JPH1012130A - 電子放出素子、電子源、画像形成装置、及びこれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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し、かつ、高輝度で動
作安定性に優れた画像形成装置を提供する。 【解決手段】 電極間に電子放出部が形成された導電性
膜を有する電子放出素子において、該導電性膜の両端
（外側）における電極間隔がその内側の電極間隔よりも
狭いことを特徴とする電子放出素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面伝導型電子放
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電子放出素子の製造方法に関す
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の２種類が知ら
れている。冷陰極電子放出素子には電界放出型（以下、
「ＦＥ型」という。）、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、“Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏ
ｎ”、Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ、８、８９（１９５６）あるいはＣ．Ａ．Ｓ
ｐｉｎｄｔ、“ＰＨＹＳＩＣＡＬＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓ
ｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｍｏｌｙｂｄｅ
ｎｉｕｍ ｃｏｎｅｓ”、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，
４７，５２４８（１９７６）等に開示されたものが知ら
れている。

【０００４】ＭＩＭ型の例としてはＣ．Ａ．Ｍｅａ
ｄ、”Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｕｎｎｅｌ−Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ”、Ｊ．Ａｐｐｌｙ．Ｐ
ｈｙｓ．、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
ｔｒｏｎ Ｐｈｙｓ．、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、基板上に形成
された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことに
より、電子放出が生ずる現象を利用するものである。こ
の表面伝導型電子放出素子としては、前記エリンソン等
によるＳｎＯ₂ 薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によるもの
［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉ
ｌｍｓ”、９、３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／Ｓ
ｎＯ₂ 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。

【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２０
に模式的に示す。同図において１は基板、２、３は素子
電極である。４は導電性薄膜で、Ｈ型形状のパターン
に、スパッタで形成された金属酸化物薄膜等からなり、
後述の通電フォ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
０．５ｍｍ〜１ｍｍ、Ｗ’は０．１ｍｍで設定されてい
る。

【０００８】従来、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薄膜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った。即ち、通電フォーミン
グとは前記導電性薄膜４両端に直流電圧あるいは非常に
ゆっくりとした昇電圧、例えば１Ｖ／分程度を印加通電
し、導電性薄膜を局所的に破壊、変形もしくは変質せし
め、電気的に高抵抗な状態にした電子放出部５を形成す
ることである。尚、電子放出部５は導電性薄膜４の一部
に亀裂が発生しその亀裂付近から電子放出が行われる。
前記通電フォーミング処理をした表面伝導型電子放出素
子は、上述導電性薄膜４に電圧を印加し、素子に電流を
流すことにより、上述の電子放出部５より電子を放出せ
しめるものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】電子放出素子について
は、電子放出素子を適用した画像形成装置が明るい表示
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。ここでの効
率は、表面伝導型電子放出素子の一対の素子電極に電圧
を印加した際に、両電極間を流れる電流（以下、「素子
電流」という。）と真空中に放出される電流（以下、
「電子放出電流という。）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。安定的に制御し得る電子放出特性と効
率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できる。ま
た、低電流化にともない、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。

【００１０】しかしながら、上述のＭ．ハートウエルの
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のは極めて難しいというのが実状で
ある。

【００１１】また、上述の表面伝導型電子放出素子は、
構造が単純で製造も容易であることから、大面積にわた
って多数素子を配列形成できる利点がある。そこで、こ
の特徴をいかせるようないろいろな応用が研究されてい
る。例えば、荷電ビーム源、表示装置等が挙げられる。
多数の表面伝導型放出素子を配列形成した例としては、
後述する様に、並列に表面伝導型電子放出素子を配列
し、個々の素子の両端を配線（共通配線とも呼ぶ）で、
それぞれ結線した行を多数行配列した電子源が挙げられ
る（例えば、特開昭６４−０３１３３２号公報、特開平
１−２８３７４９号公報、同２−２５７５５２号公報
等）また、特に表示装置等の画像形成装置においては、
近年、液晶を用いた平板型表示装置が、ＣＲＴに替って
普及してきたが、自発光型でないため、バックライトを
持たなければならない等の問題点があり、自発光型の表
示装置の開発が望まれてきた。自発光型表示装置として
は、表面伝導型放出素子を多数配置した電子源と、電子
源より放出された電子によって可視光を発光せしめる蛍
光体とを組み合わせた表示装置である画像形成装置が挙
げられる（Ｕ．Ｓ．Ｐ．５，０６６，８８３）。

【００１２】ところが、上述のような平板型表示素子を
大面積化する場合、大型基板上に導電性薄膜をフォトリ
ソ技術を用いてパターニングするにはプロセスが多くな
りコストも高くなるという課題があった。これに対する
ひとつの対策がインクジェット方式、中でも特にバブル
ジェット方式による導電性薄膜の形成である。パターニ
ング工程が省かれるためプロセスも簡便になり材料の消
費量も必要最小限で済む。

【００１３】しかし、バブルジェット方式による導電性
薄膜は膜厚分布が生じ、周辺部が薄く中心部が厚くなる
ため、電極間を横切る抵抗を場所別に見ると周辺部が相
対的に高抵抗に、中心部が相対的に低抵抗になっている
場合が多い。さらに、導電性薄膜を酸化膜で形成した場
合、電子放出部を形成する際、通常の導電性薄膜に通電
フォーミングすることによりその一部を変質せしめる工
程を後述するように水素還元雰囲気中で行う方が良い場
合がある。

【００１４】ところが、基体の種類等の条件によっては
金属酸化膜の場合、膜厚が薄いと還元が容易でなくなる
ことがあり、該導電性薄膜の周辺部は充分還元されずに
酸化物として残ることがあった。

【００１５】その結果、従来の均一な電極間隙を有する
素子電極を用いた場合、導電性薄膜の周辺部において電
子放出部を形成できない場合があった。

【００１６】こうなると、素子電流が導電性薄膜の周辺
部においてリーク電流となって流れ、電子放出効率の低
下や、消費電力の増大につながる。例えば、後述するよ
うな単純マトリクスで電子源を形成した場合、ｏｎ状態
にある画素と共通のラインはｏｎ状態の素子の半分の電
圧が印加されるため、このとき素子にリーク電流が流れ
てしまうと（このような電流を半選択電流という）消費
電力の増大を招いてしまう。

【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及び作用】本発明は、上述
した課題を解決するために鋭意検討を行って成されたも
のであり、下記構成のものである。即ち、本発明の表面
伝導型電子放出素子は、電極間に電子放出部が形成され
た導電性薄膜を有する電子放出素子において、導電性薄
膜の周辺部（外側）における電極間隔がその内側の電極
間隔より狭いことを特徴とするものである。本発明の表
面伝導型電子放出素子の製造方法は、導電性薄膜がイン
クジェット方式、特にバブルジェット方式に作製されて
いることを特徴とするものである。

【００１９】本発明の電子源は、上記本発明の電子放出
素子を用いたものである。また、本発明の画像形成装置
は、上記電子源を用いたものである。さらに、本発明の
電子源の製造方法及び画像形成装置の製造方法はそれぞ
れ上記本発明の電子源および及び画像形成装置に関わ
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】まず、表面伝導型電子放出素子に
ついて説明する。図１は本発明を適用可能な表面伝導型
電子放出素子の構成を示す模式図であり、図１ａは平面
図、１ｂは断面図である。図１において、１は基板、
２、３は素子電極、４は導電性薄膜、５は電子放出部で
ある。基板１としては、石英ガラス、Ｎａ等の不純物含
有量を減少したガラス、青板ガラス、青板ガラスにスパ
ッタ法等により形成したＳｉＯ₂ を積層したガラス基板
等及びアルミナ等のセラミックス及びＳｉ基板等を用い
ることができる。

【００２１】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る。これは例えば
Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃ
ｕ、Ｐｄ等の金属或は合金およびＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒ
ｕＯ₂ 、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材料等より適宜選
択することができる。

【００２２】素子電極間隔Ｌ１，Ｌ２、素子電極長さ
Ｗ、導電性薄膜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Ｌ１は、好ましくは、数
千オングストロームから数百マイクロメートルの範囲と
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マイクロメートルから数十マイク
ロメートルの範囲とすることができる。Ｌ２は、Ｌ１よ
り小さな値であり、導電性薄膜４の形状等に応じて適宜
定められる。

【００２３】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、数マイクロメートルから数百マイク
ロメートルの範囲とすることができる。素子電極２、３
の膜厚ｄは、数百オングストロームから数マイクロメー
トルの範囲とすることができる。尚、図１に示した構成
だけでなく、基板１上に、導電性薄膜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。

【００２４】導電性薄膜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
好ましく、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通電
フォーミング条件等を考慮して適宜設定されるが、通常
は数オングストロームから数千オングストロームの範囲
とすることが好ましく、より好ましくは１０オングスト
ロームより５００オングストロームの範囲とするのが良
い。その抵抗値は、Ｒ_S が１０² から１０⁷ オーム／□
の値である。なおＲ_S は、厚さがｔ、幅がｗで長さがｌ
の薄膜の抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒ_S （ｌ／ｗ）とおいたときに
現れる値である。本明細書において、フォーミング処理
については、通電処理を例に挙げて説明するが、フォー
ミング処理はこれに限られるものではなく、膜に亀裂を
生じさせて高抵抗状態を形成する処理を包含するもので
ある。

【００２５】導電性薄膜４を構成する材料は、Ｐｄ、Ｐ
ｔ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆ
ｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ、Ｓ
ｎＯ₂、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 、ＰｂＯ、Ｓｂ₂ Ｏ₃ 等の金属酸化
物の中から適宜選択される。

【００２６】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
分散配置した状態あるいは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、数オングストロームから数千オン
グストロームの範囲、好ましくは１０オングストローム
から２００オングストロームの範囲である。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。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。

【００２７】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。「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）では次のように記述されている。「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１
０ｎｍ程度までとし、特に超微粒子と言うときは粒径が
１０ｎｍ程度から２〜３ｎｍ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）。

【００２８】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。「創
造科学技術推進制度の“超微粒子プロジェクト”（１９
８１〜１９８６）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”（ｕｌｔｒａ
ｆｉｎｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ）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 １
９８８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）。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、粒径の下限は数オングストロ
ーム〜１０オングストローム程度、上限は数マイクロメ
ートル程度のものを指すこととする。

【００２９】電子放出部５は、導電性薄膜４の一部に形
成された高抵抗の亀裂により構成され、導電性薄膜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、
数オングストロームから数百オングストロームの範囲の
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、導電性薄膜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。電子放出部
５及びその近傍の導電性薄膜４には、炭素及び炭素化合
物を有することもできる。

【００３０】上述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、本発明で用いている方法
は、導電性薄膜４をバブルジェットまたはピエゾジェッ
ト等のインクジェット方式により吐出し、基板上の電子
放出素子の形成されるべき場所に付着する方法である。
この方法で使用されるインクジェットの例を図２及び図
３に示す。図２は単発ヘッド、図３は単発ヘッドを並列
に配置し、導電性薄膜の吐出及び基板への付着に要する
時間を短縮しようとするものであり、ノズル数は特に限
定されるものではない。

【００３１】以下、図１及び図４を参照しながら製造方
法の一例について説明する。図４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。

【００３２】１）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、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
４（ａ））。素子電極は次の導電性薄膜サイズ、導電性
薄膜の膜厚分布を考慮し、電子放出膜の両端数十ミクロ
ンになるように作製される。それより内側の電極間隔Ｌ
１が数十ミクロンであるのに対し、導電性薄膜の両端に
おける電極間隔Ｌ２はサブミクロンから数ミクロンが望
ましい。

【００３３】２）素子電極２、３を設けた基板１に、イ
ンクジェット方式により有機金属溶液を塗布して（図４
（ｂ））、有機金属薄膜を形成する（図４（ｃ））。有
機金属溶液には、前述の導電性薄膜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。この有機金属薄膜を２００℃から５００℃で加熱焼
成し、導電性薄膜４を形成する。より詳しくは有機金属
錯体を塗布した基板を分解温度以上で加熱し、基板上で
有機金属成分を分解させて導電性薄膜４を得る。

【００３４】３）つづいて、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水素雰囲気中
の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、水素雰囲気中にて通電を行
うと、導電性薄膜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４（ｄ））。この時の水素圧力は
適宜設定されるが数Ｔｏｒｒから数十Ｔｏｒｒが望まし
い。導電性薄膜の周辺部では、膜厚が薄いことや、ま
た、そのために還元速度が遅いこと等から抵抗値が高く
なるが、電極間隔が狭いために電界強度が強く、フォー
ミングを充分に行うことができ、導電性薄膜の端から端
まで電子放出部５を形成することができる。

【００３５】通電フォーミングによれば導電性薄膜４を
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５に示す。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加する図５（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
加する図５（ｂ）に示した手法がある。

【００３６】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る。通常Ｔ１は１マイク
ロ秒〜１０ミリ秒、Ｔ２は１０マイクロ秒〜１００ミリ
秒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、表面伝導型電子放出素形態に
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、矩形波等所望の波形を
採用することができる。図５（ｂ）におけるＴ１及びＴ
２は、図５（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、導電性薄膜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素
子電流を測定し、抵抗値を求めて、１Ｍオーム以上の抵
抗を示した時、通電フォーミングを終了させる。以上に
より、図１及び図電子放出部を含む薄膜４（ｄ）に示し
た電子素子が得られる。

【００３７】４）フォーミングを終えた素子には活性化
工程と呼ばれる処理を施すのが好ましい。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。

【００３８】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
スの印加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等を用いて
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他、イオンポンプ等
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、有機物質の種類等により異なるため場合に応
じ適宜設定される。適当な有機物質としては、アルカ
ン、アルケン、アルキンの脂肪族炭化水素類、芳香族炭
化水素類、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、ア
ミン類、フェノール、カルボン、スルホン酸等の有機酸
類等を挙げることができ、具体的には、メタン、エタ
ン、プロパン等のＣ_n Ｈ_2n+2で表される飽和炭化水素、
エチレン、プロピレン等のＣ_n Ｈ_2n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、炭素あるいは炭素化合物が素子上に堆積し、素子
電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが著しく変化するようになる。
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。なお、パルス幅、パルス間隔、
パルス波高値等は適宜設定される。

【００３９】炭素及び炭素化合物とは、例えばグラファ
イト（いわゆるＨＯＰＧ、ＰＧ、ＧＣを包含する、ＨＯ
ＰＧはほぼ完全なグラファイトの結晶構造、ＰＧは結晶
粒が２００オングストローム程度で結晶構造がやや乱れ
たもの、ＧＣは結晶粒が２０オングストローム程度にな
り、結晶構造の乱れがさらに大きくなったものを指
す）、非晶質カーボン（アモルファスカーボン及びアモ
ルファスカーボンと前記グラファイトの微結晶の混合物
を指す）であり、その膜厚は、５００オングストローム
以下の範囲とするのが好ましい。

【００４０】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、真空容器内の有機物質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
とができる。

【００４１】前記活性化の工程で、排気装置として油拡
散ポンプやロータリーポンプを用い、これから発生する
オイル成分に由来する有機ガスを用いた場合は、この成
分の分圧を極力低く抑える必要がある。真空容器内の有
機成分の分圧は、上記の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 Ｔｏｒｒ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
た有機物質分子を排気しやすくするのが好ましい。この
ときの加熱条件は、８０〜２００℃で５時間以上が望ま
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等の諸条件により適
宜選ばれる条件により行う。真空容器内の圧力は極力低
くすることが必要で、１〜３×１０^-7Ｔｏｒｒ以下が好
ましく、さらに１×１０^-8Ｔｏｒｒ以下が特に好まし
い。

【００４２】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、有機物質が十分除去
されていれば、真空度自体は多少低下しても十分安定な
特性を維持することができる。このような真空雰囲気を
採用することにより、新たな炭素あるいは炭素化合物の
堆積を抑制でき、結果として素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉ
ｅが安定する。

【００４３】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６、図７を参
照しながら説明する。図６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６においても、図１に
示した部位と同じ部位には図１に付した符号と同一の符
号を付している。図６において、５５は真空容器であ
り、５６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。即ち、１は電子放出素子を構
成する基体であり、２及び３は素子電極、４は導電性薄
膜、５は電子放出部である。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間の導電性薄膜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である。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は素子の電子放出部５より放出される放出電流Ｉｅ
を測定するための電流計である。一例として、アノード
電極の電圧を１ｋＶ〜１０ｋＶの範囲とし、アノード電
極と電子放出素子との距離Ｈを２ｍｍ〜８ｍｍの範囲と
して測定を行うことができる。

【００４４】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、
所望の真空雰囲気中での測定評価を行えるようになって
いる。排気ポンプ５６は、ターボポンプ、ロータリーポ
ンプからなる通常の高真空装置系と更に、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
こに示した電子源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。

【００４５】図７は図６に示した真空処理装置を用いて
測定された放出電流Ｉｅ、素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆ
の関係を模式的に示した図である。図７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。

【００４６】図７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
て三つの特徴的特性を有する。即ち、（ｉ）本素子はあ
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がほとんど
検出されない。つまり、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。 （ii）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。 （iii)アノード電極５４に捕捉される放出電荷は、素子
電圧Ｖｆを印加する時間に依存する。すなわち、アノー
ド電極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。

【００４７】以上の説明に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。

【００４８】図７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。）例を実線に示した。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）。また、こ
れら特性は、前述の工程を制御することで制御できる。
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
の複数個を基板上に配列すると、例えば電子源あるい
は、画像形成装置が構成できる。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。

【００４９】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）、この配線と直行する方向（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（グリッド電極とも呼ぶ）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
いわゆる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。

【００５０】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、前述したとおり（ｉ）ないし（iii)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、しきい値電圧以上では、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巾で制御できる。一方、
しきい値電圧以下では、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。

【００５１】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について、
図８を用いて説明する。図８において、７１は電子源基
板、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。

【００５２】ｍ本のＸ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。配線の材料、膜厚、巾は、適宜設定される。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７３との
間には、不図示の層間絶縁層が設けられており、両者を
電気的に分離している（ｍ、ｎは、共に正の整数）。

【００５３】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。表面伝導型放出素子７４を構成する一対
の素子電極（不図示）は、ｍ本のＸ方向配線７２とｎ本
のＹ方向配線７３と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。

【００５４】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、またそれぞれ異なってもよい。これら材料は、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。

【００５５】Ｘ方向配線７２には、Ｘ方向に配列した表
面伝導型放出素子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
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。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。

【００５６】このような単純マトリクス配置の電子源を
用いて構成した画像形成装置について、図９と図１０及
び図１１を用いて説明する。図９は、画像形成装置の表
示パネルの一例を示す模式図であり、図１０は、図９の
画像形成装置に使用される蛍光膜の模式図である。図１
１はＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行うため
の駆動回路の一例を示すブロック図である。

【００５７】図９において、７１は電子放出素子を複数
配した電子源基板、８１は電子源基板７１を固定したリ
アプレート、８６はガラス基板８３の内面に蛍光膜８４
とメタルバック８５等が形成されたフェースプレートで
ある。８２は支持枠であり、該支持枠８２には、リアプ
レート８１、フェースプレート８６がフリットガラス等
を用いて接続されている。８８は外囲器であり、例えば
大気中あるいは、窒素中で、４００〜５００度の温度範
囲で１０分以上焼成することで、封着して構成される。
７４は図１における電子放出素子に相当する。７２、７
３は、表面伝導型電子放出素子の一対の素子電極と接続
されたＸ方向配線及びＹ方向配線である。

【００５８】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８８
を構成しても良い。一方、フェースプレート８６、リア
プレート８１間に、スペーサーとよ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。

【００５９】図１０は、蛍光膜を示す模式図である。蛍
光膜８４は、モノクロームの場合は蛍光体のみから構成
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あるいはブラックマトリ
クス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。ブラックストライプの材料としては、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。

【００６０】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、沈殿法、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８６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
Ａ１を真空蒸着等で堆積することで作製できる。

【００６１】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。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。

【００６２】図９に示した画像形成装置は、例えば以下
のようにして製造される。外囲器８８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（不図示）に配置されたゲッターを加熱し、
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 ^-5 ないしは１×１０^-7Ｔｏｒｒ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。

【００６３】次に、単純マトリクス配置の電子源を用い
て構成した表示パネルに、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に
基づいたテレビジョン表示を行う為の駆動回路の構成例
について、図１１を用いて説明する。図１１において、
１０１は画像表示パネル、１０２は走査回路、１０３は
制御回路、１０４はシフトレジスタである。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およびＶａは直流電圧源である。

【００６４】表示パネル１０１は、端子Ｄｏｘ１ないし
Ｄｏｘｍ、端子Ｄｏｙ１ないし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Ｄｏ
ｘ１ないし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
れた表面伝導型電子放出素子群を一行（Ｎ素子）ずつ順
次駆動する為の走査信号が印加される。

【００６５】端子Ｄｙ１ないしＤｙｎには、前記走査信
号により選択された一行の表面伝導型電子放出素子の各
素子の出力電子ビームを制御する為の変調信号が印加さ
れる。高圧端子Ｈｖ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に加速電圧
である。

【００６６】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を備えたものである
（図中、Ｓ１ないしＳｍで模式的に示している）。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
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ないしＤｘｍと電気的に
接続される。Ｓ１ないし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。

【００６７】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（電子放出しきい値電圧）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。

【００６８】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およびＴｓｆｔおよび
Ｔｍｒｙの各制御信号を発生する。

【００６９】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為の回路で、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を便宜上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。

【００７０】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（すなわち、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ないし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。

【００７１】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ないしＩｄｎの内容を記憶する。記憶さ
れた内容は、Ｉｄ’１ないしＩｄ’ｎとして出力され、
変調信号発生器１０７に入力される。

【００７２】変調信号発生器１０７は、前記画像データ
Ｉｄ’１ないしＩｄ’ｎの各々に応じて、表面電動型電
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Ｄｏｙ１ないしＤｏｙｎを通
じて表示パネル１０１内の表面伝導型電子放出素子に印
加される。

【００７３】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以上の電圧を印加された時のみ電子放出
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、
例えば電子放出しきい値以下の電圧を印加しても電子放
出は生じないが、電子放出しきい値の電圧を印加する場
合には電子ビームが出力される。その際、パルスの波高
値Ｖｍを変化させることにより出力電子ビームの強度を
制御することが可能である。また、パルスの幅Ｐｗを変
化させることにより出力される電子ビームの電荷の総量
を制御することが可能である。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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われれば良いからである。

【００７７】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１０
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、高速の発振器およ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。

【００７８】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
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。

【００７９】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ないしＤｏｘｍ、Ｄｏｙ１ないしＤｏｙ
ｎを介して電圧を印加することにより、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。

【００８０】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。

【００８１】次に、梯子型配置の電子源及び画像形成装
置について図１２、図１３を用いて説明する。図１２
は、梯子型配置の電子源の一例を示す模式図である。図
１２において、１１０は電子源基板、１１１は電子放出
素子である。１１２、Ｄｘ１〜Ｄｘ１０は、電子放出素
子１１１を接続するための共通配線である。電子放出素
子１１１は、基板１１０上にＸ方向に並列に複数個配さ
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以下の電圧を
それぞれ印加する。各素子行間の共通配線Ｄｘ２〜Ｄｘ
９は、例えばＤｘ２、Ｄｘ３を同一配線とすることもで
きる。

【００８２】図１３は、梯子型配置の電子源を備えた画
像形成装置におけるパネル構造の一例を示す模式図であ
る。１２０はグリッド電極、１２１は電子が通過するた
めの空孔、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１２
０と接続されたＧ１，Ｇ２．．．Ｇｎからなる容器外端
子、１２４は各素子行間の共通配線を同一配線とした電
子源である。図１３においては、図９、１２に示した部
位と同じ部位には、これらの図に付したのと同一の符号
を付している。ここに示した画像形成装置と図９に示し
た単純マトリクス配置の画像形成装置との大きな違い
は、電子源基板１１０とフェースプレート８６の間にグ
リッド電極１２０を備えているか否かである。

【００８３】図１３においては、基板１１０とフェース
プレート８６の間には、グリッド電極１２０が設けられ
ている。グリッド電極１２０は、表面伝導型放出素子か
ら放出された電子ビームを変調するためのものであり、
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
ドの形状や設置位置は図１３に示したものに限定される
ものではない。例えば、開口１２１としてメッシュ状に
多数の通過口を設けることもでき、グリッドを表面伝導
型放出素子の周囲や近傍に設けることもできる。容器外
端子１２２およ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。

【００８４】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。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もできる。

【００８５】

【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。

【００８６】実施例１ 以下に、本発明の電子放出素子の実施例について図面を
参照して説明する。図１は本実施例で製造した電子放出
素子の構成図であり、図１４および図１５はその製造方
法を示した説明図である。図１、図１４および図１５を
用い、本実施例の電子放出素子の製造方法を説明する。

【００８７】絶縁性基板１３１として石英基板を用い、
これを洗浄、純水および有機溶剤により十分に洗浄（図
１４（ａ））後、レジスト材１３２（日立化成社製：Ｒ
Ｄ−２０００Ｎ）を２５００ｒｐｍ、４０秒でスピンナ
ー塗布し、８０℃、２５分加熱してプリベークし、レジ
スト層１３２を形成した（図１４（ｂ））。

【００８８】電極間隔Ｌ１は２０μｍ、Ｌ２は０．４μ
ｍ、電極長さＷ１は１００μｍ、Ｗ２が３００μｍ、の
電極形状に対応するマスク１３３を用いて密着露光し、
ＲＤ−２０００Ｎ用現像液で現像した（図１４
（ｃ））。１２０℃、２０分加熱してポストベークし
た。

【００８９】電極１３４の材料としては導電性を有する
ものであればどのようなものであっても構わないが、本
実施例ではニッケル金属を用いた。抵抗加熱蒸着機を用
いてニッケルを毎秒３オングストロームで膜厚が１００
０オングストロームになるまで蒸着した（図１４
（ｄ））。アセトンでリフトオフし、アセトン、イソプ
ロピルアルコール、続いて酢酸ブチルで洗浄後、乾燥
し、素子電極１３４、１３５を形成した（図１４
（ｅ））。

【００９０】次に、水７０ｗｔ％でＩＰＡ＋エチレング
リコール＋ＰＶＡが３０ｗｔ％の液にパラジウムモノエ
タノールアミン（以下、ＰＡＭＥと略する）が１ｗｔ％
となるように調製したものを導電性薄膜として、バブル
ジェット方式のインクジェット装置（Ｃａｎｏｎ製 Ｂ
Ｊ−１０Ｖ）を用いて、電極１３４、１３５上に付し乾
燥した（図１５（ｆ））。これを３００℃に加熱して、
ＰｄＯ微粒子（平均粒径６５オングストローム）からな
る微粒子膜を形成し、導電性薄膜４とした（図１５
（ｇ））。このようにして図１のような本発明による電
子放出素子が作製される。

【００９１】導電性薄膜４は約直径１２０μｍの円形
で、両端から約１０μｍまでが電極間隔０．４μｍにか
かるように成膜された。ＥＰＭＡにより膜厚既知のＰｄ
Ｏ標準試料を用いＰｄ：Ｌα線を使って電極間の基板上
の導電性薄膜４の膜厚を調べたところ、中央部で約１１
０オングストローム、周辺部端の１０μｍの領域では約
２０〜５０オングストロームであった。

【００９２】次に、該素子の電極１３４及び１３５の間
に水素分圧３０Ｔｏｒｒのもとで、電圧を印加し通電処
理を行った（図１５（ｈ））ところ、導電性薄膜４の一
部に電子放出部５が形成できた（図１５（ｉ））。フォ
ーミング時の電圧は図５（ｂ）に示したＴ１が１ミリ
秒、Ｔ２が１０ミリ秒とし、三角波のピーク値を漸増さ
せて行った。電圧印加終了後さらに３分間水素雰囲気２
０Ｔｏｒｒに導電性薄膜４を曝露し、還元することによ
り酸化パラジウムを金属パラジウムにした。ＦＥ−ＳＥ
Ｍにより導電性薄膜４の電子放出部５を観察したとこ
ろ、導電性薄膜４の両端においても亀裂が形成されてい
ることが確認された。

【００９３】さらに、１×１０^−５Ｔｏｒｒの真空に引
いて、フォーミングと同様な電圧波形を電極１３４、１
３５に印加することで活性化処理を行った。この試料
を、１×１０^−６ｔｏｒｒの真空に引いて、素子に対し
てアノード電極を基板鉛直方向に５ｍｍ離した位置に設
定し、図１５（ｉ）中の電極１３４、１３５間にＶｆ＝
１５Ｖの印加電圧で放出電流を測定した。素子電流Ｉｆ
＝１．６ｍＡ、放出電流Ｉｅ＝０．８μＡで効率０．０
５％と高い効率が得られた。Ｖｆ´＝１／２Ｖｆ＝７．
５Ｖの時のＩｆ（半選択電流）はＩｆ＝０．００５ｍＡ
とＶｆ＝１５Ｖの時のＩｆの約１／３００程度であっ
た。

【００９４】比較例 電極間隔を等幅として表面伝導型電子放出素子を作製し
た例について述べる。電極間隔を等幅の２０μｍにして
実施例１と同様に電子放出素子を作製した。水素中での
フォーミング及びその後の還元工程を終了後、ＦＥ−Ｓ
ＥＭにより導電性薄膜両端の電子放出部を観察したとこ
ろ、両端の端から約１μｍの領域で電子放出部のための
亀裂が形成されていなかった。Ｖｆ＝１５Ｖの時、Ｉｆ
＝１．６ｍＡ、Ｉｅ＝０．６μＡで効率およそ０．０４
％、半選択電流はＶｆ＝７．５Ｖの時、Ｉｆ＝０．０１
７ｍＡでＶｆ＝１５Ｖの時のＩｆの約１／１００程度で
あり、実施例１の場合に比べ半選択電流が大きくなっ
た。

【００９５】実施例２ 電子放出素子として実施例１で作製した平面型表面伝導
型電子放出素子を用い単純マトリックス配置した電子源
を用いた画像形成装置を作製した例を示す。電子源の一
部の平面図を図１５に、図１５中のＡ−Ａ’断面図を図
１６に、製造手順を図１７及び図１８に示す。但し、図
１５、図１６、図１７、図１８で、同じ符号は同じ部材
を示す。

【００９６】ここで１は基板、７２はＸ方向配線（下配
線とも呼ぶ）、７３はＹ方向配線（上配線とも呼ぶ）、
４は電子放出部を含む導電性薄膜、２、３は素子電極、
１５１は層間絶縁層、１５２は素子電極３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。

【００９７】次に、本発明の電子源製造方法を、図１７
及び図１８により工程順に従って具体的に説明する。
尚、以下の各工程ａ〜ｈは図１７及び図１８の（ａ）〜
（ｈ）に対応するものである。

【００９８】工程−ａ 清浄化した青板ガラス上に厚さ０．５ミクロンメーター
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５０オングストロームのクロム、厚
さ６０００オングストロームの金を順次積層した後、ホ
トレジスト（ＡＺ１３７０、ヘキスト社製）をスピンナ
ーにより回転塗布し、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堆積膜をウェットエッチングして、所望
の形状の下配線７２を形成した。

【００９９】工程−ｂ 次に、厚さ１．０ミクロンメーターのシリコン酸化膜か
らなる層間絶縁層１５１を、ＲＦスパッタ法により堆積
した。

【０１００】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
１５２を形成するためのホトレジストパターンを作り、
これをマスクとして層間絶縁層１５１をエッチングして
コンタクトホール１５２を形成した。エッチングはＣＦ
_４ とＨ_２ ガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ
Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によった。

【０１０１】工程−ｄ その後、素子電極２、３および素子電極間隔ギャップＧ
となるべきパターンをホトレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ
−４１、日立化成社製）で形成し、真空蒸着法により厚
さ５０オングストロームのチタン、厚さ１０００オング
ストロームのニッケルを順次堆積した。ホトレジストパ
ターンを有機溶剤で溶解し、Ｎｉ／Ｔｉ堆積膜をリフト
オフし、素子電極間隔Ｌ１が２０ミクロンメーター、Ｌ
２が０．４ミクロンメーター、幅Ｗが３００ミクロンメ
ーターのうち電極感覚Ｌ１をもつ幅が１００ミクロンメ
ーターの素子電極２、３を形成した。

【０１０２】工程−ｅ 素子電極２、３の上に上配線７３のホトレジストパター
ンを形成した後、厚さ５０オングストロームのチタン、
厚さ５０００オングストロームの金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。

【０１０３】工程−ｆ 次に、水７０ｗｔ％でＩＰＡ＋エチレングリコール＋Ｐ
ＶＡが３０ｗｔ％の液にパラジウムモノメタノールアミ
ン（以下、ＰＡＭＥと略す）が１ｗｔ％となるように調
製したものを導電性薄膜として、バブルジェット方式の
インクジェット装置（Ｃａｎｏｎ製、ＢＪ−１０Ｖ）を
用いてパラジウム微粒子膜４を成膜した。これを３００
℃に加熱して、ＰｄＯ微粒子（平均粒径６５オングスト
ローム）からなる微粒子膜を形成し、導電性薄膜４とし
た。

【０１０４】工程−ｇ コンタクトホール１５２以外の部分にレジストを塗布し
てパターンを形成し、真空蒸着により厚さ５０オングス
トロームのチタン、厚さ５０００オングストロームの金
を順次堆積した。リフトオフにより不要の部分を除去す
ることにより、コンタクトホール１５２を埋め込んだ。

【０１０５】次に、以上のように作製した電子源を用い
て、表示装置を構成した例を図９と図１０を用いて説明
する。上述のようにして多数の表面伝導型電子放出素子
７４を設けた基板７１を、リアプレート８１上に固定し
た後、基板７１の５ｍｍ上方に、フェースプレート８６
（ガラス基板８３の内面に蛍光膜８４とメタルバック８
５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４１
０℃で１０分以上焼成することで封着した。またリアプ
レート８１への基板７１の固定もフリットガラスで行っ
た。

【０１０６】本実施例では上述のごとく、フェースプレ
ート８６、支持枠８２、リアプレート８１で外周器８８
を構成したが、リアプレート８１は主に基板７１の強度
を補強する目的で設けられるため基板７１自体で充分な
強度をもつ場合は、別体のリアプレート８１は不要であ
り、基板７１に直接支持枠８２を封着し、フェースプレ
ート８６、支持枠８２、基板７１にて外周器８８を構成
してもよい。

【０１０７】蛍光膜８４は、モノクロームの場合は蛍光
体のみからなるが、本実施例では蛍光体８４はストライ
プ形状（図１０（ａ））を採用し、先にブラックストラ
イプを形成し、その間隙部に各色蛍光体を塗布し、蛍光
膜８４を作製した。ブラックストライプの材料として通
常よく用いられている黒鉛を主成分とする材料を用い
た。

【０１０８】ガラス基板７１に蛍光体を塗布する方法は
モノクロームの場合は沈殿法や印刷法が用いられるが、
カラーである本実施例では、スラリー法を用いた。カラ
ーの場合にも印刷法を用いても同等の塗布膜が得られ
る。

【０１０９】また、蛍光膜８４の内面側への光をフェー
スプレート８６側への鏡面反射することにより輝度が向
上すること、電子ビーム加速電圧を印加するための電極
として作用すること、外周器内で発生した負イオンの衝
突によるダメージからの蛍光体の保護膜である。メタル
バック８５は蛍光膜作製後、蛍光膜８４の内面側表面の
平滑化処理（通常フィルタリングと呼ばれる）を行い、
その後、Ａｌを真空蒸着することで作製した。

【０１１０】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）が設けられる場合もあるが、本実施例で
はメタルバックのみで充分な導電性が得られたので省略
した。前述の封着を行う際、カラーの場合は各色蛍光体
と電子放出素子とを対応させなくてはいけないため、充
分な位置合わせを行った。

【０１１１】以上のようにして完成したガラス容器（外
囲器）内の雰囲気を充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を通じ素子
電極７２、７３間に電圧を印加し、導電性薄膜をフォー
ミング処理することで電子放出部７４を作製し、電子放
出素子を作製した。

【０１１２】フォーミング処理の電圧波形を、図５
（ａ）と同様とした。また、本実施例ではＴ１を１ミリ
秒、Ｔ２を１０ミリ秒とし、水素雰囲気約３００Ｔｏｒ
ｒの雰囲気下で行った（三角波の波高値は５Ｖであ
る）。このようにして作製された電子放出部４は、パラ
ジウム元素を主成分とする微粒子が分散配置された状態
となり、その微粒子の平均粒径は３０オングストローム
であった。

【０１１３】次に、波高値１４Ｖ、パルス幅３０マイク
ロ秒で、真空度２×１０^−５Ｔｏｒｒの真空度で、素子
電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅを測定しながら、実施例１と同
様の手法で活性化処理を行った。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を有する表面伝
導型電子放出素子７４を作製した。

【０１１４】その後、オイルを使用しないポンプ系の超
高真空排気装置としてイオンポンプに切り換え、１２０
℃で充分な時間ベーキングし、安定化工程を行った。ベ
ーキング後の真空度は１×１０^−６Ｔｏｒｒで、有機物
分圧は１×１０^−７Ｔｏｒｒ程度であった。そして、排
気管（不図示）の封止を行う前に、ガラス容器全体を真
空排気しながら１２０℃で約１ｈベーキングした。この
工程により、ガラス容器内の吸着物を脱離させ、排気し
てガラス容器内から除去する。そして、排気管（不図
示）をガスバーナーで熱することで溶着し、外囲器の封
止を行った。

【０１１５】最後に封止後の真空度を維持するために、
ゲッタ処理を行った。これは、封止を行う直前あるいは
封止後に、抵抗加熱あるいは高周波加熱等の加熱法によ
り、画像表示装置内の所定の位置（不図示）に配置され
たゲッタを加熱し、蒸着膜を形成する処理である。ゲッ
タは通常Ｂａ等が主成分であり、該蒸着膜の吸着作用に
より、真空度を維持するものである。

【０１１６】以上のように完成した本発明の画像表示装
置において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄｘ１な
いしＤｘｍ、Ｄｙ１ないしＤｙｎを通じ、電圧を印加す
ることにより電子放出させ、高圧端子Ｈｖ８７を通じ、
メタルバック８５、あるいは透明電極（不図示）に数ｋ
Ｖ以上の高圧を印加し、電子ビームを加速し、蛍光膜８
４に衝突させ、これを励起・発光させることによって画
像を表示した。画像は安定した良好なものであった。以
上述べた構成は、画像表示装置を作製する上で必要な概
略構成であり、例えば、各部材の材料等、詳細な部分は
上述内容に限られるものではない。

【０１１７】実施例３ 図１９は、上述した本発明の表面伝導型放出素子を電子
ビーム源として用いたディスプレイパネルに、例えばテ
レビジョン包装をはじめとする種々の画像情報源より提
供される画像情報を表示できるように構成した表示装置
の一例を示すための図である。図中、２００はディスプ
レイパネル、２０１はディスプレイパネルの駆動回路、
２０２はディスプレイコントローラ、２０３はマルチプ
レクサである。２０４はデコーダ、２０５は入出力イン
ターフェース回路であり、２０６はＣＰＵ、２０７は画
像生成回路である。２０８、２０９および２１０は画像
メモリーインターフェース回路、２１１は画像入力イン
ターフェース回路、２１２および２１３はＴＶ信号受信
回路、２１４は入力部である。（なお、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、ここでは本発明の
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）。

【０１１８】以下、画像信号の流れに沿って各部の機能
を説明する。ＴＶ信号受信回路２１３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Ｔ
Ｖ画像信号を受信する為の回路である。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、ＮＴＳ
Ｃ方式、ＰＡＬ方式、ＳＥＣＡＭ方式等の諸方式でもよ
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、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。Ｔ
Ｖ信号受信回路２１３で受信されたＴＶ信号は、デコー
ダ２０４に出力される。

【０１１９】ＴＶ信号受信回路２１２は、例えば同軸ケ
ーブルや光ファイバー等のような有線伝送系を用いて伝
送されるＴＶ画像信号を受信するための回路である。Ｔ
Ｖ信号受信回路２１３と同様に、受信するＴＶ信号の方
式は特に限られるものではなく、またＴＶ信号受信回路
２１２で受信されたＴＶ信号もデコーダ２０４に出力さ
れる。

【０１２０】また、画像入力インターフェース回路２１
１は、例えばＴＶカメラや画像読み取りスキャナー等の
画像入力装置から供給される画像信号を取り込むための
回路で、取り込まれた画像信号はデコーダ２０４に出力
される。画像メモリーインターフェース回路２１０は、
ビデオテープリコーダー（以下、ＶＴＲと略す）に記憶
されている画像信号を取り込むための回路で、取り込ま
れた画像信号はデコーダ２０４に出力される。画像メモ
リーインターフェース回路２０９は、ビデオディスクに
記憶されている画像信号を取り込むための回路で、取り
込まれた画像信号はデコーダ２０４に出力される。画像
メモリーインターフェース回路２０８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２０４に入力される。

【０１２１】入出力インターフェース回路２０５は、本
表示装置と、外部のコンピュータ、コンピューターネッ
トワークもしくはプリンター等の出力装置とを接続する
ための回路である。画像データや文字・図形情報の入出
力を行うのはもちろんのこと、場合によっては本表示装
置の備えるＣＰＵ２０６と外部との間で制御信号や数値
データの入出力等を行うことも可能である。

【０１２２】画像生成回路２０７は、前記入出力インタ
ーフェース回路２０５を介して外部から入力される画像
データや文字・図形情報や、あるいはＣＰＵ２０６より
出力される画像データや文字・図形情報に基づき表示用
画像データを生成するための回路である。本回路の内部
には、例えば画像データや文字・図形情報を蓄積するた
めの書き換え可能メモリーや、文字コードに対応する画
像パターンが記憶されている読み出し専用メモリーや、
画像処理を行うためのプロセッサー等をはじめとして画
像の生成に必要な回路が組み込まれている。本回路によ
り生成された表示用画像データは、デコーダ２０４に出
力されるが、場合によっては前記入出力インターフェー
ス回路２０５を介して外部のコンピュータネットワーク
やプリンターに出力することも可能である。

【０１２３】ＣＰＵ２０６は、主として本表示装置の動
作制御や、表示画像の生成や選択や編集に関わる作業を
行う。例えば、マルチプレクサ２０３に制御信号を出力
し、ディスプレイパネルに表示する画像信号を適宜選択
したり組み合わせたりする。また、その際には表示する
画像信号に乗じ応じてディスプレイパネルコントローラ
２０２に対して制御信号を発生し、画像表示周波数や操
作方法（例えばインターフェースかノンインターフェー
スか）や一画面の走査線の数等の表示装置の動作を適宜
制御する。

【０１２４】また、前記画像生成回路２０７に対して画
像データや文字・図形情報を直接出力したり、あるいは
前記入出力インターフェース回路２０５を介して外部の
コンピュータやメモリーをアクセスして画像データや文
字・図形情報を入力する。なお、ＣＰＵ２０６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２０５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共同
して行ってもよい。

【０１２５】入力部２１４は、前記ＣＰＵ２０６に使用
者が命令やプログラム、あるいはデータ等を入力するた
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。

【０１２６】デコーダ２０４は、前記２０７、２１３よ
り入力される種々の画像信号を３原色信号、または輝度
信号とＩ信号に逆変換するための回路である。なお、同
図中に点線で示すように、デコーダ２０４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ＭＵＳ
Ｅ方式をはじめとして、逆変換するに際して画像メモリ
ーを備えること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２０７及びＣＰＵ２０６と共同し
て画像の間引き、補間、拡大、縮小、合成をはじめとす
る画像処理や編集が容易に行えるようになるという利点
が生まれるからである。

【０１２７】マルチプレクサ２０３は、前記ＣＰＵ２０
６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。すなわち、マルチプレクサ２０３はデ
コーダ２０４から入力される逆変換された画像信号のう
ちから所望の画像信号を選択して駆動回路２０１に出力
する。その場合には、一画面表示時間内で画像信号を切
り替えて選択することにより、いわゆる多画面テレビの
ように、一画面を複数の領域に分けて領域によって異な
る画像を表示することも可能である。

【０１２８】ディスプレイパネルコントローラ２０２
は、前記ＣＰＵ２０６より入力される制御信号に基づき
駆動回路２０１の動作を制御するための回路である。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２０１
に対して出力する。また、ディスプレイパネルの駆動方
法に関わるものとして、例えば画面表示周波数や走査方
法（例えばインターフェースかノンインターフェース
か）を制御するための信号を駆動回路２０１に対して出
力する。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２０１に対して出力する場合もある。駆
動回路２０１は、ディスプレイパネル２００に印加する
駆動信号を発生するための回路であり、前記マルチプレ
クサ２０３から入力される画像信号と、前記ディスプレ
イパネルコントローラ２０２より入力される制御信号に
基づいて動作するものである。

【０１２９】以上、各部の機能を説明したが、図１９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２０
０に表示することができた。

【０１３０】ここで、テレビジョン包装をはじめとする
各種の画像信号はデコーダ２０４において逆変換された
後、マルチプレクサ２０３において適宜選択され、駆動
回路２０１に入力される。一方、ディスプレイパネルコ
ントローラ２０２は、表示する画像信号に応じて駆動回
路２０１の動作を制御するための制御信号を発生する。
駆動回路２０１は、上記画像信号と制御信号に基づいて
ディスプレイパネル２００に駆動信号を印加する。これ
により、ディスプレイパネル２００において画像が表示
される。これらの一連の動作は、ＣＰＵ２０６により統
括的に制御される。

【０１３１】本表示装置においては、前記デコーダ２０
４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路２０７及び情
報の中から選択したものを表示するだけでなく、表示す
る画像情報に対して、例えば拡大、縮小、回転、移動、
エッジ強調、間引き、補間、色変換、画像の縦横比変換
等をはじめとする画像処理や、合成、消去、接続、入れ
換え、はめ込み等をはじめとする画像編集を行うことも
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うための専用回路を設けることも
可能である。

【０１３２】従って、本表示装置は、テレビジョン放送
の表示機器、テレビ会議の端末機器、静止画像及び動画
像を扱う画像編集機器、コンピュータの端末機器、ワー
ドプロセッサをはじめとする事務用端末機器、ゲーム器
等の機能を一台で兼ね備えることが可能で、産業用ある
いは民生用として極めて応用範囲が広い。

【０１３３】図１９に示した表示装置は、本発明の技術
思想に基づいて種々の変形が可能である。例えば、図１
９の構成要素のうち使用目的上必要のない機能に関わる
回路は省いても差し支えない。またこれとは逆に、使用
目的によってはさら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。

【０１３４】本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、画像表示装置を構成した
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。

【０１３５】

【発明の効果】インクジェット方式、特にバブルジェッ
ト方式の塗布により形成された表面伝導型電子放出素子
のように電子放出部を含む金属微粒子からなる導電性薄
膜の周辺部が薄い膜厚分布をもった電子放出膜に、その
幅が一定な電極を用い、これに電圧印加することで膜の
一部を変質せしめ電子放出部を形成しようとすると、膜
厚の薄い周辺部は高抵抗となるため、膜周辺部が変質さ
れずに電子放出部が形成されず、その結果リーク電流を
生じさせるという問題点があった。

【０１３６】本発明の表面伝導型電子放出素子によれ
ば、膜厚の薄い高抵抗部分の電極間隔を狭めることで電
圧印加時の局所的な電力を高め、導電性薄膜周辺部の切
れ残りを防止することにより、導電性薄膜の端から端ま
で電子放出部を形成できる。

【０１３７】よって、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。本発明の
画像形成装置によれば、高輝度で動作安定性に優れた画
像を形成可能な画像形成装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の表面伝導型電子放出素子の１例を示
す模式図である。図である。

【図２】 本発明の適用可能な導電性薄膜形成用の吐出
ヘッドの構成を示す模式図である。

【図３】 本発明の適用可能な導電性薄膜形成用の吐出
ヘッドの構成を示す模式図である。

【図４】 本発明の表面伝導型電子放出素子の製造方法
の１例を示す模式図である。

【図５】 本発明の適用可能な表面伝導型電子放出素子
の製造に際して採用できる通電フォーミングの処理にお
ける電圧波形の一例を示す模式図である。

【図６】 測定評価機能を備えた真空処理装置の一例を
示す模式図である。

【図７】 本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素子
についての放出電流Ｉｅ、素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆ
の関係の一例を示すグラフである。

【図８】 本発明を適用可能な単純マトリクス配置した
電子源の一例を示す模式図である。

【図９】 本発明を適用可能な画像形成装置の表示パネ
ルの一例を示す模式図である。

【図１０】 蛍光膜一例を示す模式図である。

【図１１】 画像形成装置にＮＴＳＣ方式のテレビ信号
に応じて表示を行うための駆動回路の一例を示すブロッ
ク図である。

【図１２】 本発明を適用可能な梯子配置の電子源の一
例を示す模式図である。

【図１３】 本発明を適用可能な画像形成装置の表示パ
ネルの一例を示す模式図である。

【図１４】 本発明の表面伝導型電子放出素子の製造方
法の一例を示す模式図である。

【図１５】 本発明の表面伝導型電子放出素子の製造方
法の一例を示す模式図である。

【図１６】 本発明の表面伝導型電子放出素子を用いて
単独マトリックス配置した電子源を示す模式的な平面図
である。

【図１７】 図１５に示したＡ−Ａ’の断面図である。

【図１８】 本発明の表面伝導型電子放出素子を用いて
単独マトリックス配置した電子源の製造方法を示す模式
図である。

【図１９】 本発明の表面伝導型電子放出素子を用いて
単独マトリックス配置した電子源の製造方法を示す模式
図である。

【図２０】 本発明の画像形成装置の例を示す模式図で
ある。

【図２１】 従来の表面伝導型電子放出素子の一例を示
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、２０：ヘッド本体、２２：ヒーターまたはピ
エゾ素子、２３：インク流路、２４：ノズル、２５：イ
ンク供給管、２６：インク溜め、５０：素子電極２・３
間の導電性薄膜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、５３：アノード電極５４に電圧を印加す
るための高圧電源、５４：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、５
５：素子の電子放出部５より放出される放出電流Ｉｅを
測定するための電流計、５６：真空装置、５７：排気ポ
ンプ、７１：電子源基板、７２：Ｘ方向配線、７３：Ｙ
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、９３：ガラス基板、１０
１：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およびＶａ：直流電圧源、１１０：電子源基板、１
１１：電子放出素子、１１２：Ｄｘ１〜Ｄｘ１０は、前
記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空孔、１２
２：Ｄｏｘ１，Ｄｏｘ２，．．．Ｄｏｘｍよりなる容器
外端子、１２３：グリッド電極１２０と接続されたＧ
１、Ｇ２、１３１：絶縁性基板、１３２：レジスト材、
１３３：マスク、１３４：電極、１５１：層間絶縁層、
１５２：コンタクトホール、２００：ディスプレイパネ
ル、２０１：駆動回路、２０２：ディスプレイコントロ
ーラ、２０３：マルチプレクサ、２０４：デコーダ、２
０５：入出力インターフェース回路、２０６：ＣＰＵ、
２０７：画像生成回路、２０８，２０９，２１０：画像
メモリーインターフェース回路、２１１：画像入力イン
ターフェース回路、２１２，２１３：ＴＶ信号受信回
路、２１４入力部。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極間に電子放出部が形成された導電性
   膜を有する電子放出素子において、該導電性膜の両端
   （外側）における電極間隔がその内側の電極間隔よりも
   狭いことを特徴とする電子放出素子。
2. 【請求項２】 表面伝導型電子放出素子である請求項１
   に記載の電子放出素子。
3. 【請求項３】 導電性膜の形成方法がインクジェット方
   式であることを特徴とする請求項１または２に記載の電
   子放出素子の製造方法。
4. 【請求項４】 上記インクジェット方式がバブルジェッ
   ト方式であることを特徴とする請求項３に記載の電子放
   出素子の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１〜２のいずれかの電子放出素子
   を複数個並列に配置し結線してなる素子列を少なくとも
   １列以上有し、該素子を駆動するための配線が梯子状配
   置されていることを特徴とする電子源。
6. 【請求項６】 請求項１〜２のいずれかの電子放出素子
   を複数個並列に配置し結線してなる素子列を少なくとも
   １列以上有し、該素子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電子源。
7. 【請求項７】 請求項５の電子源と、画像形成部材、及
   び情報信号により各素子から放出される電子線を制御す
   る制御電極を有することを特徴とする画像形成装置。
8. 【請求項８】 請求項６の電子源と画像形成部材とを有
   することを特徴とする画像形成装置。
9. 【請求項９】 請求項３〜４のいずれかの製造方法で同
   一基板上に複数の電子放出素子を形成してなることを特
   徴とする電子源の製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項９の製造方法で得られた電子源
    を、該電子源から放出される電子線を制御する制御電極
    と、該電子源からの電子線の照射により、画像を形成す
    る画像形成部材と組み合わせることを特徴とする画像形
    成装置の製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項９の製造方法で得られた電子源
    を、該電子源からの電子線の照射により画像を形成する
    画像形成部材と組み合わせることを特徴とする画像形成
    装置の製造方法。