JP2002124180A

JP2002124180A - 電子放出素子の製造方法、電子放出素子、電子源及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2002124180A
Application number: JP2000318393A
Authority: JP
Inventors: Yoji Teramoto; 洋二寺本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-10-18
Filing date: 2000-10-18
Publication date: 2002-04-26

Abstract

(57)【要約】【課題】電子放出材料の付着を制御することによって
製造上のばらつきを軽減し、電子ビーム径が小さく低電
圧で高効率な電子放出素子を簡易に製造する電子放出素
子の製造方法、またその製造方法で製造される電子放出
素子、電子源及び画像形成装置を提供する。【解決手段】基体１０８を電子放出材料の粒子を分散
した溶液中に浸し、第１の電極１０２と第２の電極１０
４を陽極又は陰極として利用し、電圧を印加して電子放
出材料の粒子の誘電泳動を行い、第１の電極１０２に電
子放出材料の粒子を付着させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子の製
造方法に関し、それを用いた電子放出素子、電子源及び
画像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子放出素子として熱電子放出素
子と冷陰極電子放出素子の２種類が知られている。冷陰
極電子放出素子には電界放出型（以下、ＦＥ型と称す
る）、金属／絶縁層／金属型（以下、ＭＩＭ型と称す
る）や、表面伝導型電子放出素子等がある。

【０００３】近年、ディスプレイ装置等の画像形成装置
に関する研究は、ディスプレイ装置の薄型化を推し進め
る方向にある。このため、電子放出素子を用いた薄型化
に有利な電界放出型ディスプレイ装置（以下、ＦＥＤと
略称する）が注目を浴びている。

【０００４】このＦＥＤは、電界放出型の平面陰極線管
であり、各画素に対応した部分に、電界放出型カソード
と該電界放出型カソードと対向するように配設されたア
ノード電極及び蛍光体とを有し、この画素がマトリクス
状に配列されることによってディスプレイ装置を構成し
ている。

【０００５】そして、ＦＥＤは、電界放出型カソードか
ら放出された電子が、該電界放出型カソードとアノード
電極との間の電界により加速されて蛍光体に衝突し、こ
れにより蛍光体が励起されて発行し、画像を表示する。

【０００６】上記のように、電子放出素子を画像形成装
置に応用するには、蛍光体を十分な輝度で発光させる放
出電流が必要である。また、ディスプレイ装置の高精細
化のためには蛍光体に照射される電子ビームの径が小さ
いものである事が要求される。そして製造し易いという
事が重要である。

【０００７】ＦＥ型電子放出素子の例としてＳｐｉｎｄ
ｔ型の電子放出素子がある。Ｓｐｉｎｄｔ型では、放出
点としてマイクロチップが形成され、その先端から電子
が放出される構成が一般的である。

【０００８】Ｓｐｉｎｄｔ型のマイクロチップを作製す
るには、ガラス等の基板上に導電層である、ベース電極
を形成し、該ベース電極上に絶縁層を形成し、さらにこ
の上に導電性の膜であるゲート電極を設け、これにゲー
ト電極側からベース電極まで達する微細孔を形成する。
この微細孔に電子放出材料である高融点金属またはＳｉ
を用いてマイクロチップを形成する。該マイクロチップ
の形成には、リフトオフ法などを利用して、先端の曲率
半径が数十ｎｍ程度とされた錘状形状とし、錘状形状の
先端がゲート電極側を向くように作製される。

【０００９】電子ビームの広がりを防ぐ例としては、電
子放出部上方に収束電極を配置した例がある。これは放
出された電子ビームを収束電極の負電位により絞るのが
一般的だが、製造工程が複雑となり、製造コストの増大
を招く。

【００１０】電子ビーム径を小さくする別の例として
は、Ｓｐｉｎｄｔ型のようなマイクロチップを形成しな
い方法がある。たとえば、特開平８−０９６７０３号公
報、特開平８−０９６７０４号公報に記載されたものが
ある。

【００１１】これは孔内に配置した薄膜から電子放出を
行わせるため、電子放出面上に平坦な等電位面が形成さ
れ、電子ビームの広がりが小さくなるという利点があ
る。

【００１２】また、電子放出物質として低仕事関数の構
成材料を使用することで、マイクロチップを形成しなく
ても電子放出が可能であり、低駆動電圧が図れる。

【００１３】さらに、電子放出が面で行われるために、
電界の集中がおきず、破壊がおこらず、長寿命である。

【００１４】さらに電子ビーム径が小さく、駆動電圧を
低く抑える方法として、カソード電極の形状を改善する
手法を用いた例がある。たとえば、特開平８−２９３２
４４号公報、特開平１０−１２５２１５号公報、特開平
２０００−６７７３６号公報、ＵＳＰ５４７３２１８に
記載されたものがある。

【００１５】これらは、カソード電極を凹型にし、その
溝中に電子放出材料を形成することで、前記に示したビ
ーム径、駆動電圧を改善している。

【００１６】前記のように孔内に配置した電子放出素子
の製造方法として、電気泳動を利用して作製する方法が
ある。例えば、特開平８−２４１６６４号公報、特開平
８−２２７６５５号公報、特開平１１−３２９２１７号
公報が挙げられる。電気泳動法は、真空や、高温を必要
としないプロセスであり、大面積化が容易である。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電気泳
動法を用いた電子放出素子の製造方法では、帯電した粒
子と電極間において、電子の授受を行うため、孔内のカ
ソード電極表面全面にほぼ一様に電子放出材料が付着し
てしまう。このため、孔内側壁付近の電子放出材料から
放出された電子が、孔内側壁に衝突することにより、側
壁のチャージアップや、電子の散乱による電子ビーム径
の広がり等の問題が生じる。

【００１８】また、電気泳動法は直流電圧が必要である
ため、電気泳動時に溶液の電気分解等によるガスの発生
が伴うことがあり、プロセス上問題である。

【００１９】本発明は上記の従来技術の課題を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、電子
放出材料の付着を制御することによって製造上のばらつ
きを軽減し、電子ビーム径が小さく低電圧で高効率な電
子放出素子を簡易に製造する電子放出素子の製造方法、
またその製造方法で製造される電子放出素子、電子源及
び画像形成装置を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の電子放出素子の製造方法にあっては、第１の
電極と第２の電極を有した基体を、電子放出材料の粒子
を分散させた溶液中に浸す工程と、前記溶液中で、前記
第１の電極を陽極又は陰極として誘電泳動を行い、前記
第１の電極に前記電子放出材料の粒子を付着する工程
と、を有することを特徴とする。

【００２１】第１の電極と第２の電極を有した基体を、
電子放出材料の粒子を分散させた溶液中に浸す工程と、
前記溶液中で、前記第１及び第２の電極を陽極又は陰極
として誘電泳動を行い、前記第１の電極に前記電子放出
材料の粒子を付着する工程と、を有することが好適であ
る。

【００２２】前記基体は、基板上に前記第１の電極を形
成し、前記第１の電極上に孔を有する前記絶縁層及び第
２の電極を順次形成した構造であることが好適である。

【００２３】前記第１の電極に前記電子放出材料の粒子
を付着する工程では、前記溶液中に前記第１の電極と対
向させて第３の電極を配置し、前記第１、第２、及び第
３の電極を陽極又は陰極として誘電泳動を行うことが好
適である。

【００２４】前記第１の電極に前記電子放出材料の粒子
を付着する工程では、前記第１の電極に前記電子放出材
料の粒子を付着した後、前記第２の電極に他の電極との
電位関係が付着時と逆転する電圧を印加することが好適
である。

【００２５】前記第１の電極の面積は、前記第２の電極
の面積よりも小さいことが好適である。

【００２６】前記第１の電極の面積は、前記第３の電極
の面積よりも小さいことが好適である。

【００２７】前記第１の電極に前記電子放出材料の粒子
を付着する工程の後、前記第１の電極に付着した前記電
子放出材料の粒子を固定するための熱処理工程を有する
ことが好適である。

【００２８】前記孔の開口形状は、円形、楕円形、多角
形、及びスリット形状のうちのいずれか１種の形状をな
すことが好適である。

【００２９】前記電子放出材料の粒子は、炭素化合物で
あることが好適である。

【００３０】前記溶液中に金属イオンを含有させたこと
が好適である。

【００３１】本発明の電子放出素子にあっては、上記の
電子放出素子の製造方法によって製造されたことを特徴
とする。

【００３２】本発明の電子源にあっては、複数の電子放
出素子を有する電子源であって、該電子放出素子が上記
の電子放出素子であることを特徴とする。

【００３３】前記電子放出素子がマトリクス状に配線さ
れたことが好適である。

【００３４】本発明の画像形成装置にあっては、電子源
と画像形成部材とを備える画像形成装置であって、前記
電子源が上記の電子源であることを特徴とする。

【００３５】前記画像形成部材は、蛍光体であることが
好適である。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、実施の形
態を例示的に詳しく説明する。ただし、この課題を解決
するための手段に記述されている構成部品の寸法、材
質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がな
い限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨
のものではなく、また、第１、第２、第３の電極及びア
ノード電極に印加される電圧、あるいは電圧波形等の条
件も、特に記載がない限り、それらのみに限定する趣旨
のものではない。

【００３７】本実施の形態に係る電子放出素子の製造方
法の流れを図３に示す。本実施の形態では、最初に、微
細孔を有する基体を作製する。詳しい基体の作製法は、
後述する。次に、誘電泳動法によって第１の電極に電子
放出材料を付着し、微細孔の底面に電子放出部を形成す
る。そして、第１の電極に付着した電子放出材料を熱処
理して固定する。

【００３８】次に、本発明の特徴部分である第１の電極
に電子放出材料の粒子を付着する誘電泳動工程を説明す
る。図１、図２は本実施の形態に係る誘電泳動工程を示
す概略図である。

【００３９】図１に示すように、電解漕１０７内で基体
１０８を電子放出材料の粒子を分散した溶液中に浸し、
第１の電極１０２と第２の電極１０４を陽極又は陰極と
して利用し、電圧を印加して電子放出材料の粒子の誘電
泳動を行う。そして、誘電泳動により、第１の電極１０
２に電子放出材料の粒子を付着させる。

【００４０】あるいは、基体１０８と別に他の電極を溶
液中に配置し、第１の電極１０２と他の電極を陽極又は
陰極として、誘電泳動を行ってもよい。

【００４１】また、図２に示すように、基体１０８と別
に第３の電極１０９を溶液中に配置し、第１の電極１０
２、第２の電極１０４、及び第３の電極１０９の３端子
を陽極又は陰極として利用し、誘電泳動を行ってもよ
い。

【００４２】本発明で使用する誘電泳動法は、荷電して
いない電子放出材料の粒子を溶液中に分散させ、溶液中
で電極間に電圧を印加して誘電泳動により電子放出材料
の粒子を電極に集める方法である。

【００４３】なお、電気泳動では、荷電粒子が電界中で
反対の電荷をもつ電極に向かって移動する現象であり、
均一電解中でも不均一電界中でも起こる。

【００４４】これに対して、誘電泳動は、不均一電界中
に置かれた誘電体（ここでは、電子放出材料の粒子）が
分極し、その誘起双極子と電界との相互作用によって生
じる力により粒子が移動する。この場合、粒子は、電界
の絞り部、即ち電気力線の集中する部分に移動し、電極
に集められる。

【００４５】また、電気泳動では、直流又は整流された
パルスの印加電圧である必要があるが、誘電泳動では、
交流やパルス等のいずれの印加電圧であってもよい。

【００４６】以上のような誘電泳動を行うには、電圧印
加のための対向電極間に電界の絞り部を形成しなければ
ならない。この電界の絞り部は電界が集中する部分であ
って、この部分で電気力線の密度が高くなり、この部分
に向かって粒子が移動して集められる。

【００４７】本発明においては、基体１０８の第１の電
極１０２と第２の電極１０４間に存在する絶縁層１０３
をこの電界の絞り部として利用する。即ち、基体１０８
上で第２の電極１０４及び絶縁層１０３に形成される微
細孔によって、第１の電極１０２に導かれる電気力線の
密度が高くなり、電界の絞り部として利用されている。

【００４８】図４は誘電泳動工程時の電気力線の状態を
模式的に示したものである。４０１は第１の電極１０２
に導かれる電気力線を示し、４０２は電気力線の密度が
高い部分に向かって移動する電子放出材料の粒子を示し
ている。

【００４９】したがって、基体１０８の微細孔の底面で
ある第１の電極１０２表面の中心部に電子放出材料の粒
子が集中するので、形成される電子放出部１０５は微細
孔の底面において中心が最も盛り上がった山形状とな
る。

【００５０】このため、微細孔内側壁付近の電子放出部
１０５から放出された電子が、微細孔内側壁に衝突する
ことが抑制され、側壁のチャージアップや電子の散乱に
よる電子ビーム径の広がり等を抑制できる。

【００５１】なお、第１の電極１０２について、電子放
出材料の粒子との接合や誘電泳動工程時における電界集
中を効率よく生じさせることを目的として、誘電泳動工
程の前処理を行ってもよい。

【００５２】前処理としては、例えば、第１の電極１０
２に、金属めっき、電界エッチング等の表面処理を行っ
てもよい。あるいは、誘電泳動工程に使用される溶液中
に、金属塩を入れてもよい。金属塩は、溶液中で金属イ
オンとなり、第１の電極１０２と電子放出材料の粒子と
の物理的及び電気的な接合強度を増加する。

【００５３】誘電泳動工程で電極間に電圧を印加する電
源装置としては、直流電源、交流電源、高電圧パルス電
源等がある。

【００５４】交流電圧を印加する場合、周波数１０〜１
０¹⁰Ｈｚ、好ましくは１０⁵〜１０⁸Ｈｚ、電圧１０Ｖ〜
１００ｋＶが望ましい。交流電圧を印加した場合には、
溶液の電気分解等によるガスの発生を抑制することがで
き、製造の容易性を向上することができる。

【００５５】また、誘電泳動工程において、第２の電極
１０４（電子放出素子としては第１の電極１０２（アノ
ード）から電子を引き出すゲートとなる）上に電子放出
材料が付着することがあるが、これは第１の電極１０２
に電子放出材料を付着させた時と第２の電極１０４の電
位関係が逆転する逆電圧を第２の電極１０４に印加する
ことで、第２の電極１０４から電子放出材料の粒子を取
り除くことができる。

【００５６】以上の誘電泳動工程を用いる製造方法によ
って製造される本実施の形態に係る電子放出素子につい
て、以下に詳述する。

【００５７】予め、その表面を十分に洗浄した、石英ガ
ラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少させたガラス、青板
ガラス、シリコン基板等にスパッタ法等によりＳｉＯ₂
を積層した積層体、アルミナ等セラミックスの絶縁性基
板のうち、いずれか一つを基板１０１として用い、基板
１０１上に第１の電極１０２を積層する。

【００５８】第１の電極１０２は一般的に導電性を有し
ており、蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術、
フォトリソグラフィー技術により形成される。

【００５９】第１の電極１０２の材料は、例えば、Ｂ
ｅ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、
Ｗ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の金
属または合金材料、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、
ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物、ＨｆＢ₂、ＺｒＢ₂、Ｌａ
Ｂ₆、ＣｅＢ₆、ＹＢ₄、ＧｄＢ₄等の硼化物、ＴｉＮ、Ｚ
ｒＮ、ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体、有機
高分子材料、アモルファスカーボン、グラファイト、ダ
イヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドを分散した炭
素及び炭素化合物等から適宜選択される。

【００６０】第１の電極１０２の厚さとしては、数十ｎ
ｍから数ｍｍの範囲で設定され、好ましくは数百ｎｍか
ら数μｍの範囲で選択される。

【００６１】次に、絶縁層１０３を堆積する。

【００６２】絶縁層１０３は、スパッタ法等の一般的な
真空成膜法、ＣＶＤ法、真空蒸着法で形成され、その厚
さとしては、数ｎｍから数μｍの範囲で設定され、好ま
しくは数十ｎｍから数百ｎｍの範囲から選択される。望
ましい材料としてはＳｉＯ₂、ＳｉＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｃａ
Ｆ、アンドープダイヤモンド等の高電界に絶えられる耐
圧の高い材料が望ましい。

【００６３】更に、絶縁層１０３に続き、第２の電極１
０４を堆積する。

【００６４】第２の電極１０４は、第１の電極１０２と
同様に導電性を有しており、蒸着法、スパッタ法等の一
般的真空成膜技術、フォトリソグラフィー技術により形
成される。第２の電極１０４の材料は、例えば、Ｂｅ、
Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、
Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の金属ま
たは合金材料、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、Ｓｉ
Ｃ、ＷＣ等の炭化物、ＨｆＢ₂、ＺｒＢ₂、ＬａＢ₆、Ｃ
ｅＢ₆、ＹＢ₄、ＧｄＢ₄等の硼化物、ＴｉＮ、ＺｒＮ、
ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体、有機高分子
材料等から適宜選択される。

【００６５】第２の電極１０４の厚さとしては、数ｎｍ
から数十μｍの範囲で設定され、好ましくは数十ｎｍか
ら数μｍの範囲で選択される。

【００６６】なお、第１の電極１０２及び第２の電極１
０４は、同一材料でも異種材料でも良く、また、同一形
成方法でも異種方法でも良い。

【００６７】そして、第２の電極１０４上に、フォトリ
ソグラフィー技術によりマスクパターンを形成する。

【００６８】その後、エッチングを行い、マスクパター
ンされていない絶縁層１０３及び第２の電極１０４の一
部が第１の電極１０２から取り除かれた、積層構造が形
成される。積層構造は、絶縁層１０３及び第２の電極１
０４にエッチングにより微細孔を形成した状態である。

【００６９】ただし、本エッチング工程は、第１の電極
１０２上で停止しても良いし、第１の電極１０２の一部
もエッチングされても良い。エッチング工程は、絶縁層
１０３及び第２の電極１０４の材料に応じてエッチング
方法を選択すれば良い。

【００７０】次に、微細孔の底面となっている第１の電
極１０２表面に電子放出部１０５を成膜する。この電子
放出部１０５は、本発明の特徴である誘電泳動法により
形成される。

【００７１】電子放出部１０５の材料は、例えば、グラ
ファイト、フラーレン、カーボンナノチューブ、ダイヤ
モンドライクカーボン、ダイヤモンドを分散した炭素及
び炭素化合物等から適宜選択される。

【００７２】電子放出部１０５の膜厚としては、数ｎｍ
から数μｍの範囲で設定され、好ましくは数ｎｍから数
百ｎｍの範囲で選択される。

【００７３】以上のようにして、絶縁層１０３及び第２
の電極１０４に微細孔を有し、この微細孔の底面である
第１の電極１０２表面に電子放出部１０５を形成した基
体１０８、即ち電子放出素子を製造している。

【００７４】そして、図５は本実施の形態に係る製造方
法で製造された電子放出素子の駆動状態を示している。
１１０は第１及び第２の電極１０２，１０３間に印加さ
れる電圧を供給する電源である。１１２はアノード電極
１１１へ印加する印加電圧を供給する電源１１２であ
る。

【００７５】また、基体１０８の微細孔の開口径Ｗ１
は、素子を構成する材料や、誘電率、電子放出材料の仕
事関数と駆動電圧、必要とする放出電子ビームの形状に
より適宜設定される。

【００７６】本実施の形態の製造方法により製造された
電子放出素子を適用した応用例について以下に述べる。
この電子放出素子は、その複数個を基体上に配列するこ
とによって、例えば電子源、あるいは画像形成装置を構
成することができる。

【００７７】図６を用いて、本実施の形態の電子放出素
子を複数は配列して得られる電子源について説明する。
図６において、６０１は電子源基体、６０２はＸ方向配
線、６０３はＹ方向配線、６０４は本実施の形態の電子
放出素子、６０５は結線である。

【００７８】Ｘ方向配線６０２は、Ｄｘ１、Ｄｘ２、…
Ｄｘｍのｍ本の配線から成り、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。

【００７９】Ｙ方向配線６０３は、Ｄｙ１、Ｄｙ２、…
Ｄｙｎのｎ本の配線から成り、Ｘ方向配線６０２と同様
に形成される。

【００８０】これらｍ本のＸ方向配線６０２とｎ本のＹ
方向配線６０３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。ここで、ｍ
及びｎは共に正の整数である。

【００８１】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。不図示の層間絶縁層は、例えば、Ｘ方向配線６
０２を形成した基体６０１の全面或いはその一部に所望
の形状で形成され、特にＸ方向配線６０２とＹ方向配線
６０３と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。

【００８２】ここで、Ｘ方向配線６０２とＹ方向配線６
０３は、それぞれ外部端子として引き出されている。

【００８３】電子放出素子６０４を構成する一対の電極
層（不図示）は、ｍ本のＸ方向配線６０２及びｎ本のＹ
方向配線６０３と導電性金属等から成る結線６０５によ
って電気的に接続されている。

【００８４】Ｘ方向配線６０２、Ｙ方向配線６０３、結
線６０５、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
れぞれ異なっていても良い。これらの材料としては、例
えば、前述の素子電極である第１の電極１０２及び第２
の電極１０４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。また、
素子電極を配線電極として用いることもできる。

【００８５】Ｘ方向配線６０２には、Ｘ方向に配列した
電子放出素子６０４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６０３には、Ｙ方向に配列した電子放出
素子６０４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６０４に印加される駆動電圧は、当該電子放出素子６
０４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。

【００８６】上記構成の電子源においては、単純なマト
リクス配線を用いて、個別の電子放出素子６０４を選択
し、独立に駆動可能とすることができる。

【００８７】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７を用いて説
明する。図７は、画像形成装置の表示パネルの一例を示
す模式図である。

【００８８】図７において、６０１は電子放出素子６０
４を複数配した電子源基体、７０１は電子源基体６０１
を固定したリアプレート、７０６はガラス基体７０３の
内面に画像形成部材である蛍光体としての蛍光膜７０４
とメタルバック７０５等が形成されたフェースプレート
である。

【００８９】７０２は支持枠であり、支持枠７０２に
は、リアプレート７０１、フェースプレート７０６がフ
リットガラス等を用いて接続されている。

【００９０】７０７は外囲器であり、例えば、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、封着して構成される。

【００９１】外囲器７０７は、上述した通り、フェース
プレート７０６、支持枠７０２、リアプレート７０１で
構成される。

【００９２】リアプレート７０１は主に電子源基体６０
１の強度を補強する目的で設けられるため、電子源基体
６０１自体で十分な強度を持つ場合は、別体のリアプレ
ート７０１は不要とすることができる。

【００９３】即ち、電子源基体６０１に直接支持枠７０
２を封着し、フェースプレート７０６、支持枠７０２及
び基体６０１で外囲器７０７を構成しても良い。

【００９４】一方、フェースプレート７０６、リアプレ
ート７０１間に、スペーサ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７０７を構成することもできる。

【００９５】なお、本実施の形態の電子放出素子を用い
た画像形成装置では、放出した電子軌道を考慮して、電
子放出素子６０４上部に蛍光体（蛍光膜７０４）をアラ
イメントして配置する。

【００９６】図８は、本件の表示パネルに使用した蛍光
膜７０４を示す模式図である。カラーの蛍光膜の場合
は、蛍光体の配列により図８（ａ）に示すブラックスト
ライプあるいは図８（ｂ）に示すブラックマトリクス等
と呼ばれる黒色導電材８０１と蛍光体８０２とから構成
した。

【００９７】なお、本実施の形態の画像形成装置は、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。

【００９８】

【実施例】以下本発明の実施例を詳細に説明する。

【００９９】（実施例１）以下に、本実施例の電子放出
素子の製造工程を図１及び図５を用いて詳細に説明す
る。

【０１００】初めに、本実施例で使用する基体１０８を
作製する。

【０１０１】（工程１）まず、基板１０１に石英を用
い、十分洗浄を行った後、スパッタ法により、基板１０
１上に、第１の電極１０２の材料として厚さ３００ｎｍ
のＴｉを成膜した。

【０１０２】（工程２）次に、第１の電極１０２上に、
絶縁層１０３を作製するために、原料ガスとしてＳｉＨ
₄、Ｏ₂を使用してプラズマＣＶＤ法により、ＳｉＯ₂を
約１０００ｎｍ成膜した。

【０１０３】（工程３）次に、絶縁層１０３上に、第２
の電極１０４として、Ａｌを２００ｎｍの厚さになるよ
うに抵抗加熱蒸着により成膜した。

【０１０４】（工程４）次に、フォトリソグラフィー
で、ポジ型フォトレジスト（ＡＺ１５００／クラリアン
ト社製）のスピンコーティング、フォトマスクパターン
を露光、現像し、マスクパターンを第２の電極１０４上
に形成した。このときのマスクパターンされていない部
分の開口径Ｗ１は１μｍとした。

【０１０５】（工程５）マスクパターンをマスクとし
て、熱リン酸により、第２の電極１０４をウエットエッ
チングし、引き続きＣＦ₄を用いたドライエッチングに
より、絶縁層１０３をエッチングし、第１の電極１０２
でエッチングを停止させた。

【０１０６】（工程６）次に図１に示されるような、装
置系を用いて誘電泳動を行った。このときの溶液は、電
子放出材料として、粒径が１０ｎｍ以下高温高圧合成ダ
イヤモンドパウダーを、エタノール中に超音波により分
散させたものを使用した。印加電圧は第１の電極１０２
を陽極、第２の電極１０４を陰極として、直流電源１０
６から供給する直流電圧１２Ｖを使用し、２分間行っ
た。その後、溶液から、基体１０８を取り出し、室温で
乾燥させた。

【０１０７】（工程７）次に、２％の水素を含む窒素気
流中において、３００℃で３０分間、５００℃で６０分
間熱処理を加えた。

【０１０８】以上のようにして作製した電子放出素子を
図５に示すように配置して駆動し、電子を放出させた。
電源１１２からアノード電極１１１へ印加する印加電圧
はＶａ＝１０ｋＶで、電子放出部１０５とアノード電極
１１１との距離Ｈを２ｍｍとした。

【０１０９】ここで、アノード電極１１１として蛍光体
を塗布した電極を用い、電子ビームのサイズを観察し
た。なお、ここで言う電子ビームサイズとは、発光した
蛍光体のピーク輝度が１０％の領域までのサイズのこと
をいう。

【０１１０】この電子ビーム径は、本実施例では径８０
μｍ／８０μｍ（ｘ／ｙ）となった。

【０１１１】（実施例２）本実施例の電子放出素子の製
造工程を図１を用いて説明する。ここでは本実施例の特
徴のみを説明し、先の実施例と重複した部分は省略す
る。実施例２の（工程１）〜（工程５）までは実施例１
と同様である。

【０１１２】（工程６）次に、図１に示される誘電泳動
工程では、第１の電極１０２と第２の電極１０４を陽極
又は陰極として交流電圧を印加した。印加する交流電圧
は、±１０Ｖ、周波数は５０Ｈｚとした。

【０１１３】（工程７）次に、基体１０８を乾燥させた
後、２％の水素を含む窒素気流中において、３００℃で
３０分間、５００℃で６０分間熱処理を加えた。

【０１１４】本実施例で作製した電子放出素子の電子放
出特性は、実施例１とほぼ同様であった。なお、誘電泳
動工程で交電圧流を印加することにより、誘電泳動工程
において電極反応によるガスの発生が抑制され、安定的
に電子放出素子を製造することができる。

【０１１５】（実施例３）本実施例の電子放出素子の製
造工程を図１を用いて説明する。ここでは本実施例の特
徴のみを説明し、先の実施例と重複した部分は省略す
る。実施例３の（工程１）〜（工程６）までは実施例１
と同様である。

【０１１６】しかし、誘電泳動工程である（工程６）に
おいて、第１の電極１０２への電子放出材料の付着の
後、第１の電極１０２と第２の電極１０４間に、第１及
び第２の電極１０２，１０４の電位関係が付着時と逆転
する直流電圧を印加した。

【０１１７】なお、このときの、第１の電極１０２の面
積は、第２の電極１０４の面積より小さいものを使用し
た。このため、微細孔底面の第１の電極１０２に向かう
電気力線を狭い面積に集中することができる。

【０１１８】（工程７）次に、基体１０８を乾燥させた
後、２％の水素を含む窒素気流中において、３００℃で
３０分間、５００℃で６０分間熱処理を加えた。

【０１１９】この（工程６）において、印加電圧を逆転
する手法を用いることにより、第２の電極１０４上につ
いた電子放出材料であるダイヤモンド粒子を取り除くこ
とができる。

【０１２０】これにより、完成した電子放出素子の第２
の電極１０４からの電子放出を抑制できる。

【０１２１】（実施例４）本実施例の電子放出素子の製
造工程を図２を用いて説明する。ここでは本実施例の特
徴のみを説明し、先の実施例と重複した部分は省略す
る。

【０１２２】本実施例では、電子放出材料として、ダイ
ヤモンド粒子の変わりに、カーボンナノチューブを利用
した。

【０１２３】実施例４の（工程１）〜（工程５）までは
実施例１と同様である。

【０１２４】（工程６）次に、図２に示すような装置系
を用い、誘電泳動法を行った。図２では、基体１０８の
他に第３の電極１０９を溶液中に配置し、第１の電極１
０２と第３の電極１０９間に電圧を印加する。なお、第
１の電極１０２の面積は、第３の電極１０９の面積より
小さいものを使用した。このため、微細孔底面の第１の
電極１０２に向かう電気力線を狭い面積に集中すること
ができる。

【０１２５】本実施例では、誘電泳動工程で、第１の電
極１０２と第２の電極１０４間に交流電源２０１から供
給される交流電圧±１０Ｖ、第１の電極１０２と第３の
電極１０９間に直流電源１０６から供給される直流電圧
−１００Ｖを印加した。

【０１２６】このときの第１の電極１０２と第３の電極
１０９間の距離は、１００μｍとした。

【０１２７】（工程７）次に、基体１０８を乾燥させた
後、２％の水素を含む窒素気流中において、３００℃で
３０分間、５００℃で６０分間熱処理を加えた。

【０１２８】この図２に示すような装置系を用い、誘電
泳動工程を行うと、基体１０８上の微細孔の開口の大き
さが、微細孔の深さよりも比較的大きい場合に、誘電泳
動工程での印加電圧による開口部付近の等電位面を上方
に引き上げることができ、電気力線を微細孔の開口の中
央に集中させることができ、電子放出材料をより微細孔
の中央部に付着させることができる。

【０１２９】（実施例５）本実施例の電子放出素子の製
造工程を図１を用いて説明する。ここでは本実施例の特
徴のみを説明し、先の実施例と重複した部分は省略す
る。実施例５の（工程１）〜（工程５）までは実施例１
と同様である。

【０１３０】（工程６）次に、図１に示される誘電泳動
工程では、第１の電極１０２と第２の電極１０４を陽極
又は陰極として電圧を印加した。この時に使用する溶液
中に、金属塩であるＮｉＣｌ₂を入れる。即ち、溶液中
に金属イオンを含有させる。

【０１３１】以下の工程も実施例１と同様である。

【０１３２】このように、誘電泳動工程で使用する溶液
中に金属イオンを含有させることで、第１の電極１０２
とダイヤモンド粒子との物理的及び電気的な接合強度が
増加する。

【０１３３】（実施例６）以上に挙げた実施例１〜５の
電子放出素子を用いて画像形成装置を作製した。図７を
用いて説明する。本実施例の画像形成装置には、電子放
出素子を１０×１０のＭＴＸ状に配置した。

【０１３４】配線は、Ｘ方向配線６０２を第１の電極層
に、Ｙ方向配線６０３を第２の電極層に接続した。

【０１３５】電子放出素子６０４は、横１５０μｍ、縦
３００μｍのピッチで配置した。

【０１３６】電子放出素子６０４の上部には、２ｍｍの
距離を隔てた位置にアノード電極でとしての蛍光体であ
る蛍光膜７０４を配置した。蛍光膜７０４には、１０ｋ
Ｖの電圧を印加した。

【０１３７】この結果、マトリクス駆動が可能で高精細
な画像形成装置が形成できた。

【０１３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の誘電泳動
法を用いて第１の電極に電子放出材料の粒子を付着する
電子放出素子の製造方法は、高真空を必要とせず、大面
積化が容易なプロセスであるため、電子放出素子の作製
コストが低減できる。

【０１３９】また、誘電泳動法によるプロセスを実施す
れば、電子放出面積が大きく、また孔の底面中央部に電
子放出材料を集中させることができ、低電圧で高効率な
電子放出が可能な電子放出素子を、安定的に作製でき
る。

【０１４０】そして、このような電子放出素子を電子源
や画像形成装置に適用すると、性能に優れた電子源及び
画像形成装置を供給できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態に係る誘電泳動工程を示す概略図で
ある。

【図２】実施の形態に係る誘電泳動工程を示す概略図で
ある。

【図３】実施の形態に係る電子放出素子の製造方法を示
す流れ図である。

【図４】実施の形態に係る誘電泳動工程での電気力線を
示す概略図である。

【図５】実施の形態に係る電子放出素子の駆動状態を示
す概略断面図及び概略平面図である。

【図６】実施の形態に係る単純マトリクス配置の電子源
を示す概略構成図である。

【図７】実施の形態に係る単純マトリクス配置の電子源
を用いた画像形成装置を示す概略構成図である。

【図８】実施の形態に係る画像形成装置に用いる蛍光膜
を示す図である。

【符号の説明】

１０１基板１０２第１の電極１０３絶縁層１０４第２の電極１０５電子放出部１０６直流電源１０７電解漕１０８基体１０９第３の電極１１０電源１１１アノード電極１１２電源２０１交流電源４０１電気力線４０２電子放出材料の粒子６０１電子源基体６０２Ｘ方向配線６０３Ｙ方向配線６０４電子放出素子６０５結線７０１リアプレート７０２支持枠７０３ガラス基体７０４蛍光膜７０５メタルバック７０６フェースプレート７０７外囲器８０１黒色導電材８０２蛍光体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の電極と第２の電極を有した基体を、
電子放出材料の粒子を分散させた溶液中に浸す工程と、前記溶液中で、前記第１の電極を陽極又は陰極として誘
電泳動を行い、前記第１の電極に前記電子放出材料の粒
子を付着する工程と、を有することを特徴とする電子放
出素子の製造方法。
【請求項２】第１の電極と第２の電極を有した基体を、
電子放出材料の粒子を分散させた溶液中に浸す工程と、前記溶液中で、前記第１及び第２の電極を陽極又は陰極
として誘電泳動を行い、前記第１の電極に前記電子放出
材料の粒子を付着する工程と、を有することを特徴とす
る請求項１に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項３】前記基体は、基板上に前記第１の電極を形
成し、前記第１の電極上に孔を有する前記絶縁層及び第
２の電極を順次形成した構造であることを特徴とする請
求項１又は２に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項４】前記第１の電極に前記電子放出材料の粒子
を付着する工程では、前記溶液中に前記第１の電極と対
向させて第３の電極を配置し、前記第１、第２、及び第３の電極を陽極又は陰極として
誘電泳動を行うことを特徴とする請求項２又は３に記載
の電子放出素子の製造方法。
【請求項５】前記第１の電極に前記電子放出材料の粒子
を付着する工程では、前記第１の電極に前記電子放出材
料の粒子を付着した後、前記第２の電極に他の電極との
電位関係が付着時と逆転する電圧を印加することを特徴
とする請求項２、３、又は４に記載の電子放出素子の製
造方法。
【請求項６】前記第１の電極の面積は、前記第２の電極
の面積よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至５の
いずれか一つに記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項７】前記第１の電極の面積は、前記第３の電極
の面積よりも小さいことを特徴とする請求項４、５、又
は６に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項８】前記第１の電極に前記電子放出材料の粒子
を付着する工程の後、前記第１の電極に付着した前記電
子放出材料の粒子を固定するための熱処理工程を有する
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つに記載
の電子放出素子の製造方法。
【請求項９】前記孔の開口形状は、円形、楕円形、多角
形、及びスリット形状のうちのいずれか１種の形状をな
すことを特徴とする請求項３乃至８のいずれか一つに記
載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１０】前記電子放出材料の粒子は、炭素化合物
であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一つ
に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１１】前記溶液中に金属イオンを含有させたこ
とを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一つに記載
の電子放出素子の製造方法。
【請求項１２】請求項１乃至１１のいずれか一つに記載
の電子放出素子の製造方法によって製造されたことを特
徴とする電子放出素子。
【請求項１３】複数の電子放出素子を有する電子源であ
って、該電子放出素子が請求項１２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１４】前記電子放出素子がマトリクス状に配線
されたことを特徴とする請求項１３に記載の電子源。
【請求項１５】電子源と画像形成部材とを備える画像形
成装置であって、前記電子源が請求項１３又は１４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１６】前記画像形成部材は、蛍光体であること
を特徴とする請求項１５に記載の画像形成装置。