JPH09330647A

JPH09330647A - 電子放出素子、該電子放出素子を用いた電子源、該電子源を用いた画像形成装置及び該電子放出素子の製造方法

Info

Publication number: JPH09330647A
Application number: JP16669696A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Aihara; 克紀相原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-06-07
Filing date: 1996-06-07
Publication date: 1997-12-22

Abstract

(57)【要約】【課題】高品位画像形成装置を実現し得る電子ビーム
源としての電子放出素子を提供する。【解決手段】基板１上の素子電極２，３間に、電子放
出部５を有する導電性膜４を備える電子放出素子におい
て、電子放出部５の一部が、化学的気相成長法により形
成された金属窒化物膜１０により被覆されていることを
特徴とする。【効果】安定な電子放出特性と高い電子放出効率を有
する素子となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子、該
電子放出素子を多数個配置してなる電子源、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】従来より、電子放出素子には大別して熱
電子放出素子と冷陰極電子放出素子の２種類が知られて
いる。冷陰極電子放出素子には電界放出型（以下、「Ｆ
Ｅ型」と称す。）、金属／絶縁層／金属型（以下、「Ｍ
ＩＭ型」と称す。）や表面伝導型電子放出素子等が有
る。

【０００３】ＦＥ型の例としては、Ｗ．Ｐ．Ｄｙｋｅ
ａｎｄＷ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“ＦｉｅｌｄＥｍｉｓ
ｓｉｏｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎ
Ｐｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）あるいはＣ．
Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“ＰｈｙｓｉｃａｌＰｒｏｐｅｒ
ｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍ
ｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈｍｏｌｙｂ
ｄｅｎｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，４７，５２４８（１９７６）等に開示されたもの
が知られている。

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

【０００５】表面伝導型電子放出素子の例としては、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，ＲａｄｉｏＥｎｇ．Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１０，１２９０（１９６５）等
に開示されたものがある。

【０００６】表面伝導型電子放出素子は、絶縁性基板上
に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流す
ことにより、電子放出が生ずる現象を利用するものであ
る。この表面伝導型電子放出素子としては、前記エリン
ソン等によるＳｎＯ_２薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によ
るもの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“ＴｈｉｎＳｏｌｉｄ
Ｆｉｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ_２Ｏ_３
／ＳｎＯ_２薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌａ
ｎｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥＴｒａｎ
ｓ．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（１９８３）］等が報告されている。

【０００７】これらの表面伝導型電子放出素子の典型的
な例として、前述のＭ．ハートウェルの素子構成を図１
８に模式的に示す。同図において１は基板である。４は
導電性膜で、Ｈ型形状のパターンに形成された金属酸化
物薄膜等からなり、後述の通電フォーミングと呼ばれる
通電処理により電子放出部５が形成される。尚、図中の
素子電極間隔Ｌは、０．５〜１ｍｍ、Ｗ’は、０．１ｍ
ｍで設定されている。

【０００８】これらの表面伝導型電子放出素子において
は、電子放出を行う前に導電性膜４を予め通電フォーミ
ングと呼ばれる通電処理によって電子放出部５を形成す
るのが一般的である。即ち、通電フォーミングとは、前
記導電性膜４の両端に電圧を印加通電し、導電性膜４を
局所的に破壊、変形もしくは変質させて構造を変化さ
せ、電気的に高抵抗な状態の電子放出部５を形成する処
理である。尚、電子放出部５では導電性膜４の一部に亀
裂が発生しており、その亀裂付近から電子放出が行われ
る。その後有機物質のガスを含有する雰囲気下で、フォ
ーミングと同様にパルスの印加を繰り返す活性化処理を
行うことにより、電子放出部付近に炭素又は炭素化合物
が堆積し、電子放出量が増大する。

【０００９】上述の表面伝導型電子放出素子は、構造が
単純であることから、大面積に亙って多数素子を配列形
成できる利点がある。そこで、この特徴を活かすための
種々の応用が研究されている。例えば、荷電ビーム源、
表示装置等の画像形成装置への利用が挙げられる。

【００１０】従来、多数の表面伝導型電子放出素子を配
列形成した例としては、並列に表面伝導型電子放出素子
を配列し、個々の表面伝導型電子放出素子の両端（両素
子電極）を配線（共通配線とも呼ぶ）にて夫々結線した
行を多数行配列（梯子型配置とも呼ぶ）した電子源が挙
げられる（例えば、特開昭６４−３１３３２号公報、同
１−２８３７４９号公報、同２−２５７５５２号公
報）。

【００１１】また、特に表示装置においては、液晶を用
いた表示装置と同様の平板型表示装置とすることが可能
で、しかもバックライトが不要な自発光型の表示装置と
して、表面伝導型電子放出素子を多数配置した電子源
と、この電子源からの電子線の照射により可視光を発光
する蛍光体とを組み合わせた表示装置が提案されている
（アメリカ特許第５０６６８８３号明細書）。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前記電子源、画像形成
装置等に用いられる電子放出素子については、明るい表
示画像を安定して提供できるよう更に安定な電子放出特
性及び電子放出の効率向上が要望されている。

【００１３】上記電子放出の効率とは、例えば前述の表
面伝導型電子放出素子であれば、導電性膜の両端に電圧
を印加した際に、これに流れる電流（以下、「素子電
流」と呼ぶ。）と真空中に放出される電流（以下、「放
出電流」と呼ぶ。）との比で評価されるものであり、素
子電流が小さく、放出電流が大きい電子放出素子が望ま
れている。

【００１４】安定的に制御し得る電子放出特性と効率の
より一層の向上がなされれば、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
動回路等のローコスト化も図れる。

【００１５】しかしながら、上述のＭ．ハートウェルの
電子放出素子にあっては、安定な電子放出特性及び電子
放出効率について、必ずしも満足のゆくものが得られて
おらず、これを用いて高輝度で動作安定性に優れた画像
形成装置を提供することは極めて難しいというのが実状
である。

【００１６】従って、上記のような応用に用いられる電
子放出素子は、実用的な印加電圧に対して良好な電子放
出特性を有し、且つ長時間にわたってその特性を保持し
続けられることが必要である。

【００１７】本発明の目的は、上述した解決すべき技術
的課題を解決し、安定な電子放出特性を有し、電子放出
の効率向上を図った電子放出素子を提供することにあ
る。本発明の別の目的は、高輝度で動作安定性に優れた
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】上記の目的を達成すべく
成された本発明の構成は、以下の通りである。

【００１９】即ち、本発明の第一は、対向する一対の電
極間に、電子放出部を有する導電性膜を備える電子放出
素子において、前記電子放出部の少なくとも一部が、化
学的気相成長法により形成された金属窒化物を主成分と
する膜で被覆されていることを特徴とする電子放出素子
にある。

【００２０】上記本発明第一の電子放出素子は、さらに
その特徴として、「前記金属窒化物を主成分とする膜
は、前記電子放出部を境にした何れか一方の前記導電性
膜上にも配されている」こと、「前記金属窒化物を主成
分とする膜は、多結晶質、単結晶質、非晶質、又はこれ
らの混晶によって構成されている」こと、「表面伝導型
電子放出素子である」こと、「前記金属窒化物の仕事関
数が、前記電子放出部の他の構成材料の仕事関数より小
さい」こと、「前記金属窒化物の融点が、前記導電性膜
の構成材料の融点より高い」こと、をも含む。

【００２１】また、本発明の第二は、上記本発明第一の
電子放出素子の製造方法であって、少なくとも、前記導
電性膜に電子放出部を形成するフォーミング工程と、化
学的気相成長法により金属窒化物を主成分とする膜を形
成する活性化工程とを含むことを特徴とする電子放出素
子の製造方法にある。

【００２２】上記本発明第二の製造方法は、さらにその
特徴として、「前記活性化工程は、減圧下で前記一対の
電極に電圧を印加して行われる」こと、「前記一対の電
極に印加する電圧は、パルスで印加される」こと、をも
含む。

【００２３】また、本発明の第三は、入力信号に応じて
電子を放出する電子源であって、上記本発明第一の電子
放出素子を、基体上に複数個配置したことを特徴とする
電子源にある。

【００２４】上記本発明第三の電子源は、さらにその特
徴として、「前記電子放出素子の複数が梯子状に配置さ
れており、個々の電子放出素子の両素子電極が並列に二
本の行配線に接続されており、更に変調手段を有する」
こと、「前記複数の電子放出素子がマトリクス状に配置
されており、個々の電子放出素子の一方の素子電極を行
配線に接続し、個々の電子放出素子の他方の素子電極を
前記行配線と直交する列配線に接続した」こと、をも含
む。

【００２５】さらに、本発明の第四は、入力信号に基づ
いて画像を形成する装置であって、少なくとも、上記本
発明第三の電子源と、画像形成部材とによって構成され
たことを特徴とする画像形成装置にある。

【００２６】本発明者は、電子放出素子の電子放出効率
及び電子放出特性の劣化について詳細な検討を行った結
果、素子の寿命（電子放出特性の劣化時間）は、主に導
電性膜の駆動経時劣化によって制限されていることが分
かった。これは、表面伝導型電子放出は冷電子放出であ
るが、非常に薄い膜に比較的大きな電流密度の素子電流
が流れ、また、電子放出の際、電子は特に電子放出部の
高電位側の導電性膜上で散乱を起こすため、徐々に電子
放出部近傍の温度が上昇し、主に高電位側の導電性膜が
融解、凝集するためと考えている。

【００２７】本発明によれば、金属窒化物を主成分とす
る膜によって電子放出部さらには導電性膜を被覆するこ
とによって、より高い電子放出効率を達成し、且つ、駆
動経時劣化を抑制し得るものである。これにより、安定
且つ高効率の電子放出特性を保持し得る電子放出素子を
実現でき、さらには高輝度で動作安定性に優れ、良好な
画像を長期に渡って形成し得る画像形成装置を実現でき
る。

【００２８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好ましい実施態様
を示す。

【００２９】本発明を適用し得る電子放出素子は、先述
したような冷陰極型の電子放出素子に分類されるもの
で、それらの中でも電子放出特性等の観点から特に表面
伝導型の電子放出素子が好適である。このため、以下で
は表面伝導型電子放出素子を例に挙げて説明する。

【００３０】本発明を適用し得る表面伝導型電子放出素
子の基本的構成には大別して、平面型と垂直型の２つが
ある。まず、平面型の表面伝導型電子放出素子の基本的
な構成について説明する。

【００３１】図１は、本発明の平面型表面伝導型電子放
出素子の一構成例を示す模式図であり、図１（ａ）は平
面図、図１（ｂ）は縦断面図である。図１において、１
は基板、２と３は素子電極、４は導電性膜、５は電子放
出部、１０は金属窒化物を主成分とする膜（以下、「金
属窒化物膜」という。）である。

【００３２】基板１としては、石英ガラス、Ｎａ等の不
純物含有量を減少させたガラス、青板ガラス、青板ガラ
スにスパッタ法等によりＳｉＯ₂を積層した積層体、ア
ルミナ等のセラミックス及びＳｉ基板等を用いることが
できる。

【００３３】対向する素子電極２，３の材料としては、
一般的な導体材料を用いることができ、例えばＮｉ、Ｃ
ｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等
の金属或は合金及びＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ₂ 、Ｐｄ
−Ａｇ等の金属或は金属酸化物とガラス等から構成され
る印刷導体、Ｉｎ₂Ｏ₃−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。

【００３４】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、導電性
膜４の形状等は、応用される形態等を考慮して、設計さ
れる。素子電極間隔Ｌは、好ましくは、数百ｎｍから数
百μｍの範囲とすることができ、より好ましくは、素子
電極間に印加する電圧等を考慮して数μｍから数十μｍ
の範囲とすることができる。

【００３５】素子電極長さＷは、電極の抵抗値、電子放
出特性を考慮して、数μｍから数百μｍの範囲とするこ
とができる。素子電極２，３の膜厚ｄは、数十ｎｍから
数μｍの範囲とすることができる。

【００３６】尚、図１に示した構成だけでなく、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
した構成とすることもできる。

【００３７】導電性膜４を構成する材料としては、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 等の
酸化物、ＨｆＢ₂ ，ＺｒＢ₂，ＬａＢ₆ ，ＣｅＢ₆ ，Ｙ
Ｂ₄ ，ＧｄＢ₄ 等の硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，
ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣなどの炭化物、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。

【００３８】導電性膜４には、良好な電子放出特性を得
るために、微粒子で構成された微粒子膜を用いるのが好
ましい。その膜厚は、素子電極２，３へのステップカバ
レージ、素子電極２，３間の抵抗値及び後述するフォー
ミング条件等を考慮して適宜設定されるが、通常は、数
Å〜数百ｎｍの範囲とするのが好ましく、さらに好まし
くは、５〜５０ｎｍの範囲である。その抵抗値は、Ｒｓ
が１０² Ω／□から１０⁷ Ω／□の値であるのが好まし
い。なお、Ｒｓは、幅がｗで長さがｌの薄膜の長さ方向
に測定した抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ（ｌ／ｗ）と書いたとき
に現れる量である。ここで述べる微粒子膜とは、複数の
微粒子が集合した膜であり、その微細構造は、微粒子が
個々に分散配置した状態のみならず、微粒子が互いに隣
接、あるいは重なり合った状態（いくつかの微粒子が集
合し、全体として島状構造を形成している場合も含む）
をとっている。微粒子の粒径は、数Åから数百ｎｍの範
囲、好ましくは、１ｎｍから２０ｎｍの範囲である。

【００３９】なお、本明細書では頻繁に「微粒子」とい
う言葉を用いるので、その意味について説明する。

【００４０】小さな粒子を「微粒子」と呼び、これより
も小さなものを「超微粒子」と呼ぶ。「超微粒子」より
もさらに小さく、原子の数が数百個程度以下のものを
「クラスター」と呼ぶことは広く行われている。

【００４１】しかしながら、それぞれの境は厳密なもの
ではなく、どの様な性質に注目して分類するかにより変
化する。また「微粒子」と「超微粒子」を一括して「微
粒子」と呼ぶ場合もあり、本明細書中での記述はこれに
沿ったものである。

【００４２】例えば、「実験物理学講座１４表面・微
粒子」（木下是雄編、共立出版１９８６年９月１日発
行）では、「本稿で微粒子と言うときにはその直径がだ
いたい２〜３μｍ程度から１０ｎｍ程度までとし、特に
超微粒子というときは粒径が１０ｎｍ程度から２〜３ｎ
ｍ程度までを意味することにする。両者を一括して単に
微粒子と書くこともあってけっして厳密なものではな
く、だいたいの目安である。粒子を構成する原子の数が
２個から数十〜数百個程度の場合はクラスターと呼
ぶ。」（１９５ページ２２〜２６行目）と記述されて
いる。

【００４３】付言すると、新技術開発事業団の“林・超
微粒子プロジェクト”での「超微粒子」の定義は、粒径
の下限はさらに小さく、次のようなものであった。

【００４４】「創造科学技術推進制度の“超微粒子プロ
ジェクト”（１９８１〜１９８６）では、粒子の大きさ
（径）がおよそ１〜１００ｎｍの範囲のものを“超微粒
子”（ｕｌｔｒａｆｉｎｅｐａｒｔｉｃｌｅ）と呼
ぶことにした。すると１個の超微粒子はおよそ１００〜
１０⁸ 個くらいの原子の集合体という事になる。原子の
尺度でみれば超微粒子は大〜巨大粒子である。」（「超
微粒子−創造科学技術」林主税、上田良二、田崎明
編；三田出版１９８８年２ページ１〜４行目）／
「超微粒子よりさらに小さいもの、すなわち原子が数個
〜数百個で構成される１個の粒子は、ふつうクラスター
と呼ばれる」（同書２ページ１２〜１３行目）。

【００４５】上記のような一般的な呼び方をふまえて、
本明細書において「微粒子」とは多数の原子・分子の集
合体で、粒径の下限は数Å〜１ｎｍ程度、上限は数μｍ
程度のものを指すこととする。

【００４６】電子放出部５は、導電性膜４の一部に形成
された高抵抗の亀裂により構成され、導電性膜４の膜
厚、膜質、材料及び後述する通電フォーミング等の手法
等に依存したものとなる。電子放出部５の内部には、数
Åから数十ｎｍの範囲の粒径の導電性微粒子が存在する
場合もある。この導電性微粒子は、導電性膜４を構成す
る材料の元素の一部、あるいは全ての元素を含有するも
のとなる。

【００４７】金属窒化物を主成分とする膜１０は、その
組成の少なくとも半分が金属窒化物からなり、その他に
金属等を含む。これに用いられる金属窒化物は、単一金
属元素の窒化物に限らず、複数の金属元素を含む複合窒
化物であってもよい。かかる金属窒化物膜１０は、化学
的気相成長法により導電性膜４上に選択的に堆積するこ
とで形成したものである。具体的には例えば有機金属化
合物あるいは金属のハロゲン化物と、ＮＨ₃ あるいは窒
素の混合物を含む気相中で、素子電極２，３間に電圧を
印加することで、選択堆積させることができる。

【００４８】上記の金属窒化物膜１０は、通常、多結晶
質、単結晶質、非晶質、又はこれらの混晶によって構成
されているものである。

【００４９】上記の金属窒化物は仕事関数が電子放出部
を構成する他の物質より低く、望ましくは４ｅＶ以下
で、融点が、同じく高く望ましくは３０００℃前後の物
質であることが好ましい。具体的には例えばＴａＮ，Ｔ
ｉＮなどである。これにより、好ましい電子放出特性が
得られ、また従来と同等以上の動作安定性が期待され
る。

【００５０】本発明の電子放出素子では、図１に示され
るように、電子放出部５を境にした何れか一方ないし両
方の導電性膜４の少なくとも一部が、上記金属窒化物を
主成分とする膜１０により被覆されている。また、素子
電極２，３間の距離にも依るが、素子電極上にも化学的
気相成長法により形成された金属窒化物膜１０が堆積す
る場合もある。

【００５１】次に、垂直型の表面伝導型電子放出素子に
ついて説明する。

【００５２】図２は、本発明の垂直型の表面伝導型電子
放出素子の一構成例を示す模式図であり、図１に示した
部位と同じ部位には図１に付した符号と同一の符号を付
している。２１は段差形成部である。基板１、素子電極
２及び３、導電性膜４、電子放出部５、金属窒化物膜を
主成分とする１０は、前述した平面型表面伝導型電子放
出素子の場合と同様の材料で構成することができる。段
差形成部２１は、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等で
形成されたＳｉＯ₂ 等の絶縁性材料で構成することがで
きる。段差形成部２１の膜厚は、先に述べた平面型表面
伝導型電子放出素子の素子電極間隔Ｌに対応し、数百ｎ
ｍから数十μｍの範囲とすることができる。この膜厚
は、段差形成部の製法、及び、素子電極間に印加する電
圧を考慮して設定されるが、数十ｎｍから数μｍの範囲
が好ましい。

【００５３】導電性膜４は、素子電極２及び３と段差形
成部２１作製後に、該素子電極２，３の上に積層され
る。電子放出部５は、図２においては、段差形成部２１
に形成されているが、作製条件、フォーミング条件等に
依存し、形状、位置ともこれに限られるものではない。

【００５４】本発明の表面伝導型電子放出素子の製造方
法としては様々な方法があるが、その一例を図３に基づ
いて説明する。尚、図３においても図１に示した部位と
同じ部位には図１に付した符号と同一の符号を付してい
る。

【００５５】１）基板１を洗剤、純水及び有機溶剤等を
用いて十分に洗浄し、真空蒸着法、スパッタ法等により
素子電極材料を堆積後、例えばフォトリソグラフィー技
術を用いて基板１上に素子電極２，３を形成する（図３
（ａ））。

【００５６】２）素子電極２，３を設けた基板１上に、
有機金属溶液を塗布して、有機金属膜を形成する。有機
金属溶液には、前述の導電性膜４の材料の金属を主元素
とする有機化合物の溶液を用いることができる。有機金
属膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッチング等によ
りパターニングし、導電性膜４を形成する（図３
（ｂ））。ここでは、有機金属溶液の塗布法を挙げて説
明したが、導電性膜４の形成法はこれに限られるもので
はなく、真空蒸着法、スパッタ法、化学的気相堆積法、
分散塗布法、ディッピング法、スピンナー法等を用いる
こともできる。

【００５７】３）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、不図示の電源よ
り通電すると、導電性膜４の部位に、構造の変化した電
子放出部５が形成される（図３（ｃ））。通電フォーミ
ングによれば、導電性膜４に、局所的に破壊，変形もし
くは変質等の構造の変化した部位が形成される。該部位
が電子放出部５を構成する。通電フォーミングの電圧波
形の例を図４に示す。

【００５８】電圧波形は、特にパルス波形が好ましい。
これにはパルス波高値を定電圧としたパルスを連続的に
印加する図４（ａ）に示した手法と、パルス波高値を増
加させながらパルスを印加する図４（ｂ）に示した手法
がある。

【００５９】まず、パルス波高値を定電圧とした場合に
ついて図４（ａ）で説明する。図４（ａ）におけるＴ１
及びＴ２は電圧波形のパルス幅とパルス間隔である。三
角波の波高値（通電フォーミング時のピーク電圧）は、
表面伝導型電子放出素子の形態に応じて適宜選択され
る。このような条件のもと、例えば、数秒から数十分間
電圧を印加する。パルス波形は、三角波に限定されるも
のではなく、矩形波等の所望の波形を採用することがで
きる。

【００６０】次に、パルス波高値を増加させながら電圧
パルスを印加する場合について図４（ｂ）で説明する。
図４（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図４（ａ）に示し
たのと同様とすることができる。三角波の波高値（通電
フォーミング時のピーク電圧）は、例えば０．１Ｖステ
ップ程度づつ、増加させることができる。

【００６１】通電フォーミング処理の終了は、パルス間
隔Ｔ２中に、導電性膜４を局所的に破壊，変形しない程
度の電圧を印加し、電流を測定して検知することができ
る。例えば０．１Ｖ程度の電圧印加により流れる電流を
測定し、抵抗値を求めて、１ＭΩ以上の抵抗を示した
時、通電フォーミングを終了させる。

【００６２】４）フォーミングを終えた素子には金属窒
化物膜１０の選択成長をおこなう活性化工程と呼ばれる
処理を施す。この活性化工程により、素子電流Ｉｆ，放
出電流Ｉｅを、著しく変化させることができる。

【００６３】金属窒化物を主成分とする膜１０の形成
は、例えば１０^-2〜１０^-5Ｔｏｒｒ程度の真空度に保持
された真空容器内に、有機金属化合物あるいは金属のハ
ロゲン化物と、ＮＨ₃ あるいは窒素の混合物を導入し、
通電フォーミングと同様の電圧印加を行うことで形成さ
れる。即ち、化学的気相成長法により、真空中に存在す
る有機金属化合物あるいは金属のハロゲン化物と、ＮＨ
₃ あるいは窒素の混合物が分解され、金属窒化物を主成
分とし、条件によっては金属も含む堆積膜１０が形成さ
れる（図３（ｄ））。

【００６４】ここで用いる有機金属化合物あるいは金属
のハロゲン化物としては、具体的にはペンタジメチルア
ミノタンタル、テトラジメチルアミノチタン、テトラジ
エチルアミノチタン、テトラジメチルアミノジルコニウ
ム、テトラジエチルアミノジルコニウム、ＴｉＣｌ₄ 、
ＴａＣｌ₄ 、ＨｆＣｌ₄ 、ＶＣｌ₄ などが挙げられる。

【００６５】上記の活性化処理は素子電流Ｉｆと放出電
流Ｉｅを測定しながら、効率η（放出電流Ｉｅを素子電
流Ｉｆで割った値）を算出し、効率が最大となる時間で
活性化処理を終了させることが出来る。

【００６６】本発明に係る活性化処理（即ち、金属窒化
物膜形成処理）によると、例えば、図１に示されるよう
に、フォーミング処理によって変形，変質せしめた電子
放出部５の一部より主に高電位側に、化学的気相成長法
により形成された金属及び金属窒化物が、堆積する。上
記工程の途中で電圧の極性を逆転して、高電位側、低電
位側の両方に同等の金属及び金属窒化膜を堆積させても
良い。

【００６７】５）このような工程を経て得られた電子放
出素子は、安定化工程を行うことが好ましい。この工程
は、真空容器内の活性化処理のために導入した物質や、
残存する有機物質を排気する工程である。真空容器を排
気する真空排気装置は、装置から発生するオイルが素子
の特性に影響を与えないように、オイルを使用しないも
のを用いるのが好ましい。具体的には、ソープションポ
ンプ、イオンポンプ等の真空排気装置を挙げることが出
来る。

【００６８】真空容器内の活性化処理時に導入した物質
や残存する有機成分の分圧は、金属、金属化合物、炭素
及び炭素化合物がほぼ新たに堆積しない分圧で１×１０
^-8Ｔｏｒｒ以下が好ましく、さらには１×１０^-10 Ｔｏ
ｒｒ以下が特に好ましい。さらに真空容器内を排気する
ときには、真空容器全体を加熱して、真空容器内壁や、
電子放出素子に吸着した残留物質分子を排気しやすくす
るのが好ましい。このときの加熱条件は、８０〜２５０
℃好ましくは１５０℃以上で、できるだけ長時間処理す
るのが望ましいが、特にこの条件に限るものではなく、
真空容器の大きさや形状、電子放出素子の構成などの諸
条件により適宜選ばれる条件により行う。真空容器内の
圧力は極力低くすることが必要で、１×１０^-7Ｔｏｒｒ
以下が好ましく、さらには１×１０^-8Ｔｏｒｒ以下が特
に好ましい。

【００６９】安定化工程を行った後の、駆動時の雰囲気
は、上記安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが好ま
しいが、これに限るものではなく、金属化合物や有機物
質が十分除去されていれば、圧力自体は多少上昇しても
十分安定な特性を維持することが出来る。このような真
空雰囲気を採用することにより、新たな堆積物の発生を
抑制でき、また真空容器や基板などに吸着したＨ₂ Ｏ，
Ｏ₂ なども除去でき、結果として素子電流Ｉｆ，放出電
流Ｉｅが、安定する。

【００７０】上述した工程を経て得られた本発明を適用
可能な電子放出素子の基本特性について、図５，図６を
参照しながら説明する。

【００７１】図５は、真空処理装置の一例を示す模式図
であり、この真空処理装置は測定評価装置としての機能
をも兼ね備えている。図５においても、図１に示した部
位と同じ部位には図１に付した符号と同一の符号を付し
ている。

【００７２】図５において、５５は真空容器であり、５
６は排気ポンプである。真空容器５５内には電子放出素
子が配されている。また、５１は電子放出素子に素子電
圧Ｖｆを印加するための電源、５０は素子電極２，３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、５４は素子の電子放出部５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はアノード
電極５４に電圧を印加するための高圧電源、５２は電子
放出部５より放出される放出電流Ｉｅを測定するための
電流計である。一例として、アノード電極５４の電圧を
１ｋＶ〜１０ｋＶの範囲とし、アノード電極５４と電子
放出素子との距離Ｈを２〜８ｍｍの範囲として測定を行
うことができる。

【００７３】真空容器５５内には、不図示の真空計等の
真空雰囲気下での測定に必要な機器が設けられていて、
所望の真空雰囲気下での測定評価を行えるようになって
いる。

【００７４】排気ポンプ５６は、ターボポンプ、ロータ
リーポンプ等からなる通常の高真空装置系と、イオンポ
ンプ等からなる超高真空装置系とにより構成されてい
る。ここに示した電子放出素子基板を配した真空処理装
置の全体は、不図示のヒーターにより加熱できる。従っ
て、この真空処理装置を用いると、前述の通電フォーミ
ング以降の工程も行うことができる。

【００７５】図６は、図５に示した真空処理装置を用い
て測定された放出電流Ｉｅ及び素子電流Ｉｆと、素子電
圧Ｖｆとの関係を模式的に示した図である。図６におい
ては、放出電流Ｉｅが素子電流Ｉｆに比べて著しく小さ
いので、任意単位で示している。尚、縦・横軸ともリニ
アスケールである。

【００７６】図６からも明らかなように、本発明を適用
可能な表面伝導型電子放出素子は、放出電流Ｉｅに関し
て次の３つの特徴的性質を有する。

【００７７】即ち、第１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が殆ど検出されない。つまり、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。

【００７８】第２に、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに単
調増加依存するため、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制
御できる。

【００７９】第３に、アノード電極５４（図５参照）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。つまり、アノード電極５４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。

【００８０】以上の説明より理解されるように、本発明
を適用可能な表面伝導型電子放出素子は、入力信号に応
じて、電子放出特性を容易に制御できることになる。こ
の性質を利用すると複数の電子放出素子を配して構成し
た電子源、画像形成装置等、多方面への応用が可能とな
る。

【００８１】図６においては、素子電流Ｉｆが素子電圧
Ｖｆに対して単調増加する（以下、「ＭＩ特性」とい
う。）例を示したが、素子電流Ｉｆが素子電圧Ｖｆに対
して電圧制御型負性抵抗特性（以下、「ＶＣＮＲ特性」
という。）を示す場合もある（不図示）。これらの特性
は、前述の工程を制御することで制御できる。

【００８２】本発明を適用可能な電子放出素子の応用例
について以下に述べる。本発明を適用可能な表面伝導型
電子放出素子を複数個基板上に配列し、例えば電子源あ
るいは、画像形成装置が構成できる。

【００８３】電子放出素子の配列については、種々のも
のが採用できる。一例として、並列に配置した多数の電
子放出素子の個々を両端で接続し、電子放出素子の行を
多数個配し（行方向と呼ぶ）、この配線と直交する方向
（列方向と呼ぶ）で、該電子放出素子の上方に配した制
御電極（グリッドとも呼ぶ）により、電子放出素子から
の電子を制御駆動する梯子状配置のものがある。これと
は別に、電子放出素子をＸ方向及びＹ方向に行列状に複
数個配し、同じ行に配された複数の電子放出素子の電極
の一方を、Ｘ方向の配線に共通に接続し、同じ列に配さ
れた複数の電子放出素子の電極の他方を、Ｙ方向の配線
に共通に接続するものが挙げられる。このようなものは
所謂単純マトリクス配置である。まず単純マトリクス配
置について以下に詳述する。

【００８４】本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素
子については、前述した通り３つの特性がある。即ち、
表面伝導型電子放出素子からの放出電子は、閾値電圧以
上では、対向する素子電極間に印加するパルス状電圧の
波高値と幅で制御できる。一方、閾値電圧以下では、殆
ど放出されない。この特性によれば、多数の電子放出素
子を配置した場合においても、個々の素子にパルス状電
圧を適宜印加すれば、入力信号に応じて、表面伝導型電
子放出素子を選択して電子放出量を制御できる。

【００８５】以下この原理に基づき、本発明を適用可能
な電子放出素子を複数配して得られる電子源基板につい
て、図７を用いて説明する。図７において、７１は電子
源基板、７２はＸ方向配線、７３はＹ方向配線である。
７４は表面伝導型電子放出素子、７５は結線である。

【００８６】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
ッタ法等を用いて形成された導電性金属等で構成するこ
とができる。配線の材料、膜厚、幅は適宜設計される。
Ｙ方向配線７３は、Ｄｙ１，Ｄｙ２，……，Ｄｙｎのｎ
本の配線よりなり、Ｘ方向配線７２と同様に形成され
る。これらｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ方向配線７
３との間には、不図示の層間絶縁層が設けられており、
両者を電気的に分離している（ｍ，ｎは、共に正の整
数）。

【００８７】不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等を用いて形成されたＳｉＯ₂ 等で構成
される。例えば、Ｘ方向配線７２を形成した基板７１の
全面或は一部に所望の形状で形成され、特に、Ｘ方向配
線７２とＹ方向配線７３の交差部の電位差に耐え得るよ
うに、膜厚、材料、製法が適宜設定される。Ｘ方向配線
７２とＹ方向配線７３は、それぞれ外部端子として引き
出されている。

【００８８】表面伝導型電子放出素子７４を構成する一
対の素子電極（不図示）は、それぞれｍ本のＸ方向配線
７２とｎ本のＹ方向配線７３に、導電性金属等からなる
結線７５によって電気的に接続されている。

【００８９】配線７２と配線７３を構成する材料、結線
７５を構成する材料及び一対の素子電極を構成する材料
は、その構成元素の一部あるいは全部が同一であって
も、また夫々異なってもよい。これらの材料は、例えば
前述の素子電極の材料より適宜選択される。素子電極を
構成する材料と配線材料が同一である場合には、素子電
極に接続した配線は素子電極ということもできる。

【００９０】Ｘ方向配線７２には、Ｘ方向に配列した表
面伝導型電子放出素子７４の行を選択するための走査信
号を印加する不図示の走査信号印加手段が接続される。
一方、Ｙ方向配線７３には、Ｙ方向に配列した表面伝導
型電子放出素子７４の各列を入力信号に応じて変調する
ための、不図示の変調信号発生手段が接続される。各電
子放出素子に印加される駆動電圧は、当該素子に印加さ
れる走査信号と変調信号の差電圧として供給される。

【００９１】上記構成においては、単純なマトリクス配
線を用いて、個別の素子を選択し、独立に駆動可能とす
ることができる。

【００９２】このような単純マトリクス配置の電子源を
用いて構成した画像形成装置について、図８と図９及び
図１０を用いて説明する。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。

【００９３】図８において、７１は電子放出素子を複数
配した電子源基板、８１は電子源基板７１を固定したリ
アプレート、８６はガラス基板８３の内面に蛍光膜８４
とメタルバック８５等が形成されたフェースプレートで
ある。８２は支持枠であり、該支持枠８２には、リアプ
レート８１、フェースプレート８６がフリットガラス等
を用いて接続されている。８８は外囲器であり、例えば
大気中あるいは窒素中で、４００〜５００℃の温度範囲
で１０分間以上焼成することで、封着して構成される。

【００９４】７４は、図１に示したような電子放出素子
である。７２，７３は、表面伝導型電子放出素子の一対
の素子電極と接続されたＸ方向配線及びＹ方向配線あ
る。

【００９５】外囲器８８は、上述の如く、フェースプレ
ート８６、支持枠８２、リアプレート８１で構成され
る。リアプレート８１は主に基板７１の強度を補強する
目的で設けられるため、基板７１自体で十分な強度を持
つ場合は別体のリアプレート８１は不要とすることがで
きる。即ち、基板７１に直接支持枠８２を封着し、フェ
ースプレート８６、支持枠８２及び基板７１で外囲器８
８を構成してもよい。一方、フェースプレート８６とリ
アプレート８１の間に、スぺーサーと呼ばれる不図示の
支持体を設置することにより、大気圧に対して十分な強
度をもつ外囲器８８を構成することもできる。

【００９６】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で構成する
ことができる。カラーの蛍光膜の場合は、蛍光体の配列
により、ブラックストライプ（図９（ａ））あるいはブ
ラックマトリクス（図９（ｂ））等と呼ばれる黒色導電
材９１と蛍光体９２とから構成することができる。ブラ
ックストライプ、ブラックマトリクスを設ける目的は、
カラー表示の場合、必要となる三原色蛍光体の各蛍光体
９２間の塗り分け部を黒くすることで混色等を目立たな
くすることと、蛍光膜８４における外光反射によるコン
トラストの低下を抑制することにある。黒色導電材９１
の材料としては、通常用いられている黒鉛を主成分とす
る材料の他、導電性があり、光の透過及び反射が少ない
材料を用いることができる。

【００９７】ガラス基板８３に蛍光体を塗布する方法
は、モノクローム、カラーによらず、沈澱法や印刷法等
が採用できる。蛍光膜８４の内面側には、通常メタルバ
ック８５が設けられる。メタルバックを設ける目的は、
蛍光体の発光のうち内面側への光をフェースプレート８
６側へ鏡面反射することにより輝度を向上させること、
電子ビーム加速電圧を印加するための電極として作用さ
せること、外囲器内で発生した負イオンの衝突によるダ
メージから蛍光体を保護すること等である。メタルバッ
クは、蛍光膜作製後、蛍光膜の内面側表面の平滑化処理
（通常、「フィルミング」と呼ばれる。）を行い、その
後Ａｌを真空蒸着等を用いて堆積させることで作製でき
る。

【００９８】フェースプレート８６には、更に蛍光膜８
４の導電性を高めるため、蛍光膜８４の外面側に透明電
極（不図示）を設けてもよい。

【００９９】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体と電子放出素子とを対応させる必要があり、十分
な位置合わせが不可欠となる。

【０１００】図８に示した画像形成装置は、例えば以下
のようにして製造される。

【０１０１】外囲器８８内は、前述の安定化工程と同様
に、適宜加熱しながら、イオンポンプ、ソープションポ
ンプ等のオイルを使用しない排気装置により不図示の排
気管を通じて排気し、１０^-7Ｔｏｒｒ程度の真空度の有
機物質の十分に少ない雰囲気にした後、封止が成され
る。外囲器８８の封止後の真空度を維持するために、ゲ
ッター処理を行うこともできる。これは、外囲器８８の
封止を行う直前あるいは封止後に、抵抗加熱あるいは高
周波加熱等を用いた加熱により、外囲器８８内の所定の
位置に配置されたゲッター（不図示）を加熱し、蒸着膜
を形成する処理である。ゲッターは通常Ｂａ等が主成分
であり、該蒸着膜の吸着作用により、例えば１×１０^-7
Ｔｏｒｒ以上の真空度を維持するものである。ここで、
表面伝導型電子放出素子のフォーミング処理以降の工程
は、適宜設定できる。

【０１０２】次に、単純マトリクス配置の電子源を用い
て構成した表示パネルに、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に
基づいたテレビジョン表示を行う為の駆動回路の構成例
について、図１０を用いて説明する。図１０において、
１０１は画像表示パネル、１０２は走査回路、１０３は
制御回路、１０４はシフトレジスタ、１０５はラインメ
モリ、１０６は同期信号分離回路、１０７は変調信号発
生器、Ｖｘ及びＶａは直流電圧源である。

【０１０３】表示パネル１０１は、端子Ｄｘ１乃至Ｄｘ
ｍ、端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｎ及び高圧端子８７を介して外
部の電気回路と接続している。端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍに
は、表示パネル１０１内に設けられている電子源、即
ち、ｍ行ｎ列の行列状にマトリクス配線された表面伝導
型電子放出素子群を１行（ｎ素子）づつ順次駆動する為
の走査信号が印加される。端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｎには、
前記走査信号により選択された１行の表面伝導型電子放
出素子の各素子の出力電子ビームを制御する為の変調信
号が印加される。高圧端子８７には、直流電圧源Ｖａよ
り、例えば１０Ｋ［Ｖ］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から放出される電子ビーム
に、蛍光体を励起するのに十分なエネルギーを付与する
為の加速電圧である。

【０１０４】走査回路１０２について説明する。同回路
は、内部にｍ個のスイッチング素子（図中、Ｓ１乃至Ｓ
ｍで模式的に示している）を備えたものである。各スイ
ッチング素子は、直流電圧電源Ｖｘの出力電圧もしくは
０［Ｖ］（グランドレベル）のいずれか一方を選択し、
表示パネル１０１の端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍと電気的に接
続される。各スイッチング素子Ｓ１乃至Ｓｍ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。

【０１０５】直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には表面伝
導型電子放出素子の特性（電子放出閾値電圧）に基づ
き、走査されていない素子に印加される駆動電圧が電子
放出閾値電圧以下となるような一定電圧を出力するよう
設定されている。

【０１０６】制御回路１０３は、外部より入力される画
像信号に基づいて適切な表示が行われるように、各部の
動作を整合させる機能を有する。制御回路１０３は、同
期信号分離回路１０６より送られる同期信号Ｔｓｙｎｃ
に基づいて、各部に対してＴｓｃａｎ，Ｔｓｆｔ及びＴ
ｍｒｙの各制御信号を発生する。

【０１０７】同期信号分離回路１０６は、外部から入力
されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から、同期信号成分と
輝度信号成分とを分離するための回路で、一般的な周波
数分離（フィルター）回路等を用いて構成できる。同期
信号分離回路１０６により分離された同期信号は、垂直
同期信号と水平同期信号より成るが、ここでは説明の便
宜上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。このＤＡＴＡ信号は、シフトレジスタ１０
４に入力される。

【０１０８】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よ
い。）。シリアル／パラレル変換された画像１ライン分
のデータ（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当）
は、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。

【０１０９】ラインメモリ１０５は、画像１ライン分の
データを必要時間の間だけ記憶する為の記憶装置であ
り、制御回路１０３より送られる制御信号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。

【０１１０】変調信号発生器１０７は、画像データＩ
ｄ’１乃至Ｉｄ’ｎの各々に応じて、表面伝導型電子放
出素子の各々を適切に駆動変調する為の信号源であり、
その出力信号は、端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｎ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。

【０１１１】前述したように、本発明を適用可能な電子
放出素子は放出電流Ｉｅに関して以下の基本特性を有し
ている。即ち、電子放出には明確な閾値電圧Ｖｔｈがあ
り、Ｖｔｈ以上の電圧が印加された時のみ電子放出が生
じる。電子放出閾値以上の電圧に対しては、素子への印
加電圧の変化に応じて放出電流も変化する。このことか
ら、本素子にパルス状の電圧を印加する場合、例えば電
子放出閾値電圧以下の電圧を印加しても電子放出は生じ
ないが、電子放出閾値電圧以上の電圧を印加する場合に
は電子ビームが出力される。その際、パルスの波高値Ｖ
ｍを変化させることにより、出力電子ビームの強度を制
御することが可能である。また、パルスの幅Ｐｗを変化
させることにより、出力される電子ビームの電荷の総量
を制御することが可能である。

【０１１２】従って、入力信号に応じて電子放出素子を
変調する方式としては、電圧変調方式とパルス幅変調方
式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際して
は、変調信号発生器１０７としては、一定長さの電圧パ
ルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パル
スの波高値を変調できるような電圧変調方式の回路を用
いることができる。パルス幅変調方式を実施するに際し
ては、変調信号発生器１０７として、一定の波高値の電
圧パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧
パルスの幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を
用いることができる。

【０１１３】シフトレジスタ１０４やラインメモリ１０
５は、デジタル信号式のものでもアナログ信号式のもの
でも採用できる。画像信号のシリアル／パラレル変換や
記憶が所定の速度で行なわれれば良いからである。

【０１１４】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路１０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化
する必要があるが、これには同期信号分離回路１０６の
出力部にＡ／Ｄ変換器を設ければ良い。これに関連して
ラインメモリ１０５の出力信号がデジタル信号かアナロ
グ信号かにより、変調信号発生器１０７に用いられる回
路が若干異なったものとなる。即ち、デジタル信号を用
いた電圧変調方式の場合、変調信号発生器１０７には、
例えばＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増幅回路等
を付加する。パルス幅変調方式の場合、変調信号発生器
１０７には、例えば高速の発振器及び発振器の出力する
波数を計数する計数器（カウンタ）及び計数器の出力値
と前記メモリの出力値を比較する比較器（コンパレー
タ）を組み合わせた回路を用いる。必要に応じて、比較
器の出力するパルス幅変調された変調信号を表面伝導型
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。

【０１１５】アナログ信号を用いた電圧変調方式の場
合、変調信号発生器１０７には、例えばオペアンプ等を
用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフト
回路等を付加することもできる。パルス幅変調方式の場
合には、例えば電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）を採用で
き、必要に応じて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。

【０１１６】このような構成をとり得る本発明を適用可
能な画像形成装置においては、各電子放出素子に、容器
外端子Ｄｘ１乃至Ｄｘｍ、Ｄｙ１乃至Ｄｙｎを介して電
圧を印加することにより、電子放出が生じる。高圧端子
８７を介してメタルバック８５あるいは透明電極（不図
示）に高圧を印加し、電子ビームを加速する。加速され
た電子は、蛍光膜８４に衝突し、発光が生じて画像が形
成される。

【０１１７】ここで述べた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方式等の他、
これらよりも多数の走査線からなるＴＶ信号（例えば、
ＭＵＳＥ方式をはじめとする高品位ＴＶ）方式をも採用
できる。

【０１１８】次に、前述の梯子型配置の電子源及び画像
形成装置について、図１１及び図１２を用いて説明す
る。

【０１１９】図１１は、梯子型配置の電子源の一例を示
す模式図である。図１１において、１１０は電子源基
板、１１１は電子放出素子である。１１２は、電子放出
素子１１１を接続するための共通配線Ｄ１〜Ｄ１０であ
り、これらは外部端子として引き出されている。電子放
出素子１１１は、基板１１０上に、Ｘ方向に並列に複数
個配置されている（これを素子行と呼ぶ）。この素子行
が複数個配置されて、電子源を構成している。各素子行
の共通配線間に駆動電圧を印加することで、各素子行を
独立に駆動させることができる。即ち、電子ビームを放
出させたい素子行には、電子放出閾値以上の電圧を印加
し、電子ビームを放出させたくない素子行には、電子放
出閾値以下の電圧を印加する。各素子行間に位置する共
通配線Ｄ２〜Ｄ９は、例えばＤ２とＤ３を一体の同一配
線とすることもできる。

【０１２０】図１２は、梯子型配置の電子源を備えた画
像形成装置におけるパネル構造の一例を示す模式図であ
る。１２０はグリッド電極、１２１は電子が通過するた
めの開口、Ｄ１乃至Ｄｍは容器外端子、Ｇ１乃至Ｇｎは
グリッド電極１２０と接続された容器外端子である。１
１０は各素子行間の共通配線を同一配線とした電子源基
板である。図１２においては、図８、図１１に示した部
位と同じ部位には、これらの図に付したのと同一の符号
を付している。ここに示した画像形成装置と、図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】図１２においては、基板１１０とフェース
プレート８６の間には、グリッド電極１２０が設けられ
ている。グリッド電極１２０は、表面伝導型電子放出素
子１１１から放出された電子ビームを変調するためのも
のであり、梯子型配置の素子行と直交して設けられたス
トライプ状の電極に電子ビームを通過させるため、各素
子に対応して１個ずつ円形の開口１２１が設けられてい
る。グリッド電極の形状や配置位置は、図１２に示した
ものに限定されるものではない。例えば、開口としてメ
ッシュ状に多数の通過口を設けることもでき、グリッド
電極を表面伝導型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Ｄ１乃至Ｄｍ及びグリッド容器
外端子Ｇ１乃至Ｇｎ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）して行くのと同期してグリッド電極
列に画像１ライン分の変調信号を同時に印加する。これ
により、各電子ビームの蛍光体への照射を制御し、画像
を１ラインずつ表示することができる。

【０１２４】以上説明した本発明の画像形成装置は、テ
レビジョン放送の表示装置、テレビ会議システムやコン
ピューター等の表示装置の他、感光性ドラム等を用いて
構成された光プリンターとしての画像形成装置等として
も用いることができる。

【０１２５】

【実施例】以下に、具体的な実施例を挙げて本発明を説
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。

【０１２６】［実施例１］本実施例に係わる基本的な表
面伝導型電子放出素子の構成は、図１（ａ），（ｂ）の
平面図及び断面図と同様である。図１において、１は基
板、２と３は素子電極、４は導電性膜、５は電子放出
部、１０は金属窒化物膜である。

【０１２７】本実施例に係わる表面伝導型電子放出素子
の製造法は、基本的には図３と同様であり、以下、図１
及び図３を用いて、本実施例に係わる素子の基本的な構
成及び製造法を順を追って説明する。

【０１２８】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て基板１を得た。この基板１
上に、素子電極２，３と所望の素子電極間ギャップとな
るべきパターンを、ホトレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−
４１／日立化成社製）を用いて形成し、真空蒸着法によ
り、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ１００ｎｍ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、Ｎ
ｉ／Ｔｉ堆積膜をリフトオフし、素子電極間隔Ｌ＝３μ
ｍ、素子電極の幅Ｗ＝３００μｍの素子電極２，３を形
成した（図３（ａ））。

【０１２９】工程−ｂ本工程に関わる導電性膜形成用のマスクは、素子電極間
ギャップ及びこの近傍に開口を有するマスクであり、こ
のマスクにより不図示の膜厚１００ｎｍ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。こうして形成されたＰｄを主元素としてなる微粒
子からなる導電性膜４の膜厚は、１０ｎｍ、シート抵抗
値は２×１０⁴ Ω／□であった。このＰｄ微粒子膜は、
複数の微粒子が集合した膜であった。続いて、Ｃｒ膜を
酸エッチャントによりエッチングしてリフトオフにより
所望のパターンを有する導電性膜４を形成した（図３
（ｂ））。

【０１３０】工程−ｃ次に、上記基板１を図５の真空処理装置の真空容器５５
内に設置し、フォーミング処理を行った。具体的には、
排気ポンプ５６を用いて真空容器５５排気し、２×１０
^-5Ｔｏｒｒの真空度とした。次に、素子に素子電圧Ｖｆ
を印加するための電源５１より、素子の素子電極２，３
間に電圧を印加し、通電処理（フォーミング処理）を施
し、電子放出部５を形成した（図３（ｃ））。通電フォ
ーミング処理の電圧波形は図４（ｂ）に示したものであ
る。

【０１３１】本実施例では、図４（ｂ）中のＴ１を１ｍ
ｓ、Ｔ２を１０ｍｓとし、三角波ではなく矩形波を用
い、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っ
た。また、フォーミング処理中は、Ｔ２間に０．１Ｖの
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１
ＭΩ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。このとき、代表的な素子のフォーミング電
圧は、約５．１Ｖ程度であった。

【０１３２】工程−ｄ続いて、ペンタジメチルアミノタンタルをＮＨ₃ ガスを
キャリアーに用いて、スローリークバルブ（不図示）を
介して真空容器５５内に導入すると共に、排気系を操作
して該容器内を１．０×１０^-3Ｔｏｒｒの圧力に維持し
た。次に、フォーミング処理した素子に、図４（ａ）に
示した波高値１４Ｖの三角波パルスを印加して活性化処
理を行い、金属窒化物膜１０を形成した（図３
（ｄ））。この時、素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅを測
定しながら活性化処理を行ったところ、電子放出効率η
（Ｉｅ／Ｉｆ）が、約３０分で最大になったため、そこ
で通電を停止し、スローリークバルブを閉め、活性化工
程を終了した。

【０１３３】このようにして得られた電子放出素子の電
気特性について、引き続き上記の真空処理装置（図５参
照）を用いて評価した。

【０１３４】具体的には、アノード電極５４と電子放出
素子間の距離Ｈを４ｍｍ、アノード電極５４の電位を１
ｋＶ、真空容器５５内の真空度を１×１０^-8Ｔｏｒｒと
し、素子電極２，３間に素子電圧を１４Ｖを印加し、そ
の時に流れる素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅを測定し
た。本実施例の電子放出素子では、測定初期より素子電
流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅが安定しており、長時間の駆動
においてもほとんど変化せず、素子電圧１４Ｖでは素子
電流Ｉｆが２．１ｍＡ、放出電流Ｉｅが２．０μＡとな
り、電子放出効率ηは０．１％であった。

【０１３５】走査電子顕微鏡で観察した素子の形態は、
図１に示したものと同様である。即ち、活性化処理時の
素子への電圧の印加方向に依存して、主に電子放出部５
の一部より高電位側に、ＴａＮを主成分とし、若干の金
属を含む被膜（金属窒化物を主成分とする膜１０）が形
成されていた。更に高倍率のＦＥ−ＳＥＭで観察する
と、この被膜は、導電性膜４を構成している金属微粒子
の周囲及び微粒子間にも形成されているようであった。
また、ＴＥＭ等で素子表面を観察したところ、被膜の表
面では、多結晶、アモルファスからなる金属窒化物を主
成分とする被膜が観察された。

【０１３６】［実施例２］実施例１における工程−ｄを
以下のようにして行った以外は、実施例１と全く同様に
して図１に示したような電子放出素子を作製した。

【０１３７】工程−ｄＴｉＣｌ₄ をＮＨ₃ ガスをキャリアーに用いて、スロー
リークバルブ（不図示）を介して真空容器５５内に導入
すると共に、排気系を操作して該容器内を１．０×１０
^-3Ｔｏｒｒの圧力に維持した。次に、フォーミング処理
した素子に、図４（ａ）に示した波高値１４Ｖの三角波
パルスを印加して活性化処理を行い、金属窒化物を主成
分とする膜１０を形成した（図３（ｄ））。この時、素
子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅを測定しながら活性化処理
を行ったところ、電子放出効率ηが約３０分で最大にな
ったため、そこで通電を停止し、スローリークバルブを
閉め、活性化工程を終了した。

【０１３８】このようにして得られた電子放出素子の電
気特性について、実施例１と同様に評価したところ、本
実施例の電子放出素子においても、測定初期より素子電
流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅが安定しており、長時間の駆動
においてもほとんど変化せず、素子電圧１４Ｖでは素子
電流Ｉｆが２．２ｍＡ、放出電流Ｉｅが２．３μＡとな
り、電子放出効率ηは０．１％であった。

【０１３９】走査電子顕微鏡で観察した素子の形態は、
図１に示したものと同様である。即ち、活性化処理時の
素子への電圧の印加方向に依存して、主に電子放出部５
の一部より高電位側に、ＴｉＮを主成分とし、若干のＴ
ｉを有する被膜（金属窒化物を主成分とする膜１０）が
形成されていた。更に高倍率のＦＥ−ＳＥＭで観察する
と、この被膜は、導電性膜４を構成している金属微粒子
の周囲及び微粒子間にも形成されているようであった。

【０１４０】比較のため、ＴｉＣｌ₄ とＮＨ₃ ガスを真
空容器５５内に導入せず、排気系を操作して該容器内を
１．０×１０^-3Ｔｏｒｒの圧力に維持した状態で従来の
活性化を行って作製した素子についても、同様の電子放
出特性の評価を行った。その結果は、素子電圧１４Ｖで
は素子電流Ｉｆが２．２ｍＡ、放出電流Ｉｅが１．７μ
Ａとなり、電子放出効率ηは０．０８％であった。

【０１４１】［実施例３］本実施例は、多数の表面伝導
型電子放出素子を単純マトリクス配置した電子源を用い
て、画像形成装置を作製した例である。

【０１４２】複数の導電性膜がマトリクス配線された基
板の一部の平面図を図１３に示す。また、図中のＡ−
Ａ’断面図を図１４に示す。但し、図１３、図１４で同
じ符号で示したものは、同じ部材を示す。ここで１は基
板、７２は図７のＤｘｍに対応するＸ方向配線（下配線
とも呼ぶ）、７３は図７のＤｙｎに対応するＹ方向配線
（上配線とも呼ぶ）、４は導電性膜、２と３は素子電
極、１６１は層間絶縁層、１６２は素子電極２と下配線
７２との電気的接続のためのコンタクトホールである。

【０１４３】先ず、本実施例の電子源基板の製造方法
を、図１５及び図１６を用いて工程順に従って具体的に
説明する。尚、以下に説明する工程−ａ〜ｈは、それぞ
れ図１５の（ａ）〜（ｄ）及び図１６の（ｅ）〜（ｈ）
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て基板１を得た。この基板１
上に、真空蒸着により厚さ５ｎｍのＣｒ、厚さ６００ｎ
ｍ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堆積膜をウエ
ットエッチングして、所望の形状の下配線７２を形成し
た。

【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１６１をＲＦスパッタ法により堆積した。

【０１４６】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
６２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１６１をエッチングしてコ
ンタクトホール１６２を形成した。エッチングはＣＦ₄
とＨ₂ ガスを用いたＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎ
Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によった。

【０１４７】工程−ｄその後、素子電極と素子電極間ギャップを得るべくパタ
ーンを、ホトレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−４１／日立
化成社製）を用いて形成し、真空蒸着法により、厚さ５
ｎｍのＴｉ、厚さ１００ｎｍのＮｉを順次堆積させた。
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Ｌが３μｍとし、
素子電極の幅Ｗが３００μｍの素子電極２，３を形成し
た。

【０１４８】工程−ｅ素子電極２，３の上に上配線のホトレジストパターンを
形成した後、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ５００ｎｍ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。

【０１４９】工程−ｆ本工程に関わる導電性膜形成用のマスクは、素子電極間
ギャップ及びこの近傍に開口を有するマスクであり、こ
のマスクにより膜厚１００ｎｍのＣｒ膜１６３を真空蒸
着により堆積・パターニングし、その上に有機Ｐｄ（ｃ
ｃｐ４２３０／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。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４の膜厚は１０ｎｍ、シート抵抗値
は２×１０⁴ Ω／□であった。このＰｄ微粒子膜は、複
数の微粒子が集合した膜であった。

【０１５０】工程−ｇＣｒ膜１６３および焼成後の導電性膜４を、レジストを
用いてＡｒによるドライエッチングによりエッチングし
て、所望のパターンを有する導電性膜４を得た。

【０１５１】工程−ｈコンタクトホール１６２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５ｎｍの
Ｔｉ、厚さ５００ｎｍのＡｕを順次堆積させた。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１６２を埋め込んだ。

【０１５２】以上の工程により、複数の導電性膜４がマ
トリクス配線された電子源基板１（図１３）を作製し、
次にこの電子源基板１を用いて画像形成装置を作製し
た。作製手順を図８と図９を用いて説明する。

【０１５３】先ず、上記複数の導電性膜４がマトリクス
配線された基板１（図１３）をリアプレート８１上に固
定した後、基板１の５ｍｍ上方に、フェースプレート８
６（ガラス基板８３の内面に蛍光膜８４とメタルバック
８５が形成されて構成される）を支持枠８２を介して配
置し、フェースプレート８６、支持枠８２、リアプレー
ト８１の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中で４
３０℃で１０分以上焼成することで封着した（図８）。
なお、リアプレート８１への基板１の固定もフリットガ
ラスで行った。

【０１５４】蛍光膜８４は、カラーを実現するために、
ストライプ形状（図９（ａ）参照）の蛍光体とし、先に
ブラックストライプを形成し、その間隙部にスラリー法
により各色蛍光体９２を塗布して蛍光膜８４を作製し
た。ブラックストライプの材料としては、通常よく用い
られている黒鉛を主成分とする材料を用いた。

【０１５５】また、蛍光膜８４の内面側にはメタルバッ
ク８５を設けた。メタルバック８５は、蛍光膜８４の作
製後、蛍光膜８４の内面側表面の平滑化処理（通常、フ
ィルミングと呼ばれる）を行い、その後、Ａｌを真空蒸
着することで作製した。

【０１５６】フェースプレート８６には、更に蛍光膜８
４の導電性を高めるため、蛍光膜８４の外面側に透明電
極を設ける場合もあるが、本実施例ではメタルバック８
５のみで十分な導電性が得られたので省略した。

【０１５７】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体９２と電子放出素子７４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。

【０１５８】以上のようにして完成した外囲器８８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乃至Ｄ
ｘｍとＤｙ１乃至Ｄｙｎを通じ素子電極２，３間に電圧
を印加し、導電性膜４をフォーミング処理することによ
り、電子放出部５を形成した。フォーミング処理の電圧
波形は、図４（ｂ）に示したものと同様である。本実施
例ではＴ１を１ｍｓ、Ｔ２を１０ｍｓとし、約１×１０
^-5Ｔｏｒｒの真空雰囲気下で行った。

【０１５９】このようにして形成された電子放出部５
は、パラジウム元素を主成分とする微粒子が分散配置さ
れて構成されており、その微粒子の平均粒径は３ｎｍで
あった。

【０１６０】次に、不図示の排気管よりペンタジエチル
アミノタンタルをキャリアガスとしてＮＨ₃ と共にパネ
ル（外囲器８８）内に導入した。フォーミングと同一の
三角波で、波高１４Ｖ、２×１０^-5Ｔｏｒｒの真空度の
下、素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅを測定しながら、活性
化処理を行った。

【０１６１】以上のようにフォーミング，活性化処理を
行い、電子放出部５を形成し、電子放出素子７４を作製
した。

【０１６２】この後、不図示の排気管を通じ、外囲器８
８内を１０^-6Ｔｏｒｒ程度の真空度まで排気し、該排気
管をガスバーナーで熱することで溶着し、外囲器８８の
封止を行った。最後に、封止後の真空度を維持するため
に、高周波加熱法でゲッター処理を行った。

【０１６３】以上のようにして完成した本発明の画像形
成装置において、容器外端子Ｄｘ１乃至ＤｘｍとＤｙ１
乃至Ｄｙｎを介して、不図示の信号発生手段で発生させ
た走査信号及び変調信号を各電子放出素子に夫々印加す
ることにより電子放出させ、高圧端子８７を介してメタ
ルバック８４に数ｋＶ以上の高圧を印加して、放出電子
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。

【０１６４】本実施例における画像表示装置は、長時間
にわたり安定して良好な画像を表示することができた。

【０１６５】［実施例４］図１７は、前述の本発明の表
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（図８）に、例えばテレビジョン放送を初めと
する種々の画像情報源より提供される画像情報を表示で
きるように構成した本発明の画像形成装置の一例を示す
図である。

【０１６６】図中２０１はディスプレイパネル、１００
１はディスプレイパネルの駆動回路、１００２はディス
プレイコントローラ、１００３はマルチプレクサ、１０
０４はデコーダ、１００５は入出力インターフェース回
路、１００６はＣＰＵ、１００７は画像生成回路、１０
０８及び１００９及び１０１０は画像メモリーインター
フェース回路、１０１１は画像入力インターフェース回
路、１０１２及び１０１３はＴＶ信号受信回路、１０１
４は入力部である。

【０１６７】尚、本画像形成装置は、例えばテレビジョ
ン信号のように、映像情報と音声情報の両方を含む信号
を受信する場合には当然映像の表示と同時に音声を再生
するものであるが、本発明の特徴と直接関係しない音声
情報の受信、分離、再生、処理、記憶等に関する回路や
スピーカー等については説明を省略する。

【０１６８】以下、画像信号の流れに沿って各部の機能
を説明する。

【０１６９】まず、ＴＶ信号受信回路１０１３は、例え
ば電波や空間光通信等のような無線伝送系を用いて伝送
されるＴＶ信号を受信するための回路である。

【０１７０】受信するＴＶ信号の方式は特に限られるも
のではなく、例えばＮＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式、ＳＥＣ
ＡＭ方式等、いずれの方式でもよい。また、これらより
更に多数の走査線よりなるＴＶ信号、例えばＭＵＳＥ方
式を初めとする所謂高品位ＴＶは、大面積化や大画素数
化に適した前記ディスプレイパネルの利点を生かすのに
好適な信号源である。

【０１７１】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。

【０１７２】ＴＶ信号受信回路１０１２は、例えば同軸
ケーブルや光ファイバー等のような有線伝送系を用いて
伝送されるＴＶ信号を受信するための回路である。前記
ＴＶ信号受信回路１０１３と同様に、受信するＴＶ信号
の方式は特に限られるものではなく、また本回路で受信
されたＴＶ信号もデコーダ１００４に出力される。

【０１７３】画像入力インターフェース回路１０１１
は、例えばＴＶカメラや画像読み取りスキャナーなどの
画像入力装置から供給される画像信号を取り込むための
回路で、取り込まれた画像信号はデコーダ１００４に出
力される。

【０１７４】画像メモリーインターフェース回路１０１
０は、ビデオテープレコーダー（以下ＶＴＲと略す）に
記憶されている画像信号を取り込むための回路で、取り
込まれた画像信号はデコーダ１００４に出力される。

【０１７５】画像メモリーインターフェース回路１００
９は、ビデオディスクに記憶されている画像信号を取り
込むための回路で、取り込まれた画像信号はデコーダ１
００４に出力される。

【０１７６】画像メモリーインターフェース回路１００
８は、静止画ディスクのように、静止画像データを記憶
している装置から画像信号を取り込むための回路で、取
り込まれた静止画像データはデコーダ１００４に入力さ
れる。

【０１７７】入出力インターフェース回路１００５は、
本表示装置と、外部のコンピュータもしくはコンピュー
タネットワークもしくはプリンターなどの出力装置とを
接続するための回路である。画像データや文字・図形情
報の入出力を行うのは勿論のこと、場合によっては本画
像形成装置の備えるＣＰＵ１００６と外部との間で制御
信号や数値データの入出力などを行うことも可能であ
る。

【０１７８】画像生成回路１００７は、前記入出力イン
ターフェース回路１００５を介して外部から入力される
画像データや文字・図形情報や、あるいはＣＰＵ１００
６より出力される画像データや文字・図形情報に基づ
き、表示用画像データを生成するための回路である。本
回路の内部には、例えば画像データや文字・図形情報を
蓄積するための書き換え可能メモリーや、文字コードに
対応する画像パターンが記憶されている読み出し専用メ
モリーや、画像処理を行うためのプロセッサー等を初め
として、画像の生成に必要な回路が組み込まれている。

【０１７９】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。

【０１８０】ＣＰＵ１００６は、主として本表示装置の
動作制御や、表示画像の生成や選択や編集に関わる作業
を行う。

【０１８１】例えば、マルチプレクサ１００３に制御信
号を出力し、ディスプレイパネルに表示する画像信号を
適宜選択したり組み合わせたりする。その際には表示す
る画像信号に応じてディスプレイパネルコントローラ１
００２に対して制御信号を発生し、画面表示周波数や走
査方法（例えばインターレースかノンインターレース
か）や一画面の走査線の数など表示装置の動作を適宜制
御する。また、前記画像生成回路１００７に対して画像
データや文字・図形情報を直接出力したり、あるいは前
記入出力インターフェース回路１００５を介して外部の
コンピュータやメモリーをアクセスして画像データや文
字・図形情報を入力する。

【０１８２】尚、ＣＰＵ１００６は、これ以外の目的の
作業にも関わるものであってよい。例えば、パーソナル
コンピュータやワードプロセッサ等のように、情報を生
成したり処理する機能に直接関わってもよい。あるいは
前述したように、入出力インターフェース回路１００５
を介して外部のコンピュータネットワークと接続し、例
えば数値計算等の作業を外部機器と協同して行ってもよ
い。

【０１８３】入力部１０１４は、前記ＣＰＵ１００６に
使用者が命令やプログラム、あるいはデータなどを入力
するためのものであり、例えばキーボードやマウスの
他、ジョイスティック、バーコードリーダー、音声認識
装置等の多様な入力機器を用いることが可能である。

【０１８４】デコーダ１００４は、前記１００７ないし
１０１３より入力される種々の画像信号を３原色信号、
又は輝度信号とＩ信号、Ｑ信号に逆変換するための回路
である。尚、図中に点線で示すように、デコーダ１００
４は内部に画像メモリーを備えるのが望ましい。これ
は、例えばＭＵＳＥ方式を初めとして、逆変換するに際
して画像メモリーを必要とするようなテレビ信号を扱う
ためである。

【０１８５】画像メモリーを備える事により、静止画の
表示が容易になる。あるいは前記画像生成回路１００７
及びＣＰＵ１００６と協同して、画像の間引き、補間、
拡大、縮小、合成を初めとする画像処理や編集が容易に
なるという利点が得られる。

【０１８６】マルチプレクサ１００３は、前記ＣＰＵ１
００６より入力される制御信号に基づき、表示画像を適
宜選択するものである。即ち、マルチプレクサ１００３
はデコーダ１００４から入力される逆変換された画像信
号の内から所望の画像信号を選択して駆動回路１００１
に出力する。その場合には、一画面表示時間内で画像信
号を切り換えて選択することにより、所謂多画面テレビ
のように、一画面を複数の領域に分けて領域によって異
なる画像を表示することも可能である。

【０１８７】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。

【０１８８】ディスプレイパネルの基本的な動作に関わ
るものとして、例えばディスプレイパネルの駆動用電源
（図示せず）の動作シーケンスを制御するための信号を
駆動回路１００１に対して出力する。ディスプレイパネ
ルの駆動方法に関わるものとして、例えば画面表示周波
数や走査方法（例えばインターレースかノンインターレ
ースか）を制御するための信号を駆動回路１００１に対
して出力する。また、場合によっては、表示画像の輝度
やコントラストや色調やシャープネスといった画質の調
整に関わる制御信号を駆動回路１００１に対して出力す
る場合もある。

【０１８９】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。

【０１９０】以上、各部の機能を説明したが、図１７に
例示した構成により、本画像形成装置においては多様な
画像情報源より入力される画像情報をディスプレイパネ
ル２０１に表示することが可能である。即ち、テレビジ
ョン放送を初めとする各種の画像信号は、デコーダ１０
０４におて逆変換された後、マルチプレクサ１００３に
おいて適宜選択され、駆動回路１００１に入力される。
一方、デイスプレイコントローラ１００２は、表示する
画像信号に応じて駆動回路１００１の動作を制御するた
めの制御信号を発生する。駆動回路１００１は、上記画
像信号と制御信号に基づいてディスプレイパネル２０１
に駆動信号を印加する。これにより、ディスプレイパネ
ル２０１において画像が表示される。これらの一連の動
作は、ＣＰＵ１００６により統括的に制御される。

【０１９１】本画像形成装置においては、前記デコーダ
１００４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路１００
７及び情報の中から選択したものを表示するだけでな
く、表示する画像情報に対して、例えば拡大、縮小、回
転、移動、エッジ強調、間引き、補間、色変換、画像の
縦横比変換等を初めとする画像処理や、合成、消去、接
続、入れ換え、嵌め込み等を初めとする画像編集を行う
ことも可能である。また、本実施例の説明では特に触れ
なかったが、上記画像処理や画像編集と同様に、音声情
報に関しても処理や編集を行なうための専用回路を設け
てもよい。

【０１９２】従って、本画像形成装置は、テレビジョン
放送の表示機器、テレビ会議の端末機器、静止画像及び
動画像を扱う画像編集機器、コンピュータの端末機器、
ワードプロセッサを初めとする事務用端末機器、ゲーム
機などの機能を一台で兼ね備えることが可能で、産業用
あるいは民生用として極めて応用範囲が広い。

【０１９３】図１７に示した表示装置は、本発明の技術
的思想に基づいて種々の変形が可能である。例えば図１
７の構成要素の内、使用目的上必要のない機能に関わる
回路は省いても差し支えない。また、これとは逆に、使
用目的によっては更に構成要素を追加してもよい。例え
ば、本表示装置をテレビ電話機として応用する場合に
は、テレビカメラ、音声マイク、照明機、モデムを含む
送受信回路等を構成要素に追加するのが好適である。

【０１９４】本例の表示装置においては、安定な電子放
出特性と、高い電子放出効率を有する本発明の表面伝導
型電子放出素子を電子源に用いて、画像形成装置を構成
したことにより、高輝度で動作安定性に優れた表示画像
が得られた。

【０１９５】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の電子放出素
子によれば、安定な電子放出特性と高い電子放出効率と
を有する電子放出素子を提供できる。

【０１９６】また、多数の電子放出素子を配列形成し、
入力信号に応じて電子を放出する電子源においては、各
電子放出素子が良好な電子放出特性を長時間にわたり保
持し得、さらに、かかる電子源を用いた画像形成装置に
おいては、高輝度で動作安定性に優れた画像を表示する
ことが可能となった。

【０１９７】以上のように、本発明によれば、カラー画
像にも対応可能で、高輝度且つ高コントラストで表示品
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例である平面型表面
伝導型電子放出素子を模式的に示した平面図及び縦断面
図である。

【図２】本発明の電子放出素子の一例である垂直型表面
伝導型電子放出素子を模式的に示した図である。

【図３】図１の表面伝導型電子放出素子の製造方法の一
例を説明するための図である。

【図４】フォーミング処理に用いる電圧波形の一例であ
る。

【図５】本発明の電子放出素子の製造に用いることので
きる真空処理装置（測定評価装置）の一例を示す概略構
成図である。

【図６】本発明に好適な表面伝導型電子放出素子の放出
電流Ｉｅおよび素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関係の典
型的な例を示す図である。

【図７】単純マトリクス配置の本発明の電子源の概略構
成図である。

【図８】単純マトリクス配置の電子源を用いた本発明の
画像形成装置に用いる表示パネルの概略構成図である

【図９】図８の表示パネルにおける蛍光膜を示す図であ
る。

【図１０】図８の表示パネルを駆動する駆動回路の一例
を示す図である。

【図１１】梯子型配置の本発明の電子源の概略平面図で
ある。

【図１２】梯子型配置の電子源を用いた本発明の画像形
成装置に用いる表示パネルの概略構成図である。

【図１３】実施例３にて示す単純マトリクス配置の電子
源基板の部分平面図である。

【図１４】図１３の電子源基板の部分断面図である。

【図１５】図１３の電子源基板の製造方法を説明するた
めの図である。

【図１６】図１３の電子源基板の製造方法を説明するた
めの図である。

【図１７】実施例４における画像形成装置を示すブロッ
ク図である。

【図１８】従来例の表面伝導型電子放出素子の平面図で
ある。

【符号の説明】

１基板２，３素子電極４導電性膜５電子放出部１０金属窒化物膜２１段差形成部５０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５１電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電
源５２電子放出部５より放出される放出電流Ｉｅを測定
するための電流計５３アノード電極５４に電圧を印加するための高圧電
源５４電子放出部５より放出される電子を捕捉するため
のアノード電極５５真空容器５６排気ポンプ７１電子源基板７２Ｘ方向配線７３Ｙ方向配線７４表面伝導型電子放出素子７５結線８１リアプレート８２支持枠８３ガラス基板８４蛍光膜８５メタルバック８６フェースプレート８７高圧端子８８外囲器９１黒色導電材９２蛍光体１０１表示パネル１０２走査回路１０３制御回路１０４シフトレジスタ１０５ラインメモリ１０６同期信号分離回路１０７変調信号発生器Ｖｘ，Ｖａ直流電圧源１１０電子源基板１１１電子放出素子１１２電子放出素子を配線するための共通配線１２０グリッド電極１２１電子が通過するための開口１６１層間絶縁層１６２コンタクトホール１６３Ｃｒ膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する一対の電極間に、電子放出部を
有する導電性膜を備える電子放出素子において、前記電子放出部の少なくとも一部が、化学的気相成長法
により形成された金属窒化物を主成分とする膜で被覆さ
れていることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】前記金属窒化物を主成分とする膜は、前
記電子放出部を境にした何れか一方の前記導電性膜上に
も配されてい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】前記金属窒化物を主成分とする膜は、多
結晶質、単結晶質、非晶質、又はこれらの混晶によって
構成されてい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】前記電子放出素子が、表面伝導型電子放
出素子であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
に記載の電子放出素子。
【請求項５】前記金属窒化物の仕事関数が、前記電子
放出部の他の構成材料の仕事関数より小さいことを特徴
とする請求項１〜４に記載の電子放出素子。
【請求項６】前記金属窒化物の融点が、前記導電性膜
の構成材料の融点より高いことを特徴とする請求項１〜
５に記載の電子放出素子。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の電子放
出素子の製造方法であって、少なくとも、前記導電性膜
に電子放出部を形成するフォーミング工程と、化学的気
相成長法により金属窒化物を主成分とする膜を形成する
活性化工程とを含むことを特徴とする電子放出素子の製
造方法。
【請求項８】前記活性化工程は、減圧下で前記一対の
電極に電圧を印加して行われることを特徴とする請求項
７に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項９】前記一対の電極に印加する電圧は、パル
スで印加されることを特徴とする請求項８に記載の電子
放出素子の製造方法。
【請求項１０】入力信号に応じて電子を放出する電子
源であって、請求項１〜６のいずれかに記載の電子放出
素子を、基体上に複数個配置したことを特徴とする電子
源。
【請求項１１】前記電子放出素子の複数が梯子状に配
置されており、個々の電子放出素子の両素子電極が並列
に二本の行配線に接続されており、更に変調手段を有す
ることを特徴とする請求項１０に記載の電子源。
【請求項１２】前記複数の電子放出素子がマトリクス
状に配置されており、個々の電子放出素子の一方の素子
電極を行配線に接続し、個々の電子放出素子の他方の素
子電極を前記行配線と直交する列配線に接続したことを
特徴とする請求項１０に記載の電子源。
【請求項１３】入力信号に基づいて画像を形成する装
置であって、少なくとも、請求項１０〜１２のいずれか
に記載の電子源と、画像形成部材とによって構成された
ことを特徴とする画像形成装置。