JP2946181B2

JP2946181B2 - 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

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Publication number: JP2946181B2
Application number: JP31941794A
Authority: JP
Inventors: 敬介山本; 健夫塚本; 康弘浜元; 正人山野辺
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-11-30
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 1999-09-06
Anticipated expiration: 2014-09-06
Also published as: JPH08162010A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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】表面伝導型電子放出素子は、絶縁性の基
板上に形成された導電性薄膜に、膜面に平行に電流を流
すことにより電子放出が生ずる現象を利用するものであ
る。

【０００３】表面伝導型電子放出素子の典型的な構成例
としては、絶縁性の基板上に設けた一対の素子電極間を
連絡する金属酸化物等の導電性薄膜に、予めフォーミン
グと称される通電処理により電子放出部を形成したもの
が挙げられる。フォーミングは、導電性薄膜の両端に直
流電圧あるいは非常にゆっくりとした昇電圧、例えば１
Ｖ／１分程度の昇電圧を印加通電することで通常行わ
れ、導電性薄膜を局所的に破壊、変形もしくは変質させ
て構造を変化させ、電気的に高抵抗な状態の電子放出部
を形成する処理である。電子放出は、上記電子放出部が
形成された導電性薄膜に電圧を印加して電流を流すこと
により、電子放出部に発生した亀裂付近から行われる。

【０００４】上記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、大面積に亙って多数配
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。例えば表示装置等の
画像形成装置への利用が挙げられる。

【０００５】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（共通電極とも呼ぶ）にて夫々結線した
行を多数行配列（梯型配置とも呼ぶ）した電子源が挙げ
られる（特開平１−３１３３２号公報、同１−２８３７
４９号公報、同２−２５７５５２号公報）。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５０６６
８８３号明細書）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、表面伝
導型電子放出素子の製造については、フォーミング前の
導電性薄膜の抵抗にばらつきがあると、フォーミング時
の電流が抵抗によって変化してしまい、同一条件でフォ
ーミングを施しにくくなって、得られる表面伝導型電子
放出素子の抵抗値や電子放出特性がばらつきやすい問題
がある。

【０００７】特に表面伝導型電子放出素子で大面積ディ
スプレーを作製する場合、大面積に亙って導電性薄膜を
形成することが必要となり、導電性薄膜の不均一性も高
くなって、抵抗値の精度も±５０％程度まで低下してし
まう場合もある。この抵抗値のずれによって各表面伝導
型電子放出素子の電圧−電流特性がばらついた場合、表
面伝導型電子放出素子毎に放出電子量（表示装置の場合
には発光輝度）が変わってしまうことになり、表示装置
においては輝度むらを生じる。

【０００８】上記発光輝度のばらつきを解消する方法と
して、各表面伝導型電子放出素子の特性をメモリに記憶
させておき、各表面伝導型電子放出素子駆動時に補正を
かけることが考えられる。しかし、この場合、各表面伝
導型電子放出素子毎にメモリが必要となり、駆動回路が
複雑になる。

【０００９】本発明は、かかる従来の問題点に鑑み、電
気特性が均一な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、輝度調整等の容易な画像形成装置
を得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段及び作用】請求項１〜８の
発明は、基板上に設けられた一対の素子電極間を連絡す
る導電性薄膜に電子放出部を有する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薄膜を形成する工程
と、導電性薄膜の抵抗値を測定する工程と、導電性薄膜
の抵抗値の測定結果に基づいて導電性薄膜を酸化又は還
元することで当該導電性薄膜の抵抗値を調整する工程
と、導電性薄膜に電子放出部を形成するフォーミング工
程とを有する点に特徴を有する。

【００１１】請求項９〜１２の発明は、上記製造方法で
得られる電子放出素子に関する発明である。

【００１２】請求項１３の発明の発明は、一対の素子電
極間を連絡する導電性薄膜に電子放出部を有する電子放
出素子を、基板上に複数備える電子源の製造方法に関す
る発明で、電子放出素子を請求項１ないし８いずれかの
方法で製造する点に特徴を有するものである。

【００１３】請求項１４〜１９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。

【００１４】更に、請求項２０〜２３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。

【００１５】上記のように、本発明は、新規な表面伝導
型電子放出素子、この表面伝導型電子放出素子を複数個
備えた新規な電子源、これを用いた新規な画像形成装置
及びこれらの製造方法に係るもので、各発明の構成及び
作用を以下に更に説明する。

【００１６】本発明の表面伝導型電子放出素子には平面
型と垂直型がある。まず、平面型表面伝導型電子放出素
子の基本的な構成について説明する。

【００１７】図１（ａ）、（ｂ）は、平面型表面伝導型
電子放出素子の基本的な構成を示す図である。

【００１８】図１において１は基板、２は電子放出部、
３は導電性薄膜、４と５は素子電極である。

【００１９】基板１としては、例えば石英ガラス、Ｎａ
等の不純物含有量を減少させたガラス、青板ガラス、青
板ガラスにスパッタ法等によりＳｉＯ₂ を積層した積層
体、アルミナ等のセラミックス等が挙げられる。

【００２０】対向する素子電極４，５の材料としては、
一般的導体材料が用いられ、例えばＮｉ、Ｃｒ、Ａｕ、
Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属ある
いは合金及びＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ₂ 、Ｐｄ−Ａｇ
等の金属あるい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。

【００２１】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、導電性
薄膜３の形状等は、応用される形態等によって設計され
る。

【００２２】素子電極間隔Ｌは、数百オングストローム
から数百マイクロメートルであることが好ましく、より
好ましくは、素子電極４，５間に印加する電圧と電子放
出し得る電界強度等により、数マイクロメートルから数
十マイクロメートルである。

【００２３】素子電極長さＷは、電極の抵抗値や電子放
出特性を考慮すると、好ましくは数マイクロメートルか
ら数百マイクロメートルであり、また素子電極厚ｄは、
数百オングストロームから数マイクロメートルである。

【００２４】尚、図１に示される表面伝導型電子放出素
子は、基板１上に、素子電極４，５、導電性薄膜３の順
に積層されたものとなっているが、基板１上に、導電性
薄膜３、素子電極４，５の順に積層したものとしてもよ
い。

【００２５】導電性薄膜３は、良好な電子放出特性を得
るためには、微粒子で構成された微粒子膜であることが
特に好ましく、その膜厚は、素子電極４，５へのステッ
プカバレージ、素子電極４，５間の抵抗値及び後述する
フォーミング条件等によって適宜選択される。この導電
性薄膜３の膜厚は、好ましくは数オングストロームから
数千オングストロームで、特に好ましくは１０オングス
トロームから５００オングストロームであり、その抵抗
値は、１０の３乗から１０の７乗オーム／□のシート抵
抗値である。

【００２６】本発明における導電性薄膜３を構成する材
料としては、例えばＰｄ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉ
ｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等
の金属、ＰｄＯ、ＳｎＯ₂ 、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 等であり、酸化
・還元によって酸化物・金属に相転移する材料である。

【００２７】尚、上記微粒子膜とは、複数の微粒子が集
合した膜であり、その微細構造として、微粒子が個々に
分散配置した状態のみならず、微粒子が互いに隣接、あ
るいは重なり合った状態（島状も含む）の膜をさす。微
粒子膜である場合、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であることが好ましく、特
に好ましくは１０オングストロームから２００オングス
トロームである。

【００２８】電子放出部２には亀裂が含まれており、電
子放出はこの亀裂付近から行われる。この亀裂を含む電
子放出部２及び亀裂自体は、導電性薄膜３の膜厚、膜
質、材料及び後述するフォーミング条件等の製法に依存
して形成される。従って、電子放出部２の位置及び形状
は図１に示されるような位置及び形状に特定されるもの
ではない。

【００２９】亀裂は、数オングストロームから数百オン
グストロームの粒径の導電性微粒子を有することもあ
る。この導電性微粒子は、導電性薄膜３を構成する材料
の元素の一部、あるいは総てと同様のものである。ま
た、亀裂を含む電子放出部２及びその近傍の導電性薄膜
３は炭素及び炭素化合物を有することもある。

【００３０】次に、垂直型表面伝導型電子放出素子の基
本的な構成について説明する。

【００３１】図２は、垂直型表面伝導型電子放出素子の
基本的な構成を示す図で、図中２１は段差形成部材で、
その他図１と同じ符号は同じ部材を示すものである。

【００３２】基板１、電子放出部２、導電性薄膜３及び
素子電極４，５は、前述した平面型表面伝導型電子放出
素子と同様の材料で構成されたものである。

【００３３】段差形成部材２１は、例えば真空蒸着法、
印刷法、スパッタ法等で付設されたＳｉＯ₂ 等の絶縁性
材料で構成されたものである。この段差形成部材２１の
膜厚は、先に述べた平面型表面伝導型電子放出素子の素
子電極間隔Ｌ（図１参照）に対応するもので、段差形成
部材２１の作成法や素子電極４，５間に印加する電圧と
電子放出し得る電界強度により設定されるが、好ましく
は数百オングストロームから数十マイクロメートルであ
り、特に好ましくは数百オングストロームから数マイク
ロメートルである。

【００３４】導電性薄膜３は、通常、素子電極４，５の
作成後に形成されるので、素子電極４，５の上に積層さ
れるが、導電性薄膜３の形成後に素子電極４，５を作成
し、導電性薄膜３の上に素子電極４，５が積層されるよ
うにすることも可能である。また、平面型表面伝導型電
子放出素子の説明においても述べたように、電子放出部
２の形成は、導電性薄膜３の膜厚、膜質、材料及び後述
するフォーミング条件等の製法に依存するので、その位
置及び形状は図２に示されるような位置及び形状に特定
されるものではない。

【００３５】尚、以下の説明は、上述の平面型表面伝導
型電子放出素子と垂直型表面伝導型電子放出素子の内、
平面型を例にして説明するが、平面型表面伝導型電子放
出素子に代えて垂直型表面伝導型電子放出素子としても
よい。

【００３６】本発明の表面伝導型電子放出素子の製法と
しては様々な方法が考えられるが、その一例を図３ない
し図７に基づいて説明する。尚、図３及び図４において
図１と同じ符号は同じ部材を示すものである。

【００３７】１）基板１を洗剤、純水及び有機溶剤によ
り十分に洗浄した後、真空蒸着法、スパッタ法等により
素子電極材料を堆積させた後、フォトリソグラフィー技
術により基板１の面上に素子電極４，５を形成する（図
３（ａ））。

【００３８】２）素子電極４，５を設けた基板１上に有
機金属溶液を塗布して放置することにより、素子電極４
と素子電極５間を連絡して有機金属薄膜を形成する。
尚、有機金属溶液とは、前述の導電性薄膜３の構成材料
の金属を主元素とする有機化合物の溶液である。この
後、有機金属薄膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッ
チング等によりパターニングされた導電性薄膜３を形成
する（図３（ｂ））。

【００３９】本発明においては、上記加熱焼成時に加熱
温度を所定の温度に制御することにより、導電性薄膜３
の構成材料が、酸化物と金属の２相混合状態か、あるい
は非化学量論組成を有する酸化物を有する状態にするこ
とが好ましい。これは再酸化又は再還元によって抵抗値
の調整を広範囲で行えるためである。

【００４０】尚、ここでは、有機金属溶液の塗布法によ
り説明したが、これに限ることなく、例えば真空蒸着
法、スパッタ法、化学的気相堆積法、分散塗布法、ディ
ッピング法、スピンナー法等によって有機金属膜を形成
することもできる。

【００４１】３）次に、本発明で最も特徴的な補正工程
を施す。この補正工程及びそれ以後の電気的処理は、図
４に示されるような補正評価系内で行うことができる。

【００４２】まず、図４の補正評価系について説明す
る。図示されるように、真空排気管４３とガス導入管４
４を有する真空装置４２内に、素子電極４，５と導電性
薄膜３を形成した基板１が設置されており、素子電極
４，５にはパルス印加装置４１と電流計４０が接続され
ている。パルス印加装置４１及び電流計４０はコンピュ
ーターに接続され、任意の出力波形並びに計測値を入力
できるようになっている。また、図示していないが、表
面伝導型電子放出素子の端子部には、マトリクススキャ
ナーが接続され、複数の表面伝導型電子放出素子を順次
計測できるようになっている。

【００４３】真空装置４２内は、真空排気管４３を介し
て排気されるものである。また、真空装置１内は、真空
排気後にガス導入管４４から各種ガスを導入できるよう
になっている。

【００４４】まず、パルス印加装置４１から図５に示さ
れるようなパルス波形を発生させる。即ち、まず０．１
Ｖ程度の抵抗測定パルスを発生させ、電流計４０によっ
てこの表面伝導型電子放出素子の初期抵抗を測定する。
抵抗測定パルスの電圧は、表面伝導型電子放出素子に発
熱を生じないような低い電圧である。

【００４５】次いで、所望の抵抗値となるような抵抗補
正パルスを加え、その後再び抵抗測定パルスを加えて抵
抗値を測定し、所望の抵抗値になっているかを確認す
る。

【００４６】次に、図６を用いて抵抗補正用パルスにつ
いて説明する。

【００４７】図６は、各種雰囲気中における抵抗補正パ
ルスの波高電圧と初期抵抗の変化量の関係を例示するも
のである。これらの抵抗測定は、抵抗補正パルスを加え
た後に抵抗測定パルスを加えて行ったものである。この
ようにして抵抗変化が得られることは、表面伝導型電子
放出素子における導電性薄膜３の抵抗がパルス波高値に
よって変化することを示している。これらは酸化物と金
属間の相変化である。

【００４８】パルス波高値を高くすると、後述するフォ
ーミングが行われ、導電性薄膜３の一部が破壊、変形も
しくは変質され、表面伝導型電子放出素子の抵抗値は１
桁以上の変化を示す。そこで、パルス波高値は、このフ
ォーミングが行われるフォーミング電圧未満に設定され
る。

【００４９】パルス幅は、大きい方が好ましい。これ
は、パルス幅が長いほど通電による発熱が均一になり、
相変化する領域が均一になるためである。このため、パ
ルス幅は１０マイクロ秒以上であることが好ましい。

【００５０】フォーミング電圧未満のパルスの印加にお
ける抵抗の変化は次のように解釈される。例えば、酸素
雰囲気中では、抵抗補正パルスを加えることにより、導
電性薄膜３の一部が発熱し、周囲の酸素の存在により、
その一部が酸化されて抵抗値が増加すると考えられる。
また、水素雰囲気中では、発熱によりその一部が還元さ
れて抵抗が減少すると考えられる。つまり、抵抗補正パ
ルスの波高値を制御することによって、発熱量を制御
し、所望の抵抗値に表面伝導型電子放出素子の抵抗を調
整することができる。

【００５１】変化させることが可能な抵抗の割合は、導
電性薄膜３の材料、形成方法、抵抗補正を行うガス雰囲
気にもよるが、ほぼ２桁程度の広範囲で行えることが観
測されている。つまり、製造される表面伝導型電子放出
素子間の抵抗値のばらつきを抑えることができ、特に複
数個の表面伝導型電子放出素子を有する電子源について
は、その各表面伝導型電子放出素子の抵抗値を揃えるこ
とができる。また、表面伝導型電子放出素子の導電性薄
膜３部分にのみレーザーを照射し、照射時間により加熱
時間を制御し、所望の抵抗値に調整することもできる。

【００５２】４）続いて、フォーミングと呼ばれる通電
処理を施す。素子電極４，５間に不図示の電源より通電
すると、導電性薄膜３の部位に構造の変化した電子放出
部２が形成される（図３（ｃ））。この通電処理により
導電性薄膜３を局所的に破壊、変形もしくは変質せし
め、構造の変化した部位が電子放出部２である。

【００５３】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く、
パルス波高値を定電圧とした電圧パルスを連続的に印加
する場合（図７（ａ））と、パルス波高値を増加させな
がら電圧パルスを印加する場合（図７（ｂ））とがあ
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。

【００５６】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（フォーミング時のピーク電圧）を
前述した表面伝導型電子放出素子の形態に応じて適宜選
択して、適当な真空度、例えば１０の−５乗ｔｏｒｒ程
度の真空雰囲気下で、数秒から数十分印加する。尚、印
加する電圧波形は、図示される三角波に限定されるもの
ではなく、矩形波等の所望の波形を用いることができ
る。

【００５７】次に、パルス波高値を増加させながら電圧
パルスを印加する場合について図７（ｂ）で説明する。

【００５８】図７（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は図７
（ａ）と同様であり、波高値（フォーミング時のピーク
電圧）を、例えば０．１Ｖステップ程度ずつ増加させ、
図７（ａ）の説明と同様の適当な真空雰囲気下で印加す
る。

【００５９】尚、パルス間隔Ｔ２中に、導電性薄膜３を
局所的に破壊、変形もしくは変質させない程度の電圧、
例えば０．１Ｖ程度の電圧で素子電流を測定して抵抗値
を求め、例えば１Ｍオーム以上の抵抗を示したときにフ
ォーミングを終了することが好ましい。

【００６０】上記フォーミング終了時の抵抗を示すよう
になったときの電圧をフォーミング電圧とすると、フォ
ーミング電圧の初期抵抗値依存性は強く、初期抵抗が高
い程フォーミング電圧が高い。また、フォーミング電圧
と表面伝導型電子放出素子の電子放出特性の相関性は高
く、フォーミング電圧が低い程電子放出特性がよくな
る。従って、表面伝導型電子放出素子における導電性薄
膜３の抵抗を揃えることが均一な電子放出特性の表面伝
導型電子放出素子を得る上で必要なこととなる。

【００６１】５）本発明の表面伝導型電子放出素子の場
合、更に活性化工程を施すことが好ましい。

【００６２】活性化工程とは、例えば１０の−４乗〜１
０の−５乗ｔｏｒｒ程度の真空度で、パルス波高値を定
電圧としたパルスの印加を繰り返す処理のことをいい、
真空雰囲気中に存在する有機物質から炭素及び炭素化合
物を電子放出部２に堆積させることで、素子電流、放出
電流の状態を著しく向上させることができる工程であ
る。この活性化工程は、例えば素子電流や放出電流を測
定しながら行って、例えば放出電流が飽和した時点で終
了するようにすれば効果的であるので好ましい。また、
活性化工程でのパルス波高値は、好ましくは駆動電圧の
波高値である。

【００６３】尚、上記炭素及び炭素化合物とは、グラフ
ァイト（単結晶及び多結晶の双方を指す）、非晶質カー
ボン（非晶質カーボン及びこれと多結晶グラファイトと
の混合物を指す）である。また、その堆積膜厚は、好ま
しくは５００オングストローム以下、より好ましくは３
００オングストローム以下である。

【００６４】６）このようにして作成した表面伝導型電
子放出素子を、フォーミング工程、活性化工程での真空
度より高い真空度の真空雰囲気下で動作駆動する安定化
工程を施すことが好ましい。より好ましくは、この高い
真空度の真空雰囲気下で、８０〜１５０℃の加熱の後、
動作駆動する。

【００６５】尚、フォーミング工程、活性化工程の真空
度より高い真空度の真空雰囲気とは、例えば約１０の−
６乗ｔｏｒｒ以上の真空度を有する真空雰囲気であり、
より好ましくは超高真空系であり、炭素及び炭素化合物
が新たにほぼ堆積しない真空度である。

【００６６】即ち、表面伝導型電子放出素子を上記真空
雰囲気中に封入してしまうことにより、これ以上の炭素
及び炭素化合物の堆積を抑制することが可能となり、こ
れによって素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが安定する。

【００６７】このようにして得られる表面伝導型電子放
出素子の基本特性を以下に説明する。

【００６８】図８は、表面伝導型電子放出素子の電子放
出特性を測定するための測定評価系の一例を示す概略構
成図で、まずこの測定評価系を説明する。

【００６９】図８において、図１と同じ符号は同じ部材
を示す。また、５１は素子に素子電圧Ｖｆを印加するた
めの電源、５０は素子電極４，５間の導電性薄膜３を流
れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、５４は電子
放出部２より放出される放出電流Ｉｅを捕捉するための
アノード電極、５３はアノード電極５４に電圧を印加す
るための高圧電源、５２は電子放出部２より放出される
放出電流Ｉｅを測定するための電流計、５５は真空装
置、５６は排気ポンプである。

【００７０】表面伝導型電子放出素子及びアノード電極
５４等は真空装置５５内に設置され、この真空装置５５
には不図示の真空計等の必要な機器が具備されていて、
所望の真空下で表面伝導型電子放出素子の測定評価がで
きるようになっている。

【００７１】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から構成されている。
また、真空装置５５全体及び表面伝導型電子放出素子の
基板１は、ヒーターにより２００℃程度まで加熱できる
ようになっている。尚、この測定評価系は、後述するよ
うな表示パネルの組み立て段階において、表示パネル及
びその内部を真空装置５５及びその内部として構成する
ことで、前述のフォーミング工程、活性化工程及び後述
するそれ以後の工程における側定評価及び処理に応用す
ることができるものである。

【００７２】以下に述べる表面伝導型電子放出素子の基
本特性は、上記測定評価系のアノード電極５４の電圧を
１ｋＶ〜１０ｋＶとし、アノード電極５４と表面伝導型
電子放出素子の距離Ｈを２〜８ｍｍとして行った測定に
基づくものである。

【００７３】まず、放出電流Ｉｅ及び素子電流Ｉｆと、
素子電圧Ｖｆとの関係の典型的な例を図９に示す。尚、
図９において、放出電流Ｉｅは素子電流Ｉｆに比べて著
しく小さいので、任意単位で示されている。

【００７４】図９から明らかなように、表面伝導型電子
放出素子は、放出電流Ｉｅに対する次の３つの特徴的特
性を有する。

【００７５】まず第１に、表面伝導型電子放出素子はあ
る電圧（しきい値電圧と呼ぶ：図９中のＶｔｈ）を超え
る素子電圧Ｖｆを印加すると急激に放出電流Ｉｅが増加
し、一方しきい値電圧Ｖｔｈ以下では放出電流Ｉｅが殆
ど検出されない。即ち、放出電流Ｉｅに対する明確なし
きい値電圧Ｖｔｈを持った非線形素子である。

【００７６】第２に、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに対
して単調増加する特性（ＭＩ特性と呼ぶ）を有するた
め、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御できる。

【００７７】第３に、アノード電極５４（図８参照）に
補足される放出電荷は、素子電圧Ｖｆを印加する時間に
依存する。即ち、アノード電極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。

【００７８】放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに対してＭＩ
特性を有すると同時に、素子電流Ｉｆも素子電圧Ｖｆに
対してＭＩ特性を有する場合もある。このような表面伝
導型電子放出素子の特性の例が図９の実線で示す特性で
ある。一方、図９に破線で示すように、素子電流Ｉｆは
素子電圧Ｖｆに対して電圧制御型負性抵抗特性（ＶＣＮ
Ｒ特性と呼ぶ）を示す場合もある。いずれの特性を示す
かは、表面伝導型電子放出素子の製法及び測定時の測定
条件等に依存する。但し、素子電流Ｉｆが素子電圧Ｖｆ
に対してＶＣＮＲ特性を有する表面伝導型電子放出素子
でも、上記３つの特性上の特徴を有する。

【００７９】次に、本発明の電子源における表面伝導型
電子放出素子の配列について説明する。

【００８０】本発明の電子源における表面伝導型電子放
出素子の配列方式としては、従来の技術の項で述べたよ
うな梯型配置の他、ｍ本のＸ方向配線の上にｎ本のＹ方
向配線を層間絶縁層を介して設置し、表面伝導型電子放
出素子の一対の素子電極に夫々Ｘ方向配線、Ｙ方向配線
を接続した配置方式が挙げられる。これを以後単純マト
リクス配置と呼ぶ。まず、この単純マトリクス配置につ
いて詳述する。

【００８１】前述した表面伝導型電子放出素子の基本的
特性によれば、単純マトリクス配置された表面伝導型電
子放出素子における放出電子は、しきい値電圧を超える
電圧では、対向する素子電極間に印加するパルス状電圧
の波高値とパルス幅で制御できる。一方、しきい値電圧
以下では殆ど電子は放出されない。従って、多数の表面
伝導型電子放出素子を配置した場合においても、個々の
素子に上記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、その電子放出
量が制御でき、単純なマトリクス配線だけで個別の表面
伝導型電子放出素子を選択して独立に駆動可能となる。

【００８２】単純マトリクス配置はこのような原理に基
づくもので、本発明の電子源の一例である、この単純マ
トリクス配置の電子源の構成について図１０に基づいて
更に説明する。

【００８３】図１０において基板１は既に説明したよう
なガラス板等であり、この基板１上に配列された本発明
の表面伝導型電子放出素子１０４の個数及び形状は用途
に応じて適宜設定されるものである。

【００８４】ｍ本のＸ方向配線１０２は、夫々外部端子
Ｄｘ１，Ｄｘ２，……，Ｄｘｍを有するもので、基板１
上に、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等で形成した導
電性金属等である。また、多数の表面伝導型電子放出素
子１０４にほぼ均等に電圧が供給されるように、材料、
膜厚、配線幅が設定されている。

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

【００８６】これらｍ本のＸ方向配線１０２とｎ本のＹ
方向配線１０３間には、不図示の層間絶縁層が設置さ
れ、電気的に分離されて、マトリクス配線を構成してい
る。尚、このｍ，ｎは共に正の整数である。

【００８７】不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等で形成されたＳｉＯ₂ 等であり、Ｘ方
向配線１０２を形成した基板１の全面或は一部に所望の
形状で形成され、特に、Ｘ方向配線１０２とＹ方向配線
１０３の交差部の電位差に耐え得るように、膜厚、材
料、製法が適宜設定される。

【００８８】更に、表面伝導型電子放出素子１０４の対
向する素子電極（不図示）が、ｍ本のＸ方向配線１０２
と、ｎ本のＹ方向配線１０３と、真空蒸着法、印刷法、
スパッタ法等で形成された導電性金属等からなる結線１
０５によって電気的に接続されているものである。

【００８９】ここで、ｍ本のＸ方向配線１０２と、ｎ本
のＹ方向配線１０３と、結線１０５と、対向する素子電
極とは、その構成元素の一部あるいは全部が同一であっ
ても、また夫々異なっていてもよく、前述の素子電極の
材料等より適宜選択される。これら素子電極への配線
は、素子電極と材料が同一である場合は素子電極と総称
する場合もある。また、表面伝導型電子放出素子１０４
は、基板１あるいは不図示の層間絶縁層上どちらに形成
してもよい。

【００９０】また、詳しくは後述するが、前記Ｘ方向配
線１０２には、Ｘ方向に配列された表面伝導型電子放出
素子１０４の行を入力信号に応じて走査するために、走
査信号を印加する不図示の走査信号印加手段が電気的に
接続されている。

【００９１】一方、Ｙ方向配線１０３には、Ｙ方向に配
列された表面伝導型電子放出素子１０４の列の各列を入
力信号に応じて変調するために、変調信号を印加する不
図示の変調信号発生手段が電気的に接続されている。更
に、各表面伝導型電子放出素子１０４に印加される駆動
電圧は、当該表面伝導型電子放出素子１０４に印加され
る走査信号と変調信号の差電圧として供給されるもので
ある。

【００９２】次に、以上のような単純マトリクス配置の
本発明の電子源を用いた本発明の画像形成装置の一例
を、図１１〜図１３を用いて説明する。尚、図１１は表
示パネル２０１の基本構成図であり、図１２は蛍光膜１
１４を示す図であり、図１３は図１１の表示パネル２０
１で、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じてテレビジョン
表示を行うための駆動回路の一例を示すブロック図であ
る。

【００９３】図１１において、１は上述のようにして本
発明の表面伝導型電子放出素子を配置した電子源の基
板、１１１は基板１を固定したリアプレート、１１６は
ガラス基板１１３の内面に蛍光膜１１４とメタルバック
１１５等が形成されたフェースプレート、１１２は支持
枠であり、リアプレート１１１、支持枠１１２及びフェ
ースプレート１１６にフリットガラス等を塗布し、大気
中あるいは窒素中で、４００〜５００℃で１０分以上焼
成することで封着して外囲器１１８を構成している。

【００９４】図１１において、２は図１における電子放
出部に相当する。１０２、１０３は、表面伝導型電子放
出素子１０４の一対の素子電極４，５と接続されたＸ方
向配線及びＹ方向配線で、夫々外部端子Ｄｘ１ないしＤ
ｘｍ，Ｄｙ１ないしＤｙｎを有している。

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

【００９６】蛍光膜１１４は、モノクロームの場合は蛍
光体１２２のみからなるが、カラーの蛍光膜１１４の場
合は、蛍光体１２２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伝材１２１と蛍光体１２２
とで構成される。ブラックストライプ、ブラックマトリ
クスが設けられる目的は、カラー表示の場合必要となる
三原色の各蛍光体１２２間の塗り分け部を黒くすること
で混色等を目立たなくすることと、蛍光膜１１４におけ
る外光反射によるコントラストの低下を抑制することで
ある。黒色導伝材１２１の材料としては、通常良く用い
られている黒鉛を主成分とする材料だけでなく、導電性
があり、光の透過及び反射が少ない材料であれば他の材
料を用いることもできる。

【００９７】ガラス基板１１３に蛍光体１２２を塗布す
る方法としては、モノクローム、カラーによらず、沈澱
法や印刷法が用いられる。

【００９８】また、図１１に示されるように、蛍光膜１
１４の内面側には通常メタルバック１１５が設けられ
る。メタルバック１１５の目的は、蛍光体１２２（図１
２参照）の発光のうち内面側への光をフェースプレート
１１６側へ鏡面反射することにより輝度を向上するこ
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、外囲器１１８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１２２の保護等である。メ
タルバック１１５は、蛍光膜１１４の作製後、蛍光膜１
１４の内面側表面の平滑化処理（通常フィルミングと呼
ばれる）を行い、その後Ａｌを真空蒸着等で堆積するこ
とで作製できる。

【００９９】フェースプレート１１６には、更に蛍光膜
１１４の導伝性を高めるため、蛍光膜１１４の外面側に
透明電極（不図示）を設けてもよい。

【０１００】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体１２２と表面伝導型電子放出素子１０４とを対応
させなくてはいけないため、十分な位置合わせを行なう
必要がある。

【０１０１】外囲器１１８内は、不図示の排気管を通
じ、１０の−７乗ｔｏｒｒ程度の真空度にされ、封止さ
れる。また、外囲器１１８の封止を行う直前あるいは封
止後に、ゲッター処理を行うこともある。これは、外囲
器１１８内の所定の位置に配置したゲッター（不図示）
を加熱し、蒸着膜を形成する処理である。ゲッターは通
常Ｂａ等が主成分であり、該蒸着膜の吸着作用により、
例えば１×１０の−５乗ないしは１×１０の−７乗ｔｏ
ｒｒの真空度を維持するためのものである。

【０１０２】尚、前述したフォーミング及びこれ以降の
表面伝導型電子放出素子の各製造工程は、通常、外囲器
１１８の封止直前又は封止後に行われるもので、その内
容は前述の通りである。

【０１０３】上述の表示パネル２０１は、例えば図１３
に示されるような駆動回路で駆動することができる。
尚、図１３において、２０１は表示パネル、２０２は走
査回路、２０３は制御回路、２０４はシフトレジスタ、
２０５はラインメモリ、２０６は同期信号分離回路、２
０７は変調信号発生器、Ｖｘ及びＶａは直流電圧源であ
る。

【０１０４】図１３に示されるように、表示パネル２０
１は、外部端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ、外部端子Ｄｙ１な
いしＤｙｎ及び高圧端子Ｈｖを介して外部の電気回路と
接続されている。この内、外部端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ
には前記表示パネル２０１内に設けられている表面伝導
型電子放出素子、即ちｍ行ｎ列の行列状にマトリクス配
置された表面伝導型電子放出素子群を１行（ｎ素子ず
つ）順次駆動して行くための走査信号が印加される。

【０１０５】一方、端子Ｄｙ１ないし外部端子Ｄｙｎに
は、前記走査信号により選択された１行の各表面伝導型
電子放出素子の出力電子ビームを制御するための変調信
号が印加される。また、高圧端子Ｈｖには、直流電圧源
Ｖａより、例えば１０ｋＶの直流電圧が供給される。こ
れは表面伝導型電子放出素子より出力される電子ビーム
に、蛍光体を励起するのに十分なエネルギーを付与する
ための加速電圧である。

【０１０６】走査回路２０２は、内部にｍ個のスイッチ
ング素子（図１３中Ｓ１ないしＳｍで模式的に示す）を
備えるもので、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓｍは、直流
電圧電源Ｖｘの出力電圧もしくは０Ｖ（グランドレベ
ル）のいずれか一方を選択して、表示パネル２０１の外
部端子Ｄｘ１ないしＤｘｍと電気的に接続するものであ
る。各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓｍは、制御回路２０３
が出力する制御信号Ｔｓｃａｎに基づいて動作するもの
で、実際には、例えばＦＥＴのようなスイッチング機能
を有する素子を組み合わせることにより容易に構成する
ことが可能である。

【０１０７】本例における前記直流電圧源Ｖｘは、前記
表面伝導型電子放出素子の特性（しきい値電圧）に基づ
き、走査されていない表面伝導型電子放出素子に印加さ
れる駆動電圧がしきい値電圧以下となるような一定電圧
を出力するよう設定されている。

【０１０８】制御回路２０３は、外部より入力される画
像信号に基づいて適切な表示が行われるように、各部の
動作を整合させる働きを持つものである。次に説明する
同期信号分離回路２０６より送られる同期信号Ｔｓｙｎ
ｃに基づいて、各部に対してＴｓｃａｎ、Ｔｓｆｔ及び
Ｔｍｒｙの各制御信号を発生する。

【０１０９】同期信号分離回路２０６は、外部から入力
されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から、同期信号成分と
輝度信号成分を分離するための回路で、よく知られてい
るように、周波数分離（フィルター）回路を用いれば、
容易に構成できるものである。同期信号分離回路２０６
により分離された同期信号は、これもよく知られるよう
に、垂直同期信号と水平同期信号よりなる。ここでは、
説明の便宜上Ｔｓｙｎｃとして図示する。一方、前記テ
レビ信号から分離された画像の輝度信号成分を便宜上Ｄ
ＡＴＡ信号と図示する。このＤＡＴＡ信号はシフトレジ
スタ２０４に入力される。

【０１１０】シフトレジスタ２０４は、時系列的にシリ
アル入力される前記ＤＡＴＡ信号を、画像の１ライン毎
にシリアル／パラレル変換するためのもので、前記制御
回路２０３より送られる制御信号Ｔｓｆｔに基づいて作
動する。この制御信号Ｔｓｆｔは、シフトレジスタ２０
４のシフトクロックであると言い換えてもよい。また、
シリアル／パラレル変換された画像１ライン分（表面伝
導型電子放出素子のｎ素子分の駆動データに相当する）
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２０４より出力される。

【０１１１】ラインメモリ２０５は、画像１ライン分の
データを必要時間だけ記憶するための記憶装置であり、
制御回路２０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙに従って
適宜Ｉｄ１ないしＩｄｎ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２０７に入力される。

【０１１２】変調信号発生器２０７は、前記画像データ
Ｉｄ’１ないし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ための信号源
で、その出力信号は、端子Ｄｏｙ１ないしＤｏｙｎを通
じて表示パネル２０１内の表面伝導型電子放出素子に印
加される。

【０１１３】前述したように、表面伝導型電子放出素子
は電子放出に明確なしきい値電圧を有しており、しきい
値電圧を超える電圧が印加された場合にのみ電子放出が
生じる。また、しきい値電圧を超える電圧に対しては表
面伝導型電子放出素子への印加電圧の変化に応じて放出
電流も変化して行く。表面伝導型電子放出素子の材料、
構成、製造方法を変えることにより、しきい値電圧の値
や印加電圧に対する放出電流の変化度合いが変わる場合
もあるが、いずれにしても以下のことがいえる。

【０１１４】即ち、表面伝導型電子放出素子にパルス状
の電圧を印加する場合、例えばしきい値電圧以下の電圧
を印加しても電子放出は生じないが、しきい値電圧を超
える電圧を印加する場合には電子放出を生じる。その
際、第１には電圧パルスの波高値を変化させることによ
り、出力される電子ビームの強度を制御することが可能
である。第２には、電圧パルスの幅を変化させることに
より、出力される電子ビームの電荷の総量を制御するこ
とが可能である。

【０１１５】従って、入力信号に応じて表面伝導型電子
放出素子を変調する方式としては、電圧変調方式とパル
ス幅変調方式とが挙げられる。電圧変調方式を行う場
合、変調信号発生器２０７としては、一定の長さの電圧
パルスを発生するが、入力されるデータに応じて適宜パ
ルスの波高値を変調できる電圧変調方式の回路を用い
る。また、パルス幅変調方式を行う場合、変調信号発生
器２０７としては、一定の波高値の電圧パルスを発生す
るが、入力されるデータに応じて適宜パルス幅を変調で
きるパルス幅変調方式の回路を用いる。

【０１１６】シフトレジスタ２０４やラインメモリ２０
５は、デジタル信号式のものでもアナログ信号式のもの
でもよく、画像信号のシリアル／パラレル変換や記憶が
所定の速度で行えるものであればよい。

【０１１７】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路２０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化
する必要がある。これは同期信号分離回路２０６の出力
部にＡ／Ｄ変換器を設けることで行える。

【０１１８】また、これと関連して、ラインメモリ２０
５の出力信号がデジタル信号かアナログ信号かにより、
変調信号発生器２０７に設けられる回路が若干異なるも
のとなる。

【０１１９】即ち、デジタル信号で電圧変調方式の場
合、変調信号発生器２０７には、例えばよく知られてい
るＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増幅回路等を付
け加えればよい。また、デジタル信号でパルス幅変調方
式の場合、変調信号発生器２０７は、例えば高速の発振
器及び発振器の出力する波数を計数する計数器（カウン
タ）及び計数器の出力値と前記メモリの出力値を比較す
る比較器（コンパレータ）を組み合わせた回路を用いる
ことで容易に構成することができる。更に、必要に応じ
て、比較器の出力するパルス幅変調された変調信号を表
面伝導型電子放出素子の駆動電圧にまで電圧増幅するた
めの増幅器を付け加えてもよい。

【０１２０】一方、アナログ信号で電圧変調方式の場
合、変調信号発生器２０７には、例えばよく知られてい
るオペアンプ等を用いた増幅回路を用いればよく、必要
に応じてレベルシフト回路等を付け加えてもよい。ま
た、アナログ信号でパルス幅変調方式の場合、例えばよ
く知られている電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）を用いれ
ばよく、必要に応じて表面伝導型電子放出素子の駆動電
圧にまで電圧増幅するための増幅器を付け加えてもよ
い。

【０１２１】以上のような表示パネル２０１及び駆動回
路を有する本発明の画像形成装置は、端子Ｄｘ１〜Ｄｘ
ｍ及びＤｙ１〜Ｄｙｎから電圧を印加することにより、
必要な表面伝導型電子放出素子から電子を放出させるこ
とができ、高圧端子Ｈｖを通じて、メタルバック１１５
あるいは透明電極（不図示）に高電圧を印加して電子ビ
ームを加速し、加速した電子ビームを蛍光膜１１４に衝
突させることで生じる励起・発光によって、ＮＴＳＣ方
式のテレビ信号に応じてテレビジョン表示を行うことが
できるものである。

【０１２２】尚、以上説明した構成は、表示等に用いら
れる本発明の画像形成装置を得る上で必要な概略構成で
あり、例えば各部材の材料等、詳細な部分は上述の内容
に限られるものではなく、画像形成装置の用途に適する
よう、適宜選択されるものである。また、入力信号とし
てＮＴＳＣ方式を挙げたが、本発明に係る画像形成装置
はこれに限られるものではなく、ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭ方
式等の他の方式でもよく、更にはこれらよりも多数の走
査線からなるＴＶ信号、例えばＭＵＳＥ方式を初めとす
る高品位ＴＶ方式でもよい。

【０１２３】次に、前述の梯型配置の電子源及びこれを
用いた本発明の画像形成装置の一例について図１４及び
図１５を用いて説明する。

【０１２４】図１４において、１は基板、１０４は表面
伝導型電子放出素子、３０４は表面伝導型電子放出素子
１０４を接続する共通配線で１０本設けられており、各
々外部端子Ｄ１〜Ｄ１０を有している。

【０１２５】表面伝導型電子放出素子１０４は、基板１
上に並列に複数個配置されている。これを素子行と呼
ぶ。そしてこの素子行が複数行配置されて電子源を構成
している。

【０１２６】各素子行の共通配線３０４（例えば外部端
子Ｄ１とＤ２の共通配線３０４）間に適宜の駆動電圧を
印加することで、各素子行を独立に駆動することが可能
である。即ち、電子ビームを放出させたい素子行にはし
きい値電圧を超える電圧を印加し、電子ビームを放出さ
せたくない素子行にはしきい値電圧以下の電圧を印加す
るようにすればよい。このような駆動電圧の印加は、各
素子行間に位置する共通配線Ｄ２〜Ｄ９について、夫々
相隣接する共通配線３０４、即ち夫々相隣接する外部端
子Ｄ２とＤ３，Ｄ４とＤ５，Ｄ６とＤ７，Ｄ８とＤ９の
共通配線３０４を一体の同一配線としても行うことがで
きる。

【０１２７】図１５は、本発明の電子源の他の例であ
る、上記梯型配置の電子源を備えた表示パネル３０１の
構造を示す図である。

【０１２８】図１５中３０２はグリッド電極、３０３は
電子が通過するための開口、Ｄ１〜Ｄｍは各表面伝導型
電子放出素子に電圧を印加するための外部端子、Ｇ１〜
Ｇｎはグリッド電極３０２に接続された外部端子であ
る。また、各素子行間の共通配線３０４は一体の同一配
線として基板１上に形成されている。

【０１２９】尚、図１５において図１１と同じ符号は同
じ部材を示すものであり、図１１に示される単純マトリ
クス配置の電子源を用いた表示パネル２０１との大きな
違いは、基板１とフェースプレート１１６の間にグリッ
ド電極３０２を備えている点である。

【０１３０】基板１とフェースプレート１１６の間に
は、上記のようにグリッド電極３０２が設けられてい
る。このグリッド電極３０２は、表面伝導型電子放出素
子１０４から放出された電子ビームを変調することがで
きるもので、梯型配置の素子行と直行して設けられたス
トライプ状の電極に、電子ビームを通過させるために、
各表面伝導型電子放出素子１０４に対応して１個ずつ円
形の開口３０３を設けたものとなっている。

【０１３１】グリッド電極３０２の形状や配置位置は、
必ずしも図１５に示すようなものでなければならないも
のではなく、開口３０３をメッシュ状に多数設けること
もあり、またグリッド電極３０２を、例えば表面伝導型
電子放出素子１０４の周囲や近傍に設けてもよい。

【０１３２】外部端子Ｄ１〜Ｄｍ及びＧ１〜Ｇｎは不図
示の駆動回路に接続されている。そして、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３０２の列に画像１ライン分の変調信号を印加するこ
とにより、各電子ビームの蛍光膜１１４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。

【０１３３】以上のように、本発明の画像形成装置は、
単純マトリクス配置及び梯型配置のいずれの本発明の電
子源を用いても得ることができ、上述したテレビジョン
放送の表示装置のみならず、テレビ会議システム、コン
ピューター等の表示装置として好適な画像形成装置が得
られる。更には、感光ドラムとで構成した光プリンター
の露光装置としても用いることができるものである。

【０１３４】

【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳述す
る。

【０１３５】実施例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。尚、本
実施例の電子源では、基板１上に、同一形状の表面伝導
型電子放出素子が１６個形成されている。これを図１６
に示す。図１と同一の符号は同じ部材を示す。

【０１３６】表面伝導型電子放出素子の製法は、基本的
には図３で説明した方法と同様である。以下、図１及び
図３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。

【０１３７】図１において１は基板、４と５は素子電
極、２は電子放出部、３は電子放出部２を含む薄膜であ
る。

【０１３８】以下、製造手順を図１及び図３に基づいて
説明する。

【０１３９】工程−ａ清浄化した青板ガラス上に厚さ０．５ミクロンメートル
のシリコン酸化膜をスパッタ法で形成した基板１上に、
所望の電極形状開口を有する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Ｔｉ、
厚さ１０００オングストロームの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て、素子電極間隔Ｌが３ミクロン
メートル、幅Ｗが３００ミクロンメートルの素子電極
４，５を形成した。

【０１４０】工程−ｂ次に、電子放出部２を形成するための導電性薄膜３を所
定の形状にパターニングするために、通常よく用いられ
る蒸着マスクを素子電極４，５上に配置し、膜厚１００
０オングストロームのＣｒ膜を真空蒸着により堆積、パ
ターニングし、その上に有機Ｐｄ（ｃｃｐ４２３０奥野
製薬（株）社製）をスピンナーにより回転塗布し、３０
０℃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、主元素がＰｄの微粒子からなる導電性薄膜
３の膜厚は１０ナノメーター、シート抵抗値は１．８×
１０の４乗Ω／□であった。尚、ここで述べる微粒子膜
とは、前述したように、複数の微粒子が集合した膜であ
り、その微細構造として、微粒子が個々に分散配置した
状態のみならず、微粒子が互いに隣接、あるいは、重な
り合った状態（島状も含む）の膜をさし、その粒径と
は、この状態で粒子形状が認識可能な微粒子ついての径
をいう。

【０１４１】工程−ｃＣｒ膜及び焼成後の薄膜３を酸エッチャントによりエッ
チングして所望のパターンを形成した。

【０１４２】以上の工程により、基板１上に素子電極
４，５及び導電性薄膜３等を形成した。

【０１４３】工程−ｄ次に、素子電極４，５及び導電性薄膜３等を形成した上
記基板１を図４の抵抗補正系に設置し、１６個の表面伝
導型電子放出素子の素子電極４，５部分に夫々マトリク
ススキャナーを接続して順次素子抵抗を測定した。この
時の素子抵抗は、最小３ＫΩ、最大５ＫΩ、平均４．２
ＫΩであった。

【０１４４】上記平均値に素子抵抗を揃えるために、平
均値以下の抵抗値を持つ表面伝導型電子放出素子におい
ては酸化雰囲気にて補正工程を行い、平均値より高い抵
抗値を持つ表面伝導型電子放出素子においては還元雰囲
気にて補正工程を行った。この補正工程を行った結果、
１６個の表面伝導型電子放出素子の抵抗値は総て４．２
ＫΩ±１％の範囲に入った。

【０１４５】工程−ｅ上記補正工程を経た基板１を図８の測定評価系に設置
し、真空ポンプにて排気して、２ｘ１０の−５乗ｔｏｒ
ｒ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４，５間に夫々電圧を印加し、
通電処理（フォーミング処理）を施した。フォーミング
処理の電圧波形は図７（ｂ）に示されるような波形とし
た。

【０１４６】図７（ｂ）中、Ｔ１及びＴ２は電圧波形の
パルス幅とパルス間隔であり、本実施例ではＴ１を１ミ
リ秒、Ｔ２を１０ミリ秒とし、三角波の波高値（フォー
ミング時のピーク電圧）は０．１Ｖステップで昇圧させ
てフォーミング処理を行なった。また、フォーミング処
理中は、同時に、０．１Ｖの電圧でＴ２間に抵抗測定パ
ルスを挿入して抵抗を測定した。尚、フォーミング処理
の終了は、抵抗測定パルスでの測定値が約１Ｍオーム以
上になった時とし、同時に、表面伝導型電子放出素子へ
の電圧の印加を終了した。１６個の表面伝導型電子放出
素子のフォーミング電圧ＶＦは１０Ｖ±０．１Ｖであっ
た。

【０１４７】工程−ｆ続いて、フォーミング処理した１６個の表面伝導型電子
放出素子に、夫々波高値が１８Ｖの矩形波を印加して活
性化処理をした。活性化処理は、図８の測定評価系内
で、素子電極４，５間に、素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉ
ｅ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８の真空装置５５内の真空度は１．
５×１０の−５乗ｔｏｒｒであった。約２０分で総ての
表面伝導型電子放出素子の活性化処理を終了した。

【０１４８】更に、上述の工程で作成した１６個の表面
伝導型電子放出素子の電子放出特性を、上述の図８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。

【０１４９】尚、図８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４ｍｍ、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１×１０の−７乗ｔｏｒｒとした。

【０１５０】各表面伝導型電子放出素子の素子電極４，
５間に１８Ｖの素子電圧を印加し、その時に流れる素子
電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅを測定した。１６個の表面伝
導型電子放出素子は、いずれも素子電圧１８Ｖにて素子
電流Ｉｆが２．８ミリＡ、放出電流Ｉｅが４マイクロＡ
であった。また、電子放出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆは０．２
％で、電子放出特性にほとんどばらつきは見られなかっ
た。

【０１５１】以上のように、素子抵抗を、フォーミング
に先立って補正しておくことにより、素子電流Ｉｆ及び
放出電流Ｉｅが安定し、均一性の高い表面伝導型電子放
出素子が作成できた。

【０１５２】実施例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。

【０１５３】電子源の一部の平面図を図１７に示す。ま
た、図中のＡ−Ａ’断面図を図１８に、製造手順を図１
９及び図２０に示す。但し、図１７、図１８、図１９及
び図２０において同じ符号は同じ部材を示す。

【０１５４】ここで１は基板、１０２はＸ方向配線（下
配線とも呼ぶ）、１０３はＹ方向配線（上配線とも呼
ぶ）、３は電子放出部を含む薄膜、４，５は素子電極、
１５１は層間絶縁層、１５２は素子電極５と下配線１０
２と電気的接続のためのコンタクトホールである。

【０１５５】次に製造方法を、図１９及び図２０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１９及び図２０の（ａ）〜（ｈ）に対応す
るものである。

【０１５６】工程−ａ清浄化した青板ガラス上に厚さ０．５ミクロンメートル
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５ナノメートルのＣｒ、厚さ６０
０ナノメートルの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
転塗布し、ベークした後、ホトマスク像を露光、現像し
て、下配線１０２のレジストパターンを形成し、Ａｕ／
Ｃｒ堆積膜をウエットエッチングして、所望の形状の下
配線１０２を形成した。

【０１５７】工程−ｂ次に、厚さ１．０ミクロンメートル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。

【０１５８】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
５２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ＣＦ₄
とＨ₂ ガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ・Ｉｏｎ
・Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によった。

【０１５９】工程−ｄその後、素子電極５と素子電極間ギャップ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）で形成し、真空蒸着法により、厚さ５０オ
ングストロームのＴｉ、厚さ１０００オングストローム
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Ｌ１が３ミクロンメーター、幅Ｗ１が３００ミク
ロンメートルの素子電極４，５を形成した。

【０１６０】工程−ｅ素子電極４，５の上に上配線１０３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Ｔｉ、
厚さ５００ナノメートルのＡｕを順次真空蒸着により堆
積し、リフトオフにより不要の部分を除去して、所望の
形状の上配線１０３を形成した。

【０１６１】次に、膜厚１００ナノメートルのＣｒ膜１
５３を真空蒸着により堆積・パターニングし、その上に
有機Ｐｄ（ｃｃｐ４２３０・奥野製薬（株）社製）をス
ピンナーにより回転塗布し、３００℃で１０分間の加熱
焼成処理をした。また、こうして形成された主元素がＰ
ｄの微粒子からなる導電性薄膜３の膜厚は１０ナノメー
トル、シート抵抗値は４．８×１０の４乗Ω／□であっ
た。尚、ここで述べる微粒子膜とは、上述したように、
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）の膜をさし、その粒径とは、上記状態っで粒子形
状が認識可能な微粒子についての径をいう。

【０１６２】工程−ｇＣｒ膜１５３及び焼成後の導電性薄膜３を酸エッチャン
トによりエッチングして所望のパターンを形成した。

【０１６３】工程−ｈコンタクトホール１５２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５ナノメートル
のＴｉ、厚さ５００ナノメートルの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１５２を埋め込んだ。

【０１６４】工程−ｉ以上の工程で作成した表面伝導型電子放出素子の素子電
極４，５を接続し、図４の抵抗補正系に接し、排気を行
った。補正前の抵抗値は最小１．５ＫΩ、最大４ＫΩ、
平均２ＫΩで、標準偏差は１ＫΩであった。

【０１６５】その後、水素ガスを導入して１ｔｏｒｒと
した。抵抗値を、測定された最小値に合わせるために、
総ての表面伝導型電子放出素子の抵抗値が１．５ＫΩに
なるように、総て還元雰囲気下で抵抗値を減少させるこ
とで補正を行った。その結果、全表面伝導型電子放出素
子の抵抗値は１．５ＫΩで標準偏差が０．１ＫΩとなっ
た。

【０１６６】また、上記同様の抵抗値のばらつきを有す
るサンプルを用い、還元雰囲気中でレーザーパルスを照
射し、パルス時間を変えて抵抗値を減少させることで補
正を行ったところ、全表面伝導型電子放出素子の抵抗値
を１．５ＫΩで標準偏差が０．３ＫΩとすることができ
た。

【０１６７】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１１と図１２を
用いて説明する。

【０１６８】上述のようにして多数の表面伝導型電子放
出素子１０４を設けた基板１をリアプレート１１１上に
固定した後、基板１の５ｍｍ上方に、フェースプレート
１１６（ガラス基板１１３の内面に蛍光膜１１４とメタ
ルバック１１５が形成されて構成される）を支持枠１１
２を介して配置し、フェースプレート１１６、支持枠１
１２、リアプレート１１１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１１１への基板１の固定もフリットガラスで
行った。

【０１６９】図１１において、１０２，１０３は夫々Ｘ
方向及びＹ方向配線である。

【０１７０】蛍光膜１１４は、モノクロームの場合は蛍
光体１２２のみからなるが、本実施例では蛍光体１２２
はストライプ形状（図１２（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１２
２を塗布して蛍光膜１１４を作製した。ブラックストラ
イプの材料としては、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。

【０１７１】ガラス基板１１３に蛍光体１２２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１１
４の内面側にはメタルバック１１５を設けた。メタルバ
ック１１５は、蛍光膜１１４の作製後、蛍光膜１１４の
内面側表面の平滑化処理（通常フィルミングと呼ばれ
る）を行い、その後、Ａｌを真空蒸着することで作製し
た。

【０１７２】フェースプレート１１６には、更に蛍光膜
１１４の導伝性を高めるため、蛍光膜１１４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１１５のみで十分な導伝性が得ら
れたので省略した。

【０１７３】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体１２２と表面伝導型電子放出素子１０４とを対応
させなくてはいけないため、十分な位置合わせを行っ
た。

【０１７４】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１０４の素子電極４，５間に電圧を印加し、導電性
薄膜３をフォーミング処理することにより電子放出部２
を作成した。

【０１７５】フォーミング処理の電圧波形は、図７
（ｂ）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、約１×１０の−５乗ｔｏｒ
ｒの真空雰囲気下で行った。

【０１７６】このようにして作成された電子放出部２
は、パラジウム元素を主成分とする微粒子が分散配置さ
れた状態となり、その微粒子の平均粒径は３ナノメート
ルであった。

【０１７７】次に、フォーミングと同一波形、波高値１
８Ｖで、真空度２×１０の−５乗の真空度で、素子電流
Ｉｆ、放出電流Ｉｅを測定しながら、活性化処理を行な
った。

【０１７８】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２を有する表面伝導型電子放出素
子１０４を作製した。

【０１７９】その後、１０のマイナス６乗ｔｏｒｒ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。

【０１８０】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１０４に印加
することにより電子放出させると共に、高圧端子Ｈｖを
通じてメタルバック１１５あるいは透明電極（不図示）
に数ｋＶ以上の高圧を印加して、電子ビームを加速し、
蛍光膜１１４に衝突させ、励起・発光させることで画像
の表示が得られた。

【０１８１】本実施例の画像形成装置は、輝度分布の少
ない極めて安定な画像が得られるものであった。また、
階調特性及びフルカラー表示特性に優れたコントラスト
の高い表示が得られた。

【０１８２】実施例３図２１は、前述の表面伝導型電子放出素子を電子源とし
て用いたディスプレイパネルに、例えばテレビジョン放
送を初めとする種々の画像情報源より提供される画像情
報を表示できるように構成した本発明の画像形成装置の
一例を示す図である。

【０１８３】図中１６１００はディスプレイパネル、１
６１０１はディスプレイパネルの駆動回路、１６１０２
はディスプレイコントローラ、１６１０３はマルチプレ
クサ、１６１０４はデコーダ、１６１０５は入出力イン
ターフェース回路、１６１０６はＣＰＵ、１６１０７は
画像生成回路、１６１０８及び１６１０９及び１６１１
０は画像メモリーインターフェース回路、１６１１１は
画像入力インターフェース回路、１６１１２及び１６１
１３はＴＶ信号受信回路、１６１１４は入力部である。

【０１８４】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。

【０１８５】以下、画像信号の流れに沿って各部の機能
を説明する。

【０１８６】まず、ＴＶ信号受信回路１６１１３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。

【０１８７】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。

【０１８８】ＴＶ信号受信回路１６１１３で受信された
ＴＶ信号は、デコーダ１６１０４に出力される。

【０１８９】ＴＶ信号受信回路１６１１２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１６１１３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１６１０４に出力され
る。

【０１９０】画像入力インターフェース回路１６１１１
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１６１０４に
出力される。

【０１９１】画像メモリーインターフェース回路１６１
１０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１６１０４に出力され
る。

【０１９２】画像メモリーインターフェース回路１６１
０９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
１６１０４に出力される。

【０１９３】画像メモリーインターフェース回路１６１
０８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１６１０４に入
力される。

【０１９４】入出力インターフェース回路１６１０５
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ＣＰＵ１６１０６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。

【０１９５】画像生成回路１６１０７は、前記入出力イ
ンターフェース回路１６１０５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ＣＰＵ１
６１０６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。

【０１９６】本回路により生成された表示用画像データ
は、デコーダ１６１０４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１６１０５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。

【０１９７】ＣＰＵ１６１０６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。

【０１９８】例えば、マルチプレクサ１６１０３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
１６１０２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１６１０７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１６１０５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。

【０１９９】尚、ＣＰＵ１６１０６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１６１
０５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。

【０２００】入力部１６１１４は、前記ＣＰＵ１６１０
６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。

【０２０１】デコーダ１６１０４は、前記１６１０７な
いし１６１１３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
１６１０４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。

【０２０２】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１６１０
７及びＣＰＵ１６１０６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。

【０２０３】マルチプレクサ１６１０３は、前記ＣＰＵ
１６１０６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１６
１０３はデコーダ１６１０４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
１６１０１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。

【０２０４】ディスプレイパネルコントローラ１６１０
２は、前記ＣＰＵ１６１０６より入力される制御信号に
基づき、駆動回路１６１０１の動作を制御するための回
路である。

【０２０５】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１６１０１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１６１０１
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１６１０１に対して
出力する場合もある。

【０２０６】駆動回路１６１０１は、ディスプレイパネ
ル１６１００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１６１０３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１６
１０２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。

【０２０７】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１６１００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
１６１０４におて逆変換された後、マルチプレクサ１６
１０３において適宜選択され、駆動回路１６１０１に入
力される。一方、デイスプレイコントローラ１６１０２
は、表示する画像信号に応じて駆動回路１６１０１の動
作を制御するための制御信号を発生する。駆動回路１６
１０１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１６１００に駆動信号を印加する。これによ
り、ディスプレイパネル１６１００において画像が表示
される。これらの一連の動作は、ＣＰＵ１６１０６によ
り統括的に制御される。

【０２０８】本画像形成装置においては、前記デコーダ
１６１０４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路１６
１０７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。

【０２０９】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。

【０２１０】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。

【０２１１】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。

【０２１２】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
レイパネルの薄形化が容易であり、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。

【０２１３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の表面伝導
型電子放出素子は、電子放出特性のバラツキがなく、ほ
ぼ等しい放出電子量が得られるものである。また、本発
明の電子源を用いると、輝度分布の非常に少ない画像が
得られる表示装置等の画像形成装置が、従来必要であっ
た駆動時の補正用メモリや複雑な補正用回路を設けるこ
となく得られ、装置の構成を簡素化できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の平面型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】本発明の垂直型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】本発明で用いる補正系の一例を示す概略的構成
図である。

【図５】補正工程において印加する電圧パルスの例を示
す図である。

【図６】補正工程における各種雰囲気下での抵抗変化の
例を示す図である。

【図７】フォーミング波形の例を示す図である。

【図８】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９】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１０】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的構成図であ
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】梯型配置の電子源の概略的平面図である。

【図１５】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１６】実施例１における電子源を示す概略的平面図
である。

【図１７】実施例２における電子源を示す概略的平面図
である。

【図１８】図１７におけるＡ−Ａ’断面図である。

【図１９】実施例２における電子源の製造手順を示す図
である。

【図２０】実施例２における電子源の製造手順を示す図
である。

【図２１】実施例３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電子放出部３薄膜４，５素子電極２１段差形成部材４０，４１パルス印加装置４２真空装置４３真空排気管４４ガス導入管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１０２Ｘ方向配線（下配線）１０３Ｙ方向配線（上配線）１０４表面伝導型電子放出素子１０５結線１１１リアプレート１１２支持枠１１３ガラス基板１１４蛍光膜１１５メタルバック１１６フェースプレート１１８外囲器１２１黒色導伝材１２２蛍光体１５１層間絶縁層１５２コンタクトホール１５３Ｃｒ層２０１表示パネル２０２走査回路２０３制御回路２０４シフトレジスタ２０５ラインメモリ２０６同期信号分離回路２０７変調信号発生器３０１表示パネル３０２グリッド電極３０３開口３０４共通配線１６１００ディスプレイパネル１６１０１駆動回路１６１０２ディスプレイコントローラ１６１０３マルチプレクサ１６１０４デコーダ１６１０５入出力インターフェース回路１６１０６ＣＰＵ１６１０７画像生成回路１６１０８画像メモリーインターフェース回路１６１０９画像メモリーインターフェース回路１６１１０画像メモリーインターフェース回路１６１１１画像入力インターフェース回路１６１１２ＴＶ信号受信回路１６１１３ＴＶ信号受信回路１６１１４入力部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山野辺正人東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献特開平８−96700（ＪＰ，Ａ) 特開平６−12997（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01J 1/30 H01J 9/02 H01J 31/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に設けられた一対の素子電極間を
連絡する導電性薄膜に電子放出部を有する電子放出素子
の製造方法において、基板上に素子電極を形成すると共に、素子電極間を連絡
する導電性薄膜を形成する工程と、導電性薄膜の抵抗値を測定する工程と、導電性薄膜の抵抗値の測定結果に基づいて導電性薄膜を
酸化又は還元することで当該導電性薄膜の抵抗値を調整
する工程と、導電性薄膜に電子放出部を形成するフォーミング工程と
を有することを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項２】導電性薄膜の酸化又は還元が、酸化又は
還元雰囲気中での通電により行われることを特徴とする
請求項１の電子放出素子の製造方法。
【請求項３】通電が、導電性薄膜がフォーミングされ
る電圧未満で行われることを特徴とする請求項２の電子
放出素子の製造方法。
【請求項４】導電性薄膜の酸化又は還元が、酸化又は
還元雰囲気中でのレーザー光照射により行われることを
特徴とする請求項１の電子放出素子の製造方法。
【請求項５】導電性薄膜の一部を酸化又は還元するこ
とを特徴とする請求項１ないし４いずれかの電子放出素
子の製造方法。
【請求項６】フォーミング工程の後に、フォーミング
工程より高い真空度下で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１ないし５
いずれかの電子放出素子の製造方法。
【請求項７】フォーミング工程の後に、有機物質の存
在下で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１ないし５いずれかの電子放
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７
の電子放出素子の製造方法。
【請求項９】請求項１ないし８いずれかの方法で製造
されたことを特徴とする電子放出素子。
【請求項１０】素子電極が同一面上に形成された平面
型であることを特徴とする請求項９の電子放出素子。
【請求項１１】一方の素子電極に隣接して設けられた
絶縁層上に他方の素子電極が位置し、該絶縁層の側面に
電子放出部を含む導電性薄膜が形成された垂直型である
ことを特徴とする請求項９の電子放出素子。
【請求項１２】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ないし１１いずれか
の電子放出素子。
【請求項１３】一対の素子電極間を連絡する導電性薄
膜に電子放出部を有する電子放出素子を、基板上に複数
備える電子源の製造方法において、電子放出素子を請求
項１ないし８いずれかの方法で製造することを特徴とす
る電子源の製造方法。
【請求項１４】請求項１３の方法で製造されたことを
特徴とする電子源。
【請求項１５】電子放出素子が、その素子電極が同一
面上に形成された平面型であることを特徴とする請求項
１４の電子源。
【請求項１６】電子放出素子が、一方の素子電極に隣
接して設けられた絶縁層上に他方の素子電極が位置し、
該絶縁層の側面に電子放出部を含む導電性薄膜が形成さ
れた垂直型であることを特徴とする請求項１４の電子
源。
【請求項１７】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１４ないし１６いずれ
かの電子源。
【請求項１８】複数の電子放出素子を配列した素子列
を少なくとも１列以上有し、各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ないし１７いずれかの電子源。
【請求項１９】複数の電子放出素子を配列した素子列
を少なくとも１列以上有し、各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ないし１７いずれかの電子源。
【請求項２０】請求項１４ないし１８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２１】請求項１４ないし１９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２２】請求項１４ないし１８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２３】請求項１４ないし１９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。