JP2916887B2 - 電子放出素子、電子源、画像形成装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子の製
造方法と、該方法を用いた電子源及び画像形成装置の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子放出素子としては大別し
て熱電子放出素子と冷陰極電子放出素子を用いた２種類
のものが知られている。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、「ＭＩＭ型」と称す。）や表面伝導型電子
放出素子等がある。

【０００３】ＦＥ型の例としては、Ｗ．Ｐ． Ｄｙｋｅ
ａｎｄ Ｗ．Ｗ． Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄ Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎ”， Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ８，８９（１９５６）ある
いはＣ．Ａ． Ｓｐｉｎｄｔ， “ＰＨＹＳＩＣＡＬ
Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉ
ｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔ
ｈ ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ ｃｏｎｅｓ”， Ｊ． Ａ
ｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． ，４７，５２４８（１９７６）
等に開示されたものが知られている。

【０００４】ＭＩＭ型の例としては、Ｃ．Ａ． Ｍｅａ
ｄ， “Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆＴｕｎｎｅｌ−Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ”， Ｊ． Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．， ３２，６４６（１９６１）等に開示され
たものがある。

【０００５】表面伝導型電子放出素子の例としては、
Ｍ．Ｉ． Ｅｌｉｎｓｏｎ， Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ．
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓ．， １０，１２９０（１
９６５）等に開示されたものがある。

【０００６】表面伝導型電子放出素子は、基板上に形成
された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことに
より、電子放出が生ずる現象を利用するものである。こ
の表面伝導型電子放出素子としては、前記エリンソン等
によるＳｎＯ₂ 薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によるもの
［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉ
ｌｍｓ”， ９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／
ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎ
ｄ Ｃ．Ｇ． Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥＴｒａｎ
ｓ． ＥＤ Ｃｏｎｆ．”， ５１９（１９７５）］、
カーボン薄膜によるもの［荒木久 他：真空、第２６
巻、第１号、２２頁（１９８３）］等が報告されてい
る。

【０００７】これらの表面伝導型電子放出素子の典型的
な例として前述のＭ．ハートウェルの素子構成を図２３
に模式的に示す。同図において１は基板である。３は導
電性薄膜で、Ｈ型形状のパターンに、スパッタで形成さ
れた金属酸化物薄膜等からなり、後述の通電フォーミン
グと呼ばれる通電処理により電子放出部２が形成され
る。尚、図中の素子電極間隔Ｌは０．５〜１ｍｍ、Ｗ’
は０．１ｍｍに設定されている。

【０００８】従来、これらの表面伝導型電子放出素子に
おいては、電子放出を行う前に導電性薄膜３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２
を形成するのが一般的であった。即ち、通電フォーミン
グとは前記導電性薄膜３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１Ｖ／分程度を印加通電
し、導電性薄膜を局所的に破壊、変形もしくは変質せし
め、電気的に高抵抗な状態にした電子放出部２を形成す
ることである。尚、電子放出部２は導電性薄膜３の一部
に亀裂が発生し、その亀裂付近から電子放出が行われ
る。前記通電フォーミング処理をした表面伝導型電子放
出素子は、上述導電性薄膜３に電圧を印加し、素子に電
流を流すことにより、上述電子放出部２より電子を放出
せしめるものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来のフォーミングの方法には次のような問題点があっ
た。

【００１０】即ち、従来のフォーミング処理では、導電
性薄膜に形成される電子放出部の位置や形状を精度良く
制御し難く、このことは、素子の特性を均一に制御する
上で困難をもたらし、複数の電子放出素子を配置した電
子源や、それを用いた画像形成装置などを作成した場
合、電子放出量のバラツキ、画面の明るさのバラツキが
生ずる場合がある。

【００１１】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、導電性膜への通電処理を経て、該導電性膜に
電子放出部を形成する工程を有する電子放出素子の製造
方法において、その電子放出部の位置と形状を精度良く
制御する方法を提供し、また複数の電子放出素子を基板
上に配置して形成した電子源及び、該電子源と画像形成
部材とを有する画像形成装置を、高品位に製造する方法
を提供しようとするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は以下の通りである。

【００１３】即ち、本発明の第一は、電極間に、電子放
出部を有する導電性膜を備えた電子放出素子の製造方法
において、膜の一部の領域の組成を変化させて金属から
なる領域と該金属の酸化物からなる領域とを有する導電
性膜を形成する工程と、該導電性膜を通電処理して電子
放出部を形成する工程と、該電子放出部形成後に該導電
性膜を還元する工程とを、有することを特徴とする電子
放出素子の製造方法に関する。上記本発明第一の方法
は、さらにその特徴として、 「前記金属からなる領域と
該金属の酸化物からなる領域とを有する導電性膜を形成
する工程は、金属からなる導電性膜の一部の領域を酸化
する工程を含む」こと、また、この場合において、 「前
記金属からなる導電性膜の一部の領域を酸化する工程
は、金属からなる導電性膜の一部の領域を、酸化雰囲気
中にて、加熱する工程を含む」こと、 「前記加熱する工
程は、前記導電性膜に光を照射する工程を含む」こと、
「前記加熱する工程は、前記導電性膜に電流を流す工程
を含む」ことを含み、 また、「前記金属からなる領域と
該金属の酸化物からなる領域とを有する導電性膜を形成
する工程は、金属酸化物からなる導電性膜の一部の領域
を還元する工程を含む」こと、また、この場合におい
て、 「前記金属酸化物からなる導電性膜の一部の領域を
還元する工程は、金属酸化物からなる導電性膜の一部の
領域に、真空中にて、電子線を照射する工程を含む」こ
と、 「前記金属酸化物からなる導電性膜の一部の領域を
還元する工程は、金属酸化物からなる導電性膜の一部の
領域に、不活性ガス中または還元ガス中にて、光を照射
する工程を含む」ことを含み、 また、「前記金属からな
る領域と該金属の酸化物からなる領域とを有する導電性
膜を形成する工程は、有機金属化合物からなる膜に、金
属からなる領域と該金属の酸化物からなる領域とを形成
する工程を含む」こと、また、この場合において、 「前
記有機金属化合物からなる膜に、金属からなる領域と該
金属の酸化物から なる領域とを形成する工程は、前記有
機金属化合物からなる膜を、大気中または酸素中に、該
有機金属化合物が金属化される温度以上かつ金属酸化物
化される温度以下に保持して、前記有機金属化合物から
なる膜の一部に紫外線を照射する工程を含む」ことを含
むものである。

【００１４】また、本発明の第二は、電極間に、電子放
出部を有する導電性膜を備えた電子放出素子の製造方法
において、 膜の一部の領域の組成を変化させて金属と半
導体との混合物からなる領域と該金属の酸化物と該半導
体との混合物からなる領域とを有する導電性膜を形成す
る工程と、該導電性膜を通電処理して電子放出部を形成
する工程と、該電子放出部形成後に該導電性膜を還元す
る工程とを、有することを特徴とする電子放出素子の製
造方法に関する。 上記本発明第二の方法は、さらにその
特徴として、 「前記金属と半導体との混合物からなる領
域と該金属の酸化物と該半導体との混合物からなる領域
とを有する導電性膜を形成する工程は、金属と半導体と
の混合物からなる導電性膜の一部の領域を酸化する工程
を含む」こと、また、この場合において、「前記金属と
半導体との混合物からなる導電性膜の一部の領域を酸化
する工程は、金属と半導体との混合物からなる導電性膜
の一部の領域を、酸化雰囲気中にて、加熱する工程を含
む」ことを含み、 また、「前記金属と半導体との混合物
からなる領域と該金属の酸化物と該半導体との混合物か
らなる領域とを有する導電性膜を形成する工程は、金属
酸化物と半導体との混合物からなる導電性膜の一部の領
域を還元する工程を含む」こと、また、この場合におい
て、 「前記金属酸化物と半導体との混合物からなる導電
性膜の一部の領域を還元する工程は、金属酸化物と半導
体との混合物からなる導電性膜の一部の領域を、加熱す
る工程を含む」ことを含むものである。 また、本発明の
第三は、電極間に、電子放出部を有する導電性膜を備え
た電子放出素子の製造方法において、 膜の一部の領域の
組成を変化させて金属からなる領域と該金属の窒化物か
らなる領域とを有する導電性膜を形成する工程と、該導
電性膜を通電処理して電子放出部を形成する工程とを、
有することを特徴とする電子放出素子の製造方法に関す
る。 上記本発明第三は、さらにその特徴として、 「前記
金属からなる領域と該金属の窒化物からなる領域とを有
する導電性膜を形成する工程は、金属からなる導電性膜
の一部の領域を窒化する工程を含む」こと、また、この
場合において、「前記金属からなる導電性膜の一部の領
域を窒化する工程は、金属からなる導電性膜の一部の領
域を、ＮＨ ₃ ガス中にて、加熱する工程を含む」ことを
含むものである。

【００１５】また、本発明の第四は、電極間に、電子放
出部を有する導電性膜を備えた電子放出素子が、基板上
に複数配設された電子源の製造方法において、前記電子
放出素子を、前記本発明第一〜第三のいずれかの方法に
て製造することを特徴とする電子源の製造方法に関す
る。

【００１６】更に、本発明の第五は、電極間に、電子放
出部を有する導電性膜を備えた電子放出素子が、基板上
に複数配設された電子源と、該電子源から電子線の照射
により画像を形成する画像形成部材とを有する画像形成
装置の製造方法において、前記電子放出素子を、前記本
発明第一〜第三のいずれかの方法にて製造することを特
徴とする画像形成装置の製造方法に関する。

【００１７】

【発明の実施の形態】導電性膜に、通電処理を経て、電
子放出部を形成するフォーミング方法において、上記導
電性膜の変質・変形の生ずる位置が何処になるかは、様
々な要因に左右されるが、ジュール熱の発生による温度
上昇の大きい場所が何処になるかが重要である。

【００１８】導電性膜が均一で、素子電極の対称性が良
ければ、ジュール熱の発生は均一であり、周囲への熱伝
導を考慮すると、この位置は両方の電極のちょうど中間
になると思われるが、実際には色々な不均一性があり、
また電極を印刷などにより形成する場合はフォトリソグ
ラフィーにより形成する場合に比べ、電極形状の対称性
も不十分な場合が多い。さらに、電子放出部となる高抵
抗部の形成は、導電性膜の一部が変形変質して高抵抗化
すると、それにより電流分布が変化し、電流の集中する
部分に次の高抵抗化が起こると云うような、複雑な過程
を経ると考えられるので、電子放出部の形状は、僅かの
攫乱要因により、大きく蛇行する場合がある。このこと
は、素子の特性を均一に制御する上で困難をもたらし、
複数の電子放出素子を配置した電子源や、それを用いた
画像形成装置などを作成した場合、電子放出量のバラツ
キ、画面の明るさのバラツキが生ずる場合がある。

【００１９】そこで、本発明においては、図１に示すよ
うな、電極４，５間に、電子放出部２を有する導電性膜
３を備えた電子放出素子、の製造方法において、前記電
子放出部２を形成する工程が、図２に示すように、
（１）．基板１上の電極４，５間に配置された導電性膜
（電子放出部形成用薄膜）７（図２の（ａ））の一部の
領域の組成を変化させる工程（図２の（ｂ））、例え
ば、上記電子放出部形成用薄膜７の内、電子放出部を形
成しようとする領域とそれ以外の領域との組成を異なら
しめ、上記素子電極４，５に電圧を印加して該電子放出
部形成用薄膜７に電流を流したときに、該電子放出部を
形成しようとする領域に、それ以外の領域よりも高い電
界が発生する、すなわち電界が集中する電子放出部形成
用潜像６を形成する工程と、（２）．前記導電性膜に電
流を流す工程（図２の（ｃ））、例えば、上記電子放出
部形成用薄膜７に電圧を印加し電流を流すことにより、
上記電子放出部形成用潜像６の領域を局所的に加熱する
ことにより、この領域に電子放出部２を形成する工程、
とを有することを特徴とする電子放出素子の製造方法と
しているものである。

【００２０】上述のように、電子放出部を形成しようと
する領域に電界が集中するためには、電流の流れる方向
の単位長さあたりの抵抗値が、この領域の外と比べ十分
に大きいことが必要である。この値は当該領域を形成す
る組成物の抵抗率（Ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）と厚さの
比によって決まる。

【００２１】電子放出部を形成しようとする領域の内外
で、膜厚に極端な違いがなければ、該領域内の組成物の
抵抗率が十分大きくなるようにすることで、該領域に電
界を集中させることができる。例えば、上記工程（１）
を完了した段階で、電子放出部形成用薄膜７の潜像６以
外の領域は金属により構成され、潜像６の領域は該金属
の酸化物、窒化物などで構成されるものとする事で実現
できる。

【００２２】上記工程（１）を実行する方法としては、
例えば、金属膜の潜像となるべき部分を局所的に酸化ま
たは窒化する方法、金属酸化物膜の潜像となるべき領域
以外を還元して金属とする方法が可能である。また、有
機金属化合物膜を分解させ、潜像となるべき領域とそれ
以外の領域の条件を異ならしめて、潜像領域を金属酸化
物に、それ以外を金属に変化させる方法も可能である。

【００２３】局所的に酸化あるいは窒化する方法として
は、大気、酸素、アンモニアガスなどの適当な雰囲気中
で、電子放出部形成用薄膜を局所的に加熱して反応させ
る方法が可能である。具体的には、レーザーなどの光の
スポットで所望の部分を走査して加熱する方法、比較的
低い電圧を電子放出部形成用薄膜に印加して膜を加熱
し、この際、素子の形状を潜像となる領域が最も高温に
なるようにしておく方法等が可能である。この他、ＵＶ
等により反応を局所的に促進させる方法も可能である。

【００２４】潜像となる領域以外を還元する方法として
は、金属酸化物膜の潜像となる領域以外を加熱する方法
が可能である。このとき、加熱により金属化合物が還元
されるような雰囲気中で処理する必要があるが、金属化
合物の種類によって適当な雰囲気は各々異なり、適宜設
定される。この他、真空中で電子線を照射することによ
って、還元することも可能である。

【００２５】また工程（１）完了後の構成としては、上
記の他、潜像以外の領域が金属と半導体の混合物よりな
り、潜像領域が該金属の酸化物と半導体の混合物よりな
るものも可能である。この場合の「半導体」は、Ｓｉ，
ＧａＡｓ等、半導体素子の材料として用いられるものに
限るのではなく、適当な抵抗率を有する物質を示すもの
である。例えば、ＳｎＯ₂ ，Ｉｎ₂ Ｏ₃ などが使用でき
る。これらはそれ自体が金属酸化物であるが、混合され
る金属酸化物より安定であれば良い。例えば、Ａｇ₂ Ｏ
は加熱により大気中においても容易に分解して金属のＡ
ｇを生ずるが、ＳｎＯ₂ ，Ｉｎ₂ Ｏ₃ はもちろん変化し
ない。

【００２６】有機金属化合物膜の局所的な酸化あるいは
還元のための方法としては、上述と同様な方法が適用可
能である。

【００２７】この様にして、上記潜像を形成した後、上
記工程（２）の処理を行うと、ジュール熱の発生密度
は、電界の集中する潜像領域内で大きくなり、電子放出
部は確実に該潜像領域内に形成される。従って、潜像領
域の位置と形状が制御されていれば、素子電極の間隔や
形状に関わらず、電子放出部の位置と形状を制御する事
が可能となる。

【００２８】付け加えると、上記工程（１）に対する方
法の内、いくつかはそれに続く工程（２）も含めて大気
中で行うことが出来る。それ以外の方法も多くは１気圧
のガス（不活性ガス、還元ガス、窒化性ガスなど）中で
行うことが出来、この工程のための真空装置は必要とし
ない。この点は製造技術上の利点である。

【００２９】本発明においては、上記の２つの工程に加
え、電子放出部形成後に、導電性膜に残った高抵抗率の
領域の抵抗率を下げるため、導電性膜を還元する工程を
更に有する点にも特徴がある。この還元工程は、例え
ば、Ｈ₂ を含有する雰囲気中で、素子全体を加熱するこ
とによって実行される。この場合、最終的な形態として
は、電子放出部形成用潜像６は消失する。

【００３０】以下、本発明の表面伝導型電子放出素子の
製造方法について説明する。

【００３１】図１は、本発明を適用可能な平面型表面伝
導型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。

【００３２】図１において、１は基板、４と５は電極
（素子電極）、３は導電性膜、２は電子放出部である。

【００３３】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。

【００３４】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すること
ができる。

【００３５】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ１、導電
性膜３の幅Ｗ２などは、応用される形態等を考慮して設
計される。

【００３６】素子電極間隔Ｌは、好ましくは数百ｎｍ〜
数百μｍであり、より好ましくは数μｍ〜数十μｍの範
囲である。

【００３７】素子電極長さＷ１は、電極の抵抗値や電子
放出特性を考慮して、数μｍ〜数百μｍの範囲とするこ
とができる。素子電極４，５の膜厚ｄは、数十ｎｍ〜数
μｍの範囲とすることができる。

【００３８】尚、図１に示した構成だけでなく、基板１
上に、導電性膜３、対向する素子電極４，５の順に積層
した構成とすることもできる。

【００３９】導電性膜３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潜像形
成条件や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〜５０ｎｍの範
囲とするのが良い。その抵抗値は、Ｒ_s が１０² 〜１０
⁷ Ω／□の値である。なおＲ_s は、厚さがｔ、幅がｗで
長さがｌの薄膜の長さ方向に測った抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒ_s
（ｌ／ｗ）と書いたときに現れる量である。

【００４０】ここで述べる微粒子膜とは、複数の微粒子
が集合した膜であり、その微細構造は、微粒子が個々に
分散配置した状態あるいは微粒子が互いに隣接、あるい
は重なり合った状態（いくつかの微粒子が集合し、全体
として島状構造を形成している場合も含む）をとってい
る。微粒子の粒径は、０．１ｎｍの数倍から数百ｎｍの
範囲、好ましくは１ｎｍ〜２０ｎｍの範囲である。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】「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 １９８
８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）。

【００４７】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。

【００４８】電子放出部を有する導電性膜４との混乱を
避けるため、電子放出部の形成が完了する前には、電子
放出部を含む導電性膜となるべき薄膜を「電子放出部形
成用薄膜７」と呼ぶことにする。該電子放出部形成用薄
膜は、前述の工程（１）の完了時点では、典型的には金
属よりなる低抵抗率の領域と、その酸化物ないし窒化物
からなる高抵抗率の領域（電子放出部形成用潜像）より
なる。該金属としては、その酸化物あるいは窒化物が高
抵抗であり、組成の変化が比較的容易なものが選ばれ
る。具体的には、例えばＰｄ，Ｒｕ，Ａｇ，Ｔｉ，Ｉ
ｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂな
どの金属が用いられる。なお、これらは上記金属及びそ
の酸化物／窒化物と半導体との混合物によって形成され
ても良く、具体的には、Ｉｎ₂ Ｏ₃ ，ＳｎＯ₂ などの酸
化物半導体や、Ｓｉ，Ｇｅなどが使用可能である。

【００４９】電子放出部２は、導電性膜３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３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２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３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２及びその近傍の
導電性膜３には、炭素及び炭素化合物を有することもで
きる。

【００５０】次に、図１に示した構成の表面伝導型電子
放出素子を例に、図２の製造工程図に基づいて本発明の
製造方法の一例を以下に説明する。尚、以下に示す工程
ａ〜ｃは図２の（ａ）〜（ｃ）に対応する。

【００５１】工程ａ：絶縁性基板１上に設けられた対向
する一対の素子電極４，５間に、真空蒸着，スパッタリ
ングなどの真空成膜法、ＣＶＤなどの気相成長法、塗布
法などにより、金属よりなる電子放出部形成用薄膜７を
形成する。

【００５２】工程ｂ：つづいて、先述の工程（１）とし
て、上記電子放出部形成用薄膜７の所望の領域（多くの
場合、素子電極間隙の概略中央部の、概略直線状の領域
である）に局所的に光を照射することにより、当該領域
の組成を変化させ、他の領域よりも電気抵抗の高い電子
放出部形成用潜像６を形成する。この時、必要に応じて
素子を加熱し、周囲の雰囲気を制御しておく。光を局所
的に照射する方法としては、赤外線ランプ、紫外線ラン
プ、種々のレーザーなどを光源とし、適当な光学系８を
用いて集光し、このスポットで素子の所望の部分を走査
する方法が挙げられる。上記組成の変化は、金属の酸
化，窒化あるいはその他の相転移などを利用することが
可能である。

【００５３】工程ｃ：つづいて、先述の工程（２）とし
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、電子放出部形
成用薄膜７の中でも電気抵抗の高い電子放出部形成用潜
像６の領域内に、位置及び形状の制御された、蛇行幅の
小さい電子放出部２が形成される。この通電処理により
電子放出部形成用潜像６の領域を局所的に破壊、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。本工程の通電フォーミングの電圧波形の例を図
３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３（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３（ｂ））がある。

【００５５】まず、パルス波高値を定電圧とした場合に
ついて説明する。図３（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
１μ秒〜１０ｍ秒、Ｔ２を１０μ秒〜１００ｍ秒とし、
三角波の波高値（通電フォ−ミング時のピ−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。

【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説明する。図３（ｂ）に
おけるＴ１及びＴ２は図３（ａ）と同様であり、三角波
の波高値（通電フォ−ミング時のピ−ク電圧）を、例え
ば０．１Ｖステップ程度づつ増加させ、図３（ａ）の説
明と同様の適当な真空雰囲気下で印加する。

【００５７】尚、パルス間隔Ｔ２中で、電子放出部形成
領域６の薄膜を局所的に破壊、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
示した時に通電フォーミングを終了する。

【００５８】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】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１．３×１０^-6Ｐａ以下が好まし
く、さらには１．３×１０^-8Ｐａ以下が特に好ましい。
さらに真空容器内を排気するときには、真空容器全体を
加熱して、真空容器内壁や、電子放出素子に吸着した有
機物質分子を排気しやすくするのが好ましい。このとき
の加熱条件は、８０〜２５０℃好ましくは１５０℃以上
で、できるだけ長時間処理するのが望ましいが、特にこ
の条件に限るものではなく、真空容器の大きさや形状、
電子放出素子の構成などの諸条件により適宜選ばれる条
件により行う。真空容器内の圧力は極力低くすることが
必要で、１×１０^-5Ｐａ以下が好ましく、さらには１．
３×１０^-6Ｐａ以下が特に好ましい。

【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４，図５を
参照しながら説明する。

【００６７】図４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。

【００６８】図４において、５５は真空容器であり、５
６は排気ポンプである。真空容器５５内には電子放出素
子が配されている。即ち、１は電子放出素子を構成する
基体であり、４及び５は素子電極、３は導電性膜、２は
電子放出部である。また、５１は電子放出素子に素子電
圧Ｖｆを印加するための電源、５０は素子電極４，５間
の導電性膜３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
電流計である。一例として、アノード電極５４の電圧を
１ｋＶ〜１０ｋＶの範囲とし、アノード電極５４と電子
放出素子との距離Ｈを２〜８ｍｍの範囲として測定を行
うことができる。

【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５６は、ターボポンプ、ロータ
リーポンプ等からなる通常の高真空装置系と、イオンポ
ンプ等からなる超高真空装置系とにより構成されてい
る。ここに示した電子源基板を配した真空処理装置の全
体は、不図示のヒーターにより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５は、図４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５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５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５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４参照）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５においては、素子電流Ｉｆも素子電圧
Ｖｆに対して単調増加する（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】以上のような本発明の表面伝導型電子放出
素子の特徴的特性のため、複数の素子を配置した電子源
や画像形成装置等でも、入力信号に応じて、容易に放出
電子量を制御することができることとなり、多方面への
応用ができる。

【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、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）を配線にて各々結線した行を多数行配列
した、いわゆる梯型配置の他、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各々Ｘ方向配線、
Ｙ方向配線を接続した配列方式が挙げられる。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、印加される素子電圧Ｖｆがしきい値電圧
Ｖｔｈを超える場合には、印加するパルス状電圧の波高
値とパルス幅で電子放出量を制御できる。一方、しきい
値電圧Ｖｔｈ以下では、殆ど電子の放出はされない。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、単純なマトリクス配線だけで入力信号に応じ
て制御したパルス状電圧を印加し、個々の素子を選択し
て独立に駆動可能となる。

【００８２】単純マトリクス配置は上記原理に基づくも
のであり、本発明の電子源の一例である単純マトリクス
配置の電子源の構成について、図６に基づいて更に説明
する。

【００８３】図６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、各々外部端子
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、各々外部端子
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、またそれぞれ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には、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
図示の変調信号印加手段が電気的に接続されている。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７〜図９を用いて説明する。尚、図７は表示パネ
ル２０１の基本構成図であり、図８は蛍光膜１１４を示
す図であり、図９は図７の表示パネル２０１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７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−ト、１１６はガラ
ス基板１１３の内面に画像形成部材であるところの蛍光
膜１１４とメタルバック１１５等が形成されたフェ−ス
プレ−ト、１１２は支持枠である。リアプレ−ト１１
１，支持枠１１２及びフェ−スプレ−ト１１６は、これ
らの接合部分にフリットガラス等を塗布し、大気中ある
いは窒素雰囲気中で４００℃〜５００℃で１０分間以上
焼成することで封着して、外囲器１１８を構成してい
る。

【００９４】図７において、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（図１参
照）に接続されたＸ方向配線及びＹ方向配線で、各々外
部端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ、Ｄｙ１ないしＤｙｎを有し
ている。

【００９５】外囲器１１８は、上述の如く、フェ−スプ
レ−ト１１６、支持枠１１２、リアプレ−ト１１１で構
成されている。しかし、リアプレ−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−ト１
１１は不要であり、基板１に直接支持枠１１２を封着
し、フェ−スプレ−ト１１６、支持枠１１２、基板１に
て外囲器１１８を構成しても良い。また、フェースプレ
ート１１６とリアプレート１１１の間に、スペーサーと
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−ムの場合は蛍
光体１２２のみから成るが、カラ−の場合は、蛍光体１
２２の配列により、ブラックストライプ（図８（ａ））
あるいはブラックマトリクス（図８（ｂ））等と呼ばれ
る黒色導電材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を設ける目的
は、カラ−表示の場合必要となる三原色の各蛍光体１２
２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。黒色導電材１２
１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−ム、カラ−によらず、沈殿
法や印刷法が用いられる。

【００９８】また、図７に示されるように、蛍光膜１１
４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８参
照）の発光のうち内面側への光をフェ−スプレ−ト１１
６側へ鏡面反射することにより輝度を向上すること、高
圧端子Ｈｖから電子ビ−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−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
等で堆積することで作製できる。

【００９９】フェ−スプレ−ト１１６には、更に蛍光膜
１１４の導電性を高めるため、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−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う必
要がある。

【０１０１】外囲器１１８内は、不図示の排気管を通
じ、１０^-4〜１０^-5Ｐａ程度の真空度にされ、封止され
る。

【０１０２】尚、不図示の排気管を通じ、例えば、ロー
タリーポンプ、ターボポンプをポンプ系とするような通
常の真空装置系で、外囲器１１８内を１０ ^-4 Ｐａ程度の
真空度とした状態で、容器外端子Ｄｘ１〜ＤｘｍとＤｙ
１〜Ｄｙｎを通じ素子電極４，５間に電圧を印加し、前
述の活性化工程を行った後、８０〜１５０℃でベーキン
グを３〜１５時間行いながら、例えば、イオンポンプ系
をポンプ系とする超高真空装置系に切り替える場合もあ
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場合もある。これは、抵抗加
熱あるいは高周波加熱等の加熱法により、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
１０^-3〜１０^-5Ｐａの真空度を維持するためのものであ
る。

【０１０３】上述の表示パネル２０１は、例えば図９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９において、２０１は前記表示パネルであり、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、２０７は変調信号発生器、Ｖｘ及びＶａは直流電圧
源である。

【０１０４】図９に示されるように、表示パネル２０１
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。このうち、外部端子Ｄｘ１ないしＤｘ
ｍ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、すなわち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）づ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、外部端子Ｄｙ１ないしＤｙｎには、
前記走査信号により選択された１行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。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為の加速電圧である。

【０１０６】走査回路２０２は、内部にｍ個のスイッチ
ング素子（図９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もつものである。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
輝度信号成分とを分離する為の回路で、良く知られてい
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、これも良く知られるよう
に、垂直同期信号と水平同期信号より成る。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に基づいて動
作する。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良い。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為の記憶装置であり、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、Ｉ’ｄ１ないしＩ’ｄｎ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
Ｉ’ｄ１ないしＩ’ｄｎ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線で、
その出力信号は、外部端子Ｄｙ１ないしＤｙｎ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
や構成、製造方法を変える事により、しきい値電圧の値
や、印加電圧に対する放出電流の変化の度合いが変わる
場合もあるが、いずれにしても以下のような事が言え
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、例えば良く知られてい
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、外部端子Ｄｘ１〜
Ｄｘｍ及びＤｙ１〜Ｄｙｎから電圧を印加することによ
り、任意の表面伝導型電子放出素子１０４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−ムを加速し、加速した電子ビームを蛍光膜１
１４に衝突させることで生じる励起・発光によって、Ｎ
ＴＳＣ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、入力信号例と
してＮＴＳＣ方式を挙げたが、本発明の画像形成装置は
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方式をはじめとす
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１０及
び図１１を用いて説明する。

【０１２４】図１０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、各々
相隣接する共通配線３０４、即ち相隣接する外部端子Ｄ
２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１１は、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１１において、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１１において図７と同じ符号は同じ
部材を示すものであり、図７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に、
各表面伝導型電子放出素子１０４に対応して１個づつ円
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１１に示すようなものでなくともよく、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１０
４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
づつ順次駆動（走査）していくのと同期して、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ラインづ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、感光ドラム等とで構成した光プリンタ
−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、本発明を更に説明す
る。

【０１３５】［実施例１］本実施例では、図１に示した
構成を有する表面伝導型電子放出素子の製造方法を説明
する。

【０１３６】本実施例において製造される表面伝導型電
子放出素子（図１）は、基板１として石英ガラスを用
い、素子電極４，５は、厚さ５ｎｍのＴｉと厚さ３０ｎ
ｍのＰｔの積層膜を用いた。尚、素子電極間隔Ｌは２０
μｍ、素子電極幅Ｗ１は３００μｍである。

【０１３７】電子放出部２を含む導電性膜３の内、電子
放出部形成用潜像６はＰｄＯにより形成されており、そ
の他の領域はＰｄにより形成されている。この導電性膜
３の幅Ｗ２は１００μｍである。

【０１３８】図１２を用いて本実施例の表面伝導型電子
放出素子（図１）の製造方法を説明する。尚、以下に示
す工程ａ〜ｆは図１２の（ａ）〜（ｆ）に対応し、工程
ｇ，ｈは不図示である。

【０１３９】工程ａ：石英ガラス基板１を、中性洗剤、
有機溶剤、水で十分に洗浄した後、レジスト層をスピン
ナーコートにより形成し、これに通常のマスク露光、現
像を行いレジストパターン２１を形成した（図１２の
（ａ））。

【０１４０】工程ｂ：高周波スパッタ法により、厚さ５
ｎｍのＴｉ膜２２，厚さ３０ｎｍのＰｔ膜２３を成膜し
た（図１２の（ｂ））。

【０１４１】工程ｃ：レジストパターン２１のリフトオ
フにより、素子電極４，５を得た（図１２の（ｃ））。

【０１４２】工程ｄ：真空蒸着法によりＣｒ膜２４を形
成後、通常のフォトリソグラフィー技術により、電子放
出部形成用薄膜の形成部分に窓２５を形成した（図１２
の（ｄ））。

【０１４３】工程ｅ：有機パラジウム錯体溶液（奥野製
薬（株）製 ＣＣＰ−４２３０）をスピンナーコート
し、大気中、３００℃で１２分間の熱処理を行い、Ｐｄ
Ｏ微粒子膜を形成した。つづいて、Ｃｒ膜２４をリフト
オフすることにより、ＰｄＯ膜を所望の形にパターニン
グし、さらにＮ₂ −２％Ｈ₂ 混合ガス気流中で２００℃
で１０分間の熱処理を行って還元し、Ｐｄ微粒子からな
る電子放出部形成用薄膜７を形成した（図１２の
（ｅ））。

【０１４４】工程ｆ：次に、図１３に示す装置を用い
て、電子放出部形成用薄膜７の所望の領域に電子放出部
形成用潜像６を形成した（図１２の（ｆ））。以下に、
その詳細を図１３を用いて説明する。

【０１４５】作製中の素子３１は加熱ステージ３２の上
にセットされている。加熱ステージ３２の基体はアルミ
ナ、上面は温度の均一性を確保するため白金板からな
る。加熱ステージ３２の内部には加熱手段３３が設けら
れている。加熱手段はヒーターと温度センサーからな
る。３４は石英ガラスからなる断熱層で、下面には輻射
による熱の逃げを抑えるため金薄膜が蒸着されている。
３５は水冷ブロックである。３６はＸ−Ｙステージ、３
７はＸ−Ｙステージ３６の駆動機構である。以上説明し
た部材により、素子３１を２次元的に走査することが可
能になる。この走査機構全体は、反応漕３８の内部に置
かれている。反応漕３８内部の雰囲気は、適当なガスを
フローすることで調整する。３９，４０はそれぞれガス
の注入口，排出口である。前記加熱手段３３とＸ−Ｙス
テージ駆動機構３７の制御用配線、及び水冷ブロック３
５に接続された水冷チューブはフィールドスルー４１を
介して反応漕３８の外部に取り出されている。

【０１４６】所望の位置に紫外線を集光する光学系につ
いて説明する。４２は光源で、本実施例では波長２５４
ｎｍの紫外線ランプを用いた。４３は反射鏡であり、４
４はレンズとスリットの組み合わせからなる収束光学系
である。紫外線は紫外線透過用窓４５を通して反応漕３
８内に導入される。４６は可動ミラー、４７は位置合わ
せ用光学系であり、紫外線の照射部を予め決めておくた
めに用いる。紫外線照射時は可動ミラー４６を移動し、
紫外線の透過パスから取り除いておく。

【０１４７】本実施例では、まず上記装置に素子３１を
セットし、Ｏ₂ ガスを反応漕３８内に注入した。加熱ス
テージ３２の温度を１５０℃にセットし、Ｘ−Ｙステー
ジ３６を駆動して、素子３１の素子電極４，５に跨がる
Ｐｄ膜からなる電子放出部形成用薄膜７（図１２の
（ｅ））のほぼ中央付近を、その幅方向に紫外線スポッ
トで繰り返し走査した。走査時間は１時間である。この
処理により、Ｐｄ膜の中央部に、幅５μｍ程度の変色し
た領域（即ち、電子放出部形成用潜像６（図１２の
（ｆ））が形成されたことが、光学顕微鏡による観察で
確認された。また、本実施例のここまでの工程と全く同
様の処理をした試料について、レーザーラマン分光分析
による観察を行ったところ、この電子放出部形成用潜像
６の領域はＰｄＯに変化していることが確認された。

【０１４８】工程ｇ：つづいて、上記素子を図４の測定
評価系の真空装置５５内に設置し、排気ポンプ５６にて
排気して、真空装置５５内を１×１０^-3Ｐａの真空度と
した後、素子電圧Ｖｆを印加するための電源５１により
素子電極４，５間に電圧を印加し、通電フォ−ミング処
理を行った。尚、フォ−ミング処理には図３（ｂ）に示
した電圧波形を用いた。

【０１４９】本実施例では、図３（ｂ）中のＴ１を１ｍ
秒、Ｔ２を１０ｍ秒とし、三角波の波高値（フォ−ミン
グ時のピ−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った。

【０１５０】このフォーミング処理により、上記電子放
出部形成用潜像６の中央付近に電子放出部２（図１の
（ａ），（ｂ））が形成された。走査電子顕微鏡で観察
したところ、本実施例で作製した多数の素子の電子放出
部２の蛇行幅は、すべての試料について２μｍ以内であ
った。

【０１５１】工程ｈ：つづいて、上記素子をＮ₂ −２％
Ｈ₂ 混合ガス気流中に１時間保持し、電子放出部形成用
潜像６のＰｄＯを還元した後、再び図４の測定評価系の
真空装置５５内に設置し、真空装置５５内を１×１０^-3
Ｐａの真空度とした後、上記通電フォーミングと同様に
パルスを印加して活性化処理を行った。尚、パルス波形
は矩形波、ピーク電圧は１４Ｖ、パルス幅は１００μ
秒、パルス間隔は１０ｍ秒とし、放出電流Ｉｅを測定し
ながら活性化処理を行った。

【０１５２】放出電流Ｉｅが飽和した後、放出電流Ｉｅ
の測定、及び、予めアノード電極５４に付加しておいた
蛍光体の輝度の測定を行った。この時の駆動パルスは、
活性化処理の時と同じである。

【０１５３】［比較例１］実施例１の工程ｄまでは全く
同様に行い、それ以降の工程を以下のようにして比較用
素子を作製した。

【０１５４】１）有機パラジウム錯体溶液（奥野製薬
（株）製 ＣＣＰ−４２３０）をスピンナーコートし、
大気中、３００℃で１２分間の熱処理を行い、ＰｄＯ微
粒子膜を形成した。つづいて、Ｃｒ膜２４をリフトオフ
することにより、ＰｄＯ微粒子からなる電子放出部形成
用薄膜７’（図１２の（ｅ））を得た。

【０１５５】２）実施例１の工程ｇと同様のフォーミン
グ処理を行った。このフォーミング処理により、両素子
電極間の略中央付近に電子放出部が形成されたものの、
大きく蛇行しており、その蛇行幅は７〜１０μｍの範囲
であった。

【０１５６】３）つづいて、上記素子をＮ₂ −２％Ｈ₂
混合ガス気流中に１時間保持し、電子放出部形成用薄膜
のＰｄＯを還元した後、実施例１と同様の活性化処理を
行った。

【０１５７】放出電流Ｉｅが飽和した後、放出電流Ｉｅ
の測定、及び、予めアノード電極５４に付加しておいた
蛍光体の輝度の測定を行った。この時の駆動パルスは、
活性化処理の時と同じである。

【０１５８】上記実施例１及び比較例１の素子を各々１
０個作製し、上記放出電流Ｉｅ及び蛍光体輝度を測定し
た結果、それぞれのバラツキは表１の通りであった。

【０１５９】

【表１】

【０１６０】［実施例２］実施例１と同様な構成の素子
（図１の（ａ），（ｂ））を、本実施例では以下のよう
な工程で作製した。

【０１６１】工程ａ〜ｄ：実施例１の工程ａ〜ｄと全く
同様に行った。

【０１６２】工程ｅ：有機パラジウム錯体溶液（奥野製
薬（株）製 ＣＣＰ−４２３０）をスピンナーコート
し、有機パラジウム錯体薄膜を形成した。

【０１６３】工程ｆ：図１３に示した装置で、酸素気流
中２００℃で熱処理しながら、実施例１と同様に素子電
極間隙の略中央部を紫外線で繰り返し走査した。走査時
間は４０分である。

【０１６４】尚、本実施例の熱処理温度は、上記有機パ
ラジウム錯体の熱分解反応により金属パラジウムＰｄの
生ずる温度により規定されるもので、２００℃以上が必
要である。また、温度が高すぎると酸化パラジウムＰｄ
Ｏを生じ、目的を達成することができない。このことに
より、３００℃より低温での処理が必要である。

【０１６５】工程ｇ：Ｃｒ膜２４をリフトオフし、不要
な部分のＰｄ膜を取り除き、ＰｄＯよりなる電子放出部
形成用潜像６と、それ以外のＰｄよりなる領域とからな
る電子放出部形成用薄膜７を得た（図１２の（ｆ））。

【０１６６】工程ｈ：実施例１の工程ｇ，ｈと同様に、
フォーミング処理、還元処理、活性化処理を行った。

【０１６７】本実施例の素子も実施例１と同様に電子放
出部の蛇行幅は小さく、その特性を実施例１と同様にし
て評価を行ったところ、実施例１と同様な効果が得られ
た。

【０１６８】［実施例３］実施例１と同様な構成の素子
（図１の（ａ），（ｂ））を、本実施例では以下のよう
な工程で作製した。

【０１６９】工程ａ〜ｄ：実施例１の工程ａ〜ｄと全く
同様に行った。

【０１７０】工程ｅ：有機パラジウム錯体溶液（奥野製
薬（株）製 ＣＣＰ−４２３０）をスピンナーコート
し、大気中、３００℃で１２分間の熱処理を行い、つづ
いて、Ｃｒ膜２４をリフトオフすることにより、ＰｄＯ
微粒子からなる電子放出部形成用薄膜７’を得た（図１
２の（ｅ））。

【０１７１】工程ｆ：素子を真空中に置き、素子電極間
隙の略中央付近の所望の領域には電子線が当たらないよ
うにして、電子放出部形成用薄膜７に電子線を照射し
た。この処理は電子顕微鏡を利用して行った。電子線が
照射された領域ではＰｄＯが還元されＰｄとなり、電子
線が照射されない領域（電子放出部形成用潜像６となる
領域）はＰｄＯのままである。

【０１７２】工程ｇ：実施例１の工程ｇ，ｈと同様に、
フォーミング処理、還元処理、活性化処理を行った。

【０１７３】本実施例の素子も実施例１と同様に電子放
出部の蛇行幅は小さく、その特性を実施例１と同様にし
て評価を行ったところ、実施例１と同様な効果が得られ
た。

【０１７４】［実施例４］実施例１と同様な構成の素子
（図１の（ａ），（ｂ））を、本実施例では以下のよう
な工程で作製した。

【０１７５】工程ａ〜ｅ：実施例１の工程ａ〜ｅと全く
同様に行った。

【０１７６】工程ｆ：次に、図１３に示す装置を用い
て、Ｐｄ微粒子からなる電子放出部形成用薄膜７の所望
の領域に電子放出部形成用潜像６を形成した（図１２の
（ｆ））。以下に、その詳細を図１３を用いて説明す
る。

【０１７７】光源４２としては、波長５１４．５ｎｍの
Ａｒイオンレーザーを用い、加熱ステージ３１による素
子の加熱は行わない。そして、酸素気流中で、素子電極
間隙の略中央部をレーザースポットで走査した。このと
きのスポット径は約１μｍ、レーザーパワーは４ｍＷ、
走査速度は１０μｍ／秒である。この処理により、素子
電極間隙の中央部に、幅約１μｍの電子放出部形成用潜
像６（図１２の（ｆ））が形成された。この領域はＰｄ
Ｏに変化していることが確認された。

【０１７８】工程ｇ：つづいて、実施例１の工程ｇ，ｈ
と同様に、フォーミング処理、還元処理、活性化処理を
行った。

【０１７９】走査電子顕微鏡により観察したところ、本
実施例の素子の電子放出部の蛇行幅は１μｍ以下であっ
た。また、その特性を実施例１と同様にして評価を行っ
たところ、実施例１と同様な効果が得られた。

【０１８０】本実施例の工程ｆは、Ｐｄからなる電子放
出部形成用薄膜の所望の領域を局所的に熱酸化すること
により、ＰｄＯからなる電子放出部形成用潜像を形成す
るものである。この時に用いる光源４２は上記のものに
限定されるものではなく、他の光源も使用できる。例え
ば、上記以外の可視および赤外領域のレーザー、赤外線
ランプなどが使用できる。また、透明な絶縁性基板、例
えば石英などを用いた場合には、基板表面でちょうど焦
点を結ぶように、基板裏面から光を照射しても同様の効
果が得られる。

【０１８１】［実施例５］実施例４の手法を使って、電
子放出部を直線状以外の形状にも制御が可能である。

【０１８２】具体的には、実施例４の工程ｆにおいて、
レーザー光の走査領域を曲線状にすることにより、図１
４に示すような曲線的な電子放出部形成用潜像６を形成
することができる。そして、前述のフォーミング処理を
行うと、電子放出部形成用潜像６の形状に沿って、曲線
的な電子放出部２が形成される。

【０１８３】このような形状の電子放出部を有する表面
伝導型電子放出素子は、素子電極４，５への電圧印加方
向を適当に設定することにより、放出電子の広がり方を
制御することができ、例えば画像形成装置などの電子源
に応用した場合に、電子線を収束させるための電子光学
系の設計を簡易化することが可能である。

【０１８４】［実施例６］図１５に示すように、絶縁性
基板１上に予め電子放出部形成用潜像６となる位置の直
下に光吸収部材１１を配置し、これを絶縁層１２で被覆
した後、素子電極４，５、電子放出部形成用薄膜７を形
成する。このようにすることで、実施例４で示したのと
同様な熱酸化工程を行う際、レーザー照射部は光吸収部
材１１により効率良く発熱するため、レーザーパワーを
下げることができ、加熱部以外の熱的なダメージを低減
することが可能である。

【０１８５】本実施例では、光吸収部材１１としてグラ
ファイトを蒸着源としたカーボンの真空蒸着膜を形成
し、ＳｉＯ₂ を絶縁層１２としてスパッタ法により形成
した後、実施例４と同様の工程を行って表面伝導型電子
放出素子を作製した。

【０１８６】本実施例の手法は、非常に高密度に多数の
表面伝導型電子放出素子を形成する場合に極めて有効で
ある。

【０１８７】［実施例７］実施例６と同様に、予め電子
放出部形成用潜像となる部位の直下に光反射部材を配置
しておくことにより、実施例４における熱酸化工程をよ
り小さいエネルギーで行うことができ、加熱部以外の熱
的なダメージを低減することが可能である。

【０１８８】例えば、光源として赤外線ランプを用いる
場合、赤外線反射効率の良いＡｕを反射部材として用い
るのが好適である。このとき、赤外線照射部では、吸収
されずに透過した光が反射されて再度吸収されて、効率
良く発熱するため、レーザーパワーを下げることができ
る。

【０１８９】［実施例８］図１６に示すように、絶縁性
基板１の裏面の所定の位置に予め光収束部材１３を配置
しておくことにより、実施例４における熱酸化工程をよ
り小さいエネルギーで行うことができ、加熱部以外の熱
的なダメージを低減することが可能である。

【０１９０】本実施例の光収束部材１３はレンズとして
働くものであり、透明な絶縁性基板１の裏面よりスポッ
トサイズの大きいエネルギー密度の低い光を照射する
と、絶縁性基板１の表面に形成されている電子放出部形
成用薄膜７の所定の領域にエネルギー密度の高い収束光
が照射され、電子放出部形成用潜像６が形成される。こ
のため、電子放出部形成用潜像６以外の領域の熱的なダ
メージを低下させる可能である。

【０１９１】［実施例９］本実施例では、図１の
（ａ），（ｂ）に示される表面伝導型電子放出素子を以
下のような工程で作製した。尚、本実施例において製造
される素子の導電性膜３の、電子放出部形成用潜像６の
領域はＷＮにより形成されており、その他の領域はＷに
より形成されている。

【０１９２】工程ａ〜ｃ：実施例１の工程ａ〜ｃと全く
同様に行った。

【０１９３】工程ｄ：レジストを塗布し、露光、現像を
行い、レジストパターンを形成した。

【０１９４】工程ｅ：ガスデポジション法によりＷ微粒
子（粒径；２ｎｍ〜３０ｎｍ）からなる微粒子膜を形成
した。

【０１９５】工程ｆ：レジストを剥離し、リフトオフに
より上記Ｗ微粒子からなる電子放出部形成用薄膜を得
た。

【０１９６】工程ｇ：図１３の装置に素子をセットし、
反応漕３８内にＮＨ₃ ガスを注入した後、実施例４と同
様にＡｒイオンレーザーを光源４２としてレーザースポ
ットで走査を行った。この処理により、レーザー照射部
のＷ微粒子が窒化され、電子放出部形成用潜像が形成さ
れた。

【０１９７】工程ｈ：実施例１の工程ｇ，ｈと同様に、
フォーミング処理、活性化処理を行った。尚、フォーミ
ング処理後に水素気流中で還元処理を行ってから活性化
処理を行ってもよい。

【０１９８】本実施例の素子も実施例１と同様に電子放
出部の蛇行幅は小さく、その特性を実施例１と同様にし
て評価を行ったところ、実施例１と同様な効果が得られ
た。

【０１９９】［実施例１０］実施例４と同様の工程で図
１の（ａ），（ｂ）に示す表面伝導型電子放出素子を作
製した。ただし、本実施例では素子電極間隔Ｌを１ｍｍ
と広くした。

【０２００】その結果、電子放出部形成用潜像の幅は、
実施例４と同じく約１μｍであり、電子放出部の蛇行幅
は１μｍ以下であった。

【０２０１】［比較例２］比較例１と同様の工程で表面
伝導型電子放出素子を作製した。ただし、素子電極間隔
Ｌを１ｍｍと広くした。その結果、電子放出部の蛇行幅
は約１００μｍであった。

【０２０２】上記実施例１０及び比較例２の素子を各々
１０個作製し、その特性を実施例１と同様にして評価を
行った。結果は表２の通りである。

【０２０３】

【表２】

【０２０４】［実施例１１］本実施例では、図１の
（ａ），（ｂ）に示す表面伝導型電子放出素子を以下の
ような工程で作製した。

【０２０５】工程ａ〜ｄ：実施例１の工程ａ〜ｄと全く
同様に行った。

【０２０６】工程ｅ：酸化スズ（ＳｎＯ₂ ）分散液（Ｓ
ｉＯ₂ ；１ｇ、メチルエチルケトン／シクロヘキサン＝
１／３、溶剤１０００ｃｃ、ブチラール；１ｇ）に酸化
銀（Ａｇ₂ Ｏ）粉末０．０１ｇを混合し、スピンナーコ
ートした後、加熱処理して酸化スズと酸化銀からなる微
粒子膜を形成した。つづいて、Ｃｒ膜２４をリフトオフ
することにより、上記微粒子膜からなる電子放出部形成
用薄膜を得た。

【０２０７】加圧処理には加圧可能な電気炉を用い、温
度は２００℃、雰囲気はＯ₂ ガス３気圧とした。加圧す
る理由は、１９０℃程度でＡｇ₂ ＯとＯ₂ の平衡酸素圧
が１気圧を超えるため、１気圧Ｏ₂ 雰囲気下では、Ａｇ
₂ Ｏがａ分解するからである。

【０２０８】工程ｆ：図１３の装置に素子をセットし、
反応漕３８内にＮ₂ ガスを注入した後、実施例４と同様
にＡｒイオンレーザーを光源４２として、素子電極間隙
の中央付近の幅２μｍの領域を除いた上記電子放出部形
成用薄膜の全面をレーザースポットで走査した。尚、レ
ーザーパワーは４ｍＷ、走査速度は実施例４の２倍の２
０μｍ／秒とした。この処理により、レーザー照射部の
微粒子膜に含まれるＡｇ₂ Ｏは熱分解されてＡｇ微粒子
となり、この部分の抵抗値は減少する。すなわち本実施
例では、レーザー照射部以外の領域が電子放出部形成用
潜像となるものである。尚、レーザーパワーを上げる
か、走査速度を落とせば、この処理は大気中でも可能で
ある。

【０２０９】工程ｇ：実施例１の工程ｇと同様にフォー
ミング処理を行った。

【０２１０】工程ｈ：素子をＮ₂ 中で２００℃、１０分
間の加熱処理を行い、電子放出部形成用薄膜内の残りの
Ａｇ₂ Ｏを還元した。この処理は、３００℃まで加熱す
れば大気中でも可能である。

【０２１１】工程ｉ：実施例１の工程ｈと同様に活性化
処理を行った。

【０２１２】本実施例の素子も実施例１と同様に電子放
出部の蛇行幅は小さく、その特性を実施例１と同様にし
て評価を行ったところ、実施例１と同様な効果が得られ
た。

【０２１３】尚、本実施例ではＡｇ₂ Ｏの熱分解・還元
を利用したが、Ａｇ₂ Ｏは常温において光の照射によっ
て徐々に分解するので、本実施例中の工程ｆは弱い光を
長時間当てることによっても実行可能である。

【０２１４】［実施例１２］本実施例では、図１の
（ａ），（ｂ）に示す表面伝導型電子放出素子を以下の
ような工程で作製した。

【０２１５】工程ａ〜ｄ：実施例１の工程ａ〜ｄと全く
同様に行った。

【０２１６】工程ｅ：ガスデポジション法により、酸化
インジウム（Ｉｎ₂ Ｏ₃ ）微粒子（粒径；２〜２０ｎ
ｍ）と鉄（Ｆｅ）微粒子（粒径；３〜１５ｎｍ）を交互
に成膜しながら、Ｉｎ₂ Ｏ₃ を主体とするＩｎ₂ Ｏ₃ 微
粒子と、Ｆｅ微粒子からなる混合微粒子膜を形成した。
つづいて、Ｃｒ膜２４をリフトオフすることにより、所
望の位置に上記混合微粒子膜からなる電子放出部形成用
薄膜を得た。

【０２１７】工程ｆ：図１３の装置に素子をセットし、
反応漕３８内を酸化雰囲気とした後、上記電子放出部形
成用薄膜の素子電極間に挟まれた概略中央を、レーザー
ビームにより走査した。この処理により、レーザー照射
部の混合微粒子膜に含まれるＦｅ微粒子が酸化されα−
Ｆｅ₂ Ｏ₃ （ヘマタイト）微粒子となり、電気抵抗の高
い電子放出部形成用潜像が形成される。

【０２１８】工程ｇ：実施例１の工程ｇ，ｈと同様に、
フォーミング処理、還元処理、活性化処理を行った。

【０２１９】本実施例の素子も実施例１と同様に電子放
出部の蛇行幅は小さく、その特性を実施例１と同様にし
て評価を行ったところ、実施例１と同様な効果が得られ
た。

【０２２０】［実施例１３］本実施例は、図１に示した
構成の表面伝導型電子放出素子を、以下の工程により作
成したものである。

【０２２１】実施例１の工程ａ〜ｅと同様の処理を行っ
た後、 工程ｄ：両方の素子電極の間に、パルスジェネレーター
と電流計を接続し、パルス電圧を印加した。このときの
パルス波形は、図３（ｂ）に示したような三角波パルス
で、波高値が漸増するものである。パルス間隔は、１０
ｍｓｅｃ．、パルス幅は１００μｓｅｃ．とし、このパ
ルスのオフ期間中に、波高値０．１Ｖの矩形波パルスを
挿入し、抵抗値をモニタした。

【０２２２】この処理は大気中で行った。抵抗値は、初
め約１００Ωでほとんど変化しなかったが、三角波の波
高値が３．５Ｖの時に、抵抗が上昇し始めるのが観測さ
れたので、この時点で波高値の昇圧を停止し、１分間波
高値を３．５Ｖに固定した。この間も抵抗値は上昇を続
け約１５０Ωに達した。この時点で、パルスの印加を停
止した。

【０２２３】この処理を施した素子を一つ取り出し、電
界放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）で、導電性膜
を観察したところ、中央付近に微粒子の形状が異なる部
分が直線状に出来ており、その幅は２μｍ程度であっ
た。さらにこの素子をラマン分光分析装置により分析し
たところ、導電性膜の中央付近でＰｄＯの形成されたこ
とを示す信号が検出された。測定用の光源としては波長
５１４．５ｎｍのＡｒイオンレーザーを用い、測定用の
レーザースポット径を１μｍとして、スポットを走査し
ながら測定した。

【０２２４】これは、導電性膜が、パルス印加によりジ
ュール熱を発生したとき、基板と素子電極を伝わって熱
が拡散するが、素子電極から一番離れた中央部分の温度
が最も高くなり、Ｐｄの酸化が生じたためであろうと思
われる。

【０２２５】この後、実施例１の工程ｇで用いたのと同
様のパルス電圧を印加して、フォーミング処理を行い、
工程ｈと同様にＮ₂ −２％Ｈ₂ 気流中で１時間保持し
て、ＰｄＯをＰｄに還元した後、図４の測定評価装置に
セットして同様の条件で活性化処理を行った。放出電流
Ｉｅが飽和した後、測定と蛍光体の輝度の観察を行った
ところ、実施例１とほぼ同様な結果が得られた。

【０２２６】上記工程中、工程ｄからＰｄＯをＰｄに還
元する工程までは、上記Ｎ₂ −Ｈ₂混合ガスを流入させ
られるようにした簡易な容器内に素子を設置して行っ
た。混合ガス流量は厳密に制御する必要はないため、ボ
ンベに取り付けたレギュレーターのバルブを適当に開い
て、流量を調整した。また、水素ガスの含有量は十分低
いため、爆発の恐れがないので、特別な除外装置は用い
なかった。

【０２２７】ＦＥ−ＳＥＭで再び観察したところ、電子
放出部の蛇行は、概ね１μｍ以内の幅に収まっていた。

【０２２８】［実施例１４］本実施例では、図１に示し
たような本発明の表面伝導型電子放出素子の多数個を単
純マトリクス配置した図６に示したような電子源を用い
て、図７に示したような画像形成装置を作製した例を説
明する。

【０２２９】まず、本実施例の電子源の製造方法を、図
１７〜図２０を用いて工程順に従って具体的に説明す
る。

【０２３０】（１）洗浄した青板ガラスの基板１上に、
真空蒸着法により、厚さ５ｎｍのＣｒ膜４０２、厚さ６
００ｎｍのＡｕ膜４０３を順次積層し、ホトレジスト
（ＡＺ１３７０ ヘキスト社製）４０４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、下配線のレジストパタ−ン４０５を形成し、Ａｕ
／Ｃｒ積層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（図１７（ａ））。

【０２３１】（２）次に、厚さ０．１μｍのシリコン酸
化膜からなる層間絶縁層４０７を高周波スパッタ法によ
り堆積した（図１８（ｂ））。

【０２３２】（３）続いて、上記シリコン酸化膜にコン
タクトホ−ルを形成するためのホトレジストパタ−ンを
作成し、これをマスクとして、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖ
ｅＩｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によりコンタクトホ−ル
４０８を形成した（図１８（ｃ））。エッチングガスと
してはＣＦ₄ とＨ₂ を用いた。

【０２３３】（４）続いて、素子電極４，５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積層膜
をリフトオフし、素子電極４，５を形成した（図１８
（ｄ））。尚、素子電極間ギャップは５０μｍとした。

【０２３４】（５）続いて、上配線のホトレジストパタ
ーンを形成した後、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ１００ｎｍ
のＡｕを順次真空蒸着法により堆積し、リフトオフによ
り不要の部分を除去して上配線１０３を形成した（図１
８（ｅ））。

【０２３５】（６）続いて、コンタクトホール４０８の
部分以外をカバーするようにレジスト膜を形成し、真空
蒸着法により、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ５００ｎｍのＡ
ｕを順次積層し、リフトオフにより不要部分を除去する
ことにより、コンタクトホール４０８を埋め込んだ（図
１９（ｆ））。

【０２３６】（７）スパッタリングにより全面にＣｒ膜
４１２を形成した（図１９（ｇ））。

【０２３７】（８）全面にレジスト４１３を塗布した
後、ホトマスク４１４を用いて、最終的には導電性膜３
となる電子放出部形成用薄膜７のパターンを露光した
（図１９（ｈ））。

【０２３８】（９）上記露光パターンを現像した後、エ
ッチングにより不要部分のＣｒ膜４１２を除去し、さら
に残りのレジストを除去してＣｒ膜４１２のパターンを
形成した（図２０（ｉ））。

【０２３９】（１０）続いて、有機Ｐｄ錯体溶液（ｃｃ
ｐ−４２３０ 奥野製薬（株）製）をスピンナーにより
回転塗布し、これを３００℃で１２分間焼成しＰｄＯ膜
とした。この操作を繰り返し、所望の厚さのＰｄＯ膜４
１５を得た（図２０（ｊ））。

【０２４０】（１１）リフトオフにより不要なＰｄＯを
Ｃｒ膜４１２とともに取り除き、素子電極４，５間に跨
がる所望の形状を有する電子放出部形成用薄膜７を得た
（図２０（ｋ））。尚、この電子放出部形成用薄膜７の
幅は３００μｍとした。

【０２４１】これ以降の工程は不図示である。

【０２４２】（１２）図１３の装置に素子をセットし、
反応漕３８内にＮ₂ −２％Ｈ₂ 混合ガスを１時間流し、
電子放出部形成用薄膜７を還元してＰｄ微粒子膜とし
た。

【０２４３】（１３）反応漕３８内をＯ₂ ガスに置換
し、実施例４と同様の条件でＡｒイオンレーザーを用い
て、素子電極４，５間の中央付近をレーザースポットで
走査し、ＰｄＯからなる電子放出部形成用潜像６を形成
した。

【０２４４】（１４）以上の様にして、素子電極４，５
及び電子放出部形成用薄膜７からなる素子の多数を図６
に示したようにマトリクス配線した電子源に対して、図
２１に示すように上配線（Ｙ方向配線）１０３を共通接
続とし、Ｘ方向を１ラインづつ通電によりフォーミング
を行ない、各電子放出部形成用潜像６内に電子放出部２
を形成した。尚、図２１中、５０１は共通電極、５０２
はパルスジェネレーター、５０３はオシロスコープ、５
０４はシャント抵抗であり、フォーミングに用いたパル
ス波形は実施例１と同様である。

【０２４５】以上のようにして作製した電子源を用いて
画像形成装置を作製した。作製手順を図７及び図８を参
照して以下に説明する。

【０２４６】まず、上記電子源の基板１をリアプレ−ト
１１１に固定した後、基板１の５ｍｍ上方に、フェ−ス
プレ−ト１１６（ガラス基板１１３の内面に画像形成部
材であるところの蛍光膜１１４とメタルバック１１５が
形成されて構成される。）を支持枠１１２を介し配置
し、フェ−スプレ−ト１１６、支持枠１１２、リアプレ
−ト１１１の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中
で４１０℃で、１０分間焼成することで封着した。ま
た、リアプレ−ト１１１への基板１の固定もフリットガ
ラスで行った。

【０２４７】画像形成部材であるところの蛍光膜１１４
は、カラーを実現するために、ストライプ形状（図８
（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。

【０２４８】また、蛍光膜１１４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１
１４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、Ａ
ｌを真空蒸着することで作製した。

【０２４９】フェ−スプレ−ト１１６には、更に蛍光膜
１１４の導電性を高めるため、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のみで十分な導電性が得ら
れたので省略した。

【０２５０】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。

【０２５１】以上のようにして完成した外囲器１１８内
に、Ｎ₂ −２％Ｈ₂ 混合ガスを流し、電子放出部形成用
潜像６の領域のＰｄＯを還元してＰｄとした。

【０２５２】その後、外囲器１１８内を排気管（不図
示）を通じ真空ポンプにて排気し、１×１０^-3Ｐａの真
空度とした後、フォーミング処理と同様の方法で１ライ
ンごとに活性化処理を行った。このとき印加したパルス
は矩形波、パルス高さは１４Ｖ、パルス幅は１００μ
秒、パルス間隔は１０ｍ秒である。

【０２５３】この後、不図示の排気管を通じ、外囲器１
１８内を１×１０^-4Ｐａ程度の真空度とし、該排気管を
ガスバ−ナで熱することで溶着し、外囲器１１８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−処理を行った。ゲッターの材質
はＢａを主成分とする合金である。

【０２５４】以上のようにして完成した表示パネル２０
１（図７参照）において、容器外端子Ｄｘ１ないしＤｘ
ｍ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により各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に数ｋＶ
以上の高圧を印加して、電子ビ−ムを加速し、蛍光膜１
１４に衝突させ、励起・発光させることで画像表示を行
った。その結果、輝度むらが少なく、品位の高い画像の
表示がなされた。

【０２５５】［実施例１５］ 図２２は、実施例１４の表示パネル（ディスプレイパネ
ル）２０１（図７参照）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本発明の画像表示装置の一
例を示すブロック図である。

【０２５６】図中２０１はディスプレイパネル、１００
１はディスプレイパネルの駆動回路、１００２はディス
プレイコントローラ、１００３はマルチプレクサ、１０
０４はデコーダ、１００５は入出力インターフェース回
路、１００６はＣＰＵ、１００７は画像生成回路、１０
０８，１００９及び１０１０は画像メモリインターフェ
ース回路、１０１１は画像入力インターフェース回路、
１０１２及び１０１３はＴＶ信号受信回路、１０１４は
入力部である。

【０２５７】尚、本表示装置は、例えばテレビジョン信
号のように映像情報と音声情報の両方を含む信号を受信
する場合には、当然映像の表示と同時に音声を再生する
ものであるが、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、記憶などに関する回路やス
ピーカーなどについては説明を省略する。

【０２５８】以下、画像信号の流れに沿って各部を説明
してゆく。

【０２５９】先ず、ＴＶ信号受信回路１０１３は、例え
ば電波や空間光通信などのような無線伝送系を用いて伝
送されるＴＶ画像信号を受信するための回路である。

【０２６０】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、ＳＥ
ＣＡＭ方式などの諸方式でも良い。また、これらよりさ
らに多数の走査線よりなるＴＶ信号、例えばＭＵＳＥ方
式をはじめとするいわゆる高品位ＴＶは、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２０１の利点
を生かすのに好適な信号源である。

【０２６１】ＴＶ信号受信回路１０１３で受信されたＴ
Ｖ信号は、デコーダ１００４に出力される。

【０２６２】画像ＴＶ信号受信回路１０１２は、例えば
同軸ケーブルや光ファイバーなどのような有線伝送系を
用いて伝送されるＴＶ画像信号を受信するための回路で
ある。前記ＴＶ信号受信回路１０１３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１００４に出力さ
れる。

【０２６３】画像入力インターフェース回路１０１１
は、例えばＴＶカメラや画像読取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１００４に出力さ
れる。

【０２６４】画像メモリインターフェース回路１０１０
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１００４に出力される。

【０２６５】画像メモリインターフェース回路１００９
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１０
０４に出力される。

【０２６６】画像メモリインターフェース回路１００８
は、いわゆる静止画ディスクのように、静止画像データ
を記憶している装置から画像信号を取り込むための回路
で、取り込まれた静止画像データはデコーダ１００４に
出力される。

【０２６７】入出力インターフェース回路１００５は、
本表示装置と、外部のコンピュータ、コンピュータネッ
トワークもしくはプリンタ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
力を行なうのはもちろんのこと、場合によっては本表示
装置の備えるＣＰＵ１００６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なうことも可能である。

【０２６８】画像生成回路１００７は、前記入出力イン
ターフェース回路１００５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、或いはＣＰＵ１００６
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や、
画像処理を行なうためのプロセッサなどをはじめとして
画像の生成に必要な回路が組み込まれている。

【０２６９】本回路により生成された表示用画像データ
は、デコーダ１００４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１００５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。

【０２７０】ＣＰＵ１００６は、主として本表示装置の
動作制御や、表示画像の生成、選択、編集に関わる作業
を行なう。

【０２７１】例えば、マルチプレクサ１００３に制御信
号を出力し、ディスプレイパネル２０１に表示する画像
信号を適宜選択したり組み合わせたりする。また、その
際には表示する画像信号に応じてディスプレイパネルコ
ントローラ１００２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１００７に
対して画像データや文字・図形情報を直接出力したり、
或いは前記入出力インターフェース回路１００５を介し
て外部のコンピュータやメモリをアクセスして画像デー
タや文字・図形情報を入力する。

【０２７２】尚、ＣＰＵ１００６は、むろんこれ以外の
目的の作業にも関わるものであっても良い。例えば、パ
ーソナルコンピュータやワードプロセッサなどのよう
に、情報を生成したり処理する機能に直接関わっても良
い。或いは前述したように、入出力インターフェース回
路１００５を介して外部のコンピューターネットワーク
と接続し、例えば数値計算などの作業を外部機器と協同
して行なっても良い。

【０２７３】入力部１０１４は、前記ＣＰＵ１００６に
使用者が命令やプログラム、或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
など多様な入力機器を用いることが可能である。

【０２７４】デコーダ１００４は、前記１００７ないし
１０１３より入力される種々の画像信号を３原色信号、
または輝度信号とＩ信号、Ｑ信号に逆変換するための回
路である。尚、同図中に点線で示すように、デコーダ１
００４は内部に画像メモリを備えるのが望ましい。これ
は、例えばＭＵＳＥ方式をはじめとして、逆変換するに
際して画像メモリを必要とするようなテレビ信号を扱う
ためである。

【０２７５】画像メモリを備えることにより、静止画の
表示が容易になる。或いは前記画像生成回路１００７及
びＣＰＵ１００６と協同して画像の間引き、補間、拡
大、縮小、合成をはじめとする画像処理や編集が容易に
なるという利点が得られる。

【０２７６】マルチプレクサ１００３は前記ＣＰＵ１０
０６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１００３はデ
コーダ１００４から入力される逆変換された画像信号の
うちから所望の画像信号を選択して駆動回路１００１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、いわゆる多画面テレ
ビのように、一画面を複数の領域に分けて領域によって
異なる画像を表示することも可能である。

【０２７７】ディスプレイパネルコントローラ１００２
は、前記ＣＰＵ１００６より入力される制御信号に基づ
き駆動回路１００１の動作を制御するための回路であ
る。

【０２７８】ディスプレイパネル２０１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２０１
の駆動用電源（不図示）の動作シーケンスを制御するた
めの信号を駆動回路１００１に対して出力する。ディス
プレイパネル２０１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１００１に対して出力する。また、場合によって
は、表示画像の輝度、コントラスト、色調、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１０
０１に対して出力する場合もある。

【０２７９】駆動回路１００１は、ディスプレイパネル
２０１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１００３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１００２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。

【０２８０】以上、各部の機能を説明したが、図２２に
例示した構成により、本表示装置においては多様な画像
情報源より入力される画像情報をディスプレイパネル２
０１に表示することが可能である。即ち、テレビジョン
放送をはじめとする各種の画像信号はデコーダ１００４
において逆変換された後、マルチプレクサ１００３にお
いて適宜選択され、駆動回路１００１に入力される。一
方、ディスプレイコントローラ１００２は、表示する画
像信号に応じて駆動回路１００１の動作を制御するため
の制御信号を発生する。駆動回路１００１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２０１に
駆動信号を印加する。これにより、ディスプレイパネル
２０１において画像が表示される。これらの一連の動作
は、ＣＰＵ１００６により統括的に制御される。

【０２８１】本画像形成装置においては、前記デコーダ
１００４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路１００
７及びＣＰＵ１００６が関与することにより、単に複数
の画像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
縦横比変換などをはじめとする画像処理や、合成、消
去、接続、入れ替え、はめ込みなどをはじめとする画像
編集を行な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良い。

【０２８２】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、コンピューターの端末機
器、ワードプロセッサをはじめとする事務用端末機器、
ゲーム機などの機能を一台で兼ね備えることが可能で、
産業用或いは民生用として極めて応用範囲が広い。

【０２８３】尚、図２２は、本発明の表面伝導型電子放
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。

【０２８４】例えば図２２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
を追加しても良い。例えば、本画像形成装置をテレビ電
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などを構成要素に
追加するのが好適である。

【０２８５】本画像形成装置においては、とりわけ本発
明によるディスプレイパネル２０１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、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、臨場感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。

【０２８６】

【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部形成用薄膜の一部に高抵抗の
電子放出部形成用潜像を予め形成しておくことで、その
後の通電フォーミング処理により、この電子放出部形成
用潜像内に電子放出部を形成できる。このため、電子放
出部の位置，形状を制御でき、素子の特性を均一化でき
る。

【０２８７】また、多数の電子放出素子を配列形成した
大面積電子源においては、各電子放出素子の電子放出特
性の均一化が実現され、上記電子源を用いた画像形成装
置においては、輝度むら等の画像品位の低下及び電子放
出部の蛇行による電子ビームの広がりの問題も解決さ
れ、画像品位を大幅に向上することができた。

【０２８８】以上のように、本発明によれば、カラー画
像に対応可能で、高精細かつ表示品位の高い大面積フラ
ットディスプレーが、実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した表面伝導型電子放出素子の基
本的な一構成例を示す図である。

【図２】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断面図である。

【図３】通電処理に用いる電圧波形の一例である。

【図４】本発明の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概略図である。

【図５】本発明の表面伝導型電子放出素子の、放出電流
Ｉｅ及び素子電流Ｉｆと、素子電圧Ｖｆの関係の典型的
な例を示す図である。

【図６】単純マトリクス配置の電子源の概略図である。

【図７】単純マトリクス配置の電子源を備えた表示パネ
ルの概略構成を示す部分切り欠き斜視図である。

【図８】表示パネルに用いる蛍光膜の構成例を示す図で
ある。

【図９】ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて画像表示を
行う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１０】梯型配置の電子源の概略図である。

【図１１】梯型配置の電子源を備えた表示パネルの概略
構成を示す部分切り欠き斜視図である。

【図１２】実施例１にて示す表面伝導型電子放出素子の
製造工程を説明するための断面図である。

【図１３】実施例１にて示す表面伝導型電子放出素子の
製造に用いた光照射装置の断面図である。

【図１４】実施例５にて示す表面伝導型電子放出素子の
上面図である。

【図１５】実施例６にて示す表面伝導型電子放出素子の
断面図である。

【図１６】実施例８にて示す表面伝導型電子放出素子の
断面図である。

【図１７】実施例１４にて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１８】実施例１４にて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】実施例１４にて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】実施例１４にて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２１】実施例１４にて示す電子源の製造工程におけ
る通電フォーミング処理を説明するための模式図であ
る。

【図２２】実施例１５にて示す画像形成装置のブロック
図である。

【図２３】Ｍ．ハートウェルによる従来の表面伝導型電
子放出素子の構成を示す模式図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 電子放出部 ３ 導電性膜 ４，５ 素子電極 ６ 電子放出部形成用潜像 ７ 電子放出部形成用薄膜 ８ 光源及び光学系 １１ 光吸収部材 １２ 絶縁層 １３ 光収束部材 ２１ レジストパターン ２２ Ｔｉ膜 ２３ Ｐｔ膜 ２４ Ｃｒ膜 ２５ 窓 ３１ 素子 ３２ 加熱ステージ ３３ 加熱手段 ３４ 断熱層 ３５ 水冷ブロック ３６ Ｘ−Ｙステージ ３７ Ｘ−Ｙステージ駆動機構 ３８ 反応漕 ３９ ガス注入口 ４０ ガス排出口 ４１ フィールドスルー ４２ 光源 ４３ 反射鏡 ４４ 収束光学系 ４５ 光透過用窓 ４６ 可動ミラー ４７ 位置合わせ用光学系 ５０ 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 ５１ 表面伝導型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２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２より放出される電子を捕捉するため
のアノ−ド電極 ５５ 真空装置 ５６ 排気ポンプ １０２ Ｘ方向配線 １０３ Ｙ方向配線 １０４ 表面伝導型電子放出素子 １０５ 結線 １１１ リアプレ−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−スプレ−ト Ｈｖ 高圧端子 １１８ 外囲器 １２１ 黒色導電材 １２２ 蛍光体 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 Ｖａ 直流電圧源 Ｖｘ 直流電圧源 ３０１ 表示パネル ３０２ グリッド電極 ３０３ 電子が通過するための開口 ３０４ 表面伝導型電子放出素子１０４を配線する共通
配線 ４０２ Ｃｒ膜 ４０３ Ａｕ膜 ４０４ ホトレジスト ４０５ 下配線のレジストパターン ４０７ 層間絶縁層 ４０８ コンタクトホール ４１２ Ｃｒ膜 ４１３ レジスト ４１４ ホトマスク ４１５ ＰｄＯ膜 ５０１ 共通電極 ５０２ パルスジェネレーター ５０３ オシロスコープ ５０４ シャント抵抗 １００１ ディスプレイパネル２０１の駆動回路 １００２ ディスプレイコントローラ １００３ マルチプレクサ １００４ デコーダ １００５ 入出力インターフェース回路 １００６ ＣＰＵ １００７ 画像生成回路 １００８，１００９，１０１０ 画像メモリインターフ
ェース回路 １０１１ 画像入力インターフェース回路 １０１２，１０１３ ＴＶ信号受信回路 １０１４ 入力部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塚本 健夫 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 (72)発明者 坂野 嘉和 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 (72)発明者 野村 一郎 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 昭64−19657（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−101769（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−298934（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−19656（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−65711（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−31315（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−31316（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−65705（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−132141（ＪＰ，Ａ) 特公 昭44−32247（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01J 9/02 H01J 1/30 H01J 31/12

Claims (24)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極間に、電子放出部を有する導電性膜
   を備えた電子放出素子の製造方法において、膜の一部の領域の組成を変化させて金属からなる領域と
   該金属の酸化物からなる領域とを有する導電性膜を形成
   する 工程と、該 導電性膜を通電処理して電子放出部を形成する工程
   と、 該電子放出部形成後に該導電性膜を還元する 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。
2. 【請求項２】 前記金属からなる領域と該金属の酸化物
   からなる領域とを有する導電性膜を形成する工程は、 金属からなる導電性膜の一部の領域を酸化する工程 を含
   む請求項１に記載の電子放出素子の製造方法。
3. 【請求項３】 前記金属からなる導電性膜の一部の領域
   を酸化する工程は、金属からなる導電性膜の一部の領域
   を、酸化雰囲気中にて、加熱する工程を含む請求項２に
   記載の電子放出素子の製造方法。
4. 【請求項４】 前記加熱する工程は、前記導電性膜に光
   を照射する工程を含む請求項３に記載の電子放出素子の
   製造方法。
5. 【請求項５】 前記加熱する工程は、前記導電性膜に電
   流を流す工程を含む請求項３に記載の電子放出素子の製
   造方法。
6. 【請求項６】 前記金属からなる領域と該金属の酸化物
   からなる領域とを有する導電性膜を形成する工程は、 金属酸化物からなる導電性膜の一部の領域を還元する工
   程 を含む請求項１に記載の電子放出素子の製造方法。
7. 【請求項７】 前記金属酸化物からなる導電性膜の一部
   の領域を還元する工程は、 金属酸化物からなる導電性膜の一部の領域に、真空中に
   て、電子線を照射する工程 を含む請求項６に記載の電子
   放出素子の製造方法。
8. 【請求項８】 前記金属酸化物からなる導電性膜の一部
   の領域を還元する工程は、 金属酸化物からなる導電性膜の一部の領域に、不活性ガ
   ス中または還元ガス中にて、光を照射する工程を含む請
   求項６に記載の電子放出素子の製造方法。
9. 【請求項９】 前記金属からなる領域と該金属の酸化物
   からなる領域とを有する導電性膜を形成する工程は、 有機金属化合物からなる膜に、金属からなる領域と該金
   属の酸化物からなる領域とを形成する工程 を含む請求項
   １に記載の電子放出素子の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記有機金属化合物からなる膜に、金
    属からなる領域と該金属の酸化物からなる領域とを形成
    する工程は、 前記有機金属化合物からなる膜を、大気中または酸素中
    に、該有機金属化合物が金属化される温度以上かつ金属
    酸化物化される温度以下に保持して、前記有機金属化合
    物からなる膜の一部に紫外線を照射する工程 を含む請求
    項９に記載の電子放出素子の製造方法。
11. 【請求項１１】 電極間に、電子放出部を有する導電性
    膜を備えた電子放出素子の製造方法において、 膜の一部の領域の組成を変化させて金属と半導体との混
    合物からなる領域と該金属の酸化物と該半導体との混合
    物からなる領域とを有する導電性膜を形成する工程と、 該導電性膜を通電処理して電子放出部を形成する工程
    と、 該電子放出部形成後に該導電性膜を還元する工程とを、
    有することを特徴とする 電子放出素子の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記金属と半導体との混合物からなる
    領域と該金属の酸化物と該半導体との混合物からなる領
    域とを有する導電性膜を形成する工程は、 金属と半導体との混合物からなる導電性膜の一部の領域
    を酸化する工程 を含む請求項１１に記載の電子放出素子
    の製造方法。
13. 【請求項１３】 前記金属と半導体との混合物からなる
    導電性膜の一部の領域を酸化する工程は、 金属と半導体との混合物からなる導電性膜の一部の領域
    を、酸化雰囲気中にて、加熱する工程を含む請求項１２
    に記載の電子放出素子の製造方法。
14. 【請求項１４】 前記金属と半導体との混合物からなる
    領域と該金属の酸化物と該半導体との混合物からなる領
    域とを有する導電性膜を形成する工程は、 金属酸化物と半導体との混合物からなる導電性膜の一部
    の領域を還元する工程 を含む請求項１１に記載の電子放
    出素子の製造方法。
15. 【請求項１５】 前記金属酸化物と半導体との混合物か
    らなる導電性膜の一部の領域を還元する工程は、 金属酸化物と半導体との混合物からなる導電性膜の一部
    の領域を、加熱する工程を含む請求項１４に記載の電子
    放出素子の製造方法。
16. 【請求項１６】 電極間に、電子放出部を有する導電性
    膜を備えた電子放出素子の製造方法において、 膜の一部の領域の組成を変化させて金属からなる領域と
    該金属の窒化物からなる領域とを有する導電性膜を形成
    する工程と、 該導電性膜を通電処理して電子放出部を形成する工程と
    を、有することを特徴とする 電子放出素子の製造方法。
17. 【請求項１７】 前記金属からなる領域と該金属の窒化
    物からなる領域とを有する導電性膜を形成する工程は、 金属からなる導電性膜の一部の領域を窒化する工程 を含
    む請求項１６に記載の電子放出素子の製造方法。
18. 【請求項１８】 前記金属からなる導電性膜の一部の領
    域を窒化する工程は、金属からなる導電性膜の一部の領
    域を、ＮＨ ₃ ガス中にて、加熱する工程を含む請求項１
    ７に記載の電子放出素子の製造方法。
19. 【請求項１９】 前記電子放出素子は、表面伝導型電子
    放出素子である請求項１〜１８のいずれかに記載の電子
    放出素子の製造方法。
20. 【請求項２０】 電極間に、電子放出部を有する導電性
    膜を備えた電子放出素子が、基板上に複数配設された電
    子源の製造方法において、 前記電子放出素子を、請求項１〜１８のいずれかに記載
    の方法にて製造することを特徴とする電子源の製造方
    法。
21. 【請求項２１】 前記電子放出素子は、表面伝導型電子
    放出素子で ある請求項２０に記載の電子源の製造方法。
22. 【請求項２２】 電極間に、電子放出部を有する導電性
    膜を備えた電子放出素子が、基板上に複数配設された電
    子源と、該電子源から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画像形成装置の製造方法にお
    いて、 前記電子放出素子を、請求項１〜１８のいずれかに記載
    の方法にて製造することを特徴とする画像形成装置の製
    造方法。
23. 【請求項２３】 前記電子放出素子は、表面伝導型電子
    放出素子である請求項２２に記載の画像形成装置の製造
    方法。
24. 【請求項２４】 前記画像形成部材が、蛍光体である請
    求項２２又は２３に記載の画像形成装置の製造方法。