(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、第一の間隙を置いて該基体上に配置された第一および第二のカーボン膜と、該第一および第二のカーボン膜のそれぞれに電気的に接続された第一および第二の電極とを有し、少なくとも前記第一の間隙内に位置する前記基体が、ＳｉとＯとＮとを含み、表面にシリカを主成分とする層を有することを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
前記第一の間隙内に位置する基体は、ＳｉとＯとＮとの化合物を含む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】
前記ＳｉとＯとＮとの化合物は、オキシナイトライドガラスであることを特徴とする請求項２に記載の電子放出素子。
【請求項４】
前記基体は、ガラス基体の表面にオキシナイトライドガラスからなる層を配置したものであることを特徴とする訂求項３に記載の電子放出素子。
【請求項５】
前記オキシナイトライドガラスからなる層の厚さが１μｍ以上であることを特徴とする請求項４に記載の電子放出素子。
【請求項６】
前記シリカを主成分とする層が、リンを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項７】
前記シリカを主成分とする層の厚さが４０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項８】
基体上に電子放出素子を複数配置した電子源であって、該電子放出素子が、請求項１〜７のいずれか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９】
前記基体上に、互いに電気的に絶縁されたｍ本のＸ方向配線とｎ本のＹ方向配線とが配され、前記第一および第二の電極と、前記Ｘ方向およびＹ方向配線をそれぞれ電気的に接続したことを特徴とする請求項８に記載の電子源。
【請求項１０】
電子源と、画像形成部材とを有する画像形成装置であって、該電子源が、請求項８または９に記載の電子源であることを特徴とする画像形成装置。
【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、電子源およびその応用である表示装置等の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，“Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎ”，Ａｄｖａｎｃｅ  ｉｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）あるいはＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“ＰｈｙｓｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｆｉｅｌｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｃａｔｈｏｄｅｓ  ｗｉｔｈ  ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ  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型の例としては、Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，Ｒａｄｉｏ  Ｅｎｇ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｈｙｓ．，１０，１２９０（１９６５）等がある。
【０００６】
表面伝導型電子放出素子型の例としては、例えば特許第２９０３２９５号、特許第２８３６０１５号などに開示されている。上記公報では、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ことを開示している。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。
【０００７】
図１８は、上記公報などにより開示される表面伝導型電子放出素子の平面図（図１８（ａ））と、断面図（図１８（ｂ））である。図１８中、１は絶縁性の基板、２と３は電極、４は導電性膜、５は電子放出部、６は前記フォーミング工程により形成される第二の間隙、７は前記活性化工程により形成される第一の間隙、１０は前記活性化工程により形成されるカーボン膜である。
【０００８】
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、炭素あるいは炭素化合物からなるカーボン膜が素子の少なくとも電子放出部近傍に堆積する。この結果、電極２，３間に流れる素子電流（Ｉｆ）と、電子放出部から放出される放出電流（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。
【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、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できる。
【００１０】
表面伝導型電子放出素子が形成される絶縁性基板としては、例えば、石英ガラス、高シリカガラス（バイコール）、無アルカリガラス、ほう珪酸ガラス（パイレックス）、青板ガラスや青板ガラスにＳｉＯ２を積層したガラス基板が用いられることが、特許第２６３０９８３号、特開平１０−１８８８５４号公報、特開平１０−２４１５５０号公報などに開示されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
さて、上述した表面伝導型電子放出素子の活性化処理、および素子の駆動中において、電子放出部近傍の絶縁性基板１の表面は、かなりの高温になると考えられる。
【００１２】
特に、活性化処理時における電子放出部近傍の温度は、本出願人らの検討によれば、１０００Ｋ程度の高温に達していると見積もられている。
【００１３】
従って、少なくとも絶縁性基板１の表面は、上記温度において、大きな物理的性質の変化、例えば、熱歪みや熱膨張による形状の変化を起こさないものが求められる。ここで、絶縁性基板１の表面とは、上記電子放出部の温度が及ぶ範囲である。
【００１４】
上記の観点から、上述した石英ガラス、高シリカガラス等の基板は絶縁性基板１として好ましく用いることができる。しかしながら、これらのガラスは、高価であり、安価に画像形成装置や電子源を製造するには適当とは言い難い。また、これらのガラスを用いて、真空容器を形成しようとすると、フリットガラスなどによる接合を簡易に行うことが難しい。
【００１５】
一方で、安価な青板ガラスを用いた場合には、活性化時に、電子放出部近傍の温度が上昇することで、歪み点を超える温度に達してしまう。そして熱膨張量も大きくなる。このため、電子放出部近傍の青板ガラスの表面形状の変化を誘起することとなる。
【００１６】
実際、青板ガラス上に表面伝導型電子放出素子を多数形成した場合、石英基板上に形成した場合に比べ、活性化工程により達成される素子特性のバラツキおよび駆動時での素子特性変動が、いずれも顕著に現れる。また、達成される電子放出特性自体も石英の場合に比べて低い。
【００１７】
これらの主な理由は、上記した電子放出部近傍の局所的な高温の発生に起因する基板表面の形状変化によると思われる。
【００１８】
つまり、活性化工程時のバラツキは、上記基板の形状変化により、形成途中の前記第一の間隙部に印加される実効的な印加電圧あるいは印加電界が、素子毎に異なってしまうためと考えられる。特に、活性化工程において、パルス状の電圧を繰り返し印加する場合には、パルスのＯＮ，ＯＦＦに伴い、温度の昇降が繰り返されることとなる。このため、パルスのＯＮ，ＯＦＦに伴い、基板の熱膨張、収縮が生じる。その結果、得られるカーボン膜の形態、および前記第一の間隙の形態に差が生じ、活性化工程で到達する電子放出特性（Ｉｆ、Ｉｅ）にばらつきを生じると推測している。
【００１９】
また、駆動時のバラツキは、上記活性化時のバラツキと同様に、前記第一の間隙に印加される実効的な印加電圧あるいは印加電界が、基板の熱的な変形によって、時間的に変動することに起因すると考えられる。
【００２０】
このように、表面伝導型電子放出素子に接する基体の材料によっては、製造工程において発生する素子特性のバラツキに加え、素子を駆動する時に発生する素子特性のバラツキが生じる場合があった。
【００２１】
そこで、本発明は、上記問題を鑑み、良好な電子放出特性を長時間にわたり安定に実現する表面伝導型電子放出素子、および安価で、電子放出特性が良好で均一性の高い電子源及び画像形成装置を提供するものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、上述した課題を解決するために鋭意検討を行って成されたものである。
【００２３】
即ち、本発明は、基体上に、第一の間隙を置いて形成された第一および第二のカーボン膜と、該カーボン膜のそれぞれに電気的に接続する第一および第二の電極とを有し、少なくとも前記第一の間隙内に位置する前記基体が、ＳｉとＯとＮとを有し、表面にシリカを主成分とする層を有する構成とすることで、電子放出特性が良好で長時間に渡り安定な電子放出素子が得られる。
【００２４】
本発明はさらに、前記第一の間隙内に位置する前記基体が、ＳｉとＯとＮとの化合物を含むことをも特徴とし、さらには、該化合物がオキシナイトライドガラスであることをも特徴とする。
【００２５】
また、本発明は前記基体が、ガラス基板の表面にオキシナイトライドガラスからなる層を配置したものであることをも特徴とする。
【００２６】
また、本発明は前記オキシナイトライドガラスからなる層の厚さが１μｍ以上であることをも特徴とする。
【００２８】
さらに本発明は、前記シリカを主成分とする層が、さらにリンを含むことをも特徴とする。
【００２９】
また、本発明は前記シリカを主成分とする層の厚さが４０ｎｍ以上であることをも特徴とする。
【００３０】
また、本発明の別の態様は、基体上に上記電子放出素子を多数配列形成した電子源であることをも特徴とする。
【００３１】
また、本発明の別の態様は、上記電子源と、画像形成部材とを有する画像形成装置であることをも特徴とする。
【００３２】
上記本発明の電子源は、入力信号に応じて電子を放出する電子源であって、上記本発明の電子放出素子を、基体上に複数個配置したもので、好ましくは、個々の素子の両端を配線に接続した電子放出素子の行を複数もち、更に、変調手段を有することを特徴とする。更に好ましくは、基体上に、互いに電気的に絶縁されたｍ本のＸ方向配線とｎ本のＹ方向配線とが配され、前記第一および第二の電極と、前記Ｘ方向およびＹ方向配線をそれぞれ電気的に接続したことを特徴とするものである。
【００３３】
また、上記本発明の画像形成装置は、入力信号に基づいて画像を形成する装置であって、少なくとも、画像形成部材と上記本発明の電子源より構成されたことを特徴とするものである。この画像形成装置を用いることにより、画像形成装置を含むテレビジョン放送用の表示装置を構成することができる。
【００３４】
【作用】
本発明の電子放出素子によれば、基体の一部、特に前述の活性化工程および駆動時において他の領域よりも温度が著しく上昇する少なくとも前記第一の間隙内に位置する領域に、熱的安定性の高いオキシナイトライドガラスを用いるため、活性化処理、駆動のいずれの場合においても、温度上昇に伴う基体の形状変動が素子の特性に影響することを抑制できるので、良好で安定した電子放出特性を長時間にわたって保持し得る電子放出素子を実現できる。
【００３５】
更に、本発明の電子源ならびに画像形成装置によれば、長時間にわたり安定で均一性の高い良好な電子放出特性、および表示画像を得ることができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明が好ましく適用される一つの実施形態について述べる。
【００３７】
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。
【００３８】
図１の（ａ）、（ｂ）および図１９の（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明にかかわる基本的な平面型の表面伝導型電子放出素子の構成を示す平面図及び断面図である（参考図）。図１９は、図１よりも電子放出部５を詳細に表している。図１、図１９において、１はガラス基板、２と３は素子電極、４は一対の導電性薄膜、５は電子放出部、１０は一対のカーボン膜、６は導電性薄膜間の第二の間隙、７はカーボン膜間の第一の間隙、１５はＳｉとＯとＮとを有する層である。尚、詳しくは後述するが、本発明においては、導電性薄膜４は必ずしも必要としない。
【００３９】
図１９では上記第一の間隙７および第二の間隙６はそれぞれ、上記カーボン膜１０および導電性薄膜４を完全に分離した形態で示した。しかしながら、本発明は、必ずしも図に示した様に、完全に分離されていなくとも良い。つまり、一対の電極間を電気的に繋ぐカーボン膜１０の一部に第一の間隙が形成されている形態ということもできる。即ち、微少な領域で、前記一対のカーボン膜同士が繋がっていても、充分な電子放出特性を示しさえすれば良い。このため、本発明の電子放出素子の特徴的な構成としては、カーボン腹１０のうち、間隙７を置いて対向している部分が同一基体上に形成されていることである。
【００４０】
また、上記ＳｉとＯとＮとを有する層１５は、具体的にはＳｉとＯとＮとの化合物である。さらに具体的に述べるとオキシナイトライドガラス層である。
【００４１】
また、図１、図１９では、ガラス基板１の表面にＳｉとＯとＮとを有する層１５を形成した例を示したが、基板（１、１５）自体がオキシナイトライドガラスであっても良い。
【００４２】
そして、ここでは、製造上の簡便さから、層１５をガラス基板の表面上全面に配置した例を示したが、本発明はこれに限るものではない。即ち、前記ＳｉとＯとＮとを有する層が、少なくとも、前記第一の間隙内に位置する基板表面を占めていることが好ましい。さらには、前記第二の間隙内に位置する基板表面を占めていることがより好ましい。そして、前記電極間に位置する基板表面を占めていれば本発明の効果が十分得られる。
【００４３】
ガラス基板１としては、種々のガラスを用いることができる。一例としてはソーダライムガラス、青板ガラス中のナトリウムをカリウムで置換したカリウム置換ガラス、複数の種類のアルカリ金属を混合させたアルカリ混合ガラス等が挙げられる。好ましくは、安価な青板ガラスを用いることが好ましい。
【００４４】
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等の金属或は合金及び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印刷導体、Ｉｎ２Ｏ３、−ＳｎＯ２等の透明導電体及びポリシリコン等の半導体導体材料等から適宜選択することができる。
【００４５】
素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、導電性薄膜４の形状等は、この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。
【００４６】
素子電極間隔Ｌは、数十ｎｍより数百μｍであり、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、及び、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。
【００４７】
尚、素子電極間隔をＦＩＢ（収束イオンビーム）法などで形成する場合、数十ｎｍ程度で制御可能である。このため、前述した導電性薄膜４を形成することなしに、上記電極２，３とカーボン膜１０を直接接続することも可能である。
【００４８】
従って、本発明においては、カーボン膜（１０）と電極（２，３）とが電気的に接続されていれば良い。なお、この様に、導電性薄膜４を抜いた構成とした場合には、前述の第二の間隙は、電極（２，３）の間隔（Ｌ）に相当する。
【００４９】
素子電極長さＷ、及び、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。
【００５０】
尚、図１に示した構成だけでなく、基板１上に、層１５、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。
【００５１】
導電性薄膜４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間の抵抗値及び後述するフォーミング条件等を考慮して適宜設定される。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重要なパラメータであり、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が困難となり、電子放出部形成のためにより大きな電力が必要となる。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。
【００５２】
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。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１０２から１０７Ω／□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の薄膜の抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ（ｌ／ｗ）とおいたときに現れる値で、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の範囲にある。
【００５３】
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、電子放出部形成後、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。
【００５４】
なお、カーボン膜１０は、主にグラファイト状の炭素から成る。
【００５５】
上記ＳｉとＯとＮとを有する層１５として、オキシナイトライドガラスを用いた場合には、シリカガラス中の酸素の一部を窒素で置き換えた酸窒化けい素を主成分とするガラスにより構成される。
【００５６】
本発明においては、上記オキシナイトライドガラスとしては、所望のガラスの性質を得るために、結晶化が起こらないようにするのが望ましい。具体的には、ＳｉＯ２ガラス（Ｓｉ；３３原子％：Ｏ；６７原子％）に対して、窒素は１原子％以上２０原子％以下の範囲で入れることが好ましい。さらには、また、窒素は５原子％以上２０原子％以下の範囲で入れることが特に好ましい。従って、オキシナイトライドとしては、Ｓｉ：３３原子％、Ｏ：４７原子％、Ｎ：２０原子％の組成までが好ましい。
【００５７】
一方、Ｓｉの一部を他の金属元素に置き換えてもよい。その場合には、オキシナイトライド中のＳｉの原子％に対して、その１０％程度以下が望ましい。
【００５８】
従って、本発明において、好ましく適用されるオキシナイトライドとしては、ＳｉＯＮ（Ｓｉ：３３原子％、Ｏ：６６原子％、Ｎ：１原子％）からＳｉＭＯＮ（Ｓｉ：３０原子％：Ｍ；３原子％：Ｏ：４７原子％：Ｎ；２０原子％、ここでＭはＳｉ以外の金属元素）までが好ましい範囲である。
【００５９】
これ以上、Ｎの含有量を増やすと、上記した活性化の進行が不十分となる場合がある。
【００６０】
上記Ｓｉの一部を置き換える金属元素（Ｍ）としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類、アルミニウム等を用いることができる。
【００６１】
層１５の厚さは、電子放出部５の温度がガラス基板１に伝わるのを防ぐように設定される。具体的には、厚みが１μｍ以上であることが好ましい。
【００６２】
上述したオキシナイトライドガラスを層１５に用いる場合には、窒素含有雰囲気中でＳｉＯ２ガラスを熱処理する方法や気相成長法、ゾル−ゲル法等を用いることができる。
【００６３】
以上述べたように、本発明では、電子放出部５とガラス基板１との距離を層１５によって離すため、ガラス基板の熱的な変形に起因する前述したバラツキ等を低減することができる。そのため、安定性に優れ、長時間にわたり良好な電子放出特性を得ることができる。
【００６４】
なお、層（オキシナイトライドガラス層）１５の窒素含有率が多くなると、活性化の進行が遅くなる場合がある。このような場合、図２に示すように、層１５の上にシリカを主成分とする層１６を形成することでさらに良好な電子放出特性を得ることができる。なお、シリカを主成分とする層１６は、シリカのみからなる層だけでなく、リンを含む（例えばリンをドープした）シリカを主成分とする層等を用いてもよい。これは、ガラス基板１や層１５と、素子との熱膨張係数の差等の整合をとるため適宜用いることができる。
【００６５】
シリカを主成分とする層１６は、成膜可能な限り厚くすることができるが、４０ｎｍ以上であれば、効果が顕著である。
【００６６】
次に、本発明に係る別な構成の表面伝導型電子放出素子である垂直型表面伝導型電子放出素子について説明する。
【００６７】
図３は、基本的な垂直型表面伝導型電子放出素子の構成を示す模式的図面である（参考図）。
【００６８】
図３においては、図１と同一の符号のものは、同一である。３１は段差形成部である。基板１、素子電極２及び３、導電性薄膜４、電子放出部５、ＳｉとＯとＮとを有する層（オキシナイトライドガラス層）１５は、前述した平面型表面伝導型電子放出素子の場合と同様の材料で構成されたものである。段差形成部３１は、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等で形成されたＳｉＯ２等の絶縁材料で構成される。段差形成部３１の膜厚が、先に述べた素子電極間隔Ｌに対応し、段差形成部の製造方法、及び、素子電極間に印加する電圧と電子放出し得る電圧などにより設定されるが、好ましくは、数十ｎｍから数μｍの範囲である。
【００６９】
また、段差形成部３１をＳｉとＯとＮとを有する層（オキシナイトライドガラス層）１５で形成することもできる。この場合、図３に示した層１５をあらためて形成しなくても、本発明による効果が得られることは言うまでもない。
【００７０】
また、本発明においては、平面型表面伝導型電子放出素子と同様に、図４に示すように、ＳｉとＯとＮとを有する層（オキシナイトライドガラス層）１５の上にシリカ層１６を形成する。
【００７１】
電子放出部５を有する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、図２０に示す（参考図）。図２０は、電子放出部５の形成過程をより詳細に示した図である。
【００７２】
以下、順をおって製造方法の説明を図１、図１９及び図５、図２０に基づいて説明する。
【００７３】
１）ガラス基板１を洗剤、純水および有機溶剤により十分に洗浄後、ゾル−ゲル法等によりオキシナイトライドガラス層１５を形成する（図５（ａ）、図２０（ａ））。なお、オキシナイトライドガラス層１５の形成法は、ゾル−ゲル法に限るものではなく、ＣＶＤ法等によって形成される場合もある。また、予めシリカを主成分とする層を形成した後に窒化させてオキシナイトライドガラス層１５を形成することもできる。
【００７４】
なお、前述のように、本発明においては、オキシナイトライドガラス層１５上に更にシリカ層をコーティングするが、説明の簡略化のため、以下も図１、図１９及び図５、図２０に基づいて説明する。
【００７５】
２）つづいて、オキシナイトライドガラス層１５を形成した基板１に、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５（ｂ）、図２０（ｂ））。
【００７６】
３）オキシナイトライドガラス層１５を形成した基板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５（ｃ）、図２０（ｃ））。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。
【００７７】
４）つづいて、フォーミングと呼ばれる通電処理を施す。フォーミング処理の具体的な手法の一つとしては、素子電極２、３間に電圧を印加し、前記導電性薄膜４に電流を流すことで、導電性薄膜４の一部に第二の間隙６を形成する（図２０（ｄ））。ここでは、第二の間隙の形成方法（フォーミング方法）として電流を流すことにより行ったが、導電性薄膜に間隙を形成できれば、これに限るものではない。
【００７８】
フォーミング処理以降の電気的処理は、図６に示す測定評価装置内で行うことができる。以下に測定評価装置を説明する。
【００７９】
図６は、図１、図１９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６において、１は基体、２及び３は素子電極、４は導電性薄膜、５は電子放出部、１５はオキシナイトライドガラス層を示す。また、６１は素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源、６０は素子電極２，３間を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、６４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、６３はアノード電極６４に電圧を印加するための高圧電源、６２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。
【００８０】
電子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６１と電流計６０とを接続し、該電子放出素子の上方に電源６３と電流計６２とを接続したアノード電極６４を配置している。また、電子放出素子及びアノード電極６４は真空装置内に設置され、その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、ターボポンプ、ロータリーポンプからなる通常の高真空装置系あるいは、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、真空装置全体、及び電子放出素子は、不図示のヒータにより加熱できる。
【００８１】
なお、アノード電極の電圧を１ｋＶ〜１０ｋＶ、アノード電極と電子放出素子との距離Ｈは２ｍｍ〜８ｍｍの範囲で測定した。
【００８２】
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７の（ａ）に示す。
【００８３】
図７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。
【００８４】
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７の（ｂ）に示す。
【００８５】
図７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ステップ程度づつ、増加させる。
【００８６】
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した。
【００８７】
以上説明した電子放出部を形成する際に、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、電子放出部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。
【００８８】
尚、前述したように、ＦＩＢ法などを用いて、数十ｎｍの電極間隔Ｌで一対の電極（２，３）を形成した場合には、上記（３）、（４）の工程を省略し、続く（５）の工程に移ることもできる。
【００８９】
５）次に、第二の間隙６を形成した素子に活性化処理を施す。活性化処理の工程は、有機物質を含有する雰囲気下で行う。この雰囲気は、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を導入することによって得られる。このときの好ましい有機物質の圧力は、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。
【００９０】
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、ニトリル類、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、ベンゾニトリル、アセトニトリル、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等が使用できる。
【００９１】
この処理により、雰囲気中に存在する有機物質から、カーボン膜１０が第二の間隙６内の基板（１，１５）上および導電性薄膜４上に形成される。その結果、第二の間隙６よりも狭い、第一の間隙７が形成され、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、著しく増加するようになる。
【００９２】
なお、活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉｆ及び／または放出電流Ｉｅを測定しながら、適宜行う。パルス幅、パルス間隔、パルス波高値などは適宜設定することができる。
【００９３】
本発明におけるグラファイト状の炭素とは、完全なグラファイトの結晶構造を有するもの（いわゆるＨＯＰＣ）、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）を包含するが、グラファイト層間隔として、０．３５ｎｍ以下（完全なグラファイトでは０．３３５ｎｍ）の炭素が含まれているものが好ましい。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。
【００９４】
なお、上記グラファイト状炭素の膜厚は、５０ｎｍ以下の範囲とするのが好ましく、３０ｎｍ以下の範囲とすることがより好ましい。
【００９５】
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。真空容器内の圧力は、１．３×１０−５Ｐａ以下が好ましく、さらに１．３×１０−６Ｐａ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。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、８０〜３５０℃、好ましくは２００℃以上でできるだけ長時間行なうのが望ましいが、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、電子放出素子の構成などの諸条件により適宜選ばれる条件により行う。
【００９６】
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堆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。
【００９７】
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、結果として素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが安定する。
【００９８】
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６、図８を用いて説明する。
【００９９】
図８は、図６に示した測定評価装置により測定された放出電流Ｉｅ、素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関係の典型例を模式的に示した図である。なお、図８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。図８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に関して三つの特徴的性質を有する。
【０１００】
まず第１に、本素子はある電圧（しきい値電圧と呼ぶ、図８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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
第３に、アノード電極６４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６４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。
【０１０３】
図８においては、素子電流Ｉｆが素子電圧Ｖｆに対して単調増加する（ＭＩ特性）例を示した。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）。これら特性は、前述の工程を制御することで制御できる。
【０１０４】
以上のような表面伝導型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、長時間にわたって安定かつ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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
本発明においては、前述の構成を有する電子放出素子を複数、基板上に配列し、例えば電子源あるいは、画像形成装置が構成できる。
【０１０７】
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、表面伝導型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。
【０１０８】
次に、この単純マトリクス配置について詳述する。
【０１０９】
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においても、個々の素子に上記パルス状電圧を適宜印加すれれば、入力信号に応じて、表面伝導型電子放出素子を選択して電子放出量を制御できることとなる。
【０１１０】
以下この原理に基づき構成した電子源基板について、図９を用いて説明する。
【０１１１】
ｍ本のＸ方向配線９２は、ＤＸ１、ＤＸ２、…ＤＸｍからなり、基板９１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、配線の材料、膜厚、幅が設計される。Ｙ方向配線９３は、ＤＹ１、ＤＹ２…ＤＹｎのｎ本の配線よりなり、Ｘ方向配線９２と同様に形成される。これらｍ本のＸ方向配線９２とｎ本のＹ方向配線９３との間には、不図示の層間絶縁層が設置され、両者を電気的に分離して、マトリックス配線を構成している（ｍ、ｎは、共に正の整数）。
【０１１２】
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９２を形成した基板９１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９２とＹ方向配線９３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９２とＹ方向配線９３は、それぞれ外部端子として引き出されている。
【０１１３】
さらに、前述と同様にして、表面伝導型放出素子９４を構成する一対の電極（不図示）が、ｍ本のＸ方向配線９２（ＤＸ１、ＤＸ２、…ＤＸｍ）とｎ本のＹ方向配線９３（ＤＹ１、ＤＹ２、…ＤＹｎ）と導電性金属等からなる結線９５によって電気的に接続されている。
【０１１４】
ここで、ｍ本のＸ方向配線９２とｎ本のＹ方向配線９３を構成する材料、結線９５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。
【０１１５】
また、詳しくは後述するが、前記Ｘ方向配線９２には、Ｘ方向に配列する表面伝導型放出素子９４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る。一方、Ｙ方向配線９３には、Ｙ方向に配列する表面伝導型放出素子９４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。
【０１１６】
更に、表面伝導型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。
【０１１７】
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について、図１０と図１１を用いて説明する。図１０は、画像形成装置の基本構成図であり、図１１は蛍光膜である。
【０１１８】
図１０において、９１は電子放出素子を複数配した電子源基板、１０１は電子源基板９１を固定したリアプレート、１０６はガラス基板１０３の内面に蛍光膜１０４とメタルバック１０５等が形成されたフェースプレートである、１０２は支持枠であり、該支持枠１０２には、リアプレート１０１、フェースプレート１０６が、フリットガラス等を塗布し、大気中あるいは窒素中で、４００〜５００℃の温度範囲で１０分以上焼成することで、封着され、以て外囲器１０８を構成している。
【０１１９】
図１０において、９４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。９２、９３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。
【０１２０】
外囲器１０８は、上述の如く、フェースプレー卜１０６、支持枠１０２、リアプレート１０１で構成したが、リアプレート１０１は主に基板９１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１０１は不要である。即ち、基板９１に直接支持枠１０２を封着し、フェースプレート１０６、支持枠１０２及び基板９１で外囲器１０８を構成しても良い。一方、フェースプレート１０６、リアプレート１０１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１０８を構成することもできる。
【０１２１】
図１１は、蛍光膜を示す模式図である。蛍光膜１０４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１１１と蛍光体１１２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、カラー表示の場合、必要となる三原色蛍光体の各蛍光体１１２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１０４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。
【０１２２】
ガラス基板に蛍光体を塗布する方法は、モノクローム、カラーによらず、沈澱法、印刷法等が採用できる。蛍光膜１０４の内面側には、通常メタルバック１０５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フェースプレート１０６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。
【０１２３】
フェースプレート１０６には、更に蛍光膜１０４の導電性を高めるため、蛍光膜１０４の外面側に透明電極（不図示）を設けてもよい。
【０１２４】
前述の封着を行う際には、カラーの場合は各色蛍光体と電子放出素子とを対応させる必要があり、十分な位置合わせを行う必要がある。
【０１２５】
外囲器１０８は、不図示の排気管を通じ、１．３×１０−５Ｐａ程度の真空度にした後、封止が成される。また、外囲器１０８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場合もある。これは、外囲器１０８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１０８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、１．３×１０−３Ｐａないしは１．３×１０−５Ｐａの真空度を維持するものである。
【０１２６】
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１０７を通じ、メタルバック１０５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１０４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。
【０１２７】
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、画像装置の用途に適するよう適宜選択することができる。
【０１２８】
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ための駆動回路の構成例について、図１２を用いて説明する。
【０１２９】
図１２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り、図１２中、１２１は画像表示パネル、１２２は走査信号発生回路、１２３はタイミング制御回路、１２４はシフトレジスタである。１２５はラインメモリ、１２６は同期信号分離回路、１２７は変調信号発生器、ＶｘおよびＶａは直流電圧源である。
【０１３０】
表示パネル１２１は、端子Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ、端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎ、及び高圧端子（Ｈｖ）１０７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）ずつ順次駆動するための走査信号が印加される。端子Ｄｙ１乃至Ｄｙｎ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１０７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ための加速電圧である。
【０１３１】
走査信号発生回路１２２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１２１の端子Ｄｘ１ないしＤｘｍ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１２３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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
タイミング制御回路１２３は、外部より入力する画像信号に基づいて適切な表示が行なわれるように各部の動作を整合させる機能を有する。タイミング制御回路１２３は、同期信号分離回路１２６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。
【０１３４】
同期信号分離回路１２６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（フィルター）回路等を用いて構成できる。同期信号分離回路１２６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１２４に入力される。
【０１３５】
シフトレジスタ１２４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１２３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１２４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、Ｉｄ１乃至Ｉｄｎのｎ個の並列信号として前記シフトレジスタ１２４より出力される。
【０１３６】
ラインメモリ１２５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１２３より送られる制御信号Ｔｍｒｙに従って適宜Ｉｄ１乃至Ｉｄｎの内容を記憶する。記憶された内容は、Ｉ’ｄ１乃至Ｉ’ｄｎとして出力され、変調信号発生器１２７に入力される。
【０１３７】
変調信号発生器１２７は、画像データＩ’ｄ１乃至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ための信号源であり、その出力信号は、端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを通じて表示パネル１２１内の表面伝導型電子放出素子に印加される。
【０１３８】
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、例えば電子放出しきい値以下の電圧を印加しても電子放出は生じないが、電子放出しきい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。
【０１３９】
電圧変調方式を実施するに際しては、変調信号発生器１２７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。
【０１４０】
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１２７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。
【０１４１】
シフトレジスタ１２４やラインメモリ１２５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。
【０１４２】
デジタル信号式を用いる場合には、同期信号分離回路１２６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１２６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１２５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１２７に用いられる回路が若干異なったものとなる。
【０１４３】
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１２７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１２７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。
【０１４４】
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１２７には、例えばオペアンプなどを用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフト回路などを付加することもできる。パルス幅変調方式の場合には、例えば、電圧制御型発振回路（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。
【０１４５】
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（１０７）を介してメタルバック１０５、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１０４に衝突し、発光が生じて画像が形成される。
【０１４６】
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方式など他のものでも良く、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。
【０１４７】
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ー等の表示装置の他、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。
【０１４８】
【実施例】
以下、実施例を挙げて、本発明をさらに詳述する。
【０１４９】
（実施例１＜参考例＞）
本実施例で作成した電子放出素子の構成は、図１（ａ）、（ｂ）、図１９（ａ）、（ｂ）の平面図及び断面図と同様である。図１９は、図１の電子放出部をより詳細に示した図である。
【０１５０】
本実施例の電子放出素子の製造法は、基本的には図５、図２０と同様である。以下、図１、図５、図１９、図２０を用いて、本実施例で作成した素子の構成及ぴ製造法を説明する。図２０は、図５の電子放出部の作成プロセスをより詳細に示した図である。
【０１５１】
以下、順を追って本実施例の製造方法を図１、図５、図１９、図２０に基づいて説明する。
【０１５２】
工程−ａ
最初に、清浄化した青板ガラス基板１上に、ゾル−ゲル法により１μｍ厚のオキシナイトライドガラス層１５を形成した。本実施例のオキシナイトライドガラスは、Ｓｉ、Ｏ、Ｎ、Ｙ、Ａｌを含んでいる。尚、これらの組成比としては、Ｓｉ：３０原子％、Ｏ：６２原子％、Ｎ：５原子％、Ｙ：１原子％、Ａｌ：２原子％のものを用いた。なお、アンモニア雰囲気中で焼成することにより、窒素含有率５原子％とした（図５（ａ）、図２０（ａ））。
【０１５３】
一方、本発明の効果を明確にするため、上記オキシナイトライドガラス層１５の形成を行なわない青板ガラス基板を用意し、以後の工程を本実施例の素子と同様に行ない、比較例の素子とした。
【０１５４】
工程−ｂ
オキシナイトライドガラス層１５を形成した基板１上に、素子電極２、３と所望の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（ＲＤ−２０００Ｎ−４１  日立化成社製）で形成し、電子ビーム蒸着法により、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堆積膜をリフトオフし、素子電極間隔は３μｍとし、素子電極の幅Ｗが３００μｍを有する素子電極２、３を形成した（図５（ｂ）、図２０（ｂ））。
【０１５５】
工程−ｃ
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、その上に有機パラジウム化合物溶液（ｃｃｐ４２３０  奥野製薬（株）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元素としてＰｄよりなる導電性薄膜４の膜厚は１０ｎｍ、シート抵抗Ｒｓは２×１０４Ω／□であった。
【０１５６】
工程−ｄ
Ｃｒ膜及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所望のパターンの導電性薄膜４を形成した（図５（ｃ）、図２０（ｃ））。
【０１５７】
以上の工程により基板１上に、オキシナイトライドガラス層１５、素子電極２，３、導電性薄膜４を形成した。
【０１５８】
工程−ｅ
次に、図６の測定評価装置に設置し、真空ポンプにて排気し、１．３×１０−６Ｐａ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６１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なった。フォーミング処理の電圧波形は図７の（ｂ）に示したものである。本工程により第二の間隙６を形成した（図２０（ｄ））。
【０１５９】
図７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、本実施例ではＴ１を１ｍｓｅｃ、Ｔ２を１０ｍｓｅｃとし、矩形波の波高値は０．１Ｖステップで昇圧し、フォーミング処理を行なった。また、フォーミング処理中は、同時に、０．１Ｖの電圧で、フォーミング用パルスの間に抵抗測定パルスを挿入し、抵抗を測定した。尚、フォーミング処理の終了は、抵抗測定パルスでの測定値が、約１ＭΩ以上になった時とし、同時に、素子への電圧の印加を終了した。
【０１６０】
工程−ｆ
続いて、活性化工程を行なうために、トルニトリルをスローリークバルブを通して真空装置内に導入し、１．３×１０−４Ｐａを維持した。次にフォーミング処理した素子に、図１３に示した波形で波高値を１４Ｖで活性化処理をした。すなわち、測定評価装置内で、素子電流Ｉｆを測定しながら、素子電極間にパルス電圧を印加した。約１５分でＩｆ値がほぼ飽和したため、通電を停止し、スローリークハルブを閉め、活性化処理を終了した。本工程により、カーボン膜１０を形成すると同時に、第一の間隙７を形成した（図２０（ｅ）、図５（ｄ））。
【０１６１】
工程−ｇ
続いて、安定化工程を行なう。真空装置及び電子放出素子をヒータにより加熱して約２５０℃に推持しながら真空装置内の排気を続けた。２０時間後、ヒータによる加熱をやめ、室温に戻したところ真空装置内の圧力は６．７×１０−８Ｐａ程度に達した。
【０１６２】
続いて、電子放出特性の測定を行なった。
【０１６３】
アノード電極６４と電子放出素子の間の距離Ｈを４ｍｍとし、高圧電源６３によりアノード電極６４に１ｋＶの電位を与えた。この状態で、電源６１を用いて素子電極２、３の間に波高値１４Ｖの矩形パルス電圧を印加して、電流計６０及び電流計６２により、本実施例の素子及び比較例の素子の素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅをそれぞれ測定した。
【０１６４】
本実施例の素子は、素子電流Ｉｆ＝５．０ｍＡ、放出電流Ｉｅ＝１０．５μＡ、電子放出効率η（＝Ｉｅ／Ｉｆ）＝０．２１％であった。比較例の素子では、素子電流Ｉｆ＝２．０ｍＡ、放出電流Ｉｅ＝４．０μＡ、電子放出効率η（＝Ｉｅ／Ｉｆ）＝０．２０％であった。
【０１６５】
この後さらに電子放出させ続け、一定時間経過した時点で再度素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅを測定したところ、本実施例の素子は、素子電流Ｉｆ＝５．０ｍＡ、放出電流Ｉｅ＝１０．５μＡ、電子放出効率η（＝Ｉｅ／Ｉｆ）＝０．２１％で、変化していなかったのに対し、比較例の素子では素子電流Ｉｆ＝１．５ｍＡ、放出電流Ｉｅ＝３．５μＡ、電子放出効率η（＝Ｉｅ／Ｉｆ）＝０．２３％であった。
【０１６６】
また、本実施例の素子および比較例の素子の表面を、ＸＰＳ（Ｘｒａｙ  ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で測定したところ、比較例の素子では、Ｎａの析出が顕著に観測された。これは、青板ガラスから、素子表面に拡散してきたものと推測される。
【０１６７】
一方で、本実施例の素子では、ＳｉＯ２の酸素の一部を窒素に置き換えたオキシナイトライドガラスとすることで、ガラスの網目構造が密になっており、これにより青板ガラス中に含まれるナトリウムイオンの素子への進入、移動を阻止できたものと推測される。
【０１６８】
また、オキシナイトライドガラスは、青板ガラスに比べ、歪み点が高く、熱膨張係数が小さいので、温度上昇における形状の変化が小さい。
【０１６９】
これらの結果から、本実施例の素子は、比較例の素子と比較して、放出電流Ｉｅが大きいだけではなく、駆動時の安定性においても優れていることがわかった。
【０１７０】
（実施例２）
本実施例において作成した表面伝導型電子放出素子の構成は、図２（ａ）、（ｂ）、図２１（ａ）、（ｂ）に示した平面図及び断面図と同様である。つまり、実施例１で形成したオキシナイトライド層１５に加え、シリカ層１６を形成した。その他については、実施例１と同様である。尚、図２１は、電子放出部５を図２よりも詳細に示した図である。
【０１７１】
また、本実施例に係わる表面伝導型電子放出素子の製造法も、基本的には実施例１と同様である。以下、図２、図２１、図２２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法を説明する。
【０１７２】
以下、順をおって本実施例の製造方法を図２２に基づいて説明する。
【０１７３】
工程−ａ
実施例１と同様に、最初に、清浄化した青板ガラス基板１上に、ゾル−ゲル法により１μｍ厚のＹ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎオキシナイトライドガラス層１５を形成した。なお、アンモニア雰囲気中で焼成することにより、窒素含有率５原子％とした。さらに、オキシナイトライドガラス層１５上に厚さ４０ｎｍのシリカ層１６をＲＦスパッタ法により堆積した（図２２（ａ））。
【０１７４】
一方、本発明の効果を明確にするため、上記オキシナイトライドガラス層１５の形成を行なわない、青板ガラス基板上にシリカ層１６を形成した基板を用意し、以後の工程を本実施例の素子と同様に行ない、比較例の素子とした。
【０１７５】
工程−ｂ
オキシナイトライドガラス層１５、シリカ層１６を形成したアルカリガラス基板１上に、素子電極２、３と所望の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（ＲＤ−２０００Ｎ−４１  日立化成社製）で形成し、電子ビーム蒸着法により、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堆積膜をリフトオフし、素子電極間隔Ｌは３μｍとし、素子電極の幅Ｗが３００μｍを有する素子電極２、３を形成した（図２２（ｂ））。
【０１７６】
工程−ｃ
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、その上に有機パラジウム化合物溶液（ｃｃｐ４２３０  奥野製薬（株）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元素としてＰｄよりなる導電性薄膜４の膜厚は１０ｎｍ、シート抵抗値は２×１０４Ω／□であった。
【０１７７】
工程−ｄ
Ｃｒ膜及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所望のパターンの導電性薄膜４を形成した（図２２（ｃ））。
【０１７８】
以上の工程により基板１上に、オキシナイトライドガラス層１５、シリカ層１６、素子電極２，３、導電性薄膜４を形成した。
【０１７９】
工程−ｅ
次に、図６の測定評価装置に設置し、真空ポンプにて排気し、１．３×１０−６Ｐａ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６１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なった。フォーミング処理の電圧波形は図７の（ｂ）に示したものである。本工程により第二の間隙６を形成した（図２２（ｄ））。
【０１８０】
図７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、本実施例ではＴ１を１ｍｓｅｃ、Ｔ２を１０ｍｓｅｃとし、矩形波の波高値は０．１Ｖステップで昇圧し、フォーミング処理を行なった。また、フォーミング処理中は、同時に、０．１Ｖの電圧で、フォーミング用パルスの間に抵抗測定パルスを挿入し、抵抗を測定した。尚、フォーミング処理の終了は、抵抗測定パルスでの測定値が、約１ＭΩ以上になった時とし、同時に、素子への電圧の印加を終了した。
【０１８１】
工程−ｆ
続いて、活性化工程を行なうために、ベンゾニトリルをスローリークバルブを通して真空装置内に導入し、１．３×１０−４Ｐａを維持した。次にフォーミング処理した素子に、図１３に示した波形で波高値を１４Ｖで活性化処理をした。すなわち、測定評価装置内で、素子電流Ｉｆを測定しながら、素子電極間にパルス電圧を印加した。約１５分でＩｆ値がほぼ飽和したため、通電を停止し、スローリークハルブを閉め、活性化処理を終了した。本工程により、カーボン膜１０を形成すると同時に、第一の間隙７を形成した（図２２（ｅ））。
【０１８２】
工程−ｇ
続いて、安定化工程を行なう。真空装置及び電子放出素子をヒータにより加熱して約２５０℃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６．７×１０−８Ｐａ程度に達した。
【０１８３】
続いて、実施例１と同様に電子放出特性の測定を行なった。
【０１８４】
アノード電極６４と電子放出素子の間の距離Ｈを４ｍｍとし、高圧電源６３によりアノード電極６４に１ｋＶの電位を与えた。この状態で、電源６１を用いて素子電極２，３の間に波高値１４Ｖの矩形パルス電圧を印加して、電流計６０及び電流計６２により、本実施例の素子及び比較例の素子の素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅをそれぞれ測定した。
【０１８５】
本実施例の素子は、素子電流Ｉｆ＝８．０ｍＡ、放出電流Ｉｅ＝１８．５μＡ、電子放出効率η（＝Ｉｅ／Ｉｆ）＝０．２３％であった。比較例の素子では、素子電流Ｉｆ＝４．０ｍＡ、放出電流Ｉｅ＝８．０μＡ、電子放出効率η（＝Ｉｅ／Ｉｆ）＝０．２０％であった。
【０１８６】
この後さらに電子放出させ続け、一定時間経過した時点で再度素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅを測定したところ、本実施例の素子は、素子電流Ｉｆ＝８．０ｍＡ、放出電流Ｉｅ＝１８．５μＡ、電子放出効率η（＝Ｉｅ／Ｉｆ）＝０．２３％で、変化していなかったのに対し、比較例の素子では素子電流Ｉｆ＝３．５ｍＡ、放出電流Ｉｅ＝７．５μＡ、電子放出効率η（＝Ｉｅ／Ｉｆ）＝０．２１％であった。
【０１８７】
この結果から、本実施例の素子は、比較例の素子と比較して、放出電流Ｉｅが大きいだけではなく、駆動時の安定性においても優れていることがわかった。
【０１８８】
（実施例３＜参考例＞）
本実施例では、実施例１の基板１として、ソーダライムガラスのＮａのほぼ半分をＫに置換した高歪み点ガラス（歪み点５５０℃以上）を用いた。比較例においても、このガラスの上に素子を作製した。その他の製造方法、および構成は実施例１と同様にして形成した。
【０１８９】
本実施例の素子は、素子電流Ｉｆ＝５．５ｍＡ、放出電流Ｉｅ＝１２．６μＡ、電子放出効率η（＝Ｉｅ／Ｉｆ）＝０．２３％であった。比較例の素子では、素子電流Ｉｆ＝２．５ｍＡ、放出電流Ｉｅ＝５．０μＡ、電子放出効率η（＝Ｉｅ／Ｉｆ）＝０．２０％であった。
【０１９０】
この後さらに電子放出させ続け、一定時間経過した時点で再度素子電流Ｉｆおよび放出電流Ｉｅを測定したところ、本実施例の素子は、素子電流Ｉｆ＝５．５ｍＡ、放出電流Ｉｅ＝１２．６μＡ、電子放出効率η（＝Ｉｅ／Ｉｆ）＝０．２３％で、変化していなかったのに対し、比較例の素子では素子電流Ｉｆ＝２．０ｍＡ、放出電流Ｉｅ＝４．５μＡ、電子放出効率η（＝Ｉｅ／Ｉｆ）＝０．２３％であった。
【０１９１】
この結果から、本実施例の素子は、比較例の素子と比較して、放出電流Ｉｅが大きいだけではなく、駆動時の安定性においても優れていることがわかった。
【０１９２】
（実施例４）
本実施例では、実施例３で用いた基板１上に、ＳｉＯＮ（Ｓｉ；３３原子％：Ｏ；５７原子％：Ｎ；１０原子％）をゾルゲル法で１μｍの厚みで形成した。これ以外は実施例３と同様の構成、製造方法で作成した。
【０１９３】
本実施例の素子は、素子電流Ｉｆ＝６．５ｍＡ、放出電流Ｉｅ＝１５．０μＡ、電子放出効率η（＝Ｉｅ／Ｉｆ）＝０．２３％であった。
【０１９４】
この後さらに電子放出させ続け、一定時間経過した時点で再度素子電流Ｉｆおよび放出電流Ｉｅを測定したところ、本実施例の素子は、素子電流Ｉｆ＝６．５ｍＡ、放出電流Ｉｅ＝１５．０μＡ、電子放出効率η（＝Ｉｅ／Ｉｆ）＝０．２３％で、変化していなかった。
【０１９５】
この結果から、本実施例の素子は、放出電流Ｉｅが大きいだけではなく、駆動時の安定性においても優れていることがわかった。
【０１９６】
（実施例５）
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画像形成装置の例である。
【０１９７】
電子源の一部の平面図を図１４に示す。また、図中のＡ−Ａ’断面図を図１５に示す。但し図１４、図１５で、同じ記号を示したものは、同じものを示す。ここで９１は基板、９２は図９のＤｘｍに対応するＸ方向配線（下配線とも呼ぶ）、９３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と３は素子電極、１６はシリカ層、１５１はオキシナイトライドガラスからなる層間絶縁層、１５２は、素子電極２と下配線９２との電気的接続のためのコンタクトホールである。
【０１９８】
次に製造方法を図１６、図１７により工程順に従って具体的に説明する。
【０１９９】
工程−ａ
清浄化した青板ガラスの基板９１上に、真空蒸着により厚さ５ｎｍのＣｒ、厚さ０．６μｍ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、べークした後、ホトマスク像を露光、現像して、下配線９２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９２を形成する（図１６（ａ））。
【０２００】
工程−ｂ
次に厚さ１０μｍのオキシナイトライドガラスからなる層間絶縁層１５１をゾル−ゲル法により堆積する。さらに、厚さ８０ｎｍのシリカ層１６をＲＦスパッタ法により形成した（図１６（ｂ））。なお、ここで、層間絶縁層１５１はオキシナイトライドガラス層１５と同様の意味を持つ。
【０２０１】
工程−ｃ
工程−ｂで堆積した層間絶縁層１５１及びシリカ層１６にコンタクトホール１５２を形成するためのホトレジストパターンを作り、これをマスクとして層間絶縁層１５１及びシリカ層１６をエッチングしてコンタクトホール１５２を形成する（図１６（ｃ））。
【０２０２】
工程−ｄ
その後、素子電極２、３と所望の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（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０．１μｍのＮｉを順次堆積した。ホトレジストパターンを有機溶剤で溶解し、Ｎｉ／Ｔｉ堆積膜をリフトオフし、素子電極間隔Ｌ＝３μｍ、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（ｄ））。
【０２０３】
工程−ｅ
素子電極２、３の上に上配線９３のホトレジストパターンを形成した後、厚さ５ｎｍのＴｉ、厚さ０．５μｍ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９３を形成した（図１７（ａ））。
【０２０４】
工程−ｆ
膜厚０．１μｍのＣｒ膜１７１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）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１７（ｂ））。また、こうして形成された主元素としてＰｄよりなる導電性薄膜４の膜厚は１０ｎｍ、シート抵抗値は２×１０４Ω／□であった。
【０２０５】
工程−ｇ
Ｃｒ膜１７１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所望のパターンを形成した（図１７（ｃ））。
【０２０６】
工程−ｈ
コンタクトホール１５２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０．５μｍのＡｕを順次堆積した。リフトオフにより不要の部分を除去することにより、コンタクトホール１５２を埋め込んだ（図１７（ｄ））。
【０２０７】
以上の工程により絶縁性基板９１上に下配線９２、オキシナイトライドガラスからなる層間絶縁層１５１、シリカ層１６、上配線９３、素子電極２，３、導電性薄膜４を形成した。
【０２０８】
次に、以上のようにして作製した電子源を用いて表示装置を構成した例を、図９と図１０を用いて説明する。
【０２０９】
以上のようにして多数の平面型表面伝導電子放出素子を作製した基板９１をリアプレート１０１上に固定した後、基板９１の５ｍｍ上方に、フェースプレート１０６（ガラス基板１０３の内面に蛍光膜１０４とメタルバック１０５が形成されて構成される）を支持枠１０２を介し配置し、フェースプレート１０６、支持枠１０２、リアプレート１０１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（図１０）。また、リアプレート１０１への基板９１の固定もフリットガラスで行った。
【０２１０】
本実施例において図１０の９４は電子放出部形成前の電子放出素子（例えば、図２２（ｃ）に相当する）であり、９２、９３はそれぞれＸ方向及びＹ方向の素子配線である。
【０２１１】
蛍光膜１０４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、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１０４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１０３に蛍光体を塗布する方法はスラリー法を用いた。
【０２１２】
また、蛍光膜１０４の内面側には通常メタルバック１０５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。
【０２１３】
フェースプレート１０６には、更に蛍光膜１０４の導電性を高めるため、蛍光膜１０４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電性が得られたので省略した。
【０２１４】
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。
【０２１５】
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Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍとＤｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じ電子放出素子９４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７の（ｂ）と同様である。
【０２１６】
本実施例ではＴ１を１ｍｓｅｃ、Ｔ２を１０ｍｓｅｃとし、約１．３×１０−２Ｐａの真空雰囲気下で行った。
【０２１７】
次に、パネル内の圧力が１．３×１０−６Ｐａ台に達するまで排気を続けた後、パネルの排気管より、全圧が１．３×１０−４Ｐａとなるようにベンゾニトリルをパネル内に導入し、維持した。容器外端子Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍとＤｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じ電子放出素子９４の電極２，３間に、図１３に示した波形で波高値を１５Ｖとして活性化処理を行った。
【０２１８】
このように、フォーミング、活性化処理を行ない、電子放出部５を形成し電子放出素子９４を作製した。
【０２１９】
次にパネル全体を２５０℃に加熱しながら排気し、室温まで降温して内部を１．３×１０−７Ｐａ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。
【０２２０】
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。
【０２２１】
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Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍ、Ｄｏｙ１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１０７を通じ、メタルバック１０５、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１０４に衝突させ、励起・発光させることで画像を表示した。
【０２２２】
本実施例における画像表示装置は、テレビジョンとして十分満足できる輝度（約１５０ｆＬ）で、均一性が高く、良好な画像を長時間にわたって安定に表示することができた。
【０２２３】
（実施例６）
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。実施例５で作成した画像形成装置（図１０）を図１２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なった。
【０２２４】
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。
【０２２５】
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良好に、均一性が高く、かつ長時間安定して表示することができた。
【０２２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、基板表面に熱的に安定なオキシナイトライドガラス層を形成することで、表面伝導型電子放出素子の活性化工程、駆動中の発熱に起因すると思われる電子放出特性への影響を抑制できる。同時にまた、基体に含まれるナトリウムイオンの素子への拡散をも抑制できる。これらの結果、良好で、安定な電子放出特性を長時間にわたり得ることのできる電子放出素子を提供できる。
【０２２７】
さらには、入力信号に応じて電子を放出する電子源においては、上記の電子放出素子を、基体上に複数個配置して電子源を構成することにより、また、個々の素子の両端を配線に接続した電子放出素子の行を複数有し、更に、変調手段を備えた配置、あるいは、基体に、互いに、電気的に絶縁されたｍ本のＸ方向配線とｎ本のＹ方向配線とに、該電子放出素子の一対の素子電極をそれぞれ接続した電子放出素子を複数個配列した配置とする電子源とすることで、各電子放出素子が、均一性が高く、良好な電子放出特性を長時間にわたり保持し得る電子源を安価に提供できる。
【０２２８】
また、画像形成装置においては、画像形成部材と前記電子源より構成され、入力信号に基づいて画像を形成するため、電子放出特性の安定性と寿命の向上がなされ、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、均一性に優れた高品位な画像形成装置例えば、カラーフラットテレビが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る基本的な表面伝導型電子放出素子の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る基本的な表面伝導型電子放出素子の別の態様を示す図である。
【図３】本発明に係る基本的な表面伝導型電子放出素子の別の態様を示す図である。
【図４】本発明に係る基本的な表面伝導型電子放出素子の別の態様を示す図である。
【図５】本発明に係る表面伝導型電子放出素子の基本的な製造方法を説明するための図である。
【図６】本発明に係る表面伝導型電子放出素子の特性評価に用いる測定評価装置の構成図である。
【図７】本発明に係るフォーミング処理における電圧波形の一例を示す図である。
【図８】本発明に係る表面伝導型電子放出素子の放出電流、素子電流及び素子電圧の関係の典型的な例を示す図である。
【図９】本発明に係る電子源基板の構成を示す図である。
【図１０】本発明に係る画像形成装置の基本構成図である。
【図１１】図１０の画像形成装置に用いられる蛍光膜を示す図である。
【図１２】本発明に係る画像形成装置をＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行なう例の駆動回路のブロック図である。
【図１３】本発明に好適な活性化パルスの形状を示す図である。
【図１４】本発明の実施例５の電子源の構成の一部を示す図である。
【図１５】図１４のＡ−Ａ’断面図である。
【図１６】本発明の実施例５の電子源の製造工程を説明するための図である。
【図１７】本発明の実施例５の電子源の製造工程を説明するための図である。
【図１８】従来の表面伝導電子放出素子の構成を示す図である。
【図１９】本発明の電子放出素子の構成を示す模式図である。
【図２０】本発明の電子放出素子の製造プロセスを示す模式図である。
【図２１】本発明の電子放出素子の別の構成を示す模式図である。
【図２２】本発明の電子放出素子の別の製造プロセスを示す模式図である。
【符号の説明】
１  基板
２，３  素子電極
４  導電性薄膜
５  電子放出部
６  第二の間隙
７  第一の間隙
１５  ＳｉとＯとＮとを含む層
１６  シリカを主成分とする層
２１  炭素を主成分とした堆積物
３１  段差形成部
６０  素子電流Ｉｆを測定するための電流計
６１  素子電圧Ｖｆを印加するための電源
６２  放出電流Ｉｅを測定するための電流計
６３  高圧源
６４  アノード電極
９１  電子源基板
９２  Ｘ方向配線
９３  Ｙ方向配線
９４  表面伝導型電子放出素子
９５  結線
１０１  リアプレート
１０２  支持枠
１０３  ガラス基板
１０４蛍光膜
１０５  メタルバック
１０６  フェースプレート
１０７  高圧端子
１０８  外囲器
１１１  黒色導電材
１１２  蛍光体
１２１  表示パネル
１２２  走査回路
１２３  制御回路
１２４  シフトレジスタ
１２５  ラインメモリ
１２６  同期信号分離回路
１２７  変調信号発生器
Ｖｘ及びＶａ  直流電圧源
１５１  層間絶縁層
１５２  コンタクトホール
１７１  Ｃｒ膜
【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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