JPH1012132A

JPH1012132A - 表面伝導型電子放出素子、それを用いた電子源、画像形成装置及びこれらの製造方法

Info

Publication number: JPH1012132A
Application number: JP8179799A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hashimoto; 浩行橋本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-06-21
Filing date: 1996-06-21
Publication date: 1998-01-16

Abstract

(57)【要約】【課題】表面伝導型電子放出素子の耐久性が低かっ
た。【解決手段】基板１上に形成した素子電極２，３間
に、これらを連絡する導電性膜４を形成し、導電性膜４
及び素子電極２，３の一部に、導電性膜４より高融点の
金属を主成分とする膜５０３を被覆する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面伝導型電子放
出素子、これを用いた電子源、表示装置や露光装置等の
画像形成装置、更には該表面伝導型電子放出素子、電子
源及び画像形成装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、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、「ＦＥ
型」と称す。）、金属／絶縁層／金属型（以下、「ＭＩ
Ｍ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２
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、０．１ｍｍ
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。

【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、特
開平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】尚、従来、多数の表面伝導型電子放出素子
より構成された電子源より、電子放出させ、蛍光体の発
光をさせる素子の選択は、上述の多数の表面伝導型電子
放出素子を並列に配置し結線した配線（行方向配線と呼
ぶ）と、行方向配線と直交する方向に（列方向と呼ぶ）
該電子放出素子と蛍光体間の空間に設置された制御電極
（グリッドと呼ぶ）への適当な駆動信号によるものであ
る（例えば、本出願人による特開平１−２８３７４９号
公報等参照）。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、表面伝
導型電子放出素子では、通常電子放出部を形成するため
に、通電フォーミング処理を行う。導電性膜の材質は、
高融点のものを用いた方が、耐久性の点で望ましいと思
われるが、融点が高すぎると、通電フォーミング処理に
よる電子放出部の形成がうまくいかなくなる場合があっ
た。

【００１４】すなわち、電子放出部の形成のための導電
性膜の局所的な破壊、変形もしくは変質を起こさせるた
めに、必要な電力が大きくなってしまい、その結果得ら
れる素子の特性が望ましくないものとなったり、また、
多数の素子を配設した電子源の製造において、複数の素
子を同時にフォーミング処理する場合、配線に大きな電
流を流すことが必要となり、実用上問題であった。

【００１５】本発明は、フォーミング処理に適した材料
で導電性膜を形成して、耐久性の高い表面伝導型電子放
出素子を容易に得られるようにすると共に、低電流で明
るく高品位な画像が得られる画像形成装置を得ることを
目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１〜３の発明は、
表面伝導型電子放出素子に関する発明で、基板上に形成
した一対の素子電極間に導電性膜を形成し、フォーミン
グ処理して導電性膜に電子放出部を形成する表面伝導型
電子放出素子において、導電性膜および素子電極の一部
が、導電性膜より高融点の金属膜で被覆されている点に
特徴を有するものである。

【００１７】請求項４〜８の発明は、表面伝導型電子放
出素子の製造方法に関する発明で、基板上に素子電極を
形成すると共に、素子電極間を連絡する導電性膜を形成
する工程と、導電性膜に電子放出部を形成するフォーミ
ング工程と、導電性膜および素子電極の一部を、導電性
膜より高融点の金属膜で被覆する工程とを有する点に特
徴を有するものである。

【００１８】請求項９〜１３の発明は、上記表面伝導型
電子放出素子を複数個備えた電子源の製造方法に関する
発明で、複数の表面伝導型電子放出素子を備えた電子源
の製造方法において、基板上に複数対の素子電極を形成
すると共に、各対の素子電極間を連絡する導電性膜を形
成する工程と、各導電性膜に電子放出部を形成するフォ
ーミング工程と、各導電性膜および各対の素子電極の一
部を、導電性膜より高融点の金属膜で被覆する工程とを
有する点に特徴を有するものである。

【００１９】請求項１４〜１６の発明は、上記製造方法
で得られる電子源に関する発明である。

【００２０】更に、請求項１７〜２０の発明は、上記電
子源を用いた画像形成装置及びその製造方法に関する発
明である。

【００２１】

【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。

【００２２】まず、表面伝導型電子放出素子について説
明する。

【００２３】図１は、本発明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（ａ）は平面図、
図１（ｂ）は断面図である。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、５
０３はフォトリソグラフィ技術により形成された金属を
主成分とする膜である。

【００２４】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等を用いることができ
る。ここで、上記のガラスとしては、紫外線の透過特性
が高いものが好ましい。

【００２５】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。

【００２６】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、数μ
ｍから数十μｍの範囲とすることができる。

【００２７】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の膜厚は、数十ｎｍから数
μｍの範囲とすることができる。

【００２８】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。

【００２９】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。通常は、数オ
ングストロームから数百ｎｍの範囲とするのが好まし
く、より好ましくは１ｎｍから５０ｎｍの範囲とするの
が良い。その抵抗値は、Ｒｓが１０の２乗から１０の７
乗Ω／□の値である。

【００３０】なおＲｓは、幅がｗで、長さが１の薄膜の
長さ方向に測った抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ（１／ｗ）とおい
たときに現れる量である。また、本願明細書において、
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、導電性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。

【００３１】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、Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ、Ｓｎ
Ｏ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＰｂＯ、Ｓｂ₂Ｏ₃等の酸化物、Ｈｆ
Ｂ₂、ＺｒＢ₂、ＬａＢ₆、ＣｅＢ₆、ＹＢ₄、ＧｄＢ₄等の
硼化物、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、Ｗ
Ｃ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。これ
らの中では、Ａｇ、Ｐｄ、ＰｄＯ等の比較的融点の低い
材料が、通電フォーミング処理を行う上では好ましい。

【００３２】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、数オングストロームから数百
ｎｍの範囲、好ましくは、１ｎｍから２０ｎｍの範囲で
ある。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】「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）。

【００３９】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〜１ｎｍ程
度、上限は数μｍ程度のものを指すこととする。

【００４０】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
オングストロームから数十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５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
導電性膜４には、後述する活性化工程を経た場合、その
活性化工程を行った気相中に含まれる一部あるいは全て
の元素からなる単体物質及び化合物を有する場合もあ
る。この単体物質及び化合物の役割については、導電性
膜４の一部として機能し、また、電子放出部５を構成す
る物質として電子放出特性を支配することが分かってい
るが、詳細は明らかではない。

【００４１】フォトリソグラフィ技術により形成された
膜５０３の主成分となる金属は、融点が高いもの程好ま
しく、特に好ましい金属としてはＷが挙げられる。上記
膜５０３の厚さは、主成分となる金属の種類によって適
宜設定されるが、好ましくは１ｎｍ〜１０ｎｍである。

【００４２】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。

【００４３】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））。

【００４４】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、有機金属薄膜を形成する。有
機金属溶液には、前述の導電性膜４の材料の金属を主元
素とする有機金属化合物の溶液を用いることができる。
有機金属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。

【００４５】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６に示す。

【００４６】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６（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６（ｂ）に示した手法
がある。

【００４７】まず、パルス波高値を定電圧とした場合に
ついて図６（ａ）で説明する。図６（ａ）におけるＴ１
及びＴ２は電圧波形のパルス幅とパルス間隔である。通
常、Ｔ１は１μ秒〜１０ｍ秒、Ｔ２は１０μ秒〜１００
ｍ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。

【００４８】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６（ｂ）で説明する。
図６（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図６（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。

【００４９】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。

【００５０】４）さらに、フォトリソグラフィ技術によ
り、導電性膜４上に、金属を主成分とする膜５０３を形
成する工程を行う（図４（ｄ）〜（ｆ）、図５（ｇ）〜
（ｈ））。以下、この工程を順を追って説明する。

【００５１】まず、通電フォーミングを行った表面伝導
型電子放出素子の表面全体に、高解像度ネガ型フォトレ
ジスト５０１（ＯＮＮＲ−２０・東京応化工業社製）を
塗布する（図４（ｄ））。フォトレジスト５０１の厚さ
は、最終的に形成させる金属を主成分とする膜５０３の
種類により適宜設定されるが、好ましくは１０ｎｍ〜数
百ｎｍである。

【００５２】その後、基板１の裏面から紫外線５０２を
照射し、フォトレジスト５０１のうち、基板１に直接接
している部分のみを不溶化させる（図４（ｅ））。な
お、紫外線５０２の波長は、短い方が好ましく、特に好
ましい波長は２００〜３００ｎｍである。

【００５３】次に、紫外線非照射部のフォトレジスト５
０１を現像液により除去する（図４（ｆ））。続いて、
マスク５０４を用いて、金属を主成分とする膜５０３を
スパッタ法などにより形成させる（図５（ｇ））。最後
に、リフトオフ法によりフォトレジスト５０１を除去す
ることで、本工程を完了する（図５（ｈ））。

【００５４】５）フォーミング工程およびフォトリソグ
ラフィ工程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。

【００５５】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、素子
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な
どを用いて真空容器内を排気した場合に雰囲気内に残留
する有機ガスを利用して形成することができる他、イオ
ンポンプなどにより一旦十分に排気した真空中に適当な
有機物質のガスを導入することによっても得られる。こ
のときの好ましい有機物質のガス圧は、前述の応用の形
態、真空容器の形状や、有機物質の種類などにより異な
るため、場合に応じ適宜設定される。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、プロパンなどＣｎＨ_2n+2で表され
る飽和炭化水素、エチレン、プロピレンなどＣｎＨ_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。

【００５６】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、パルス波高値などは適宜設定される。

【００５７】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を包含するもの
で、ＨＯＰＧはほぼ完全なグラファイト結晶構造、ＰＧ
は結晶粒が２０ｎｍ程度で結晶構造がやや乱れたもの、
ＧＣは結晶粒が２ｎｍ程度になり結晶構造の乱れがさら
に大きくなったものを指す。）、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、５０ｎｍ以下の範囲とするのが好ましく、３０ｎ
ｍ以下の範囲とすることがより好ましい。

【００５８】６）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。

【００５９】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には、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、上記炭素及び炭素化合物がほぼ新た
に堆積しない分圧で１．３×１０^-6Ｐａ以下が好まし
く、さらには１．３×１０^-8Ｐａ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、８０〜２５０℃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^-5Ｐａ以下が好ましく、さらには１．
３×１０^-6Ｐａ以下が特に好ましい。

【００６０】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、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。

【００６１】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、
また真空容器や基板などに吸着したＨ₂Ｏ，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。

【００６２】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７，図８を
参照しながら説明する。

【００６３】図７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７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。

【００６４】図７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。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は導電性膜、５は
電子放出部、５０３は金属を主成分とする膜である。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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】図８は、図７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８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。

【００６８】図８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。

【００６９】即ち、第１に、本素子はある電圧（しきい
値電圧と呼ぶ；図８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が殆ど検出されない。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。

【００７０】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。

【００７１】第３に、アノード電極５４（図７参照）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。

【００７２】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。

【００７３】図８においては、素子電流Ｉｆも素子電圧
Ｖｆに対して単調増加する（ＭＩ特性）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（ＶＣＮＲ特性）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。

【００７４】以上のような本発明の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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】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、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
状電圧の波高値と幅で制御できる。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。

【００７８】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９を用いて説明する。図９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。

【００７９】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）。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】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１０と図１１
及び図１２を用いて説明する。図１０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１１は、図
１０の画像形成装置に使用される蛍光膜の模式図であ
る。図１２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。

【００８６】図１０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８
４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。

【００８７】７４は、図１に示したような表面伝導型電
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。

【００８８】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。

【００８９】図１１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１１（ａ））あるい
はブラックマトリクス（図１１（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。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】図１０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。

【００９４】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、１．３×１０^-5Ｐａ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１．３×
１０^-5Ｐａ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。

【００９５】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１２を用いて説明する。図１２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。

【００９６】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１０ｋＶの直流電圧が供給されるが、これは
表面伝導型電子放出素子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。

【００９７】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。

【００９８】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。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】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。

【０１０２】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。

【０１０３】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。

【０１０４】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しきい値電圧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、電子放出しきい値電圧以上の電圧
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。

【０１０５】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。

【０１０６】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。

【０１０７】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。

【０１０８】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。

【０１０９】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。

【０１１０】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。

【０１１１】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１３及び図１４を用いて説明す
る。

【０１１２】図１３は、梯子型配置の電子源の一例を示
す模式図である。図１３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、電子放出しきい値以上の電圧を
印加し、電子ビームを放出させたくない素子行には、電
子放出しきい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、Ｄ４
とＤ５、Ｄ６とＤ７、Ｄ８とＤ９を夫々一体の同一配線
とすることもできる。

【０１１３】図１４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１４においては、図１０、図１３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１０
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。

【０１１４】図１４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１４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。

【０１１５】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。

【０１１６】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。

【０１１７】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。

【０１１８】

【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳述す
る。

【０１１９】実施例１および比較例１本実施例で用いた表面伝導型電子放出素子の構成は、図
１（ａ），（ｂ）に示されるものと同様である。

【０１２０】表面伝導型電子放出素子の製法は、基本的
には図３ないし図５で説明した方法と同様である。以
下、図１、及び図３ないし図５を用いて、本実施例で用
いた表面伝導型電子放出素子の基本的な構成及び製造法
を説明する。

【０１２１】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、５０３は金属を主
成分とする膜である。

【０１２２】以下、製造手順を図１、及び図３ないし図
５に基づいて説明する。

【０１２３】工程−ａ清浄化した石英基板１上に、素子電極間用薄膜として、
厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ２５ｎｍのＰｔを順次成膜し
た。これにフォトレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−４１・
日立化成社製）をスピンナーにより回転塗布し、電極パ
ターン用マスクを用いて露光、現像処理し、フォトレジ
ストを除去して素子電極２，３を形成した（図３
（ａ））。

【０１２４】工程−ｂ次に、Ｃｒ膜を全面にスパッタ法により成膜し、その上
にフォトレジストをスピンナーにより回転塗布し、フォ
トマスクを用いて導電性膜４を形成するためのパターン
を露光した。これを現像して不要なフォトレジストを除
去し、エッチングにより不要なＣｒ膜を除去して開口部
を形成し、残りのフォトレジストを除去した。この上
に、有機Ｐｄ錯体溶液（ＣＣＰ４２３０・奥野製薬
（株）製）をスピンナーにより回転塗布し、３００℃で
１２分間熱処理してＰｄＯ膜を形成した。この塗布・焼
成工程を７回繰り返し、リフトオフによりＣｒ膜と不要
なＰｄＯ膜を除去し、ＰｄＯからなる導電性膜４を形成
した（図３（ｂ））。

【０１２５】以上の工程により、基板１上に素子電極
２，３及び導電性薄膜４を形成した。

【０１２６】工程−ｃ上記工程を経た基板１を図７の測定評価系に設置し、真
空ポンプにて排気して、２．７×１０^-3Ｐａの真空度に
達した後、素子電圧Ｖｆを印加するための電源５１より
各素子電極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、導電性膜４の一部に電子放出部５
を形成した（図３（ｃ））。印加した電圧は、パルス幅
Ｔ１が１ｍ秒、パルス間隔Ｔ２が１０ｍ秒の三角波パル
スであり、パルス高さは０Ｖ〜１４Ｖまで５Ｖ／分で上
昇させた。

【０１２７】工程−ｄ次に、素子全面に高解像度ネガ型フォトレジスト５０１
（ＯＮＮＲ−２０・東京応化工業社製）を塗布した。フ
ォトレジスト５０１の厚さは、５０ｎｍとした（図４
（ｄ））。

【０１２８】工程−ｅさらに、基板１の裏面から紫外線５０２を照射し、フォ
トレジスト５０１のうち基板１に直接接している部分の
みを不溶化させた（図４（ｅ））。

【０１２９】工程−ｆそして、紫外線非照射部のフォトレジスト５０１を現像
液により除去した（図４（ｆ））。

【０１３０】工程−ｇ次に、マスク５０４を用いて、金属を主成分とする膜５
０３をスパッタ法により形成させた（図５（ｇ））。

【０１３１】工程−ｈそして、リフトオフ法により、フォトレジスト５０１を
除去した（図５（ｈ））。

【０１３２】続いて、フォーミング処理した表面伝導型
電子放出素子に、パルス波高値がて定電圧のパルスの印
加を繰り返し、活性化処理をした。表面伝導型電子放
活性化処理は、図７の測定評価系内で、素子電極２，３
間に、素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅを測定しながら上
記パルス電圧を印加することで行った。尚、この時の図
７の測定評価装置内の真空度は１．３×１０^-4Ｐａであ
った。Ｉｅが安定した時点で、活性化処理を終了した。

【０１３３】次に、実施例１に対する比較例として、実
施例１の工程−ａ〜ｃにより、比較例１の表面伝導型電
子放出素子を形成した。

【０１３４】実施例１の表面伝導型電子放出素子と、比
較例１の表面伝導型電子放出素子の違いは、導電性膜４
上に被覆された金属膜５０３の有無である。

【０１３５】このようにして実施例１および比較例１の
表面伝導型電子放出素子を複数個作製し、上述の図７の
測定評価系を用いて測定した。この測定は、真空オイル
を使用しないイオンポンプ等の超高真空排気装置を用い
て排気し、有機物質の混入を極力防止した条件下で行っ
た。

【０１３６】印加した電圧は１４Ｖの矩形波パルスで、
パルス幅Ｔ１が０．１ｍ秒、パルス間隔Ｔ２が１０ｍ秒
とした。また、図７におけるアノード電極５４と表面伝
導型電子放出素子の距離を２ｍｍ、アノード電極５４の
電位を１ｋＶ、電子放出特性測定時の真空装置内の真空
度は１．３×１０^-4Ｐａとした。

【０１３７】その結果、放出電流Ｉｅ、素子電流Ｉｆの
初期値および駆動による変化は、素子毎に少しずつ異な
るが、同一条件で一定時間駆動後の電子放出効率η（＝
Ｉｅ／Ｉｆ）を比較すると、実施例１の素子が比較例１
の素子に対し、約２倍程度大きな値を示した。これは、
表面伝導型電子放出素子の耐久性が向上したことを示し
ている。

【０１３８】なお、薄膜状態での融点は不明であるが、
バルク金属としての融点は、Ｗが３６５５℃、Ｐｄが１
５５５℃である。

【０１３９】実施例２実施例１と同様にして、図１に示した表面伝導型電子放
出素子を作製した。ただし、金属を主成分とする膜５０
３として、実施例１で用いたＷの代わりにＩｒを用い
た。

【０１４０】実施例１と同様に、この表面伝導型電子放
出素子を図７の測定評価系を用いて測定・評価したとこ
ろ、実施例１と同一条件で一定時間駆動後の電子放出効
率η（＝Ｉｅ／Ｉｆ）は、実施例１の表面伝導型電子放
出素子にはやや及ばないものの、比較例１の表面伝導型
電子放出素子と比べると、約１．７倍となった。なお、
薄膜状態での融点は不明であるが、バルク金属としての
Ｉｒの融点は、２４５４℃である。

【０１４１】実施例３および比較例２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た画像形成装置の例であ
る。

【０１４２】電子源の一部の平面図を図１５に示す。ま
た、図中のＡ−Ａ’断面図を図１６に、製造手順を図１
７及び図１８に示す。但し、図１５、図１６、図１７及
び図１８において同じ符号は同じ部材を示す。

【０１４３】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）、
２，３は素子電極、４は導電性膜、１４１は層間絶縁
層、１４２は素子電極２と下配線７２と電気的接続のた
めのコンタクトホールである。

【０１４４】次に製造方法を、図１７及び図１８に基づ
いて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。

【０１４５】工程−ａ清浄化したガラス基板７１上に厚さ５ｎｍのＣｒ膜、厚
さ６００ｎｍのＡｕを順次積層し、フォトレジスト（Ａ
Ｚ１３７０・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、フォトマスク像を露光、現像し
て、下配線７２のレジストパターンを形成し、Ａｕ／Ｃ
ｒ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（図１７（ａ））。

【０１４６】工程−ｂ次に、厚さ１００ｎｍのシリコン酸化膜からなる層間絶
縁層１４１を高周波スパッタ法により堆積した（図１７
（ｂ））。

【０１４７】工程−ｃ工程ｂで堆積したシリコン酸化膜にコンタクトホール１
４２を形成するためのホトレジストパターンを作り、こ
れをマスクとして層間絶縁層１４１をエッチングしてコ
ンタクトホール１４２を形成した。エッチングはＣＦ₄
とＨ₂ガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ・Ｉｏｎ
・Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によった（図１７（ｃ））。

【０１４８】工程−ｄ素子電極間ギャップＬとなるべきパターンをフォトレジ
スト（ＲＤ−２０００Ｎ−４１・日立化成社製）を形成
し、真空蒸着法によって厚さ５ｎｍのＴｉ、１００ｎｍ
のＮｉを順次積層し、上記フォトレジストパターンを有
機溶剤で溶解して余分のＮｉ膜をリフトオフ法により除
去し、素子電極間隔Ｌが２μｍの素子電極２，３を形成
した（図１７（ｄ））。

【０１４９】工程−ｅ素子電極２，３の上に上配線７３のフォトレジストパタ
ーンを形成した後、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ３００ｎｍ
のＡｕを順次真空蒸着により堆積し、リフトオフにより
不要の部分を除去して、所望の形状の上配線７３を形成
した（図１８（ｅ））。

【０１５０】工程−ｆ次に、導電性膜４を形成するマスクとして厚さ１００ｎ
ｍのＣｒ膜１５１を真空蒸着により堆積・パターニング
し、その上に有機パラジウム（ＣＣＰ４２３０・奥野製
薬社製）をスピンナーにより回転塗布し、３００℃で１
０分間の加熱焼成処理を施した（図１８（ｆ））。

【０１５１】工程−ｇＣｒ膜１５１を酸エッチャントによりエッチングして除
去し、リフトオフにより所望のパターンの導電性膜４を
形成した（図１８（ｇ））。こうして形成されたＰｄ微
粒子からなる導電性膜４の膜厚は１０ｎｍで、シート抵
抗値は２×１０⁴Ω／□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。

【０１５２】工程−ｈコンタクトホール１４２部分以外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５ｎｍのＴｉ、
厚さ５００ｎｍのＡｕを順次堆積した。リフトオフによ
り不要の部分を除去することにより、コンタクトホール
１４２を埋め込んだ（図１８（ｈ））。

【０１５３】続いて、実施例１と同様にして、通電フォ
ーミングを行い、金属を主成分とする膜５０３の形成を
行った（図３（ｃ）、図４（ｄ）〜（ｆ）、図５（ｇ）
〜（ｈ））。図１９は、実施例３の電子源の通電フォー
ミング時の接続形態を示すものである。

【０１５４】このようにして、図９および図１５に示し
た単純マトリクスの電子源が得られた。

【０１５５】次に、比較例２として、実施例３に示す表
面伝導型電子放出素子において、金属を主成分とする膜
５０３のない電子源を作製した。すなわち、比較例２の
電子源は、実施例３の工程−ｈに示す金属を主成分とす
る膜５０３を形成する工程（図４（ｄ）〜（ｆ）、図５
（ｇ）〜（ｈ）に示す工程）を省いて作製したものであ
る。

【０１５６】実施例３および比較例２の電子源に、図２
０に示すように引き出し電極３９８と蛍光板を取り付
け、全ての表面伝導型電子放出素子を順次に走査駆動し
た。表面伝導型電子放出素子は印加電圧が一定のしきい
値以下では殆ど電流が流れず、電子放出も示さないとい
う非線形な特性を示す性質を利用し、駆動中のＸ方向配
線に駆動パルスを印加し、点灯するべき素子につながる
Ｙ方向配線をグランドレベルに、他のＹ方向配線をグラ
ンドレベルとパルスの最大電圧の中程（半選択電圧）に
設定することにより、所望の位置の表面伝導型電子放出
素子のみに電子を放出させることができる。

【０１５７】図２０の測定系を説明する。３９１は真空
槽であり、不図示の排気系により、６．７×１０^-5Ｐａ
以下に排気されている。３９２は窓、７１は素子基板、
７４は電子放出部、素子電極、配線等からなる素子本体
である。３９５，３９６はそれぞれＸ方向およびＹ方向
ラインの駆動用配線である。３９７は前記配線に適当な
パルスを印加するドライバーである。３９８は引出し電
極で、アルミ製の枠に透明電極のＩＴＯ薄膜を形成した
ガラスを嵌め込み、その下面に蛍光体を塗布したもので
ある。

【０１５８】表面伝導型電子放出素子７４に、駆動電圧
１４Ｖ、半選択電圧７Ｖとなるように、ドライバー３９
７で矩形波パルスを印加した。引き出し電圧は５ｋＶで
あった。

【０１５９】上記それぞれの電子源を１０００時間駆動
後、窓３９２を通して、電子放出による蛍光体の発光を
目視で観測したところ、実施例３の電子源は、比較例２
の電子源に比べて２倍程度の輝度が認められた。

【０１６０】次に、以上のようにして作成した電子源を
用いて画像形成装置を構成した例を、図１０と図１１を
用いて説明する。

【０１６１】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、大気中あ
るいは窒素雰囲気中で４００℃ないし５００℃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。

【０１６２】図１０において、７２，７３は夫々Ｘ方向
及びＹ方向配線である。

【０１６３】蛍光膜８４は、モノクロームの場合は蛍光
体９２のみからなるが、本実施例では蛍光体９２はスト
ライプ形状（図１１（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。

【０１６４】ガラス基板８３に蛍光体９２を塗布する方
法としてはスラリー法を用いた。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。

【０１６５】フェースプレート８６には、更に蛍光膜８
４の導伝性を高めるため、蛍光膜８４の外面側に透明電
極（不図示）が設けられる場合もあるが、本実施例で
は、メタルバック８５のみで十分な導伝性が得られたの
で省略した。

【０１６６】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体９２と表面伝導型電子放出素子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。

【０１６７】以上のようにして完成したガラス容器内の
雰囲気を排気管（図示せず）を通じ真空ポンプにて排気
し、十分な真空度に達した後、外部端子Ｄｘ１ないしＤ
ｘｍとＤｙ１ないしＤｙｎを通じ、表面伝導型電子放出
素子７４の素子電極２，３間に電圧を印加し、実施例１
と同様のフォーミング処理することにより電子放出部６
を作成した。

【０１６８】フォーミング処理の電圧波形は、実施例１
と同様とし、約１．３×１０^-3Ｐａの真空雰囲気下で行
った。

【０１６９】次に、２．７×１０^-3Ｐａの真空雰囲気に
おいて、２０Ｖの電圧パルスを３０分間繰り返し印加
し、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅを測定しながら、活性
化処理を行い、炭素を主成分とする化合物を８ｎｍ堆積
させた。

【０１７０】以上のようにフォーミング工程、活性化工
程を行い、電子放出部５を有する電表面伝導型電子放出
素子７４を作製した。

【０１７１】その後、約１０^-4Ｐａ程度の真空度まで排
気し、不図示の排気管をガスバーナーで熱することで溶
着し、外囲器の封止を行い、更に封止後の真空度を維持
するために、高周波加熱法でゲッター処理を行った。

【０１７２】以上のように完成した本発明の画像形成装
置において、外部端子Ｄｘ１ないしＤｘｍとＤｙ１ない
しＤｙｎを通じ、走査信号及び変調信号を不図示の信号
発生手段より夫々表面伝導型電子放出素子７４に印加す
ることにより電子放出させると共に、高圧端子８７を通
じてメタルバック８５に数ｋＶ以上の高圧を印加して、
電子ビームを加速し、蛍光膜８４に衝突させ、励起・発
光させることで画像の表示が得られた。１０００時間駆
動後の画像の表示状態を目視で観測したところ、比較例
２で得た電子源を用いた場合に比べ、実施例３で得た電
子源を用いた場合は、極めて良好な画像表示が得られ
た。

【０１７３】実施例４図２１は、実施例３の画像形成装置を、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。

【０１７４】図中１７００はディスプレイパネル、１７
０１はディスプレイパネルの駆動回路、１７０２はディ
スプレイコントローラ、１７０３はマルチプレクサ、１
７０４はデコーダ、１７０５は入出力インターフェース
回路、１７０６はＣＰＵ、１７０７は画像生成回路、１
７０８及び１７０９及び１７１０は画像メモリーインタ
ーフェース回路、１７１１は画像入力インターフェース
回路、１７１２及び１７１３はＴＶ信号受信回路、１７
１４は入力部である。

【０１７５】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。

【０１７６】以下、画像信号の流れに沿って各部の機能
を説明する。

【０１７７】まず、ＴＶ信号受信回路１７１３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。

【０１７８】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。

【０１７９】ＴＶ信号受信回路１７１３で受信されたＴ
Ｖ信号は、デコーダ１７０４に出力される。

【０１８０】ＴＶ信号受信回路１７１２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１７１３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１７０４に出力される。

【０１８１】画像入力インターフェース回路１７１１
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１７０４に出
力される。

【０１８２】画像メモリーインターフェース回路１７１
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１７０４に出力される。

【０１８３】画像メモリーインターフェース回路１７０
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
７０４に出力される。

【０１８４】画像メモリーインターフェース回路１７０
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１７０４に入力さ
れる。

【０１８５】入出力インターフェース回路１７０５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ＣＰＵ１７０６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。

【０１８６】画像生成回路１７０７は、前記入出力イン
ターフェース回路１７０５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ＣＰＵ１７０
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。

【０１８７】本回路により生成された表示用画像データ
は、デコーダ１７０４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１７０５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。

【０１８８】ＣＰＵ１７０６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。

【０１８９】例えば、マルチプレクサ１７０３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
７０２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１７０７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１７０５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。

【０１９０】尚、ＣＰＵ１７０６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１７０５
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。

【０１９１】入力部１７１４は、前記ＣＰＵ１７０６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。

【０１９２】デコーダ１７０４は、前記１７０７ないし
１７１３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１７０
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。

【０１９３】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１７０７
及びＣＰＵ１７０６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。

【０１９４】マルチプレクサ１７０３は、前記ＣＰＵ１
７０６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１７０３
はデコーダ１７０４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１７０１
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。

【０１９５】ディスプレイパネルコントローラ１７０２
は、前記ＣＰＵ１７０６より入力される制御信号に基づ
き、駆動回路１７０１の動作を制御するための回路であ
る。

【０１９６】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１７０１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１７０１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１７０１に対して出力す
る場合もある。

【０１９７】駆動回路１７０１は、ディスプレイパネル
１７００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１７０３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１７０２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。

【０１９８】以上、各部の機能を説明したが、図２１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１７００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１
７０４におて逆変換された後、マルチプレクサ１７０３
において適宜選択され、駆動回路１７０１に入力され
る。一方、デイスプレイコントローラ１７０２は、表示
する画像信号に応じて駆動回路１７０１の動作を制御す
るための制御信号を発生する。駆動回路１７０１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１
７００に駆動信号を印加する。これにより、ディスプレ
イパネル１７００において画像が表示される。これらの
一連の動作は、ＣＰＵ１７０６により統括的に制御され
る。

【０１９９】本画像形成装置においては、前記デコーダ
１７０４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路１７０
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。

【０２００】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。

【０２０１】尚、図２１は、表面伝導型電子放出素子を
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。

【０２０２】例えば図２１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。

【０２０３】本画像形成装置においては、とりわけ表面
伝導型電子放出素子を電子源としているので、デイスプ
レイパネルの薄型化が容易なため、画像形成装置の奥行
きを小さくすることができる。それに加えて、表面伝導
型電子放出素子を電子ビーム源とする表示パネルは大画
面化が容易で輝度が高く視野角特性にも優れるため、画
像形成装置は臨場感にあふれ、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。

【０２０４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
通電フォーミングに適した導電性膜材料を用いて、耐久
性の高い表面伝導型電子放出素子を得ることができる。
また、該素子を用いることで、耐久性の高い電子源、さ
らには耐久性の高い画像形成装置を得ることができるも
のである。

【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を示す概略的
構成図である。

【図２】従来例の表面伝導型電子放出素子を示す概略的
構成図である。

【図３】本発明の表面伝導型電子放出素子の製造方法を
示す図である。

【図４】本発明の表面伝導型電子放出素子の製造方法を
示す図である。

【図５】本発明の表面伝導型電子放出素子の製造方法を
示す図である。

【図６】フォーミング波形の例を示す図である。

【図７】本発明の表面伝導型電子放出素子の測定評価系
の一例を示す概略的構成図である。

【図８】本発明の表面伝導型電子放出素子の放出電流−
素子電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）を示す図である。

【図９】単純マトリクス配置の本発明の電子源の概略的
構成図である。

【図１０】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的構成図であ
る

【図１１】図１０の表示パネルにおける蛍光膜を示す図
である。

【図１２】図１０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１３】梯型配置の電子源の概略的平面図である。

【図１４】梯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的構成図である。

【図１５】実施例３における電子源を示す概略的平面図
である。

【図１６】図１５におけるＡ−Ａ’断面図である。

【図１７】実施例３における電子源の製造手順を示す図
である。

【図１８】実施例３における電子源の製造手順を示す図
である。

【図１９】実施例３における通電フォーミング時の接続
形態を示す図である。

【図２０】実施例３における電子源の測定系を示す図で
ある。

【図２１】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。

【符号の説明】

１基体２，３素子電極４導電性膜５電子放出部５０素子電流Ｉｆを測定するための電流計５１電源５２放出電流Ｉｅを測定するための電流計５３高圧電源５４アノード電極５５真空装置５６排気ポンプ５７ガス導入管７１基板７２Ｘ方向配線（下配線）７３Ｙ方向配線（上配線）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黒色導伝材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１１１表面伝導型電子放出素子１１２共通配線１２０グリッド電極１２１開口１４１層間絶縁層１４２コンタクトホール１５１Ｃｒ層３８１共通電極３８２パルス発生器３８３シャント抵抗３８４オシロスコープ３９１真空槽３９２窓３９５Ｘ方向ラインの駆動用配線３９６Ｙ方向ラインの駆動用配線３９７ドライバー３９８引出し電極３９９電源５０１フォトレジスト５０２紫外線５０３金属を主成分とする膜５０４マスク１７００ディスプレイパネル１７０１駆動回路１７０２ディスプレイコントローラ１７０３マルチプレクサ１７０４デコーダ１７０５入出力インターフェース回路１７０６ＣＰＵ１７０７画像生成回路１７０８画像メモリーインターフェース回路１７０９画像メモリーインターフェース回路１７１０画像メモリーインターフェース回路１７１１画像入力インターフェース回路１７１２ＴＶ信号受信回路１７１３ＴＶ信号受信回路１７１４入力部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成した一対の素子電極間に導
電性膜を形成し、フォーミング処理して導電性膜に電子
放出部を形成する表面伝導型電子放出素子において、導電性膜および素子電極の一部が、導電性膜より高融点
の金属膜で被覆されていることを特徴とする表面伝導型
電子放出素子。
【請求項２】金属膜が、フォトリソグラフィ技術によ
り形成されることを特徴とする請求項１の表面伝導型電
子放出素子。
【請求項３】金属膜の主成分が、Ｗであることを特徴
とする請求項１または２の表面伝導型電子放出素子。
【請求項４】基板上に素子電極を形成すると共に、素
子電極間を連絡する導電性膜を形成する工程と、導電性膜に電子放出部を形成するフォーミング工程と、導電性膜および素子電極の一部を、導電性膜より高融点
の金属膜で被覆する工程とを有することを特徴とする表
面伝導型電子放出素子の製造方法。
【請求項５】金属膜を被覆する工程が、フォトリソグ
ラフィ技術により成されることを特徴とする請求項４の
表面伝導型電子放出素子の製造方法。
【請求項６】フォトリソグラフィ技術が、ネガ型フォ
トレジスト塗布、基板裏面からの光照射、基板表面から
の金属膜形成、およびリフトオフを少なくとも含むこと
を特徴とする請求項５の表面伝導型電子放出素子の製造
方法。
【請求項７】金属膜を被覆する工程の後に、有機物質
の存在下で表面伝導型電子放出素子に電圧を印加する活
性化工程を有することを特徴とする請求項４ないし６い
ずれかの表面伝導型電子放出素子の製造方法。
【請求項８】活性化工程の後に、フォーミング工程及
び活性化工程より高い真空度下で電圧を印加する安定化
工程を有することを特徴とする請求項７の表面伝導型電
子放出素子の製造方法。
【請求項９】複数の表面伝導型電子放出素子を備えた
電子源の製造方法において、基板上に複数対の素子電極を形成すると共に、各対の素
子電極間を連絡する導電性膜を形成する工程と、各導電性膜に電子放出部を形成するフォーミング工程
と、各導電性膜および各対の素子電極の一部を、導電性膜よ
り高融点の金属膜で被覆する工程とを有する電子源の製
造方法。
【請求項１０】金属膜を被覆する工程が、フォトリソ
グラフィ技術により成されることを特徴とする請求項９
の電子源の製造方法。
【請求項１１】フォトリソグラフィ技術が、ネガ型フ
ォトレジスト塗布、基板裏面からの光照射、基板表面か
らの金属膜形成、およびリフトオフを少なくとも含むこ
とを特徴とする請求項１０の電子源の製造方法。
【請求項１２】金属膜を被覆する工程の後に、有機物
質の存在下で表面伝導型電子放出素子に電圧を印加する
活性化工程を有することを特徴とする請求項９ないし１
１いずれかのの電子源の製造方法。
【請求項１３】活性化工程の後に、フォーミング工程
及び活性化工程より高い真空度下で各表面伝導型電子放
出素子に電圧を印加する安定化工程を有することを特徴
とする請求項１２の電子源の製造方法。
【請求項１４】請求項９ないし１３いずれかの方法で
製造されたことを特徴とする電子源。
【請求項１５】複数の表面伝導型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、各表面伝導型電
子放出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請求項１４の電子源。
【請求項１６】複数の表面伝導型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、各表面伝導型電
子放出素子を駆動するための配線がはしご状配置されて
いることを特徴とする請求項１４の電子源。
【請求項１７】請求項１４ないし１６いずれかの電子
源と、該電子源からの電子線の照射により画像を形成す
る画像形成部材とを有することを特徴とする画像形成装
置。
【請求項１８】請求項１４ないし１６いずれかの電子
源と、該電子源から放出される電子線を情報信号に応じ
て変調する変調手段と、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を有することを特徴
とする画像形成装置。
【請求項１９】請求項１４ないし１６いずれかの電子
源と、該電子源からの電子線の照射により画像を形成す
る画像形成部材とを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。
【請求項２０】請求項１４ないし１６いずれかの電子
源と、該電子源から放出される電子線を情報信号に応じ
て変調する変調手段と、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を組み合わせること
を特徴とする画像形成装置の製造方法。