(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隙をおいて対向配置された一対の導電性膜と、前記導電性膜上と前記間隙内に配置された、前記間隙内に当該間隙よりも狭い間隙を形成するカーボン膜とを有する電子放出素子であって、前記導電性膜上のカーボン膜の、膜厚方向における比抵抗が、０．００１Ωｍ以下であることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
複数の電子放出素子を有する電子源であって、前記電子放出素子が、請求項１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３】
電子源と、画像形成部材とを有する画像形成装置であって、前記電子源が、請求項２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４】
更に、ＴＶ信号受信回路と、ＴＶ信号に基づいて画像表示するための駆動回路とを有することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
更に、画像入力装置と接続するための画像入力インターフェース回路と、前記回路から入力された信号に基づいて画像表示するための駆動回路とを有することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項６】
更に、画像メモリ装置と接続するための画像メモリインターフェース回路と、前記回路から入力された信号に基づいて画像表示するための駆動回路とを有することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項７】
更に、外部のコンピュータ、コンピュータネットワーク、又はプリンタと接続するための入出力インターフェース回路と、前記回路から入力された信号に基づいて画像表示するための駆動回路とを有することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【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、該素子を複数用いた電子源、およびこれらを用いた表示装置や露光装置等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子放出素子としては大別して熱電子放出素子源と冷陰極電子源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源には電界放出型（以下、「ＦＥ型」という。）、金属／絶縁層／金属型（以下、「ＭＩＭ型」という。）や表面伝導型電子放出素子等がある。ＦＥ型の例としてはＷ．Ｐ．Ｄｙｋｅ＆Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，”Ｆｉｅｌｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ”，Ａｄｖａｎｃｅ  ｉｎ  Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）あるいはＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，”ＰＨＹＳＩＣＡＬ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ  ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｆｉｅｌｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｃａｔｈｏｄｅｓ  ｗｉｔｈ  ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ  ｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）等に開示されたものが知られている。
【０００３】
ＭＩＭ型の例としてはＣ．Ａ．Ｍｅａｄ，”Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｔｕｎｎｅｌ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌｙ．Ｐｈｙｓ．，３２，６４６（１９６１）等に開示されたものが知られている。
【０００４】
表面伝導型電子放出素子の例としては、Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，Ｒｅｃｉｏ・Ｅｎｇ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｈｙｓ．，１０，１２９０，（１９６５）等に開示されたものがある。
【０００５】
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  Ｆｉｌｍｓ”，９，３１７（１９７２］，Ｉｎ２Ｏ３／ＳｎＯ２薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ  ａｎｄ  Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：”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。
【０００６】
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１１に模式的に示す。同図において１１１は基板である。１１４は導電性膜で、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、通電処理により電子放出部１１５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。
【０００７】
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膜１１４に予め通電フォーミングと呼ばれる通電処理を施して電子放出部１１５を形成するのが一般的であった。即ち、前記導電性膜１１４両端に直流電圧或いはパルス電圧を印加し、導電性膜１１４を局所的に破壊、変形もしくは変質させて、電気的に高抵抗な状態にした電子放出部１１５を形成するのである。このとき、導電性膜１１４の一部に亀裂が発生し、微小間隙が形成される。
【０００８】
前記微小間隙を形成した表面伝導型電子放出素子は、上述導電性膜１１４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１１５（微小間隙付近）より電子を放出させるものである。
【０００９】
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れば、蛍光体など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することができる。
【００１０】
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のが実状であった。
【００１１】
そこで、例えば特開平０８−２６４１１２、特開平０８−１６２０１５、特開平０９−０２７２６８、特開平０９−０２７２７２、特開平１０−００３８４８、特開平１０−００３８４７、特開平１０−００３８５３、特開平１０−００３８５４号公報等に開示されているように、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。
【００１２】
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、素子にパルス電圧の印加を繰り返す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、炭素や炭素化合物からなる膜が素子の少なくとも電子放出部に堆積し、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ようになる。
【００１３】
図１９を用いて、従来の電子放出素子の製造方法の一例を示す。
【００１４】
まず、基板１上に、第１の電極２と、第２の電極３を配置する（図１９（ａ））。
【００１５】
次に、第１および第２の電極間をつなぐ導電性膜４を配置する（図１９（ｂ））。
【００１６】
そして、前述したフォーミング処理を行う。具体的には、上記導電性膜に電流を流すことで、導電性膜４の一部に第２の間隙６を形成する（図１９（ｃ））。
【００１７】
さらに、前述した活性化処理を行う。具体的には、上記導電性膜に電流を流すことで、第２の間隙６内の基板１上、およびその近傍の導電性膜４上にカーボン膜１０を配置する。この活性化工程により、上記第２の間隙よりも狭い、第１の間隙７が形成され、電子放出部５が形成される（図１９（ｄ））。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
電子放出素子を適用した画像形成装置が明るい画像を安定して表示するためには、より更に高い電子放出効率で且つ安定した電子放出特性を、より更に長時間保持し続けられること技術が望まれている。
【００１９】
ここでいう電子放出効率とは、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、該電極間に流れる電流（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）との比率である。
【００２０】
高い電子放出効率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可能となる。
【００２１】
このような応用に用いるためには、実用的な電圧（例えば１０Ｖ〜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及び素子電流Ｉｆが劣化しないこと、が求められる。
【００２２】
しかしながら、前述した従来の表面伝導型電子放出素子の製造方法では、以下のような問題点があった。
【００２３】
素子の電子放出効率、寿命等の素子特性は、活性化工程によって堆積した炭素あるいは炭素化合物からなるカーボン膜１０（図１９（ｄ）参照）の構造や安定性によって左右されるようになる。
【００２４】
また、上記したフォーミング工程により形成される第２の間隙６の形状は、図２０に模式的に示すように、その幅が不均一な形状に形成される場合があった。図２０は、フォーミング工程を行った素子（図１９（ｃ））の平面模式図である。また、フォーミング工程により形成される第２の間隙６は、電極２、３間で大きく蛇行する場合があった。このように、フォーミング工程により形成される第２の間隙６の形状が不均一であると、素子電極２，３間に電圧をかけた時、上記間隙６に生じる電界が不均一となる。
【００２５】
前記不均一な第２の間隙６を有する素子においても、前述の活性化工程を施すことによって、炭素や炭素化合物からなるカーボン膜１０を、上記間隙６内の基板１上およびその近傍の導電性膜４上に堆積させることにより、上記間隙６を埋め、間隙の幅を実質的に狭めることができる。
【００２６】
その結果、フォーミング工程によって形成された間隙６の幅のばらつきを低減することができるとともに、放出電流Ｉｅおよび素子電流Ｉｆを増大させることができる。
【００２７】
しかしながら、上記活性化工程を行っても、素子電極２，３から間隙６までの距離の不均一さ（間隙６の蛇行）は基本的に低減されない。
【００２８】
そして、また、フォーミング工程によって形成された間隙６の幅の不均一さに依存して、活性化工程によって形成される、カーボン膜１０の堆積量が不均一となる場合があった。
【００２９】
これらの不均一性によって、素子電極２，３間に電圧をかけた時、第１の間隙７部に実効的に印加される電圧が不均一となる、また、領域によって放出電流Ｉｅの違いが生じたり、また、局所的に大きな電界がかかり劣化しやすい領域が生じることがある。
【００３０】
そして、必要な電子放出効率が得られなかったり、放出電流Ｉｅが素子間でばらついたり、駆動中の特性の変動や劣化が生じる場合があった。
【００３１】
従って、電子放出素子を用いたフラットテレビ等に応用可能な高品位な画像形成装置を実現するためには、該電子放出素子の電子放出部に、より一層好適な構造と安定性を有する炭素あるいは炭素化合物からなるカーボン膜を形成する必要がある。
【００３２】
本発明は、上記問題を鑑み、良好な電子放出特性を均一に、長時間にわたり安定して実現する電子放出素子の製造方法を達成し、該製造方法を用いて電子源及び画像形成装置の製造方法を構成し、これらの製造方法によって、良好な電子放出特性が均一に得られる電子放出素子、電子源、さらには該電子源を用いてなる高輝度で均一な表示特性に優れた画像形成装置を提供するものである。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、間隙をおいて対向配置された一対の導電性膜と、前記導電性膜上と前記間隙内に配置された、前記間隙内に当該間隙よりも狭い間隙を形成するカーボン膜とを有する電子放出素子であって、前記導電性膜上のカーボン膜の、膜厚方向における比抵抗が、０．００１Ωｍ以下であることを特徴とする。
【００３４】
また、上記本発明の電子放出素子は、複数の電子放出素子を有する電子源に好ましく適用することができる。
【００３５】
また、上記本発明の電子放出素子は、電子源と、画像形成部材とを有する画像形成装置に好ましく適用することができる。
【００３６】
本発明の電子放出素子の製造方法は、基板上に、第２の間隙を有する導電性部材を配置する工程と、炭素化合物を含む雰囲気下で、前記導電性部材から離れて配置した電子放出手段から、少なくとも前記第２の間隙に、電子線を照射を照射する工程と、炭素化合物を含む雰囲気下で、前記導電性部材に電圧を印加する工程と、を有することを特徴とする。
【００３７】
また、本発明の電子放出素子の製造方法は、基板上に、第２の間隙を置いて第１および第２の導電性部材を配置する工程と、炭素化合物を含む雰囲気下で、前記導電性部材から離れて配置した電子放出手段から、少なくとも前記第２の間隙に、電子線を照射をする工程と、炭素化合物を含む雰囲気下で、前記第１および第２の導電性部材間に電圧を印加する工程と、を有することを特徴とする。
【００３８】
また、本発明の電子放出素子の製造方法は、基板上に、第２の間隙を有する導電性部材を配置する工程と、炭素化合物を含む雰囲気下で、前記導電性部材から離れて配置した電子放出手段から、少なくとも前記第２の間隙に、電子線を照射をしながら前記導電性部材に電圧を印加する工程と、を有することを特徴とする。
【００３９】
また、本発明の電子放出素子の製造方法は、基板上に、第２の間隙を置いて第１および第２の導電性部材を配置する工程と、炭素化合物を含む雰囲気下で、前記導電性部材から離れて配置した電子放出手段から、少なくとも前記第２の間隙に、電子線を照射をしながら前記第１および第２の導電性部材間に電圧を印加する工程と、を有することを特徴とする。
【００４０】
また、本発明の電子放出素子の製造方法は、基板上に、第２の間隙を有する導電性部材を配置する工程と、炭素化合物を含む雰囲気下で、前記導電性部材に電圧を印加している期間内に、前記導電性部材から離れて配置した電子放出手段から、少なくとも前記第２の間隙に電子線を照射をする工程と、を有することを特徴とする。
【００４１】
また、本発明の電子放出素子の製造方法は、基板上に、第２の間隙を置いて第１および第２の導電性部材を配置する工程と、炭素化合物を含む雰囲気下で、前記第１および第２の導電性部材間に電圧を印加している期間内に、前記導電性部材から離れて配置した電子放出手段から、少なくとも前記第２の間隙に電子線を照射をする工程と、を有することを特徴とする。
【００４２】
また、上記本発明の製造方法は、複数の電子放出素子を有する電子源の製造方法に好ましく適用することができる。
【００４３】
また、上記本発明の製造方法は、電子源と、画像形成部材とを有する画像形成装置の製造方法に好ましく適用することができる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の製造方法の一例を図１、図２、図４を用いて詳細に説明する。
【００４５】
図１は、本発明が好ましく適用される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。図２、図４は本発明の製造方法の一部を示す模式図である。
【００４６】
図１、図２、図４中、１１は基板、１２，１３は素子電極、１４は導電性膜、１５は炭素を主成分とするカーボン膜（導電性被膜）、１００は電子放出部、１６は第２の間隙、１７は第１の間隙である。
【００４７】
（工程Ａ）
まず、対向する電極１２、１３を作成する。そのために、基板１１を洗剤、純水およ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材料を堆積後、フォトリソグラフィー技術を用いて基板１１上に電極１２、１３を形成する（図２（ａ））。あるいは、オフセット印刷法などの印刷法により電極を作成することもできる。好ましくは印刷法、その中でも特にオフセット印刷法を用いれば安価に大面積に形成できるので好ましい。
【００４８】
本発明において、基板１１には、Ｎａ等の不純物含有量を減少したガラス、石英ガラス、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セラミックス及びＳｉ基板等を用いることもできる。
【００４９】
電極１２，１３の材料としては、ごく一般的な導体材料を用いることができる。例えばＮｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属或いは合金、及びＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ２、Ｐｄ−Ａｇ等の金属或いは金属酸化物、あるいは上記金属、合金、金属酸化物のいずれかとガラス等から構成される印刷導体、あるいは、また、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される。
【００５０】
素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、導電性膜１４の形状等は、応用される形態等を考慮して、設計される。素子電極間隔Ｌは、好ましくは数百ｎｍ〜数百μｍの範囲とし、より好ましくは、素子電極間に印加する電圧等を考慮して、数μｍ〜数十μｍの範囲とする。
【００５１】
素子電極長さＷは、電極の抵抗値、電子放出特性を考慮すると、好ましくは数μｍ〜数百μｍの範囲であり、素子電極１２、１３の膜厚ｄは、好ましくは数十ｎｍ〜数μｍの範囲である。
【００５２】
尚、図１に示した構成だけでなく、基板１上に、導電性膜１４、対向する素子電極１２、１３の順に積層した構成とすることもできる。
【００５３】
（工程Ｂ）
次に、導電性膜１４を形成する。例えば電極１２、１３を設けた基板１１に、有機金属溶液を塗布して、有機金属膜を形成する。有機金属溶液は、前述の導電性膜１４の材料の金属を主元素とする有機金属化合物の溶液である。この有機金属膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッチング等によりパターニングし、導電性膜１４を形成する（図２（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はなく、真空蒸着法、スパッタ法、化学的気相堆積法、分散塗布法、ディッピング法、スピンナー法、インクジェット法等を用いることができる。
【００５４】
インクジェット法を用いた場合には、１０ｎｇから数十ｎｇ程度の微小液滴を再現性良く発生し基板に付与することができ、フォトリソグラフィによるパターニングや真空プロセスが不要であるため、生産性の上から好ましい。インクジェット法の装置としては、エネルギー発生素子として電気熱変換体を用いたバブルジェット（登録商標）タイプ、或いは圧電素子を用いたピエゾジェットタイプ等が使用可能である。上記液滴の焼成手段としては、電磁波照射手段や加熱空気照射手段、基板全体を加熱する手段が用いられる。電磁波照射手段としては、例えば赤外線ランプ、アルゴンイオンレーザー、半導体レーザー等を用いることができる。
【００５５】
導電性膜１４を構成する材料は、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｄ等の金属、ＰｄＯ，ＳｎＯ２，Ｉｎ２Ｏ３，ＰｂＯ，Ｓｂ２Ｏ３等の酸化物、ＨｆＢ２，ＺｒＢ２，ＬａＢ６，ＣｅＢ６，ＹＢ４，ＧｄＢ４等の硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，Ｔａ，Ｃ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体、を用いることが可能である。
【００５６】
導電性膜１４の膜厚は、素子電極１２、１３へのステップカバレージ、素子電極１２、１３間の抵抗値等を考慮して適宜設定されるが、通常は、数Å〜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、Ｒｓが１×１０２〜１×１０７Ω／□の値である。尚、Ｒｓは、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）とおいた時の値である。
【００５７】
（工程Ｃ）
次に、導電性膜１４に第２の間隙１６を形成するフォーミング工程を行う。具体的には、一対の電極１２，１３間に電圧（特にはパルス電圧）を印加し、導電性膜１４に電流を流すことで通電を行うことにより、該導電性膜１４の一部に、局所的に破壊、変形もしくは変質等の構造の変化した微小間隙１６を形成する（図２（ｃ））。尚、同図では間隙１６を境に、導電性膜１４が、左右に完全に分離されて示されているが、一部でつながっている場合もある。そのため、上記フォーミング工程を行って間隙１６が形成された導電性膜１４は、間隙１６を置いて対向する一対の導電性膜（導電性部材）１４ということもできるし、また、間隙１６を有する導電性膜（導電性部材）１４と言うこともできる。
【００５８】
上記通電処理における電圧波形の一例を図３に示す。図３においてパルス幅Ｔ１は１μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ、パルス間隔Ｔ２は１０μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃの範囲で自由に設定される。三角波の波高値は、導電性膜の材質、膜厚に応じて選択される。以上の条件のもと、数秒から数十分間パルス電圧を印加する。間隙１６の形成の完了は、電圧印加時の電流値を測定しておき、電流値がある設定値以下になったことをもって判定すればよい。例えば、０．１Ｖ程度の電圧印加により流れる電流を測定し、抵抗値を求めて、１ＭΩ以上の抵抗を示した時、通電フォーミングを終了する。
【００５９】
（工程Ｄ）
上記のように形成された第２の間隙１６を有する導電性膜１４に対して、炭素を主成分とするカーボン膜（導電性被膜）１５を形成する、活性化工程を行う（図２（ｄ））。この工程により、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅを著しく増大させることができる。
【００６０】
本発明においては、この活性化工程において、図４に示したように、電子放出素子の外部に電子放出手段４１を別途を設け、該電子放出手段から射出される電子線を、間隙１６近傍で下記▲１▼から▲３▼のいずれかの領域に照射しながら、電極１２，１３間に電圧を印加して炭素を主成分とする導電性被膜（カーボン膜）１５の形成を行う。つまり、電子放出手段からの電子線照射と同時に電極１２，１３間に電圧印加を行うのである。
【００６１】
前記電子線の照射領域としては、
▲１▼前記間隙１６内の基体１１、
▲２▼前記間隙１６内の基体１１およびその近傍の導電性膜１４、
あるいは
▲３▼前記間隙１６内の基体１１および導電性膜１４さらには電極１２，１３、
のいずれかである。好ましくは上記▲３▼の領域に照射する。
【００６２】
また、前記活性化工程において、電極１２，１３間への電圧印加は、好ましくはパルス電圧を繰り返し印加することによって行う。更に、本発明においては、好ましくは図２や図２２に示した様に、両極性のパルス電圧を印加する。
【００６３】
カーボン膜１５は、炭素化合物ガス（有機物質ガス）を含有する雰囲気下で、導電性膜１４（一対の電極１２，１３間）にパルス電圧の印加を繰り返すことに加えて、電子放出素子の外部に設けた電子放出手段４１から射出される電子線を、間隙１６近傍に照射することで形成することができる。
【００６４】
尚、図４において、前記素子と電子放出手段４１は、同一の真空容器中に設置されている。電子放出手段４１には熱陰極を電子線源として使用し、加速電圧を与えることによって加速する構造を用いれば良い。
【００６５】
電子放出手段４１から放出される電子線は、間隙１６内のみに絞る必要はなく、電極１２，１３間に印加する電圧、活性化時の炭素化合物ガスの分圧などを加味し、間隙１６を中心として、数μｍ以上の広がりを持たせることが好ましい。
【００６６】
しかしながら、あまり広い領域に電子線を照射させると、必要としない領域にまで炭素化合物が堆積する可能性がある。そのため、電子放出手段４１から放出された電子線を、電子線遮蔽手段４２によって遮蔽して広がりを抑えることが好ましい。
【００６７】
上記加速電圧は、１ｋＶから２０ｋＶ程度に設定されることが好ましい。つまり、１ｋｅＶ以上２０ｋｅＶ以下のエネルギーを持つ電子線を照射することが好ましい。電子線照射は、連続的（ＤＣ的）に照射してもよいし、前記電極１２，１３間に印加するパルス電圧に同期させてパルス照射しても良い。好ましくは連続的（ＤＣ的）に照射しつつ、前記素子電極に印加する電圧をパルス状にすることが好ましい。
【００６８】
本発明の活性化工程においては、好ましくは、電子放出手段４１からの電子線を照射させながら、素子電極１２，１３間に電圧を印加することが好ましい。つまり、素子電極１２，１３間に電圧が印加されている期間中に、電子放出手段からの電子線を上記▲１▼から▲３▼のいずれかの領域に照射する。
【００６９】
上記本発明の活性化工程により形成されたカーボン膜１５は、上記電極１２，１３のそれぞれに、導電性膜１４を介し、あるいは直接に、接続される。
【００７０】
また、上記活性化工程によって形成される導電性被膜（カーボン膜）１５は、図２（ｄ）に示すように第１の間隙１７をおいて対向して配される。尚、図では第１の間隙１７を境に、カーボン膜１５が左右に、完全に分離されて示されているが、その一部でつながっている場合もある。そのため、上記活性化工程を行って形成されたカーボン膜１５は、間隙１７を置いて対向する一対のカーボン膜（導電性部材）１５ということもできるし、また、間隙１７を有するカーボン膜（導電性部材）１５と言うこともできる。
【００７１】
上記活性化工程の雰囲気に用いられる炭素化合物（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、カルボン酸、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、プロピオン酸等あるいはこれらの混合物が使用できる。
【００７２】
上記従来の活性化工程の際には、第２の間隙１６を流れる電流のみによって、雰囲気中に存在する炭素化合物（有機物質）が分解し、炭素或いは炭素化合物が第２の間隙１６内の基板上及びその近傍の導電性膜１４上に堆積し、間隙１６（形成途中の間隙１７）近傍から放出された電子が、前記炭素あるいは炭素化合物に照射されることによって、更には一部が結晶化し、導電性を有するようになると考えている。
【００７３】
活性化工程によって得られるカーボン膜（導電性被膜）１５の結晶構造は、グラファイト構造および／または非晶質構造を含む。また、該カーボン膜１５の形成過程において、これらの中間的な構造を有することがある。グラファイト構造をとった場合、高い導電性が得られるが、非晶質構造であると導電性は低下する。結晶化度は電子放出素子の特性、特に後述する電子放出効率に強い影響を与える。
【００７４】
ここで、結晶化度とは、非晶質の状態から、比較的周期構造の乱れが大きい状態を経て、完全な結晶構造へ変化しうる物質に対し、その進行の度合いを表す。
【００７５】
また、従来の活性化工程では、その進行とともに、間隙１６内に堆積する炭素や炭素化合物は、特にその中でもより幅の小さい間隔部に多く堆積する傾向がある。その結果、形成されるカーボン膜１５の形態に「乱れ」が生じてしまう。
【００７６】
そのため、従来の製造方法では、活性化工程の進行とともにカーボン膜１５の形態に「乱れ」が生じ、間隙１６近傍から放出される電子が堆積した炭素あるいは炭素化合物に十分に照射されない部位が生じてしまう。このような状態では、間隙１６近傍に堆積した炭素あるいは炭素化合物は、結晶化度が低い領域を多く内包した状態で成長し、得られるカーボン膜１５の導電性も低いものとなってしまう。即ち、これは、カーボン膜１５の成長過程において、電子線照射の不足によってもたらされた結果であると考えている。
【００７７】
上記のような、結晶化度が低い領域を多く内包したカーボン膜が形成されると、素子駆動時に、電子放出部から放出される電子の衝突、或いは素子電流Ｉｆによる発熱によって、カーボン膜１５の結晶構造が徐々に変化し、非晶質構造から、グラファイト構造への結晶化の度合いを変化させることが考えられる。また、それと同時にカーボン膜１５の抵抗が変化し、素子の電気伝導特性が徐々に変化してしまうと考えられる。
【００７８】
その結果、特に画像形成装置のような多数の素子の特性がそろっていることが望まれる場合、素子の電子放出特性の変化を引き起こすため、輝度バラツキなどにつながる。
【００７９】
これに対し、本発明の電子放出素子の製造方法によれば、素子の外部からの電子線を照射するため、導電性膜１４上、及び第２の間隙１６内において形成途上にあるカーボン膜に十分な電子線を与えることができる。そのため、カーボン膜の物性の変化を促進することができ、結晶化度が十分に促進された導電性の高いカーボン膜を主成分とする導電性被膜を効率よく形成できる。そして、その結果、前述の駆動時の導電性被膜（カーボン膜）の物性変化を抑制できる。従って、素子の電子放出特性が安定する。
【００８０】
そこで、本発明の製造方法によれば、炭素を主成分とする導電性被膜（カーボン膜）１５の比抵抗をが０．００１Ωｍ以下にすることができる。
【００８１】
また、本発明の電子源の製造方法においては、間隙１６近傍に照射する電子線として、隣接する電子放出素子の電子放出部から放出される電子線を用いることもできる。この手法によれば、図４に示したように、電子線照射のために別個に電子放出手段を設ける必要がない。
【００８２】
また、前述した、形態の「乱れ」により、カーボン膜の形成反応が不均一に起こった場合は、部分的にカーボン１５が厚く形成されることがあり、電子が照射されにくい陰になる領域が生じてしまうことがあったが、前記した外部に電子線照射手段を設けるのと同様に、隣接する他の素子からの電子を受けることにより、異なった角度からの電子線照射を行うことができるようになる。
【００８３】
異なる電子放出素子から放出される電子線を用いる手法について以下に説明する。
【００８４】
２つの素子を１つの素子電極を共有して隣接させた構成を例に挙げて説明する。
【００８５】
隣接する２つの電子放出素子においては、一方の電子放出部から放出される電子線を、他方の電子放出部近傍に照射することによって、電子線を電子放出部に照射しながら、炭素を主成分とするカーボン膜（導電性被膜）を形成することができる。この時、電子は陰極側から陽極側へ向かって放出されるので、それぞれの素子から放出される電子の方向を揃えた方が、互いの電子放出部に効率よく電子を到達させることができる。特に、上記隣接する２つの電子放出素子が、それぞれの一方の素子電極を共有する構成、或いは、一方の素子電極を電気的に接続した構成とすることによって、交互に電子線を照射することができる。即ち、共有する素子電極或いは互いに接続された素子電極を接地電位とし、各々の電極対に互いに位相がずれた交流電圧、例えば、位相がπずれた電圧を印加することにより、完全に電子を放出する方向を揃えることができ、一方の電子放出部から他方の電子放出部近傍への電子線の照射を交互に行うことになる。その結果、２つの電子放出部にほぼ同時に、炭素を主成分とする導電性被膜（カーボン膜）を効率よく形成することができる。
【００８６】
図７は本実施形態の電子源の構成を示す模式図であり、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は断面図である。図７において、７１は基板であり、基板７１上に共通素子電極７２、素子電極７３、７４が形成されている。共通素子電極７２と素子電極７３からなる素子電極対（電極対Ａとする）の間に導電性膜７５、および電子放出部７９，カーボン膜７６が形成され、電子放出素子Ａが構成されている。また、共通素子電極７２と素子電極７４からなる電極対（素子電極対Ｂとする）の間に導電性膜７７、更に電子放出部８０、カーボン膜７８が形成され、電子放出素子Ｂが構成されている。
【００８７】
基本的な構成は、図１において説明した電子放出素子と同様の素子を、共通素子電極７２を介して直列に並べて一つの素子を構成したものとみなすことができる。
【００８８】
上記電子放出素子に関して、電極７２〜７４、導電性膜７５、７７の形成方法は、先に説明した電子放出素子の形成方法と同様である。また、電極の間隔Ｌ１、電極長さＷ及び膜厚は、電極の抵抗値、電子放出特性を考慮して決められる。ここでは、２つの電極対の間隔Ｌ１は同じであり、さらに、３つの電極長さは同じである。また、共通素子電極７２の幅Ｌ２は、一方の電子放出部から放出された電子線が、隣接した電子放出部に到達できる距離を考慮して設定される。ここでは、素子電極と導電性膜の重なり幅は導通が取れていればよく任意である。
【００８９】
電子放出部７９，８０の形成方法としては、共通素子電極７２を接地し、素子電極７３、素子電極７４を結合して等電位とし、電極対Ａ、電極対Ｂに同時に電圧印加し、それぞれの電子放出部を同時に形成すればよい。
【００９０】
図７のように構成された２つの隣接する電子放出素子に本発明にかかる活性化処理を施す際には、一方から他方へ互いに電子線を照射することができる。その具体的な手順を以下に説明する。
【００９１】
共通素子電極７２を接地し、素子電極７３、及び素子電極７４には、不図示のパルス電圧源を接続する。
【００９２】
図８は、素子電極７３及び素子電極７４のそれぞれに印加する電圧波形（ａ）、（ｂ）の一例であり、矩形波パルスを符号を交流的に印加する。図８からわかるように、それぞれの電極には、位相がπ異なるパルス電圧が印加される。
【００９３】
ところで、電子は、電子放出部を相対的に低電位である電極側から高電位である電極側に流れ、その一部が同方向に電子線として放出される。従って、図８のような電圧を印加した場合、電子線は電子放出部７９から８０の方向と８０から７９の方向へ交互に放出されることになる。
【００９４】
この様子を図９に模式的に示す。パルス電圧の極性が変化するごとに、図９（ａ）と図９（ｂ）の様に、電子線が放出される方向が変化する。図９（ａ）の場合、電子放出部７９から放出された電子線は、電子放出部８０近傍に照射される。また、図９（ｂ）の場合、電子放出部８０から放出された電子線は、電子放出部７９近傍に照射されることになる。
【００９５】
または他のパルスパターンとして、図１０に示すような電圧波形を用いることもできる。この場合、素子電極７３及び素子電極７４には互いに位相がπ／２異なったパルス電圧が印加される。この波形パターンを用いれば、一つの電子放出部から電子線が放出されているときは他方の電子放出部からは電子線は出ないので、一方向からの電子線を受けることができ、両方の方向から電子線が照射されるときの干渉を排除できる。
【００９６】
本発明は、さらに、以下に示す製造方法により、前述したフォーミング工程による第２の間隙１６の蛇行に起因した素子間の特性バラツキを低減することができる。
【００９７】
即ち、本発明の別の実施形態は、前述した上記導電性膜１４を用いずに、比較的直線性の優れた一対の素子電極（導電性部材）１２，１３間に直接、上記した本発明の活性化工程を行うものである。図２１（ａ）は本形態の電子放出素子の平面模式図であり、図２１（ｂ）はその断面模式図である。図２２、２３は、上記製造方法のプロセスの一部を示す模式図である。尚、図２１に示した模式図では、第１の間隙１７は、完全な直線で示しているが、これは、本発明をより容易に理解するために示したものである。また、図２１では、カーボン膜１５は、第１の間隙１７を境に完全に分離されて示されているが、その一部でつながっている場合もある。そのため、上記活性化工程を行って形成されたカーボン膜１５は、間隙１７を置いて対向する一対のカーボン膜（導電性部材）１５ということもできるし、また、間隙１７を有するカーボン膜（導電性部材）１５と言うこともできる。
【００９８】
上記本発明の別の製造方法は、まず基板１１上に間隙Ｌを置いて、一対の素子電極（導電性部材）１２，１３を配置する（図２２（ａ））。本形態においては、素子電極１２，１３間の間隙が、前述した第１の間隙１６に相当する。
【００９９】
次に、本発明の活性化工程を行う。この活性化工程においては、電子放出手段を別途設け、該電子放出手段から射出される電子線を、下記▲１▼あるいは▲２▼のいずれかの領域に照射しながら、電極１２，１３間に電圧を印加してカーボン膜１５の形成を行う（図２２（ｂ）、図２３）。つまり、電子放出手段からの電子線照射と同時に電極１２，１３間に電圧印加を行うのである。
【０１００】
前記電子線の照射領域としては、
▲１▼前記素子電極１２、１３間の基体１１、
▲２▼前記素子電極１２、１３間の基体１１、および電極１２，１３、
のいずれかである。
【０１０１】
これにより、該素子電極１２，１３上および、素子電極間の絶縁性基体１１上にカーボン膜１５を形成すると同時に、該素子電極１２，１３間に第１の間隙１７を形成することができる。
【０１０２】
図２３は、外部から電子線を照射する際の装置を模式的に示した図である。図２３に示した電子線照射装置の構成は、図４に示したものと基本的には同一である。図２３において、６１は電子放出手段である。電子放出素子と、該電子放出手段６１は、同一の真空容器中に設置されても良いが、必要に応じて基板１１が設置されている真空容器と別の真空容器に設置され、差動排気されていても良い。
【０１０３】
差動排気が施されている場合は、電子線透過用のピンホール（図２３の６２）が施され、ピンホールのコンダクタンスが低いために基板１１が設置された真空容器内圧力と電子放出手段６１が設置された真空容器内圧力を分離することが可能となる。
【０１０４】
電子放出手段６１には熱陰極を電子線源として使用し、加速電圧を与えることによって加速する構造を用いれば良い。また、電子線の照射領域を微細に制御するために、電子線遮断手段６３を設けることもある。
【０１０５】
電子線照射は、素子電極１２，１３および／または該素子電極間の基板１１に、ＤＣ的に照射してもよいし、該電極に印加するパルス電圧に同期させてパルス照射しても良い。
【０１０６】
このように、本実施形態においては、活性化工程で必要とされていた、素子電極に電気的に接続された導電性膜１４や、該導電性膜に第２の間隙１６を形成するための通電フォーミングが不要となる。
【０１０７】
つまり、外部から電子線を照射することによって、第２の間隙１６の幅よりも、はるかに広い電極間隔Ｌ（数μｍから数十μｍ）に直接、カーボン膜１５および第１の間隙１７を配置することができる。また、図２１に示した形態の素子においては、前述した第２の間隙１６が、電極１２，１３間の間隔に相当する。そのため、本形態の素子においては、第２の間隙を直線性が高く、その幅（Ｌ）の均一性も高く形成できる。
【０１０８】
よって、図１９あるいは図２０に示した素子における前述した第２の間隙１６の間隔の不均一さ、および素子電極１２、１３端から第２の間隙１６までの距離の不均一さ（図２０参照）に起因する、電子放出素子内の局所的な放出特性ばらつきが軽減される。また、更に、前述した電子線の照射による効果とによって、素子の電子放出効率が向上するとともに、素子の駆動中の特性の変動・劣化を大きく軽減することができる。
【０１０９】
また、本実施形態によれば、従来の活性化工程で必要とされた、素子電極に電気的に接続された導電性膜１４や、該導電性膜に第２の間隙１６を形成するための通電フォーミングが不要となるため、素子構成が簡略となり、工程も削減することができる。即ち、安定で高効率な電子放出特性をもつ電子放出素子を効率よく、安価に製造することができる。また、上記電子放出素子を同一基板上に複数個配置してなる電子源、画像形成装置においては、均一性が高く、高効率で安定な特性をもつ電子源、画像形成装置が得られる。
【０１１０】
また、以上説明した本発明の活性化工程においては、特に、電子放出手段４１（６１）からの電子線を照射させながら、素子電極１２，１３間に電圧を印加することが好ましい。つまり、素子電極１２，１３間に電圧が印加されるている期間中に、電子放出手段からの電子線を照射することが好ましい。この手法によれば、第１の間隙１７を形作る炭素および／或いは炭素化合物の堆積初期の結晶化度を、より高いものとすることができる。つまり、従来の活性化方法に比べ、別途、電子放出手段４１（６１）から照射される高エネルギーの電子が照射されるので、素子電極１２，１３間に流れる電流（第２の間隙１６あるいは形成途中の第１の間隙１７近傍から放出される電子）により堆積される炭素および／或いは炭素化合物が、その堆積初期から結晶化度の高いカーボン膜として形成することができる。そのため、例えば、間隙１７の幅がより狭く形成でき、特性の優れた素子を形成することが期待できる。
【０１１１】
（工程Ｅ）
上記本発明の活性化工程を経て得られた電子放出素子は、安定化工程を行なうことが好ましい。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できる。
【０１１２】
前記活性化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、上記炭素或いは炭素化合物がほぼ新たに堆積しない分圧で１×１０−６Ｐａ以下が好ましく、さらには１×１０−８Ｐａ以下が特に好ましい。さらに真空容器内を排気する時には、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。この時の加熱条件は、８０〜３００℃、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なう。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１×１０−６Ｐａ以下が特に好ましい。
【０１１３】
上記安定化工程を行な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できる。このような真空雰囲気を採用することにより、新たな炭素或いは炭素化合物の堆積を抑制でき、結果として素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが安定する。
【０１１４】
次に、本発明の電子放出素子の基本特性について説明する。図５はその評価装置の概略図である。この評価装置は、真空装置と素子特性測定装置としての機能を兼ね備えている。図５において、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。即ち、１１は電子放出素子を構成する基板であり、１２及び１３は電極、１４は導電性膜、１００は電子放出部である。尚、便宜上、導電性被膜１５は省略した。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は電極１２、１３間の導電性膜１４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である。５３はアノード電極５４に電圧を印加するための高圧電源、５２は素子の電子放出部１６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。本発明では、アノード電極の電圧を１ｋＶとし、アノード電極と電子放出素子との距離Ｈを２ｍｍとして測定を行った。
【０１１５】
測定に際しては、まず、新たな炭素あるいは炭素化合物の堆積を抑制するために、真空容器内の有機物質排気を行い、真空容器５５を排気する真空排気装置５６には、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真空排気装置、例えばソープションポンプなどを用いる。
【０１１６】
真空容器５５内の有機成分の分圧は、上記の炭素及び炭素化合物がほば新たに堆積しない分圧で１×１０−８Ｐａ以下とする。この時、真空容器全体を２００℃以上に加熱して、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とが好ましい。
【０１１７】
図６は、図５の評価装置を用いて測定された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の関係を模式的に示した図である。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。なお、縦・横軸ともリニアスケールである。
【０１１８】
図６からも明らかなように、本発明の電子放出素子は、放出電流Ｉｅに関して次の３つの特徴的性質を有する。
【０１１９】
第１に、本素子はある電圧（しきい値電圧と呼ぶ；図６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。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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
第３に、アノード電極５４（図５参照）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。
【０１２２】
以上の説明より理解されるように、本発明の電子放出素子は、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。
【０１２３】
図６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（ＭＩ特性）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（ＶＣＮＲ特性）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。
【０１２４】
以上のような本発明の電子放出素子の特徴的特性のため、複数の電子放出素子を配置した電子源は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、多方面に応用することができる。
【０１２５】
本発明の電子放出素子の応用例について以下に述べる。本発明の電子放出素子を複数個基板上に配列し、例えば電子源、さらには画像形成装置が構成できる。
【０１２６】
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）、この配線と直交する方向（列方向）で、該電子放出素子の上方に配した制御電極（グリッド電極）により、電子放出素子からの電子を制御駆動する梯子状配置のものがある。これとは別に、電子放出素子をＸ方向及びＹ方向に行列状に複数個配し、同じ行に配された複数の電子放出素子の電極の一方をＸ方向の配線に共通に接続し、同じ列に配された複数の電子放出素子の電極の他方をＹ方向の配線に共通に接続するものが挙げられる。このような配置はいわゆる単純マトリクス配置である。先ず単純マトリクス配置について以下に詳述する。
【０１２７】
本発明の電子放出素子については、前述した通り３つの特性がある。即ち、電子放出素子からの放出電子は、しきい値電圧以上では対向する素子電極間に印加するパルス状電圧の波高値と幅で制御できる。一方、しきい値電圧以下では殆ど電子は放出されない。この特性によれば、多数の電子放出素子を配置した場合においても、個々の素子にパルス状電圧を適宜印加すれば、入力信号に応じて、電子放出素子を選択して電子放出量を制御できる。
【０１２８】
以下、この原理に基づき、本発明の電子放出素子の一実施形態である表面伝導型電子放出素子を複数配置して得られる電子源基板について図１２を用いて説明する。図１２において、１２１は電子源基板、１２２はＸ方向配線、１２３はＹ方向配線である。１２４は表面伝導型電子放出素子、１２５は結線である。
【０１２９】
ｍ本のＸ方向配線１２２は、Ｄｘ１、Ｄｘ２、…、Ｄｘｍからなり、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等を用いて形成された導電性金属等で構成することができる。配線の材料、膜厚、幅は適宜設計される。Ｙ方向配線１２３は、Ｄｙ１、Ｄｙ２、…、Ｄｙｎのｎ本の配線よりなり、Ｘ方向配線１２２と同様に形成される。これらｍ本のＸ方向配線１２２とｎ本のＹ方向配線１２３との間には、不図示の層間絶縁層が設けられており、両者を電気的に分離している（ｍ、ｎは共に正の整数）。
【０１３０】
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１２２を形成した基板１２１の全面或いは一部に所望の形状で形成され、特に、Ｘ方向配線１２２とＹ方向配線１２３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１２２とＹ方向配線１２３は、それぞれ外部端子として引き出されている。
【０１３１】
電子放出素子１２４を構成する一対の素子電極（不図示）は、それぞれｍ本のＸ方向配線１２２とｎ本のＹ方向配線１２３に、導電性金属等からなる結線１２５によって電気的に接続されている。
【０１３２】
Ｘ方向配線１２２とＹ方向配線１２３を構成する材料、結線１２５を構成する材料、及び、一対の素子電極を構成する材料は、その構成元素の一部或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良い。これらの材料は、例えば前述の素子電極の材料より適宜選択される。素子電極を構成する材料と配線材料が同一である場合には、素子電極に接続した配線は素子電極であると言うこともできる。
【０１３３】
Ｘ方向配線１２２には、Ｘ方向に配列した電子放出素子１２４の行を選択するための走査信号を印加する不図示の走査信号印加手段が接続される。一方、Ｙ方向配線１２３には、Ｙ方向に配列した電子放出素子１２４の各列を入力信号に応じて変調するための不図示の変調信号発生手段が接続される。各電子放出素子に印加される駆動電圧は、当該素子に印加される走査信号と変調信号の差電圧として供給される。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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１３、図１４、及び図１５を用いて説明する。図１３は画像形成装置の表示パネルの一例を示す模式図であり、図１４は図１３の画像形成装置に使用される蛍光膜の模式図である。図１５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。尚、図１２に示した部位と同じ部位には同じ符号を付して説明を省略する。尚、便宜上導電性膜１４及び導電性被膜１５は省略した。
【０１３６】
図１３において、１３１は電子源基板１２１を固定したリアプレート、１３６はガラス基板１３３の内面に蛍光膜１３４とメタルバック１３５等が形成されたフェースプレートである。１３２は支持枠であり、該支持枠１３２には、リアプレート１３１、フェースプレート１３６がフリットガラス等を用いて接続されている。１３８は外囲器であり、例えば、４００〜５００℃の温度範囲で１０分間以上焼成することで封着して構成される。
【０１３７】
外囲器１３８は、上述の如く、フェースプレート１３６、支持枠１３２、リアプレート１３１で構成される。リアプレート１３１は主に電子源基板１２１の強度を補強する目的で設けられるため、基板１２１自体で十分な強度を持つ場合は別体のリアプレート１３１は不要である。即ち、基板１２１に直接支持枠１３２を封着し、フェースプレート１３６、支持枠１３２及び基板１２１で外囲器１３８を構成しても良い。一方、フェースプレート１３６とリアプレート１３１の間に、スペーサーと呼ばれる不図示の支持体を設置することにより、大気圧に対して十分な強度を持つ外囲器１３８を構成することもできる。
【０１３８】
図１４は、蛍光膜を示す模式図である。蛍光膜１３４は、モノクロームの場合は蛍光体のみで構成することができる。カラーの蛍光膜の場合は、蛍光体の配列により、ブラックストライプ（図１４（ａ））、或いはブラックマトリクス（図１４（ｂ））等と呼ばれる黒色導電材１４１と蛍光体１４２とから構成することができる。ブラックストライプ、ブラックマトリクスを設ける目的は、カラー表示の場合、必要となる三原色蛍光体１４２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１３４における外光反射によるコントラストの低下を抑制することにある。黒色導電材１４１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。
【０１３９】
ガラス基板１３３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、沈殿法や印刷法等が採用できる。蛍光膜１３４の内面側には、通常メタルバック１３５が設けられる。メタルバックを設ける目的は、蛍光体の発光のうち内面側への光をガラス基板１３３側へ鏡面反射することにより輝度を向上させること、電子ビーム加速電圧を印加するための電極として作用させること、外囲器内で発生した負イオンの衝突によるダメージから蛍光体を保護すること等である。メタルバックは、蛍光膜作製後、蛍光膜の内面側表面の平滑化処理（通常、「フィルミング」と呼ばれる）を行ない、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。
【０１４０】
また、フェースプレート１３６には、さらに蛍光膜１３４の導電性を高めるため、蛍光膜１３４の外面側に透明電極（不図示）を設けても良い。
【０１４１】
前述の封着を行なう際、カラーの場合は各色蛍光体と電子放出素子とを対応させる必要があり、十分な位置合わせが不可欠となる。
【０１４２】
図１３に示した画像形成装置は、例えば以下のようにして製造される。
【０１４３】
外囲器１３８内は、前述の安定化工程と同様に、適宜加熱しながらイオンポンプ、ソープションポンプ等のオイルを使用しない排気装置により不図示の排気管を通じて排気し、１×１０−５Ｐａ程度の真空度の有機物質の十分に少ない雰囲気にした後、封止がなされる。外囲器１３８の封止後の真空度を維持するために、ゲッター処理を行なうこともある。これは、外囲器１３８の封止を行なう直前或いは封止後に、抵抗加熱或いは高周波加熱等を用いた加熱により、外囲器１３８内の所定の位置に配置されたゲッター（不図示）を加熱し、蒸着膜を形成する処理である。ゲッターは通常Ｂａ等が主成分であり、該蒸着膜の吸着作用により、例えば１×１０−５Ｐａ以上の真空度を維持するものである。
【０１４４】
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なうための駆動回路の構成例について、図１５を用いて説明する。図１５において、１５１は表示パネル、１５２は走査回路、１５３は制御回路、１５４はシフトレジスタ、１５５はラインメモリ、１５６は同期信号分離回路、１５７は変調信号発生器、Ｖｘ及びＶａは直流電圧源である。
【０１４５】
表示パネル１５１は、端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、端子Ｄｙ１〜Ｄｙｎ及び高圧端子１３７を介して外部の電気回路と接続している。端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍには表示パネル１５１内に設けられた電子源、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１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。端子Ｄｙ１〜Ｄｙｎには、前記走査信号により選択された１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。高圧端子１３７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ための加速電圧である。
【０１４６】
次に走査回路１５２について説明する。同回路は、内部にｍ個のスイッチング素子（図１５中、Ｓ１〜Ｓｍで模式的に示す）を備えたものである。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１５１の端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍと電気的に接続される。各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓｍは、制御回路１５３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。
【０１４７】
直流電圧源Ｖｘは、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に設定されている。
【０１４８】
制御回路１５３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１５３は、同期信号分離回路１５６より送られる同期信号Ｔｓｙｎｃに基づいて、各部に対してＴｓｃａｎ、Ｔｓｆｔ及びＴｍｒｙの各制御信号を発生する。
【０１４９】
同期信号分離回路１５６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。同期信号分離回路１５６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なるが、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信号と表わした。このＤＡＴＡ信号は、シフトレジスタ１５４に入力される。
【０１５０】
シフトレジスタ１５４は、時系列的にシリアルに入力される前記ＤＡＴＡ信号を、画像の１ライン毎にシリアル／パラレル変換するためのもので、前記制御回路１５３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１５４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ライン分のデータ（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当）は、Ｉｄ１〜Ｉｄｎのｎ個の並列信号として前記シフトレジスタ１５４より出力される。
【０１５１】
ラインメモリ１５５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装置であり、制御回路１５３より送られる制御信号Ｔｍｒｙに従って適宜Ｉｄ１〜Ｉｄｎの内容を記憶する。記憶された内容は、Ｉｄ’１〜Ｉｄ’ｎとして出力され、変調信号発生器１５７に入力される。
【０１５２】
変調信号発生器１５７は、画像データＩｄ’１〜Ｉｄ’ｎ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、端子Ｄｙ１〜Ｄｙｎを通じて表示パネル１５１内の電子放出素子に印加される。
【０１５３】
前述したように、本発明の電子放出素子は放出電流Ｉｅに関して以下の基本特性を有している。即ち、電子放出には明確なしきい値電圧Ｖｔｈがあり、Ｖｔｈ以上の電圧が印加された時のみ電子放出が生じる。電子放出しきい値以上の電圧に対しては、素子への印加電圧の変化に応じて放出電流も変化する。このことから、本素子にパルス状の電圧を印加する場合、例えば電子放出しきい値電圧以下の電圧を印加しても電子放出を生じないが、電子放出しきい値電圧以上の電圧を印加する場合には電子ビームが出力される。その際、パルスの波高値Ｖｍを変化させることにより、出力電子ビームの強度を制御することが可能である。また、パルスの幅Ｐｗを変化させることにより、出力される電子ビームの電荷の総量を制御することが可能である。
【０１５４】
従って、入力信号に応じて電子放出素子を変調する方式としては、電圧変調方式とパルス幅変調方式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際しては、変調信号発生器１５７としては、一定長さの電圧パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パルスの波高値を変調できるような電圧変調方式の回路を用いることができる。パルス幅変調方式を実施するに際しては、変調信号発生器１５７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。
【０１５５】
シフトレジスタ１５４やラインメモリ１５５は、デジタル信号式のものでもアナログ信号式のものでも採用できる。画像信号のシリアル／パラレル変換や記憶が所定の速度で行なわれれば良いからである。
【０１５６】
デジタル信号式を用いる場合には、同期信号分離回路１５６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１５６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１５５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１５７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１５７には、例えばＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増幅回路等を付加する。パルス幅変調方式の場合、変調信号発生器１５７には、例えば高速の発振器及び発振器の出力する波数を計数する計数器（カウンタ）及び計数器の出力値と前記メモリの出力値を比較する比較器（コンパレータ）を組み合わせた回路を用いる。必要に応じて、比較器の出力するパルス幅変調された変調信号を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。
【０１５７】
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１５７には、例えばオペアンプ等を用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフト回路等を付加することもできる。パルス幅変調方式の場合には、例えば電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）を採用でき、必要に応じて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。
【０１５８】
このような構成を取り得る本発明の画像形成装置においては、各電子放出素子に、容器外端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍ、Ｄｙ１〜Ｄｙｎを介して電圧を印加することにより、電子放出が生じる。同時に高圧端子１３７を介してメタルバック１３５或いは透明電極（不図示）に高電圧を印加し、電子ビームを加速する。加速された電子は、蛍光膜１３４に衝突し、発光が生じて画像が形成される。
【０１５９】
ここで述べた画像形成装置の構成は、本発明の画像形成装置の一例であり、本発明の技術思想に基づいて種々の変形が可能である。入力信号についてはＮＴＳＣ方式を挙げたが、入力信号はこれに限られるものではなく、ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭ方式等の他、これらよりも多数の走査線からなるテレビジョン信号（例えば、ＭＵＳＥ方式をはじめとする高品位ＴＶ）方式も採用できる。
【０１６０】
次に、前述の梯子状配置の電子源及び画像形成装置について、図１６及び図１７を用いて説明する。
【０１６１】
図１６は、梯子状配置の電子源の一例を示す模式図である。図１６において、１６０は電子源基板、１６１は電子放出素子である。１６２は電子放出素子１６１を接続するための共通配線Ｄ１〜Ｄ１０であり、これらは外部端子として引き出されている。電子放出素子１６１は基板１６０上に、Ｘ方向に並列に複数個配置されている（これを素子行と呼ぶ）。この素子行が複数行配置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、電子ビームを放出させたい素子行には電子放出しきい値以上の電圧を印加し、電子ビームを放出させたくない素子行には電子放出しきい値以下の電圧を印加する。各素子行間に位置する共通配線Ｄ２〜Ｄ９は、例えばＤ２とＤ３を一体の同一配線とすることもできる。
【０１６２】
図１７は、梯子状配置の電子源を備えた画像形成装置におけるパネル構造の一例を示す模式図である。１７０はグリッド電極、１７１は電子が通過するための開口、Ｄ１〜Ｄｍは容器外端子、Ｇ１〜Ｇｎはグリッド電極１７０に接続された容器外端子である。１６０は各素子行間の共通配線を同一配線とした電子源基板である。図１７においては、図１３、図１６に示した部位と同じ部位には同一の符号を付した。尚、便宜上導電性膜１４及び導電性被膜１５は省略した。ここに示した画像形成装置と、図１３に示した単純マトリクス配置の画像形成装置との大きな違いは、電子源基板１６０とフェースプレート１３６の間にグリッド電極１７０を備えているか否かである。
【０１６３】
図１７においては、基板１６０とフェースプレート１３６の間には、グリッド電極１７０が設けられている。グリッド電極１７０は、電子放出素子１６１から放出された電子ビームを変調するためのものであり、梯子状配置の素子行と直交して設けられたストライプ状の電極に電子ビームを通過させるため、各素子に対応して１個ずつ円形の開口１７１が設けられている。グリッド電極の形状や配置は、図１７に示したものに限定されるものではない。例えば、開口としてメッシュ状に多数の通過口を設けることもでき、グリッド電極を電子放出素子の周囲や近傍に設けることもできる。
【０１６４】
容器外端子Ｄ１〜Ｄｍ及びＧ１〜Ｇｎは不図示の制御回路に接続されている。そして素子行を１列ずつ順次駆動（走査）していくのと同期してグリッド電極列に画像１ライン分の変調信号を同時に印加する。これにより、各電子ビームの蛍光体への照射を制御し、画像を１ラインずつ表示することができる。
【０１６５】
以上説明した本発明の画像形成装置は、テレビジョン放送の表示装置、テレビ会議システムやコンピュータ等の表示装置の他、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。
【０１６６】
図１８は、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形成装置の一例を示す図である。
【０１６７】
図中、１７００はディスプレイパネル、１７０１はディスプレイパネルの駆動回路、１７０２はディスプレイコントローラ、１７０３はマルチプレクサ、１７０４はデコーダ、１７０５は入出力インタフェース回路、１７０６はＣＰＵ、１７０７は画像生成回路、１７０８〜１７１０は画像メモリインタフェース回路、１７１１は画像入力インターフェース回路、１７１２及び１７１３はＴＶ信号受信回路、１７１４は入力部である。
【０１６８】
尚、本画像形成装置は、例えばテレビジョン信号のように、映像情報と音声情報の両方を含む信号を受信する場合には当然映像の表示と同時に音声を再生するものであるが、本発明の特徴と直接関係しない音声情報の受信、分離、再生、処理、記憶等に関する回路やスピーカー等については説明を省略する。
【０１６９】
以下、画像信号の流れに沿って各部の機能を説明する。
【０１７０】
先ず、ＴＶ信号受信回路１７１３は、例えば電波や空間光通信等のような無線伝送系を用いて伝送されるＴＶ信号を受信するための回路である。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、ＳＥＣＡＭ方式等、いずれの方式でも良い。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信号は、大面積化や大画素数化に適した前記ディスプレイパネルの利点を生かすのに好適な信号源である。
【０１７１】
上記ＴＶ信号受信回路１７１３で受信されたＴＶ信号は、デコーダ１７０４に出力される。
【０１７２】
また、ＴＶ信号受信回路１７１２は、例えば同軸ケーブルや光ファイバ等のような有線伝送系を用いて伝送されるＴＶ信号を受信するための回路である。前記ＴＶ信号受信回路１７１３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１７０４に出力される。
【０１７３】
画像入力インターフェース回路１７１１は、例えばＴＶカメラや画像読み取りスキャナーなどの画像入力装置から供給される画像信号を取り込むための回路で、取り込まれた画像信号はデコーダ１７０４に出力される。
【０１７４】
画像メモリインターフェース回路１７１０は、ビデオテープレコーダ（以下「ＶＴＲ」と称する）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１７０４に出力される。
【０１７５】
画像メモリインターフェース回路１７０９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１７０４に出力される。
【０１７６】
画像メモリインターフェース回路１７０８は、静止画ディスクのように、静止画像データを記憶している装置から画像信号を取り込むための回路で、取り込まれた静止画像データはデコーダ１７０４に入力される。
【０１７７】
入出力インターフェース回路１７０５は、本画像表示装置と、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・図形情報の入出力や、場合によっては本画像形成装置の備えるＣＰＵ１７０６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。
【０１７８】
画像生成回路１７０７は、前記入出力インターフェース回路１７０５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ＣＰＵ１７０６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等をはじめとして、画像の生成に必要な回路が組み込まれている。
【０１７９】
本回路により生成された表示用画像データは、デコーダ１７０４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１７０５を介して外部のコンピュータネットワークやプリンタに出力することも可能である。
【０１８０】
ＣＰＵ１７０６は、主として本画像表示装置の動作制御や、表示画像の生成や選択、編集に関わる作業を行なう。
【０１８１】
例えば、マルチプレクサ１７０３に制御信号を出力し、ディスプレイパネルに表示する画像信号を適宜選択したり組み合わせたりする。その際には表示する画像信号に応じてディスプレイパネルコントローラ１７０２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１７０７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１７０５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。
【０１８２】
尚、ＣＰＵ１７０６は、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等のように、情報を生成したり処理する機能に直接関わっても良い。或いは前述したように、入出力インターフェース回路１７０５を介して外部のコンピュータネットワークと接続し、例えば数値計算等の作業を外部機器として共同して行なっても良い。
【０１８３】
入力部１７１４は、前記ＣＰＵ１７０６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、音声認識装置等の多様な入力機器を用いることが可能である。
【０１８４】
デコーダ１７０４は、前記１７０７〜１７１３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、図中に点線で示すように、デコーダ１７０４は内部に画像メモリを備えていることが望ましい。これは、例えばＭＵＳＥ方式をはじめとして、逆変換するの際に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。また、画像メモリを備えることにより、静止画像の表示が容易になる。或いは前記画像生成回路１７０７及びＣＰＵ１７０６と共同して、画像の間引き、補完、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。
【０１８５】
マルチプレクサ１７０３は、前記ＣＰＵ１７０６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１７０３はデコーダ１７０４から入力される逆変換された画像信号の内から所望の画像信号を選択して駆動回路１７０１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。
【０１８６】
ディスプレイパネルコントローラ１７０２は、前記ＣＰＵ１７０６より入力される制御信号に基づき、駆動回路１７０１の動作を制御するための回路である。
【０１８７】
ディスプレイパネルの基本的な動作に関わるものとして、例えばディスプレイパネルの駆動用電源（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１７０１に対して出力する。ディスプレイパネルの駆動方法に関わるものとして、例えば画面表示周波数や走査方法（例えばインターレースかノンインターレースか）を制御するための信号を駆動回路１７０１に対して出力する。また、場合によっては、表示画像の輝度やコントラストや色調やシャープネスといった画質の調整に関わる制御信号を駆動回路１７０１に対して出力する場合もある。
【０１８８】
駆動回路１７０１は、ディスプレイパネル１７００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１７０３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１７０２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。
【０１８９】
以上、各部の機能を説明したが、図１８に例示した構成により、本画像形成装置においては、多様な画像情報源より入力される画像情報をディスプレイパネル１７００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１７０４において逆変換された後、マルチプレクサ１７０３において適宜選択され、駆動回路１７０１に入力される。一方、ディスプレイコントローラ１７０２は、表示する画像信号に応じて駆動回路１７０１の動作を制御するための制御信号を発生する。駆動回路１７０１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１７００に駆動信号を印加する。これにより、ディスプレイパネル１７００において画像が表示される。これらの一連の動作は、ＣＰＵ１７０６により統括的に制御される。
【０１９０】
本画像形成装置においては、前記デコーダ１７０４に内蔵する画像メモリや、画像生成回路１７０７及び情報の中から選択したものを表示するだけでなく、表示する画像情報に対して、例えば拡大、縮小、回転、移動、エッジ強調、間引き、補完、色変換、画像の縦横比変換等をはじめとする画像処理や、合成、消去、接続、入れ替え、嵌め込み等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、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。
【０１９１】
従って、本画像形成装置は、テレビジョン放送の表示機器、テレビ会議の端末機器、静止画像及び動画像を扱う画像編集機器、コンピュータの端末機器、ワードプロセッサをはじめとする事務用端末機器、ゲーム器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。
【０１９２】
尚、図１８は、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。
【０１９３】
例えば、図１８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さしつかえない。また、これとは逆に、使用目的によってはさらに構成要素を追加しても良い。例えば、本画像表示装置をテレビ電話機として応用する場合には、テレビカメラ、音声マイク、照明器、モデムを含む送受信回路等を構成要素に追加するのが好適である。
【０１９４】
本画像形成装置においては、電子放出素子を電子源としているので、ディスプレイパネルの薄型化が容易なため、画像形成装置の奥行きを小さくすることができる。それに加えて、電子放出素子を電子ビーム源とする表示パネルは大画面化が容易で輝度が高く、視野角特性にも優れるため、画像形成装置は、臨場感にあふれ、迫力に富んだ画像を視認性良く表示することが可能である。
【０１９５】
【実施例】
（実施例１）
本発明の実施例１として、図１の構成の電子放出素子を作製した。図１、図２を用いて本実施例を説明する。基板１１としては石英ガラスを用い、素子電極の材料としては、耐温度安定性、及び耐酸化安定性を考慮してＰｔを用いた。また、導電性膜１４の膜厚は、素子電極１２、１３間の抵抗値等を考慮して、ここでは３０ｎｍとした。本例では、Ｌは２０μｍ、Ｗは１００μｍ、膜厚ｄは１０ｎｍとした。
【０１９６】
導電性膜１４は、電極１２、１３を設けた基板１１に、有機Ｐｄ溶液（奥野製薬（株）製「ｃｃｐ−４２３０」）を塗布して、有機金属膜を形成し、加熱焼成処理してパターニングして形成した（図２（ａ），（ｂ））。
【０１９７】
次いで、図３に示される三角波パルスを、波高値を一定として連続的に印加した。尚、図３においてパルス幅Ｔ１は１００μｓｅｃ、パルス間隔Ｔ２は１ｍｓｅｃに設定し、三角波の波高値は１０Ｖに設定した。以上の条件のもと、６００秒間パルス電圧を印加して第２の間隙１６を形成した（図２（ｃ））。
【０１９８】
次いで、上記素子に活性化処理を施した。具体的には、上記素子を形成した基板を図４の装置に設置し、イオンポンプなどにより一旦十分に排気した真空中に、有機物質気体としてアセトンを導入し、１×１０−５Ｐａに保持し、第２の間隙１６形成時と同じ三角波パルスを印加すると同時に、加速電圧を２０ｋＶとして電子線を照射した。ただし、上記三角波パルスのパルス幅は１ｍｓｅｃ、パルス間隔は１０ｍｓｅｃ、パルス波高値は１５Ｖとした。
【０１９９】
上記活性化処理、即ちカーボン膜１５の形成工程は、所定の素子電流Ｉｆに到達するまで行った。得られた素子の断面を透過型電子顕微鏡で観察した結果、その膜厚は、間隙１７近傍において５０ｎｍであった。また、カーボン膜１５は、図２（ｄ）に示すように第１の間隙１７をおいて対向して配置されていた。さらには、第１の間隙１７は、前記第２の間隙１６よりも幅が狭く、第２の間隙１６内に第１の間隙１７が配されていた。また、ラマン分光等の観察を行った結果、カーボン膜１５はグラファイト構造を含み、高い結晶性を有していた。
【０２００】
また、同素子を、原子間力顕微鏡のプローブを導電性にし、試料にプローブを接触させて試料の導電性分布を測定できるようにした原子間力／トンネル顕微鏡で観察した結果、カーボン膜１５には、高抵抗な領域が存在しないことが分かった。また、この測定の際、プローブを導電性膜１４上に配されたカーボン膜１５に接触させて測定を行った。膜厚方向への比抵抗を見積もった結果、０．００１Ωｍ以下であった。この値は、電子照射をせずにカーボン膜１５を形成した場合に測定される値と比較すると、一桁以上の変化を示していた。
【０２０１】
上記素子基板を図５の評価装置に設置し、アノード電極の電圧を１ｋＶとし、アノード電極と電子放出素子との距離Ｈを２ｍｍとして電子放出特性の測定を行った。
【０２０２】
まず、新たな炭素あるいは炭素化合物の堆積を抑制するために、真空容器内の有機物質排気を行った。真空容器５５を排気する真空排気装置５６には、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真空排気装置としてソープションポンプを用いた。真空容器５５内の有機成分の分圧は、上記の炭素及び炭素化合物がほば新たに堆積しない分圧で１×１０−８Ｐａ以下にした。この時、真空容器全体を２００℃以上で加熱して、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した。
【０２０３】
その結果、図６に示される素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅの関係が得られた。また、Ｖｆを１５Ｖ、Ｖａを１ｋＶに固定して、電子放出をさせた状態で、Ｉｆに対するＩｅの割合としての電子放出効率ηを定義して、ηの時間変化を測定した。
【０２０４】
その結果、まず初期電子放出効率が０．０５％以上向上した。更にηの時間変化は、従来の製造方法によって製造された電子放出素子と比較して著しく抑制された。従来の素子では、初期ηが０．１％の場合、０．０１％／１０００ｈ（ｈは時間）の割合でηの上昇が見られたのに対し、本発明の製造方法では、ηの変化の割合が、１／５以下に抑えられた。
【０２０５】
（実施例２）
本発明の第２の実施例として、図７に示した構成の電子源を図９に示した活性化処理を経て作製した。
【０２０６】
基本的な構成、素材、製法は、実施例１と同様であるが、Ｌ１は５μｍ、Ｗは１００μｍ、電極の膜厚は１０ｎｍとした。また、共通素子電極の幅Ｌ２は５μｍとした。
【０２０７】
電子放出部を形成するまでは実施例１と同様にして、素子を形成した。次いで、共通素子電極を接地電位とし、素子電極７３，７４に図８のパルス電圧を印加して活性化処理を施した。本例では、有機物質としてアセトンを導入し、１×１０−５Ｐａに保持した。印加パルス電圧の条件は、パルス幅ｔ１を１ｍｓｅｃ、パルス電圧を１５Ｖ、パルス間隔ｔ２を２０ｍｓｅｃとした。導電性被膜７６、７８の形成は、所定の素子電流Ｉｆに到達するまで行った。
【０２０８】
得られた素子の断面を透過型電子顕微鏡で観察した結果、カーボン膜７６，７８の膜厚は、電子放出部を構成する第１の間隙１７近傍において５０ｎｍであった。また、得られた電子放出素子を、透過型電子顕微鏡、及びラマン分光等の観察を行った結果、カーボン膜７６，７８は、グラファイト構造を含み、高い結晶性を有していた。
【０２０９】
さらに、同素子を、実施例１と同様にして原子間力顕微鏡のプローブを導電性にし、試料の導電性分布を測定できるようにした原子間力／トンネル顕微鏡で観察した結果、カーボン膜７６，７８には高抵抗な領域が存在しないことが分かった。また、膜厚方向への比抵抗を見積もった結果、０．０００１Ωｍ以下であった。この値は、電子照射をせずにカーボン膜を形成した場合に測定される値と比較すると、二桁以上の変化を示していた。
【０２１０】
上記のように作成された電子放出素子の特性を、図５の評価装置中に設置して、電子放出特性を調べた。ただし、駆動は、一つの電子放出部に対してのみ行った。共通素子電極側を高電位にし、常に共通素子電極側に電子が放出されるようにした。また、Ｖｆを１５Ｖ、Ｖａを１ｋＶに固定して電子放出をさせた状態で、Ｉｆに対するＩｅの割合としての電子放出効率ηを定義して、ηの時間変化を測定した。
【０２１１】
その結果、まず初期電子放出効率が０．１％以上向上した。更に、ηの時間変化は、従来の製造方法によって製造された電子放出素子と比較して著しく抑制された。従来の素子では、初期ηが０．１％の場合、０．０１％／１０００ｈ（ｈは時間）の割合でηの上昇が見られたのに対し、本発明の製造方法では、ηの変化の割合が、１／１０以下に抑えられた。
【０２１２】
（実施例３）
本実施例では、図２１の構成の電子放出素子を作製した。図２１、図２２、図２３を用いて本実施例を説明する。基板１１としては石英ガラスを用い、素子電極１２，１３の材料としては、耐温度安定性、及び耐酸化安定性を考慮してＰｔを用いた。
【０２１３】
次いで、上記素子に活性化プロセスを施した。
【０２１４】
具体的には、上記素子電極１２，１３を形成した基板を図２３の装置に設置し、イオンポンプなどにより一旦十分に排気した真空中に、有機物質気体としてアセトンを導入し、１×１０−５Ｐａに保持し、上記電極１２，１３間に図８（ａ）に示すパルスを印加した。図８（ａ）におけるｔ１は１ｍｓｅｃ、ｔ２は１０ｍｓｅｃとした。同時に、加速電圧を２ｋＶとして電子線を照射した。
【０２１５】
上記カーボン膜１５の形成工程は、所定の素子電流Ｉｆに到達するまで行った。得られた素子の断面を透過型電子顕微鏡で観察した結果、電極１２，１３間には、図２１に示すように第１の間隙１７が形成され、電極１２，１３の上までカーボン膜１５が連続して形成されていた。間隙１７は、電極１２、１３のほぼ中央に位置していた。また、ラマン分光等の観察を行った結果、カーボン膜１５はグラファイト状の層構造を含み、高い結晶性を有していた。
【０２１６】
上記素子基板を図５の評価装置に設置し、アノード電極の電圧を１ｋＶとし、アノード電極と電子放出素子との距離Ｈを２ｍｍとして電子放出特性の測定を行った。
【０２１７】
まず、新たな炭素あるいは炭素化合物の堆積を抑制するために、真空容器内の有機物質排気を行った。真空容器６５を排気する真空排気装置６６には、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真空排気装置としてソープションポンプを用いた。真空容器６５内の有機成分の分圧は、上記の炭素及び炭素化合物がほば新たに堆積しない分圧で１×１０−８Ｐａ以下にした。この時、真空容器全体を２００℃以上で加熱して、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した。
【０２１８】
その結果、図６に示される素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅの関係が得られた。また、Ｖｆを１５Ｖ、Ｖａを１ｋＶに固定して、電子放出をさせた状態で、Ｉｆに対するＩｅの割合としての電子放出効率ηを定義して、Ｉｆ、Ｉｅ、ηの初期値、そのばらつき、および経時変化を測定した。
【０２１９】
（実施例４）
本実施例においては、実施例３の製造方法を用いて、図１３に示した画像形成装置１３８を作成した。尚、本実施例では、基板１２１がリアプレート１３１を兼ねている。
【０２２０】
まず、ガラス基板１２１上に、素子電極１２，１３をＸ方向に５００組、Ｙ方向に１０００組オフセット印刷法を用い、形成した（図２４（ａ））。続いて、上記電極１２に接続するＸ方向配線１２２を５００本、スクリーン印刷法により形成した（図２４（ｂ））。前記Ｘ方向配線に実質的に垂直な方向に絶縁層１２６を１０００本スクリーン印刷法により形成した（図２４（ｃ））。絶縁層１２６上に、電極１３と接続するようにＹ方向配線１２３を１０００本形成した（図２５（ｄ））。そして、実施例３と同様に、図２３に示したように、それぞれの素子電極１２，１３間に電子放出手段６１からＤＣ的に電子線を照射しながら、それぞれの素子電極１２，１３間に電圧を印加し、カーボン膜１５を形成した（図２５（ｅ）、図２３）。以上の工程により電子源が形成された。
【０２２１】
続いて、上記電子源と、画像形成部材である蛍光体１４２が図１４（ａ）に示されるように配置されたフェースプレート１３６との位置合わせを行い、電子源とフェースプレートとの間に接合部材が予め配置された外枠１３２を配置し、真空雰囲気中で加熱加圧することで、封着を行った。
【０２２２】
以上の工程により、画像形成装置１３８を形成した。
【０２２３】
この画像形成装置を、図１５に示した駆動回路に接続し、駆動したところ、高輝度で均一性の高い画像が長期に渡って安定に表示することができた。
【０２２４】
（実施例５）
本実施例においては、実施例１の製造方法を用いて、図１３に示した画像形成装置１３８を作成した。尚、本実施例では、基板１２１がリアプレート１３１を兼ねている。
【０２２５】
まず、ガラス基板１２１上に、素子電極１２，１３をＸ方向に５００組、Ｙ方向に１０００組オフセット印刷法を用い、形成した（図２４（ａ））。続いて、上記電極１２に接続するＸ方向配線１２２を５００本、スクリーン印刷法により形成した（図２４（ｂ））。前記Ｘ方向配線に実質的に垂直な方向に絶縁層１２６を１０００本スクリーン印刷法により形成した（図２４（ｃ））。絶縁層１２６上に、電極１３と接続するようにＹ方向配線１２３を１０００本形成した（図２６（ｄ））。各素子電極１２，１３間にインクジェット法を用いて、導電性膜１４を形成した（図２６（ｅ））。そして、実施例１と同様に、各素子電極１２，１３間に電圧を印加しフォーミング工程を行い、第二の間隙１６を形成した（図２６（ｆ））。そして、図２、図４に示したように、それぞれの素子電極１２，１３間に電子放出手段４１からＤＣ的に電子線を照射しながら、それぞれの素子電極１２，１３間に電圧を印加し、カーボン膜１５を形成した。以上の工程により電子源が形成された。
【０２２６】
続いて、上記電子源と、画像形成部材である蛍光体１４２が図１４（ａ）に示されるように配置されたフェースプレート１３６との位置合わせを行い、電子源とフェースプレートとの間に接合部材が予め配置された外枠１３２を配置し、真空雰囲気中で加熱加圧することで、封着を行った。
【０２２７】
以上の工程により、画像形成装置１３８を形成した。
【０２２８】
この画像形成装置を、図１５に示した駆動回路に接続し、駆動したところ、高輝度で均一性の高い画像が長期に渡って安定に表示することができた。
【０２２９】
【発明の効果】
本発明の電子放出素子の製造方法によれば、炭素を主成分とするカーボン膜を十分な電子を照射しながら形成できるので、良質な構造を有し、低抵抗で、均一性の高い物性を持つカーボン膜を形成することができる。従って、初期電子放出効率が向上し、更に、駆動時に電子放出部から放出される電子がカーボン膜に照射されても、該カーボン膜の物性の変化が起きにくくなり、電子放出効率が変化しない安定な素子が製造できるようになった。
【０２３０】
よって、本発明によれば、高い電子放出特性が安定して且つ均一に得られる電子源が提供され、該電子源を用いて、高輝度で信頼性の高い画像形成装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子放出素子の好ましい一実施形態の構成を示す模式図である。
【図２】図１の電子放出素子の製造工程を示す模式図である。
【図３】本発明の電子放出素子の電子放出部の形成に用いられる電圧波形を示す図である。
【図４】本発明の電子放出素子の製造方法の活性化工程で用いられる、電子照射手段を示す模式図である。
【図５】本発明の電子放出素子の電子放出特性を評価するための評価装置の概略図である。
【図６】本発明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の関係を示す図である。
【図７】本発明の電子源の好ましい一実施形態の構成を示す図である。
【図８】図７の電子源の活性工程に用いる電圧波形を示す図である。
【図９】図７の電子源の活性化工程における電子線の軌跡を表す模式図である。
【図１０】本発明の電子源の活性化工程に用いる電圧波形の他の例を示す図である。
【図１１】従来の電子放出素子を示す模式図である。
【図１２】本発明の電子源の一実施形態の単純マトリクス配置の電子源を示す概略的構成図である。
【図１３】単純マトリクス配置の電子源を用いた本発明の画像形成装置の一実施形態に用いる表示パネルの概略的構成図である。
【図１４】図１３に示した表示パネルにおける蛍光膜を示す図である。
【図１５】図８に示した表示パネルを駆動する駆動回路の一例を示す図である。
【図１６】本発明の電子源の一実施形態の梯子状配置の電子源を示す概略的構成図である。
【図１７】梯子状配置の電子源を用いた本発明の画像形成装置の一実施形態に用いる表示パネルの概略的構成図である。
【図１８】本発明の画像形成装置の一例を示すブロック図である。
【図１９】本発明の電子放出素子の製造方法の一例を示す模式図である。
【図２０】本発明の課題の一つを示す模式図である。
【図２１】本発明の電子放出素子の一例を示す模式図である。
【図２２】本発明の電子放出素子の製造方法の一例を示す模式図である。
【図２３】本発明の電子放出素子の製造方法の一例を示す模式図である。
【図２４】本発明の製造方法の一例を示す模式図である。
【図２５】本発明の製造方法の一例を示す模式図である。
【図２６】本発明の製造方法の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１１  基板
１２、１３  素子電極
ｌ４  導電性膜
１５  カーボン膜
１６  第２の間隙
１７  第１の間隙
４１  電子線照射手段
４２  電子線遮蔽手段
５０  電流計
５１  電源
５２  電流計
５３  高圧電源
５４  アノード電極
５５  真空容器
５６  真空排気装置
６１  電子放出手段
６２  ピンホール
６３  電子線遮断手段
７１  基板
７２  共通素子電極
７３、７４  素子電極
７５、７７  導電性膜
７６、７８  導電性被膜
７９、８０、１００  電子放出部
１１１  基板
１１４  導電性膜
１１５  電子放出部
１２１  電子源基板
１２２  Ｘ方向配線
１２３  Ｙ方向配線
１２４  表面伝導型電子放出素子
１２５  結線
１２６  絶縁層
１３１  リアプレート
１３２  支持枠
１３３  ガラス基板
１３４  蛍光膜
１３５  メタルバック
１３６  フェースプレート
１３７  高圧端子
１３８  外囲器
１４１  黒色導電材
１４２  蛍光体
１５１  表示パネル
１５２  走査回路
１５３  制御回路
１５４  シフトレジスタ
１５５  ラインメモリ
１５６  同期信号分離回路
１５７  変調信号発生器
１６０  電子源基板
１６１  電子放出素子
１６２  共通配線
１７０  グリッド電極
１７１  開口
【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】
0003619205.tif 000014
【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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