１の層である絶縁材料膜６から一部露出している金属酸化物粒子は、更に第２の層７を突き破って出ていることが好ましい。また、本発明の電子源形成用基板上に表面伝導型電子放出素子を形成する場合には、上記の層を突き破って出ている高さが１００ｎｍ以下であることが好ましく、５０ｎｍ以下が特に好ましい。このような状態は、例えば、同じ粒子径のものの凝集状態を制御して第１の層を形成したり、また、平均粒径が４０ｎｍ以下の粒子に平均粒径が５０〜７０ｎｍ程度の粒子を混合し第１の層を形成することで実現することができる。
【００４５】
次に、図２の（ａ），（ｂ）を用いて、上述の電源形成用基板を用いた電子源の実施形態について説明する。
【００４６】
図２（ａ），（ｂ）は、本発明の電子源の一実施形態を示す模式図であり、図２の（ａ）は平面図、図２の（ｂ）は断面図である。
【００４７】
本実施形態の電子源は、上述の図１（ｂ）にて示された電子源形成用基板を用いて構成された電子源であり、図２の（ａ），（ｂ）において１，６，７はそれぞれ上述の、Ｎａを含有する基板、第１の層、第２の層である。
【００４８】
本実施形態の電子源は、第２の層７上に電子放出素子が配置されている。ここで、電子放出素子は、例えば、一対の電極と、該一対の電極間に配置された、電子放出部を有する導電性膜とを備える電子放出素子であって、本実施形態においては、図２の（ａ），（ｂ）に示されるように、間隙５を隔てて配置された一対の導電性膜４と、一対の導電性膜４にそれぞれ電気的に接続された一対の素子電極２，３とを備える表面伝導型電子放出素子が用いられている。尚、図２の（ａ），（ｂ）に示される表面伝導型電子放出素子は、導電性膜４上に炭素膜を有する形態の素子であることがより好ましい。
【００４９】
ここで、本実施形態の電子源において用いられた表面伝導型電子放出素子について詳述する。
【００５０】
まず、対向する素子電極２，３の材料としては、一般的な材料を用いることができ、例えば、Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ、Ｃｕ，Ｐｄ等の金属或いは合金、または、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、または、Ｉｎ２Ｏ３‐ＳｎＯ２等の透明導電体、または、ポリシリコン等の半導体材料等から適宜選択することができる。
【００５１】
また、導電性膜４を構成する材料としては、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ、Ｔａ，Ｗ等の金属、または、ＰｄＯ，ＳｎＯ２，Ｉｎ２Ｏ３，ＰｄＯ，Ｓｂ２Ｏ３等の酸化物の中から適宜選択することができる。
【００５２】
導電性膜４は、良好な電子放出特性を得るために、１ｎｍ〜２０ｎｍの範囲内の粒径を有する複数の微粒子で構成された微粒子膜であることが好ましい。また、導電性膜４の膜厚は、好ましくは１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲とするのが良い。
【００５３】
また、間隙５は、例えば、素子電極２，３間に跨って形成された導電性膜に、後述するフォーミング処理で亀裂を形成することにより形成される。
【００５４】
また、上述した通り、導電性膜４上には炭素膜が形成されていることが、電子放出特性の向上及び電子放出特性の経時的変化の低減のうえで好ましい。
【００５５】
この炭素膜は、例えば、図３の（ａ），（ｂ）に示されるように形成される。ここで図３の（ａ）は炭素膜を有する表面伝導型電子放出素子の導電性膜の間隙部を拡大した模式的平面図、図３の（ｂ）はそのＡ‐Ａ’断面図である。
【００５６】
図３に示されるように、炭素膜を有する表面伝導型電子放出素子は、上記一対の導電性膜４で形成される間隙５よりも狭い間隙１４を形成するように、該導電性膜４に接続されて、間隙５内の基板１３上及び導電性膜４上に炭素膜１５を有している。
【００５７】
また、図４の（ａ），（ｂ）に示すように、一対の導電性膜４の、間隙５に面する両端に、上記同様に炭素膜１５を有する形態であっても上記同様の効果を奏する。
【００５８】
次に、図５を参照しながら、図２の（ａ），（ｂ）で示された上述の電子源の製造方法の一例について説明する。
【００５９】
先ず、青板ガラス、高歪み点ガラスなどのＮａ含有基板１を洗剤、純水および有機溶剤等を用いて十分に洗浄し、かかる基板１上に第１の層６を形成する。ここで、第１の層６の形成法としては、スピンコート法、フレキソ印刷法、スリットコート等の機械的成膜方法を用いるのが好ましい。機械的成膜法とは、その製膜元素を含む化合物を用い、スピンコーター、スリットコーター、フレキソ印刷機等の装置を使って塗布、その後、乾燥工程を経て、有機化合物の焼成を行って成膜する方法である。これらの方法によれば、膜厚が比較的均一な膜ができるといった利点を有する。
【００６０】
ここで、第１の層に使用した材料はＳｎＯ２粒子の主たる平均径を１０〜２０ｎｍの間に取り、６０ｎｍ径の粒子を５％添加した混合系を使用した。この際、大きい側の粒子が均一に分散し、かつ小粒径粒子が凝集しないように攪拌機を調整して分散し、上記方法で塗布した。一方、平均粒子径が一定のものをわざと凝集させ、その凝集サイズが平均６０ｎｍになり、かつ、その混合割合が１〜２０％程度になるように調整して、上記方法で塗布した。
【００６１】
続いて、この第１の層６上に第２の層７を形成する。ここで第２の層７の形成法としては、第１の層６の形成法と同じ機械的成膜法を用いると、上記第１の層６の形成に続けて連続的に形成できるため好ましい。例として、スピンコート法にて電子伝導性酸化物を含有する塗布液を塗布し、乾燥を行い、続いてＳｉＯ２を主成分とする塗布液を続けて塗布し、その後一括で焼成することで、第１の層が、第２の層にて被覆される。ただし、第２の層を形成する際は第２の層を突き破って第１の層の粒子が出ているように制御する必要がある。このために、第２の層を６０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の膜厚にすると形成しやすい。
【００６２】
以上のようにして、基板１上に、第１の層６、第２の層７がこの順にて積層された電子源形成用基板が作成される（図５（ａ））。この基板の表面のシート抵抗は１０９〜１０１１Ω／□であった。
【００６３】
次に、上記電子源形成用基板上に電子放出素子、とりわけ、表面伝導型電子放出素子が形成される。
【００６４】
まず、真空蒸着法、スパッタ法、オフセット印刷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第２の層７表面に素子電極２，３を形成する（図５（ｂ））。
【００６５】
次に、素子電極２，３を設けた第２の層７上に、有機金属溶液を塗布して、有機金属薄膜を形成する。有機金属溶液には、前述の導電性膜４の材料の金属を主元素とする有機金属化合物の溶液を用いることができる。有機金属薄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５（ｃ））。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。
【００６６】
続いて、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、不図示の電源を用いて、通電を行うと、導電性膜４に、間隙５が形成される（図５（ｄ））。通電フォーミングの電圧波形の例を図６に示す。
【００６７】
電圧波形は、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可する図６の（ａ）に示した手法と、パルス波高値を増加させながら電圧パルスを印可する図６の（ｂ）に示した手法がある。
【００６８】
図６（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。通常Ｔ１は１μｓｅｃ．〜１０ｍｓｅｃ．、Ｔ２は、１０μｓｅｃ．〜１００ｍｓｅｃ．の範囲で設定される。三角波の波高値（通電フォーミング時のピーク電圧）は、電子放出素子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可する。パルス波形は三角波に限定されるものではなく、矩形波など所望の波形を採用することができる。
【００６９】
図６の（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図６の（ａ）に示したものと同様とすることができる。三角波の波高値（通電フォーミング時のピーク電圧）は、例えば０．１Ｖ／ステップ程度ずつ、増加させることができる。通電フォーミング処理の終了は、パルス間隔Ｔ２中に、例えば０．１Ｖ程度の抵抗を示したとき、通電フォーミングを終了させる。
【００７０】
フォーミングを終えた素子に活性化工程と呼ばれる処理を施すのが好ましい。活性化工程とは、この工程により、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、著しく変化する工程である。
【００７１】
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、パルスの印可を繰り返すことで行うことができる。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に残留する有機ガスを利用して形成することができるほか、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、前述の応用の形態、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て適宜設定される。適当な有機物質としては、、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、ケント類、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、プロパンなどのＣｎＨ２ｎ＋２で表される飽和炭化水素、エチレン、プロピレンなどのＣｎＨ２ｎ等の組成式で表される不飽和炭化水素、ベンゼン、トルエン、メタノール、エタノール、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、メチルエチルケトン、メチルアミン、エチルアミン、フェノール、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等あるいはこれらの混合物が使用できる。この処理により、雰囲気中に存在する有機物質から、炭素膜が素子上に堆積し、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが著しく変化するようになる。
【００７２】
活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉｆと放出電流Ｉｅを測定しながら、適宜行う。尚、パルス幅、パルス間隔、パルス波高値などは、適宜設定される。
【００７３】
上記炭素膜は、例えばグラファイト（いわゆるＨＯＰＧ、ＰＧ、ＧＣを含有する。ＨＯＰＧはほぼ完全なグラファイトの結晶構造、ＰＧは結晶粒が２０ｎｍ程度で結晶構造がやや乱れたもの、ＧＣは結晶粒が２ｎｍ程度になり結晶構造の乱れがさらに大きくなったものをさす。）、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）の膜であり、その膜厚は、５０ｎｍ以下の範囲とするのが好ましく、３０ｎｍ以下の範囲とするのがより好ましい。
【００７４】
以上のようにして、図２（ａ），（ｂ）で示された電子源が製造される。
【００７５】
以上述べた電子源形成用基板を用いて形成された電子源の別の実施形態として、複数の電子放出素子が配列された電子源、およびその電子源を用いた画像形成装置の例について以下に説明する。
【００７６】
図７は、上述した図１で示される電子源形成用基板上に複数の電子放出素子がマトリクス配線された電子源を示す模式図である。図７において、７１は基板であり、上記の第１の層と第２の層が予め設けられている。７２は行方向配線、７３は列方向配線である。また、７６は電子放出素子、７５は結線である。
【００７７】
ｍ本の行方向配線７２は、Ｄｘ１、Ｄｘ２、…、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。列方向配線７３は、Ｄｙ１、Ｄｙ２、…、Ｄｙｎのｎ本の配線よりなり、行方向配線７２と同様に形成される。これらのｍ本の行方向配線７２とｎ本の列方向配線７３との間には、不図示ではあるが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。）。
【００７８】
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、列方向配線７３を形成した電子源基板７１の全面或は一部に所望の形状で形成され、特に、行方向配線７２と列方向配線７３の交差部の電位差に耐えうるように、膜厚、材料、製法が、適宜設定される。
【００７９】
行方向配線７２と列方向配線７３は、それぞれ外部端子として引き出されている。
【００８０】
電子放出素子７６は、ｍ本の行方向配線７２とｎ本の列方向配線７３と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。
【００８１】
行方向配線７２には、Ｘ方向に配列した電子放出素子７６の行を選択するための走査信号を印可する不図示の走査信号印可手段が接続される。一方、列方向配線７３には、Ｙ方向に配列した電子放出素子７６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可される駆動電圧は、当該素子に印可される走査信号と変調信号の差電圧として供給される。
【００８２】
上記電子源の構成においては、単純なマトリクス配線を用いて、上述の電子源形成用基板上に、複数の表面伝導型電子放出素子を単純マトリクス配線した。
【００８３】
次に、上記電子源を用いて構成した画像形成装置について、図８と図９及び図１０を用いて説明する。
【００８４】
図８は、画像形成装置の表示パネルの一例を示す模式図であり、図９は図８の画像形成装置に使用される蛍光膜の模式図である。図１０は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行うための駆動回路の一例を示すブロック図である。
【００８５】
図８において、７１は、表面伝導型電子放出素子７６を複数配した、上述の図７で示される基板、８１は基板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が低融点のフリットガラスなどを用いて、接合されている。
【００８６】
７２、７３は、表面伝導型電子放出素子７６と接合された行方向配線及び列方向配線である。
【００８７】
外囲器８８は、上述のごとく、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、リアプレート８１間に、スペーサーと呼ばれる不図示の支持体を設置することにより、大気圧に対して十分な強度を持つ外囲器８８を構成することもできる。
【００８８】
図９は、蛍光膜を示す模式図である。蛍光膜８４は、モノクロームの場合は蛍光体のみ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（図９（ａ））或はブラックマトリクス（図９（ｂ））などと呼ばれる黒色導電材９１と蛍光体９２とからすることができる。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ほか、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。
【００８９】
ガラス基板に蛍光体を塗布する法法は、モノクローム、カラーによらず、沈殿法、印刷法等が採用できる。
【００９０】
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８６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可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、蛍光膜作成後、蛍光膜の内面側の表面の平滑化処理（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。
【００９１】
フェースプレート８６には、さらに蛍光膜８４の導電性を高めるため、蛍光膜８４の外面側に透明電極（不図示）を設けても良い。
【００９２】
前述の封着を行う際には、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。
【００９３】
図８に示した画像形成装置の製造方法の一例を以下に説明する。
【００９４】
図１１はこの工程に用いる装置の概要を示す模式図である。外囲器８８は、排気管１３２を介して真空チャンバー１３３に連結され、さらにゲートバルブ１３４を介して排気装置１３５に接続されている。真空チャンバー１３３には、内部の圧力及び雰囲気中の各成分の分圧を測定するために、圧力計１３６、四重極質量分析器１３７等が取り付けられている。外囲器８８内部の圧力などを直接測定することは困難であるため、該真空チャンバー１３３内の圧力などで代用する。真空チャンバー１３３には、さらに必要なガスを真空チャンバー内に導入して雰囲気を制御するため、ガス導入ライン１３８が接続されている。該ガス導入ライン１３８の他端には導入物質源１４０が接続されており、導入物質がアンプルやボンベなどに入れて貯蔵されている。
【００９５】
ガス導入ライン１３８の途中には、導入物質を導入するレートを制御するための導入手段１３９が設けられている。該導入量制御手段としては具体的には、スローリークバルブなど逃がす流量を制御可能なバルブや、マスフローコントローラーなどが、導入物質の種類の応じて、それぞれの使用が可能である。
【００９６】
図１１の装置により外囲器８８の内部を排気し、フォーミングを行う。この際、例えば図１２に示すように、列方向配線７３を共通電極１４１に接続し、行方向配線７２のうちのひとつに接続された素子に電源１４２によって、同時に電圧パルスを印可して、フォーミングを行うことができる。パルスの形状や、処理の終了の判定などの条件は、個別素子のフォーミングについての既述の方法に準じて選択すれば良い。また、複数の行方向配線に、位相をずらせたパルスを順次印可（スクロール）することにより、複数の行方向配線に接続された素子をまとめてフォーミングすることも可能である。図中１４３は電流測定用抵抗を、１４４は電流測定用のオシロスコープを示す。
【００９７】
フォーミング終了後、活性化工程を行う。外囲器８８内は、十分に排気した後有機物質がガス導入ライン１３８から導入される。或いは、個別素子の活性化方法として記述のように、まず油拡散ポンプやロータリーポンプで排気し、これによって真空雰囲気中に残留する有機物質を用いても良い。また、必要に応じて有機物質以外の物質も導入される場合がある。このようにして形成した、有機物質を含む雰囲気中で、各電子放出素子に電圧を印可することにより、炭素あるいは炭素化合物、ないし両者の混合物が電子放出部に堆積し、電子放出量がドラスティックに上昇するのは、個別素子の場合と同様である。このときの電圧の印可方法は、上記フォーミングの場合と同様の結線により、一つの行方向につながった素子に、同時に電圧パルスを印可すれば良い。また、複数の行方向配線に、位相をずらせたパルスを順次印可（スクロール）することにより、複数の行方向配線に接続された素子をまとめて活性化することも可能であり、その場合には、各行方向配線に対して、素子電流をそろえることが可能となる。
【００９８】
活性化工程終了後は、個別素子の場合と同様に、安定化工程を行うことが好ましい。
この工程は、電子放出素子が配置される外囲器８８内を真空排気する工程である。具体的には、外囲器８８を加熱して、８０〜２５０℃に保持しながら、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１３５により排気管１３２を通じて排気し、有機物質の十分少ない雰囲気にした後、排気管をバーナーで熱して融解させて封じきる。
【００９９】
外囲器８８の封止後の圧力を維持するために、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（不図示）に配置されたゲッターを加熱し、封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、該封着膜の吸着作用により、外囲器８８内の雰囲気を維持するものである。
【０１００】
次に、単純マトリクス配置の電子源を用いて構成した表示パネルに、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づいたテレビジョン表示を行うための駆動回路の構成例について、図１０を用いて説明する。図１０において、１０１は図８に示したような画像表示パネル、１０２は走査回路、１０３は制御回路、１０４はシフトレジスタである。１０５はラインメモリ、１０６は同期信号分離回路、１０７は変調信号発生器、Ｖｘ及びＶａは直流電圧源である。
【０１０１】
表示パネル１０１は、端子Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ、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子放出素子群を１行（ｎ素子）ずつ順次駆動するための走査信号が印可される。
【０１０２】
端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎには、前記走査信号により選択された１行の電子放出素子の各素子の出力電子ビームを制御するための変調信号が印可される。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、これは電子放出素子から放出される電子ビームに蛍光体を励起するのに十分なエネルギーを付与するための加速電圧である。
【０１０３】
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Ｓｍ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乃至Ｄｏｘｍ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１０３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。
【０１０４】
直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には電子放出素子の特性（電子放出しきい値電圧）に基づき走査されていない素子に印可される駆動電圧が電子放出しきい値電圧以下となるような一定電圧を出力するように設定されている。
【０１０５】
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Ｔｓｙｎｃに基づいて、各部に対してＴｓｃａｎ及びＴｓｆｔ及びＴｍｒｙの各制御信号を発生する。
【０１０６】
同期信号分離回路１０６は、外部入力される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ある。同期信号分離回路１０６により分離された同期信号は、垂直同期信号と水平同期信号よりなるが、ここでは説明の便宜上Ｔｓｙｎｃ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１０４に入力される。
【０１０７】
シフトレジスタ１０４は、時系列的にシリアル入力される前記ＤＡＴＡ信号を、画像の１ラインごとにシリアル／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１０４より出力される。
【０１０８】
ラインメモリ１０５は、画像１ライン分のデータを必要時間の間だけ記憶するための装置であり、制御回路１０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙ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、Ｉｄ’１乃至Ｉｄ’ｎとして出力され、変調信号発生器１０７に入力される。
【０１０９】
変調信号発生器１０７は、画像データＩｄ’１乃至Ｉｄ’ｎのそれぞれに応じて表面伝導型電子放出素子のそれぞれを適切に駆動変調するための信号源であり、その出力信号は、端子Ｄｏｙ１乃至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可される。
【０１１０】
ここで、前述した表面伝導型電子放出素子は放出電流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Ｖｔｈがあり、Ｖｔｈ以上の電圧を印可されたときのみ電子放出が生じる。電子放出しきい値以上の電圧に対しては、素子への印可電圧の変化に応じて放出電流も変化する。この事から、本素子にパルス状の電圧を印可する場合、例えば電子放出しきい値未満の電圧を印可しても電子放出は生じないが、電子放出しきい値以上の電圧を印可する場合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量を制御することが可能である。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、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、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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
シフトレジスタ１０４やラインメモリ１０５は、デジタル信号式のものもアナログ信号式のものをも採用できる。画像信号のシリアル／パラレル変化や記憶が所定の速度で行われれば良いからである。
【０１１３】
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加することもできる。
【０１１４】
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（ＶＯＣ）を採用でき、必要に応じて表面伝導型電子放出素子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。
【０１１５】
このような構成をとり得る本発明を適用可能な画像表示装置においては、各電子放出素子に、容器外端子Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを介して電圧を印可することにより、電子放出が生ずる。高圧端子Ｈｖを介してメタルバック８５、あるいは透明電極（不図示）に高圧を印可し、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。
【０１１６】
次に、上述した電子源形成用基板を用いて形成された電子源のさらに別の実施形態として、上述した図１で示される電子源形成用基板上に複数の電子がはしご型配置された電子源およびかかる電子源を用いた画像形成装置を図１３図１４いて説明する。
【０１１７】
図１３は、はしご型配置の電子源の一例を示す模式図である。図１３おいて、１１０は前記第１の層と第２の層が予め形成された基板、１１１は表面伝導型電子放出素子である。１１２（Ｄｘ１乃至Ｄｘ１０）は、表面伝導型電子放出素子１１１を接続するための共通配線である。
【０１１８】
表面伝導型電子放出素子１１１は、基板１１０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可することで、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、電子放出しきい値未満の電圧を印可する。各素子行間の共通配線Ｄｘ２乃至Ｄｘ９は、例えばＤｘ２、Ｄｘ３を同一配線とすることもできる。
【０１１９】
図１４は、はしご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開口、１２２はＤｏｘ１，Ｄｏｘ２，…，Ｄｏｘｍよりなる容器外端子である。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。
【０１２０】
図１４においては、図８、図１３に示した部位と同じ部位には、同じ符号を付している。図８に示した単純マトリクス配置の画像形成装置との大きな違いは、電子源基板１１０とフェースプレート８６の間にグリッド電極１２０を備えているか否かである。
【０１２１】
グリッド電極１２０は、電子放出素子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個ずつ円形の開口１２１が設けられている。この開口１２１としては、例えばメッシュ上に多数の通過口を設けることもでき、グリッドを電子放出素子の周囲や近傍に設けることもできる。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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可する。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。
【０１２４】
ここで述べた２種類の画像形成装置の構成は、本発明を適用可能な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。
【０１２５】
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、具体的な実施例を挙げて本発明を詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発明の目的が達成される範囲内での各要素の置換や設計変更がなされたものをも包含する。
【０１２７】
（実施例１）
本実施例では、図２の（ａ），（ｂ）に示す電子源を、図５の（ａ）〜（ｄ）に示す製造工程に従って作製した。
【０１２８】
（１）まず、図１に示した電子源形成用基板を作成する（図５の（ａ））。
高歪み点ガラス（ＳｉＯ２：５８％、Ｎａ２Ｏ：４％、Ｋ２Ｏ：７％を含む）を良く洗浄し、リンをドープして、抵抗調整した粒子サイズの中心が２０ｎｍのＳｎＯ２の粒子とこの粒子に対して５％の量の粒子サイズが６０ｎｍのＳｎＯ２粒子を分散・混合したＳｎＯ２微粒子と有機珪素化合物の混合溶液をスリットコーターと呼ばれる装置を用いて塗布し、ホットプレートを用いて８０〜１００℃、３ｍｉｎの乾燥を行った。さらに有機珪素化合物のみの溶液を、スリットコーターを用いて塗布し、ホットプレートを用いて８０℃、３ｍｉｎの乾燥を行った後、オーブンで５００℃、６０ｍｉｎの焼成を行った。この結果、高歪み点ガラス基板上に、リンをドープして抵抗調整したＳｎＯ２微粒子とＳｉＯ２が重量比８０：２０の第１の層が厚さ３００ｎｍで形成され、さらにその上層として、ＳｉＯ２からなる第２の層が８０ｎｍで形成された。この膜は焼成後一部に空隙はあるが間にはＳｉＯ２で埋められ、６０ｎｍの粒子が適度に分散され、平面的には１０μｍ□に１個程度の割合で表面から平均で５〜１０ｎｍ出ていた。また、出ている粒子の表面はＳｉＯ２で数ｎｍ被覆されているが、電子のチャージアップ除去には問題がなかった。
【０１２９】
（２）次に、上記電子源形成用基板上に、素子電極２、３を形成する（図５の（ｂ））。
まず、上述の基板上にフォトレジスト層を形成し、フォトリソグラフィー技術により、フォトレジスト層に素子電極の形状に対応する開口部を形成した。この上にスパッタ法により、Ｔｉ５ｎｍ、Ｐｔ１００ｎｍを成膜し、有機溶剤で上記フォトレジスト層を融解除去し、リフトオフにより、素子電極２、３を形成した。このとき、素子電極間隔は２０μｍ、電極長さは６００μｍとした。
【０１３０】
（３）次に、上記各一対の素子電極２，３間に、導電性膜４を形成する（図５の（ｃ））。まず、有機パラジウム含有溶液を、バブルジェット方式のインクジェット噴射装置を用いて、幅が９０μｍとなるよう付与して行った。その後３５０℃で３０分間の加熱処理を行って、酸化パラジウム微粒子からなる導電性膜４を得た。
【０１３１】
ついで、金属成分として銀を含むペースト材料（ＮＰ‐４７３６Ｓ；ノリタケ（株）製）を用い、スクリーン印刷法により印刷後、１１０℃で２０分間乾燥し、次いで熱処理装置によりピーク温度４９５℃ピーク保持時間１０分間の条件で上記ペースト材料を焼成し、厚さ７μｍの下配線１０を形成した。
【０１３２】
次に、層間絶縁層１２を形成した。上記ペーストの焼成と同条件の熱処理で、絶縁ペースト（ＮＰ４０４５；ノリタケ製）を４回積層して膜厚を稼ぎ層間絶縁層の機能を確保した。
【０１３３】
その後、上配線１１を下配線１０と同じ材料を用い形成した。
【０１３４】
以上のようにして作成した電子源のフォーミング・活性化を行った（図５の（ｄ））。
【０１３５】
さらに、図８に示したようにパネル化して、駆動した。このとき、駆動時のチャージアップが少なく、ディスプレイとしての問題はなかった。
【０１３６】
また、この電子源基板の導電性膜４と間隙５を含む部分を切りだし、ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）によって分析を行い、Ｎａの拡散の状況を確認した。その結果、素子の電極間中央部の表面ナトリウム濃度は、１×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３であった。これは高歪み点ガラス中のナトリウム濃度１×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３と比較して１００分の１に低下しており、ナトリウムブロック効果が大きい事がわかった。
【０１３７】
（実施例２）
実施例１と同様にして、高歪み点ガラス（ＳｉＯ２：５８％、Ｎａ２Ｏ：４％、Ｋ２Ｏ：７％を含む）を良く洗浄し、リンをドープして、抵抗調整した粒子サイズの中心が２０ｎｍのＳｎＯ２の粒子とこの粒子に対して５％の量の凝集した粒子サイズが６０ｎｍのＳｎＯ２粒子を分散・混合したＳｎＯ２微粒子と有機珪素化合物の混合溶液をスリットコーターと呼ばれる装置を用いて塗布して、電子源形成用基板を作製した。
【０１３８】
他のものは実施例１と同様に形成し、パネル化して駆動したところ、チャージアップがなくディスプレイとして問題はなかった。
【０１３９】
（比較例）
基板上にＳｉＯ２をスパッタにて１００ｎｍ形成したものを電子源形成用基板とした以外は、実施例１と全く同様にして電子源を作成し、パネル化して駆動した。
【０１４０】
この電子源基板の導電性膜４と間隙５を含む部分を切りだし、ＳＩＭＳによって分析を行い、Ｎａの拡散の状況を確認した。その結果、素子の電極間中央部の表面ナトリウム濃度は、５×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３であった。
【０１４１】
この結果からわかるように、本発明による電子源形成用基板はＮａの拡散抑制効果もあることがわかる。
【０１４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により次のような効果が得られる。
【０１４３】
本発明は、Ｎａの拡散を原因とする、電子放出素子の電子放出特性の経時的変化が低減され、かつ、駆動後のチャージアップが少ない電子源形成用基板、電子源及び画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子源形成用基板の例を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の電子源の一例を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図３】本発明の電子源に適用される表面伝導型電子放出素子の一例を示す模式的部分拡大図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図４】本発明の電子源に適用される表面伝導型電子放出素子の別の例を示す模式的部分拡大図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図５】本発明に係る電子源の製造手順を説明するための模式図である。
【図６】本発明に係る電子源の製造に用いるパルス電圧波形の模式図である。
【図７】本発明の電子源の一構成例を示す模式図である。
【図８】本発明の画像形成装置の一構成例を示す模式図である。
【図９】本発明の画像形成装置に用いる蛍光膜の構成を示す模式図である。
【図１０】駆動回路の一例を示すブロック図である。
【図１１】画像形成装置の製造に用いる装置の概要を示す模式図である。
【図１２】本発明の画像形成装置の、フォーミング、活性化工程のための結線方法を示す図である。
【図１３】本発明の電子源の別の構成例を示す模式図である。
【図１４】本発明の画像形成装置の別の構成例を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 基板
２，３ 素子電極
４ 導電性薄膜
５ 電子放出部（間隙）
６ 第１の層
７ 第２の層
８、８ａ、８ｂ 金属酸化物粒子
１０ 下配線
１１ 上配線
１２ 層間絶縁層
１３ 基板
１４ 狭い間隙
１５ 炭素膜
７１ 基板
７２ Ｘ方向配線
７３ Ｙ方向配線
７４ 層間絶縁層
７５ 結線
７６ 電子放出素子
８１ リアプレート
８２ 支持枠
８３ （フェースプレートの）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
８８ 外囲器
９１ 黒色導体
９２ 蛍光体
１０１ 画像形成装置
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 変調信号発生回路
１１０ 基板
１１１ 電子放出素子
１１２ 共通配線
１２０ グリッド電極
１２１ 電子が通過するための空孔
１２２ 共通配線と接続された容器外端子
１２３ グリッド電極と接続された容器外端子
１３２ 排気管
１３３ 真空チャンバー
１３４ ゲートバルブ
１３５ 排気装置
１３６ 圧力計
１３７ 四重極質量分析器
１３８ ガス導入ライン
１３９ 導入量制御手段
１４０ 導入物質
１４１ 共通電極
１４２ 電源
１４３ 電流測定用抵抗
１４４ オシロスコープ
Claims (13)
- 電子放出素子が配置される基板表面に、絶縁材料膜を備える電子源形成用基板であって、前記絶縁材料膜は、平均粒径が互いに異なる複数の、電子伝導性の金属酸化物粒子を有するとともに、前記絶縁材料膜は、その表面に一部が露出した当該電子伝導性の金属酸化物粒子の複数と、その中に内包された当該電子伝導性の金属酸化物粒子の複数とを有していることを特徴とする電子源形成用基板。
- 前記絶縁材料膜は、ＳｉＯ2膜である請求項１に記載の電子源形成用基板。
- 前記基板は、ナトリウムを含有する基板である請求項１又は２に記載の電子源形成用基板。
- 前記絶縁材料膜は、ナトリウム遮断膜である請求項３に記載の電子源形成用基板。
- 前記絶縁材料膜は、帯電防止膜である請求項１乃至４のいずれかに記載の電子源形成用基板。
- 前記金属酸化物粒子は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｒｅから選ばれる金属の酸化物粒子である請求項１乃至５のいずれかに記載の電子源形成用基板。
- 前記金属酸化物粒子は、ＳｎＯ2の粒子である請求項１乃至５のいずれかに記載の電子源形成用基板。
- 基板と、前記基板上に配置された、電子放出素子とを備える電子源であって、前記基板が、請求項１乃至７のいずれかに記載された電子源形成用基板であることを特徴とする電子源。
- 前記電子放出素子は、電子放出部を含む導電性膜を備える電子放出素子である請求項８に記載の電子源。
- 前記電子放出素子の複数が、複数の行方向配線及び複数の列方向配線とによりマトリクス配線されている請求項８又は９に記載の電子源。
- 外囲器と、前記外囲器内に配置された、電子放出素子及び前記電子放出素子からの電子の照射により画像を表示する画像表示部材とを備える画像表示装置であって、前記電子放出素子が配置されている基板が、請求項１乃至７のいずれかに記載された電子源形成用基板であることを特徴とする画像表示装置。
- 前記電子放出素子は、電子放出部を含む導電性膜を備える電子放出素子である請求項１１に記載の画像表示装置。
- 前記電子放出素子の複数が、複数の行方向配線及び複数の列方向配線とによりマトリクス配線されている請求項１１又は１２に記載の画像表示装置。
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