(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体表面上に配置された一対の電極と、該一対の電極間において第１の間隙を置いて対向して配置された一対の導電性薄膜と、前記第１の間隙内において第２の間隙を置いて対向して配置された一対の炭素を有する膜と、を備えており、
前記一対の導電性薄膜の一方が前記一対の電極の一方に電気的に接続され、前記一対の導電性薄膜の他方が前記一対の電極の他方に電気的に接続されており、
前記一対の炭素を有する膜の一方が前記一対の導電性薄膜の一方に電気的に接続され、前記一対の炭素を有する膜の他方が前記一対の導電性薄膜の他方に電気的に接続されている電子放出素子において、
該電子放出素子の駆動時の放出電流における電子のエネルギー分布の半値幅ＨＷ１と、前記放出電流の4分の１の放出電流における電子のエネルギー分布の半値幅ＨＷ２との比（ＨＷ２／ＨＷ１）が、０．８以上１．０以下であることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
前記炭素を有する膜中の炭素が、グラファイト状炭素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。
【請求項３】
基体上に複数の電子放出素子を配列形成した電子源において、前記複数の電子放出素子の各々が、請求項１又は２に記載の電子放出素子であることを特徴とする電子源。
【請求項４】
電子源と、該電子源から放出された電子を照射することで画像を形成する画像形成部材とを有する画像形成装置において、前記電子源が、請求項３に記載の電子源であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
画像形成装置と、該画像形成装置にテレビジョン放送信号を表示させるための回路と、を備えたテレビジョン放送の表示装置であって、前記画像形成装置が請求項４に記載の画像形成装置であることを特徴とするテレビジョン放送の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子放出素子、該電子放出素子を用いた電子源並びに該電子源を用いた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子放出素子として熱電子源と冷陰極電子源の２種類が知られている。冷陰極電子源には電界放出型（以下ＦＥ型と略す）、金属／絶縁層／金属型（以下ＭＩＭ型と略す）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＆Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ”，Ａｄｖａｎｃｅ  ｉｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）あるいはＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“ＰｈｙｓｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｆｉｅｌｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｃａｔｈｏｄｅｓ  ｗｉｔｈ  ｍｏｌｙｂｄｅｎｉｕｍ  ｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）等が知られている。
【０００４】
ＭＩＭ型の例としてはＣ．Ａ．Ｍｅａｄ、“Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｔｕｎｎｅｌ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌｙ．Ｐｈｙｓ．３２，６４６（１９６１）等が知られている。
【０００５】
表面伝導型電子放出素子の例としては、Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ、ＲａｄｉｏＥｎｇ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｈｙｓ．、１０，１２９０，（１９６５）等がある。
【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、膜面に並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．Ｄｉｔｍｍｅｒ，Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ，９，３１７（１９７２）〕、ｌｎ2 Ｏ3 ／ＳｎＯ2 薄膜によるもの〔Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ  ａｎｄ  Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔｅｄ，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．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素子放出素子の典型的な構成として前述のＭ．ハートウェルの素子構成を図２１に示す。同図において１は絶縁性基板である。４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、後述のフォーミングと呼ばれる通電処理により線状の電子放出部５が形成される。尚、図中の素子電極間隔Ｌは０．５〜１ｍｍ、Ｗは０．１ｍｍで設定されている。
【０００８】
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４を予めフォーミングと呼ばれる通電処理によって電子放出部５を形成するのが一般的であった。即ち、フォーミングとは前記導電性薄膜４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／分程度に印加通電し、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５を形成することである。尚、電子放出部５は導電性薄膜４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。上記フォーミング処理をした表面伝導型電子放出素子は、電子放出部が形成された導電性薄膜４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５より電子を放出せしめるものである。
【０００９】
一方、たとえば特開平７−２３５２５５号公報に開示されているように、フォーミングを終えた素子に対して活性化処理と呼ばれる処理を施す場合がある。活性化処理工程とは、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。
【００１０】
活性化工程は、有機物質を含有する雰囲気下で、フォーミング処理同様、素子に電圧を印加することで行うことができる。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の電子放出部およびその近傍に堆積し、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、著しく変化し、より良好な電子放出特性を得ることができる。
【００１１】
図２２は、特開平７−２３５２５５号公報に開示された電子放出素子の断面形状を示したものである。同図において１、４、５は図２１と同様であり、それぞれ、絶縁性基板、導電性薄膜、電子放出部である。２、３は導電性薄膜４に電圧を印加する為の素子電極であり、２を低電位側電極、３を高電位側電極として電圧を印加している。電子放出部５には、上記活性化工程を行うことで、炭素あるいは炭素化合物６が堆積している構造が示され、良好な電子放出特性を実現している。
【００１２】
以上のような電子放出素子を複数個形成した電子源基板を用い、蛍光体等からなる画像形成部材と組み合わせることで画像形成装置を構成できる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年の情報の高度化に伴うマルチメディア化の急激な進展により、ディスプレイ等の画像形成装置に対して、更に高い性能が求められてきている。すなわち、表示装置の大画面化、省電力化、高精細化、高画質化、省スペース化等である。
【００１４】
したがって、前述の電子放出素子においては、電子放出素子を適用した画像形成装置が明るい表示画像を安定して提供できるよう、より高い効率で安定した電子放出特性が得られることが望まれている。
【００１５】
ここで効率とは、表面伝導型電子放出素子の一対の対向する素子電極間に電圧を印加したとき、流れる電流（以下、素子電流Ｉｆと呼ぶ）に対する真空中に放出される電流（以下、放出電流Ｉｅと呼ぶ）との電流比をさす。
【００１６】
つまり、素子電流Ｉｆはできるだけ小さく、放出電流Ｉｅはできるだけ大きいことが望ましい。
高効率な電子放出特性を長時間にわたり安定的に制御することができれば、例えば蛍光体を画像形成部材とする画像形成装置においては、低電力で明るい高品位な画像形成装置、例えばフラットテレビが実現できる。
【００１７】
しかしながら、上述のＭ．ハートウエルの電子放出素子にあっては、安定な電子放出特性及び電子放出効率について、必ずしも満足のゆくものが得られておらず、これを用いて高輝度で動作安定性に優れた画像形成装置を提供するのは極めて難しいという問題があった。
【００１８】
すなわち、このような応用に用いるためには、実用的な電圧（たとえば１０Ｖないし２０Ｖ）で十分な放出電流Ｉｅが得られること、放出電流Ｉｅおよび素子電流Ｉｆが駆動中に大きく変動しないこと、長時間にわたり放出電流Ｉｅおよび素子電流Ｉｆが劣化しないことが必要であるが、従来の表面伝導型電子放出素子には以下のような問題点があった。
【００１９】
図２１に示したように、表面伝導型電子放出素子は、電圧印加方向にほぼ直行する線状の電子放出部５を有している。
電子放出部５は前述のようにフォーミングにより導電性薄膜に形成される間隙部により構成されるが、必ずしも図２０に示したような全域にわたって間隙が一様な幅、形状で形成されるとは限らない。この様な不均一な電子放出部形態の場合、十分な放出電流Ｉｅが得られなかったり、駆動中の特性の変動や劣化が著しくなる場合がある。
【００２０】
一方、前述の活性化工程によれば、炭素あるいは炭素化合物等からなる炭素を有する膜が導電性薄膜に形成された間隙内の基板上およびその近傍の導電性薄膜上に堆積してより狭い間隙が形成される（図２２）。この電子放出素子は、実用的な電圧で十分な放出電流が得られ、駆動中の放出電流Ieおよび素子電流Ifの変動が小さいことから、ディスプレイ用電子源として期待されているが、電子放出効率が小さい場合があり改善する必要があった。
【００２１】
本発明は、このような活性化工程によって作製された電子放出素子において、電子放出効率の高い電子放出素子を安定に得るために、素子から真空中に放出される電子のエネルギー分布に着目してなされたものである。
【００２２】
本発明は、上述したように良好な電子放出特性、特に電子放出効率の高い表面伝導型電子放出素子、及びそれを用いた電子源及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは鋭意検討した結果、基体表面上に配置された一対の電極と、該一対の電極間において第１の間隙を置いて対向して配置された一対の導電性薄膜と、前記第１の間隙内において第２の間隙を置いて対向して配置された一対の炭素を有する膜と、を備えており、前記一対の導電性薄膜の一方が前記一対の電極の一方に電気的に接続され、前記一対の導電性薄膜の他方が前記一対の電極の他方に電気的に接続されており、前記一対の炭素を有する膜の一方が前記一対の導電性薄膜の一方に電気的に接続され、前記一対の炭素を有する膜の他方が前記一対の導電性薄膜の他方に電気的に接続されている電子放出素子において、該電子放出素子の駆動時の放出電流における電子のエネルギー分布の半値幅ＨＷ１と、前記放出電流の4分の１の放出電流における電子のエネルギー分布の半値幅ＨＷ２との比（ＨＷ２／ＨＷ１）が、０．８以上１．０以下であることを特徴とする電子放出素子とすることによって、電子放出効率が高い電子放出素子を提供するものである。
【００２４】
ここで、炭素を有する膜中の炭素としては、グラファイト状炭素であることが好ましい。また、本発明は、さらにその特徴として、基体上に複数の電子放出素子を配列形成した電子源において、前記複数の電子放出素子の各々に、前述の電子放出素子を用いることができる。
【００２５】
さらには、電子源と、該電子源から放出された電子を照射することで画像を形成する画像形成部材とを有する画像形成装置においては、前述の電子源を用いることができる。また、画像形成装置と、該画像形成装置にテレビジョン放送信号を表示させるための回路と、を備えたテレビジョン放送の表示装置に、前述の画像形成装置を用いることができる。
【００２６】
活性化によって作製される表面伝導型電子放出素子から、蛍光体、等の画像形成部材に電子が到達するには、主につぎの２つの過程によってなされる。詳しくは、ＳＩＤ  ９７  Ｄｉｇｅｓｔ  Ｐ１２７  Ａｓａｉに記載されている。
【００２７】
第一に、電圧を素子電極に印加し、電子放出部の陰極側のカーボンから正極側のカーボンに電子を加速し正極側カーボンで弾性散乱により真空中に電子が放出する過程である。
【００２８】
第二に、正極側カーボンから出た電子が正極側カーボン上または導電性薄膜上を弾性散乱することにより画像形成部材側に電子が放出する過程である。電子放出素子は、電子放出部領域が極めて微細であり且つ基板に対して平行に電圧を印加しているため、正極側のカーボンから真空中に散乱された電子は電子放出素子側に電子が戻される電界が形成されている。この電子が戻される電界に打ち勝ってアノード側（蛍光体側）に電子が到達する割合が高い方が電子放出効率の高い素子が得られる。
【００２９】
電子放出効率は、上記の2つの過程によって決定されるが、本発明は第一の過程において、真空中に放出される電子のエネルギーに着目して為されたものである。
【００３０】
次に、活性化工程よって作製された電子放出素子から真空中に放出される電子のエネルギー分布について図４、図５を用いて説明する。
図４は電子放出素子の電子放出部のエネルギーバンドを示す。図中、Ｖｆは素子に印加される電圧であり、Ｗｆは活性化によって形成されたカーボンの仕事関数であり、Ｅｆは活性化によって形成されたカーボンのフェルミレベルであり、Ｄは素子に電圧が印加されるカーボン間隙の長さであり、ｅ- は電子である。素子に電圧を印加すると素子の負極側のカーボンから電子が出て正極側のカーボンに衝突する。衝突した電子のうち仕事関数Ｗｆ以上のエネルギーをもった電子が真空中に放出する可能性がある。このとき負極側のカーボンから放出した電子は、正極側のカーボンで弾性散乱を複数回することで電子放出している。詳しくは、ＳＩＤ  ９７  Ｄｉｇｅｓｔ  Ｐ１２７  Ａｓａｉに記載されている。
【００３１】
図５は、電子放出素子から放出した電子のエネルギー分布を示す概略図である。図中、横軸は電子のエネルギーを示すもので、縦軸は電子のエネルギーに対する素子から真空中に放出した電子の量（強度）を示す。横軸の電圧０Vは負極側カーボンのフェルミレベルであり、素子に印加している負極側の電圧に対応する。カーボン間隙に電圧を印加し、負極側カーボンのフェルミ準位からでた電子がなんらエネルギーのロスがなく真空に放出されれば、その電子量は、エネルギー分布図の０Vのときの強度となる。このとき、真空中に放出される電子のエネルギーは、図４記載のeVf−Wで示される。また、なんらかのエネルギーロスが生じたり、素子電極に印加した電圧がカーボン間隙に印加されないときは、エネルギー分布の負の電圧に対応した強度となる。また、エネルギー分布図において、Vpはエネルギー分布のピークエネルギーとよび最も電子放出量（最大強度Ip）の多いエネルギーを示す。０Vに近いほど素子から出た電子のエネルギーが高いことを示す。HWはエネルギー分布の半値幅といい、ピークエネルギーにおける電子放出量の2分の１の値のエネルギー幅であり、放出した電子のエネルギー幅を示すものである。
【００３２】
本発明は、上述の表面伝導型電子放出素子のエネルギー分布に着目してなされたもので、駆動時の放出電流におけるエネルギー分布の半値幅と該駆動時の放出電流の4分の１におけるエネルギー分布の半値幅の比（第一の放出電流におけるエネルギー分布の半値幅が分母）が０．８以上１．０以下とすることで電子放出効率が高い電子放出素子が得られることを本発明者は見い出した。
【００３３】
このとき、駆動時の放出電流とは、電子放出素子をディスプレイ、等に応用する場合の実際の電流値を示すものである。
また、前記炭素を有する膜中の炭素は、グラファイト状炭素である方が、電気伝導性に優れ、安定なので好ましい。
以上により、本発明によれば電子放出効率の高い電子放出素子が得られる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好ましい実施形態についてさらに詳述する。
まず、本発明にかかわる電子放出素子の基本的な構成について説明する。
【００３５】
図１の（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明にかかわる基本的な平面型の電子放出素子の構成を示す平面図および断面図である。図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、本発明にかかわる表面伝導型電子放出素子の電子放出部近傍の構造を拡大して模式的に示す平面図（ａ）、および断面図（ｂ）、（ｃ）、である。図１、図２を用いて、本発明に係る素子の基本的な構成を説明する。
【００３６】
図１において１は基板、２と３は素子電極、４は導電性薄膜、５は電子放出部である。
図２において、１は基板、４は導電性薄膜、５は電子放出部、２１、２２は導電性薄膜に形成された間隙内の基板上及び導電性薄膜上に堆積した炭素を有する堆積物（膜）である。なお、堆積物は間隙８（第二の間隙）を境にして、基板表面に対して横方向に対向し、左右の堆積物２１、２２に分割されて模式的に示されているが、一部でつながっている場合もある。導電性薄膜４の間隙を第一の間隙とよびその間隔は図に示されるように不均一に配置され、また、その2次元上の形状は蛇行して配置されている。また、堆積物２１、２２は導電性薄膜４上にも堆積している。
【００３７】
以上の構成により、堆積物（２１、２２）は電極（２、３）と電気的に接続される。尚、図面上は、炭素を有する膜である堆積物（２１、２２）は、導電性薄膜を介して電極（２、３）と接続されているが、堆積物（２１、２２）がそれぞれ、電極（２、３）上まで堆積し、直接電気的に接続される場合もある。
【００３８】
基板１としては、石英ガラス、青板ガラス、青板ガラス等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およびアルミナ等のセラミックス等が挙げられる。これら基板には、ＳｉＯ2 を含んだ材料が望ましく、電子放出部５を形成することが可能となる。
【００３９】
対向する素子電極２、３の材料としては導電性を有するものであればどのようなものであっても構わないが、例えばＮｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属或は合金およびＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ2、Ｐｄ−Ａｇ等の金属或は金属酸化物とガラス等から構成されるの印刷導体、ｌｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2 等の透明導電体およびポリシリコン等の半導体導体材料等が挙げられる。
【００４０】
素子電極間隔Ｌ、素子電極の長さＷ、およびその形状は、電子放出素子の応用形態等によって適宜設計され、例えば、後述するテレビジョン等の表示装置では、画面サイズに対応した画素サイズが設計され、とりわけ、高品位テレビでは画素サイズが小さく高精細さが要求される。そのため、電子放出素子のサイズが限定されたなかで十分な輝度を得るためには、十分な放出電流が得られるように設計される。
【００４１】
素子電極間隔Ｌは、数十ｎｍより数百μｍあり、素子電極の製法の基本となるフォトリソグラフィー技術、即ち、露光機の性能とエッチング方法等、および、素子電極間に印加する電圧により設定されるが、好ましくは、数μｍより数十μｍである。
【００４２】
素子電極の長さＷ、および、素子電極２、３の膜厚ｄは、電極の抵抗値、前述したＸ、Ｙ配線との結線、多数配置された電子源の配置上の問題より適宜設計され、通常は、素子電極の長さＷは、数μｍから数百μｍであり、素子電極２、３の膜厚ｄは、数ｎｍより数μｍである。
【００４３】
尚、図１に示した構成だけでなく、基板１上に、導電性薄膜４、対向する素子電極２、３の順に積層した構成とすることもできる。
導電性薄膜４には、良好な電子放出特性を得るために、微粒子で構成された微粒子膜を用いるのが好ましい。その膜厚は、素子電極２、３へのステップカバレージ、素子電極２、３間の抵抗値およ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。
【００４４】
また、素子電流Ｉｆおよび放出電流Ｉｅの大きさは、導電性薄膜４の幅Ｗに依存するので、上記素子電極の形状と同様に、電子放出素子のサイズが限定されたなかで十分な放出電流が得られるように設計される。
【００４５】
一般に、導電性薄膜４の熱的安定性は電子放出特性の寿命を支配する場合があり、導電性薄膜４の材料としてより高融点な材料を用いるのが望ましい。しかしながら、通常、導電性薄膜４の融点が高いほど後述する通電フォーミングのためにより大きな電力が必要となる。
【００４６】
さらに、その結果得られる電子放出部の形態によって、電子放出し得る印加電圧（しきい値電圧）が上昇する等、電子放出特性に問題が生じる場合がある。
本発明においては、導電性薄膜４の材料として特に高融点のものを必要とはせず、比較的低いフォーミング電力で良好な電子放出部が形成可能な材料・形態のものを選ぶことができる。
【００４７】
上記条件を満たす材料の例として、Ｎｉ、Ａｕ、ＰｄＯ、Ｐｄ、Ｐｔ等の導電材料をＲｓ（シート抵抗）が１０の2乗から１０の7乗Ω／□の抵抗値を示す膜厚で形成したものが好ましく用いられる。なおＲｓは、厚さがｔ、幅がｗで長さがｌの薄膜の長さ方向に測定した抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ（ｌ／ｗ）とおいたときに現われる値で、抵抗率をρとすれば、Ｒｓ＝ρ／ｔである。上記抵抗値を示す膜厚はおよそ５ｎｍから５０ｎｍの範囲にあり、この膜厚範囲において、それぞれの材料の薄膜は微粒子膜の形態を有している。
【００４８】
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。
【００４９】
微粒子の粒径は、数百ｐｍから数百ｎｍの範囲、好ましくは、１ｎｍから２０ｎｍの範囲である。
さて、前に例示した材料のなかでも、ＰｄＯは、有機Ｐｄ化合物の大気中焼成により容易に薄膜形成できること、半導体であるため比較的電気伝導度が低く上記範囲の抵抗値Ｒｓを得るための膜厚のプロセスマージンが広いこと、導電性薄膜に間隙を形成した後等に、容易に還元して金属Ｐｄとすることができるので膜抵抗を低減し得ること、等から好適な材料である。しかしながら、本発明の効果はＰｄＯに限られることなく、また、上記例示した材料に限られるものではない。
【００５０】
電子放出部５は、導電性薄膜４の幅Ｗ′によってほぼその長さが決まる。
電子放出部５は、後述する活性化工程を経ることにより、図２に示すように導電性薄膜に形成された第２の間隙よりも狭い第１の間隙８を境に対向した炭素を有する膜２１、２２で構成される。
【００５１】
なお、炭素を有する膜２１、２２は、主にグラファイト状の炭素から成るが、導電性薄膜４を構成する元素を含有することがある。
本発明における炭素を主成分とした堆積物２１、２２で形成される第二の間隙８の幅は、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、炭素を主成分とした堆積物２２が最も接近した部位での両者の間の距離である。
【００５２】
堆積物２１、２２が基板表面で接近している場合（ｂ）、基板表面より高い位置で接近している場合（ｃ）、等がある。
本発明の電子放出素子を詳しく説明するために、始めに、図３をもちいて、測定評価装置について説明する。
【００５３】
図３は、図１で示した構成を有する素子の電子放出特性を測定するための測定評価装置の概略構成図である。図３において、１は基体、２および３は素子電極、４は導電性薄膜、５は電子放出部である。また、３１は素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源、３０は素子電極２、３間の導電性薄膜４を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、３４は素子の電子放出部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、３３はアノード電極３４に電圧を印加するための高圧電源、３２は素子の電子放出部５より放出される放出電流Ｉｅを測定するための電流計である。
【００５４】
電流放出素子の上記素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅの測定にあたっては、素子電極２、３に電源３１と電流計３０とを接続し、該電子放出素子の上方に電源３３と電流計３２とを接続したアノード電極３４を配置している。また、電子放出素子およびアノード電極３４は真空装置内に設置されている。
【００５５】
図３において、素子電極２、３間に、素子電極３が高電位になるように電圧を印加すると、導電性薄膜４を通じて、図２に示した堆積物２１と堆積物２２との間に印加された電圧に応じて電位差が生じる。このとき、堆積物２１と堆積物２２の最も接近した位置を中心に強い電界が発生する。この電界が、堆積物２１から堆積物２２への電子のトンネリングが十分可能な程大きい場合、堆積物２１から堆積物２２に向かって電子がトンネルし、トンネルした電子は正極側の堆積物２２に弾性散乱し真空中に電子放出する。
【００５６】
上記電子放出素子の製造方法としては様々な方法が考えられるが、その一例を図５に示す。
以下、順をおって、製造方法の説明を図１、図２および図７に基づいて説明する。
【００５７】
１）基板１を洗剤、純水および有機溶剤により十分に洗浄後、素子電極材料を、真空蒸着法、スパッタ法等により堆積後、フォトリソグラフィー技術により素子電極２、３を形成する（図７（ａ））。
【００５８】
２）基板１上に設けられた素子電極２と素子電極３との間に、有機金属溶液を塗布して乾燥することにより、有機金属膜を形成する。なお、有機金属溶液とは、前記Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ等の金属を主元素とする有機金属化合物の溶液である。この後、有機金属膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッチング等によりパターニングし、導電性薄膜４を形成する（図７（ｂ））。なお、ここでは、有機金属溶液の塗布法により説明したが、これに限るものでなく、真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、分散塗布法、ディッピング法、スピンナー法、インクジェット法等によって形成される場合もある。
【００５９】
３）つづいて、フォーミングと呼ばれる通電処理を、素子電極２、３間に電圧を不図示の電源によりパルス状電圧あるいは、昇電圧の印加により行うと、導電性薄膜４の一部に間隙７が形成され間隙７を挟んで、基板表面に体して横方向に、導電性薄膜が対向配置される（図７（ｃ））。尚、間隙７はその一部でつながっている場合もある。
【００６０】
フォーミング処理以降の電気的処理は、前述した図３に示す測定評価装置内で行う。
なお、図３に示した測定評価装置は真空装置であるが、該真空装置には不図示の排気ポンプ及び真空計等の真空装置に必要な機器が具備されており、所望の真空下で素子の測定評価を行えるようになっている。なお、排気ポンプは、オイルを使用しない、磁気浮上ターボポンプ、ドライポンプ等の高真空装置系と更に、イオンポンプからなる超高真空装置系からなる。また、本測定装置には、不図示のガス導入装置が付設してあり、所望の有機物質の蒸気を所望の圧力で真空装置内に導入することができる。また、真空装置全体、及び電子放出素子は、不図示のヒーターにより加熱できる。
【００６１】
フォーミング処理は、パルス波高値が定電圧のパルスを印加する場合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とがある。まず、パルス波高値が定電圧のパルスを印加の場合の電圧波形を図８の（ａ）に示す。
【００６２】
図８の（ａ）中、Ｔ１及びＴ２は電圧波形のパルス幅とパルス間隔であり、Ｔ１を１μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ、Ｔ２を１０μｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃとし、三角波の波高値（フォーミング時のピーク電圧）は適宜選択する。
【００６３】
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の電圧波形を、図８の（ｂ）に示す。
図８の（ｂ）中、Ｔ１及びＴ２は電圧波形のパルス幅とパルス間隔であり、Ｔ１を１μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ、Ｔ２を１０μｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃとし、三角波の波高値（フォーミング時のピーク電圧）は、例えば０．１Ｖステップ程度ずつ、増加させる。
【００６４】
なお、フォーミング処理の終了は、フォーミング用パルスの間に、導電性薄膜４を局所的に破壊、変形しない程度の電圧例えば０．１Ｖ程度のパルス電圧を挿入して素子電流を測定し、抵抗値を求め、例えば、１ＭΩ以上の抵抗を示した時、フォーミングを終了とする。
【００６５】
以上説明した間隙７を形成する際に、素子の電極間に三角波パルスを印加してフォーミング処理を行っているが、素子の電極間に印加する波形は三角波に限定することはなく、矩形波など所望の波形を用いてもよく、その波高値及びパルス幅、パルス間隔等についても上述の値に限ることなく、間隙７が良好に形成されるように、電子放出素子の抵抗値等にあわせて、適当な値を選択する。
【００６６】
上記フォーミングで形成される導電性薄膜の第一の間隙は、図２で示されるように基板上に二次元的に配置（蛇行）される。
４）次に、フォーミングが終了した素子に活性化処理を施す。活性化処理は、図３に示した真空装置内に有機物質のガスを導入し、有機分子を含有する雰囲気下で、素子の電極間に電圧を印加することで行い、この処理により、基板の変質を伴って、雰囲気中に存在する有機物質から、炭素を有する膜が素子上に堆積し、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、著しく変化するようになる。
【００６７】
本発明においては、活性化処理によって炭素を有する膜を堆積させ、所望の値の間隔を有する間隙８を、制御良く形成する必要がある。間隙８の間隔は、素子に印加する電圧波形、導入する有機物質の圧力、素子表面における拡散移動度、素子表面での平均滞在時間等によって左右される。また、真空装置への導入のし易さ、活性化後の排気のし易さ等の取り扱いの容易性も重要である。以上の観点から、種々の有機物質を検討した結果、トルニトリル化合物が有効であることがわかった。トルニトリル化合物が好ましく用いられる理由は厳密には理解できていないが、ニトリル基（−Ｃ≡Ｎ）を介した素子表面への吸着状態が、上記の条件に適合しているためと思われる。
【００６８】
以下に、本発明の活性化処理における、炭素を有する膜である堆積物の形成過程を、図９を用いて説明する。図９において、１は基板、２、３は素子電極、４は導電性薄膜、７は導電性薄膜に形成された第一の間隙、２１、２２は炭素を有する膜である堆積物、８は堆積物２１、２２によって第一の間隙内部に形成されたより狭い第二の間隙である。
【００６９】
図９（ａ）は、活性化処理前の電子放出素子の電子放出部近傍を模式的に示したものである。なお、素子は、一度１０-6Ｐａ台の圧力に減圧し、その後、有機物質のガスを導入した真空装置内に配置されている（図３）。ここでは有機物質としてトリニトリルを用いた場合を例に説明する。導入するトルニトリルの好適な圧力は、真空装置の形状や真空装置に使用している部材等によって若干影響されるが、１×１０-5Ｐａ〜１×１０-3Ｐａ程度である。
【００７０】
活性化工程（炭素を有する膜を堆積させる工程）において、素子電極２、３間（間隙７）に印加する。これにより雰囲気中の有機物質が間隙７内及びその近傍の導電性薄膜４上に堆積し始める。この過程において、堆積物２１、２２は、紙面と垂直方向にも同時に堆積する。
【００７１】
さらに、活性化処理を続けると、堆積物は炭素を有する膜が第二の間隙８の間隔を形成しほぼ固定され、活性化処理を終了する（図９（ｂ））。
ここで、第二の間隙８の間隔は、活性化処理のために印加する電圧が大きいほど広くなる傾向があるが、その間隔の大きさは、活性化処理中に導入する有機物質の種類や分圧によっても変化する。
【００７２】
次に、本発明における炭素を有する膜である堆積物２１、２２の炭素について説明する。
本発明における炭素とは、完全なグラファイトの結晶構造を有するもの（いわゆるＨＯＰＧ）、結晶粒が２０ｎｍ程度で結晶構造がやや乱れたもの（ＰＧ）、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（ＧＣ）、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）を包含する。すなわち、グラファイト粒子間の粒界などの層の乱れが存在していても好ましく用いることができる。
【００７３】
６）こうして作製した電子放出素子に、好ましくは、安定化工程を行う。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。真空容器内の有機物質は極力排除することが望ましいが、有機物質の分圧としては１〜３×１０-8Ｐａ以下が好ましい。また、他のガスをも含めた圧力は、１〜３×１０-6Ｐａ以下が好ましく、さらに１×１０-7Ｐａ以下が特に好ましい。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。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。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。このときの加熱条件は、１５０〜３５０℃、好ましくは２００℃以上でできるだけ長時間行うのが望ましいが、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、電子放出素子の配置などの諸条件により適宜選ばれる条件により行う。
【００７４】
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。
【００７５】
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るので本発明の炭素を有する膜の形状が維持され、結果として素子電流Ｉｆ，放出電流Ｉｅが安定する。
【００７６】
上述のような製造方法によって作製さ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３、図１０を用いて説明する。なお、図１０は、電子放出素子の電流−電圧特性を示すものである。
【００７７】
図３に示した測定評価装置により測定された、安定化処理後の素子の放出電流Ｉｅ及び素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの典型的な例を図１０に示す。なお、図８は、放出電流Ｉｅは素子電流Ｉｆに比べて著しく小さいので、任意単位で示されており、いずれもリニアスケールである。図１０からも明らかなように、本電子放出素子は放出電流Ｉｅに対する三つの性質を有する。
【００７８】
まず第１に、本素子はある電圧（しきい値電圧と呼ぶ、図１０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がほとんど検出されない。すなわち、放出電流Ｉｅに対する明確なしきい値電圧Ｖｔｈを持った非線形素子である。
【００７９】
第２に、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに依存するため、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御できる。
第３に、アノード電極３４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３４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。
【００８０】
次に、素子から真空中に放出される電子のエネルギー分布測定について説明する。
図６は、通常よく使われる四重極エネルギー分析装置をあらわす概略的説明図である。図では示されていないが、本装置は真空容器内に配置されている。真空容器内の真空雰囲気は、安定化工程とほぼ同程度の超高真空雰囲気であり、上述のオイルフリーの真空ポンプにより真空形成されている。
【００８１】
図６において、６０は電子放出素子、６１、６２、６３、６４はエネルギー分析するための電極、６５は電極６１に電圧を印加するための電源、６６は電極６４に電圧を印加するため電源、６７は電極６２と電極６３に電圧を印加するための電源である。電極6１、電極６２、電極６３は、電子が各電極を通過するように多数の孔が開いた構造をしている。
【００８２】
また、電極6１、電極６２、電極６３、電極６４は半球の形状をもち、その中心に電子放出素子が置かれる。電子放出素子から放出された電子は電極６１の電圧を適当に設定することによりエネルギー分析装置（上記４つの電極）に入る。エネルギー分析方法の詳細は省略するが、入射した電子が、電極62、電極６３に印加する電圧で変調され電極６４に到達した電流量を測定することにより電子放出素子からでた電子のエネルギー分析が行われる。
【００８３】
次に、実際に使用する電圧（画像表示装置であれば十分な輝度となる放出電流を発生させる電圧）を電子放出素子に印加し真空中に放出する電子（電流）Ｉｅ１を発生させ放出電流のエネルギー分布を測定する。このときのエネルギー分布の半値幅をＨＷ１とする。つづいて、Ｉｅ１の４分の１となるように駆動電圧をさげエネルギー分布を測定する。このときのエネルギー分布の半値幅をＨＷ２とする。これらの半値幅の比（ＨＷ２／ＨＷ１）を算出する。この半値幅の比（ＨＷ２／ＨＷ１）が０．８以上１．０以下となる電子放出素子は、電子放出効率の高い特性を有する。
【００８４】
電子放出素子に印加する電圧はこれに限られるものではなく、実際に電子放出素子を駆動する電圧近傍に設定すればよい。
このような、エネルギー分布の半値幅の比を０．８以上１．０以下とするためには、前述した活性化工程においてトルニトリルの有機物質を用い、適正な活性化をすることで得られる。この活性化工程で作製した素子がなぜ上述の半値幅の比の範囲になり、効率が高い素子が得られるかについては、明確には分からないが次のようなことが推測される。
【００８５】
上述の活性化工程において電子放出部に形成されたカーボンは、電子放出部のみならず、導電性薄膜上にもカーボンが多量に形成され、かつ導電性が優れている。そのため、印加した電圧が効率よく第２のカーボン間隙に印加されるため、電子放出部の負極側カーボンからでる電子のエネルギーが高く、正極側のカーボンの散乱効率が高くなるため効率の高い素子が得られるものと考えられる。このような素子は、素子に印加する電圧を変えても、エネルギー分布の変化量が小さく効率の良い素子が得られるものと考えられる。
【００８６】
従来、トルニトリルの有機物質を用いずに活性化工程を行った場合、導電性薄膜が不均一に形成されたり、フォーミング工程での第１の間隙の長さが素子内で不均一に形成された場合には、エネルギー分布の半値幅が放出電流量によってことなる場合があり、効率が悪い素子が形成される場合があった。本発明においては、トルニトリルの有機物質を活性化材料として用いて適当な活性化を行うことにより、エネルギーの半値幅が放出電流量によって変化する割合が小さい素子が得られ、その結果、電子放出効率の高い素子が得られる。
【００８７】
また、上述のエネルギー分布の半値幅の比が０．８以上１以下にするには、活性化工程を適正化することでのみ得られるものではなく、例えば、導電性薄膜やフォーミング工程を最適化することによっても得られるものと考えられる。
【００８８】
以上のような電子放出素子の特性を用いると、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。さらに、本発明にかかわる電子放出素子は、安定で高輝度な電子放出特性を有するため、多方面への応用が期待できる。
【００８９】
本発明を適用可能な電子放出素子の応用例について以下に述べる。
本発明による電子放出素子の複数個を基板上に配列し、例えば電子源あるいは、画像形成装置を構成できる。
【００９０】
基板上の素子の配列については、例えば、多数の電子放出素子を並列に配置し、個々の素子の両端を配線にて結線した、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に（列方向と呼ぶ）、該電子源の上方の空間に設置された制御電極（グリッドと呼ぶ）により電子を制御駆動する配列形態（はしご型という）、及び次に述べる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、表面伝導電子放出素子の一対の素子電極にそれぞれ、Ｘ方向配線、Ｙ方向配線を接続した配列形態が挙げられる。以降これを単純マトリクス配置と呼ぶ。
【００９１】
次に、この単純マトリクス配置について詳述する。
本発明にかかわる表面伝導型電子放出素子の前述した３つの基本的特性の特徴によれば、表面伝導型電子放出素子からの放出電子は、しきい値電圧以上では、対向する素子電極間に印加するパルス状電圧の波高値と巾で制御できる。一方、しきい値電圧以下では、殆ど放出されない。この特性によれば、多数の電子放出素子を配置した場合でも、個々の素子に、上記パルス状電圧を適宜印加すれば、入力信号に応じて、表面伝導型電子放出素子を選択し、その電子放出量が制御できる事となる。
【００９２】
以下この原理に基づき構成した電子源基板の構成について、図１２を用いて説明する。
ｍ本のＸ方向配線１０２は、ＤＸ１、ＤＸ２、…、ＤＸｍからなり、基板１上に、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等で形成し、所望のパターンとした導電性金属等からなり、多数の表面伝導型電子放出素子にほぼ均等な電圧が供給されるように、材料、膜厚、配線幅等が設計される。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、マトリックス配線を構成する（このｍ，ｎは、共に正の整数）。
【００９３】
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１０１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。Ｘ方向配線１０２とＹ方向配線１０３は、それぞれ外部端子として引き出されている。
【００９４】
さらに、前述と同様にして、表面伝導型放出素子１０４の対向する電極（不図示）が、ｍ本のＸ方向配線１０２（ＤＸ１、ＤＸ２、…、ＤＸｍ）とｎ本のＹ方向配線１０３（ＤＹ１、ＤＹ２、…、ＤＹｎ）と導電性金属等からなる結線１０５によって電気的に接続されているものである。
【００９５】
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の導電性金属は、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もよい。これら材料は、例えば前述の素子電極の材料より適宜選択される。
【００９６】
また、詳しくは後述するが、前記Ｘ方向配線１０２には、Ｘ方向に配列する表面伝導型放出素子１０４の行を、入力信号に応じて、走査するための走査信号を印加するための不図示の走査信号印加手段と電気的に接続され、一方、Ｙ方向配線１０３には、Ｙ方向に配列する表面伝導型放出素子１０４の各列を入力信号に応じて、変調するための変調信号を印加するための不図示の変調信号発生手段と電気的に接続される。
【００９７】
更に、表面伝導型電子放出素子の各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ものである。
次に、以上のようにして作製した電子源基板を用いた電子源、及び、表示等に用いる画像形成装置の一例について、図１３と図１４を用いて説明する。図１３は、画像形成装置の基本構成図であり、図１４は蛍光膜である。
【００９８】
図１３において、１０１は電子放出素子を複数配した電子源基板、１１１は電子源基板１０１を固定したリアプレート、１１６はガラス基板１１３の内面に蛍光膜１１４とメタルバック１１５等が形成されたフェースプレートである。１１２は、支持枠であり、リアプレート１１１、支持枠１１２及びフェースプレート１１６をフリットガラスを塗布し、大気中あるいは、窒素中で、４００〜５００℃で、１０分以上焼成することで、封着して、外囲器１１８を構成する。
【００９９】
図１３において、１０４は、図１あるいは図２に示された表面伝導型電子放出部に相当する。１０２、１０３は、表面伝導型電子放出素子の一対の素子電極と接続されたＸ方向配線及びＹ方向配線である。また、これら素子電極への配線は、素子電極と配線材料が同一である場合は、素子電極と呼ぶ場合もある。
【０１００】
外囲器１１８は、上述の如く、フェースープレート１１６、支持枠１１２、リアプレート１１１で構成したが、リアプレート１１１は主に基板１０１の強度を補強する目的で設けられるため、基板９１自体で十分な強度を持つ場合は別体のリアプレート１１１は不要であり、基板１０１に直接支持枠１１２を封着し、フェースプレート１１６、支持枠１１２、基板１０１で外囲器１１８を構成してもよい。
【０１０１】
一方、フェースプレート１１６、リアプレート１１１間に、スペーサー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１１８を構成することもできる。
【０１０２】
図１４は、蛍光膜である。蛍光膜１１４は、モノクロームの場合は蛍光体のみから成るが、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あるいはブラックマトリクスなど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が設けられる目的は、カラー表示の場合必要となる３原色蛍光体の各蛍光体１２２間の塗り分け部を黒くすることで混色等を目立たなくすることと、蛍光膜１１４における外光反射によるコントラストの低下を抑制することにある。ブラックストライプの材料としては、通常良く用いられている黒鉛を主成分とする材料だけでなく、導電性があり、光の透過及び反射が少ない材料であればこれに限るものではない。
【０１０３】
ガラス基板１１３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、沈殿法、印刷法等が用いられる。
また、蛍光膜１１４の内面側には通常メタルバック１１５が設けられる。メタルバックの目的は、蛍光体の発光のうち内面側への光をフェースプレート１１６側へ鏡面反射させることにより輝度を向上させること、電子ビーム加速電圧を印加するための電極として作用させること、外囲器内で発生した負イオンの衝突によるダメージからの蛍光体の保護等である。メタルバックは、蛍光膜作製後、蛍光膜の内面側表面の平滑化処理（通常フィルミングと呼ばれる）を行い、その後Ａｌを真空蒸着等を用いて堆積させることで作製できる。
【０１０４】
フェースプレート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。
前述の封着を行う際、カラーの場合は各色蛍光体と電子放出素子と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。
【０１０５】
外囲器１１８は、不図示の排気管を通じ、１×１０-7Ｔｏｒｒ程度の真空度にした後、封止がおこなわれる。また、外囲器１１８の封止後の真空度を維持するために、ゲッター処理を行う場合もある。これは、外囲器１１８の封止を行う直前あるいは封止後に、抵抗加熱あるいは高周波加熱等の加熱法により、外囲器１１８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。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、たとえば１×１０-5ないしは１×１０-7Ｔｏｒｒの真空度を維持するものである。
【０１０６】
以上により完成した本発明の画像表示装置において、各電子放出素子には、容器外端子Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍ、Ｄｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じ、電圧を印加することにより、電子放出させ、高圧端子１１７を通じ、メタルバック１１５あるいは透明電極（不図示）に数ｋＶ以上の高圧を印加し、電子ビームを加速し、蛍光膜１１４に衝突させ、励起・発光させることで画像を表示するものである。
【０１０７】
なお、以上述べた構成は、表示等に用いられる好適な画像形成装置を作製す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する。
【０１０８】
次に、単純マトリクス配置の電子源を用いて構成した表示パネルに、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づいたテレビジョン表示を行う為の駆動回路の構成例について、図１５を用いて説明する。
【０１０９】
図１５は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行うための駆動回路の一例を示すブロック図であり、図１５中、１３１は表示パネル、１３２は走査信号発生回路、１３３はタイミング制御回路、１３４はシフトレジスタである。１３５はラインメモリ、１３６は同期信号分離回路、１３７は変調信号発生回路、ＶｘおよびＶａは直流電圧源である。
【０１１０】
表示パネル１３１は、端子Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ、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している。端子Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍには、表示パネル内に設けられている電子源、即ち、ｍ行ｎ列の行列状にマトリクス配線された表面伝導型電子放出素子群を一行（ｎ素子）ずつ順次駆動する為の走査信号が印加される。端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎには、前記走査信号により選択された一行の表面伝導型電子放出素子の出力電子ビームを制御する為の変調信号が印加される。高圧端子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が、これは表面伝導型電子放出素子から放出される電子ビームに蛍光体を励起するのに十分なエネルギーを付与する為の加速電圧である。
【０１１１】
走査信号発生回路１３２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ないしＳｍで模式的に示している）ある。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０Ｖ（グランドレベル）のいずれか一方を選択し、表示パネル１３１の端子Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍと電気的に接続される。Ｓ１乃至Ｓｍの各スイッチング素子は、制御回路１３３が出力する制御信号Ｔｓｃａｎに基づいて動作するものであり、例えばＦＥＴのようなスイッチング素子を組み合わせることにより構成することができる。
【０１１２】
直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には表面伝導型電子放出素子の特性（電子放出しきい値電圧）に基づき走査されていない素子に印加される駆動電圧が電子放出しきい値電圧以下となるような一定電圧を出力するよう設定されている。
【０１１３】
タイミング制御回路１３３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われるように各部の動作を整合させる機能を有する。タイミング制御回路１３３は、同期信号分離回路１３６より送られる同期信号Ｔｓｙｎｃに基づいて、各部に対してＴｓｃａｎおよびＴｓｆｔおよびＴｍｒｙの各制御信号を発生する。
【０１１４】
同期信号分離回路１３６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、一般的な周波数分離（フィルター）回路等を用いて構成できる。同期信号分離回路１３６により分離された同期信号は、垂直同期信号と水平同期信号より成るが、ここでは説明の便宜上Ｔｓｙｎｃ信号として図示した。前記テレビ信号から分離された画像の輝度信号成分は便宜上ＤＡＴＡ信号と表した。該ＤＡＴＡ信号はシフトレジスタ１３４に入力される。
【０１１５】
シフトレジスタ１３４は、時系列的にシリアルに入力される前記ＤＡＴＡ信号を、画像の１ライン毎にシリアル／パラレル変換するためのもので、前記タイミング制御回路１３３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１３４のシフトクロックであるということもできる）。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）のデータは、ｌｄ１乃至ｌｄｎのＮ個の並列信号として前記シフトレジスタ１３４より出力される。
【０１１６】
ラインメモリ１３５は、画像１ライン分のデータを必要時間の間だけ記憶する為の記憶装置であり、タイミング制御回路１３３より送られる制御信号Ｔｍｒｙに従って適宜ｌｄ１乃至ｌｄｎの内容を記憶する。記憶された内容は、ｌ′ｄ１乃至ｌ′ｄｎとして出力され、変調信号発生器１０７に入力される。
【０１１７】
変調信号発生器１３７は、画像データｌ′ｄ１乃至ｌ′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源であり、その出力信号は、端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを通じて表示パネル１３１内の表面伝導型電子放出素子に印加される。
【０１１８】
前述したように、本発明を適用可能な電子放出素子は放出電流Ｉｅに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しきい値電圧Ｖｔｈがあり、Ｖｔｈ以上の電圧を印加された時のみ電子放出が生じる。電子放出しきい値以上の電圧に対しては、素子への印加電圧の変化に応じて放出電流も変化する。このことから、本素子にパルス状の電圧を印加する場合、例えば電子放出閾値以下の電圧を印加しても電子放出は生じないが、電子放出閾値以上の電圧を印加する場合には電子ビームが出力される。その際、パルスの波高値Ｖｍを変化させる事により出力電子ビームの強度を制御することが可能である。また、パルスの幅Ｐｗを変化させることにより出力される電子ビームの電荷の総量を制御する事が可能である。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。
【０１１９】
電圧変調方式を実施するに際しては、変調信号発生器１３７として、一定長さの電圧パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜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。
【０１２０】
パルス幅変調方式を実施するに際しては、変調信号発生器１３７として、一定の波高値の電圧パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パルスの幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を用いることができる。
【０１２１】
シフトレジスタ１３４やラインメモリ１３５は、デジタル信号式のものを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。
【０１２２】
デジタル信号式を用いる場合には、同期信号分離回路１３６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１３６の出力部にＡ／Ｄ変換器を設ければ良い。これに関連してラインメモリ１３５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１３７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１３７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。パルス幅変調方式の場合、変調信号発生器１３７には、例えば高速の発振器およ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電子放出素子の駆動電圧にまで電圧増幅するための増幅器を付加することもできる。
【０１２３】
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１３７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（ＶＣＯ）を採用でき、必要に応じて表面伝導型電子放出素子の駆動電圧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。
【０１２４】
このような構成をとり得る本発明を適用可能な画像表示装置においては、各電子放出素子に、容器外端子Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１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。高圧端子Ｈｖを介してメタルバック１１５、あるいは透明電極（不図示）に高圧を印加し、電子ビームを加速する。加速された電子は、蛍光膜１１４に衝突し、発光が生じて画像が形成される。
【０１２５】
ここで述べた画像形成装置の構成は、本発明を適用可能な画像形成装置の一例であり、本発明の技術思想に基づいて種々の変形が可能である。入力信号については、ＮＴＳＣ方式を挙げたが入力信号はこれに限られるものではなく、ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭ方式など他、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。
【０１２６】
本発明の画像形成装置は、テレビジョン放送の表示装置、テレビ会議システムやコンピュータ等の表示装置の他、感光性ドラム等を用いて構成された光プリンターとしての画像形成装置等としても用いることができる。
【０１２７】
【実施例】
以下、実施例を挙げて、本発明をさらに詳述する。
（実施例１、２、３）
本実施例にかかわる基本的な電子放出素子の構成は、図１の（ａ）、（ｂ）の平面図及び断面図、及び図２の（ａ）、（ｂ）の拡大した平面図及び断面図と同様である。
【０１２８】
本実施例にかかわる表面伝導型電子放出素子の製造法は、基本的には図７、図８同様である。以下、図１、図２、図７、図８を用いて、本実施例に関わる素子の基本的な構成及び製造方法を説明する。
【０１２９】
以下、順をおって製造方法の説明を図１、図２及び図７、図８基づいて説明する。
工程−ａ
最初に、清浄化した青板基板上にＳｉＯ2 を１μｍの厚さで成膜した基板１上に、素子電極間ギャップＬとなるべきパターンをホトレジストで形成し、電子ビーム蒸着法により、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ３０ｎｍのPt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、Ｐｔ／Ｔｉ堆積膜をリストオフ、素子電極間隔Ｌは２０μｍ、素子電極の幅Ｗが５００μｍを有する素子電極２、３を形成した（図７ａ）。
【０１３０】
工程−ｂ
膜厚１００ｎｍのＣｒ膜を真空蒸着により堆積し、後述の導電性薄膜の形状に対応する開口を有するようにパターニングし、そのうえに有機パラジウム化合物溶液（ｃｃｐ４２３０  奥野製薬（株）社製）をスピンナーにより回転塗布、３００℃で１２分間の加熱焼成処理をした。また、こうして形成された主成分としてＰｄＯよりなる微粒子からなる導電性薄膜４の膜厚は６nmから15nmの膜厚、シート抵抗Rsは０．５ｘ１０の４乗Ω／口から４ｘ１０の４乗Ω／口であった。なおここで述べる微粒子膜とは、前述したように、複数の微粒子が集合した膜である。
【０１３１】
工程−ｃ
Ｃｒ膜および焼成後の導電性薄膜４を酸エッチャントによりエッチングして、導電性薄膜４の幅Ｗ′が３００μｍとなるよう所望のパターンの導電性薄膜４を形成した（図7（ｂ））。
【０１３２】
以上の工程により基板１上に、素子電極２、３、導電性薄膜４を形成した。
なお、全く同じ工程により、実施例２、３の素子および比較例の素子を作製した。
【０１３３】
工程−ｄ
次に、図３の測定評価装置に設置し、真空ポンプにて排気し、１×１０-6Ｐａの真空度に達した後、素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源３１より、素子の素子電極２、３間に電圧を印加し、フォーミング処理を行い、導電性薄膜に第１の間隙７を形成した。フォーミング処理の電圧波形は図８の（a）に示したものである（図７（ｃ）、図９（ａ））。
【０１３４】
図８の（a）中、Ｔ１及びＴ２は電圧波形のパルス幅とパルス間隔であり、本実施例ではＴ１を１ｍｓｅｃ、Ｔ２を１６．７ｍｓｅｃとし、フォーミング処理を行った。尚、実施例１、２，３、及び比較例の各素子は、導電性素子膜の抵抗値や膜形状及び膜構造が異なるので、間隙７を素子全体に形成するためにフォーミングの最大電圧値を変えて行った。フォーミング後、素子間の抵抗は１Mオーム以上であった。
さらに、測定評価装置内に水素を1００Ｐａの圧力となるように導入し、この素子の導電性薄膜を還元して、抵抗を減じた。
実施例１：フォーミング電圧１２V
実施例２：フォーミング電圧１５V
実施例３：フォーミング電圧１５V
工程−ｅ
続いて、上記工程で導入した水素を十分排気した後、測定評価装置および素子を、200℃で2時間ベーキングした。室温に戻ったところで、測定評価装置内の真空度を計測したところ、１×１０-6Ｐａまで達していた。ここで、活性化工程を行うために、をスローリークバルブを通して真空装置内にトルニトリルを導入し、０×１０-4Ｐａから５．０×１０-4Ｐａの圧力維持した。トルニトリルを導入してから1時間経過したところで、フォーミング処理した素子に、素子電極２、３を介して電圧パルスを印加した。なお、図１６に、印加電圧の波形を示す。実施例１において印加電圧値は、15Ｖとした。電圧印加開始から６０分後に通電を停止し、スローリークバルブを閉め、活性化処理を終了した。
一方、実施例１の素子と同一のフォーミング工程を行った実施例２、３の素子に、下記の条件で電圧印加を行い活性化工程を施した。
【０１３５】
実施例２の素子：本実施例の素子と同じ条件で１６Ｖの印加電圧で６0分間通電し、活性化工程を終了した。
実施例３の素子：本実施例の素子と同じ条件で１６Ｖの印加電圧で40分間通電し、活性化工程を終了した。
【０１３６】
また、本実施例において、図１１に示すような素子電極の形状、つまり、基板に対して斜め構造とすることで、導電性素子膜と電極との電気接続が安定におこなわれるので、導電性素子膜がとくに薄い場合は望ましい構造である。
【０１３７】
なお、いずれの素子においても、間隙近傍の堆積物を、電子プローブマイクロアナリシス（ＥＰＭＡ）およびＸ線光電子分光（ＸＰＳ）、さらにはオージェ電子分光によって元素分析し、いずれの素子においても堆積物が炭素を主成分としてなることを確認した。
【０１３８】
工程−ｆ
続いて、安定化工程を行う。真空装置及び電子放出素子をヒーターにより加熱して約300℃に維持しながら真空装置内の排気を続けた。２０時間後、ヒーターによる加熱をやめ、室温に戻したところ真空装置内の圧力は１×１０-8Ｐａ程度に達した。
【０１３９】
続いて、電子放出特性とエネルギー分析の測定を行った。
アノード電極３４と電子放出素子の間の距離Ｈを４ｍｍとし、高圧電源３３によりアノード電極３４に３ｋＶの電位を与えた。この状態で、電源３１を用いて素子電極２、３の間に、それぞれ、活性化処理時に印加した最終電圧の波高値の矩形パルス電圧を印加して駆動し、電流計３０及び電流計３２により、本実施例の素子特性を評価した。
【０１４０】
また、図６で示すエネルギー分析装置で各電子放出素子から真空中に放出した電子のエネルギー分析を評価した。ここで、最初に各電子放出素子からの放出電流Ie1を２μAから５．０μAの間に設定し、そのときのエネルギー分布の半値幅HW1を測定する。つぎに放出電流Ie1を４分の１になるような放出電流にして半値幅HW2を測定した。
【０１４１】
その結果、実施例１の素子のＨＷ１は１．８ｅＶ、ＨＷ２は１．７５ｅＶ、ＨＷ２／ＨＷ１は０．９７で、電子放出効率（放出電流／素子電流）は０．２８であった。
【０１４２】
実施例２の素子のＨＷ１は２．２２ｅＶ、ＨＷ２は２．０ｅＶ、ＨＷ２／ＨＷ１は０．９で、電子放出効率（放出電流／素子電流）は０．２４であった。
実施例３の素子のＨＷ１は２．６ｅＶ、ＨＷ２は２．０ｅＶ、ＨＷ２／ＨＷ１は０．８で、電子放出効率（放出電流／素子電流）は０．２であった。
【０１４３】
（実施例４）
本実施例は、多数の表面伝導電子放出素子を単純マトリクス配置した電子源を用いた画像形成装置の例である。
【０１４４】
電子源の一部の平面図を図１７に示す。また、図中のＡ−Ａ′断面図を図１８に示す。但し図１７、図１８で、同じ記号を示したものは、同じものを示す。ここで１０１は基板、１０２は図１２のＤＸｍに対応するＸ方向配線（下配線とも呼ぶ）、１０３は図９のＤＹｎに対応するＹ方向配線（上配線とも呼ぶ）、４は導電性薄膜、２、３は素子電極、１７１は層間絶縁層、１７２は素子電極２と下配線１０２と電気的接続のためのコンタクトホールである。
【０１４５】
次に製造方法を図２０により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０．５ｍｍのシリコン酸化膜をスパッタ法で形成した基板１上に、真空蒸着により厚さ５ｎｍのＣｒ、厚さ０．６ｍｍのＡｕを順次積層した後、ホトレジスト（ＡＺ１３７０ヘキスト社製）をスピンナーにより回転塗布、ベークした後、ホトマスク像を露光、現像して、下配線１０２のレジストパターンを形成し、Ａｕ／Ｃｒ堆積膜をウエットエッチングして、所望の形状の下配線１０２を形成する（図１９（ａ））。
【０１４６】
工程−ｂ
次に厚さ１．０μｍのシリコン酸化膜からなる層間絶縁層１７１をＲＦスパッタ法により堆積する（図１９の（ｂ））。
【０１４７】
工程−ｃ
工程−ｂで堆積した層間絶縁層１７１にコンタクトホール１７２を形成するためのホトレジストパターンを作り、これをマスクとして層間絶縁層１７１をエッチングしてコンタクトホール１７２を形成する（図１９の（ｃ））。
【０１４８】
工程−ｄ
その後、素子電極２と素子電極間ギャップＬとなるべきパターンをホトレジストで形成し、スパッタ法により、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ０．１ｍｍのＰｔ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、Ｐｔ／Ｔｉ堆積膜をリフトオフし、素子電極間隔Ｌ＝２０μｍ、素子電極の幅Ｗ＝０．３ｍｍを有する素子電極２，３を形成した（図１６の（ｄ））。
【０１４９】
工程−ｅ
素子電極２，３の上に上配線１０３のホトレジストパターンを形成した後、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ０．５ｍｍのＡｕを順次真空蒸着により堆積し、リフトオフにより不要の部分を除去して、所望の形状の上配線１０３を形成した（図２０の（ｅ））。
【０１５０】
工程−ｆ
膜厚０．１ｍｍのＣｒ膜１９１を真空蒸着により堆積・パターニングし、その上に有機パラジウム化合物溶液（ｃｃｐ４２３０奥野製薬（株）社製）をスピンナーにより回転塗布、３００℃で１０分間の加熱焼成処理をした（図２０の（ｆ））。また、こうして形成された主元素としてＰｄよりなる微粒子からなる導電性薄膜４の膜厚は１０ｎｍ、シート抵抗値は１×１０4 Ω／口であった。
【０１５１】
工程−ｇ
Ｃｒ膜１９１および焼成後の導電性薄膜４を酸エッチャントによりエッチングしてリフトオフすることで所望のパターンの導電性薄膜４を形成した（図２０の（ｇ））。
【０１５２】
工程−ｈ
コンタクトホール１７２部分以外にレジストを塗布するようなパターンを形成し、真空蒸着により厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ０．５ｍｍのＡｕを順次堆積した。リフトオフにより不要の部分を除去することにより、コンタクトホール１７２を埋め込んだ（図２０の（ｈ））。
【０１５３】
以上の工程により絶縁性基板１上に下配線１０２、層間絶縁層１７１、上配線素子電極２，３、導電性薄膜４を形成した。
つぎに、以上のようにして作製した電子源基板を用いて、電子源及び表示装置を構成した例を、図１３と図１４を用いて説明する。
【０１５４】
以上のようにして素子を作製した基板１をリアプレート１１１上に固定した後、基板１の５ｍｍ上方に、フェースプレート１１６（ガラス基板１１３の内面に蛍光膜１１４とメタルバック１１５が形成されて構成される）を、支持枠１１２を介し配置し、フェースプレート１１６、支持枠１１２、リアプレート１１１の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中で４００℃で１０分焼成することで封着した。また、リアプレート１１１への基板１の固定もフリットガラスで行った。
【０１５５】
本実施例において図１０の１０４は電子放出部形成前の電子放出素子（例えば、図５の（ｂ）に相当する）であり、１０２，１０３はそれぞれＸ方向及びＹ方向の素子配線である。
【０１５６】
蛍光膜１１４は、モノクロームの場合は蛍光体のみから成るが、本実施例では蛍光体はストライプ形状を採用した。先にブラックストライプを形成し、その間隙部に各色蛍光体を塗布し、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良く用いられている黒鉛を主成分とする材料を用いた。ガラス基板１１３に蛍光体を塗布する方法はスラリー法を用いた。
【０１５７】
また、蛍光膜１１４の内面側には通常メタルバック１１５が設けられる。メタルバックは、蛍光膜作製後、蛍光膜の内面側表面の平滑化処理（通常フィルミングと呼ばれる）を行い、その後、Ａｌを真空蒸着することで作製した。
【０１５８】
フェースプレート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、メタルバックのみで十分な導伝性が得られたので省略した。
【０１５９】
前述の封着を行う際、カラーの場合は各色蛍光体と電子放出素子とを対応させなくてはいけないため、十分な位置合わせを行った。
以上のようにして完成したガラス容器内の雰囲気を排気管（図示せず）を通じ真空ポンプにて排気し、十分な真空度に達した後、容器外端子ＤｏｘｌないしＤｏｘｍとＤｏｙｌないしＤｏｙｎを通じ電子放出素子１０４の電極２，３間に電圧を印加し、導電性薄膜４をフォーミング処理した。フォーミング処理の電圧波形は、図８の（ｂ）と同様である。フォーミングで印加した最大電圧は約１４Ｖであった。
【０１６０】
本実施例ではＴ１を１ｍｓｅｃ、Ｔ２を１０ｍｓｅｃとし、約１．３×１０-3Ｐａの真空雰囲気下で行った。
その後、容器内に水素を窒素で2％に希釈した混合ガスを大気圧まで導入し、電子源基板上の全ての素子の導電性薄膜を還元して、抵抗を減じた。
【０１６１】
続いて、上記工程で導入した水素と窒素の混合ガスを十分排気した後、パネル全体を、２００℃で2時間ベーキングした。室温に戻ったところで、パネル内の圧力を計測したところ、1×１０-6Ｐａまで達していた。
次に、パネルの排気管より、全圧が６．０×１０-4Ｐａとなるようにトルニトリルをパネル内に導入し、維持した。トルニトリルを導入してから２時間経過したところで、容器外端子ＤｏｘｌないしＤｏｘｍとＤｏｙｌないしＤｏｙｎを通じ電子放出素子１０４の電極２，３間に、図１３と同様の波形で、１０Ｖから電圧を印加し始め、１６Ｖまで昇圧し、その後１６Ｖの一定電圧で６０分間保持して、終了した。
【０１６２】
このように、フォーミング、活性化処理を行い、電子放出素子１０４を作製した。
次にパネル全体を３００℃に加熱しながら排気し、室温まで降温して内部を１０-7Ｐａ程度の圧力とした後、不図示の排気管をガスバーナーで熱することで溶着し外囲器の封止を行った。
【０１６３】
最後に、封止後の圧力を維持するために、高周波加熱法でゲッター処理を行った。
以上のように完成した本発明の画像表示装置において、各電子放出素子には、容器外端子ＤｏｘｌないしＤｏｘｍ、ＤｏｙｌないしＤｏｙｎを通じ、走査信号及び変調信号を不図示の信号発生手段よりそれぞれ、印加することにより、電子放出させ、高圧端子１１７を通じ、メタルバック１１５、あるいは透明電極（不図示）に５ｋＶ以上の高圧を印加し、電子ビームを加速し、蛍光膜１１４に衝突させ、励起・発光させることで画像を表示した。
【０１６４】
本実施例における画像表示装置は、高効率で良好な画像を表示することができた。
（実施例５）
本実施例では、テレビジョン放送をはじめとする種々の画像情報源より提供される画像情報を表示できるように構成した表示装置の一例を示す。図１３に示した画像形成装置を図１５に示した駆動回路を用いて、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行った。
【０１６５】
本表示装置においては、とりわけ表面伝導型放出素子を電子ビーム源とするディスプレイパネルの薄形化が容易なため、表示装置の奥行きを小さくすることができる。それに加えて、表示伝導型放出素子を電子ビーム源とするディプレイパネルは大画面化が容易で輝度が高く視野角特性にも優れるため、本表示装置は臨場感にあふれ迫力に富んだ画像を視認性良く表示する事が可能である。
【０１６６】
本実施例における表示装置は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じたテレビ画像を高輝度で、かつ安定して表示することができた。
【０１６７】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の電子放出素子によれば、基体表面上に、一対の電極にそれぞれ電気的に接続されている一対の導電性薄膜を有し、該一対の導電性薄膜が、該一対の電極間に第一の間隙を置いて対向して配置され、該第一の間隙内に第二の間隙を置いて対向している一対の炭素を有する膜を有し、一方の炭素を有する膜が、該一対の導電性薄膜の一方と電気的に接続し、他方の炭素を有する膜が、該一対の導電性薄膜の他方と電気的に接続された電子放出素子において、駆動時の放出電流におけるエネルギー分布の半値幅ＨＷ１と、該放出電流の4分の１におけるエネルギー分布の半値幅ＨＷ２の比（ＨＷ２／ＨＷ１）が、０．８以上１．０以下とすることにより電子放出効率が高い電子放出素子が得られる。
【０１６８】
さらには、本発明の電子放出効率が高い電子放出素子を用いた電子源あるいは画像形成装置においては、多数の電子放出素子を配列しても非常に高輝度であり、特に蛍光体を用いた画像表示装置では、輝度が高く、消費電力の低い画像表示装置が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子放出素子の模式図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】本発明の電子放出部近傍の拡大模式図でで、（ａ）は平面図、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ断面図である。
【図３】測定評価機能を備えた真空処理装置の一例を示す模式図である。
【図４】本発明の電子放出素子を説明するためのエネルギーバンド図である。
【図５】本発明の電子放出素子から放出される電子のエネルギー分布図である。
【図６】本発明の電子放出素子から放出される電子のエネルギー分布を測定するためのエネルギー分析装置を示す模式図である。
【図７】本発明の電子放出素子の製造工程の一部を示す模式図である。
【図８】本発明の電子放出素子の製造工程の一部であるフォーミング工程に用いることのできる電圧波形の一例を示す模式図である。
【図９】本発明の電子放出素子の製造工程の一部である活性化工程を示す模式図である。
【図１０】本発明の電子放出素子の放出電流Ｉｅ、素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆとの関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の第１の実施例において電極形状を改良した電子放出素子の模式図である。
【図１２】本発明の電子放出素子を単純マトリクス配置した電子源に適用した一例を示す模式図である。
【図１３】本発明の電子放出素子を画像形成装置に適用した一例を示す模式図である。
【図１４】蛍光膜の一例を示す模式図である。
【図１５】本発明の電子放出素子を画像形成装置に適用した際に、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行うための駆動回路のブロック図である。
【図１６】本発明の電子放出素子の製造工程の一部である活性化工程に用いられた電圧波形を示す模式図である。
【図１７】本発明の電子放出素子を単純マトリクス配置した電子源に適用した一例を示す模式図である。
【図１８】図１７の折れ線Ａ−Ａ′に沿った部分断面模式図である。
【図１９】本発明の実施例に係わる電子源の製造工程を説明するための模式図である。
【図２０】本発明の実施例に係わる電子源の製造工程を説明するための模式図である。
【図２１】従来の電子放出素子の構成を示す模式図である。
【図２２】従来の別の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、３  電極
４  導電性薄膜
５  電子放出部
６  炭素あるいは炭素化合物
７  導電性薄膜に形成された第一の間隙
８  第一の間隙よりも狭い堆積物に形成された第二の間隙
２１、２２  炭素を主成分とする堆積物
３０  素子電極２，３間の導電性薄膜４を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計
３１  電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源
３２  電子放出素子から放出された放出電流Ｉｅを測定するための電流計
３３  アノード電極３４に電圧を印加するための電圧電源
３４  電子放出素子から放出される電子を加速および補足するためのアノード電極
６０  電子放出素子
６１，６２，６３，６４  四重極エネルギー分析装置の電極
６５、６６，６７  四重極エネルギー分析装置の電極に電圧を印加するための電源
１０１  電子源基板
１０２  Ｘ方向配線
１０３  Ｙ方向配線
１０４  電子放出素子
１１１  リアプレート
１１２  支持枠
１１３  ガラス基板
１１４  蛍光膜
１１５  メタルバック
１１６  フェースプレート
１１７  高圧端子
１１８  外囲器
１２１  黒色部材
１２２  蛍光体
１３１  表示パネル
１３２  走査回路
１３３  制御回路
１３４  シフトレジスタ
１３５  ラインメモリ
１３６  同期信号分離回路
１３７  変調信号発生器
Ｖｘ、Ｖａ  直流電源
１７１  層間絶縁層
１７２  コンタクトホール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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