(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極と、電子放出部を構成する亀裂を有すると共に該一対の電極間を接続する、金属パラジウムからなる導電性膜と、該亀裂の先端に形成された炭素及び炭素化合物と、を有する電子放出素子において、
前記導電性膜が、微粒子により構成されており、かつ、その密度が、０.６４ｇ／ｃｍ3〜３.８ｇ／ｃｍ3の範囲にあることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
請求項１に記載の微粒子は、金属あるいは金属酸化物からなることを特徴とする電子放出素子。
【請求項３】
請求項２に記載の微粒子は、パラジウムあるいはパラジウム酸化物であることを特徴とする電子放出素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの請求項に記載の電子放出素子を基体上に複数個配置し、入力信号に応じて該電子放出素子から電子を放出してなることを特徴とする電子源。
【請求項５】
請求項４に記載の電子源と、該電子源から放出された電子により画像を形成する画像形成部材とを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
電子放出素子の製造方法であって、
一対の電極と、該一対の電極を接続し、且つ、密度が０．８ｇ／ｃｍ3〜４．８ｇ／ｃｍ3の範囲にある導電性膜と、を基体上に形成する工程と、
前記導電性膜に通電フォーミングを行うことで、前記導電性膜に亀裂を形成する工程と、
前記通電フォーミング後に行う活性化工程と、
を有することを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項７】
複数の電子放出素子を有する電子源の製造方法であって、前記電子放出素子が、請求項６に記載の製造方法により製造されることを特徴とする電子源の製造方法。
【請求項８】
電子源と、該電子源から放出された電子により画像を形成する画像形成部材とを有する画像形成装置の製造方法であって、前記電子源が請求項７に記載の製造方法により製造されることを特徴とする画像形成装置の製造方法。
【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、画像形成装置及びそれらの製造方法に係わり、特に一対の電極と、該一対の電極に接続され、電子放出部が設けられた導電性膜と、を有する電子放出素子、該電子放出素子を用いた電子源、画像形成装置及びそれらの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子放出素子としては大別して熱電子放出素子と冷陰極電子放出素子を用いた２種類のものが知られている。冷陰極電子放出素子には電界放出型（以下、「ＦＥ型」という。）、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  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、８、８９（１９５６）あるいはＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“ＰＨＹＳＩＣＡＬ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｆｉｅｌｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｃａｔｈｏｄｅｓ  ｗｉｔｈｍｏｌｙｂｄｅｎｉｕｍ  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型の例としては、  Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ、Ｒａｄｉｏ  Ｅｎｇ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｙｓ．、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）］、Ｉｎ２  Ｏ３  ／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１７に模式的に示す。同図において、２２１は基板である。２２４は導電性薄膜で、Ｈ型形状のパターンに、スパッタで形成された金属酸化物薄膜等からなり、後述の通電フォーミングと呼ばれる通電処理により電子放出部２２５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薄膜２２４を予め通電フォーミングと呼ばれる通電処理によって電子放出部２２５を形成するのが一般的であった。即ち、通電フォーミングとは前記導電性薄膜２２４両端に直流電圧あるいは非常にゆっくりとした昇電圧例えば１Ｖ／分程度を印加通電し、導電性薄膜を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、電気的に高抵抗な状態にした電子放出部２２５を形成することである。尚、電子放出部２２５は導電性薄膜２２４の一部に亀裂が発生しその亀裂付近から電子放出が行われる。前記通電フォーミング処理をした表面伝導型電子放出素子は、導電性薄膜２２４に電圧を印加し、素子に電流を流すことにより、電子放出部２２５より電子を放出せしめるものである。
【０００８】
上述の表面伝導型電子放出素子は、構造が単純で製造も容易であることから、大面積にわたり多数素子を配列形成できる利点がある。そこで、この特徴を生かせるようないろいろな応用が研究されている。例えば、荷電ビーム源、表示装置等があげられる。多数の表面伝導型電子放出素子を配列形成した例としては、後述するように、梯型配置と呼ぶ並列に表面伝導型電子放出素子を配列し、個々の素子の両端を配線（共通配線とも呼ぶ）で、それぞれ結線した行を多数行配列した電子源があげられる（例えば、特開昭  ６４−０３１３３２  号公報、特開平  １−２８３７４９  号公報、特開平  １−２５７５５２  号公報等）。また、特に表示装置等の画像形成装置においては、近年、液晶を用いた平板型表示装置が、ＣＲＴに替わって普及してきたが、自発光型でないためバックライトを持たなければならない等の問題点があり、自発光型の表示装置の開発が望まれていた。自発光型表示装置としては、表面伝導型電子放出素子を多数配置した電子源と電子源より放出された電子によって、可視光を発光せしめる蛍光体とを組み合わせた表示装置である画像形成装置があげられる（例えば、米国特許第  ５０６６８８３  号）。
【０００９】
なお、従来、多数の表面伝導型電子放出素子より構成された電子源より、電子放出をし、蛍光体の発光をさせる素子の選択は、上述の多数の表面伝導型電子放出素子を並列に配置し結線した配線（行方向配線と呼ぶ）、行配線と直交する方向に（列方向と呼ぶ）、該電子源と蛍光体間の空間に設置された制御電極（グリッドと呼ぶ）と列方向配線への適当な駆動信号によるものである（例えば、本出願人による特開平  １−２８３７４９  号公報等）。
【００１０】
本出願人は、表面伝導型電子放出素子の製造方法において、大面積に有利な製造方法として、真空を用いたスパッタ法や蒸着法によらず、導電性膜を形成する方法を提案している。その一例は有機金属含有溶液をスピンナーによって基体上に塗布後、所望の形状にパターニングし、有機金属を熱分解し微粒子からなる導電性膜を得る電子放出素子の製造方法である。さらに、特開平  ０８−１７１８５０号公報においては、前記導電性薄膜の所望の形状にパターニング工程において、リソグラフィー法を用いず、バブルジェット法やピエゾジェット法等のインクジェット法によって、基体上に、有機金属含有溶液の液滴を付与し、所望の形状の導電性薄膜を形成する製造方法を提案している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の方法で形成された微粒子から構成された導電性膜を用いた電子放出素子においては、導電性膜の性状が、電子放出部を形成する工程等に影響を与え、電子放出特性を再現よく形成する上で問題となる場合があった。また、前記電子放出素子を複数配置した電子源では、電子放出特性のばらつきとなり問題となる場合があった。また前記電子源と蛍光体等の画像形成部材とを対向して配置し構成した画像形成装置においても、電子放出特性のばらつきは、画像品位の低下に結び付き問題となる場合があった。
【００１２】
また、対向する一対の電極に、有機金属含有溶液を基体に付与し有機金属を熱分解し導電性薄膜を形成し、更に、通電フォーミング工程によって、導電性薄膜に亀裂を形成する電子放出素子の製造方法において、前記導電性薄膜に亀裂を形成する通電フォーミング工程において、通電フォーミングに要するパワーが大きかったり、ばらつきが大きかったりし、亀裂に影響を与え、次の工程の活性化工程にも影響を与え、活性化時間のばらつきや活性化工程後の電子放出素子の電気特性のばらつきが発生する場合があった。
【００１３】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、良好な電子放出特性を有する電子放出特性の電子放出素子、及び均一性が高く良好な複数の電子放出素子を配置した電子源、さらには、均一性が高く良好な表示品位の前記電子源と蛍光体等の画像形成部材を対向して構成した画像形成装置、およびこれらのの製造方法を提供することを目的としている。
【００１４】
また、さらには、歩留まりが高く安価な電子放出素子、電子源、画像形成装置およびこれらの製造方法を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子放出素子は、一対の電極と、電子放出部を構成する亀裂を有すると共に該一対の電極間を接続する、金属パラジウムからなる導電性膜と、該亀裂の先端に形成された炭素及び炭素化合物と、を有する電子放出素子において、
前記導電性膜が、微粒子により構成されており、かつ、その密度が、０.６４ｇ／ｃｍ3〜３.８ｇ／ｃｍ3の範囲にあることを特徴とするものである。
【００１６】
前記導電性膜の材料は、金属あるいは、金属酸化物が好ましくは用いられ、金属元素はＰｄ（パラジウム）が好適に用いられる。
【００１７】
本発明の電子源は、前記電子放出素子を、基体上に、複数配置したものであり、更に、本発明の画像形成装置は、入力信号に応じて、前記電子源の電子放出素子を選択変調し画像形成した装置である。
【００１８】
本発明の電子放出素子の製造方法は、電子放出素子の製造方法であって、
一対の電極と、該一対の電極を接続し、且つ、密度が０．８ｇ／ｃｍ3〜４．８ｇ／ｃｍ3の範囲にある導電性膜と、を基体上に形成する工程と、
前記導電性膜に通電フォーミングを行うことで、前記導電性膜に亀裂を形成する工程と、
前記通電フォーミング後に行う活性化工程と、
を有することを特徴とするものである。
【００２０】
【作用】
本発明の説明に先だって、本発明にいたる経緯について説明する。
【００２１】
本発明者らは導電性膜に電子放出部を形成する方式の電子放出素子を検討した結果、良好な電子放出特性を得るには、導電性膜として微粒子膜を用いることが好ましいことを見出した（微粒子膜の説明については後述する。）。このような、微粒子膜を用いた導電性膜は電子放出特性に優れ、しかも製造が容易に行うことができる利点を有している。
【００２２】
ただし、製造工程における歩留まり向上等の観点からは電子放出素子間の電気特性のばらつきは極力抑えることが望ましい。また、電子放出素子からなる電子源と蛍光体等の画像形成部材とを配置し構成した画像形成装置、特にフラットディスプレイの様に多くの電子放出素子の画素からなる画像形成装置においては、電子放出素子間の電気特性のばらつきは画像品位の低下に結び付くので、極力抑えることが求められる。
【００２３】
本発明者らは電子放出素子間の電気特性のばらつきをより抑制すべく鋭意検討を行った結果、電子放出部を有する導電性膜の微粒子の密度が、０．８ｇ／ｃｍ３  〜４ｇ／ｃｍ３  の範囲、より好ましくは１．６ｇ／ｃｍ３  〜３．２ｇ／ｃｍ３  の範囲であれば上記の要請を満足しえる電子放出素子を得ることができることを見出した。導電性膜の微粒子の密度を上記の範囲とするのは、後述する実験例及び実施例で示すように膜密度が上記の範囲より大きくなると、電子放出素子の素子電流（Ｉｆ）や電子放出電流（Ｉｅ）のばらつきが大きくなる一方、上記の範囲より膜密度が小さいと素子抵抗が大きくなり、電子放出素子の素子電流（Ｉｆ）や電子放出電流（Ｉｅ）が低下し、そのばらつきも大きくなるからである。
【００２４】
なお、導電性膜として金属酸化物を用いた場合、フォーミング処理のあと、寄生抵抗の減少のため還元処理を行い金属に変化させたときは、本発明者らの実験によれば微粒子の密度は約２０％程度減少するので、電子放出部形成前の導電性膜の微粒子の密度は、１ｇ／ｃｍ３  〜５ｇ／ｃｍ３  の範囲、より好ましくは２ｇ／ｃｍ３  〜４ｇ／ｃｍ３  となるように設定するのがよい。ただし、導電性膜の材料，作製条件によって、微粒子の密度の変動幅が変わるので最終的に導電性膜の微粒子の密度が上記の範囲（０．８ｇ／ｃｍ３  〜４ｇ／ｃｍ３、より好ましくは１．６ｇ／ｃｍ３  〜３．２ｇ／ｃｍ３  ）の範囲であればよい。フォーミング処理、その後の真空加熱処理等で微粒子の密度が変化するのは、微粒子どうしが凝集を起こしてより大きな粒子になるためと考えることができる。電子放出部形成前の導電性膜の微粒子の密度を上記の範囲（１ｇ／ｃｍ３  〜５ｇ／ｃｍ３  の範囲、より好ましくは２ｇ／ｃｍ３  〜４ｇ／ｃｍ３  ）に制御すれば、導電性膜に通電フォーミングを行う際のフォーミングパワーを低下させることができ（後述するように、膜密度が高いとフォーミングパワーが増大する）、良好な亀裂が形成され、次工程の活性化工程においての活性化時間のばらつきが抑制され、形成される電子放出素子の電気特性は、ばらつきが少なく、より良好な電気特性を示す。この結果、画像形成装置においては、ばらつきが少ない品位の高い画像形成装置が提供できる。
【００２５】
また、本発明者らは、電子放出素子を構成する導電性膜の微粒子の密度を任意の範囲に制御しうる電子放出素子の製造方法を鋭意検討した結果、以下に説明する本発明の電子放出素子の製造方法を見いだした。
【００２６】
本発明の電子放出素子の製造方法は、昇華性有機金属材料と非昇華性有機金属材料を予め、設定した濃度に混合して溶液を基体に付与し、熱分解し、金属あるいは金属酸化物からなる導電性膜を形成するものである。昇華性有機金属材料として、非昇華性有機金属材料の熱分解温度より高い昇華性有機金属材料とすることで、最初に非昇華性有機金属材料を熱分解し、同時またはその後に、焼成により昇華性有機金属材料が昇華することにより、導電性膜が作製される。
【００２７】
本発明の製造方法によれば、昇華性有機金属材料が昇華することにより、非昇華性有機金属材料の濃度に依存して、膜密度，抵抗が、制御できるため、前記昇華性有機金属材料と非昇華性有機金属材料の混合比等で、導電性膜の密度が制御でき、通電フォーミングに最適な密度が設定でき、ばらつきが少なく、良好な電気特性の電子放出素子が製造できる。本発明の電子放出素子の製造方法による電子源と画像形成部材を有する画像形成装置は、ばらつき少なく、良好な電気特性の電子源を用いているので、ばらつきが少なく、良好な画像形成装置が提供できる。
【００２８】
【本発明の実施の形態】
本発明に用いることができる昇華性有機金属材科は、非昇華性有機金属材料の熱分解後に昇華が起こる材料が好ましい（非昇華性有機金属材料の熱分解と昇華性有機金属材料の昇華が同時に起こってもよい。）。昇華性有機金属材科としては、例えば、酢酸パラジウム−１−（２ピリジルアゾ）−２−ナフトール、酢酸パラジウムビスジプロピルアミン、酢酸白金−４−（２−ピリジルアゾ）−２−レゾルシノール等を用いることができ、非昇華性有機金属林料としては、例えば、酢酸パラジウム−モノエタノールアミン、酢酸パラジウム・ジエタノールアミン、酢酸パラジウム・トリエタノールアミン等を用いることができる。
【００２９】
本発明を適用し得る電子放出素子の基本的構成には大別して、平面型及び垂直型の２つがある。
【００３０】
まず、平面型電子放出素子について説明する。
【００３１】
図５は、本発明を適用可能な平面型表面伝導型電子放出素子の構成を示す模式図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は断面図である。
【００３２】
図５において、３１は基板、３２と３３は素子電極、３４は導電性膜、３５は電子放出部である。
【００３３】
基板３１としては、石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少したガラス、青板ガラス、青板ガラスにスパッタ法等により形成したＳｉＯ２  を積層したガラス基板及びアルミナ等のセラミックス及びＳｉ基板等を用いることができる。
【００３４】
対向する素子電極３２，３３の材料としては、一般的な導体材料を用いることができる。これは例えば、Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属或は合金及びＰｄ，Ａｇ，Ａｕ，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、Ｉｎ２  Ｏ３  −ＳｎＯ２  等の透明導電体及びポリシリコン等の半導体導体材料等から適宜選択することができる。
【００３５】
素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、導電性膜３４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、好ましくは数千オングストロームから数百マイクロメートルの範囲とすることができ、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マイクロメートルから数十マイクロメートルの範囲とすることができる。
【００３６】
素子電極長さＷは、電極の抵抗値、電子放出特性を考慮して、数マイクロメートルから数百マイクロメートルの範囲とすることができる。素子電極３２，３３の膜厚ｄは、数百オングストロームから数マイクロメートルの範囲とすることができる。
【００３７】
尚、図５に示した構成だけでなく、基板３１上に、導電性膜３４、対向する素子電極３２，３３の順に積層した構成とすることもできる。
【００３８】
導電性膜３４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３２，３３へのステップカバレージ、素子電極３２，３３間の抵抗値及び後述するフォーミング条件等を考慮して適宜設定されるが、通常は、数オングストロームから数千オングストロームの範囲とするのが好ましく、より好ましくは１０オングストロームより５００オングストロームの範囲とするのが良い。その抵抗値は、Ｒｓ  が１０２から１０７Ω／□の値である。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。本願明細書において、フォーミング処理については、通電処理を例に挙げて説明するが、フォーミング処理はこれに限られるものではなく、膜に亀裂を生じさせて高抵抗状態を形成する処理を包含するものである。
【００３９】
導電性膜３４を構成する材料は、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ，ＳｎＯ２  ，Ｉｎ２  Ｏ３  ，ＰｂＯ，Ｓｂ２  Ｏ３  等の酸化物等の中から適宜選択される。
【００４０】
ここで述べる微粒子膜とは、複数の微粒子が集合した膜であり、その微細構造は、微粒子が個々に分散配置した状態あるいは微粒子が互いに隣接、あるいは重なり合った状態（いくつかの微粒子が集合し、全体として島状構造を形成している場合も含む）をとっている。微粒子の粒径は、数オングストロームから数千オングストロームの範囲、好ましくは、１０オングストロームから２００オングストロームの範囲である。
【００４１】
なお、本明細書では頻繁に「微粒子」という言葉を用いるので、その意味について説明する。
【００４２】
小さな粒子を「微粒子」と呼び、これよりも小さなものを「超微粒子」と呼ぶ。「超微粒子」よりもさらに小さく原子の数が数百個程度以下のものを「クラスター」と呼ぶことは広く行われている。
【００４３】
しかしながら、それぞれの境は厳密なものではなく、どの様な性質に注目して分類するかにより変化する。また「微粒子」と「超微粒子」を一括して「微粒子」と呼ぶ場合もあり、本明細書中での記述はこれに沿ったものである。
【００４４】
「実験物理学講座１４  表面・微粒子」（木下是雄  編、共立出版  １９８６年９月１日発行）では次のように記述されている。
【００４５】
「本稿で微粒子と言うときにはその直径がだいたい２〜３μｍ程度から１０ｎｍ程度までとし、特に超微粒子というときは粒径が１０ｎｍ程度から２〜３ｎｍ程度までを意味することにする。両者を一括して単に微粒子と書くこともあってけっして厳密なものではなく、だいたいの目安である。粒子を構成する原子の数が２個から数十〜数百個程度の場合はクラスターと呼ぶ。」（１９５ページ２２〜２６行目）。
【００４６】
付言すると、新技術開発事業団の“林・超微粒子プロジェクト”での「超微粒子」の定義は、粒径の下限はさらに小さく、次のようなものであった。
【００４７】
「創造科学技術推進制度の“超微粒子プロジェクト”（１９８１〜１９８６）では、粒子の大きさ（径）がおよそ１〜１００ｎｍの範囲のものを“超微粒子”（  ｕｌｔｒａｆｉｎｅ  ｐａｒｔｉｃｌｅ  ）と呼ぶことにした。すると１個の超微粒子は、およそ１００〜１０８  個くらいの原子の集合体という事になる。原子の尺度でみれば超微粒子は大〜巨大粒子である。」（「超微粒子−創造科学技術−」林主税、上田良二、田崎明  編；三田出版  １９８８年  ２ページ１〜４行目）、「超微粒子よりさらに小さいもの、すなわち原子が数個〜数百個で構成される１個の粒子は、ふつうクラスターと呼ばれる」（同書２ページ１２〜１３行目）。
【００４８】
上記のような一般的な呼び方をふまえて、本明細書において、「微粒子」とは多数の原子・分子の集合体で、粒径の下限は数オングストローム〜１０オングストローム程度、上限は数μｍ程度のものを指すこととする。
【００４９】
電子放出部３５は、導電性膜３４の一部に形成された高抵抗の亀裂により構成され、導電性膜３４の膜厚、膜質、材料及び後述する通電フォーミング等の手法等に依存したものとなる。電子放出部３５の内部には、数オングストロームから数百オングストロームの範囲の粒径の導電性微粒子が存在する場合もある。この導電性微粒子は、導電性膜３４を構成する材料の元素の一部、あるいは全ての元素を含有するものとなる。電子放出部３５及びその近傍の導電性膜３４には、炭素及び炭素化合物を有することもできる。
【００５０】
次に、垂直型表面伝導型電子放出素子について説明する。
【００５１】
図６は、本発明の電子放出素子を適用できる垂直型表面伝導型電子放出素子の一例を示す模式図である。
【００５２】
図６においては、図５に示した部位と同じ部位には図５に付した符号と同一の符号を付している。４１は、段さ形成部である。基板３１、素子電極３２及び３３、導電性膜３４、電子放出部３５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することができる。段さ形成部４１は、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等で形成されたＳｉＯ２  等の絶縁性材料で構成することができる。段さ形成部４１の膜厚は、先に述べた平面型表面伝導型電子放出素子の素子電極間隔Ｌに対応し、数千オングストロームから数十マイクロメートルの範囲とすることができる。この膜厚は、段さ形成部の製法、及び、素子電極間に印加する電圧を考慮して設定されるが、数百オングストロームから数マイクロメートルの範囲が好ましい。
【００５３】
導電性膜３４は、素子電極３２及び３３と段さ形成部４１作成後に、該素子電極３２，３３の上に積層される。電子放出部３５は、図６においては、段差形成部４１に形成されているが、作成条件、フォーミング条件等に依存し、形状、位置ともこれに限られるものでない。
【００５４】
上述の表面伝導型電子放出素子の製造方法としては様々な方法があるが、その一例を図７に模式的に示す。
【００５５】
以下、図５及び図７を参照しながら製造方法の一例について説明する。図７においても、図５に示した部位と同じ部位には図５に付した符号と同一の符号を付している。
【００５６】
１）  基板３１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素子電極材料を堆積後、例えばフォトリソグラフィー技術を用いて基板３１上に素子電極３２，３３を形成する（図７（ａ））。
【００５７】
２）  素子電極３２，３３を設けた基板３１に、有機金属溶液を塗布して、有機金属薄膜を形成する。有機金属溶液には、前述の導電性膜３４の材料の金属を主元素とする有機金属化合物の溶液を用いることができる。有機金属薄膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッチング等によりパターニングし、導電性膜３４を形成する（図７（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３４の形成法はこれに限られるものでなく、真空蒸着法、スパッタ法、化学的気相堆積法、分散塗布法、ディッピング法、スピンナー法等を用いることもできる。有機金属薄膜の形成は、有機金属含有水溶液の液滴をバブルジェット法やピエゾジェット法と呼ばれるインクジェット法によって、各素子電極および素子電極間に付与することで行うことができる。なお、有機金属含有水溶液の基体への付与法は、スピンナーを用いた塗布法によっても良いが、この場合は所望の導電性薄膜の形態をうるため、パターニング工程が必要となる。
【００５８】
３）  つづいて、フォーミング工程を施す。このフォーミング工程の方法の一例として通電処理による方法を説明する。素子電極３２，３３間に、不図示の電源を用いて、通電を行うと、導電性膜３４の部位に、構造変化した電子放出部３５が形成される。（図７（ｃ））。通電フォーミングによれば導電性膜３４に局所的に破壊、変形もしくは変質等の構造の変化した部位が形成される。該部位が電子放出部３５を構成する。通電フォーミングの電圧波形の例を図８に示す。
【００５９】
電圧波形は、パルス波形が、好ましい。これにはパルス波高値を定電圧としたパルスを連続的に印加する図８（ａ）に示した手法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図８（ｂ）に示した手法がある。
【００６０】
図８（ａ）におけるＴ１及びＴ２は電圧波形のパルス幅とパルス間隔である。通常Ｔ１は１マイクロ秒〜１０ミリ秒、Ｔ２は１０マイクロ秒〜１００ミリ秒の範囲で設定される。三角波の波高値（通電フォーミング時のピーク電圧）は、表面伝導型電子放出素子形態に応じて適宜選択される。このような条件のもと、例えば、数秒から数十分間電圧を印加する。パルス波形は三角波に限定されるものではなく、矩形波など所望の波形を採用することができる。
【００６１】
図８（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図８（ａ）に示したのと同様とすることができる。三角波の波高値（通電フォーミング時のピーク電圧）は、例えば０．１Ｖステップ程度づつ、増加させることができる。
【００６２】
通電フォーミング処理の終了は、パルス間隔Ｔ２中に、導電性膜３４を局所的に破壊、変形しない程度の電圧を印加し、電流を測定して検知することができる。例えば０．１Ｖ程度の電圧印加により流れる素子電流を測定し、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させる。
【００６３】
４）  フォーミングを終えた素子には活性化工程と呼ばれる処理を施す。活性化工程とは、この工程により、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、著しく変化する工程である。
【００６４】
活性化工程は、例えば、有機物質のガスを含有する雰囲気下で、通電フォーミングと同様に、パルスの印加を繰り返すことで行うことができる。この雰囲気は、例えば油拡散ポンプやロータリーポンプなどを用いて真空容器内を排気した場合に雰囲気内に残留する有機ガスを利用して形成することができる他、イオンポンプなどにより一旦十分に排気した真空中に適当な有機物質のガスを導入することによっても得られる。このときの好ましい有機物質のガス圧は、前述の応用の形態、真空容器の形状や、有機物質の種類などにより異なるため場合に応じ適宜設定される。適当な有機物質としては、アルカン、アルケン、アルキンの脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、アミン類、フェノール、カルボン、スルホン酸等の有機酸類等を挙げることが出来、具体的には、メタン、エタン、プロパンなどＣｎ  Ｈ２ｎ＋２で表される飽和炭化水素、エチレン、プロピレンなどＣｎ  Ｈ２ｎ等の組成式で表される不飽和炭化水素、ベンゼン、トルエン、メタノール、エタノール、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、メチルエチルケトン、メチルアミン、エチルアミン、フェノール、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等が使用できる。この処理により、雰囲気中に存在する有機物質から、炭素あるいは炭素化合物が素子上に堆積し、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、著しく変化するようになる。
【００６５】
活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉｆと放出電流Ｉｅを測定しながら、適宜行う。なおパルス幅、パルス間隔、パルス波高値などは適宜設定される。
【００６６】
炭素及び炭素化合物とは、例えばグラファイト（いわゆるＨＯＰＧ、ＰＧ、ＧＣを包含する。ＨＯＰＧはほぼ完全なグラファイトの結晶構造、ＰＧは結晶粒が２００オングストローム程度で結晶構造がやや乱れたもの、ＧＣは結晶粒が２０オングストローム程度になり結晶構造の乱れがさらに大きくなったものを指す。）、非晶質カーボン（アモルファスカーボン及び、アモルファスカーボンと前記グラファイトの微結晶の混合物を指す。）であり、その膜厚は、５００オングストローム以下の範囲とするのが好ましく、３００オングストローム以下の範囲とすることがより好ましい。
【００６７】
５）  このような工程を経て得られた電子放出素子は、安定化工程を行うことが好ましい。この工程は、真空容器内の有機物質を排気する工程である。真空容器を排気する真空排気装置は、装置から発生するオイルが素子の特性に影響を与えないように、オイルを使用しないものを用いるのが好ましい。具体的には、ソープションポンプ、イオンポンプ等の真空排気装置を挙げることが出来る。
【００６８】
前記活性化の工程で、排気装置として油拡散ポンプやロータリーポンプを用い、これから発生するオイル成分に由来する有機ガスを用いた場合は、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、上記の炭素及び炭素化合物がほぼ新たに堆積しない分圧で１×１０−８Ｔｏｒｒ以下が好ましく、さらには１×１０−１０  Ｔｏｒｒ以下が特に好ましい。さらに真空容器内を排気するときには、真空容器全体を加熱して、真空容器内壁や、電子放出素子に吸着した有機物質分子を排気しやすくするのが好ましい。このときの加熱条件は、８０〜２００℃で５時間以上が望ましいが、特にこの条件に限るものではなく、真空容器の大きさや形状、電子放出素子の構成などの諸条件により適宜選ばれる条件により行う。真空容器内の圧力は極力低くすることが求められ、１〜３×１０−７Ｔｏｒｒ以下が好ましく、さらに１×１０−８Ｔｏｒｒ以下が特に好ましい。
【００６９】
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、真空度自体は多少低下しても十分安定な特性を維持することが出来る。
【００７０】
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。
【００７１】
上述した工程を経て得られた本発明を適用可能な電子放出素子の基本特性について図９，図１０を参照しながら説明する。
【００７２】
図９は、真空処理装置の一例を示す模式図であり、この真空処理装置は測定評価装置としての機能をも兼ね備えている。図９においても、図５に示した部位と同じ部位には図５に付した符号と同一の符号を付している。なお、この真空処理装置を用いて、後述する実施例の通電フォーミング以降の工程も行うことができる。
【００７３】
図９において、５５は真空容器であり、５６は排気ポンプである。真空容器５５内には電子放出素子が配されている。即ち、３１は電子放出素子を構成する基体であり、３２及び３３は素子電極、３４は導電性膜、３５は電子放出部である。５１は、電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源、５０は素子電極３２・３３間の導電性膜３４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３５より放出される放出電流Ｉｅを測定するための電流計である。一例として、アノード電極の電圧を１ｋＶ〜１０ｋＶの範囲とし、アノード電極と電子放出素子との距離Ｈを２ｍｍ〜８ｍｍとして行うことができる。
【００７４】
真空容器５５内には、不図示の真空計等の真空雰囲気下での測定に必要な機器が設けられていて、所望の真空雰囲気下での測定評価を行えるようになっている。排気ポンプ５６は、ターボポンプ、ロータリーポンプからなる通常の高真空装置系と更に、イオンポンプ等からなる超高真空装置系とにより構成されている。ここに示した電子源基板を配した真空処理装置の全体は、不図示のヒーターにより３００度まで加熱できる。従って、この真空処理装置を用いると、前述する通電フォーミング以降の工程も行うことができる。なお、この真空処理装置は、後述する実験例，比較例における測定装置あるいは実施例における通電フォーミング以降の工程においても使用することができる。
【００７５】
図１０は、図９に示した真空処理装置を用いて測定された放出電流Ｉｅ、素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関係を模式的に示した図である。図１０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。
【００７６】
図１０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。
【００７７】
即ち、（ｉ）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。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。
【００７８】
（ｉｉ）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。
【００７９】
（ｉｉｉ）  アノード電極５４に捕捉される放出電荷は、素子電圧Ｖｆを印加する時間に依存する。つまり、アノード電極５４に捕捉される電荷量は、素子電圧Ｖｆを印加する時間により制御できる。
【００８０】
以上の説明より理解されるように、本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素子は、入力信号に応じて、電子放出特性を容易に制御できることになる。この性質を利用すると複数の電子放出素子を配して構成した電子源、画像形成装置等、多方面への応用が可能となる。
【００８１】
図１０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（以下、「ＭＩ特性」という。）例を実線に示した。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（以下、「ＶＣＮＲ特性」という。）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。
【００８２】
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。本発明を適用可能な表面伝導型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、画像形成装置が構成できる。
【００８３】
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。
【００８４】
一例として、並列に配置した多数の電子放出素子の個々を両端で接続し、電子放出素子の行を多数個配し（行方向と呼ぶ）、この配線と直交する方向（列方向と呼ぶ）で、該電子放出素子の上方に配した制御電極（グリッドとも呼ぶ）により、電子放出素子からの電子を制御駆動するはしご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。このようなものは所謂単純マトリクス配置である。まず単純マトリクス配置について以下に詳述する。
【００８５】
本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素子については、前述したとおり（ｉ）乃至（ｉｉｉ）  の特性がある。即ち、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、しきい値電圧より低い電圧では、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、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て電子放出量を制御できる。
【００８６】
以下この原理に基づき、本発明を適用可能な電子放出素子を複数配して得られる電子源基板について、図１１を用いて説明する。図１１において、７１は電子源基板、７２はＸ方向配線、７３はＹ方向配線である。７４は表面伝導型電子放出素子、７５は結線である。尚、表面伝導型電子放出素子７４は、前述した平面型あるいは垂直型のどちらであってもよい。
【００８７】
ｍ本のＸ方向配線７２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、巾は、適宜設計される。Ｙ方向配線７３は、Ｄｙ１，Ｄｙ２，…，Ｄｙｎのｎ本の配線よりなり、Ｘ方向配線７２と同様に形成される。これらｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ方向配線７３との間には、不図示の層間絶縁層が設けられており、両者を電気的に分離している（ｍ，ｎは、共に正の整数）。
【００８８】
不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等を用いて形成されたＳｉＯ２  等で構成される。例えば、Ｘ方向配線７２を形成した基板７１の全面或は一部に所望の形状で形成され、特に、Ｘ方向配線７２とＹ方向配線７３の交差部の電位差に耐え得るように、膜厚、材料、製法が、適宜設定される。Ｘ方向配線７２とＹ方向配線７３は、それぞれ外部端子として引き出されている。
【００８９】
表面伝導型電子放出素子７４を構成する一対の電極（不図示）は、ｍ本のＸ方向配線７２とｎ本のＹ方向配線７３と導電性金属等からなる結線７５によって電気的に接続されている。
【００９０】
配線７２と配線７３を構成する材料、結線７５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。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ということもできる。
【００９１】
Ｘ方向配線７２には、Ｘ方向に配列した表面伝導型電子放出素子７４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７３には、Ｙ方向に配列した表面伝導型電子放出素子７４の各列を入力信号に応じて、変調するための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。
【００９２】
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。
【００９３】
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１２と図１３及び図１４を用いて説明する。図１２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１３は、図１２の画像形成装置に使用される蛍光膜の模式図である。図１４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る。
【００９４】
図１２において、１４１は電子放出素子を複数配した電子源基板、１４５は電子源基板１４１を固定したリアプレート、１５０はガラス基板１４７の内面に蛍光膜１４８とメタルバック１４９等が形成されたフェースプレートである。１４６は支持枠であり、該支持枠１４６には、リアプレート１４５、フェースプレート１５０がフリットガラス等を用いて接続されている。外囲器は、フェースプレート１５０、支持枠１４６、リアプレート１４５で構成され、例えば大気中あるいは、窒素中で、４００〜５００度の温度範囲で１０分以上焼成することで、封着して構成される。
【００９５】
１１０は、図５における電子放出部に相当する。１４３，１４４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。
【００９６】
リアプレート１４５は主に基板１４１の強度を補強する目的で設けられるため、基板１４１自体で十分な強度を持つ場合は別体のリアプレート１４５は不要とすることができる。即ち、基板１４１に直接支持枠１４６を封着し、フェースプレート１５０、支持枠１４６及び基板１４１で外囲器を構成しても良い。一方、フェースプレート１５０、リアプレート１４５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持つ外囲器を構成することもできる。
【００９７】
図１３は、蛍光膜を示す模式図である。蛍光膜１４８は、モノクロームの場合は蛍光体のみから構成することができる。カラーの蛍光膜の場合は、蛍光体の配列によりブラックストライプ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６１と蛍光体６２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の各蛍光体６２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１４８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。
【００９８】
ガラス基板１４７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１４８の内面側には、通常メタルバック１４９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１５０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。
【００９９】
フェースプレート１５０には、更に蛍光膜１４８の導電性を高めるため、蛍光膜１４８の外面側に透明電極（不図示）を設けてもよい。
【０１００】
前述の封着を行う際には、カラーの場合は各色蛍光体と電子放出素子とを対応させる必要があり、十分な位置合わせが求められる。
【０１０１】
図１２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。
【０１０２】
外囲器は、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など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、１０−７Ｔｏｒｒ程度の真空度の有機物質の十分少ない雰囲気にした後、封止が成される。外囲器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こともできる。これは、外囲器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を用いた加熱により、外囲器内の所定の位置（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。ここで、表面伝導型電子放出素子のフォーミング処理以降の工程は、適宜設定できる。
【０１０３】
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１４を用いて説明する。
【０１０４】
図１４において、１０１は画像表示パネル、１０２は走査回路、１０３は制御回路、１０４はシフトレジスタである。１０５はラインメモリ、１０６は同期信号分離回路、１０７は変調信号発生器、ＶｘおよびＶａは直流電圧源である。
【０１０５】
表示パネル１０１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。
【０１０６】
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電子放出素子の各素子の出力電子ビームを制御する為の変調信号が印加される。高圧端子Ｈｖには、直流電圧源Ｖａより、例えば６ｋ［Ｖ］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為の加速電圧である。
【０１０７】
走査回路１０２について説明する。同回路は、内部にＭ個のスイッチング素子を備えたもので（図中、Ｓ１乃至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１０１の端子Ｄｏｘ１乃至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１０３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。
【０１０８】
直流電圧源Ｖｘは、本例の場合に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設定されている。
【０１０９】
制御回路１０３は、外部より入力する画像信号に基づいて適切な表示が行われるように各部の動作を整合させる機能を有する。制御回路１０３は、同期信号分離回路１０６より送られる同期信号Ｔｓｙｎｃに基づいて、各部に対してＴｓｃａｎ及びＴｓｆｔ及びＴｍｒｙの各制御信号を発生する。
【０１１０】
同期信号分離回路１０６は、外部から入力されるＮＴＳＣ方式のテレビ信号から同期信号成分と輝度信号成分とを分離する為の回路で、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１０６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１０４に入力される。
【０１１１】
シフトレジスタ１０４は、時系列的にシリアルに入力される前記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１０３より送られる制御信号Ｔｓｆｔに基づいて動作する（即ち、制御信号Ｔｓｆｔは、シフトレジスタ１０４のシフトクロック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１０４より出力される。
【０１１２】
ラインメモリ１０５は、画像１ライン分のデータを必要時間の間だけ記憶する為の記憶装置であり、制御回路１０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙに従って適宜Ｉｄ１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１０７に入力される。
【０１１３】
変調信号発生器１０７は、画像データＩ′ｄ１乃至Ｉ′ｄｎの各々に応じて電子放出素子の各々を適切に駆動変調する為の信号源であり、その出力信号は、端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを通じて表示パネル１０１内の電子放出素子に印加される。
【０１１４】
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より低い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。
【０１１５】
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。電圧変調方式を実施するに際しては、変調信号発生器１０７として、一定長さの電圧パルスを発生し、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。
【０１１６】
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１０７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。
【０１１７】
シフトレジスタ１０４やラインメモリ１０５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われれば良いからである。
【０１１８】
デジタル信号式を用いる場合には、同期信号分離回路１０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化する必要があるが、これには同期信号分離回路１０６の出力部にＡ／Ｄ変換器を設ければ良い。これに関連してラインメモリ１０５の出力信号がデジタル信号かアナログ信号かにより、変調信号発生器１０７に用いられる回路が若干異なったものとなる。即ち、デジタル信号を用いた電圧変調方式の場合、変調信号発生器１０７には、例えばＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増幅回路などを付加する。パルス幅変調方式の場合、変調信号発生器１０７には、例えば高速の発振器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。
【０１１９】
アナログ信号を用いた電圧変調方式の場合、変調信号発生器１０７には、例えばオペアンプなどを用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフト回路などを付加することもできる。パルス幅変調方式の場合には、例えば、電圧制御型発振回路（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。
【０１２０】
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１４９、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１４８に衝突し、発光が生じて画像が形成される。
【０１２１】
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。
【０１２２】
次に、はしご型配置の電子源及び画像形成装置について図１５及び図１６を用いて説明する。
【０１２３】
図１５は、はしご型配置の電子源の一例を示す模式図である。図１５において、１１０は電子源基板、１１１は電子放出素子である。１１２、Ｄｘ１〜Ｄｘｍは、電子放出素子１１１を接続するための共通配線である。電子放出素子１１１は、基板１１０上に、Ｘ方向に並列に複数個配されている（これを素子行と呼ぶ）。この素子行が複数個配されて、電子源を構成している。各素子行の共通配線間に駆動電圧を印加することで、各素子行を独立に駆動させることができる。即ち、電子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、電子ビームを放出しない素子行には、電子放出しきい値以下の電圧を印加する。各素子行間の共通配線Ｄｘ２〜Ｄｘ９は、例えばＤｘ２，Ｄｘ３を同一配線とすることもできる。
【０１２４】
図１６は、はしご型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。１２０はグリッド電極、１２１は電子が通過するため空孔、１２２はＤｏｘ１，Ｄｏｘ２，・・・，Ｄｏｘｍよりなる容器外端子である。１２３は、グリッド電極１２０と接続されたＧ１，Ｇ２，・・・，Ｇｎからなる容器外端子、１２４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。ここに示した画像形成装置と、図１２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１１０とフェースプレート８６の間にグリッド電極１２０を備えているか否かである。
【０１２５】
図１６においては、基板１１０とフェースプレート８６の間には、グリッド電極１２０が設けられている。グリッド電極１２０は、表面伝導型電子放出素子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、はしご型配置の素子行と直交して設けられたストライプ状の電極に電子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１２１が設けられている。グリッドの形状や設置位置は図１６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、グリッドを表面伝導型電子放出素子の周囲や近傍に設けることもできる。
【０１２６】
容器外端子１２２およびグリッド容器外端子１２３は、不図示の制御回路と電気的に接続されている。
【０１２７】
本例の画像形成装置では、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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
【実施例】
以下、本発明の電子放出素子、電子源、及び画像形成装置の製造方法の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。
【０１３０】
まず、本発明者が行った導電性膜の実験例について説明する。
（実験例１）
本実験例は、昇華性有機金属材料として、酢酸パラジウム−１−（２ピリジルアゾ）−２−ナフトール（以下ＰＡ−ＰＡＮと略す）を、非昇華性有機材料として酢酸パラジウム−モノエタノールアミン（以下ＰＡ−ＭＥと略す）を用いた実験例である。
【０１３１】
まず、以下の様にして、ＰＡ−ＭＥ、ＰＡ−ＰＡＮを合成した。
【０１３２】
１０ｇの酢酸Ｐｄを２００ｃｍ３  のイソプロピルアルコール（以下ＩＰＡと略す）に懸濁し、更に、１６．６ｇのモノエタノールアミンを加えて室温で４時間攪拌した。反応終了後、ＩＰＡをエバポレーターにより除き、固形物にエタノールを加えて溶解ろ過し、ろ液よりＰＡ−ＭＥを再結晶させて得た。空気中でＴＧ（熱重量分析）測定の結果、ＰＡ−ＭＥの分解は、１００℃から３１０℃で終了した。また、パラジウムの残存量より、ＰＡ−ＭＥは、昇華性のない有機金属材料であることを確認した。なお、最終分解温度は３１０℃としたが、２００℃で略重量当たり７０％が分解され、パラジウム以外の残分１０％が２００℃から３１０℃で分解された。
【０１３３】
次にＰＡ−ＰＡＮを合成した。合成方法はＰＡ−ＭＥとほぼ同様である。１０ｇの酢酸Ｐｄを２００ｃｍ３  のＩＰＡに懸濁し、更に、１１．１ｇのｐ−ニトロソジメチルアニリンを加えて室温で４時間攪拌した。反応終了後、ＩＰＡをエバポレーターにより除き、固形物に酢酸エチルを加えて溶解ろ過し、ろ液よりＰＡ−ＰＡＮを再結晶させて得た。空気中でＴＧ測定の結果、ＰＡ−ＰＡＮの分解は、２５０℃から５００℃で終了した。また、ＴＧ測定におけるパラジウムの残存量より、昇華性が、顕著にみられないが、後述のスピンナーで塗布した薄膜化した膜では、ほとんど、Ｐｄが残存せず、焼成工程中に熱分解せず、昇華したと見られる。
【０１３４】
以上の様にして合成したＰＡ−ＭＥとＰＡ−ＰＡＮを用いて、それぞれの有機金属材料中のパラジウム含量より、表１の作成条件で、ＰＡ−ＭＥとＰＡ−ＰＡＮの相対濃度を設定し、スピンナー塗布法で塗布するため、水溶液とした。尚、ＰＡ−ＰＡＮ、ＰＡ−ＭＥのパラジウム濃度は、０．４ｗｔ％とした。こうして作成した水溶液を、石英基板上に、膜厚１０ｎｍになる様に、スピンナーで塗布した。その後、３５０℃で１０分間、大気中で焼成し、前記有機金属材料を熱分解し、導電性膜を得た。
【０１３５】
こうして得られた導電性膜をＸ線回折法及びＦＥＳＥＭで観察した。観察により、いずれの導電性膜も、酸化パラジウムの微粒子膜であることがわかった。膜密度の算出は、Ｘ線回折法によりＰｄＯのピークの回折強度面積を算出し、標準試料との比較で存在量を算出し、また、同時に膜厚を測定し行った。
【０１３６】
尚、標準試料は、スパッタ法で１μｍ厚成膜し、同様にＸ線回折強度面積を得た。また、同時に、適当な面積を切りだし、Ｐｄを元素分析をおこない、単位面積当たりの重量を得た。こうして、標準試料の膜密度とＸ線回折強度の面積との関係を算出した。標準試料の膜密度は、８．２ｇ／ｃｍ３  であった。
【０１３７】
尚、微粒子膜とは、複数の微粒子が集合した膜であり、その微細構造として、微粒子が個々に分散配置したもののみならず、微粒子が互いに隣接、あるいは、かさなりあった状態の膜であるものも含む。微粒子膜において、微粒子の径とは、前記微細構造形状で粒子形状が認識可能な微粒子についての径とし、ＦＥＳＥＭにより観察した。
【０１３８】
次に、一対の電極に上記の製造方法による導電性膜を形成し、抵抗を測定した。以下に、その作成法及び評価法を示す。図４に評価サンプルの形態を示す。図４において、１は基板、２と３は素子電極、４は導電性膜である。図４に示される様に、素子が、１０個基板上に配置される。測定装置としては図９に示した測定装置を用いた。
【０１３９】
絶縁性基板として石英基板を用い、十分に洗浄した石英基板上にＰｔ１００ｎｍの厚みの一対の電極を形成した。この時、電極間距離ｌは２μｍとし、電極幅ｗは１５０μｍとした。尚、電極幅方向で、導電性膜との重なり幅は１００μｍとした。
【０１４０】
導電性膜パターニングのため、電極ギャップ及びこの近傍に開口を有するＣｒマスクを１００ｎｍの膜厚で真空蒸着により堆積・パターニングし、その上に、上記有機金属材料の水溶液をスピンナーにより回転塗布、３５０℃で１０分間の加熱焼成処理をした。
【０１４１】
次に上記マスクであるＣｒ膜および焼成後の導電性膜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。
【０１４２】
以上の工程により石英基板上に、電極、導電性膜等を形成した。こうして、作成した導電膜を、図９の測定装置に設置し、真空ポンプにて排気し、１０−８Ｔｏｒｒの真空度に達した後、一対の電極に導電性膜の抵抗を測定するために、電源より、各導電膜の一対の電極間にそれぞれ、０．１Ｖのパルス状の電圧を印加し、各一対の電極間に流れる電流を測定した。尚、パルスの電圧波形は、パルス幅０．１ｍｓｅｃとパルス間隔９ｍｓｅｃとし、測定は１０回繰り返し測定し、その平均値より抵抗値を測定し、シート抵抗を算出した。また、上記測定条件は、導電性膜が抵抗測定により膜の変化を起こさない条件である。
【０１４３】
表１に作成条件と作成した膜の特性を示す。
【０１４４】
【表１】
0003559689.tif 000002
上記測定後に更に、２％Ｈ２／Ｎ２中に、基板を１時間放置し、更に、上述の評価を行ったところ、酸化パラジウムは、金属パラジウムに還元された。この際、表１に示されたそれぞれの抵抗値は、約２桁低下し、また、膜密度は、約２０％低下した。
（比較例）
酢酸パラジウムビスジプロピルアミン（以下ＰＡ−ＰＡ）を合成した。１０ｇの酢酸Ｐｄを２００ｃｍ３  の酢酸ブチルに懸濁し、更に、ＰＡ−ＰＡと等量分のジ−ｎプロピルアミンを加えて室温で４時間攪拌した。反応終了後、酢酸ブチルをエバポレーターにより除き、固形物に酢酸ブチルを加えて溶解ろ過し、ろ液よりＰＡ−ＰＡを再結晶させて得た。空気中でＴＧ測定の結果、ＰＡ−ＰＡの分解は、１５０℃から２５０℃で終了した。また、パラジウムの残存量より、ＰＡ−ＰＡは、昇華性のある有機金属材料であることを確認した。
【０１４５】
表１より明らかなように、非昇華性有機金属材料ＰＡ−ＭＥ及び昇華性有機金属材料ＰＡ−ＰＡＮの適当な濃度の溶液を作成し、焼成すると、最初に非昇華性有機金属材料が熱分解し、その後、昇華性有機金属材料が昇華し、非昇華性有機金属材料ＰＡ−ＭＥの濃度に依存して、膜密度、抵抗が、制御できることがわかった。
【０１４６】
一方、比較例の酢酸パラジウムビスジプロピルアミンより形成した導電性膜は、実験例と比べ、有機金属の熱分解と昇華が同時におこるために、膜密度が低く、また、抵抗、膜密度のばらつきが大きかった。
（実験例２）
本実験例では、昇華性有機金属材料として、酢酸白金−４−（２−ピリジルアゾ）−２−レゾルシノール（以下ＰｔＡ−ＰＡＲと略す）を、非昇華性有機材料として酢酸パラジウム−ジエタノールアミン（以下ＰＡ−ＤＥと略す）を用いた実験例である。まず、以下の様にして、ＰＡ−ＤＥ、ＰＡ−ＰＡＲを合成した。
【０１４７】
１０ｇの酢酸Ｐｄを２００ｃｍ３  のＩＰＡに懸濁し、更に、２４．４ｇのジエタノールアミンを加えて室温で４時間攪拌した。反応終了後、ＩＰＡをエバポレーターにより除き、固形物にエタノールを加えて溶解ろ過し、ろ液よりＰＡ−ＤＥを再結晶させて得た。空気中でＴＧ測定の結果、ＰＡ−ＤＥの分解は、１００℃から３０５℃で終了した。また、パラジウムの残存量より、ＰＡ−ＤＥは、昇華性のない有機金属材料であることを確認した。なお、最終分解温度は３０５℃としたが、２００℃で略重量当たり７０％が分解され、パラジウム以外の残分１０％が２００℃から３０５℃で分解された。
【０１４８】
次に、ＰｔＡ−ＰＡＲを合成した。１０ｇの酢酸Ｐｄを２００ｃｍ３  のＩＰＡに懸濁し、更に、９．６ｇの４−（２−ピリジルアゾ）−２−レゾルシノールを加えて室温で４時間攪拌した。反応終了後、ＩＰＡをエバポレーターにより除き、固形物に酢酸エチルを加えて溶解ろ過し、ろ液よりＰｔＡ−ＰＡＲを再結晶させて得た。空気中でＴＧ測定の結果、ＰｔＡ−ＰＡＮの分解は、３００℃から３９０℃で終了した。また、白金の残存量より、ＰｔＡ−ＰＡＲは、昇華性のある有機金属材料であることを確認した。
【０１４９】
次に昇華性有機金属材料と非昇華性有機金属材料を混合し、非昇華性材料のみのサンプルと昇華性材料を６５％含有するサンプルで、ＰＡ−ＤＥ中のパラジウムを０．５ｗｔ％として、実験例１と同様に、スピンナーで膜厚１５ｎｍに成るように塗布した後、３５０℃で１０分間焼成し、膜密度、粒径の評価を行った。また、抵抗の測定も同様に行った。
【０１５０】
その結果、膜密度は、非昇華性有機金属材料のみのサンプルが、膜密度７ｇ／ｃｍ３  で平均粒径５ｎｍ、シート抵抗８×１０３  オーム／□の微粒子膜であった。一方、昇華性有機金属材料であるＰｔＡ−ＰＡＮ６５％含有したサンプルは膜密度が２．５ｇ／ｃｍ３  、平均粒径４．８ｎｍ、シート抵抗３×１０４  オーム／□の微粒子膜であった。
【０１５１】
本実験例より、実験例１同様、非昇華性有機金属材料ＰＡ−ＤＥ及び昇華性有機金属材料ＰｔＡ−ＰＡＲの適当な濃度の溶液を作成し、焼成すると、最初に非昇華性有機金属材料が熱分解し、その後、昇華性有機金属材料が昇華し、非昇華性有機金属材料ＰｔＡ−ＭＥの濃度に依存して、昇華性有機金属材料、非昇華性有機金属材料の金属材料の金属が相違しても、膜密度、抵抗が、制御できることがわかった。
【０１５２】
以上、本発明に用いる導電性膜の実験例について説明したが、次にこのような導電性膜を用いた本発明の電子放出素子、画像形成装置について説明する。
（実施例１）
本実施例は、実施例１の条件で導電性膜を形成した電子放出素子を作製した例である。図１は本発明の電子放出素子の構成を示す概略的断面図および平面図である。同図において、１は基板、４は導電性膜、２，３は素子電極、５は電子放出部、６は絶縁層（絶縁性基板を用いる場合はなくてもよい。）である。本実施例の電子放出素子の作製方法を以下に示す。
【０１５３】
工程１）  素子電極の作成
絶縁性基板として石英基板を用い、これを有機溶剤、純水により洗浄し、乾燥した。この石英基板上にＰｔ１００ｎｍの厚みの一対の電極を形成した。この時、電極間距離は、２μｍとし、電極幅は１５０μｍとした。尚、電極幅方向で、導電膜との重なり幅は、１００μｍとした。
【０１５４】
一方、実験例１の昇華性有機金属ＰＡ−ＰＡＮと非昇華性有機金属ＰＡ−ＭＥを含有する水溶液を６種類作成し、インクジェット付与水溶液とした。
【０１５５】
工程２）  導電性膜の形成
バブルジェット方式のインクジェット装置（Ｃａｎｏｎ製バブルジェット−１０Ｖ）を用いて、一対の電極間に上記の水溶液の液滴を付与し、乾燥した。尚、６種類の水溶液毎に基板を変え、６基板作成した。
【０１５６】
これらを大気雰囲気のオーブン中で３００℃で焼成し、酸化パラジウム微粒子からなる導電性膜とした。
【０１５７】
工程３）  通電フォーミング工程
次に図９の装置に、前記基板を配置した。つづいて、図９の測定装置内で、フォーミング工程を施した。素子電極２，３間に、通電を行うと、導電性膜４の部位に、構造の変化した亀裂からなる高抵抗部が形成された。通電フォーミングの電圧波形は、パルス波形で、パルス波高値を０Ｖから０．１Ｖステップで増加させる電圧パルスを印加した。電圧波形のパルス幅とパルス間隔はそれぞれ１ｍｓｅｃ、１０ｍｓｅｃとした三角波とした。通電フォーミング処理の終了は、導電性膜の抵抗値が１Ｍオーム以上とした。
【０１５８】
このフォーミング工程につづいて、図９の装置に２％Ｈ２／Ｎ２を導入し、フォーミングを終えた酸化パラジウム膜を還元し、金属パラジウムとした。これは、実験例１で示した様に、導電性膜の抵抗を低下し、駆動電圧を低下する効果や消費電力の低下の効果を示す処理である。また、フォーミング時には、導電性膜の抵抗値が小さすぎると、フォーミング時の消費電力が大きくなるだけでなく、電子放出特性のばらつき等も増加するため、最適な抵抗でおこなうため、酸化パラジウムの状態でフォーミングを行った。
【０１５９】
工程４）  活性化工程
フォーミングを終えた素子には活性化工程と呼ばれる処理を行った。活性化工程とは、フォーミングで形成した亀裂の先端に炭素および炭素化合物を形成することで、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、著しく変化する工程である。
【０１６０】
活性化工程は、アセトンガスを測定装置１０−３Ｔｏｒｒ導入し、パルス波高値１５Ｖ、パルス幅１ｍｓｅｃ、パルス間隔１０ｍｓｅｃとした矩形波のパルスの印加を２０分繰り返した。
【０１６１】
工程５）  安定化工程
つづいて、安定化工程を行った。安定化工程は、真空容器内の雰囲気等に存在する有機ガスを排気し、炭素あるいは炭素化合物の堆積を抑制し、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅを安定させる工程である。真空容器全体を約２５０℃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た。このとき、真空度は、１×１０−８Ｔｏｒｒであった。
【０１６２】
その後、この真空度で、電子放出素子の特性を測定した。
【０１６３】
以上の測定結果を表２に示す。
【０１６４】
【表２】
0003559689.tif 000003
表２に示される様に、いずれの溶液を用いた導電性膜も抵抗値の大小はあるが、ばらつきが少なく、再現性良く、膜密度等が再現されている。通電フォーミングのパワーは、膜密度の大小に影響され、膜密度が大きくなるとフォーミングパワーが増加していくことが分かる。膜密度がある程度（配合比７０％；Ｐｄの密度約３．８  ｇ／ｃｍ３）を超えて大きくなると、電子放出素子の特性（素子電流及び放出電流）が劣化傾向を示すようになり、ばらつきも増加するようになる。一方、膜密度が小さくなるとフォーミングパワーが減少し、電子放出素子の特性も安定し、ばらつきも減少する。尚、極端に膜密度（Ｐｄの密度約  ０．４  ｇ／ｃｍ３）が減少した１％では、抵抗値が大きく、フォーミングの電圧が大幅に増加したため、電子放出素子の特性も極端に劣化、ばらつきも増加したと考えられる。
【０１６５】
以上の結果より、電子放出素子の導電性膜としての膜密度の値は、０．８ｇ／ｃｍ３  から４ｇ／ｃｍ３、より好ましくは１．６ｇ／ｃｍ３  から３．２ｇ／ｃｍ３の範囲が、電子放出特性のばらつき及び電子放出特性の劣化を考慮した時、好ましい範囲と設定される。
（実施例２）
本実施例は、本発明の導電性膜材料を用いて画像形成装置を作成した例である。電子源の概略的構成を示す平面図を図１１に示す。電子源を構成する各電子放出素子の構成は図１に示した電子放出素子の構成と同じである。図２は電子源の作製方法を示す工程図である。図３は電子源を有する本発明の画像形成装置を示す斜視図である。本実施例の画像形成装置においての駆動は、図１４に示した、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を用いた。
【０１６６】
図１１において、７１は基板、７２はＤｘｍに対応する行方向配線、７３はＤｙｎに対応する列方向配線、７４は電子放出素子、７５は素子電極である。
【０１６７】
次に、本実施例の画像形成装置の製造方法を工程順に従って具体的に説明する。
【０１６８】
工程ａ）  素子電極の作成
清浄化した青板ガラス上に厚さ０．１ミクロンのＳｉＯ２  をスパッタ法で形成した基板１上に、素子電極２，３をオフセット印刷法によって作成した。素子電極間隔Ｌは２０μｍ、素子電極の幅Ｗを２００μｍとした。
【０１６９】
工程ｂ）  配線の作成
列配線２２、層間絶縁層２３、行配線２４の順にスクリーン印刷法で作成した。
【０１７０】
工程ｃ）  基板洗浄
こうして作成した行、列配線２４，２２、層間絶縁層２３、素子電極２，３を形成した基板を純水で洗浄後、乾燥した。
【０１７１】
工程ｄ）  導電性膜の作成
ＰＡ−ＭＥ０．１５％、ＰＡ−ＰＡＮ０．１５％、イソプロピルアルコール２０％、エチレングリコール１％の水溶液の液滴２５を実施例１と同様にインクジェット法によって、各素子電極および素子電極間に３回ずつ、同一箇所に付与した。その後、３００℃で１０分間焼成した。
【０１７２】
工程ｅ）  フェイスプレートの作成
次にフェイスプレートを形成した。フェイスプレートは、ガラス基板１４７の内面に蛍光体が配置された蛍光膜１４８とメタルバック１４９が形成されて構成とした。蛍光体の配列は、三原色蛍光体の各蛍光体間ブラックストライプを設けた。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を用いた。これらは、いずれもスクリーン印刷法によって形成した。
【０１７３】
工程ｆ）  真空容器の作成（封着工程）
工程ａ）〜ｄ）で形成した基板１４１（基板１）を取り付けた基板１４５をリアプレートとして、支持枠１４６を介して、フェイスプレートを封着した。支持枠には予め、通排気に使用される排気管を接着した。
【０１７４】
工程ｇ）  通電フォーミング工程
１０−７Ｔｏｒｒまで排気後、各配線ＤＸｍ，ＤＹｎより各素子に電圧を供給できる製造装置で、ライン毎に、フォーミングを行った。フォーミングの条件は、実施例１と同様である。
【０１７５】
工程ｈ）  活性化工程
１０−７Ｔｏｒｒまで排気後、アセトンを１０−３Ｔｏｒｒ排気管から導入し、各配線ＤＸｍ，ＤＹｎより各素子に電圧を供給できる製造装置で、線順走査を実施例１と同様のパルス電圧が、各素子に印加される様に電圧を印加し、活性化工程を行った。各ライン２５分間の電圧印加されたとき各ラインとも素子電流が、平均で３ｍＡになったとき、活性化工程を終了した。
【０１７６】
工程ｉ）  封止工程
続いて、排気管より排気を十分に行った後、２５０℃で３時間容器全体を加熱しながら排気した。最後にゲッタをフラッシュし、排気管を封止した。
【０１７７】
以上の様にして作成した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、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づいたテレビジョン表示を行った。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は、既に説明した図１４の駆動回路を用いることができる。ここでは、パルス幅変調方式によって変調を行った。
【０１７８】
このような駆動回路により、表示パネルの各電子放出素子に、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１４９に６ＫＶの高圧を印加し、電子ビームを加速する。加速された電子は、蛍光膜１４８に衝突し、発光が生じて画像が形成される。
【０１７９】
以上の様な工程で、形成された画像形成装置は、ＮＴＳＣ信号の入力によって、輝度ばらつきが少なく、均一性の高い画像形成装置が再現性良く、製造することができた。
【０１８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電気特性のばらつきが少なく、より良好な電気特性を示す電子放出素子を得ることができる。その結果、画像形成装置においては、ばらつきが少ない品位の高い画像形成装置が得ることができる。
【０１８１】
また本発明の製造方法によれば、昇華性有機金属材料と非昇華性有機金属材料との混合比等で、導電性膜の密度が制御でき、通電フォーミングに最適な密度が設定でき、ばらつきが少なく、良好な電気特性の電子放出素子が製造できる。  本発明の電子放出素子の製造方法による電子源と画像形成部材を有する画像形成装置は、ばらつき少なく、良好な電気特性の電子源を用いているので、ばらつきが少なく、良好な画像形成装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子放出素子の一実施例を示す模式的断面図及び平面図である。
【図２】本発明の製造方法の一実施例を示す模式的平面図である。
【図３】本発明の画像形成装置の一実施例を示す模式的斜視図である。
【図４】本発明の電子放出素子に係わる実験例の素子を示す模式的平面図である。
【図５】本発明を適用可能な平面型電子放出素子の構成を示す模式的平面図及び断面図である。
【図６】本発明を適用可能な垂直型電子放出素子の構成を示す模式的断面図である。
【図７】本発明を適用可能な電子放出素子の製造方法の一例を示す模式図である。
【図８】本発明を適用可能な電子放出素子の製造に際して採用できる通電フォーミング処理における電圧波形の一例を示す模式図である。
【図９】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１０】本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素子についての放出電流Ｉｅ、素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関係の一例を示すグラフである。
【図１１】本発明を適用可能な単純マトリクス配置した電子源の一例を示す模式図である。
【図１２】本発明を適用可能な画像形成装置の表示パネルの一例を示す模式図である。
【図１３】蛍光膜の一例を示す模式図である。
【図１４】画像形成装置に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一例を示すブロック図である。
【図１５】本発明を適用可能な梯子配置の電子源の一例を示す模式図である。
【図１６】本発明を適用可能な画像形成装置の表示パネルの一例を示す模式図である。
【図１７】従来の表面伝導型電子放出素子の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１  基板
２，３  素子電極
４  導電性膜
５  電子放出部
４１  段さ形成部
５０  素子電極３２・３３間の導電性膜３４を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計
５１  電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源
５３  アノード電極
５４  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
５５  素子の電子放出部３５より放出される放出電流Ｉｅを測定するための電流計
５６  真空装置
５７  排気ポンプ
７１  電子源基板
７２  Ｘ方向配線
７３  Ｙ方向配線
７４  表面伝導型電子放出素子
７５  結線
８１  リアプレート
８２  支持枠
８３  ガラス基板
８４  蛍光膜
８５  メタルバック
８６  フェースプレート
８７  高圧端子
８８  外囲器
６１  黒色導電材
６２  蛍光体
１０１  表示パネル
１０２  走査回路
１０３  制御回路
１０４  シフトレジスタ
１０５  ラインメモリ
１０６  同期信号分離回路
１０７  変調信号発生器
Ｖｘ，Ｖａ  直流電圧源
１１０  電子源基板
１１１  電子放出素子
１１２  Ｄｘ１〜Ｄｘ１０は、前記電子放出素子を配線するための共通配線
１２０  グリッド電極
１２１  電子が通過するための空孔
１２２  Ｄｏｘ１，Ｄｏｘ２，・・・，Ｄｏｘｍよりなる容器外端子
１２３
【図１】
0003559689.tif 000004
【図２】
0003559689.tif 000005
【図３】
0003559689.tif 000006
【図４】
0003559689.tif 000007
【図５】
0003559689.tif 000008
【図６】
0003559689.tif 000009
【図７】
0003559689.tif 000010
【図８】
0003559689.tif 000011
【図９】
0003559689.tif 000012
【図１０】
0003559689.tif 000013
【図１１】
0003559689.tif 000014
【図１２】
0003559689.tif 000015
【図１３】
0003559689.tif 000016
【図１４】
0003559689.tif 000017
【図１５】
0003559689.tif 000018
【図１６】
0003559689.tif 000019
【図１７】
0003559689.tif 000020