JPH08162006A

JPH08162006A - 電子放出素子、電子源、及びそれを用いた画像形成装置

Info

Publication number: JPH08162006A
Application number: JP31940594A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Matsutani; 茂樹松谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-11-30
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 1996-06-21

Abstract

(57)【要約】【目的】画像形成装置の大面積化，高品位化を実現し
得る電子源として用いられる電子放出素子を提供する。【構成】表面伝導型電子放出素子からなる電子放出素
子部６と、圧電カンチレバー１０からなるゲート電極を
有することを特徴とする電子放出素子。【効果】圧電カンチレバー１０の屈曲変位を制御する
ことにより、電子放出素子部６からの放出電子の飛翔方
向を制御することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子放出素子、該電子
放出素子を複数備えた電子源、及び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に関する。

【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。冷陰極電子源とし
て用いられる冷陰極型電子放出素子には、電界放出型
（以下、「ＦＥ型」と称す。）、金属／絶縁層／金属型
（以下、「ＭＩＭ型」と称す。）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．Ｄｙｋ
ｅａｎｄＷ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ， “Ｆｉｅｌｄ
ｅｍｉｓｓｉｏｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌ
ｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５
６）あるいはＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ， “ＰＨＹＳ
ＩＣＡＬＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆ
ｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄ
ｅｓｗｉｔｈｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｃｏｎｅ
ｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５２
４８（１９７６）等が知られている。

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

【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
（１９６５）等がある。

【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導電性薄膜に、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： “ＴｈｉｎＳ
ｏｌｉｄＦｉｌｍｓ”，９，３１７（１９７
２）］、Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの［Ｍ．
ＨａｒｔｗｅｌｌａｎｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａ
ｄ： “ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ＥＤＣｏｎ
ｆ．”，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。

【０００７】表面伝導型電子放出素子の典型的な構成例
としては、絶縁性の基板上に設けた一対の素子電極間を
連絡する金属酸化物等の導電性薄膜に、予めフォーミン
グと称される通電処理により電子放出部を形成したもの
が挙げられる。フォーミングは、前記導電性薄膜の両端
に電圧を印加通電することで通常行われ、導電性薄膜を
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を形成する処理
である。電子放出は、上記電子放出部が形成された導電
性薄膜に電圧を印加して電流を流すことにより、電子放
出部に発生した亀裂付近から行われる。

【０００８】上述の表面伝導型電子放出素子は、構造が
単純で製造も比較的容易であることから、大面積にわた
り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。

【０００９】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、個々の素子の両端（両素子電極）を配線（共
通配線とも呼ぶ）にて各々結線した行を多数行配列（梯
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、特開平２−２５７５５２号公報）。

【００１０】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）。

【００１１】一方、現在、マイクロマシンと呼ばれる小
型機能素子の研究が進んでいる。マイクロマシンの技術
によると、１ｍｍから１μｍの小型のカンチレバーが提
案、開発されている。

【００１２】上記マイクロマシンの技術は、例えば、Ｈ
ｏｗｅＲＴ，ＭｕｌｌｅｒＲＳ，Ｇａｂｒｉｅ
ｌＫｊ，ＴｒｉｍｍｅｒＷＳＮ： “Ｓｉｌｉｃ
ｏｎｍｉｃｒｏｍａｃｈｅｎｉｃｓ：ｓｅｎｓｏｒｓ
ａｎｄａｃｔｕａｔｏｒｓｏｎａｃｈｉｐ，
ＩＥＥＥＳｐｅｃｔｒｕｍ”，ｐ．２９−３５，
（７月号、１９９０年）に詳しく報告されている。

【００１３】図１９は、上記マイクロマシンの技術によ
るカンチレバーの１種である圧電カンチレバーの要部概
略図である。図中、２００１は基板、２００７は空洞
部、２０１０は圧電性薄膜２０１１、電極薄膜２０１
２，２０１３、絶縁体層２０１４から構成される圧電カ
ンチレバーである。圧電カンチレバー２０１０は、電極
薄膜２０１２，２０１３に制御電圧装置２０２０から制
御電圧を印加することにより生じる圧電体薄膜２０１１
の伸縮変形によって、屈曲変位するものである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の電子放出素
子においては、素子から放出される電子の方向性が素子
形成時に決定され、素子単体ではそれを制御できない。
そのため、電子の飛翔方向を制御しないことを前提とし
た応用や、複雑な電子光学的なレンズ等を利用してその
方向を制御することが考えられてきた。

【００１５】しかしながら、上記電子放出素子を例えば
画像形成装置の電子源として用いる際、電子の飛翔方向
を制御しない場合には、１画素に少なくとも１つの電子
放出素子が対応していなければならず、使用する電子放
出素子が莫大な数となる。

【００１６】他方、電子の飛翔方向を制御するための複
雑な電子光学系を電子放出素子の近傍に形成すること
は、多くの工程を必要とし装置全体のコストアップにつ
ながる。

【００１７】本発明の目的は、上記問題点を鑑み、放出
電子の方向性を制御し得る新規な構成を有する電子放出
素子、該電子放出素子を複数備えた電子源、さらには該
電子源を備えた画像形成装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するために成された本発明の構成は以下の通りである。

【００１９】本発明の第一は、冷陰極型電子放出素子部
と、カンチレバーからなるゲートとを有することを特徴
とする電子放出素子にある。

【００２０】上記本発明第一は、さらにその特徴とし
て、前記ゲートは、前記冷陰極型電子放出素子部から放
出された電子の飛翔方向を制御する方向制御手段である
こと、前記冷陰極型電子放出素子部が、対向する一対の
素子電極間に跨がる導電性薄膜に電子放出部を有する表
面伝導型電子放出素子からなること、前記カンチレバー
が、圧電カンチレバーであることをも含む。

【００２１】また、本発明の第二は、上記本発明の電子
放出素子を基板上に複数備えることを特徴とする電子源
にある。

【００２２】上記本発明第二は、さらにその特徴とし
て、前記電子源は、複数の電子放出素子を配列した素子
列を少なくとも１列以上有し、各冷陰極型電子放出素子
部を駆動するための配線がマトリクス配置されているこ
と、前記電子源は、複数の電子放出素子を配列した素子
列を少なくとも１列以上有し、各冷陰極型電子放出素子
部を駆動するための配線が梯状配置されていることをも
含む。

【００２３】また、本発明の第三は、入力信号に基づい
て画像を形成する画像形成装置であって、上記本発明第
二の電子源と、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具備することを特
徴とする画像形成装置にある。

【００２４】上記本発明第三は、さらにその特徴とし
て、前記画像形成部材上の画素数が、前記電子放出素子
の数よりも多いこと、前記冷陰極型電子放出素子部から
放出された電子の前記画像形成部材上での照射位置が経
時的に１画素内で変化するように、前記ゲートにより電
子の飛翔方向が制御されること、前記画像形成部材が３
原色カラー蛍光体を有し、それぞれの電子放出素子から
放出された電子は、複数色のカラー蛍光体に照射される
こと、前記３原色カラー蛍光体の配列方向が、各冷陰極
型電子放出部から放出されて前記ゲートにより飛翔方向
が制御された電子の蛍光面上での変位方向に一致するこ
とをも含む。

【００２５】上記のように、本発明は、冷陰極型電子放
出素子部とカンチレバーからなるゲートとを備えた電子
放出素子、及び該電子放出素子を複数備えた電子源、及
び該電子源を用いた画像形成装置に係るもので、各発明
の構成及び作用を以下に詳しく説明する。

【００２６】本発明に係る冷陰極型電子放出素子部は、
先述したようなＦＥ型、ＭＩＭ型、及び表面伝導型電子
放出素子等で構成することができ、特に、構造が単純で
製造も容易な表面伝導型電子放出素子が好適である。

【００２７】先ず、本発明の電子放出素子について、冷
陰極型電子放出素子部として表面伝導型電子放出素子を
用いた場合を例に、図１〜図３を用いて説明する。尚、
図１は電子放出素子の断面図、図２は部分斜視図であ
り、図３は放出電子の飛翔方向の制御原理を示す図であ
る。

【００２８】これらの図において、１は基板、２は電子
放出部、３は電子放出部２を含む導電性薄膜、４と５は
素子電極であり、これらによって電子放出素子部６が構
成されている。この電子放出素子部６は、表面伝導型電
子放出素子の基本的な構成を有するもので、素子電極
４，５間に或る電圧を越える電圧を印加することによ
り、図２に示されるように電子放出部２より電子を放出
する。

【００２９】また、７は絶縁体層、８は空洞部、１０は
絶縁体７上に形成されたカンチレバーからなるゲートで
ある。カンチレバー１０は積層型圧電構造を有し、圧電
体薄膜１１、電極薄膜１２，１３、絶縁層１４，１５で
構成されており、その先端付近に電子の通過口となる空
孔１６が形成されている。このカンチレバー１０は、電
極薄膜１２，１３間に与える電位差に応じて屈折変化
し、その先端が図２のＺ方向に変位する。

【００３０】本発明の電子放出素子による放出電子の方
向制御の原理を、図３を参照して以下に説明する。尚、
図中の２０は、例えば画像形成装置等を構成した場合
に、電子線被照射部に付設されるアノード電極であっ
て、高電圧Ｖａによって放出電子を引き上げるものであ
る。

【００３１】本発明の電子放出素子において、通常、電
子放出素子部６の素子電極４，５間に印加される駆動電
圧Ｖｆは十数Ｖ、カンチレバー１０の平均電位Ｖｇは数
十Ｖ、基板１とカンチレバー１０の間の距離ｈは数μｍ
に設定される。これにより電子放出素子部６の電子放出
部２から放出された電子が受ける電界は、基板１に垂直
方向で１０⁵ Ｖ／ｃｍ程度となる。一方、アノード電圧
Ｖａは１ｋＶ程度、基板１とアノード電極２０の間の距
離Ｈは数ｍｍ程度に設定される。これにより電子放出部
２から放出された電子が受ける電界は、基板１に垂直方
向で１０⁴ Ｖ／ｃｍ程度となる。そのため、カンチレバ
ー１０と基板１の間では、電子放出素子部６とアノード
電極２０との電界よりも、電子放出素子部６とカンチレ
バー１０との間の電界分布が支配的となる。

【００３２】駆動電圧Ｖｆの印加により電子放出部２か
ら放出された電子は、陽極側素子電極（図３では素子電
極５に相当）に偏向しながらカンチレバー１０に引っ張
られる。そして、カンチレバー１０の電極薄膜１２，１
３に平均電位Ｖｇを中心に所望の電位差を与えて、カン
チレバー１０を屈折変化させると、カンチレバー１０近
傍の電界分布が変化するため、上記電子はカンチレバー
１０の空孔１６を通過する際に電界の歪に応じてその飛
翔方向が変化する。

【００３３】以上のように本発明の電子放出素子は、カ
ンチレバー１０の電極薄膜１２，１３間に与える電位差
によってカンチレバー１０の屈折変化を制御することに
より、電子放出部２から放出された電子の飛翔方向を制
御することができるものである。

【００３４】次に、本発明の好ましい実施態様を説明す
る。

【００３５】まず、本発明に係る冷陰極型電子放出素子
部として特に好適に用いられる表面伝導型電子放出素子
の基本的な構成と製造方法について説明する。

【００３６】本発明に好適な表面伝導型電子放出素子
は、基本的には図１及び図２に示したように基板１、電
子放出部２、電子放出部２を含む導電性薄膜３、対向す
る一対の素子電極４，５で構成される。

【００３７】基板１としては、例えば石英ガラス、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、及びアルミナ等のセラミックス等が挙げられる。

【００３８】対向する素子電極４，５の材料としては、
一般的導体材料が用いられ、例えばＮｉ，Ｃｒ，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。

【００３９】素子電極間隔Ｌ（図１参照）、素子電極長
さＷ（図２参照）、導電性薄膜３の形状等は、応用され
る形態等によって、適宜設計される。

【００４０】素子電極間隔Ｌは、通常は数百Å〜数百μ
ｍであり、素子電極間に印加する電圧と電子放出し得る
電界強度等により設定されるが、好ましくは、数μｍ〜
数十μｍである。

【００４１】素子電極長さＷは、電極の抵抗値や電子放
出特性を考慮すると、好ましくは数μｍ〜数百μｍであ
り、また素子電極厚ｄ（図１参照）は、数百Å〜数μｍ
である。

【００４２】尚、図１及び図２に示される平面型表面伝
導型電子放出素子は、基板１上に、素子電極４，５、導
電性薄膜３の順に積層されたものとなっているが、基板
１上に、導電性薄膜３、素子電極４，５の順に積層した
ものとしてもよい。

【００４３】導電性薄膜３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であるのが特
に好ましく、その膜厚は、素子電極４，５へのステップ
カバレージ、素子電極４，５間の抵抗値及び後述するフ
ォーミング条件等によって、適宜設定される。この導電
性薄膜３の膜厚は、好ましくは数Å〜数千Åで、特に好
ましくは１０Å〜５００Åであり、その抵抗値は、１０
³ 〜１０⁷ Ω／□のシート抵抗値である。

【００４４】尚、上記微粒子膜とは、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）の膜を指す。微
粒子膜である場合、微粒子の粒径は、数Å〜数千Åであ
るのが好ましく、特に好ましくは１０Å〜２００Åであ
る。

【００４５】導電性薄膜３を構成する主な材料は、例え
ばＰｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，
Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属、Ｐ
ｄＯ，ＳｎＯ₂ ，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ，ＰｂＯ，Ｓｂ₂ Ｏ₃ ，Ｗ
Ｏ_x 等の酸化物、ＨｆＢ₂ ，ＺｒＢ₂ ，ＬａＢ₆ ，Ｃｅ
Ｂ₆ ，ＹＢ₄ ，ＧｄＢ₄ 等の硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，
ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ，Ｚ
ｒＮ，ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体、カー
ボンからなる。

【００４６】電子放出部２には亀裂が含まれており、電
子放出はこの亀裂付近から行われる。この亀裂を含む電
子放出部２及び亀裂自体は、導電性薄膜３の膜厚、膜
質、材料及び後述するフォーミング条件等の製法に依存
して形成される。従って、電子放出部２の位置及び形状
は図１及び図２に示されるような位置及び形状に特定さ
れるものではない。

【００４７】亀裂は、数Å〜数百Å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、導電性薄
膜３を構成する材料の元素の一部、あるいは全てと同様
の物である。また、亀裂を含む電子放出部２及びその近
傍の導電性薄膜３は炭素及び炭素化合物を有することも
ある。

【００４８】本発明に係る電子放出素子部として上記の
表面伝導型電子放出素子を用いる場合には、例えば図２
に示されるように、亀裂を含む電子放出部２の形成方向
に沿って、その上方に空孔１６が配置されるようにカン
チレバー１０を設けるのが好ましい。

【００４９】次に、図１，図２に示した構成の本発明の
電子放出素子を例に、図４の製造工程図に基づいてその
製造方法の一例を説明する。尚、図１，図２と同一の符
号のものは、同一である。

【００５０】１）絶縁性基板１を洗剤、純水および有機
溶剤により十分に洗浄後、真空蒸着法，スパッタ法等に
より素子電極材料を堆積させた後、フォトリソグラフィ
ー技術により該基板１の面上に素子電極４，５を形成す
る（図４（ａ））。

【００５１】２）素子電極４，５を形成した絶縁性基板
１上に、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。尚、有機金属溶液とは、前述
の導電性薄膜３の構成材料の金属を主元素とする有機化
合物の溶液である。この後、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、導電性薄膜３を形成する（図４（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
限ることなく、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、スピンナー法等に
よって形成される場合もある。

【００５２】３）最終的には空洞部８となる部分に犠牲
層４１を積層し、その後、絶縁層７を積層する。その
後、絶縁層１５，１４、電極薄膜１３としてのＡｌ薄
膜、圧電体薄膜１１としてのＰＺＴ膜、電極薄膜１２と
してのＡｌ薄膜を順次パターニングしながら、不図示の
配線部と接続するように積層する。尚、上記パターニン
グの際、電子の通過口としての空孔１６も同時に形成さ
れる（図４（ｃ））。

【００５３】４）犠牲層４１をエッチングにより取り除
いた後、フォーミングと呼ばれる通電処理を施す。素子
電極４，５間に不図示の電源より通電すると、導電性薄
膜３の部位に構造の変化した電子放出部２が形成される
（図４（ｄ））。この通電処理により導電性薄膜３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
部位が電子放出部２である。

【００５４】フォーミングの電圧波形の例を図５に示
す。

【００５５】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電圧パルスを連続的に印加
する場合（図５（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５（ｂ））がある。

【００５６】まず、パルス波高値を定電圧とした場合に
ついて説明する。図５（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り、例えば、Ｔ１を
１μ秒〜１０ｍ秒、Ｔ２を１０μ秒〜１００ｍ秒とし、
三角波の波高値（フォ−ミング時のピ−ク電圧）を前述
した表面伝導型電子放出素子の形態に応じて適宜選択し
て、適当な真空度の真空分囲気下で、数秒から数十分印
加する。尚、印加する電圧波形は、図示される三角波に
限定されるものではなく、矩形波等の所望の波形を用い
ることができる。

【００５７】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説明する。図５（ｂ）に
おけるＴ１及びＴ２は図５（ａ）と同様であり、三角波
の波高値（フォ−ミング時のピ−ク電圧）を、例えば
０．１Ｖステップ程度づつ増加させ、図５（ａ）の説明
と同様の適当な真空雰囲気下で印加する。

【００５８】尚、パルス間隔Ｔ２中で、導電性薄膜３を
局所的に破壊、変形もしくは変質させない程度の電圧、
例えば０．１Ｖ程度の電圧で素子電流を測定して抵抗値
を求め、例えば１Ｍオーム以上の抵抗を示した時にフォ
ーミングを終了する。

【００５９】５）次に、フォーミング工程が終了した素
子に活性化工程を施すことが好ましい。

【００６０】活性化工程とは、例えば１０^-4〜１０^-5Ｔ
ｏｒｒ程度の真空度で、フォーミング工程での説明と同
様に、パルス波高値を一定にしたパルスの印加を繰り返
す処理のことを言い、真空中に存在する有機物質から炭
素及び炭素化合物を電子放出部２に堆積させることで、
素子電流、放出電流（詳しくは後述する）の状態を著し
く向上させることができる工程である。この活性化工程
は、例えば素子電流や放出電流を測定しながら行って、
例えば放出電流が飽和した時点で終了するようにすれば
効果的であるので好ましい。また、活性化工程でのパル
ス波高値は、好ましくは素子を駆動する際に印加する駆
動電圧の波高値である。

【００６１】尚、上記炭素及び炭素化合物とは、グラフ
ァイト（単結晶及び多結晶の双方を指す）、非晶質カー
ボン（非晶質カーボン、及びこれと多結晶グラファイト
との混合物を指す）である。また、その堆積膜厚は、好
ましくは５００Å以下、より好ましくは３００Å以下で
ある。

【００６２】６）更に好ましくは、こうして作製した電
子放出素子を、フォーミング工程及び活性化工程での真
空度より高い真空度の真空雰囲気にて動作駆動する。ま
た、より好ましくは、このより高い真空度の真空雰囲気
下で８０℃〜１５０℃の加熱後、動作駆動する。

【００６３】上記６）の工程により、これ以上の炭素及
び炭素化合物の堆積が抑制され、素子電流及び放出電流
が安定する。

【００６４】以上のようにして得られる本発明の電子放
出素子の基本特性を以下に説明する。

【００６５】図６は、前述の製造工程を経た本発明の電
子放出素子の電子放出特性を測定するための測定評価系
の一例を示す概略構成図で、まずこの測定評価系を説明
する。

【００６６】図６において、図１，図２と同じ符号は同
じ部材を示す。また、５１は素子に素子電圧Ｖｆを印加
するための電源、５２は素子電極４，５間の導電性薄膜
３を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、２０
は電子放出部２より放出される放出電流Ｉｅを捕捉する
ためのアノード電極、５３はアノ−ド電極２０に電圧を
印加するための高圧電源、５４は電子放出部２より放出
される放出電流Ｉｅを測定するための電流計、５５はカ
ンチレバー１０を電気的に浮かせるための電源、５６は
電極薄膜１２，１３間に電位差を与えるための変調電
源、５７は真空装置、５８は排気ポンプである。

【００６７】電子放出素子及びアノ−ド電極２０等は真
空装置５７内に設置され、この真空装置５７には不図示
の真空計等の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ができるようになってい
る。

【００６８】排気ポンプ５８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から構成されている。
また、真空装置５７全体及び電子放出素子の基板１は、
不図示のヒーターにより２００℃程度まで加熱できるよ
うになっている。尚、この測定評価系は、後述するよう
な表示パネル（図９における２０１参照）の組み立て段
階において、表示パネル及びその内部を真空装置５７及
びその内部として構成することで、前述のフォーミング
工程及び活性化工程における測定評価及び処理に応用す
ることができるものである。

【００６９】以下に述べる表面伝導型電子放出素子の基
本特性は、上記測定評価系のアノ−ド電極２０の電圧を
１ｋＶ〜１０ｋＶとし、アノ−ド電極２０と電子放出素
子部の距離Ｈを２ｍｍ〜８ｍｍとし、カンチレバー１０
の平均電位を５０Ｖ程度として通常測定を行う。

【００７０】まず、放出電流Ｉｅ及び素子電流Ｉｆと、
素子電圧Ｖｆの関係の典型的な例を図７（図中の実線）
に示す。尚、図７において、放出電流Ｉｅは素子電流Ｉ
ｆに比べて著しく小さいので、任意単位で示されてい
る。

【００７１】図７から明らかなように、本発明に係る冷
陰極型電子放出素子部として好適に用いられるの表面伝
導型電子放出素子は、放出電流Ｉｅに対する次の３つの
特徴的特性を有する。

【００７２】まず第１に、表面伝導型電子放出素子はあ
る電圧（しきい値電圧と呼ぶ：図７中のＶｔｈ）以上の
素子電圧Ｖｆを印加すると急激に放出電流Ｉｅが増加
し、一方、しきい値電圧Ｖｔｈ以下では放出電流Ｉｅが
殆ど検出されない。即ち、放出電流Ｉｅに対する明確な
しきい値電圧Ｖｔｈを持った非線形素子である。

【００７３】第２に、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに対
して単調増加する特性（ＭＩ特性と呼ぶ）を有するた
め、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御できる。

【００７４】第３に、アノード電極２０（図６参照）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。即ち、アノード電極２０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。

【００７５】図７に実線で示した特性は、放出電流Ｉｅ
が素子電圧Ｖｆに対してＭＩ特性を有すると同時に、素
子電流Ｉｆも素子電圧Ｖｆに対してＭＩ特性を有してい
るが、図７に破線で示すように、素子電流Ｉｆは素子電
圧Ｖｆに対して電圧制御型負性抵抗特性（ＶＣＮＲ特性
と呼ぶ）を示す場合もある。いずれの特性を示すかは、
素子の製法及び測定時の測定条件等に依存する。但し、
素子電流Ｉｆが素子電圧Ｖｆに対してＶＣＮＲ特性を有
する素子でも、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆに対してＭ
Ｉ特性を有する。

【００７６】以上のような本発明に係る冷陰極型電子放
出素子部として好適な表面伝導型電子放出素子の特徴的
特性のため、複数の素子を配置した電子源や画像形成装
置等でも、入力信号に応じて、容易に放出電子量を制御
することができることとなり、多方面への応用ができ
る。

【００７７】また、カンチレバー１０（図１及び図２参
照）は、前述したような放出電子の方向制御手段として
のみならず、通常のゲート電極としても用いることがで
き、、これに与える平均電位を変動させることによっ
て、放出電流Ｉｅを制御することもできる。

【００７８】本発明の電子放出素子は各構成要素の機能
の複合的作用が最も重要であり、その思想に従えば、冷
陰極型電子放出素子部またはカンチレバーの具体的構
成、およびそれらの具体的製造方法は特に限定されるも
のではない。従って、カンチレバーは、形状記憶材料、
磁気的材料を使用してもよく、また圧電素子の場合もＰ
ＺＴ膜に限るものではない。更には、カンチレバーと冷
陰極型電子放出素子部との間、及び／または、カンチレ
バー上方に、別途ゲート電極を設けることもできる。

【００７９】次に、本発明の電子源における電子放出素
子の配列について、冷陰極型電子放出素子部として好適
な表面伝導型電子放出素子を用いた場合を例に、その駆
動方法と共に説明する。

【００８０】本発明の電子源における冷陰極型電子放出
素子部としての表面伝導型電子放出素子の配列方式とし
ては、従来の技術の項で述べたような梯型配置の他、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
極に各々Ｘ方向配線、Ｙ方向配線を接続した配列方式が
挙げられる。これを以後単純マトリクス配置と呼ぶ。こ
の単純マトリクス配置について詳述する。

【００８１】前述した表面伝導型電子放出素子の基本的
特性によれば、印加される素子電圧Ｖｆがしきい値電圧
Ｖｔｈを超える場合には、印加するパルス状電圧の波高
値とパルス幅で電子放出量を制御できる。一方、しきい
値電圧Ｖｔｈ以下では、殆ど電子の放出はされない。従
って、多数の表面伝導型電子放出素子を配置した場合に
おいても、単純なマトリクス配線だけで入力信号に応じ
て制御したパルス状電圧を印加し、個々の素子を選択し
て独立に駆動可能となる。

【００８２】単純マトリクス配置は上記原理に基づくも
のであり、本発明の電子源の一例である単純マトリクス
配置の電子源の構成について、図８に基づいて更に説明
する。

【００８３】図８において、基板１は既に説明したよう
なガラス板等であり、１０１，１０２はそれぞれｍ本の
Ｘ方向配線、１０３はｎ本のＹ方向配線、１０４は電子
放出素子部６であるところの表面伝導型電子放出素子
と、カンチレバー１０とからなる本発明の電子放出素子
である。尚、電子放出素子１０４の個数及び形状は用途
に応じて適宜設定されるものである。

【００８４】ｍ本のＸ方向配線１０２は、各々外部端子
Ｄｘ１，Ｄｘ２，・・・Ｄｘｍを有するもので、基板１
上に、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、多数の電子放出素子１０４に
ほぼ均等に電圧が供給されるように、材料、膜厚、配線
幅が設定されている。

【００８５】ｎ本のＹ方向配線１０３は、各々外部端子
Ｄｙ１，Ｄｙ２，・・・Ｄｙｎを有するもので、Ｘ方向
配線１０２と同様に作成される。

【００８６】これらｍ本のＸ方向配線１０２と、ｎ本の
Ｙ方向配線１０３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、マトリクス配線を構成してい
る。尚、このｍ，ｎは共に正の偶数である。

【００８７】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１０２を形成した基板１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１０２と、Ｙ方向配
線１０３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。

【００８８】更に、表面伝導型電子放出素子６の対向す
る素子電極（不図示）が、それぞれ偶数番目のＸ方向配
線１０２と、偶数番目のＹ方向配線１０３とに、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１０５によって電気的に接続されているも
のである。また、カンチレバー１０の２つの電極（不図
示）が、それぞれ奇数番目のＸ方向配線１０２と、奇数
番目のＹ方向配線１０３とに、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１０
６によって電気的に接続されているものである。

【００８９】ここで、ｍ本のＸ方向配線１０２と、ｎ本
のＹ方向配線１０３と、結線１０５，１０６と、素子電
極等は、その構成元素の一部あるいは全部が同一であっ
ても、またそれぞれ異なっていてもよく、前述の素子電
極の材料等より適宜選択される。また、表面伝導型電子
放出素子６は、基板１あるいは不図示の層間絶縁層上ど
ちらに形成してもよい。

【００９０】また、詳しくは後述するが、偶数番目のＸ
方向配線１０２には、Ｘ方向に配列された表面伝導型電
子放出素子６の行を入力信号に応じて走査するために、
走査信号を印加する不図示の走査信号印加手段が電気的
に接続されている。

【００９１】一方、偶数番目のＹ方向配線１０３には、
Ｙ方向に配列された表面伝導型電子放出素子６の列の各
列を入力信号に応じて変調するために、変調信号を印加
する不図示の変調信号印加手段が電気的に接続されてい
る。各表面伝導型電子放出素子６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。

【００９２】また、奇数番目のＸ方向配線１０２には、
Ｘ方向に配列されたカンチレバー１０の上部薄膜電極
（図１の１２に相当）に入力信号に応じた電位を与える
不図示の制御回路が電気的に接続されている。同様に、
奇数番目のＹ方向配線１０２には、Ｙ方向に配列された
カンチレバー１０の下部薄膜電極（図１の１３に相当）
に入力信号に応じた電位を与える不図示の制御回路が電
気的に接続されている。

【００９３】次に、図８に示したような単純マトリクス
配置の本発明の電子源を用いた本発明の画像形成装置の
一例を、図９〜図１１を用いて説明する。尚、図９は表
示パネル２０１の基本構成図であり、図１０は蛍光膜１
１４を示す図であり、図１１は図９の表示パネル２０１
でＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じてテレビジョン表示
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、図８の符号と同じ符号は、
同一部材を示しており、１は電子放出素子１０４を配置
した電子源の基板、１１１は基板１を固定したリアプレ
−ト、１１６はガラス基板１１３の内面に画像形成部材
であるところの蛍光膜１１４とメタルバック１１５等が
形成されたフェ−スプレ−ト、１１２は支持枠である。
リアプレ−ト１１１，支持枠１１２及びフェ−スプレ−
ト１１６は、これらの接合部分にフリットガラス等を塗
布し、大気中あるいは窒素雰囲気中で４００℃〜５００
℃で１０分間以上焼成することで封着して、外囲器１１
８を構成している。

【００９５】外囲器１１８は、上述の如く、フェ−スプ
レ−ト１１６、支持枠１１２、リアプレ−ト１１１で構
成されている。しかし、リアプレ−ト１１１は主に基板
１の強度を補強する目的で設けられるものであり、基板
１自体で十分な強度を持つ場合は別体のリアプレ−ト１
１１は不要であり、基板１に直接支持枠１１２を封着
し、フェ−スプレ−ト１１６、支持枠１１２、基板１に
て外囲器１１８を構成しても良い。また、フェースプレ
ート１１６とリアプレート１１１の間に、スペーサーと
呼ばれる不図示の支持体を更に設置することで、大気圧
に対して十分な強度を有する外囲器１１８とすることも
できる。

【００９６】蛍光膜１１４は、モノクロ−ムの場合は蛍
光体１２２のみから成るが、カラ−の場合は、蛍光体１
２２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１２１と、蛍光体１２２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を
設ける目的は、カラ−表示の場合必要となる三原色の各
蛍光体１２２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１１４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。黒色
導電材１２１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他の材料を用いる
こともできる。ガラス基板１１３に蛍光体１２２を塗布
する方法としては、モノクロ−ム、カラ−によらず、沈
殿法や印刷法が用いられる。

【００９７】また、図９に示されるように、蛍光膜１１
４の内面側には通常メタルバック１１５が設けられる。
メタルバック１１５の目的は、蛍光体１２２（図１０参
照）の発光のうち内面側への光をフェ−スプレ−ト１１
６側へ鏡面反射することにより輝度を向上すること、高
圧端子Ｈｖから電子ビ−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１１８内で発生した負イ
オンの衝突によるダメ−ジからの蛍光体１２２の保護等
である。メタルバック１１５は、蛍光膜１１４の作製
後、蛍光膜１１４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。

【００９８】フェ−スプレ−ト１１６には、更に蛍光膜
１１４の導電性を高めるため、蛍光膜１１４の外面側に
透明電極（不図示）を設けてもよい。

【００９９】前述の封着を行う際、カラ−の場合は各色
蛍光体１２２と電子放出素子１０４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う必要がある。

【０１００】外囲器１１８内は、不図示の排気管を通
じ、１０^-6Ｔｏｒｒ程度の真空度にされ、封止される。
尚、不図示の排気管を通じ、例えばロータリーポンプ、
ターボポンプをポンプ系とする様な通常の真空装置系
で、１０^-6Ｔｏｒｒ程度の真空度中で、容器外端子Ｄｘ
１ないしＤｘｍとＤｙ１ないしＤｙｎの偶数番目の外部
端子を通じ、素子電極４，５間に電圧を印加して前述の
フォーミング処理及び活性化処理を施し、電子放出部２
（図１参照）を形成する。

【０１０１】その後、８０℃〜１５０℃でベーキングを
３〜１５時間行いながら、例えば、イオンポンプ等のポ
ンプ系とする超高真空装置系に切り替える。超高真空系
への切り替え、及びベーキングは、前述の表面伝導型電
子放出素子の素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅの単調増加特
性（ＭＩ特性）を満足するためであり、その方法や条件
は、上記に限るものではない。

【０１０２】また、外囲器１１８の封止を行う直前ある
いは封止後に、ゲッター処理を行う場合もある。これ
は、抵抗加熱あるいは高周波加熱等の加熱法により、外
囲器１１８内の所定の位置に配置したゲッター（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１０^-5〜１０^-7Ｔｏｒｒの真空度を維持する
ためのものである。

【０１０３】上述の表示パネル２０１は、例えば図１１
に示されるような駆動回路で駆動することができる。但
し、ここでは、カンチレバー１０の制御回路については
省略している。

【０１０４】図１１において、２０１は前記表示パネル
であり、２０２は走査回路、２０３は制御回路、２０４
はシフトレジスタ、２０５はラインメモリ、２０６は同
期信号分離回路、２０７は変調信号発生器、Ｖｘ及びＶ
ａは直流電圧源である。

【０１０５】図１１に示されるように、表示パネル２０
１は、外部端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ、外部端子Ｄｙ１な
いしＤｙｎ、及び高圧端子Ｈｖを介して外部の電気回路
と接続されている。このうち、外部端子Ｄｘ１ないしＤ
ｘｍの偶数番目には、前記表示パネル２０１内に設けら
れている表面伝導型電子放出素子６、すなわち行列状に
マトリクス配置された表面伝導型電子放出素子群を１行
（ｎ／２素子）づつ順次駆動して行くための走査信号が
印加される。

【０１０６】一方、外部端子Ｄｙ１ないしＤｙｎの偶数
番目には、前記走査信号により選択された１行の各表面
伝導型電子放出素子６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。

【０１０７】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。これは
表面伝導型電子放出素子６より出力される電子ビーム
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。

【０１０８】走査回路２０２は、内部にｍ／２個のスイ
ッチング素子（図１１中、Ｓ１ないしＳｍ／２で模式的
に示す）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て、表示パネル２０１の外部端
子Ｄｘ１ないしＤｘｍの偶数番目と電気的に接続するも
のである。各スイッチング素子は、制御回路２０３が出
力する制御信号Ｔｓｃａｎに基づいて動作するもので、
実際には、例えばＦＥＴのようなスイッチング機能を有
する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。本例における前記直流電圧源Ｖｘは、前
記表面伝導型電子放出素子の特性（しきい値電圧）に基
づき、走査されていない表面伝導型電子放出素子に印加
される駆動電圧がしきい値電圧以下となるような一定電
圧を出力するよう設定されている。

【０１０９】制御回路２０３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
動作を整合させる働きをもつものである。次に説明する
同期信号分離回路２０６より送られる同期信号Ｔｓｙｎ
ｃに基づいて、各部に対してＴｓｃａｎ、Ｔｓｆｔ及び
Ｔｍｒｙの各制御信号を発生する。

【０１１０】同期信号分離回路２０６は、外部から入力
されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から、同期信号成分と
輝度信号成分とを分離する為の回路で、良く知られてい
るように、周波数分離（フィルター）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２０６
により分離された同期信号は、これも良く知られるよう
に、垂直同期信号と水平同期信号より成る。ここでは説
明の便宜上、Ｔｓｙｎｃとして図示する。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信号と図示する。このＤＡＴＡ信号はシフトレジ
スタ２０４に入力される。

【０１１１】シフトレジスタ２０４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２０３より送られる制御信号Ｔｓｆｔに基づいて動
作する。この制御信号Ｔｓｆｔは、シフトレジスタ２０
４のシフトクロックであると言い換えても良い。また、
シリアル／パラレル変換された画像１ライン分（駆動用
素子のｎ／２素子分の駆動データに相当する）のデータ
は、Ｉｄ１ないしＩｄｎ／２のｎ／２個の並列信号とし
て前記シフトレジスタ２０４より出力される。

【０１１２】ラインメモリ２０５は、画像１ライン分の
データを必要時間だけ記憶する為の記憶装置であり、制
御回路２０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙに従って適
宜Ｉｄ１ないしＩｄｎ／２の内容を記憶する。記憶され
た内容は、Ｉ’ｄ１ないしＩ’ｄｎ／２として出力さ
れ、変調信号発生器２０７に入力される。

【０１１３】変調信号発生器２０７は、前記画像データ
Ｉ’ｄ１ないしＩ’ｄｎ／２の各々に応じて、表面伝導
型電子放出素子６の各々を適切に駆動変調する為の信号
線で、その出力信号は、外部端子Ｄｙ１ないしＤｙｎの
偶数番目を通じて表示パネル２０１内の表面伝導型電子
放出素子６に印加される。

【０１１４】前述したように、表面伝導型電子放出素子
は電子放出に明確なしきい値電圧を有しており、しきい
値電圧を超える電圧が印加された場合にのみ電子放出が
生じる。また、しきい値電圧を超える電圧に対しては、
表面伝導型電子放出素子への印加電圧の変化に応じて放
出電流も変化して行く。表面伝導型電子放出素子の材料
や構成、製造方法を変える事により、しきい値電圧の値
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事が言え
る。

【０１１５】即ち、表面伝導型電子放出素子にパルス状
の電圧を印加する場合、例えばしきい値電圧以下の電圧
を印加しても電子放出は生じないが、しきい値電圧を超
える電圧を印加する場合には電子放出を生じる。その
際、第１には電圧パルスの波高値を変化させることによ
り、出力される電子ビームの強度を制御することが可能
である。第２には、電圧パルスの幅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。

【０１１６】従って、入力信号に応じて、表面伝導型電
子放出素子を変調する方式としては、電圧変調方式とパ
ルス幅変調方式とが挙げられる。電圧変調方式を行う場
合、変調信号発生器２０７としては、一定の長さの電圧
パルスを発生するが、入力されるデータに応じて適宜パ
ルスの波高値を変調できる電圧変調方式の回路を用い
る。また、パルス幅変調方式を行う場合、変調信号発生
器２０７としては、一定の波高値の電圧パルスを発生す
るが、入力されるデータに応じて適宜パルス幅を変調で
きるパルス幅変調方式の回路を用いる。

【０１１７】シフトレジスタ２０４やラインメモリ２０
５は、デジタル信号式のものでもアナログ信号式のもの
でもよく、画像信号のシリアル／パラレル変換や記憶が
所定の速度で行えるものであればよい。

【０１１８】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路２０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化
する必要がある。これは同期信号分離回路２０６の出力
部にＡ／Ｄ変換器を設けることで行える。

【０１１９】また、これと関連して、ラインメモリ２０
５の出力信号がデジタル信号かアナログ信号かにより、
変調信号発生器２０７に設けられる回路が若干異なるも
のとなる。

【０１２０】即ち、デジタル信号で電圧変調方式の場
合、変調信号発生器２０７には、例えば良く知られてい
るＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増幅回路等を付
け加えればよい。また、デジタル信号でパルス幅変調方
式の場合、変調信号発生器２０７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
ことで容易に構成することができる。更に、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よい。

【０１２１】一方、アナログ信号で電圧変調方式の場
合、変調信号発生器２０７には、例えばよく知られてい
るオペアンプ等を用いた増幅回路を用いればよく、必要
に応じてレベルシフト回路等を付け加えてもよい。ま
た、アナログ信号でパルス幅変調方式の場合、例えばよ
く知られている電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）を用いれ
ばよく、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よ
い。

【０１２２】以上のような表示パネル２０１及び駆動回
路を有する本発明の画像形成装置は、外部端子Ｄｘ１〜
Ｄｘｍ及びＤｙ１〜Ｄｙｎの偶数番目から電圧を印加す
ることにより、任意の表面伝導型電子放出素子６から電
子を放出させることができ、高圧端子Ｈｖを通じてメタ
ルバック１１５あるいは透明電極（不図示）に高電圧を
印加して電子ビ−ムを加速し、加速した電子ビームを蛍
光膜１１４に衝突させることで生じる励起・発光によっ
て、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じてテレビジョン表
示を行うことができるものである。

【０１２３】また、外部端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ及びＤｙ１
〜Ｄｙｎの奇数番目から電圧を印加することにより、任
意のカンチレバー１０の屈折変化を制御することがで
き、これにより、各カンチレバー１０と一体となって電
子放出素子１０４を構成している各表面伝導型電子放出
素子６からの放出電子の飛翔方向を制御することができ
るものである。これにより、１つの電子放出素子を複数
の画素に対応させることができる。

【０１２４】尚、以上説明した構成は、表示等に用いら
れる本発明の画像形成装置を得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
に限られるものではなく、画像形成装置の用途に適する
よう、適宜選択されるものである。また、入力信号例と
してＮＴＳＣ方式を挙げたが、本発明の画像形成装置は
これに限られるものではなく、ＰＡＬ，ＳＥＣＡＭ方式
等の他の方式でもよく、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方式でもよい。

【０１２５】以上のように、本発明の画像形成装置は、
単純マトリクス配置及び梯型配置のいずれの本発明の電
子源を用いても得ることができ、上述したテレビジョン
放送の表示装置のみならず、テレビ会議システム、コン
ピューター等の表示装置として好適な画像形成装置が得
られる。更には、感光ドラム等とで構成した光プリンタ
−の露光装置としても用いることができるものである。

【０１２６】

【実施例】以下に実施例を挙げ、本発明を更に説明す
る。

【０１２７】［実施例１］本実施例では、図１及び図２
に示した構成の本発明の電子放出素子を作製し、その電
子放出特性等について行った実験について説明する。

【０１２８】先ず、図４を用いて本実施例の電子放出素
子の製造方法を説明する。

【０１２９】１）清浄化した青板ガラス上に厚さ０．５
μｍのシリコン酸化膜をスパッタ法で形成した基板１上
に、素子電極４，５の所望パターンをホトレジスト（Ｒ
Ｄ−２０００Ｎ−４１日立化成社製）で形成し、真空
蒸着法により、厚さ５０ÅのＴｉ、厚さ１０００ÅのＮ
ｉ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て、素子電極
４，５を形成した（図４（ａ））。尚、素子電極間隔Ｌ
は２μｍ、素子電極の長さＷを３００μｍとした。

【０１３０】２）続いて、素子電極間ギャップＬ及びこ
の近傍に開口を有するマスクを用い、その上に膜厚１０
００ÅのＣｒ膜を真空蒸着により堆積、パターニング
し、その上に有機Ｐｄ（ｃｃｐ４２３０・奥野製薬
（株）製）をスピンナーにより回転塗布し、３００℃で
１０分間の加熱焼成処理をした。次に、上記Ｃｒ膜及び
焼成後の薄膜を酸エッチャントによりエッチングして所
望のパターンの導電性薄膜３を形成した（図４
（ｂ））。尚、導電性薄膜３の長さは２００μｍであっ
た。また、こうして形成された、主として酸化パラジウ
ムよりなる微粒子からなる導電性薄膜３の膜厚は１００
Å、シート抵抗値は２×１０⁴ Ω／□であった。尚、こ
こで述べる微粒子膜とは、前述したように、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
指す。

【０１３１】３）次に、最終的には空洞部８となる部分
に犠牲層４１を積層した後、絶縁層７を積層した。その
後、絶縁層１５，１４、電極薄膜１３としてのＡｌ薄
膜、圧電体薄膜１１としてのＺｎＯ膜、電極薄膜１２と
してのＡｌ薄膜を順次パターニングしながら、不図示の
配線部と接続するように積層した。尚、上記パターニン
グの際、電子の通過口としての空孔１６も同時に形成し
た（図４（ｃ））。

【０１３２】本実施例では、絶縁層１５としてエッチン
グに強いＳｉＮを使用し、絶縁層１５と絶縁層１４を合
わせた厚みを０．２μｍ程度、圧電体薄膜１１の厚みを
０．２μｍ程度、電極薄膜１２，１３の厚みを０．１μ
ｍ程度とした。

【０１３３】４）犠牲層４１をエッチングにより取り除
き、カンチレバー１０を形成した。この時、カンチレバ
ー１０の中空の部分の長さは１００μｍであった。この
カンチレバー１０の絶縁層１４は、電極薄膜１３の電位
によって伸縮を起こさないようになっており、他方、圧
電体薄膜１１は電極薄膜１２，１３の電位差（数Ｖ以
下）によって変化する。

【０１３４】続いて、上記基板１を図６の測定評価系の
真空装置５７内に設置し、排気ポンプ５８にて排気し
て、真空装置５７内を２×１０^-5Ｔｏｒｒの真空度とし
た。この後、素子電圧Ｖｆを印加するための電源５１に
より素子電極４，５間に電圧を印加し、フォ−ミング処
理を行い、電子放出部２を形成した（図４（ｃ））。フ
ォ−ミング処理には図５（ｂ）に示した電圧波形を用い
た。

【０１３５】本実施例では、図５（ｂ）中のＴ１を１ｍ
秒、Ｔ２を１０ｍ秒とし、三角波ではなく矩形波を用
い、矩形波の波高値（フォ−ミング時のピ−ク電圧）は
０．１Ｖステップで昇圧させてフォーミング処理を行っ
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て抵抗を測定し
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。その結果、本実施例の素子
ではフォーミング時の電圧Ｖｆが５．１Ｖであった。

【０１３６】５）続いて、フォーミング処理した素子
に、上記フォーミング工程と同じ周期Ｔ２，パルス幅Ｔ
１の波高値１４Ｖの矩形波を印加して、約３０分間、活
性化処理を行った。尚、この時の真空装置５７内の真空
度は１．５×１０^-5Ｔｏｒｒであった。

【０１３７】以上のようにして作製した本発明の電子放
出素子の電子放出特性の測定を、引き続き上記の測定評
価系を用いて行った。本実施例では、図６のアノード電
極２０をＹ軸方向に平行なすだれ状の電極に置き換え、
Ｘ方向の電子の到達点分布を計測した。また、２次元的
な電子の到達分布を測定する際には、アノード電極２０
をメッシュ状のものに置き換え、この下方に蛍光板を配
置して、蛍光体の輝度分布として測定を行った。

【０１３８】その結果、カンチレバー１０の電極薄膜１
２，１３間に与える電位差を変化させて、図３に示すよ
うにカンチレバー１０の屈折変化を制御することによ
り、アノード電極２０に到達する電子の到達位置のＸ方
向の変位分Ｄを、カンチレバー１０が水平状態にある時
と比べて、サブミリメータ程度の範囲で制御することが
できた。

【０１３９】以上のように、本実施例の電子放出素子は
放出電子の飛翔方向を制御できるため、その機能は格段
に充実し、例えば画像形成装置の電子源として用いる場
合には、１つの素子で隣接する複数の画素に対応させる
ことができる。

【０１４０】［実施例２］本実施例では、図１及び図２
に示したような本発明の電子放出素子の多数個を単純マ
トリクス配置した図８に示したような電子源を用いて、
図９に示したような画像形成装置を作製した例を説明す
る。

【０１４１】電子源の一部の平面図を図１２に示す。ま
た、図中のＡ−Ａ’断面図を図１３に示す。但し、図
８，図９，図１２，図１３において同じ符号は同じ部材
を示す。

【０１４２】ここで、１は基板、１０２はＸ方向配線
（下配線とも呼ぶ）、１０３はＹ方向配線（上配線とも
呼ぶ）、３は導電性薄膜、４，５素子電極、１０はカン
チレバー、４０１は層間絶縁層、４０２は素子電極４と
偶数番目の下配線１０２との電気的接続のためのコンタ
クトホ−ル、４０３，４０６は奇数番目の下配線１０２
とカンチレバー１０の電極薄膜１３との電気的接続のた
めのコンタクトホール、４０５は奇数番目の上配線１０
３とカンチレバー１０の電極薄膜１２との電気的接続の
ためのコンタクトホール、４０４はカンチレバー１０の
下方に空洞部８を設けるための絶縁体層である。

【０１４３】まず、本実施例の電子源の製造方法を図１
４及び図１５を用いて工程順に従って具体的に説明す
る。尚、以下の工程ａ〜ｉは、図１４及び図１５の
（ａ）〜（ｉ）に対応する。

【０１４４】工程ａ：清浄化した青板ガラス上に厚さ
０．５μｍのシリコン酸化膜をスパッタ法で形成した基
板１上に、真空蒸着により厚さ５０ÅのＣｒ、厚さ６０
００ÅのＡｕを順次積層した後、ホトレジスト（ＡＺ１
３７０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
１０２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１０２
を形成した。

【０１４５】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４０１をＲＦスパッタ法によ
り堆積した。

【０１４６】工程ｃ：上記工程で堆積したシリコン酸化
膜にコンタクトホ−ル４０２，４０３を形成するための
ホトレジストパタ−ンを作り、これをマスクとして層間
絶縁層４０１をエッチングしてコンタクトホ−ル４０
２，４０３を形成した。エッチングはＣＦ₄ とＨ₂ ガス
を用いたＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈ
ｉｎｇ）法によった。

【０１４７】工程ｄ：その後、素子電極４，５と素子電
極間ギャップＬとなるべきパタ−ンをホトレジスト（Ｒ
Ｄ−２０００Ｎ−４１日立化成社製）で形成し、真空
蒸着法により、厚さ５０ÅのＴｉ、厚さ１０００ÅのＮ
ｉ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
４，５を形成した。

【０１４８】工程ｅ：基板１上に上配線１０３のホトレ
ジストパタ−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、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
１０３を形成した。

【０１４９】工程ｆ：素子電極間ギャップＬおよびこの
近傍に開口を有するメタルマスクにより、膜厚１０００
ÅのＣｒ膜４０７を真空蒸着により堆積・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１
０分間の加熱焼成処理をした。このようにして形成され
た主としてＰｄＯよりなる微粒子からなる導電性薄膜３
の膜厚は１００Å、シート抵抗値は５×１０⁴ Ω／□で
あった。

【０１５０】工程ｇ：上記Ｃｒ膜４０７及び焼成後の導
電性薄膜３を酸エッチャントによりエッチングして、所
望のパターン形状を有する導電性薄膜３を形成した。

【０１５１】工程ｈ：全面にレジストを塗布し、マスク
を用いて露光の後現像し、コンタクトホール４０２，４
０３の部分のみレジストを除去した。この後、真空蒸着
により、厚さ５０ÅのＴｉ、厚さ５０００ÅのＡｕを順
次堆積し、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４０２，４０３を埋め込んだ。

【０１５２】工程ｉ：空洞部８に相当する部分に犠牲層
４１を積層した後、絶縁層４０４を積層した。次に、絶
縁層４０４にコンタクトホール４０５，４０６を形成し
た後、絶縁層１５，１４、電極薄膜１３としてのＡｌ薄
膜、圧電体薄膜１１としてのＺｎＯ膜、電極薄膜１２と
してのＡｌ薄膜を順次パターニングしながら積層した。
この時、電極薄膜１２がコンタクトホール４０５を介し
て奇数番目の上配線１０３と、電極薄膜１３がコンタク
トホール４０６を介して奇数番目の下配線１０２とそれ
ぞれ電気的に接続されるように、結線１０６も同時に形
成した。また、上記パターニングの際、電子の通過口と
しての空孔１６も同時に形成した。

【０１５３】最後に犠牲層４１をエッチングにより取り
除き、カンチレバー１０を形成した。尚、本実施例で作
製した電子源の各電子放出素子は、実施例１の電子放出
素子と同じである。

【０１５４】以上の工程により、絶縁性基板１上に下配
線１０２、層間絶縁層４０１、上配線１０３、電子放出
素子部６、カンチレバー１０等を形成し、未フォーミン
グの電子源を得た。

【０１５５】以上のようにして作製した未フォ−ミング
の電子源を用いて画像形成装置を作製した。作製手順を
図９及び図１０を参照して以下に説明する。

【０１５６】まず、上記未フォ−ミングの電子源の基板
１をリアプレ−ト１１１に固定した後、基板１の５ｍｍ
上方に、フェ−スプレ−ト１１６（ガラス基板１１３の
内面に画像形成部材であるところの蛍光膜１１４とメタ
ルバック１１５が形成されて構成される。）を支持枠１
１２を介し配置し、フェ−スプレ−ト１１６、支持枠１
１２、リアプレ−ト１１１の接合部にフリットガラスを
塗布し、大気中で５００℃で１０分以上焼成することで
封着した。また、リアプレ−ト１１１への基板１の固定
もフリットガラスで行った。

【０１５７】画像形成部材であるところの蛍光膜１１４
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１２
２を塗布して蛍光膜１１４を作製した。ブラックストラ
イプの材料として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。

【０１５８】また、蛍光膜１１４の内面側にはメタルバ
ック１１５を設けた。メタルバック１１５は、蛍光膜１
１４の作製後、蛍光膜１１４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、Ａ
ｌを真空蒸着することで作製した。

【０１５９】フェ−スプレ−ト１１６には、更に蛍光膜
１１４の導電性を高めるため、蛍光膜１１４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１１５のみで十分な導電性が得られたので省略し
た。

【０１６０】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体１２２と表面伝導型電子放出素子６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。

【０１６１】以上のようにして完成した外囲器１１８内
の雰囲気を排気管（不図示）を通じ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Ｄｘ１ないし
ＤｘｍとＤｙ１ないしＤｙｎの偶数番目を通じ、表面伝
導型電子放出素子６の素子電極４，５間に電圧を印加
し、前述のフォ−ミング処理を行い、電子放出部２を形
成した。

【０１６２】フォーミング処理には図３（ｂ）に示した
電圧波形（但し、三角波ではなく矩形波）を用いた。本
実施例ではＴ１を１ｍ秒、Ｔ２を１０ｍ秒とし、約１×
１０^-5Ｔｏｒｒの真空雰囲気下で行った。

【０１６３】このようにして形成された電子放出部２
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。

【０１６４】次に、図３（ａ）に示した電圧波形（但
し、三角波ではなく矩形波）を用いて活性化処理を行っ
た。本実施例ではＴ１を１ｍ秒、Ｔ２を１０ｍ秒、波高
１４Ｖで、２×１０^-5Ｔｏｒｒの真空度で、素子電流Ｉ
ｆ，放出電流Ｉｅを測定しながら行った。

【０１６５】この後、不図示の排気管を通じ、外囲器１
１８内を１０^-6.5Ｔｏｒｒ程度の真空度とし、該排気管
をガスバ−ナで熱することで溶着し、外囲器１１８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−処理を行った。ゲッターは
Ｂａ等を主成分とした。

【０１６６】以上のようにして完成した表示パネル２０
１（図９参照）において、容器外端子Ｄｘ１ないしＤｘ
ｍと、Ｄｙ１ないしＤｙｎを通じ、走査信号，変調信号
及びカンチレバー制御信号を不図示の信号発生手段によ
りそれぞれの電子放出素子１０４に印加することによ
り、電子放出させ且つ方向制御をおこないながら、高圧
端子Ｈｖを通じてメタルバック１１５に数ｋＶ以上の高
圧を印加して、電子ビ−ムを加速し、蛍光膜１１４に衝
突させ、励起・発光させることで画像表示を行った。

【０１６７】本実施例では、各電子放出素子から放出さ
れる電子の方向制御を、蛍光膜１１４上でサブミリメー
タ程度の範囲で行うことができた。これにより、電子放
出素子１つに対して、１画素を対応させるのではなく、
複数の画素に照射・対応させることが可能になった。

【０１６８】本実施例では、前記３原色カラー蛍光体の
配列方向を、各電子放出素子部６から放出されてカンチ
レバー１０によってその飛翔方向が制御された電子の蛍
光面上での変位方向に一致して作製したことにより、蛍
光膜１１４の互いに隣接するＲ（レッド），Ｇ（グリー
ン），Ｂ（ブルー）の各画素に画像信号に応じて１つの
電子放出素子１０４から電子を照射することができた。

【０１６９】また、上記電子の変位方向と、画像信号の
走査方向を直交させることにより、、カンチレバーの応
答時間に関する問題を回避できる。

【０１７０】また、蛍光面での照射位置が固定のために
起こる蛍光面の劣化（いわゆる焼け）を防ぐように、カ
ンチレバーによって、例えば１画素内で電子の照射位置
を経時的に微小変化させることができる。それにより、
画像形成装置の寿命を延ばすことができる。

【０１７１】［実施例３］本発明の電子放出素子の別の
例を図１６及び図１７に示す。これらの電子放出素子に
おいて、電子放出素子部６及びカンチレバー１０の構成
は、実施例１に示した電子放出素子の電子放出素子部６
及びカンチレバー１０と同じである。

【０１７２】図１６の電子放出素子は、電子放出素子部
６とカンチレバー１０との間に、２つの加速電極５０
１，５０２を付加した構成を有するもので、これらはそ
れぞれ絶縁体層５０３，５０４上に形成されている。

【０１７３】５０２は電子を加速するための電極であ
り、放出電流量をある程度制御することができる。５０
１は電子を減速するための電極であり、これによって減
速された電子は、カンチレバー１０のつくる電界に敏感
になり、カンチレバー１０の歪に応じて敏感にその飛翔
方向が変化する。

【０１７４】図１６の電子放出素子では、２つの加速電
極を用いているが、要求される素子特性に応じて１つま
たは３つ以上用いることもできる。

【０１７５】図１７の電子放出素子は、カンチレバー１
０の上方に加速電極６０１を付加したものである。加速
電極６０１には、例えばすだれ状の電極を使用すること
ができる。

【０１７６】本発明の電子放出素子は、図１６と図１７
の素子構成を組み合わせたものであってもよく、更に
は、複数のカンチレバーで構成されたゲートを、電子の
軌跡に沿って直列に形成し、これらによって電子の飛翔
方向を制御してもよい。

【０１７７】［実施例４］図１８は、実施例２の表示パ
ネル（ディスプレイパネル）２０１（図９参照）を、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本
発明の画像表示装置の一例を示す図である。

【０１７８】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
０８，１００９及び１０１０は画像メモリインターフェ
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、１０１４は
入力部である。

【０１７９】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。

【０１８０】以下、画像信号の流れに沿って各部を説明
してゆく。

【０１８１】先ず、ＴＶ信号受信回路１０１３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ための回路である。

【０１８２】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、ＳＥ
ＣＡＭ方式などの諸方式でも良い。また、これらよりさ
ら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２０１の利点
を生かすのに好適な信号源である。

【０１８３】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。

【０１８４】画像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などのような有線伝送系を
用いて伝送されるＴＶ画像信号を受信するための回路で
ある。前記ＴＶ信号受信回路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。

【０１８５】画像入力インターフェース回路１０１１
は、例えばＴＶカメラや画像読取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。

【０１８６】画像メモリインターフェース回路１０１０
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。

【０１８７】画像メモリインターフェース回路１００９
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１０
０４に出力される。

【０１８８】画像メモリ−インターフェース回路１００
８は、いわゆる静止画ディスクのように、静止画像デー
タを記憶している装置から画像信号を取り込むための回
路で、取り込まれた静止画像データはデコーダ１００４
に出力される。

【０１８９】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、コンピュータネッ
トワークもしくはプリンタ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
力を行な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なうことも可能である。

【０１９０】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、或いはＣＰＵ１００６
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や、
画像処理を行なうためのプロセッサなどをはじめとして
画像の生成に必要な回路が組み込まれている。

【０１９１】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。

【０１９２】ＣＰＵ１００６は、主として本表示装置の
動作制御や、表示画像の生成、選択、編集に関わる作業
を行なう。

【０１９３】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２０１に表示する画像
信号を適宜選択したり組み合わせたりする。また、その
際には表示する画像信号に応じてディスプレイパネルコ
ントローラ１００２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、
或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をアクセスして画像デー
タや文字・図形情報を入力する。

【０１９４】尚、ＣＰＵ１００６は、むろんこれ以外の
目的の作業にも関わるものであっても良い。例えば、パ
ーソナルコンピュータやワードプロセッサなどのよう
に、情報を生成したり処理する機能に直接関わっても良
い。或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ーネットワーク
と接続し、例えば数値計算などの作業を外部機器と協同
して行なっても良い。

【０１９５】入力部１０１４は、前記ＣＰＵ１００６に
使用者が命令やプログラム、或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
など多様な入力機器を用いることが可能である。

【０１９６】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、
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、デコーダ１
００４は内部に画像メモリを備えるのが望ましい。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。

【０１９７】画像メモリを備えることにより、静止画の
表示が容易になる。或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、合成をはじ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。

【０１９８】マルチプレクサ１００３は前記ＣＰＵ１０
０６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
うち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、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。

【０１９９】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。

【０２００】ディスプレイパネル２０１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２０１
の駆動用電源（不図示）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２０１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、コントラスト、色調、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１０
０１に対して出力する場合もある。

【０２０１】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。

【０２０２】以上、各部の機能を説明したが、図１８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２
０１に表示することが可能である。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ーダ１００４
において逆変換された後、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、ディ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。

【０２０３】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ＣＰＵ１００６が関与することにより、単に複数
の画像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
縦横比変換などをはじめとする画像処理や、合成、消
去、接続、入れ替え、はめ込みなどをはじめとする画像
編集を行な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良い。

【０２０４】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、コンピューターの端末機
器、ワードプロセッサをはじめとする事務用端末機器、
ゲーム機などの機能を一台で兼ね備えることが可能で、
産業用或いは民生用として極めて応用範囲が広い。

【０２０５】尚、図１８は、本発明の電子放出素子を電
子ビーム源とする表示パネルを用いた画像形成装置とす
る場合の構成の一例を示したに過ぎず、本発明の画像形
成装置がこれのみに限定されるものでないことは言うま
でもない。

【０２０６】例えば図１８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
を追加しても良い。例えば、本画像形成装置をテレビ電
話機として応用する場合には、テレビカメラ、音声マイ
ク、照明機、モデムを含む送受信回路などを構成要素に
追加するのが好適である。

【０２０７】本画像形成装置においては、とりわけ本発
明によるディスプレイパネル２０１の薄型化が容易なた
め、表示装置の奥行きを小さくすることができる。それ
に加えて、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、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。

【０２０８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電子放出
素子は、放出電子の放出角度を自由に制御できる。これ
により、テレビジョン等の画像形成装置の電子ビーム源
として使用した場合、少数の素子で多数の画素を蛍光さ
せることができ、装置設計の自由度が広がり、さらには
蛍光板の劣化を防止でき、装置の耐久性が向上する。

【０２０９】また、カラー画像にも対応可能で、高精細
かつ表示品位の高い大面積フラットディスプレーが、実
現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子放出素子の一構成例を示す断面図
である。

【図２】図１の電子放出素子の部分斜視図である。

【図３】本発明の電子放出素子の作用を説明するための
図である。

【図４】本発明の電子放出素子の製造方法の一例を説明
するための断面図である。

【図５】フォーミング処理に用いる電圧波形の一例であ
る。

【図６】本発明の電子放出素子の電子放出特性を測定す
るための測定評価系の概略図である。

【図７】本発明に係る表面伝導型電子放出素子の、放出
電流Ｉｅ及び素子電流Ｉｆと、素子電圧Ｖｆの関係の典
型的な例を示す図である。

【図８】本発明の単純マトリクス配置の電子源の一例を
示す概略図である。

【図９】本発明の単純マトリクス配置の電子源を備えた
表示パネルの概略構成を示す部分切り欠き斜視図であ
る。

【図１０】表示パネルに用いる蛍光膜の構成例を示す図
である。

【図１１】ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて画像表示
を行う画像形成装置の駆動回路の一例を示すブロック図
である。

【図１２】実施例２にて示す単純マトリクス配置の電子
源の部分平面図である。

【図１３】図１２の電子源の部分断面図である。

【図１４】図１２の電子源の製造工程を説明するための
断面図である。

【図１５】図１２の電子源の製造工程を説明するための
断面図である。

【図１６】実施例３にて示す電子放出素子の概略構成を
示す断面図である。

【図１７】実施例３にて示す電子放出素子の概略構成を
示す断面図である。

【図１８】実施例４にて示す画像形成装置のブロック図
である。

【図１９】圧電カンチレバーの概略構成を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１基板２電子放出部３導電性薄膜４，５素子電極６電子放出素子部７絶縁体層８空洞部１０カンチレバー１１圧電体薄膜１２，１３電極薄膜１４，１５絶縁体層１６電子通過口としての空孔２０アノード電極４１犠牲層５１表面伝導型電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加す
るための電源５２導電性薄膜３を流れる素子電流Ｉｆを測定するた
めの電流計５３アノード電極２０に電圧を印加するための高圧電
源５４電子放出部２より放出される放出電流Ｉｅを測定
するための電流計５５カンチレバー１０を電気的に浮かせるための電源５６カンチレバー１０の屈折変化を制御するための制
御電源５７真空装置５８排気ポンプ１０２Ｘ方向配線１０３Ｙ方向配線１０４電子放出素子１０５，１０６結線１１１リアプレ−ト１１２支持枠１１３ガラス基板１１４蛍光膜１１５メタルバック１１６フェ−スプレ−トＨｖ高圧端子１１８外囲器１２１黒色導電材１２２蛍光体２０１表示パネル２０２走査回路２０３制御回路２０４シフトレジスタ２０５ラインメモリ２０６同期信号分離回路２０７変調信号発生器Ｖａ直流電圧源Ｖｘ直流電圧源４０１層間絶縁膜４０２，４０３コンタクトホール４０４絶縁体層４０５，４０６コンタクトホール４０７Ｃｒ膜５０１，５０２加速電極５０３，５０４絶縁体層６０１加速電極１００１ディスプレイパネル２０１の駆動回路１００２ディスプレイコントローラ１００３マルチプレクサ１００４デコーダ１００５入出力インターフェース回路１００６ＣＰＵ１００７画像生成回路１００８，１００９，１０１０画像メモリインターフ
ェース回路１０１１画像入力インターフェース回路１０１２，１０１３ＴＶ信号受信回路１０１４入力部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷陰極型電子放出素子部と、カンチレバ
ーからなるゲートとを有することを特徴とする電子放出
素子。
【請求項２】前記ゲートは、前記冷陰極型電子放出素
子部から放出された電子の飛翔方向を制御する方向制御
手段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。
【請求項３】前記冷陰極型電子放出素子部が、対向す
る一対の素子電極間に跨がる導電性薄膜に電子放出部を
有する表面伝導型電子放出素子からなることを特徴とす
る請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項４】前記カンチレバーが、圧電カンチレバー
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。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の電子放
出素子を基板上に複数備えることを特徴とする電子源。
【請求項６】前記電子源は、複数の電子放出素子を配
列した素子列を少なくとも１列以上有し、各冷陰極型電
子放出素子部を駆動するための配線がマトリクス配置さ
れていることを特徴とする請求項５に記載の電子源。
【請求項７】前記電子源は、複数の電子放出素子を配
列した素子列を少なくとも１列以上有し、各冷陰極型電
子放出素子部を駆動するための配線が梯状配置されてい
ることを特徴とする請求項５に記載の電子源。
【請求項８】入力信号に基づいて画像を形成する画像
形成装置であって、請求項５〜７のいずれかに記載の電
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具備することを特徴とす
る画像形成装置。
【請求項９】前記画像形成部材上の画素数が、前記電
子放出素子の数よりも多いことを特徴とする請求項８に
記載の画像形成装置。
【請求項１０】前記冷陰極型電子放出素子部から放出
された電子の前記画像形成部材上での照射位置が経時的
に１画素内で変化するように、前記ゲートにより電子の
飛翔方向が制御されることを特徴とする請求項８に記載
の画像形成装置。
【請求項１１】請求項８に記載の画像形成装置におい
て、前記画像形成部材は３原色カラー蛍光体を有し、そ
れぞれの電子放出素子から放出された電子は、複数色の
カラー蛍光体に照射されることを特徴とする画像形成装
置。
【請求項１２】前記３原色カラー蛍光体の配列方向
が、各冷陰極型電子放出素子部から放出されて前記ゲー
トにより飛翔方向が制御された電子の蛍光面上での変位
方向に一致することを特徴とする請求項１１に記載の画
像形成装置。