JP2000155555A - 電子放出素子の駆動方法及び、該電子放出素子を用いた電子源の駆動方法、並びに該電子源を用いた画像形成装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子放出素子の電子放出特性の劣化を防止
し、長期に亙り安定した電子放出特性を維持させる。 【解決手段】 電子放出素子に電圧Ｖ1を印加した際
に、その電子放出素子を流れる素子電流Ｉf1を測定し
（Ｓ２）、その測定工程以降に、その電子放出素子に電
圧Ｖ1を印加した際に、その電子放出素子を流れる素子
電流Ｉf2を測定する。ここで、その素子電流Ｉf2がＩf1
よりも大きい場合に、その電子放出素子に対し電圧Ｖ1
よりも大きい電圧Ｖ2を印加する（Ｓ５）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子の駆
動方法、該電子放出素子を複数配列した電子源の駆動方
法、および該電子源を用いた画像形成装置の駆動方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電子放出素子として熱陰極素
子と冷陰極素子の２種類が知られている。この内、冷陰
極素子では、例えば表面伝導型放出素子や、電界放出型
電子放出素子（以下、ＦＥ型と記す）や、金属／絶縁層
／金属型電子放出素子（以下ＭＩＭ型と記す）などが知
られている。

【０００３】表面伝導型放出素子としては、例えば、M.
I.Elinson,Radio Eng.Electron Phys.,10,1290,(1965)
等が知られている。

【０００４】この表面伝導型放出素子は、基板上に形成
された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことに
より電子放出が生ずる現象を利用するものである。この
表面伝導型放出素子としては、エリンソン(Elinson)等
によるＳｎＯ2薄膜を用いたものがある。その他に、カ
ーボン薄膜によるもの［荒木久 他：真空、第２６巻、
第１号、２２（１９８３）］等が報告されている。

【０００５】また、カーボン膜をコートした表面伝導型
電子放出素子が、特許第０２８３６０１５号に開示され
ている。

【０００６】上述の素子は、構造が単純で製造も容易で
あることから、大面積にわたって多数素子を配列形成で
きる利点がある。

【０００７】また、近年、液晶を用いた平板型表示装置
がＣＲＴに代って普及してきた。しかし、ＬＣＤは自発
光型でないためバックライトを持たなければならない等
の問題点がある。そのため、自発光型の表示装置の開発
が望まれてきた。このような自発光型の表示装置として
は、表面伝導型放出素子を多数配置した電子源と、この
電子源から放出された電子によって可視光を発光させる
蛍光体とを組み合わせた表示装置である画像形成装置が
挙げられる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】カーボン膜をコートす
るタイプの素子の構成の一例を図２０（ａ）（ｂ）に示
す。

【０００９】同図において、１は基板、２、３は電極、
４は導電性膜、６は第一の間隙、７は第二の間隙、１０
はカーボン膜である。

【００１０】また、カーボン膜１０をコートするタイプ
の素子の製造方法の一例を図２１（ａ）〜（ｄ）に示
す。

【００１１】先ず、基板１上に電極２，３を配置する
（図２１（ａ））。そして電極２，３をつなぐ導電性膜
４を配置する（図２１（ｂ））。次に、この導電性膜４
に電流を流すことにより、導電性膜４の一部に、第一の
間隙６を形成する（フォーミング工程と呼ぶ）（図２１
（ｃ））。次に、例えば、有機物を含む雰囲気中で、電
極２，３間に電圧を印加することでカーボン膜１０を形
成する（図２１（ｄ））。尚、このカーボン膜１０の形
成と同時に第二の間隙７が形成される。この工程によ
り、第一の間隙６よりも狭い第二の間隙７を形成するこ
とができる。この第二の間隙７の近傍を電子放出部５と
呼ぶ。また、上記カーボン膜１０は、炭素、及び、ある
いは炭素化合物を含む。

【００１２】このように、フォーミング工程により形成
した第一の間隙６よりも狭い間隙７を形成し、電子放出
特性を向上させる工程を活性化工程と呼ぶ。尚、上記フ
ォーミング工程により形成された間隙６により、充分な
電子放出特性が得られるならば、上記活性化工程は、必
ずしも必要としない。しかしながら、電子放出特性の安
定性や、導電性膜に用いる材料の選択性の幅からは、上
記活性化工程を行うことが好ましい。

【００１３】上記各工程により形成された間隙を有する
素子には、さらに安定化工程と呼ばれる工程を施すこと
が好ましい。この安定化工程は、具体的には、素子およ
び素子を配置している容器を加熱することで、素子を取
り巻く雰囲気中に存在する有機物質を、新たに炭素或は
炭素化合物が堆積しない状態まで排除／排気する工程で
ある。

【００１４】以上の工程により形成された電子放出素子
は、以下の様に駆動される。

【００１５】即ち、上記安定化工程で形成した減圧雰囲
気中で、電極２，３間に素子電圧（Ｖf）を印加し、同
時に、素子の上方に配置されたアノード電極にアノード
電圧（Ｖa）を印加する。このように、電極２，３間に
電圧Ｖfを印加した際に、電極２，３間に流れる電流を
素子電流Ｉfと呼び、このとき素子から放出されてアノ
ード電極に流れ込む電流を放出電流Ｉeと呼ぶ。

【００１６】そして、測定条件によっても異なるが、上
記素子の素子特性（Ｖfに対する放出電流Ｉeおよび素子
電流Ｉfの関係）は、おおよそ図６に示すものとなる。
尚、図６におけるＶthは、放出電流Ｉeが観測され始め
る素子電圧である。

【００１７】そして、特開平８−９６７００号公報に
は、上記安定化工程を経た後の素子は、製造工程中およ
び駆動中に印加された素子電圧Ｖfの最大電圧値（Ｖma
x）に依存した、放出電流Ｉeおよび素子電流Ｉfがほぼ
一義的に決まる特性（メモリ性）を維持し続けることが
開示されている。

【００１８】また、上記公開公報は更に、安定化工程以
降の素子に対して、ある時点で印加する素子電圧が、そ
れ以前に印加された素子電圧Ｖfの最大値（Ｖmax）を越
える電圧である場合には、素子電圧Ｖfに対する放出電
流Ｉeおよび素子電流Ｉfの関係及び素子特性が変化する
ことを開示している。具体的には、上記最大素子電圧Ｖ
maxで特徴付けられた素子特性から、上記Ｖmaxを越えた
電圧で特徴付けられた素子特性に変化する（Ｖmax依存
性）ことを開示している。

【００１９】そして、上記公開公報では、この特性（メ
モリ性、Ｖmax依存性）を利用し、安定化工程後の素子
の特性バラツキを補正することを開示している。

【００２０】しかしながら、上記安定化工程で形成した
雰囲気を維持すること、及び、上記安定化工程で望まれ
る雰囲気を形成することは難しい。このため、上記安定
化工程での有機物質の除去が不十分であった場合などに
は、以下の問題、が生じる場合があった。

【００２１】問題：上記安定化工程後に長時間素子を
駆動していると、最大電圧値（Ｖmax）で特徴付けられ
続けるはずの素子特性が変動することがあった。つま
り、前述したメモリ性が失われる。また、素子電流Ｉ
f、放出電流Ｉeが不安定になる。このような現象は、新
たな炭素或は炭素化合物が、電子放出素子の上記間隙６
または間隙７の近傍に形成される、などして間隙近傍の
構造的な変化が起っているためではないかと推測され
る。

【００２２】上記の具体的な現象としては、例えば、
上記の最大電圧値（Ｖmax）よりも低い電圧値Ｖ1で素子
を駆動している間に、電圧値Ｖ1で特徴付けられる特性
（素子電圧に対する素子電流の特性、或は素子電圧に対
する放出電流の特性）に徐々に移行してしまう。より具
体的には、図６で示される素子電圧Ｖfに対する素子電
流Ｉfおよび放出電流Ｉeのそれぞれの曲線が左側に移動
する。この結果、同じ素子電圧値Ｖfで駆動していて
も、素子電流Ｉf、放出電流Ｉeが増加してしまうと考え
られる。

【００２３】この現象は、複数の素子を共通した配線に
接続する電子源の場合にいっそう問題となる。つまり、
複数の素子が接続された配線は、それ自体ある抵抗値を
持ち、各素子は素子電流Ｉfが流れる特性をもつ。この
ため、共通配線された素子の中の一つの素子Ａが、上記
特性変動（特に素子電流Ｉfの増加）を起こすと、隣接
する素子Ｂに印加される実効的な素子電圧が減少してし
まう。従って、上記の現象を加味すると、素子Ｂに印
加される実効的な素子電圧Ｖfが低下すれば、素子Ｂの
特性の変動は、素子Ａの特性変動よりも大きくなる。こ
のように素子を共通して接続した場合には、連鎖的に各
素子の特性変動が進んでしまう。

【００２４】問題：一方、上記最大電圧値（Ｖmax）
で素子を駆動し続けると、素子電流Ｉf、放出電流Ｉeが
顕著に劣化することがあった。このような現象の理由の
一つとしては、安定化工程で除去しきれずに残留した有
機物質ガス、或いは上記駆動に関わる熱などにより、上
記間隙６または間隙７の近傍の構造的な変化などが起っ
ているためではないかと推測される。

【００２５】素子を取り巻く雰囲気に起因すると思われ
る素子特性変動を改善しようとする手段は、例えば、特
開平９−５０２５６号公報、特開平６−２８９８１３号
公報、特開平６−２８９８１４号公報、特許第２５９８
３０１号、特開平９−１９９００６号公報などに開示さ
れている。

【００２６】また、上記、の現象から、最大電圧値
（Ｖmax）で特徴付けられた、素子特性を維持するよう
に、電圧値Ｖ1で駆動中に、予め決めておいたインター
バルで、定期的に上記最大電圧値（Ｖmax）を印加する
ことも考えられる。

【００２７】しかしながら、この場合には、不必要に最
大電圧値（Ｖmax）が印加される場合がある。例えば、
上記素子を多数配列した電子源を用いたフラットパネル
ディスプレイの場合には、表示する映像が常に変化する
ため、駆動される条件および頻度が素子毎に異なる。こ
のため、全素子に対して、予め決めておいたインターバ
ルで、定期的に最大電圧値（Ｖmax）を印加する場合に
は、特性が変動していない、或いは変動の程度が少ない
素子に対しても最大電圧値（Ｖmax）が印加されてしま
う。

【００２８】このような場合には、前述したのケース
と同様に、長時間駆動するうちに、素子電流Ｉf、放出
電流Ｉeの顕著な劣化が生じる場合があった。

【００２９】最大電圧値（Ｖmax）が印加されることに
より、所定の駆動電圧値（Ｖf）に対する素子電流、放
出電流の増大は抑えられる。しかし、その一方で、特性
が変動していない、或いは変動の程度が少ない素子にと
っては、必要としない最大電圧値（Ｖmax）が印加され
る実行時間が長い分、素子特性の劣化が支配的になる場
合があった。

【００３０】そこで、本発明は、上記問題点、に鑑
みてなされたもので、電子放出特性の変動および劣化を
抑制する電子放出素子の駆動方法及び、該電子放出素子
を用いた電子源の駆動方法、並びに該電子源を用いた画
像形成装置の駆動方法を提供することを目的とする。

【００３１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の電子源の駆動方法は以下のような工程を備え
る。

【００３２】電子放出素子に電圧Ｖ1を印加した際に、
該電子放出素子から放出される放出電流Ｉe1、及び又
は、該電子放出素子を流れる素子電流Ｉf1を測定する第
一の測定ステップと、前記第一の測定ステップ以降に、
前記電子放出素子に電圧Ｖ1を印加した際に、該電子放
出素子から放出される放出電流Ｉe2、及び又は該電子放
出素子を流れる素子電流Ｉf2を測定する第二の測定ステ
ップと、前記放出電流Ｉe2がＩe1よりも大きい場合、及
び又は前記素子電流Ｉf2がＩf1よりも大きい場合に、前
記電子放出素子に対し前記電圧Ｖ1よりも大きい電圧Ｖ2
を印加する電圧印加ステップと、を有することを特徴と
する。

【００３３】さらに、本発明の電子放出素子の駆動方法
の別の態様としては、電子放出素子にパルス状電圧を印
加した際に、該電子放出素子から放出される放出電流Ｉ
e1、及び又は該電子放出素子を流れる素子電流Ｉf1を測
定する第一の測定ステップと、前記第一の測定ステップ
以降に、前記パルス状電圧の波形と同一の波形を前記電
子放出素子に印加した際に、該電子放出素子から放出さ
れる放出電流Ｉe2、及び又は、該電子放出素子を流れる
素子電流Ｉf2を測定する第二の測定ステップと、前記放
出電流Ｉe2がＩe1よりも大きい場合、及び又は、前記素
子電流Ｉf2がＩf1よりも大きい場合に、前記電子放出素
子に対し、前記第一の測定ステップで印加したパルスの
パワー（電圧値を時間について積分した値）よりも大き
いパワーを有するパルス状電圧を印加する電圧印加ステ
ップとを有することを特徴とする。

【００３４】また、本発明は、前記電圧印加ステップを
行った後に、更に前記第一の測定ステップ、前記第二の
測定ステップおよび前記電圧印加ステップを繰り返すこ
とをも特徴とする。

【００３５】また、本発明は、前記電圧Ｖ2は、前記第
一の測定ステップより前に、前記電子放出素子に印加さ
れた最大電圧値Ｖmax以下であることをも特徴とする。

【００３６】また、本発明は、前記電子放出素子に印加
する電圧はパルス状の電圧であることをも特徴とする。

【００３７】また、本発明は、前記電圧印加ステップに
おいて印加されるパルスのパワーは、前記第一の測定ス
テップより前に、前記電子放出素子に印加された最大の
パワー以下であることをも特徴とする。

【００３８】さらに本発明は、電子放出素子を複数配列
形成した電子源の駆動方法であって、該電子放出素子
が、前記電子放出素子の駆動方法を用いて駆動されるこ
とを特徴とする。

【００３９】さらに本発明は、電子源と、画像形成部材
とを有する画像形成装置の駆動方法であって、該電子源
が、前記電子源の駆動方法によって駆動されることを特
徴とする。

【００４０】以上述べた、本発明の駆動方法によれば、
長時間素子を駆動していても、電子放出特性の変動が少
なく、劣化も抑制された電子放出素子、電子源、画像形
成装置を提供することができる。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施の形態を詳細に説明する。

【００４２】本発明に適用し得る電子放出素子の基本的
構成には大別して、平面型及び垂直型の２つがある。ま
ず、平面型について説明する。

【００４３】図１は、本発明に適用可能な平面型の電子
放出素子の構成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。

【００４４】図１において、１は基板、２と３は電極、
４は導電性膜、５は電子放出部を示している。基板１と
しては、石英ガラス，Ｎａ等の不純物含有量を減少した
ガラス，青板ガラス，青板ガラスにスパッタ法等により
形成したＳｉＯ2を積層したガラス基板及びアルミナ等
のセラミックス及びＳｉ基板等を用いることができる。

【００４５】また、対向する電極２，３の材料として
は、一般的な導体材料を用いることができる。これは例
えばＮｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，
Ｃｕ，Ｐｄ等の金属或は合金及びＰｄ，Ａｇ，Ａｕ，Ｒ
ｕＯ2，Ｐｄ−Ａｇ等の金属或は金属酸化物とガラス等
から構成されるの印刷導体、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
宜選択することができる。

【００４６】電極２と３の間隔Ｌ、電極幅Ｗ１、導電性
膜４の幅Ｗ２などの形状は、応用される形態等を考慮し
て適宜設計される。電極２，３の間隔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μｍから数十μｍの範囲とすることができ
る。電極２，３の長さＷ１は、これら電極２，３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。また電極２，３の膜厚ｄは、数
十ｎｍから数μｍの範囲とすることができる。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
向する電極２，３の順に積層した構成とすることもでき
る。

【００４７】また導電性膜４の膜厚は、電極２，３への
ステップガバレージ、電極２，３間の抵抗値及び後述す
るフォーミング条件等を考慮して適宜設定されるが、通
常は、０．１ｎｍの数倍から数百ｎｍの範囲とするのが
好ましく、より好ましくは１ｎｍより５０ｎｍの範囲と
するのが良い。その抵抗値Ｒｓは、１０の２乗から１０
の７乗［Ω／□］の値である。尚、この抵抗値Ｒｓは、
厚さがｔ、幅がｗで、長さがＬの薄膜の抵抗Ｒを、Ｒ＝
Ｒｓ（Ｌ／ｗ）とした時の抵抗値である。

【００４８】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、本実施の
形態の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４に間隙６を生じさせる処理を包含するも
のである。

【００４９】導電性膜４を構成する材料は、Ｐｄ，Ｐ
ｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆ
ｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｄ等の金属、ＰｄＯ，Ｓ
ｎＯ2，Ｉｎ2Ｏ3，ＰｂＯ，Ｓｂ2Ｏ3等の酸化物等の中
から適宜選択される。

【００５０】また、導電性膜４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。

【００５１】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、或は微粒子が互いに隣接、或は重な
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、０．１ｎｍの数倍から数百ｎｍの範囲、
好ましくは、１ｎｍから２０ｎｍの範囲である。

【００５２】尚、本願明細書では頻繁に「微粒子」とい
う言葉を用いるので、以下にその意味について説明す
る。小さな粒子を「微粒子」と呼び、これよりも小さな
ものを「超微粒子」と呼ぶ。「超微粒子」よりも更に小
さく原子の数が数百個程度以下のものを「クラスタ」と
呼ぶことは広く行われている。

【００５３】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。

【００５４】「実験物理学講座１４表面・微粒子」（木
下是雄 編、共立出版１９８６年９月１日発行）では次
のように記述されている。

【００５５】「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２〜３
ｎｍ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と呼ぶ。」
（１９５ページ、２２〜２６行目）。

【００５６】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
の下限は更に小さく、次のようなものであった。

【００５７】「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”(ultra fine particle)と呼ぶことにした。すると
１個の超微粒子はおよそ１００〜１０８個くらいの原子
の集合体ということになる。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１９８
８年 ２ページ、１〜４行目）「超微粒子より更に小さ
いもの、即ち原子が数個〜数百個で構成される１個の粒
子は、ふつうクラスタと呼ばれる」（同書２ページ、１
２〜１３行目）。

【００５８】上記のような一般的な呼び方をふまえて、
本願明細書において「微粒子」とは多数の原子・分子の
集合体で、粒径の下限は０．１ｎｍの数倍から１ｎｍ程
度、上限は数μｍ程度のものを指すこととする。

【００５９】次に電子放出部５は、前述した活性化工程
を必要としない素子の場合は、導電性膜４の一部に形成
された第一の間隙６の近傍を指す（図２１（ｃ））。ま
た、前述した活性化工程を必要とする素子の場合、電子
放出部５は、導電性膜４に形成された第一の間隙６より
も狭い、第二の間隙７の近傍を指す（図２１（ｄ））。

【００６０】本実施の形態に係る駆動方法が好ましく適
用することのできる素子は、図２０及び図２１などに示
した様に、間隙６をおいて対向する一対の導電性を有す
る膜４、または間隙７をおいて対向する一対の導電性を
有する膜（カーボン膜１０）に、電位を印加すること
で、上記間隙６又は７近傍から電子を放出させるタイプ
の素子である。つまり、ナノメートル（ｎｍ）オーダの
微少な間隙を置いて対向する一対の導電性膜に電圧を印
加させるタイプの素子を減圧下で駆動する際に好ましく
適用される駆動方法である。

【００６１】尚、図１、図２０中、間隙７、６および電
子放出部５が、均一な幅で、かつ直線状に記されている
が、これは、模式的に示したものである。実際の間隙の
形状は、蛇行していたり、間隙７（及び、或いは間隙
６）の幅（間隔）が場所によって変化していたりする場
合がある。更には、間隙７（及び、或いは間隙６）の一
部が繋がっている（導電性膜４及び或いはカーボン膜１
０同士が連続している）場合もある。しかし、上記繋が
っている領域は非常に微少であるので、繋がっている部
位も含めて、ここでは、間隙（７、６）と呼ぶ。

【００６２】第一の間隙６は、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。

【００６３】また、第二の間隙７は、後述する活性化条
件に依存したものとなる。

【００６４】電子放出部５の内部には、０．１ｎｍの数
倍から数十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、或は全ての元素を含有するものと
なる。

【００６５】次に、垂直型の表面伝導型放出素子につい
て説明する。図２は、垂直型の電子放出素子の一例を示
す摸式図である。尚、この図２において図１に示した部
位と同じ部位には同一の符号を付している。さらに、電
子放出部５については、前述した平面型のそれと同様で
あるので説明を省略する。

【００６６】基板１、電極２及び３、導電性膜４、電子
放出部５は、前述した平面型の電子放出素子の場合と同
様の材料で構成することができる。段差形成部材２１
は、真空蒸着法，印刷法，スパッタ法等で形成されたＳ
ｉＯ2等の絶縁性材料で構成することができる。この段
差形成部材２１の膜厚は、先に述べた平面型の電子放出
素子の電極間隔Ｌに対応し、数十ｎｍから数百μｍの範
囲とすることができる。この膜厚は、段差形成部２１の
製法、及び、電極２，３間に印加する電圧を考慮して設
定されるが、数十ｎｍから数十μｍの範囲が好ましい。

【００６７】導電性膜４は、電極２及び３と段差形成部
材２１の作成後に、これら電極２，３の上に積層され
る。電子放出部５は、図２においては、段差形成部材２
１の側面に形成されているが、作成条件、フォーミング
条件等に依存し、形状、位置ともこれに限られるもので
ない。

【００６８】上述の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（ａ）〜（ｃ）、図
２１（ａ）〜（ｄ）に模式的に示す。以下、図１及び図
３、図２０、図２１を参照して、平面型の電子放出素子
の製造方法の一例について説明する。尚、図３において
も、図１に示した部位と同じ部位には同一の符号を付し
ている。

【００６９】（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
り電極の材料を堆積した後、例えばフォトリソグラフィ
ー技術を用いて基板１上に電極２，３を形成する（図３
（ａ）、図２１（ａ））。

【００７０】（２）電極２，３を設けた基板１に、有機
金属溶液を塗布して、有機金属薄膜を形成する。この有
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。
この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し、導電性膜４を形成する
（図３（ｂ）、図２１（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。

【００７１】（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。導電性膜４に、不図示の電源を用いて
電流を流すと、導電性膜４の一部に電子放出部５が形成
される（図３（ｃ）、図２１（ｃ））。このフォーミン
グ工程によって導電性膜４の一部に形成された第一の間
隙６、およびその近傍が、電子放出部５を構成する。

【００７２】尚、前述した活性化工程を必要とする素子
の場合には、次の活性化工程を経ることにより、電子放
出部５が形成される。

【００７３】通電フォーミングの電圧波形の例を図４
（ａ）（ｂ）に示す。

【００７４】このフォーミング工程で印加する電圧波形
はパルス波形が好ましい。これにはパルス波高値を定電
圧としたパルスを連続的に印加する図４（ａ）に示した
方法と、図４（ｂ）に示すように、パルス波高値を増加
させながら電圧パルスを印加する方法とがある。

【００７５】これら図４（ａ）（ｂ）におけるＴ１及び
Ｔ２は、それぞれ電圧波形のパルス幅とパルス間隔を示
している。通常Ｔ１は１μ秒〜１０ｍ秒、Ｔ２は１０μ
秒〜１００ｍ秒の範囲で設定される。この矩形波の波高
値（通電フォーミング時のピーク電圧）は、電子放出素
子の形態に応じて適宜選択される。このような条件の下
で、例えば、数秒から数十分間電圧を印加する。尚、こ
のパルス波形は矩形波に限定されるものではなく、所望
の波形を採用することができる。

【００７６】また図４（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、
図４（ａ）に示したのと同様とすることができる。また
図４（ｂ）において、矩形波の波高値（通電フォーミン
グ時のピーク電圧）は、例えば０．１［Ｖ／ステップ］
程度ずつ増加させることができる。

【００７７】この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、その時に素子を流れる素子電流を
測定して検知することができる。例えば０．１Ｖ程度の
電圧印加により流れる素子電流を測定し、その時の抵抗
値を求める。この抵抗値が１ＭΩ以上の抵抗を示した時
に、この通電フォーミングを終了する。

【００７８】（４）続いて、前述した活性化工程を必要
とする素子には、活性化工程を施す。この工程は、例え
ば、有機物質のガスを含有する雰囲気下で、上記フォー
ミング工程と同様に、パルス電圧の印加を繰り返す。
尚、活性化工程で素子に印加される電圧値は、前述のフ
ォーミングで印加される電圧値よりも高いことが望まし
い。

【００７９】この工程により、第一の間隙６の内側およ
び、導電性膜４上にカーボン膜１０が形成されるのと同
時に、第二の間隙７が形成される。この工程により、電
子放出部５が形成される（図２１（ｄ））。尚、図２１
（ｄ）に示した様な、間隙７を挟んで略対称にカーボン
膜１０を形成するには、印加するパルス波形を図２２
（ａ）、（ｂ）に示したような両極性のパルスにする必
要がある。

【００８０】上記有機物質のガスを含有する雰囲気は、
例えば油拡散ポンプやロータリ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。また、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、
場合に応じて適宜設定される。

【００８１】また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ＣｎＨ2ｎ+2で表される飽和炭化水素、エチ
レン、プロピレンなどＣｎＨ2ｎ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、プロヒオン酸等或はこれ
らの混合物が使用できる。この処理により、ガス雰囲気
中に存在する有機物質から、カーボン膜１０（炭素或は
炭素化合物）が第一の間隙６の近傍に形成され、所定の
駆動電圧に対する素子電流Ｉf、放出電流Ｉe特性が著し
く変化するようになる。この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。
尚、印加するパルス幅Ｔ１、パルス間隔Ｔ２、パルス波
高値などは適宜設定される。

【００８２】この活性化工程で、形成されるカーボン
（炭素及び或は炭素化合物）とは、例えばグラファイト
（いわいるＨＯＰＧ，ＰＧ，ＧＣを包含する、ＨＯＰＧ
はほぼ完全なグラファイトの結晶構造、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更に大きくなっ
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）である。また、カーボン膜１０の
膜厚は１ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲とするのが好まし
く、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲とすることがより好
ましい。

【００８３】（５）このような工程を経て得られた電子
放出素子は、その後、更に安定化工程を行うことが好ま
しい。この安定化工程は、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、
排気装置から発生するオイルが素子の特性にあまり影響
を与えないように、オイルを使用しないものを用いるの
が好ましい。具体的には、ソープションポンプ、イオン
ポンプ等の真空排気装置を挙げることができる。

【００８４】前述した活性化工程で、排気装置として油
拡散ポンプやロータリポンプを用い、これから発生する
オイル成分に由来する有機ガスを用いた場合は、この成
分の分圧を極力低く抑える必要がある。更に真空容器内
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
し易くするのが好ましい。このときの加熱条件は、８０
〜２５０℃が好ましく、より好ましくは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た条
件により行う。この真空容器内の圧力は極力低くするこ
とが必要で、１×１０のマイナス５乗［Ｐａ］以下が好
ましく、更に１．３×１０のマイナス６乗［Ｐａ］以下
が特に好ましい。

【００８５】（６）こうして安定化工程を行った後、実
際の駆動時における雰囲気は、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。

【００８６】上述した工程を経て得られた本実施の形態
に適用可能な電子放出素子の基本特性について図５及び
図６を参照して説明する。

【００８７】図５は、本実施の形態に係る電子放出素子
の駆動方法を実践するための機能および、素子特性の測
定評価機能を備えた真空処理装置の一例を示すブロック
図である。なお、前述の図面と共通する部分は同じ番号
で示し、それらの説明を省略する。

【００８８】図５において、５０は電流計で、電極２，
３間の導電性膜４を流れる素子電流Ｉfを測定するのに
使用される。５１は電源で、電子放出素子の電極２，３
間に電圧を印加している。５２は電流計で、素子の電子
放出部５より放出される放出電流Ｉeを測定するのに使
用される。５３はアノード電極５４に電圧を印加するた
めの高圧電源、５４は素子の電子放出部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は真空装
置、５６は排気ポンプである。５７は素子電流監視コン
トローラで、電流計５０で素子電流Ｉfの増加を検出す
ると、電源５１から出力される電圧を電圧Ｖ2にするよ
うに電源５１に指示を与えるように動作する。５８は放
出電流監視コントローラで、電流計５２で放出電流Ｉe
の増加を検出すると、電圧Ｖ2を印加するように電源５
１に指示を与える。ここでは一例として、アノード電極
５４の電圧Ｖａを１ｋＶ〜１０ｋＶの範囲とし、アノー
ド電極５４と電子放出素子との間の距離Ｈを２ｍｍ〜８
ｍｍの範囲として測定を行うことができる。

【００８９】この真空容器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。排気ポンプ５６は、ターボポンプ、ロータリ
ーポンプからなる通常の高真空装置系と、更にイオンポ
ンプ等からなる超高真空装置系とにより構成されてい
る。ここに示した電子源基板を配した真空処理装置の全
体は、不図示のヒータにより加熱できる。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。

【００９０】図６は、図５に示した真空処理装置を用い
て測定された放出電流Ｉe、素子電流Ｉfと素子電圧Ｖf
の関係を摸式的に示したグラフ図である。図６において
は、放出電流Ｉeが素子電流Ｉfに比べて著しく小さいの
で任意単位で示している。尚、図６において、縦及び横
軸ともリニアスケールで示している。

【００９１】図６において、素子電圧Ｖfに対して素子
電流Ｉfが単調増加する（ＭＩ特性）例を実線で示し
た。これとは逆に素子電流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）が、本実施の形態の駆動方法を採用可能な
素子特性は、上述の素子電流Ｉfが素子電圧Ｖfに対して
単調増加するＭＩ特性を示す場合である。

【００９２】ここで本実施の形態に係る電子放出素子
は、放出電流Ｉeに関して、次に示す３つの特徴的性質
を有する。

【００９３】即ち、 （ｉ）ある電圧（閾値電圧（図６のＶth）以上の素子電
圧を印加すると急激に放出電流Ｉeが増加し、一方、閾
値電圧Ｖth以下では放出電流Ｉeがほとんど検出されな
い。つまり放出電流Ｉeに対する明確な閾値電圧Ｖthを
持った非線形素子である。

【００９４】（ii）放出電流Ｉeが素子電圧Ｖfに応じて
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。

【００９５】（iii）アノード電極５４に捕捉される放
出電荷は、素子電圧Ｖfを印加する時間に依存する。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（パルス幅）により制御できる。

【００９６】以上の説明より理解されるように、本実施
の形態に係る電子放出素子は、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である。

【００９７】さて、前述のフォーミング工程及び、或い
は活性化工程を経た後の安定化工程で、排気ポンプ５６
による排気が不十分であったり、或は不図示のヒータに
よるベークが不十分である場合には、有機物質の排除が
不完全となる。その結果、既に説明した通り、上述のＭ
Ｉ特性を示すものの、長時間駆動している内に、電子放
出素子の電子放出特性が変化する。

【００９８】これにより、前述した素子に印加された最
大電圧値（Ｖmax）で特徴付けられた電圧−素子電流、
或は電圧−放出電流の特性が記憶されるメモリ性が失わ
れる。また、所定の素子電圧Ｖfに対する素子電流Ｉf、
放出電流Ｉeの特性が不安定になってしまう。

【００９９】尚、上記最大電圧値（Ｖmax）とは、活性
化工程を行った素子の場合には、活性化工程で素子に印
加した最大電圧値とみなすことができる。

【０１００】また、上記「メモリ性が失われる」とは、
例えば、上記安定化工程以降に、上記の最大電圧値（Ｖ
max）よりも低い電圧Ｖfで素子を駆動すると、その電圧
Ｖfで特徴付けられる電圧−素子電流（或は電圧−放出
電流）の特性に移行していき、その結果、素子電流Ｉ
f、放出電流Ｉeが増大するような変動が生じることを指
す。

【０１０１】そこで、本実施の形態に係る駆動方法は、
このような状況においても素子電流Ｉf、放出電流Ｉeの
増大による時間的な特性の変動を効果的に抑制すること
ができる。

【０１０２】尚、本実施の形態に係る「駆動」、「駆動
方法」とは、電子放出素子を製造し終えた後に、素子に
電圧を印加する工程を意味する。例えば、上記活性化工
程を行う素子においては、前記したフォーミング工程、
活性化工程及び安定化工程を終えることで、電子放出素
子の製造工程が終了する。

【０１０３】以下に、本実施の形態に係る駆動方法の一
例を述べる。

【０１０４】例えば、上記安定化工程後に、電圧値の異
なるいくつかの測定電圧Ｖ1を素子に印加する。そし
て、その測定電圧Ｖ1に対して計測される初期素子電流
Ｉf1を測定して、メモリなどに記憶しておく（第一の測
定工程）。尚、上記測定電圧Ｖ1は、前記最大電圧Ｖmax
以下の電圧であり、好ましくは、駆動時に用いる電圧Ｖ
fである。

【０１０５】尚、電子放出素子からの放出電子量を、素
子に印加するパルス状電圧のパルス幅で制御する駆動方
法の場合には、駆動電圧Ｖfは一定となる。そのため、
上記測定電圧Ｖ1は、前記駆動電圧値Ｖfと同一に設定し
て、初期素子電流Ｉf1を測定および記憶させておくこと
が好ましい。

【０１０６】一方、電子放出素子からの放出電子量を、
素子に印加するパルス状電圧のパルス波高値で制御する
駆動方法の場合には駆動電圧Ｖfが変化する。そのた
め、前述したように、上記測定電圧Ｖ1は、電圧値の異
なるいくつかの測定電圧に設定して、初期素子電流Ｉf1
を計測及び記憶させておくことが好ましい。

【０１０７】しかし、波高値で制御する場合にも、パル
ス幅で制御する場合と同様に、ある一つの測定電圧値Ｖ
1のみに対する素子電流を初期素子電流Ｉf1としても良
い。

【０１０８】尚、波高値（電圧値）で放出電子量を制御
して駆動を行う場合においても、その駆動電圧Ｖfは前
述の最大電圧値（Ｖmax）よりも低い値に設定して駆動
される。ここで、素子の製造工程において、活性化工程
以降に素子に電圧を印加しない場合には、活性化工程で
素子に印加した最大電圧値が上記Ｖmaxに相当する。

【０１０９】そして、上記第一の測定工程後に、電子放
出素子の駆動を始める。

【０１１０】そして、素子を駆動している際に、常に、
或いは予め決めておいたインターバルをおいて定期的
に、素子電流を電流計５０により計測する（第二の測定
工程）。尚、素子特性変動の有無は、上記第一の測定工
程で印加した測定電圧Ｖ1と同一の電圧値を、素子に印
加した際の素子電流Ｉf2で判断される。

【０１１１】そして、素子電流監視コントローラ５７に
より、上記第二の測定工程において観測された素子電流
Ｉf2が、上記初期素子電流Ｉf1に比べて、所定の値（好
ましくは、初期素子電流の５％以上素子電流が上昇して
いる場合であり、更に好ましくは初期素子電流の３％以
上素子電流が上昇している場合である）に達したと観測
された時点で、以下のＡ又はＢの特性回復駆動（電圧印
加工程）を行う。

【０１１２】最も単純なケースでは、上記初期素子電流
Ｉf1に比べ、上記第二の測定工程で観測された素子電流
Ｉf2が増えたと判断された場合には、下記の特性回復駆
動（電圧印加工程）を行えば良い。

【０１１３】特性回復駆動法Ａ：上記第一の測定工程以
前（素子の製造工程も含める）に、素子に印加された最
大電圧値Ｖmaxと同じかそれよりも低く、且つ、素子の
駆動電圧Ｖfよりも高い電圧Ｖ2を適当な時間印加するよ
うに電源５１に指示を与える。

【０１１４】また、上述したように、素子からの放出電
子量を素子に印加するパルス波高値で制御する場合に
は、駆動時に素子に印加される電位Ｖfは一定ではな
い。そのため、素子に印加するパルス波高値で制御する
場合には、上記電圧Ｖ2は、予め決めておいた素子の駆
動電圧値Ｖfの範囲の中で最も高い電圧値よりも、更に
高いものとすることが好ましい。

【０１１５】特性回復駆動法Ｂ：上記第一の測定工程以
前（素子の製造工程も含める）に、素子に印加された最
大のパワー：Ｐmax以下で、上記第一の測定工程で素子
に印加していたパワー：Ｐ1以上のパワー：Ｐ2を素子に
印加するように電源５１に指示を与える。

【０１１６】尚、パルス状電圧を印加することで素子を
駆動していた場合には、上記「パワー」とは、１パルス
の波形の面積（１パルス中で印加される電圧値の時間に
対する積分値）を指す。定電圧の矩形波パルスならば、
「パワー」は、パルスの（波高値×パルス幅）に相当す
る。但し、低い電圧を長くかけるよりは、上記第一の測
定工程で印加した測定電圧Ｖ1よりも高い電圧Ｖ2を短時
間印加する方が好ましい。

【０１１７】このため、上記ＡとＢの両方の要素を持つ
パルスを素子に印加することがより好ましい。つまり、
上記第一の測定工程で印加したパルスのパワー以上のパ
ワーで、かつ、上記第一の測定工程で印加した電圧Ｖ1
よりも高い電圧Ｖ2の波高値をもつパルスを印加するこ
とがより好ましい。

【０１１８】また、この場合においても、上記した様
に、素子からの放出電子量を、素子に印加するパルス波
高値で制御する場合には、駆動時に素子に印加される電
位Ｖfは一定ではない。そのため、素子に印加するパル
ス波高値で制御する場合には、上記電圧Ｖ2は、予め決
めておいた素子の駆動電圧値Ｖfの範囲の中で最も高い
電圧値よりも、更に高いものとすることが好ましい。

【０１１９】こうして、素子に電圧Ｖ2、及び又は、パ
ワー：Ｐ2が印加されることにより、素子特性の変動を
抑制することができる。

【０１２０】その結果、電圧Ｖ2で特徴付けられる素子
特性にリフレッシュ（変化）させることができる。この
リフレッシュの機構は、電子放出部５の近傍に、新たに
堆積した炭素或は炭素化合物が、完全に或は部分的に除
去されることによるものと考えられる。

【０１２１】尚、上記特性回復駆動を行った後は、素子
の駆動電圧は通常の駆動電圧Ｖfに戻される。

【０１２２】上記特性回復駆動により、電圧Ｖ2で特徴
付けられる電圧−素子電流特性における、電圧Ｖfに対
応した素子電流を得ることができる。その結果、上記特
性回復駆動を行う前に観測された素子電流の上昇が抑え
られる。

【０１２３】その後、再度、上記した第一の測定工程、
第二の測定工程、電圧印加工程（特性回復駆動）を行
う。

【０１２４】これら一連のプロセスを素子電流Ｉfの上
昇が測定される度に繰り返すことにより、素子電流Ｉf
の時間変動を効果的に抑制することが可能となる。

【０１２５】また、上記第一の測定工程を一度行えば、
上記電圧印加工程（特性回復駆動）を行った後には、第
一の測定工程を行わなくても良い。つまり、第一の測定
工程→第二の測定工程→電圧印加工程→第二の測定工程
→電圧印加工程→第二の測定工程→電圧印加工程、……
のように、１度電圧印加工程（特性回復駆動）を行った
後は、第二の測定工程と電圧印加工程（特性回復駆動）
を繰り返し行うだけにすることができる。

【０１２６】２回目以降の第二の測定工程で計測される
素子電流Ｉf2及び又は放出電流Ｉe2も、最初に行った第
一の測定工程で計測される素子電流Ｉf1、及び又は放出
電流Ｉe1と比較することで、上記した特性回復の要否判
断が行える。

【０１２７】また、電圧印加工程（特性回復駆動）の後
に、第一の測定工程をその都度行う場合には、第一の測
定工程で得られる値（Ｉf1、Ｉe1）自体が変動する恐れ
がある。そのため、第一の測定工程は、一度だけ行い、
この値を、第二の測定工程を行う度に得られる値（Ｉf
2、Ｉe2）と比較するのが望ましい。

【０１２８】更に、上記特性回復駆動において、素子が
パルス電圧で駆動される場合には、例えばアノード電極
５４に捕捉される放出電荷量が時間的に変動しないよう
に、電圧Ｖ2の印加タイミングとそのパルス幅を変える
ようにすることが好ましい。

【０１２９】尚、以上説明した本実施の形態に係る駆動
方法は、素子電流を監視（第一および第二の測定工程）
して特性回復駆動（電圧印加工程）を行うものである。
しかし、放出電流監視コントローラ５８により放出電流
の増加を検知した場合に電源５１に指示を与え、上記特
性回復駆動（電圧印加工程）を行うこともできる。その
場合には、上記初期素子電流Ｉf1の測定と同様にして、
初期放出電流Ｉeを前記第一の測定工程とすればよい。

【０１３０】また、素子電流監視コントローラ５７と放
出電流監視コントローラ５８とを併用して使用し、上記
同様の制御を行うことも可能である。

【０１３１】素子電流と放出電流のどちらか一方が予め
設定しておいた閾値以上に増加したときに上記制御を行
うか、或は両方がある閾値以上に増加したときに制御を
行うようにすれば良い。

【０１３２】いずれにしても、本実施の形態に係る駆動
方法によれば、必要に応じて上記電圧Ｖ2、及び又は上
記パワーＰ2が印加される。このため、予め決めておい
たインターバルで、駆動電圧Ｖfよりも高い電圧を印加
する方法に比べて、素子特性の劣化を極力抑えて、長時
間安定して素子を駆動することが可能となる。

【０１３３】図７は、本実施の形態の一例である素子電
流監視コントローラ５７による処理を示すフローチャー
トである。尚、ここでは、電子放出素子からの放出電流
Ｉeの制御（駆動）をパルス幅で制御する場合（駆動電
圧Ｖfは一定）について述べる。

【０１３４】まずステップＳ１で、測定時刻のタイミン
グかどうかを判定する。測定のタイミングである場合は
ステップＳ２に進み、電流計５０により素子電流Ｉf2を
測定する（第二の測定工程）。そして、その測定された
素子電流Ｉf2の値を入力する。

【０１３５】次にステップＳ３に進み、その入力した素
子電流Ｉf2の値が所定の電流Ｉf1（前述した予め計測し
ておいた「初期素子電流」）よりも大きいかどうかを判
断する。このステップＳ３では、好ましくは、第二測定
工程で測定した素子電流Ｉf2が、予め計測しておいた
「初期素子電流Ｉf1」よりも５％以上大きいと判断され
た場合にステップＳ５（前述の特性回復駆動）に進むの
が好ましい。また或いは、第二測定工程で測定した素子
電流Ｉf2が、予め計測しておいた「初期素子電流Ｉf1」
よりも３％以上大きいと判断された場合にステップＳ５
（前述の特性回復駆動）に移行するのが更に好ましい。

【０１３６】ステップＳ３で、素子電流Ｉf2がＩf1より
も大きいときはステップＳ５に進み、電源５１の出力電
圧値を前述した電圧Ｖ2に、又は出力パワーを前述した
パワーＰ2にして、電源５１からパルス電圧信号を発生
させて素子に印加するように制御する（前述の特性回復
駆動を行う）。一方、ステップＳ４で、素子電流Ｉf2の
値が所定の電流Ｉf1以下のときはステップＳ４に進み、
電源５１の出力電圧値の変更は行わない（前述の特性回
復駆動は行わない）。

【０１３７】尚、放出電流監視コントローラ５８の場合
にも同様にして、ステップＳ３で、放出電流Ｉe2の値が
所定の放出電流Ｉe1よりも大きいかどうかを判断し、大
きいときはステップＳ５に、放出電流Ｉe1以下のときは
ステップＳ４に進むようにすることにより同様に制御で
きる。また、前述の特性回復駆動を、放出電流Ｉeの増
加に基づいて行う場合においても、第二測定工程で測定
した素子電流Ｉe2が、「初期放出電流Ｉe1」よりも５％
以上大きいと判断された場合にステップＳ５（前述の特
性回復駆動）に移行することが好ましい。さらには、
「初期放出電流Ｉe1」よりも３％以上大きいと判断され
た場合にステップＳ５（前述の特性回復駆動）に移行す
ることが、より好ましい。

【０１３８】以上述べた特性回復駆動を駆動中に行うこ
とによって、電子放出特性変動の少ない、長時間に亙り
安定な電子放出素子が得られる。尚、ここでは、第二の
測定工程を、一定期間毎に行う例を示したが、素子に駆
動電圧Ｖfを印加する都度、第二の測定工程を行っても
良い。

【０１３９】次に、本実施の形態に係る駆動方法が適用
可能な電子放出素子の応用例について以下に述べる。本
実施の形態の電子放出素子を複数個基板上に配列するこ
とにより、例えば電子源或は画像形成装置が構成でき
る。

【０１４０】これら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型の配置のものがある。
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
を単純マトリクス配置と呼ぶ。まず単純マトリクス配置
について以下に詳述する。

【０１４１】本実施の形態に適用可能な電子放出素子に
ついては、前述したとおり（ｉ）乃至（iii）の特性が
ある。即ち、電子放出素子からの放出電子は、印加され
る素子電圧が閾値電圧以上では、対向する素子電極間に
印加するパルス状電圧の波高値と幅で制御できる。一
方、閾値電圧以下では殆ど電子が放出されない。このよ
うな特性によれば、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放出素子を選択して電
子放出量を制御できる。

【０１４２】以下、この原理に基づいて、本実施の形態
の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８を用いて説明する。図８は、これら電子放出素子
をマトリクス状に配列した電子源の平面図である。

【０１４３】図８において、７１は電子源基板、７２は
ｘ方向配線、７３はｙ方向配線である。７４は電子放出
素子、７５は結線である。尚、これら電子放出素子７４
は、前述した平面型或は垂直型のどちらであってもよ
い。

【０１４４】ｍ本のｘ方向配線７２は、Ｄx1，Ｄx2，
…，Ｄxmからなり、これら配線は真空蒸着法，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。またこれら配線の材料、膜厚、巾は、
適宜設計される。また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
にして形成される。これらｍ本のｘ方向配線７２とｎ本
のｙ方向配線７３との間には不図示の層間絶縁層が設け
られており、この絶縁層により両者を電気的に分離して
いる（ｍ，ｎは、共に正の整数）。

【０１４５】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、それらの膜厚，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。また、これら電子放出素子７４
を構成する一対の電極（図１の２，３）のそれぞれは、
ｍ本のｘ方向配線７２の１つ、ｎ本のｙ方向配線７３の
１つに、それぞれ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。

【０１４６】これらｘ方向配線７２とｙ方向配線７３を
構成する材料、及び結線７５を構成する材料及び一対の
素子電極２，３を構成する材料は、その構成元素の一部
或は全部が同一であっても、またそれぞれ異なってもよ
い。これら材料は、例えば前述の電極２，３の材料より
適宜選択される。ここで電極２，３を構成する材料と、
これら配線７２，７３，７５の材料とが同一である場合
には、電極２，３に接続された配線は電極ということも
できる。

【０１４７】またｘ方向配線７２には、ｘ方向に配列し
た電子放出素子７４の各行を選択するための走査信号を
印加する走査信号印加手段（例えば図１３の走査回路１
０２）が接続される。一方、ｙ方向配線７３には、ｙ方
向に配列した電子放出素子７４の各列を入力信号に応じ
て変調するための変調信号発生手段（例えば、図１３の
変調回路１０７）が接続される。そして、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。

【０１４８】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。

【０１４９】このような単純マトリクス配置の電子源を
用いて構成した画像形成装置について、図９乃至図１３
を参照して説明する。

【０１５０】図９は、本実施の形態に係る画像形成装置
の表示パネル１０１の一例を示す模式図、図１０（ａ）
（ｂ）は図９の画像形成装置に使用される蛍光膜の模式
図である。図１１は、画像形成装置の製造装置の構成を
示す図、図１２はフォーミング、活性化工程のための結
線図、そして図１３は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応
じて表示を行なうための駆動回路の一例を示すブロック
図である。

【０１５１】図９において、７１は電子放出素子を複数
配した電子源基板、８１は電子源基板７１を固定したリ
アプレート、８６はガラス基板８３の内面に蛍光膜８４
とメタルバック８５等が形成されたフェースプレートで
ある。８２は支持枠であり、この支持枠８２には、リア
プレート８１、フェースプレート８６が低融点のフリッ
トガラスなどを用いて接合される。７４は電子放出素子
で、図１や図２０に示す電子放出素子に相当する。７
２，７３のそれぞれは、電子放出素子の一対の電極と接
続されたｘ方向配線とｙ方向配線である。

【０１５２】外囲器８８は上述の如く、フェースープレ
ート８６、支持枠８２、リアプレート８１を具備してい
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を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を構成しても良い。一方、フェースープレート８６、
リアプレート８１間にスペーサとよばれる不図示の支持
体を設置することにより、大気圧に対して十分な強度を
もつ外囲器８８を構成することもできる。

【０１５３】図１０（ａ）（ｂ）は、蛍光膜の配列を示
す摸式図である。

【０１５４】蛍光膜８４は、モノクロームの場合は蛍光
体のみから構成することができる。カラーの蛍光膜の場
合は、蛍光体の配列によりブラックストライプ或はブラ
ックマトリクスなど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。これらブラックスト
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３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た
めと、蛍光膜８４における外光反射によるコントラスト
の低下を抑制するためである。このブラックストライプ
の材料としては、通常用いられている黒鉛を主成分とす
る材料の他、導電性があり光の透過及び反射が少ない材
料を用いることができる。

【０１５５】またガラス基板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、印刷法
等が採用できる。この蛍光膜８４の内面側には、通常メ
タルバック８５が設けられる。このメタルバック８５を
設ける目的は、蛍光体の発光のうち内面側への光をフェ
ースプレート８６側へ鏡面反射させることにより輝度を
向上させるため、電子加速電圧を印加するための電極と
して作用させるため、外囲器８８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９２を保護するため等
である。このメタルバック８５は、蛍光膜８４の作成
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、アルミニウ
ム（Ａｌ）を真空蒸着等を用いて堆積させることで作成
できる。

【０１５６】尚、フェースプレート８６には、更に蛍光
膜８４の導電性を高めるため、蛍光膜８４の外面側に透
明電極（不図示）を設けてもよい。

【０１５７】前述の外囲器８８の封着を行う際には、カ
ラーの場合は各色蛍光体と電子放出素子とを対応させる
必要があり、十分な位置合わせが不可欠となる。

【０１５８】次に図９に示した表示パネル１０１の製造
方法の一例を以下に説明する。

【０１５９】図１１はこの製造方法を実行する製造装置
の概要を示すブロック図である。

【０１６０】この外囲器８８は、排気管１３２を介して
真空チャンバ１３３に連結され、更にゲートバルブ１３
４を介して排気装置１３５に接続されている。この真空
チャンバ１３３には、内部の圧力及び雰囲気中の各成分
の分圧を測定するために、圧力計１３６、四重極質量分
析器１３７等が取り付けられている。この表示パネル１
０１の外囲器８８内部の圧力などを直接測定することは
困難であるため、この真空チャンバ１３３内の圧力など
を測定し、処理条件を制御する。この真空チャンバ１３
３には、更に必要なガスを真空チャンバ１３３内に導入
して雰囲気を制御するためのガス導入ライン１３８が接
続されている。このガス導入ライン１３８の他端には導
入物質源１４０が接続されており、導入物質がアンプル
やボンベなどに入れて貯蔵されている。また、このガス
導入ライン１３８の途中には、導入物質を導入するレー
トを制御するためのガス導入制御手段１３９が設けられ
ている。このガス導入制御手段１３９としては、具体的
にはスローリークバルブなど流す流量を制御可能なバル
ブや、マスフローコントローラなどが、導入物質の種類
に応じて、それぞれ使用可能である。

【０１６１】この図１１に示す製造装置により、外囲器
８８の内部を排気し、通電フォーミングを行う。この
際、例えば図１２に示すように、ｙ方向配線７３を共通
電極１４１に接続し、ｘ方向配線７２の内の一つに接続
された素子に電源１４２によって、同時に電圧パルスを
印加して前述のフォーミングを行うことができる。この
電圧パルスの形状や、処理の終了の判定などの条件は、
個別素子のフォーミングについての既述の方法に準じて
選択すればよい。また、複数のｘ方向配線７２に、位相
をずらせたパルスを順次印加（スクロール）することに
より、複数のｘ方向配線７２に接続された素子をまとめ
てフォーミングすることも可能である。図１２におい
て、１４３は電流測定用抵抗を、１４４は、電流測定用
のオシロスコープを示す。なお、このフォーミング終了
後、前述した活性化工程を必要とするタイプの素子に
は、前記活性化工程を行う。

【０１６２】この活性化工程においては、外囲器８８内
は、十分に排気した後、有機物質がガス導入ライン１３
８から導入される。或は、個別素子の活性化方法として
記述のように、まず油拡散ポンプやロータリポンプで排
気し、これによって真空雰囲気中に残留する有機物質を
用いても良い。また、必要に応じて有機物質以外の物質
も導入される場合がある。このようにして形成した、有
機物質を含む雰囲気中で、各電子放出素子に電圧を印加
する。これにより、炭素或は炭素化合物、或は両者の混
合物が、フォーミングで形成した間隙６内および間隙６
の近傍の導電性膜上に堆積され、所定電圧に対する電子
放出量がドラスティックに上昇する。このときの電圧の
印加方法は、上記フォーミングの場合と同様の結線によ
り、一つのｘ方向配線に接続された素子に同時に電圧パ
ルスを印加すればよい。

【０１６３】この活性化工程終了後は、個別素子の場合
と同様に安定化工程を行うことが好ましい。この安定化
工程では、外囲器８８を加熱して、８０〜２５０℃に保
持しながら、イオンポンプ、ソープションポンプなどの
オイルを使用しない排気装置１３５によりの排気管１３
２を通じて排気し、有機物質の十分少ない雰囲気にした
後、排気管をバーナで熱して溶融させて封じきる。外囲
器８８の封止後の圧力を維持するために、ゲッター処理
を行なうこともできる。これは、外囲器８８の封止を行
う直前或は封止後に、抵抗加熱或は高周波加熱等を用い
た加熱により、外囲器８８内の所定の位置（不図示）に
配置されたゲッターを加熱し、蒸着膜を形成する処理で
ある。このゲッターは通常Ｂa等が主成分であり、該蒸
着膜の吸着作用により、外囲器８８内の雰囲気を維持す
るものである。

【０１６４】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（フラットパネルディスプレイ）
に、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づいたテレビジョン
表示を行うための駆動回路の構成例について図１３を参
照して説明する。

【０１６５】図１３において、１０１は前述した表示パ
ネル（外囲器８８）、１０２は走査回路、１０３は制御
回路、１０４はシフトレジスタである。１０５はライン
メモリ、１０６は同期信号分離回路、１０７は変調信号
発生器、ＶxおよびＶaは直流電圧源である。表示パネル
１０１は、前述したように行（ｘ方向）端子Ｄox1乃至
Ｄoxm、列（ｙ方向）端子Ｄoy1乃至Ｄoyn、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。行端
子Ｄox1乃至Ｄoxmには、表示パネル１０１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
された電子放出素子群を一行（ｎ素子）ずつ順次駆動す
るための走査信号が印加される。

【０１６６】一方、列端子Ｄy1乃至Ｄynには、走査信号
により選択された一行の電子放出素子の各素子の出力電
子を制御するための、画像信号に応じた変調信号が印加
される。また高圧端子Ｈvには、直流電圧源Ｖaより、例
えば１０ｋＶの直流電圧がフェースプレート８６（図５
のアノード電極５４に相当）に供給されるが、これは電
子放出素子から放出される電子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。

【０１６７】次に、走査回路１０２について説明する。
この走査回路１０２は、内部にｍ個のスイッチング素子
を備えたもので（図中、Ｓ１乃至Ｓｍで模式的に示して
いる）ある。これらスイッチング素子のそれぞれは、直
流電圧源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、表示パネル１０１の行端
子Ｄx1乃至Ｄxmと電気的に接続している。これらＳ１乃
至Ｓｍの各スイッチング素子は、制御回路１０３が出力
する制御信号Ｔscan（水平同期信号）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。

【０１６８】直流電圧源Ｖxは、本実施の形態の場合に
は、表面伝導型放出素子の特性（電子放出閾値電圧）に
基づいて、選択されていない行配線に印加される電圧を
発生しており、走査されていない素子に印加される駆動
電圧（変調信号の差電圧）が、電子放出素子の放出閾値
電圧（Ｖth）以下となるような一定電圧を出力するよう
に設定されている。

【０１６９】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な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、各部に対して水平同期信号Ｔscan、シフトクロ
ックＴsft、およびメモリラッチ信号Ｔmryなどの各制御
信号を発生する。

【０１７０】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）回路等を用いて構成できる。この同期
信号分離回路１０６により分離された同期信号Ｔsyncは
垂直同期信号と水平同期信号を含むが、ここでは説明の
便宜上、Ｔsync信号として図示した。またＮＴＳＣのテ
レビ信号から分離された画像の輝度信号成分は便宜上Ｄ
ＡＴＡ信号として表した。このＤＡＴＡ信号はシフトレ
ジスタ１０４に入力される。

【０１７１】このシフトレジスタ１０４は、時系列的に
シリアルに入力される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、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
シフトクロックとして機能している）。こうしてシリア
ル／パラレル変換された１ライン分（電子放出素子ｎ素
子分の駆動データに相当）の画像データは、Ｉd1乃至Ｉ
dnのｎ個の並列信号としてシフトレジスタ１０４よりラ
インメモリ１０５に出力される。ラインメモリ１０５
は、１ライン分の画像データを必要時間の間だけ記憶す
るための記憶回路であり、制御回路１０３より送られる
制御信号Ｔmryに従って、適宜、１ライン分の画像デー
タＩd1乃至Ｉdnを記憶する。こうしてラインメモリ１０
５に記憶された内容は、画像データＩ'd1乃至Ｉ'dnとし
て出力され、変調信号発生器１０７に入力される。

【０１７２】変調信号発生器１０７は、画像データＩ'd
1乃至Ｉ'dnの各々に応じて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あり、その出力信号は、列
端子Ｄoy1乃至Ｄoynを通じて表示パネル１０１の電子放
出素子に印加される。

【０１７３】尚、本実施の形態における駆動電圧波形の
切換（前述の特性回復駆動）は、この変調信号発生器１
０７により行われても良い。即ち、この変調信号発生器
１０７がパルス幅変調による変調を行う場合には、その
出力するパルス電圧の波形値を通常の駆動時には電圧Ｖ
fに設定する。そして、前述の素子電流監視コントロー
ラ５７或は放出電流監視コントローラ５８で、素子電流
Ｉf或いは放出電流Ｉeが所定値以上に増大したことが検
知されると、制御回路１０３を介して変調信号発生器１
０７における出力電圧が前述した電圧Ｖ2又はパワーＰ2
になるように制御すればよい。これにより、変調信号パ
ルスがその電圧値に置換もしくは重畳される。

【０１７４】この変調方式についてより詳しく説明する
と、前述したように、本実施の形態に適用可能な電子放
出素子は、放出電流Ｉeに対して以下の基本特性を有し
ている。即ち、電子放出には明確な閾値電圧Ｖthがあ
り、閾値電圧Ｖth以上の電圧を印加された時のみ電子放
出が生じる。この電子放出閾値電圧以上の電圧に対して
は、素子への印加電圧の変化に応じて放出電流も変化す
る。このことから、本素子にパルス状の電圧を印加する
場合、例えば電子放出閾値以下の電圧を印加しても電子
放出は生じないが、電子放出閾値電圧以上の電圧を印加
する場合には電子が出力される。その際、パルスの波高
値Ｖmを変化させることにより出力される電子の量を制
御することが可能である。また、パルス幅Ｐwを変化さ
せることにより、出力される電子の総量を制御すること
が可能である。従って、入力信号に応じて、電子放出素
子を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅変
調方式等が採用できる。

【０１７５】この電圧変調方式を実施するに際しては、
変調信号発生器１０７として、一定長さの電圧パルス、
及びこの電圧パルスに前述した電圧Ｖ2、或いはパワー
Ｐ2となるパルスが置換もしくは重畳されたパルスを発
生し、入力されるデータに応じて適宜パルスの波高値を
変調するような電圧変調方式の回路を用いることができ
る。

【０１７６】またパルス幅変調方式を採用した場合は、
変調信号発生器１０７として、一定の波高値の電圧パル
ス、及びこの電圧パルスに前述した電圧Ｖ2或いはパワ
ーＰ2となるパルスが置換もしくは重畳されたパルスを
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。

【０１７７】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もアナログ信号式のものを
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。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。

【０１７８】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などを付加する。またパルス
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。

【０１７９】また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、例えばオペアンプな
どを用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシ
フト回路など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（ＶＯＣ）
を採用でき、必要に応じて電子放出素子の駆動電圧まで
電圧増幅するための増幅器を付加することもできる。

【０１８０】このような構成をとり得る本実施の形態の
表示パネルを使用した画像表示装置においては、各電子
放出素子に、容器外の行端子Ｄox1乃至Ｄoxm、列端子Ｄ
oy1乃至Ｄoynを介して電圧を印加することにより電子放
出が生ずる。また高圧端子Ｈvを介してメタルバック８
５、或は透明電極（不図示）に高圧を印加し、電子を加
速する。こうして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。

【０１８１】ここで述べた画像形成装置の構成は、本実
施の形態に適用可能な画像形成装置の一例であり、本実
施の形態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，ＳＥＣＡ
Ｍ方式など他、これよりも多数の走査線からなるＴＶ信
号（例えば、ＭＵＳＥ方式をはじめとする高品位ＴＶ）
方式をも採用できる。

【０１８２】次に、梯子型配置の電子源及びそれを用い
た画像形成装置について図１４及び図１５を参照して説
明する。

【０１８３】図１４は、本実施の形態の梯子型配置の電
子源の一例を示す模式図である。

【０１８４】図において、１１０は電子源基板、１１１
は電子放出素子である。Ｄx1〜Ｄx10（１１２）は、電
子放出素子１１１を接続するための共通配線である。こ
こでは電子放出素子１１１は基板１１０上に、ｘ方向に
並列に複数個配されている（これを素子行と呼ぶ）。こ
の素子行が複数個配されて電子源を構成している。各素
子行の共通配線間に駆動電圧を印加することで、各素子
行を独立に駆動させることができる。即ち、電子を放出
させたい素子行には、電子放出閾値（Ｖth）以上の電圧
を、電子を放出しない素子行には、電子放出閾値以下の
電圧を印加する。各素子行間の共通配線Ｄx2〜Ｄx9は、
例えばＤx2，Ｄx3を同一配線とすることもできる。

【０１８５】図１５は、図１４に示す梯子型配置の電子
源を備えた表示パネル１０１ａの構造の一例を示す模式
図である。

【０１８６】１２０はグリッド電極、１２１は電子が通
過するため空孔、１２２はＤox1，Ｄox2，…，Ｄoxmよ
りなる容器外行端子である。１２３は、グリッド電極１
２０と接続されたＧ1，Ｇ2，…，Ｇnからなる容器外端
子である。図１５においては、前述の図に示した部位と
同じ部位には同一の符号を付している。ここに示した表
示パネル１０１ａと、図９に示した単純マトリクス配置
の表示パネル１０１との大きな違いは、電子源基板１１
０とフェースプレート８６の間にグリッド電極１２０を
備えているか否かにある。

【０１８７】図１５において、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、電子放出素子から放出さ
れた電子を変調するためのもので、はしご型配置の素子
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１
２１が設けられている。これらグリッド電極１２０の形
状や、その配置位置は図１５に示したものに限定される
ものではない。例えば、開口１２１としてメッシュ状に
多数の通過口を設けることもでき、グリッド電極１２０
を電子放出素子の周囲や近傍に設けることもできる。

【０１８８】容器外の行端子１２２およびグリッド用の
端子１２３のそれぞれは、例えば前述した走査回路１０
２、変調信号発生器１０７と電気的に接続されている。

【０１８９】本実施の形態の表示パネル１０１ａでは、
素子行を一列ずつ順次駆動（走査）するのに同期して、
グリッド電極１２０の列に画像１ライン分の変調信号を
同時に印加する。これにより、各素子から放出される電
子の蛍光体への照射を制御し、画像を１ラインずつ表示
することができる。本実施の形態の表示パネル１０１ａ
を用いた画像形成装置は、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とし
ての画像形成装置等としても用いることができる。

【０１９０】以下、具体的な例を挙げて本実施の形態を
詳しく説明するが、本実施の形態はこれら実施例に限定
されるものではなく、本実施の形態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。

【０１９１】（実施例１）本実施例１では、図２０に示
した電子放出素子を作成した。なお、本実施の形態に係
る駆動方法を適用した場合と、比較のために本実施の形
態を適用しなかった場合とを比較するために、２つの素
子を作成した（それぞれ素子Ａ、素子Ｂと呼ぶことにす
る）。各電子放出素子の電子放出特性等について行った
実験結果について説明する。

【０１９２】尚、図中のＷ１は電極２，３の幅、Ｗ２は
導電性膜４の幅、Ｌは電極２，３の間隔、ｄは電極２，
３の厚さを表している。また、素子Ａ及びＢそれぞれの
形状、構成、作成工程は、後に説明する安定化工程まで
同一の形状、構成、工程を用いるので、同工程までは、
特に両者を区別せずに説明する。

【０１９３】以下、本実施例１で用いる各素子の製造方
法の手順を示す図２１を用いて具体的に説明する。

【０１９４】（１）基板１として石英基板を用い、これ
を洗剤、純水及び有機溶剤を用いて十分洗浄した後、真
空蒸着法により、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ５０ｎｍのＰ
ｔを順次堆積した。その後、電極２，３と電極間ギャッ
プＬとなるべきパターンをフォトレジスト形成した後、
ドライエッチングすることで、電極２，３を作成した。
尚、電極２，３の間隔Ｌは３μｍである（図２１
（ａ））。

【０１９５】その後、導電性膜４のパターニングの目的
でリフトオフ用のＣｒ膜（不図示）を５０ｎｍの膜厚で
真空蒸着した。このとき、導電性膜４の幅Ｗ２に対応す
るＣｒ膜の開口部分の寸法を３００μｍとした。

【０１９６】（２）電極２，３を形成した基板１上に、
有機パラジウム溶液（奥野製薬（株）製、ccp-4230）を
スピンナーにより回転塗布して放置することにより、有
機Ｐｄ薄膜を形成した。この後、有機Ｐｄ薄膜を３００
℃で１５分間大気中で加熱焼成処理し、主として、Ｐｄ
Ｏからなる導電性膜４を形成した。この導電性膜４の膜
厚は約７ｎｍであった。

【０１９７】その後、Ｃｒ膜を酸エッチャントによりウ
ェットエッチングし、導電性膜４をリフトオフすること
で所望のパターンを有する導電性膜４を得た（図２１
（ｂ））。

【０１９８】（３）次に素子Ａ、Ｂとも図５の評価測定
系の真空装置５５内に設置した。その後、素子電圧Ｖf
を印加するための電源５１により電極２，３間に電圧を
印加して導電性膜４に電流を流し、第一の間隙６を形成
（フォーミング処理）した（図２１（ｃ））。このフォ
ーミング処理には、基板Ａ、Ｂとも図４（ｂ）に示した
電圧波形を用いた。

【０１９９】本実施例１では、図４（ｂ）中のＴ１を１
ｍ秒、Ｔ２を１０ｍ秒とし、０．１Ｖずつパルス波高値
を増加させながらフォーミングを行った。また、フォー
ミング処理中は、同時に、Ｔ２間に０．１Ｖの抵抗測定
用パルスを挿入し、抵抗を測定した。尚、フォーミング
の終了は、抵抗測定用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。

【０２００】（４）引き続き素子Ａ、Ｂとも真空装置５
５内に設置したまま、装置内に、アセトンを１．３×１
０のマイナス３乗［Ｐａ]導入し、素子Ａ、Ｂそれぞれ
の電極２，３間にパルス電圧を約３０分印加して活性化
処理を行った。本実施例１では、図２２（ｂ）で示した
ように、矩形波の正電圧パルスと、極性が逆で波形およ
び電圧の絶対値が同じ負電圧のパルスを交互に印加し
た。尚、Ｔ１を１ｍ秒、Ｔ２を１０ｍ秒とし、パルスの
波高値（絶対値）は、素子Ａ、Ｂ双方とも１５Ｖとし
た。

【０２０１】この工程により、第一の間隙６内および第
一の間隙近傍の導電性膜４上にカーボン膜１０が形成さ
れ、同時に、第一の間隙６よりも幅の狭い第二の間隙７
が形成された（図２１（ｄ））。

【０２０２】（５）続いて、真空容器内のアセトンを排
気後、素子部及び真空容器全体を１５０℃で２時間加熱
し、真空装置５５内を１．３×１０のマイナス６乗［Ｐ
ａ］とし、安定化工程を行った。

【０２０３】この安定化工程後も真空度をそのまま維持
した状態で、素子Ａ、Ｂの各電子放出素子の素子電流Ｉ
f、放出電流Ｉeを測定した。その測定条件は、アノード
電極５４と電子放出素子間の距離Ｈを５ｍｍ、アノード
電極５４の電位を１ＫＶとした。

【０２０４】まず、素子Ａに対して、図４（ａ）に示さ
れる波形を用い、パルス幅Ｔ１及びパルス間隔Ｔ２を、
それぞれでＴ１を０．２ｍ秒、Ｔ２を１０ｍ秒として、
波高値が１５Ｖのパルスを３パルス加え、その時の放出
電流Ｉeを測定した。続いて、パルス幅Ｔ１及びパルス
間隔Ｔ２を、それぞれでＴ１を０．２ｍ秒、Ｔ２を１０
ｍ秒として、波高値が１４Ｖのパルスを３パルス加え、
その時の放出電流Ｉeを測定した（第１の測定工程）と
ころ、１５Ｖの波高値のパルスを印加したときと比べ
て、約４０％の値であった。そこで波高値が１５Ｖのパ
ルスを印加する場合には、前記Ｔ１の約４０％のパルス
幅とすれば、１パルス当たりにアノード電極５４に捕獲
される電荷が、１４Ｖの場合とほぼ等しくなることが確
認された。

【０２０５】次に、素子Ａ、Ｂについて５００時間の特
性評価を行った。

【０２０６】駆動パルス波形は、基板Ａ、Ｂ共に、基本
的には図４（ａ）に示される波形を用い、駆動電圧の波
高値Ｖfを１４Ｖとした。また、パルス幅Ｔ１及びパル
ス間隔Ｔ２は、それぞれでＴ１を０．２ｍ秒、Ｔ２を１
０ｍ秒とした。

【０２０７】尚、素子Ａに対しては、素子電流Ｉfの上
昇を素子電流監視コントローラ５７により監視した。そ
して、３％の素子電流の増加を検知したときに、電子放
出素子に素子電圧を印加するための電源５１に、電圧の
波高値が１５Ｖであるパルス１発を、駆動電圧Ｖfの波
高値が１４Ｖのパルスと置き換えて印加するように指令
を出して電圧印加した（特性回復駆動）。この１５Ｖの
波高値のパルス幅は０．２ｍ秒の４０％である０．０８
ｍ秒とした。

【０２０８】また、素子Ｂに対しては、素子Ａに対して
行った上記の特性回復駆動操作を行わず、波高値が１４
Ｖの一定パルスを印加し続けた。尚、素子Ａ、Ｂに対す
る素子電流Ｉf及び放出電流Ｉeの測定は、共に１４Ｖの
波高値が印加されている時点において測定した。

【０２０９】上述の実験により、５００時間に亘る駆動
実験を行ったところ、素子Ｂでは約５０％の素子電流Ｉ
fの増加による変動が生じたのに対して、素子Ａでは上
記駆動の制御範囲内である約３％の変動しか生じなかっ
た。また、これに伴って、放出電流Ｉeも３％程度の変
動に留まり、極めて安定に駆動することができた。

【０２１０】尚、素子Ａ、Ｂ共に、波高値が１４Ｖであ
る場合には、素子電流Ｉfが増加する特性を有したが、
これは有機物質の排除が不完全であるなどの理由による
ものと考えられる。

【０２１１】即ち、本実施の形態の駆動方法によれば、
有機物質の排除が不完全であるなどの理由により、素子
電流Ｉfの増加が見られる場合においても、長時間に亙
り極めて安定に駆動することが可能である。

【０２１２】（実施例２）前述の実施例１と同じ工程で
安定化工程まで行い、素子Ｃを作成した。

【０２１３】安定化工程後も真空度をそのまま維持した
状態で、素子Ｃに電圧を印加することで素子電流Ｉf、
放出電流Ｉeを測定した。

【０２１４】まず、素子Ｃに対して、図４（ａ）に示さ
れる波形を用い、パルス幅Ｔ１及びパルス間隔Ｔ２を、
それぞれでＴ１を０．２ｍ秒、Ｔ２を１０ｍ秒として、
波高値が１５Ｖのパルスを３パルス加えた。そして、そ
の時の放出電流Ｉeを測定した。続いて、パルス幅Ｔ１
及びパルス間隔Ｔ２を、それぞれでＴ１を０．２ｍ秒、
Ｔ２を１０ｍ秒として、波高値が１４Ｖのパルスを３パ
ルス加え、その時の放出電流Ｉeを測定した（第１の測
定工程）。その結果、１５Ｖの波高値のパルスを印加し
たときと比べて、約４０％の値であった。そこで波高値
が１５Ｖのパルスを印加する場合には、１４Ｖの場合と
比較して、約４０％のパルス幅とすれば、１パルス当た
りにアノード電極５４に捕捉される電荷が、１４Ｖの場
合とほぼ等しくなることが確認された。

【０２１５】次に、素子Ｃについて５００時間の特性評
価を行った。

【０２１６】駆動パルス波形は、基本的には図４（ａ）
に示される波形を用い、駆動電圧Ｖfの波高値を１４Ｖ
とした。また、パルス幅Ｔ１及びパルス間隔Ｔ２は、基
本的にはそれぞれでＴ１を０．２ｍ秒、Ｔ２を１０ｍ秒
とした。尚、素子Ｃに対しては、放出電流Ｉeの上昇を
放出電流監視コントローラ５８により監視し、３％の放
出電流の増加を検知したときに、電子放出素子に素子電
圧を印加するための電源５１に、電圧の波高値が１５Ｖ
であるパルス１発を、駆動電圧Ｖfの波高値が１４Ｖの
パルスと置き換えて印加するように指令を出し、駆動し
た（特性回復駆動）。この１５Ｖの波高値のパルス幅は
０．２ｍ秒の４０％である０．０８ｍ秒とした。

【０２１７】尚、素子Ｃに対する素子電流Ｉf及び放出
電流Ｉeの測定は、共に１４Ｖの波高値が印加されてい
る時点において測定した。

【０２１８】上記５００時間に亘る駆動実験を行ったと
ころ、素子Ｃでは上記駆動の制御範囲内である約３％の
放出電流の変動しか生じず、極めて安定に駆動すること
ができた。尚、素子Ｃにおいては、波高値が１４Ｖであ
る場合には、素子電流Ｉfが増加する特性を有したが、
これは、有機物質の排除が不完全であるなどの理由によ
るものと考えられる。

【０２１９】即ち、本実施の形態の駆動方法によれば、
有機物質の排除が不完全である等の理由により、素子電
流Ｉfの増加が見られ、これに伴い放出電流Ｉeの増加が
見られる場合においても、長時間に亙り極めて安定に駆
動することが可能である。

【０２２０】（実施例３）本実施例３では、図２０に示
した電子放出素子を複数配置した電子源（図８）を用い
て、図９に示したような画像形成装置を作成した。本実
施の形態の駆動方法を通用した例を示す。

【０２２１】複数の電子放出素子７４がマトリクス配線
された基板７１の一部の平面図を図１６に示す。本実施
例３の画像形成装置の電子源は、図２０に示した電子放
出素子がマトリクス状に複数個配置されたものである。

【０２２２】また、図１７は、図１６のＡ−Ａ’断面図
を示したものである。但し、両図中で同じ番号は同一の
ものをあらわす。ここで、１は基板、７２は図９のＤox
mに対応するｘ方向配線（下配線）の一部、７３は図９
のＤoynに対応するｙ方向配線（上配線）の一部、４は
導電性膜、２，３は電極、１３１は層間絶縁層、１３２
は電極３と下配線７２との電気的接続のためのコンタク
トホールである。

【０２２３】次に、この製造方法を図１８及び図１９を
参照し、工程順に従って具体的に説明する。 （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上にホ
トレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ：日立化成社製）をスピ
ンナにより回転塗布、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す
る。その後、真空蒸着により厚さ２０ｎｍのＣｒ、厚さ
６００ｎｍのＣｕ、厚さ５０ｎｍのＣｒを順次積層し、
リフトオフによりＣｒ／Ｃｕ／Ｃｒからなる下配線７２
を形成する（図１８（ａ））。 （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１３１をＲＦスパッタ法により堆積する
（図１８（ｂ））。 （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１３２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１３１をエッ
チングしてコンタクトホール１３２を形成する。エッチ
ングはＣＦ4とＨ2ガスを用いたＲＩＥ(Reactive Ion Et
ching)法によった（図１８（ｃ））。 （工程−ｄ）その後、電極２，３と、電極２，３間のギ
ャップがＬとなるべきパターンをホトレジスト（ＲＤ−
２０００Ｎ日立化成社製）で形成し、真空蒸着法によ
り、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ５０ｎｍのＰｔを順次堆積
した。このホトレジストパターンを有機溶剤で溶解し、
Ｐｔ／Ｔｉ堆積膜をリフトオフし、電極間隔Ｌは１０μ
ｍとし、電極の幅Ｗ１を２００μｍを有する電極２，３
を形成した（図１８（ｄ））。 （工程−ｅ）厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ１μｍのＡｕを順
次真空蒸着により堆積し、上配線７３のホトレジストパ
ターンを形成した後、ウェットエッチングによりＡｕ
を、ドライエッチングによりＴｉの、それぞれ不要の部
分を除去して、Ａｕ／Ｔｉからなる上配線７３を形成し
た（図１９（ｅ））。 （工程−ｆ）本工程に関わる電子放出素子の導電性膜４
のマスクは、電極間ギャップＬ及びこの近傍に開口を有
するマスクであり、このマスクにより膜厚１００ｎｍの
Ｃｒ膜１３３を真空蒸着により堆積・パターニングし、
そのうえに有機Ｐｄ（ccp-4230奥野製薬（株）製）をス
ピンナにより回転塗布、３００℃で１０分間の加熱焼成
処理をした（図１９（ｆ））。また、こうして形成され
た主元素としてＰｄよりなる導電性膜４の膜厚は１０ｎ
ｍ、シート抵抗値は５×１０の４乗［Ω／□］であっ
た。 （工程−ｇ）Ｃｒ膜１３３および焼成後の導電性膜４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（図１９（ｇ））。 （工程−ｈ）全面にレジストを塗布して、マスクを用い
て露光の後現像し、コンタクトホール１３２部分のみレ
ジストを除去した。この後、真空蒸着により、厚さ５ｎ
ｍのＴｉ、厚さ１μm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することによ
り、コンタクトホール１３２を埋め込んだ（図１９
（ｈ））。

【０２２４】以上の工程により、絶縁性基板１上に、複
数の導電性膜が、下配線７２と上配線７３により単純マ
トリクス配線された、フォーミング前の電子源基板７１
を形成した。

【０２２５】続いて、上記電子源を用いて画像形成装置
（フラットパネルディスプレイ）を作成した。この作成
手順を図９及び図１０を参照して以下に説明する。 （工程−ｉ）フェースプレート８６を、以下のように作
成した。洗浄化されたガラス基体８３上に、スパッタリ
ング法により酸化スズ−酸化インジウム（ＩＴＯ）薄膜
を作成し、（不図示）その上に、印刷法により蛍光膜８
４を作成した。このＩＴＯ薄膜は後述するように、電子
放出素子からの放出電子を引き出すために電位を与える
ためのものである。尚、蛍光膜８４は、ストライプ状の
蛍光体（Ｒ，Ｇ，Ｂ）９２と黒色導電材（ブラックスト
ライプ）９１とが交互に配列された図１０（ａ）に示さ
れる蛍光膜とした。更に、この蛍光膜８４の作成後、そ
の蛍光膜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、蛍光膜８４の上に、Ａｌ薄膜
からなるメタルバック８５をスパッタリング法により５
０ｎｍの厚さになるように成膜した。以上の工程によ
り、フェースプレート８６を作成した。 （工程−ｊ）多数のフォーミング前の電子放出素子を作
成した電子源基板７１を固定してリアプレート８１とし
た後、電子源基板７１の約５ｍｍ上方に、フェ−スプレ
ート８６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４００℃で１０分焼成す
ることで封着した。尚、この封着を行うにあたり、カラ
ー表示を正しく再現するため、各色蛍光体と電子放出素
子との十分な位置合わせを行った。

【０２２６】続いて外囲器内の電子放出素子などに施す
処理について説明する。 （工程−ｋ）以上のようにして完成した外囲器８８を、
図１１に示したような真空排気装置に接続し、外囲器８
８内の雰囲気を排気管１３２を通じ真空ポンプにて排気
した。

【０２２７】尚、図１１において、表示パネル１０１は
排気管１３２を介して真空チャンバ１３３に接続され、
この真空チャンバ１３３には排気装置１３５が接続され
ており、その間にゲートバルブ１３４が設けられてい
る。また、この真空チャンバ１３３には圧力計１３６、
四重極型質量分析器（Ｑ−ＭＳ）１３７が取り付けられ
ており、内部の圧力および、残留ガスの各分圧をモニタ
することができる。外囲器８８内の圧力は直接測定する
ことが困難なので、真空チャンバ１３３の圧力とガス分
圧を、便宜上、外囲器内の圧力（或はガス分圧）とみな
している。排気装置１３５はソープションポンプとイオ
ンポンプとからなる超高真空用排気装置である。真空チ
ャンバ１３３には、複数のガス導入装置が接続されてお
り、図では導入物質源１４０を入れるボンベ或はアンプ
ル、およびガス導入制御装置（電磁弁など）１３９、ガ
ス導入ライン１３８は１種類ずつしか描かれていない
が、実際には複数のガス導入経路が確保され、数種類の
ガスを外囲器内に導入することができる。ガス導入制御
手段１３９は、導入物質の種類、流量、必要な制御精度
などに応じて、電磁弁、ニードルバルブ、マスフローコ
ントローラ、スローリークバルブなどが用いられる。

【０２２８】このようにして外囲器８８を排気装置１３
５で排気し、十分な真空度に達した後、外囲器外端子Ｄ
xo1乃至ＤoxmとＤoy1乃至Ｄoynを通じ電子放出素子７４
の電極２，３間に電圧を印加し各導電性膜４に電流を流
した。この工程により、各導電性膜４の一部に間隙６が
形成された（フォーミング処理を行なった）。フォーミ
ング処理の電圧波形は、図４（ｂ）に示すような矩形波
パルスで、波高値を徐々に上昇させた。本実施例ではＴ
１を１ｍ秒、Ｔ２を１０ｍ秒とし、三角波パルスの間
に、波高値０．１Ｖの矩形波パルスを挿入して電流を測
ることで選択した配線の抵抗を測定した。そして、抵抗
値が１素子あたり１ＭΩを超えたところで選択ラインの
フォーミング処理を終了し、次の配線に同様の処理を施
した。このような手順で、フォーミング処理をすべての
配線（即ち電子放出素子）に対して行った。 （工程−ｌ）次に、導入物質源１４０よりアセトンをス
ローリークバルブを通して外囲器内に導入し、１．３×
１０のマイナス３乗[Pa]を維持した。前述実施例１と同
様に、パルス波形は矩形波で、波高値１５Ｖのパルスを
選択ラインに印加した。本実施例３では、素子電流Ｉf
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、電子源基板を作成し
た。 （工程−ｍ）続いて安定化処理を行った。安定化処理
は、外囲器８８全体を約２００℃で２時間加熱しながら
真空排気することで行った。 （工程−ｎ）次に、排気管をガスバーナで熱することで
溶着し外囲器の封止を行った。

【０２２９】最後に、封止後の真空度の維持を更に確実
にするため、フェースプレート８６側の画像表示領域外
に設けられたＢaゲッターを高周波加熱法で蒸発させ
た。

【０２３０】以上のように完成した本実施例の画像表示
装置において、不図示の信号発生手段から容器外瑞子Ｄ
x1乃至Ｄxmを通じて走査信号を各電子放出素子に印加
し，またＤy1乃至Ｄynを通じて変調信号を各電子放出素
子に印加することにより、電子を放出させた。

【０２３１】そして同時に、高圧端子Ｈvを通じ、メタ
ルバック８５、或は透明電極（ＩＴＯ）に数ＫＶ以上の
高圧を印加し、放出された電子を加速し、蛍光膜８４に
衝突させ、励起・発光させることで画像を表示した。

【０２３２】次に本実施例３の駆動方法を行った。

【０２３３】まず、各電子放出素子に印加される電圧パ
ルスの波高値を１５Ｖとして、全素子が順次駆動される
ように、容器外端子Ｄx1乃至Ｄxmに接続される電子放出
素子群の各ラインを順次駆動し、その時の放出電流の最
大値を測定した。続いて、波高値を１４Ｖとして上記と
同様に放出電流の最大値を測定した（第一の測定工程）
ところ、各ラインとも、１５Ｖとしたときの約４０％で
あった。そこで波高値が１５Ｖのパルスを印加する場合
には、１４Ｖの場合と比較して、約４０％のパルス幅と
すれば、単位時間当たりにアノード電極に捕獲される電
荷がほぼ等しくなることが確認された。続いて、３００
時間の特性評価を行った。

【０２３４】この場合のパルス波形は矩形波を用い、基
本的には駆動電圧Ｖfの波高値を１４Ｖで一定とし、パ
ルス幅を変えることで階調表示を行った。また、放出電
流Ｉeの上昇は、放出電流監視コントローラ５８により
監視し、最大で３％以上の放出電流の増加を検知したと
きに、波高値が１５Ｖであるパルス１発を、駆動電圧Ｖ
fの波高値が１４Ｖのパルスと置き換えて各素子に印加
した（特性回復駆動）。この１５Ｖの波高値のパルス幅
は１４Ｖのパルス印加時の４０％である。このため、表
示される画像に輝度バラツキなどを発生させずに、特性
回復駆動を行うことができる。尚、放出電流Ｉeの測定
は、１４Ｖの波高値が印加されている時点において測定
した。

【０２３５】上記３００時間の特性評価の結果、放出電
流の時間変化が小さく、良好な画像が表示された。

【０２３６】（実施例４）本実施例４では、フラットパ
ネルディスプレイを作成した。尚、本実施例のフラット
パネルディスプレイを構成する表示パネル１０１は、前
述の実施例３（工程-ａから工程-ｎ）と同様に作成した
（図９）。

【０２３７】以下に、本実施例４での駆動方法を説明す
る。本実施例４の駆動回路を図２３に示す。本図におい
て図１３に示した基本駆動回路と同一の部品については
同じ番号を付与してある。

【０２３８】図中、１０１は前述の表示パネルで、端子
Ｄox1からＤoxm及びＤoy1からＤoynを介して外部の電気
回路と接続されている。またフェースプレート上の高圧
端子Ｈvも外部の高圧電源Ｖaに接続されている。このう
ち端子Ｄox1からＤoxmには前述のパネル内に設けられて
いるマルチ電子源、即ち、ｍ行ｎ列の行列状にマトリッ
クス配線された電子放出素子群を１行ずつ順次駆動して
ゆくための走査信号が印加される。一方、端子Ｄoy1か
らＤoynには前記走査信号により選択された一行の電子
放出素子の各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。

【０２３９】次に、走査回路１０２について説明する。
同回路は、内部にｍ個のスイッチング素子を備えるもの
で、各スイッチング素子は、直流電圧源Ｖxの出力電圧
もしくは０[V]（グランドレベル）のいずれか一方を選
択し、表示パネル１０１の端子Ｄox1ないしＤoxmと電気
的に接続するものである。各スイッチング素子は、制御
回路１０３が出力する制御信号Ｔscanに基づいて動作す
るものだが、実際には例えばＦＥＴのようなスイッチン
グ素子を組み合わせる事により容易に構成する事が可能
である。

【０２４０】尚、前記直流電圧源Ｖxは、本実施例４の
場合には前記図６で例示した表面伝導型放出素子の特性
（電子放出閾値電圧Ｖthが実際には８[V]であった）に
もとずき、走査されていない素子に印加される駆動電圧
が電子放出閾値電圧以下となるよう、７[V]の一定電圧
を出力するよう設定されている。

【０２４１】引き続き入力された画像信号の流れについ
て説明する。

【０２４２】入力されたコンポジット画像信号をデコー
ダ１１０で３原色の輝度信号及び水平、垂直同期信号
（ここでは説明の都合上、両者を併せて同期信号Ｔsync
として表した）に分離される。また、制御回路１０３
は、外部より入力する画像信号に基づいて適切な表示が
行なわれるように各部の動作を整合させる働きをもつも
のである。この同期信号Ｔsyncに基づいて、各部に対し
てＴad，Ｔps，ＴscanおよびＴsftおよびＴmry及びＴmo
d，Ｔv’,Ｔv，Ｔmesの各制御信号を発生する。

【０２４３】一方、３原色の輝度信号は、ＡＤＣ（アナ
ログ−デジタル変換器）１１１に入力されて、サンプリ
ングクロックＴadによるタイミングでそれぞれ８ビット
のデジタル信号に変換される。この時のビット数は、表
示する画像の必要な階調数（色数）に応じて決められる
もので本実施例４においては、ＲＧＢ各色２５６階調
（約１６７０万色）を実現するため８ビットに決定し
た。こうして変換されたデジタルの輝度信号は、前述の
フェースプレート上の蛍光体の画素配列に応じた順番に
変換されるためにＰ／Ｓ（パラレル／シリアル）変換回
路１１２に入力される。シリアル変換されたデータ（８
ビット）は、乗算切り換え回路１１５を通してシフトレ
ジスタ１０４に入力される。この乗算切り換え回路１１
５については後述する。

【０２４４】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デジタル信号を、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良
い）。シリアル／パラレル変換された画像１ライン分
（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当する）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１０４より出力される。

【０２４５】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ための記憶部であ
り、制御回路１０３より送られる制御信号Ｔmryに従っ
て適宜Ｉd1ないしＩdnの内容を記憶する。これら記憶さ
れた内容は、Ｉd'1ないしＩd'nとして出力されパルス幅
変調回路１０６に入力される。

【０２４６】パルス幅変調回路１０７は、前記画像デー
タＩd'1ないしＩd'nの各々に応じた時間幅のパルスを発
生するためのものであり、その出力は端子Ｉd''1ないし
Ｉd''nを通じてスイッチ１０８のゲートに接続される。
そして、制御回路１０３からのタイミング信号Ｔmodに
合わせて、データに応じたパルス幅の電圧信号を出力す
る。この内部の構成を図２４を用いて説明する。４０１
はダウンカウンタで、列配線数分ｎ個が並んでおり、デ
ータ入力端子はそれぞれラインメモリ１０５からのデー
タ線Ｉd'1〜Ｉd'nに接続されている。また、データロー
ド端子ＬＤは共通配線され、制御回路１０３からの信号
Ｔmodに接続されている。これによりＴmodのタイミング
に合わせてカウントダウンデータがＩd'1〜Ｉd'nよりロ
ードされる。カウンタのクロックｃｌｋもやはり共通配
線されており、内部のカウントダウンクロック発生回路
４０２のクロック出力Ｐclkに接続されている。また、
クロック発生回路４０２のクロックはＴmodによりリセ
ットされて発生する。Ｐclkの周波数は、Ｔmod信号のカ
ウンタのカウント数倍（本実施例４に於いては８ビット
カウンタのため２５６）以上が必要であるが、本実施例
４に於いては各選択切り替え時間を考慮して２６０倍に
設定した。これらの設定によりダウンカウンタ４０１
は、信号Ｔmodのタイミングによりデータがロードされ
ると同時にカウンタクロックＰclkによりカウントダウ
ンされ、そのカウント値が“０”になった時にｃｌｒ信
号が真（５Ｖ）になる。この信号はスイッチ１０８のゲ
ート端子により電圧源の出力をスイッチすることになる
ので、この時刻に対応する列配線への電圧の印加がされ
ることになり、パルス幅変調が実現される。

【０２４７】次に、電圧源１０９は、パルス幅変調を行
う波高値を出力するものである。そして、本実施例４に
おいては、後述する様に制御回路１０３からの切り換え
信号Ｔvにより、２種類の電圧値を切り換えて出力する
ことができる。

【０２４８】また、初期電流メモリ１１３は、後述する
ように初期状態の放出電流Ｉeを記憶するためのもの
で、制御回路１０３によりｍ行分の値が読み書きされ
る。

【０２４９】また、放出電流測定回路１１４は、制御回
路１０３から出力される測定タイミングＴmesに対応し
て各走査ラインの放出電流を測定し、制御回路１０３に
デジタル値として、その測定値を送信する。

【０２５０】図２５は、放出電流測定回路１１４の構成
を示す回路図である。

【０２５１】図中、２５０１は検出抵抗で、高圧電源Ｖ
aと高圧端子Ｈvとの間に配置され、流れる電流に応じて
電位差を発生する。２５０２はアイソレーションアンプ
で、検出抵抗２５０１の両端に発生する電圧を適当なゲ
インで増幅し、更に高電圧が直接Ａ／Ｄ変換器２５０３
及び制御回路１０３に導通しないように絶縁するための
ものである。こうして高圧と絶縁されたアナログ電流値
は、Ａ／Ｄ変換器２５０３に入力されてＴmesのタイミ
ングに応じてＡ／Ｄ変換され、そのデジタル値が制御回
路１０３に出力される。

【０２５２】以上、駆動回路の構成各部の働きについて
説明したが、次に本発明の実施例の実現法について説明
する。

【０２５３】まず、各電子放出素子に印加される電圧パ
ルスの波高値を１５Ｖとして、全素子が順次駆動される
ように、容器外端子Ｄox1乃至Ｄoxmに接続される電子放
出素子群の各ラインを順次駆動し、その時の放出電流の
最大値を測定した。

【０２５４】この測定を実施するには、図２３に示した
駆動回路を用いて行うことができる。つまり、電圧源１
０９は、通常−７Ｖを各列配線Ｄoy1〜Ｄoynに出力して
いるが、１５Ｖ測定時には−８Ｖに切り換えることによ
り、各素子への印加電圧を通常の１４Ｖ（駆動電圧Ｖ
f）より上昇させることができる。

【０２５５】これを実現するための実際の電圧源１０９
の構成を図２６に示す。

【０２５６】２６０１はバッファアンプで、各列配線に
接続されている。バッファアンプ２６０１は、入力電圧
と同じ電圧をそのまま出力するものであるが、各素子を
駆動するのに必要な電流を出力でき、逆にスイッチ１０
８がグランドに切り換わったときには、加熱しないよう
に電流制限機能を持つものである。これらバッファアン
プは具体的にはオペアンプなどで構成される。これらバ
ッファアンプの入力は各列とも短絡されて電圧スイッチ
２６０２に接続されている。

【０２５７】電圧スイッチ２６０２は、制御回路１０３
からの信号Ｔvによって制御される。通常は−７Ｖの電
源に接続されるが、１５Ｖ測定時には−８Ｖ電源に接続
される。ここで前述のように走査回路電源Ｖxが７Ｖに
設定されているため、素子に印加される電圧は１５Ｖに
なる。制御回路１０３は、この時の走査ライン毎の放出
電流を、前述の放出電流測定回路１１４を用いて測定
し、初期電流メモリ１１３に一時的に記憶しておく。

【０２５８】続いて、波高値を１４Ｖとして（この時は
電圧源１０９の出力電圧を−７Ｖに戻す）、上記同様に
放出電流の最大値を測定し、前述の記憶した１５Ｖ測定
値と比較したところ、各ラインとも、１５Ｖとしたとき
の約４０％であった。そこで波高値が１５Ｖのパルスを
印加する場合には、１４Ｖの場合と比較して、約４０％
のパルス幅とすれば、単位時間当たりにアノード電極に
捕獲される電荷がほぼ等しくなることが確認された。

【０２５９】そして、この１４Ｖにおける測定値を本来
の放出電流値として初期電流メモリ１１３に記憶した
（第１の測定工程）。

【０２６０】以上説明したように本実施例４では、実際
の駆動回路をそのまま用いて初期放出電流値を測定した
が、専用の検査装置を設けて測定しその値を駆動回路の
メモリに書き込んでもよい。

【０２６１】続いて、実際の画像表示を行った。

【０２６２】本実施例４の駆動パルス波形は矩形波を用
い、基本的には駆動電圧Ｖfの波高値を１４Ｖで一定と
し、パルス幅を変えることで階調表示を行った（パルス
幅変調）。

【０２６３】実際の表示駆動時の動作について、図２７
に示したフローチャートに基づいて説明する。

【０２６４】駆動が開始されると、まず、放出電流の測
定時刻になるまで時間待ちのループに入る（Ｓ１）。そ
して、測定時刻になった場合は、各走査ライン毎の放出
電流Ｉe1〜Ｉemを測定する(Ｓ２：第２の測定工程)。こ
の測定が終わったら、電流比較ループのカウンタｋを
“１”にリセットし（Ｓ３）、各ラインの放出電流値Ｉ
ekを、初期電流メモリ１１３に記憶された初期放出電流
Ｉedkと比較する。本実施例４では、測定のばらつき、
過度の高電圧Ｖfによる駆動を防ぐために、初期放出電
流Ｉedkの３％増しした値と比較した（Ｓ４）。ここで
放出電流Ｉekが、Ｉedkの３％増しした値と比較して大
きい場合にはステップＳ５に進み、ｋライン目の電圧切
り換えフラグをオンにする。ステップＳ４で、放出電流
ＩekがＩedkの３％増しした値よりも小さいか、或いは
ステップＳ５を実行した後はステップＳ６に進み、カウ
ンタｋの値をインクリメントし、ステップＳ７でその計
数値ｋが「ｍ」を超えていたら電流比較が終了したと判
断してステップＳ８に進むが、計数値ｋが「ｍ」を超え
ていなければステップＳ７に進んで比較を続ける。

【０２６５】比較が終了した場合はステップＳ８で、次
のフレームの駆動時に電圧切り換えフラグに従って駆動
を行う（特性回復駆動）。より具体的には、制御回路１
０３は、駆動走査ライン毎に電圧切り換えフラグをチェ
ックして、フラグがオンの場合は、Ｔv’信号により乗
算切り換え回路１１５を切り換えてＰ／Ｓ変換回路１１
２からのデータに“０．４”を乗じた値をシフトレジス
タ１０４に出力する。つまり、乗算切り換え回路１１５
は通常の駆動時にはＰ／Ｓ変換回路１１２からのデータ
をそのまま出力しているが、Ｔv’信号がきたときだけ
“０．４”倍の出力を出すものである。これと共に制御
回路１０３は、Ｔv信号により前述の電圧源１０９の電
圧を「−８Ｖ」に切り換える。これらの動作により駆動
電圧を上げて駆動しても、パルス幅を下げることで所望
の階調を乱すことなく特性回復駆動を行うことができ
る。

【０２６６】このようにしてステップＳ９に進み、１フ
レームだけ電圧切り換えフラグに応じた駆動を行った
後、フラグをリセットし、ステップＳ１０で駆動が終了
でなければ通常駆動に戻り、測定待ちループに戻る。

【０２６７】以上説明した駆動により、長時間の駆動に
おいて輝度の変動や、劣化が非常に少ない高品位の画像
が実現できた。

【０２６８】以上説明したように本実施例によれば、有
機物質の排除が不完全であるなどの理由により、長時間
駆動しているうちに放出電流や素子電流が上昇する素子
特性の変動を効果的に抑制し、長時間に亙り放出電流や
素子電流を安定化させることが可能である。

【０２６９】またこれと同時に、必要に応じて駆動電圧
Ｖfよりも高い電圧Ｖ2を印加するので、素子特性の劣化
を極力抑えることも可能である。

【０２７０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
子放出素子の電子放出特性の劣化を防止できるという効
果がある。

【０２７１】また本発明によれば、電子放出素子への所
定の印加電圧に対する素子電流或は放出電流特性の変動
を抑えて、長期に亙り安定した電子放出特性を維持でき
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の構成
の一例を示す模式図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面
図である。

【図２】本実施の形態に係る電子放出素子の構成の別の
一例を示す模式図である。

【図３】本実施の形態の電子放出素子の製造方法の一例
を説明する図である。

【図４】本実施の形態の電子放出素子の製造に際して採
用できる通電フォーミング処理における電圧波形の一例
を示す図である。

【図５】本実施の形態に係る測定評価機能を備えた真空
処理装置の一例を示すブロック図である。

【図６】本実施の形態の電子放出素子における、放出電
流Ｉe、素子電流Ｉfと素子電圧Ｖfの関係の一例を示す
グラフ図である。

【図７】本実施の形態に係る素子電流コントローラにお
ける処理を示すフローチャートである。

【図８】電子放出素子をマトリクス配置した電子源の一
例を示す平面図である。

【図９】本実施の形態に係る表示パネルを一部破断して
示す外観斜視図である。

【図１０】本実施の形態に係る蛍光膜の蛍光体の配置例
を示す模式図である。

【図１１】本実施の形態に係る表示パネルのフォーミン
グ及び活性化工程を行うための真空排気装置の構成を示
す図である。

【図１２】本実施の形態の表示パネルのフォーミング、
活性化工程のための結線方法を示す図である。

【図１３】本実施の画像表示装置における表示パネルの
駆動回路の一例を示すブロック図である。

【図１４】本実施の形態の梯子配置の電子源の一例を示
す図である。

【図１５】図１４の電子源を用いた表示パネルの一例
を、一部破断して示す外観斜視図である。

【図１６】本実施の形態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Ａ−Ａ’の断面図である。

【図１８】図１６に示す電子源の製造工程を説明するた
めの断面図である。

【図１９】図１６に示す電子源の製造工程を説明するた
めの断面図である。

【図２０】カーボン膜を形成した電子放出素子の一例を
示す摸式図である。

【図２１】カーボン膜を形成した電子放出素子の製造工
程を示す模式図である。

【図２２】活性化工程で素子に好ましく印加されるパル
ス状電圧波形の一例を示す図である。

【図２３】本実施の形態に係る画像形成装置の駆動回路
の一例を示すブロック図である。

【図２４】本実施の形態に係るパルス幅変調回路の一例
を示すブロック図である。

【図２５】本実施の形態に係る放出電流を測定する回路
の一例を示すブロック図である。

【図２６】電圧源の構成の一例を示すブロック図であ
る。

【図２７】本実施の形態に係る表示駆動方法の一例を示
すフローチャートである。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子放出素子に電圧Ｖ1を印加した際
   に、該電子放出素子から放出される放出電流Ｉe1、及び
   又は該電子放出素子を流れる素子電流Ｉf1を測定する第
   一の測定ステップと、 前記第一の測定ステップ以降に、前記電子放出素子に電
   圧Ｖ1を印加した際に該電子放出素子から放出される放
   出電流Ｉe2、及び又は該電子放出素子を流れる素子電流
   Ｉf2を測定する第二の測定ステップと、 前記放出電流Ｉe2がＩe1よりも大きい場合、及び又は前
   記素子電流Ｉf2がＩf1よりも大きい場合に、前記電子放
   出素子に対し前記電圧Ｖ1よりも大きい電圧Ｖ2を印加す
   る電圧印加ステップと、を有することを特徴とする電子
   放出素子の駆動方法。
2. 【請求項２】 前記電圧印加ステップを実行した後、更
   に前記第一の測定ステップ、前記第二の測定ステップお
   よび前記電圧印加ステップを繰り返すことを特徴とする
   請求項１に記載の電子放出素子の駆動方法。
3. 【請求項３】 前記電圧Ｖ2は、前記第一の測定ステッ
   プより前に前記電子放出素子に印加された最大電圧値Ｖ
   max以下であることを特徴とする請求項１に記載の電子
   放出素子の駆動方法。
4. 【請求項４】 前記電子放出素子に印加する電圧は、パ
   ルス状の電圧であることを特徴とする請求項１乃至３の
   いずれか１項に記載の電子放出素子の駆動方法。
5. 【請求項５】 電子放出素子にパルス状電圧を印加した
   際に、該電子放出素子から放出される放出電流Ｉe1、及
   び又は該電子放出素子を流れる素子電流Ｉf1を測定する
   第一の測定ステップと、 前記第一の測定ステップ以降に、前記パルス状電圧の波
   形と同一の波形を前記電子放出素子に印加した際に、該
   電子放出素子から放出される放出電流Ｉe2、及び又は該
   電子放出素子を流れる素子電流Ｉf2を測定する第二の測
   定ステップと、 前記放出電流Ｉe2がＩe1よりも大きい場合、及び又は前
   記素子電流Ｉf2がＩf1よりも大きい場合に、前記電子放
   出素子に対し前記第一の測定ステップで印加したパルス
   のパワーよりも大きいパワーを有するパルス状電圧を印
   加する電圧印加ステップと、を有することを特徴とする
   電子放出素子の駆動方法。
6. 【請求項６】 前記電圧印加ステップで印加するパルス
   中の最大電圧値は、前記第一の測定ステップで印加され
   たパルス中の最大電圧値よりも大きいことを特徴とする
   請求項５に記載の電子放出素子の駆動方法。
7. 【請求項７】 前記電圧印加ステップを行った後に、さ
   らに前記第一の測定ステップ、前記第二の測定ステップ
   および前記電圧印加ステップを繰り返すことを特徴とす
   る請求項５に記載の電子放出素子の駆動方法。
8. 【請求項８】 前記電圧印加ステップにおいて印加され
   るパルスのパワーは、前記第一の測定ステップより前
   に、前記電子放出素子に印加された最大のパワー以下で
   あることを特徴とする請求項５に記載の電子放出素子の
   駆動方法。
9. 【請求項９】 電子放出素子を複数配列形成した電子源
   の駆動方法であって、 該電子放出素子が請求項５乃至８のいずれか１項に記載
   の方法によって駆動されることを特徴とする電子源の駆
   動方法。
10. 【請求項１０】 電子源と、画像形成部材とを有する画
    像形成装置の駆動方法であって、 前記電子源が請求項９に記載の方法によって駆動される
    ことを特徴とする画像形成装置の駆動方法。