JPH09330676A

JPH09330676A - 電子放出素子、電子源、及び画像形成装置

Info

Publication number: JPH09330676A
Application number: JP16668896A
Authority: JP
Inventors: Takeo Tsukamoto; 健夫塚本; Masato Yamanobe; 正人山野辺
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の基板１側に、絶縁層７を挟んで第３
の電極６を有することを特徴とする。【効果】電極６に与える電位を制御することにより、
放出電流の制御を高速かつ高精度に行うことができる。

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、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
０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。

【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】

【発明が解決しようとする課題】前記電子放出素子を画
像形成装置に用いる場合には、外部からの信号に応じて
電子放出部から取り出された放出電流量（電子数）を増
加あるいは減少させる事で蛍光体の輝度が変調されるよ
うに工夫されなければならない。例えば、上述のＭ．ハ
ートウェルによる表面伝導型電子放出素子の場合、放出
電流を変化させる方法としては、導電性膜の両端に印加
する電圧を変化させるのが一般的である。

【００１３】しかしながら、上述のＭ．ハートウェルに
よる表面伝導型電子放出素子の様な２端子素子の放出電
流量を変化させる場合には、電子放出に必要な素子電流
（導電性膜を流れる電流）を得るための電源に、外部信
号に応じて電力を制御するための制御機構を付加しなけ
ればならず、装置が大型化する問題があった。また、上
述の表面伝導型電子放出素子を複数個用いる画像形成装
置においては、個々の素子がある範囲で異なる電圧−電
流特性を持つため、全ての素子で同じ特性を得るための
機構が必要であった。

【００１４】本発明は、上記問題を鑑み、放出電流の制
御を高速かつ制御良く行うことが可能な電子放出素子及
び電子源と、かかる電子放出素子を用い、小型で簡易な
構成をもってより高品位な画像を形成し得る画像形成装
置の提供を目的とするものである。

【００１５】

【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。

【００１６】即ち、本発明の第一は、基板上に形成され
た対向する一対の素子電極間に、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、該電子放出部は
内部に亀裂を有し、該電子放出部の基板側に、絶縁層を
挟んで第３の電極を有することを特徴とする電子放出素
子にある。

【００１７】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、「前記電子放出部は、前記一対の素子
電極間の中央近傍或はいずれか一方の素子電極の近傍に
形成されている」こと、「前記絶縁層の厚さが、前記電
子放出部内部の亀裂の幅に、該絶縁層の比誘電率を乗じ
た厚さの５倍以内である」こと、「前記第３の電極が、
前記一対の素子電極のいずれか一方の素子電極方向に引
き出され、且つ該素子電極と重なるように配置されてい
る」こと、「前記第３の電極は、前記一対の素子電極の
いずれか一方に接続されている」こと、「前記第３の電
極は、外部からの信号に応じた電位が与えられる電極で
ある」こと、「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、をも含むものである。また、本発
明の第二は、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、基板上に複
数個配置したことを特徴とする電子源にある。

【００１８】上記本発明第二の電子源は、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
むものである。

【００１９】更に、本発明の第三は、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
明第二の電子源と、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。

【００２０】本発明の電子放出素子によれば、第３の電
極に与える電位を制御することにより、極めて小さい電
力で放出電流量の制御が可能である。また、放出電流を
素子電流で割った値を電子放出効率と定義すると、第３
の電極に与える電位を変化させることで、この電子放出
効率を向上させることが可能である。

【００２１】また、本発明の画像形成装置によれば、外
部からの信号に応じた輝度変調を高速に制御することが
可能となり、より高品位な画像を形成することが可能で
ある。さらに、制御装置が簡略化され、装置全体の小型
化が可能となる。

【００２２】

【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。

【００２３】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。

【００２４】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、６
は第３の電極、７は誘電体膜（絶縁層）である。

【００２５】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。

【００２６】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、Ｉｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ 等の透明導電体及び
ポリシリコン等の半導体導体材料等から適宜選択され
る。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。この導電性膜
４の膜厚は、好ましくは数Åから数百ｎｍであり、さら
に好ましくは、５ｎｍから５０ｎｍの範囲である。その
抵抗値Ｒｓが、１０²から１０⁷ Ω／□の抵抗値を示す
膜厚で形成したものが好ましく用いられる。なおＲｓ
は、幅がｗで長さがｌの薄膜の長さ方向に測った抵抗Ｒ
を、Ｒ＝Ｒｓ（ｌ／ｗ）と置いたときに現れる値であ
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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】「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）。

【００３７】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。

【００３８】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。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。

【００３９】第３の電極６は、前述の素子電極２，３と
同じ材料を用いることができ、その膜厚も、素子電極
２，３と同じく数十ｎｍから数μｍの範囲とすることが
できる。

【００４０】絶縁層７は、ＣＶＤ，スパッタ法等により
形成したＳｉＯ，ＳｉＮ，ＡｌＯ，ＡｌＮ，リン酸系ガ
ラス，ホウ酸系ガラス等を用いることができる。絶縁層
７の種類と厚さは、第３の電極６と導電性膜４との間に
形成される容量を決めるだけでなく、詳しくは後述する
が、電子放出部５からの放出電子の軌道を決める電位分
布の形成に深く関係している。

【００４１】次に、上記本発明の電子放出素子の動作に
ついて、図２を参照しつつ簡単に説明する。図２中、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
の符号を付しており、８は発光部材及び導電層９を設け
たガラス基板、１０と１１は電源、１２は高圧電源であ
る。

【００４２】素子電極２，３間に電源１１により電圧を
印加し、電子放出部５より電子を放出させる。この時、
第３の電極６に電源１０により正又は負の適当な電位を
与えることにより、電子放出部５（亀裂領域）からの電
子放出量を変化させることが可能となる。

【００４３】具体的には、高圧電源１２により導電層９
を高電位に設定し、電子放出素子とガラス基板８との間
に真空を挟んで平行電界を形成した場合、第３の電極６
に与える電位を正にすると、放出電流量が増大し、電子
放出効率が向上するように作用する。一方、第３の電極
６に与える電位を負にすることで放出電流量が減少する
ように作用する。

【００４４】第３の電極６は絶縁層７によって素子電極
２，３と絶縁されているため、電極６の駆動時にはほと
んど電流が流れないため、駆動に伴う電流は導電性膜４
との間に形成される容量成分の変位電流だけである。こ
の容量成分は素子のスイッチング時間（変調制御可能な
最小の時間）を決めるため、電極６の抵抗値を出来るだ
け小さくすると共に、容量成分をなるべく小さくするこ
とが望ましい。このため、電極６と導電性膜４が重なる
面積を可能な限り少なくするのが望ましい。また、電極
６を素子電極２，３のいずれか一方の素子電極方向に引
き出し、かかる素子電極と重なるように配置する場合に
は、かかる素子電極と電極６を同電位にし、これらの間
の容量をキャンセルすることはより有効である。さら
に、放出された電子の軌道変化を最小にするためには、
第３の電極６に結線される配線を素子電極の下に完全に
隠れるような形状にすることが望ましい。

【００４５】また、絶縁層７の種類と厚さは、導電性膜
４との間に形成される容量を決めるだけでなく放出電子
の軌道を決める電位分布の形成に深く関係している。絶
縁層７の厚さは、電子の軌道を変化させるために必要な
電界と形成される容量成分を考慮して適宜に設定され
る。本発明者らの研究によれば、各電極に加えられる電
位の通常の範囲においては、この絶縁層７の厚さを、電
子放出部５の内部の亀裂幅に、絶縁層の比誘電率を乗じ
た厚さの５倍以内とすることにより、極めて小さい電力
で放出電流量の制御が可能であることが分かった。

【００４６】次に、本発明の表面伝導型電子放出素子の
他の構成例について説明する。図３は、本発明の表面伝
導型電子放出素子の他の構成例を示す模式図であり、図
３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は断面図である。図３
中、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１に示した電子放出素子
との違いは、電子放出部５の位置である。即ち、図１に
示した電子放出素子は、電子放出部５が、素子電極２，
３間の中央近傍に形成されたものであるが、本素子は一
方の素子電極（図３においては素子電極２）の近傍に形
成されたものである。

【００４７】素子電極２に沿った電子放出部５は、素子
電極２と素子電極３とで電極材料や膜厚を変えることに
より形成することができ、特に導電性膜４と素子電極２
との熱反応（合金反応）を利用して形成するのが好まし
い。

【００４８】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４に基づ
いて説明する。尚、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。

【００４９】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、スピンナー等によりレジスト４１
を堆積後、フォトリソグラフィー技術を用いて第３の電
極６となるパターンを形成し、更に電極６の厚さと同程
度の深さになるように基板１のエッチングを行なう（図
４（ａ））。

【００５０】２）次に、電極材料を基板全面に蒸着を行
った後、レジスト４１を剥離して、電極６を形成する
（図４（ｂ））。

【００５１】３）次に、基板上にＳｉＯ₂ 等を蒸着し、
絶縁層７を形成する（図４（ｃ））。

【００５２】４）次に、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
技術を用いて素子電極２，３を形成する。次に、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４（ｄ））。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。

【００５３】５）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に、局所的に破壊，変形もし
くは変質等の構造の変化した電子放出部５が形成される
（図４（ｅ））。通電フォーミングの電圧波形の例を図
７に示す。

【００５４】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７（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７（ｂ）に示した手法
がある。

【００５５】まず、パルス波高値を定電圧とした場合に
ついて図７（ａ）で説明する。図７（ａ）におけるＴ１
及びＴ２は電圧波形のパルス幅とパルス間隔であり、例
えば、Ｔ１を１マイクロ秒〜１０ミリ秒、Ｔ２を１０マ
イクロ秒〜１００ミリ秒とし、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。

【００５６】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７（ｂ）で説明する。
図７（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図７（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。

【００５７】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。

【００５８】６）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。

【００５９】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出来、具体的に
は、メタン、エタン、プロパンなどＣ_n Ｈ_2n+2で表され
る飽和炭化水素、エチレン、プロピレンなど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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】７）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。

【００６３】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１×１０^-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、８０〜２５０℃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。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】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８，図９を
参照しながら説明する。

【００６７】図８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８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。

【００６８】図８において、５５は真空容器であり、５
７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、５６は第３の電極６に電圧を印加するための電
源である。一例として、アノード電極５４の電圧を１ｋ
Ｖ〜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。

【００６９】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。

【００７０】排気ポンプ５７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２５０℃まで加熱
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。

【００７１】図９は、図８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９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。

【００７２】図９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。

【００７３】即ち、第１に、本素子はある電圧（しきい
値電圧と呼ぶ；図９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。

【００７４】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。

【００７５】第３に、アノード電極５４（図８参照）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。

【００７６】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。

【００７７】図９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。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】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、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。

【００８１】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１０を用いて説明する。図１０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。

【００８２】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）。

【００８３】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。

【００８４】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。また、本例
では、表面伝導型電子放出素子７４の第３の電極（不図
示）は一方の素子電極に接続されている。

【００８５】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。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】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１１と図１２
及び図１３を用いて説明する。図１１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１２は、図
１１の画像形成装置に使用される蛍光膜の模式図であ
る。図１３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。

【００８９】図１１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。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】図１２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１２（ａ））あるい
はブラックマトリクス（図１２（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。

【００９３】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。

【００９４】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。

【００９５】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。

【００９６】図１１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。

【００９７】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。

【００９８】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１３を用いて説明する。図１３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。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】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。

【０１０２】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。

【０１０３】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。

【０１０４】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。

【０１０５】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。

【０１０６】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。

【０１０７】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。

【０１０８】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。

【０１０９】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。

【０１１０】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。

【０１１１】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。

【０１１２】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。

【０１１３】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。

【０１１４】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１４及び図１５を用いて説明す
る。

【０１１５】図１４は、梯子型配置の電子源の一例を示
す模式図である。図１４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。尚、本例
においては、電子放出素子１１１の第３の電極（不図
示）は、各素子行の一方の共通配線に接続されている。
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Ｄ
３を一体の同一配線とすることもできる。

【０１１６】図１５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１５においては、図１１、図１４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１１
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。

【０１１７】図１５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１５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。

【０１１８】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。

【０１１９】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。

【０１２０】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。

【０１２１】

【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。

【０１２２】［実施例１］本実施例に係わる表面伝導型
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、６は第
３の電極、７は絶縁層である。

【０１２３】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４と同様であり、以下、図１
及び図４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。

【０１２４】工程Ａ基板１として厚さ約１ｍｍの石英基板を用い、基板を有
機洗浄した後、ポジレジスト４１（ＡＺ１３７０／ヘキ
スト社製）をスピンコートし約１μｍの厚さに堆積し
た。ＵＶ光を用いて第３の電極となるパターンを形成
し、その後、第３の電極６の厚さと同程度の厚さ、本実
施例では約３００ｎｍ、の深さになるように石英基板を
ＣＦ₄ ガスを用いてドライエッチングを行い、溝の幅が
約１０μｍの図４（ａ）なる断面を得た。

【０１２５】工程Ｂ次に、ＣｒをＥＢ蒸着により３００ｎｍの厚さに基板全
面に堆積させた。その後、レジスト４１をアセトンで剥
離して第３の電極６を形成し、図４（ｂ）に示すように
基板面がほぼ平坦な断面を得た。

【０１２６】工程Ｃ次に、基板上に約５０ｎｍのＳｉＯ₂ 膜をスパッターに
て蒸着を行い、絶縁層７を形成し、図４（ｃ）の様な断
面を得た。

【０１２７】工程Ｄ次に、厚さ５０ｎｍのＡｕを抵抗加熱蒸着にて形成し、
レジストを用いたリフトオフで素子電極２，３を形成し
た。このときの電極間隔Ｌは約３０μｍ、電極幅Ｗは約
３００μｍであった。次に、Ｐｄの有機金属錯体溶液を
スピナーで基板全面に塗布後、約３００℃で焼成を行い
厚さ約１０ｎｍのＰｄＯ膜を得た。次に、Ａｒガスを用
いてレジストをマスクとして用いたドライエッチングに
てＰｄＯ膜をパターニングし、導電性膜４を形成して図
４（ｄ）に示す断面を得た。

【０１２８】工程Ｅ次に、素子を図８の真空処理装置の真空容器５５内に設
置し、排気ポンプ５７にて排気し、真空容器５５内を１
×１０^-6Ｔｏｒｒの真空度とした。この後、素子に素子
電圧Ｖｆを印加するための電源５１より、素子電極２，
３間に電圧を印加して通電フォーミングを行い、電子放
出部５を形成し、図４（ｅ）なる断面を得た。通電フォ
ーミング処理の電圧波形は図７（ｂ）に示したものであ
る。

【０１２９】本実施例では、図７（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、同時に、０．１Ｖの
電圧でＴ２間に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１ＭΩ以上になった時とし、同時に、素子
への電圧の印加を終了した。

【０１３０】引き続き、真空容器５５内を約２×１０^-7
Ｔｏｒｒの真空度とし、有機物質としてアセトンを真空
容器５５内に導入した。この時のアセトンの分圧は２×
１０^-4Ｔｏｒｒとした。続いて、素子に電源５１より、
素子電２，３間に電圧を印加して、活性化処理を行っ
た。この時、素子に印加する電圧波形は、図７（ｂ）中
のＴ１を１ｍｓ、Ｔ２を１０ｍｓとし、三角波の波高値
は徐々に昇圧して活性化処理を行った。

【０１３１】その後、排気ポンプをイオンポンプを用い
た超真空排気装置に切り換え、１８０℃で７時間ベーキ
ングした。ベーキング後の真空容器５５内の真空度は１
×１０^-7Ｔｏｒｒであった。

【０１３２】次に、上記真空容器５５内で行った電子放
出素子の駆動について述べる。尚、図８中のアノード電
極５４は、不図示の発光層と共にガラス基板に支持され
ている。この時の発光層及びアノード電極５４としてＩ
ＴＯ（インジウム・スズ・酸化物）上に蛍光体が存在す
るものを用い、電子放出素子とアノード電極５４との間
隔Ｈは４ｍｍとした。

【０１３３】電子放出素子の駆動時には、高圧電源５３
より約５ｋＶの電圧をアノード電極５４に印加した。次
に、電源５１により波高値１４Ｖ，パルス幅１００μｓ
の矩形波を１００Ｈｚの周期で印加した。このとき、素
子に流れる素子電流は約３ｍＡ、アノード電極５４に到
達する放出電流は約３μＡであった。

【０１３４】次に、電源５１による矩形波パルスに同期
させて電源５６の波高値を正の値に昇圧させたところ、
約１０Ｖから放出電流が増加し、１４Ｖで放出電流は約
２倍の６μＡとなった。次に、電源５１による矩形波パ
ルスに同期させて電源５６の波高値を負の値に減圧させ
たところ、放出電流が減少し、−７Ｖで放出電流は測定
限界以下となった。これらの結果より、第３の電極６に
印加する電位を変化するだけで放出電流量を変調するこ
とが可能であることを確認した。また第３の電極６に流
れる電流は充放電電流のみ検出され、このことから変調
のスイッチングスピードが導電性膜４と電極６に形成さ
れる容量成分と電極６の抵抗成分によって決められるこ
とがわかった。

【０１３５】［実施例２］本実施例に係わる表面伝導型
電子放出素子の構成は、図３（ａ），（ｂ）の平面図及
び断面図と同様である。図３においても、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、６は
第３の電極、７は絶縁層である。

【０１３６】本実施例の電子放出素子では、電子放出部
５が素子電極２に沿って形成されており、その製造法は
実施例１における工程Ｄ，Ｅが異なるだけであるので、
かかる工程についてのみ簡単に説明する。

【０１３７】工程Ｄ厚さ１００ｎｍのＡｕをパターニングして素子電極２を
形成し、厚さ５０ｎｍのＰｔを２回の蒸着しパターニン
グして素子電極３を形成した。このときの電極間隔Ｌは
約３０μｍ、電極幅Ｗは約３００μｍであった。次に、
Ｐｄの有機金属錯体溶液をスピナーで基板全面に塗布
後、約３００℃で焼成を行い厚さ約１０ｎｍのＰｄＯ膜
を得た。次に、Ａｒガスを用いてレジストをマスクとし
て用いたドライエッチングにてＰｄＯ膜をパターニング
し、導電性膜４を形成した。

【０１３８】工程Ｅ基板を大気中４５０℃で３０分間ほど加熱すると、Ｐｄ
Ｏ膜からなる導電性膜４が素子電極２のＡｕと反応を起
こし、実施例１における通電フォーミングで形成した電
子放出部５とほぼ同等の電子放出部が素子電極２に沿っ
て形成された。

【０１３９】引き続き、実施例１で用いたアセトンに代
えてノルマル−ヘキサンによる活性化を行い、さらに安
定化工程を行った。

【０１４０】本実施例で作成された素子は、電子放出部
が予め決められた位置、即ち素子電極２に沿って形成さ
れるため、第３の電極６と絶縁層７を挟んで存在する導
電性膜４及び素子電極２（あるいは素子電極３）と重な
る面積を比較的容易に減らすことが出来る（本実施例で
は実施例１の約半分とすることが出来た）ため、輝度変
調等のスイッチングスピードを早めることが出来た。な
お、駆動方法は実施例１と同じで、その効果作用もほぼ
同一であった。

【０１４１】［実施例３］本実施例に係わる表面伝導型
電子放出素子の構成を図５に示す。図５（ａ）は平面
図、図５（ｂ）は断面図である。図５においても、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、６は第３の電極、７は絶縁層である。

【０１４２】本実施例の電子放出素子は、電子放出部５
が素子電極２に沿って形成されている点では実施例２と
同様であるが、第３の電極６の配置が上部の素子電極の
一部と全く重なるか或いは完全に上部の素子電極に遮蔽
されるように配置されるのが特徴である。その製造法は
実施例２と同様であるので、省略する。

【０１４３】電子放出素子の駆動は、実施例１と同様、
図８に示した真空処理装置を用いて行った。尚、電子放
出素子及びアノード電極５４と各電源は、図６に示すよ
うにし接続した。即ち、本実施例では一方の素子電極
（素子電極３）と第３の電極６に電源５１により同じ正
の電位を与えることができるように接続した。

【０１４４】電子放出素子の駆動の際には、高圧電源５
３より約５ｋＶの電圧をアノード電極５４に印加した。
次に、電源５１により波高値１４Ｖ，パルス幅１００μ
ｓの矩形波を１００Ｈｚの周期で印加した。このとき、
素子に流れる素子電流は約３ｍＡ、アノード電極５４に
到達する放出電流は約７μＡであった。このことは素子
電極６と素子電極３を同電位にて駆動するだけで同一の
Ｉｆに対して電子放出量が２倍ほど多く観察され、効率
が向上したことが確認された。

【０１４５】変調のスイッチングスピードを決めている
導電性膜４と第３の電極６に形成される容量成分は素子
電極３と同電位で駆動されるため極めて小さく、このた
め変調速度が極めて増加した。また第３の電極６を配置
したことによる電子軌道のゆがみ等の影響を極力減らす
ことが可能となった。

【０１４６】［実施例４］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。

【０１４７】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１６に示す。また、図中のＡ−
Ａ’断面図を図１７に示す。但し、図１６、図１７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１０のＤｘｍに対応するＸ方向配線（下配
線とも呼ぶ）、７３は図１０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、６は第３の電極、７は絶縁層、１７１は層間絶縁
層、１７２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。

【０１４８】先ず、本実施例の電子源の製造方法を、図
１８及び図１９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１
８の（ａ）〜（ｄ）及び図１９の（ｅ）〜（ｈ）に対応
する。

【０１４９】工程−ａ清浄化した青板ガラス上に厚さ０．５μｍのシリコン酸
化膜をスパッタ法で形成した基板１上に、真空蒸着によ
り厚さ５ｎｍのＣｒ、厚さ６００ｎｍのＡｕ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、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。

【０１５０】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１７１をＲＦスパッタ法により堆積した。続いて、
ホトレジスト１７３を用いて開口部を形成した後、第３
の電極３とほぼ同じ厚さ（約３００ｎｍ）の深さになる
ように、ＣＦ₄ガスを用いてドライエッチングを行っ
た。

【０１５１】工程−ｃ厚さ約３００ｎｍのＣｒをＥＢ蒸着後、レジスト１７３
を用いてリフトオフし、第３の電極６を形成した。次
に、ＳｉＯ₂ をスパッタ法で約５００Åの厚さに堆積し
た後、堆積したシリコン酸化膜にコンタクトホール１７
２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１７１をエッチングしてコン
タクトホール１７２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。

【０１５２】工程−ｄその後、素子電極２と素子電極３間ギャップ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）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、Ｎｉ／Ｔｉ堆積膜
をリフトオフし、素子電極間隔Ｌは３μｍとし、幅Ｗが
３００μｍの素子電極２，３を形成した。

【０１５３】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。

【０１５４】工程−ｆ膜厚１００ｎｍのＣｒ膜１７４を真空蒸着により堆積
し、これを導電性膜４の形状に対応する開口を有するよ
うにパターニングし、そのうえに有機Ｐｄ（ｃｃｐ４２
３０／奥野製薬（株）製）をスピンナーにより回転塗
布、３００℃で１０分間の加熱焼成処理をした。また、
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５
×１０⁴ Ω／□であった。なおここで述べる微粒子膜と
は、先述したように、複数の微粒子が集合した膜であ
り、その微細構造として、微粒子が個々に分散配置した
状態のみならず、微粒子が互いに隣接、あるいは、重な
り合った状態（島状も含む）の膜を指し、その粒径と
は、前記状態で粒子形状が認識可能な微粒子についての
径をいう。

【０１５５】工程−ｇＣｒ膜１７４および焼成後の導電性膜４をウェットエッ
チングによりエッチングして所望のパターンを形成し
た。

【０１５６】工程−ｈコンタクトホール１７２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１７２を埋め込んだ。

【０１５７】以上の工程により、絶縁性基板１上に下配
線７２、層間絶縁層１４１、上配線７３、素子電極２，
３、導電性膜４等を形成した。

【０１５８】次に、以上のようにして作製した複数の導
電性膜４がマトリクス配線された基板１（図１６）を用
いて画像形成装置を作製した。作製手順を図１１と図１
２を用いて説明する。

【０１５９】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１６）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１
１）。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。

【０１６０】図１１において、７４は電子放出素子、７
２，７３はそれぞれＸ方向及びＹ方向の配線である。
尚、第３の電極６は、一方の素子電極（素子電極３）と
共にＹ方向配線７３に接続されている。

【０１６１】蛍光膜８４は、カラーを実現するために、
ストライプ形状（図１２（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。

【０１６２】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。

【０１６３】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。

【０１６４】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。

【０１６５】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７（ｂ）に示した電圧波形（但し、三角波で
はなく矩形波）を用いた。本実施例ではＴ１を１ｍｓ、
Ｔ２を１０ｍｓとし、約１×１０^-5Ｔｏｒｒの真空雰囲
気下で行った。

【０１６６】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
れた状態となり、その微粒子の平均粒径は３ｎｍであっ
た。

【０１６７】次に、パネル（外囲器８８）の排気管より
ｎ−ヘキサンをスローリークバルブを通してパネル内に
導入し、１．０×１０^-5Ｔｏｒｒを維持した。フォーミ
ングと同一の矩形波で、波高１４Ｖで、真空度１×１０
^-5Ｔｏｒｒの真空度で、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。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。

【０１６８】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。ゲッターは
Ｂａ等を主成分とした。

【０１６９】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印加することにより電子放出させ、
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を表示した。

【０１７０】本実施例における画像表示装置は、良好な
画像を均一かつ精度良く表示することができた。

【０１７１】［実施例５］本実施例では、実施例４の画
像形成装置を、例えばテレビジョン放送をはじめとする
種々の画像情報源より提供される画像情報を表示できる
ように構成した表示装置の一例を示す。具体的には、図
１１に示した画像形成装置を図１３に示した駆動回路を
用いて、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行っ
た。

【０１７２】本表示装置においては、とりわけ表面伝導
型電子放出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネ
ルの薄型化が容易なため、表示装置の奥行きを小さくす
ることができる。それに加えて、表面伝導型電子放出素
子を電子ビーム源とするディスプレイパネルは大面積化
が容易で輝度が高く視野角特性にも優れるため、本表示
装置は臨場感あふれ迫力に富んだ画像を視認性良く表示
する事が可能である。

【０１７３】本実施例における表示装置は、ＮＴＳＣ方
式のテレビ信号に応じた画像を良好に、かつ長時間安定
して表示することができた。

【０１７４】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、電
子放出素子から放出される放出電流の制御を高速かつ精
度良く行うことが可能となった。

【０１７５】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
電子放出素子の電子放出特性を高速かつ精度良く均一に
制御することができ、かつ、歩留りよく製造することが
できる。

【０１７６】また、入力信号に基づいて画像を形成する
装置であって、画像形成部材と前記電子源を備えた画像
形成装置においては、電子放出特性の制御装置の小型化
がなされ、小型且つ高品位な画像形成装置、例えばカラ
ーフラットテレビが実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を電子放出素子の一例である表面伝導型
電子放出素子の一例を模式的に示した平面図及び縦断面
図である。

【図２】図１の表面伝導型電子放出素子の駆動方法を説
明するための図である。

【図３】本発明の電子放出素子の一例である表面伝導型
電子放出素子の別の例を模式的に示した平面図及び縦断
面図である。

【図４】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５】本発明の実施例３に係る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６】図５の表面伝導型電子放出素子の駆動方法を説
明するための図である。

【図７】フォーミング処理に用いる電圧波形の一例であ
る。

【図８】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９】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１０】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１１】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１２】図１１の表示パネルにおける蛍光膜を示す図
である。

【図１３】図１１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１４】梯子型配置の本発明の電子源の概略平面図で
ある。

【図１５】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１６】本発明の実施例４に係る単純マトリクス配置
の電子源の部分平面図である。

【図１７】図１６の電子源の部分断面図である。

【図１８】図１６の電子源の製造方法を説明するための
図である。

【図１９】図１６の電子源の製造方法を説明するための
図である。

【図２０】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６第３の電極７絶縁層１０，１１電源１２高圧電源４１レジスト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第３の電極６に所定の電位を与える電源５７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１７１層間絶縁層１７２コンタクトホール１７３レジスト１７４Ｃｒ膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された対向する一対の素子
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、該電子放出部は内部に亀裂を有し、該
電子放出部の基板側に、絶縁層を挟んで第３の電極を有
することを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】前記電子放出部は、前記一対の素子電極
間の中央近傍或はいずれか一方の素子電極の近傍に形成
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３】前記絶縁層の厚さが、前記電子放出部内
部の亀裂の幅に、該絶縁層の比誘電率を乗じた厚さの５
倍以内であることを特徴とする請求項１又は２に記載の
電子放出素子。
【請求項４】前記第３の電極が、前記一対の素子電極
のいずれか一方の素子電極方向に引き出され、且つ該素
子電極と重なるように配置されてい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】前記第３の電極は、前記一対の素子電極
のいずれか一方に接続されていることを特徴とする請求
項１〜４のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項６】前記第３の電極は、外部からの信号に応
じた電位が与えられる電極であることを特徴とする請求
項１〜５のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項７】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１〜６のいずれか
に記載の電子放出素子。
【請求項８】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１〜７のいずれかに記載の電子放出素
子を、基板上に複数個配置したことを特徴とする電子
源。
【請求項９】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８に記載の電子源。
【請求項１０】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８に記載の電子源。
【請求項１１】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８〜１０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。