JP3337860B2 - 電子放出素子、電子源、表示パネルおよび画像形成装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子放出素子の製造方法
に関し、更に詳しくはインクジェット方式を利用して形
成した電子放出素子およびそれを用いた電子源、表示パ
ネルおよび画像形成装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子放出素子としては熱電子源と
冷陰極電子源の２種類が知られている。冷陰極電子源に
は電界放出型素子（以下ＦＥ型素子と略す）、金属／絶
縁層／金属型素子（以下ＭＩＭ素子と略す）、表面伝導
型電子放出素子等がある。

【０００３】ＦＥ型素子の報告例としてはW.P. Dyke &
W.W. Dolan, “Field emission”，Advance in Electro
n Physics, 8, 89(1956)や“Physical properties of t
hin-film field emission cathodes with molybdenum c
ones”，J. Appl. hys., 47,5248(1976)等が知られてい
る。ＭＩＭ素子の報告例としてはC.A. Mead, ”Thetun
nel-emission amplifier ”A.Appl. Phys., 32, 646(19
61)等が知られている。表面伝導型電子放出素子の報告
例としてはM.I. Elinson, Radio Eng. Electron Phys.,
10,(1965)等がある。

【０００４】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、電子放出が起こる現象を利用するものである。この
電子放出素子としては前記エリンソン等によるＳｎＯ₂
薄膜を用いたもののほか、Ａｕ薄膜を用いたもの［G.Di
ttmer:“Thin Solid Films”, 9, 317(1972)] 、Ｉｎ₂
Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 薄膜を用いたもの［M. Hartwell and C.
G. Fonstad: ”IEEE Trans. ED Conf.”, 519(1975)]、
カーボン薄膜を用いたもの［荒木久 他：真空、第26
巻、第１号、22頁（1983）］等が報告されている。

【０００５】これらの表面伝導型電子放出素子の典型的
な素子構成として前述のＭ．ハートウェルの素子構成を
図１４により説明する。同図において１は絶縁性基板、
２および３は素子に電圧を印加するための一対の素子電
極、４は電子放出部を含む薄膜で、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５が形成される。
尚、図中の素子電極間隔Ｌは、０．５ｍｍ〜１ｍｍ、素
子の幅Ｗ’は約０．１ｍｍで設定されている。Ｗは素子
電極の幅、ｄは素子電極の厚さを表している。また、電
子放出部５の位置及び形状については模式図とした。

【０００６】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電子放出部形成用薄膜を
予めフォーミングと呼ばれる通電処理によって電子放出
部５を形成するのが一般的であった。即ち、フォーミン
グとは前記電子放出部形成用薄膜の両端に電極２、３を
用いて電圧を印加通電し、電子放出部形成用薄膜を局所
的に破壊、変形もしくは変質させることにより、電気的
に高抵抗な状態の電子放出部５を形成することである。
なお、フォーミングにより電子放出部形成用薄膜の一部
に亀裂が発生しその亀裂付近から電子放出が行われ電子
放出部５となる場合もある。

【０００７】前記のフォーミング処理をした表面伝導型
電子放出素子は、上述の電子放出部を含む薄膜４に電圧
を印加して素子表面に電流を流すことにより、上述の電
子放出部５より電子を放出するものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
電子放出素子は主に半導体プロセスに準じたフォトリソ
グラフ技術を利用して製造されたため、大面積基板に素
子を形成することが困難であるとともに製造コストが高
い問題があった。

【０００９】

【発明の目的】本発明は上記従来技術における電子放出
部形成用薄膜の製造工程を簡略化し、低コストの電子放
出素子およびそれを用いた電子源、表示パネルおよび画
像形成装置の製造方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の電子放出素子の
製造方法は、電極間に、電子放出部が形成された導電性
膜を有する電子放出素子の製造方法において、電子放出
部が形成される導電性膜の形成工程が、ジメチルスルホ
キシドと金属化合物とを含む水溶液を液滴化して基板上
に付与する工程と、付与された該水溶液を加熱する工程
とを有することを特徴とする電子放出素子の製造方法と
を有することを特徴とするものである。

【００１１】さらに本発明の別の態様は、このような電
子放出素子の製造方法により形成された電子放出素子を
用いた電子源、表示パネルおよび画像形成装置の製造方
法に関するものである。

【００１２】以下、本発明による電子放出素子の製造方
法について説明する。

【００１３】本発明で用いられる前記の金属化合物とし
ては金属のハロゲン化合物、硝酸化合物、亜硝酸化合
物、アンミン錯体、有機アンミン錯体等の金属塩あるい
は金属錯体であって、特に有機金属化合物が焼成の容易
さから適当である。前記の有機金属化合物の例としては
金属の有機酸塩を挙げることができ、その有機酸として
は具体例をあげるならば蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪
酸、イソ酪酸、シュウ酸等の炭素数１ないし４のカルボ
キシル基を有する酸のいずれかを用いることができる。
特には酢酸、プロピオン酸が好適に用いられる。炭素数
５以上の酸の金属塩では水への溶解度が低くなり、電子
放出素子の製造方法において基板に付与する溶液におけ
る金属の含有量が低くなるため使用しがたくなる。

【００１４】前記溶液の金属濃度範囲は、用いる金属元
素の種類や金属塩の種類によって最適な範囲が多少異な
るが、一般には重量で０．０１％以上、５％以下の範囲
が適当である。金属濃度が低すぎる場合、基板に所望の
量の金属を付与するために多量の前記溶液の液滴の付与
が必要になり、その結果液滴付与に要する時間が長くな
るのみならず、基板上に無用に大きな液溜りを生じてし
まい所望の位置のみに金属を付与する目的が達成できな
くなる。逆に前記溶液の金属濃度が高すぎると、基板に
付与された液滴が後の工程で乾燥あるいは焼成される際
に著しく不均一化し、その結果として電子放出部の導電
膜が不均一になり電子放出素子の特性を悪化させる。

【００１５】本発明で用いられる前記の金属化合物の金
属元素としては、白金、パラジウム、ルテニウム等の白
金族元素、金、銀、銅、クロム、タンタル、鉄、タング
ステン、鉛、亜鉛、スズ等を用いることができる。

【００１６】本発明で用いられる、電子放出部導電膜の
形成のために基板に付与される液体は、上記の金属化合
物とジメチルスルホキシドを含む水溶液である。発明者
はジメチルスルホキシドを上記金属化合物とともに水に
溶解すると、ジメチルスルホキシドを加えない場合より
も金属化合物の溶解性が向上することと、基板面に付与
された溶液の液滴の付着安定性が向上することを見出し
た。この溶液に適当なジメチルスルホキシドの濃度の範
囲は重量で０．００５％から７０％である。０．００５
％以下では添加の効果がほとんど確認できない。７０％
以上では基板上に付与された液滴の乾燥が遅く、工程上
の取り扱いが面倒になる。上記の金属化合物溶液を基板
に付与する手段は、液滴を形成し付与することが可能な
らば任意の方法でよいが、特に微小な液滴を効率良く適
度な精度で発生付与でき制御性も良好なインクジェット
方式が便利である。インクジェット方式にはピエゾ素子
等のメカニカルな衝撃により液滴を発生付与するもの
や、微小ヒータ等で液を加熱し突沸により液滴を発生付
与するバブルジェット方式があるが、いずれの方式でも
十ナノグラム程度から数十マイクログラム程度までの微
小液滴を再現性良く発生し基板に付与することができ
る。

【００１７】上記手段で基板に付与された金属化合物溶
液は乾燥、焼成工程を経て導電性無機微粒子膜とするこ
とにより、基板上に電子放出のための無機微粒子膜を形
成する。なお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、微視的に微粒子が個々に分散配置し
た状態のみならず、微粒子が互いに隣接あるいは重なり
合った状態（島状も含む）の膜をさす。また微粒子膜の
粒径とは、前記状態で粒子形状が認識可能な微粒子につ
いての径を意味する。

【００１８】乾燥工程は通常用いられる自然乾燥、送風
乾燥、熱乾燥等を用いればよい。前記の液体付与された
基板を例えば７０℃ないし１３０℃の電気乾燥器に３０
秒ないし２分程度入れることにより乾燥することができ
る。焼成工程は通常用いられる加熱手段を用いればよ
い。焼成の温度は基板に付与した液体に含まれた金属化
合物が分解して無機微粒子が生成するのに充分な温度と
すべきであって、通常は１５０℃以上、５００℃以下と
する。焼成は還元性気体雰囲気、酸化性気体雰囲気、不
活性気体雰囲気あるいは真空のいずれも利用し得る。還
元性あるいは真空の条件下では前記金属化合物の熱分解
により金属微粒子が生成することが多い。一方、酸化性
の条件下では金属酸化物の微粒子が生成することが多
い。しかし焼成雰囲気と生成微粒子の酸化状態は単純に
前記のように定まるものではない。例えば酸化性気体雰
囲気下での焼成工程であっても金属化合物が分解して最
初に生成するものは金属微粒子であって、さらに焼成を
続けることにより前記の金属が酸化されて金属酸化物の
微粒子が生成するという場合もある。生成したものが金
属であれ、金属酸化物であれ、導電性を有する微粒子膜
を形成しているならば本発明の電子放出素子に利用する
ことができる。焼成装置の簡略化や製造コストの低減の
観点からは空気雰囲気下で行なう焼成工程が優れてい
る。最適な焼成時間は用いる金属化合物の種類、焼成雰
囲気や焼成温度により変わるものであるが、通常は２分
ないし４０分程度である。焼成温度は一定でもよいが、
所定のプログラムにしたがって変化させてもよい。前記
の乾燥工程と焼成工程とは必ずしも区別された別工程と
して行なう必要はなく、連続して同時に行ってもかまわ
ない。

【００１９】

【作用】上記のような方法に従い、無機微粒子膜を形成
して電子放出用導電性薄膜とするならば、液滴付与工程
において基板上の任意の部位にのみ液滴を選択的に付与
できる。従って有機金属等を基板全面に塗布し焼成して
から不要部分の導電性無機微粒子膜をフォトリソグラフ
技術を適用して除去するといった従来工程を簡略で低コ
ストな工程に置き換えることができる。

【００２０】本発明の製造方法に用いる、基板に液滴と
して付与する液体に含まれるジメチルスルホキシドは、
水と任意に混合するうえ塩類を溶解しやすい有機溶媒で
ある。ジメチルスルホキシドは水溶液においても前記の
金属化合物と相互作用をする状態で溶解しているものと
推定される。このことがジメチルスルホキシドを水に加
えると金属化合物の溶解性が増すことや、本発明の方法
に用いる前記溶液の液滴が基板上で乾く際に金属化合物
の結晶の析出を抑制して均一な膜を与えることに寄与す
るのではないかと考えられる。

【００２１】さらに、ジメチルスルホキシドを含有した
金属化合物の水溶液は、石英や青板などのガラス面と、
金、白金、クロム等の金属面とを同程度によく濡らすの
で、金属電極対を表面に設けたガラス基板に前記液体を
付与すると、金属面にもガラス面にも液体が良好に付着
する。従ってガラス面のみあるいは金属面のみに金属化
合物がかたよることなく、電極対と基板にまたがる領域
に前記金属化合物を付与することができるので、電子放
出素子の作製に都合がよい。

【００２２】まず、電子放出素子の構成について説明す
る。

【００２３】図１はそれぞれ本発明に好適な基本的な電
子放出素子の基本的な構成を示す模式的平面図である。
図１を用いて本発明に好適な基本的な電子放出素子の基
本的な構成を説明する。

【００２４】図１において、１は絶縁性基板、２、３は
素子電極、４は導電性薄膜、５は電子放出部である。絶
縁性基板１としては、石英ガラス、Ｎａなどの不純物含
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
等及びアルミナ等のセラミックス等が用いられる。

【００２５】対向する素子電極２、３の材料としては、
一般的導体材料が用いられ、例えばＮｉ，Ｃｒ，Ａｕ，
Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属或は
合金およびＰｄ，Ａｇ，Ａｕ，ＲｕＯ₂ ，Ｐｄ−Ａｇ等
の金属或は金属酸化物とガラス等から構成される印刷導
体、Ｉｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ 等の透明導体およびポリシリ
コン等の半導体材料等より適宜選択される。

【００２６】素子電極間隔（Ｌ）及び素子電極長さ
（Ｗ）の形状等は、応用される形態等によって適宜設計
される。

【００２７】素子電極間隔（Ｌ）は、好ましくは、数百
オングストロームより数百マイクロメートルであり、よ
り好ましくは、素子電極間に印加する電圧等により、数
マイクロメートルより数十マイクロメートルである。

【００２８】素子電極長さ（Ｗ）は、好ましくは、電極
の抵抗値、電子放出特性により、数マイクロメートルよ
り数百マイクロメートルであり、また素子電極２、３の
膜厚ｄは、数百オングストロームより数マイクロメート
ルである。

【００２９】尚、図１の構成だけでなく、絶縁性基板１
の上に、導電性薄膜４、対向する素子電極２、３の順に
積層構成としてもよい。

【００３０】導電性薄膜４は、良好な電子放出特性を得
るためには微粒子で構成された微粒子膜が特に好まし
く、その膜厚は素子電極２、３へのステップカバレー
ジ、素子電極２、３間の抵抗値及び後述する通電フォー
ミング条件等によって、適宜設定され、好ましくは数オ
ングストロームより数千オングストロームで、特に好ま
しくは１０オングストロームより５００オングストロー
ムであり、その抵抗値は、１０の３乗から１０の７乗オ
ーム／□のシート抵抗値である。

【００３１】なお、ここで述べる微粒子の粒径は、数オ
ングストロームより数千オングストローム、好ましくは
１０オングストロームより２００オングストロームであ
る。前記導電性薄膜４は、前記のジメチルスルホキシド
と金属化合物とを含む水溶液を塗布焼成して生成される
物質よりなるもので、具体的には、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，
Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，
Ｗ，Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ，ＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，Ｐｂ
Ｏ等の金属酸化物等からなる。

【００３２】前記電子放出部５は、導電性薄膜４の一部
に形成される高抵抗の亀裂であり、導電性薄膜４の膜
厚、膜質、材料及び後述する通電フォーミングなどの製
法に依存して形成される。また、数オングストロームよ
り数百オングストロームの粒径の導電性微粒子を有する
こともある。この導電性微粒子は、導電性薄膜４を形成
する材料の元素の一部、あるいは全てと同様のものであ
る。また、電子放出部５及びその近傍の導電性薄膜４に
は、炭素及び炭素化合物を有することもある。

【００３３】次に、上述の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３に示
す。

【００３４】以下に順を追って電子放出素子の製造方法
の概略を図１及び図２に基づいて説明する。図１と同一
の符号のものは同一の部材を示す。 １）絶縁性基板１を洗剤、純水および有機溶剤により十
分に洗浄後、電極材料の堆積とフォトリソグラフィー技
術等による同材料の部分的除去工程によって、あるいは
印刷技術によって、前記絶縁性基板１の面上に素子電極
２、３を形成する（図２（ａ））。 ２）液滴付与手段２１を用いて、ジメチルスルホキシド
と有機金属化合物とを含む水溶液の液滴２２を、絶縁性
基板の素子電極２と３のギャップ部分に、両電極にまた
がるように付与して液溜り２３を形成する（図２
（ｂ））。この基板を乾燥、焼成して電子放出部形成用
薄膜４を形成する（図２（ｃ））。 ３）つづいて、真空容器中においてフォーミングと呼ば
れる通電処理を行う。素子電極２、３間に電圧を不図示
の電源によりパルス状あるいは、高速の昇電圧による通
電処理がおこなわれると、電子放出部形成用薄膜２の部
位に構造の変化した電子放出部５が形成される（図２
（ｄ））。この電子放出部５は電子放出部形成用薄膜４
が前記の通電処理により局所的に破壊、変形もしくは変
質し、構造の変化した部位である。先に説明したよう
に、電子放出部５は導電性微粒子で構成されていること
が観察されている。

【００３５】フォーミング処理の電圧波形を図３に示
す。図３中、Ｔ１およびＴ２は電圧波形のパルス幅とパ
ルス間隔であり、Ｔ１を１マイクロ秒〜１０ミリ秒、Ｔ
２を１０マイクロ秒〜１００ミリ秒とし、三角波の波高
値（フォーミング時のピーク電圧）は４Ｖ〜１０Ｖ程度
である。フォーミング処理は真空雰囲気下で素子の電極
間に前記の電圧波形を数十秒間程度適宜印加して行っ
た。

【００３６】以上の説明では電子放出部の形成のため
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
用いても良く、その波高値およびパルス幅・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
好に形成されれば所望の値を選択することができる。 ４）つづいて上記フォーミングを行った素子に、活性化
と呼ばれる処理を行うことが望ましい。ここに言う活性
化は、適当な真空度、例えば１０^-4〜１０^-5ｔｏｒｒの
真空度のもとに前記のフォーミングと同様のパルス電圧
を素子に繰り返し印加する処理のことである。活性化処
理は希薄に存在する有機化合物に由来する炭素あるいは
炭素化合物を電子放出部形成用薄膜上に堆積させ、電子
放出素子の素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅを著しく変化さ
せる。活性化は、例えば放出電流Ｉｅがほぼ飽和に達し
た時点で終了させればよい。

【００３７】上述のような素子構成と製造方法によって
作成された本発明にかかわる電子放出素子の基本特性に
ついて図４、図５を用いて説明する。

【００３８】図４は、図１で示した構成を有する素子の
電子放出特性を測定するための測定評価装置の概略構成
図である。図４において、１は絶縁性基体、２および３
は素子電極、４は電子放出部を含む薄膜、５は電子放出
部を示す。また、４１は素子に素子電圧Ｖｆを印加する
ための電源、４０は素子電極２、３間の電子放出部を含
む薄膜４を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流
計、４４は素子の電子放出部より放出される放出電流Ｉ
ｅを捕捉するためのアノード電極、４３はアノード電極
３４に電圧を印加するための高圧電源、４２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。

【００３９】また、本電子放出素子およびアノード電極
４４は真空装置内に設置され、その真空装置には不図示
の排気ポンプおよび真空計等の真空装置に必要な機器が
具備されており、所望の真空下で本素子の測定評価を行
えるようになっている。なお、アノード電極の電圧は１
ｋＶ〜１０ｋＶ、アノード電極と電子放出素子との距離
Ｈは３ｍｍ〜８ｍｍの範囲で測定した。

【００４０】更に、本発明者等は、上述の本発明に係わ
る電子放出素子の特性を鋭意検討した結果、本発明の原
理となる特性上の特徴を見いだした。図４に示した測定
評価装置により測定された放出電流Ｉｅおよび素子電流
Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関係の典型的な例を図５に示す。
なお、放出電流Ｉｅと素子電流Ｉｆは著しく異なる。図
５ではＩｆ、Ｉｅの変化の定性的比較のためにリニアス
ケールで任意単位で表記した。

【００４１】本電子放出素子は放出電流Ｉｅに対する三
つの特徴を有する。まず第一に、図５からも明らかなよ
うに、本素子はある電圧（しきい値電圧と呼ぶ、図５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Ｉ
ｅ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。第二に、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに依存
するため、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御できる。
第三に、アノード電極４４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。すなわち、アノ
ード電極４４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。以上のような特性を有す
るため、本発明にかかわる電子放出素子は、多方面への
応用が期待できる。

【００４２】また、素子電流Ｉｆが素子電圧Ｖｆに対し
て単調増加する特性（ＭＩ特性と呼ぶ）の例を図５に示
したが、この他にも素子電流Ｉｆが素子電圧Ｖｆに対し
て電圧制御型負性抵抗特性（ＶＣＮＲ特性と呼ぶ）を示
す場合もある。なおこの場合も、本電子放出素子は上述
した三つの特性上の特徴を有する。

【００４３】なお、以上電子放出素子の基本的な構成、
製法について述べたが、本発明の思想によれば、電子放
出素子の特性で前記の３つの特徴を有すれば、上述の構
成等に限定されず、後述の電子源、表示装置等の画像形
成装置に於ても利用できる。

【００４４】次に、本発明の電子源、表示パネルおよび
画像形成装置の製造方法およびこれらの方法によって得
られる電子源、表示パネルおよび画像形成装置について
説明する。まず、電子源の製造方法は、電子放出素子
と、該素子への電圧印加手段とを具備する電子源の製造
方法であって、該電子放出素子を上記の本発明の電子放
出素子の製造方法で作製することを特徴とする方法であ
る。また、表示パネルの製造方法は、電子放出素子およ
び該素子への電圧印加手段を具備する電子源と、該素子
から放出される電子を受けて発光する発光体とを具備す
る表示パネルの製造方法であって、該電子放出素子を上
記の本発明の電子放出素子の製造方法で作製することを
特徴とする方法である。さらに、画像形成装置の製造方
法は、電子放出素子および該素子への電圧印加手段を具
備する電子源と、該素子から放出される電子を受けて発
光する発光体と、外部信号に基づいて該素子へ印加する
電圧を制御する駆動回路とを具備する画像形成装置の製
造方法であって、該電子放出素子を上記の本発明の電子
放出素子の製造方法で作製することを特徴とする方法で
ある。

【００４５】基板上への電子放出素子の配列の方式に
は、例えば、従来例で述べた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で接続し、電子放出
素子の行を多数配列し（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や、
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
層間絶縁を介して設置し、電子放出素子の一対の電子電
極にそれぞれＸ方向配線、Ｙ方向配線を接続した配置法
が上げられる。これを単純マトリクス配置と以降呼ぶ。
まず、単純マトリクス配置について詳述する。

【００４６】前述した本発明にかかわる電子放出素子の
基本的特性の３つの特徴によれば、単純マトリクス配置
された電子放出素子においても、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に制御される。一
方、しきい値電圧以下においては電子は殆ど放出されな
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
印加すれば、任意の電子放出素子を選択することがで
き、その電子放出量を制御できることとなる。

【００４７】以下この原理に基づき構成した電子源基板
の構成について図６を用いて説明する。図６において６
１は電子源基板、６２はＸ方向配線、６３はＹ方向配
線、６４は電子放出素子、６５は結線である。なお電子
放出素子６４は前述した平面型あるいは垂直型どちらで
あってもよい。

【００４８】同図において、電子源基板６１は前述した
ガラス基板等であり、その大きさおよびその厚みは電子
源基板６１に設置される電子放出素子の個数および個々
の素子の設計上の形状、および電子源の使用時容器の一
部を構成する場合には、その容器を真空に保持するため
の条件等に依存して適宜設定される。

【００４９】ｍ本のＸ方向配線６２はＤＸ１，ＤＸ２，
・・・ＤＸｍからなり、電子源基板６１上に真空蒸着
法、印刷法、スパッタ法等で形成した導電性金属等であ
る。また、多数の電子放出素子にほぼ均等な電圧が供給
されるように材料、膜厚、配線巾等が適宜設定される。
Ｙ方向配線６３はＤＹ１，ＤＹ２，・・・ＤＹｎのｎ本
の配線よりなり、Ｘ方向配線６２と同様に作成される。
これらｍ本のｘ方向配線６２とｎ本のＹ方向配線６３間
には、不図示の層間絶縁層が設置され、電気的に分離さ
れて、マトリックス配線を構成する。このｍ，ｎは、共
に正の整数である。

【００５０】不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等で形成されたＳｉＯ₂ 等でありＸ方向
配線６２を形成した絶縁性基板６１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６２とＹ方向配
線６３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。また、Ｘ方向配線６２とＹ
方向配線６３は、それぞれ外部端子として引き出されて
いる。

【００５１】更に前述と同様にして、電子放出素子６４
の対向する電極（不図示）が、ｍ本のＸ方向配線６２と
ｎ本のＹ方向配線６３と、真空蒸着法、印刷法、スパッ
タ法等で形成された導電性金属等からなる結線６５によ
って電気的に接続されているものである。

【００５２】ここで、ｍ本のＸ方向配線６２とｎ本のＹ
方向配線６３と結線６５と対向する素子電極の導電性金
属は、その構成元素の一部あるいは全部が同一であって
も、またそれぞれ異なってもよく、前述の素子電極の材
料等より適宜選択される。尚、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
と総称する場合もある。また電子放出素子は、基板６１
あるいは不図示の層間絶縁層上のどちらに形成してもよ
い。

【００５３】また、詳しくは後述するが、前記Ｘ方向配
線６２には、Ｘ方向に配列する電子放出素子６４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発生手段と電気的に接続されて
いる。

【００５４】一方、Ｙ方向配線６３には、Ｙ方向に配列
する電子放出素子６４の列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ている。

【００５５】更に、電子放出素子の各素子に印加される
駆動電圧は、当該素子に印加される走査信号と変調信号
の差電圧として供給されるものである。

【００５６】上記構成において、単純なマトリクス配線
だけで個別の素子を選択して独立に駆動可能になる。

【００５７】つぎに、以上のようにして作成した単純マ
トリクス配置の電子源による表示等に用いる画像形成装
置について、図７と図８及び図９を用いて説明する。図
７は、画像形成装置の表示パネルの基本構成図であり、
図８は蛍光膜、図９は画像形成装置を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。

【００５８】図７において６１は、上述のようにして電
子放出素子を作製した電子源基板、７１は電子源基板６
１を固定したリアプレート、７６はガラス基板７３の内
面に蛍光膜７４とメタルバック７５等が形成されたフェ
ースプレート、７２は支持枠であり、リアプレート７
１、支持枠７２及びフェースプレート７６をフリットガ
ラス等を塗布し、大気中あるいは窒素中で、４００〜５
００度で１０分以上焼成することで封着して、外囲器７
８を構成する。

【００５９】図７において、６４は図１における電子放
出部に相当する。６２、６３は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。

【００６０】外囲器７８は上述の如く、フェースプレー
ト７６、支持枠７２、リアプレート７１で外囲器７８を
構成したが、リアプレート７１は主に基板６１の強度を
補強する目的で設けられるため、基板６１自体で十分な
強度を持つ場合は別体のリアプレート７１は不要であ
り、基板６１に直接支持枠７２を封着し、フェースプレ
ート７６、支持枠７２、基板６１にて外囲器７８を構成
しても良い。またさらには、フェースプレート７６、リ
アプレート７１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で、大気圧に対して十分な強度をも
つ外囲器７８の構成にすることもできる。

【００６１】図８は蛍光膜である。蛍光膜７４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８
１と蛍光体８２とで構成される。ブラックストライプ、
ブラックマトリクスが設けられる目的は、カラー表示の
場合必要となる三原色蛍光体の、各蛍光体８２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７４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である。ブラックストライプの材料
としては、通常よく用いられている黒鉛を主成分とする
材料だけでなく、導電性があり、光の透過及び反射が少
ない材料であればこれに限るものではない。

【００６２】ガラス基板８３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、沈殿法や印刷法が用い
られる。

【００６３】また、蛍光膜７４の内面側には通常メタル
バック７５が設けられる。メタルバックの目的は、蛍光
体の発光のうち内面側への光をフェースプレート７６側
へ鏡面反射することにより輝度を向上すること、電子ビ
ーム加速電圧を印加するための電極として作用するこ
と、外囲器内で発生した負イオンの衝突によるダメージ
からの蛍光体の保護等である。メタルバックは、蛍光膜
作製後、蛍光膜の内面側表面の平滑化処理（通常フィル
ミングと呼ばれる）を行い、その後Ａ１を真空蒸着等で
堆積することで作製できる。

【００６４】フェースプレート７６には、更に蛍光膜７
４の導電性を高めるため、蛍光膜７４の外面側に透明電
極（不図示）を設けてもよい。

【００６５】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なう必要がある。

【００６６】外囲器７８は不図示の排気管を通じ、１０
のマイナス７乗トール程度の真空度にされ、封止を行な
われる。また、外囲器７８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７８の封止を行な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７８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１Ｘ１０マイナス５乗ないしは１Ｘ１０マイナス７乗
［Ｔｏｒｒ］の真空度を維持するものである。尚、電子
放出素子のフォーミング以降の工程は、適宜設定され
る。

【００６７】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を、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に
もとづきテレビジョン表示を行なう為の駆動回路の概略
構成を、図９のブロック図を用いて説明する。９１は前
記表示パネルであり、また、９２は走査回路、９３は制
御回路、９４はシフトレジスタ、９５はラインメモリ、
９６は同期信号分離回路、９７は変調信号発生器、Ｖｘ
およびＶａは直流電圧源である。

【００６８】以下、各部の機能を説明していくが、まず
表示パネル９１は、端子Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍ、およ
び端子Ｄｏｙ１ないしＤｏｙｎ、および高圧端子Ｈｖを
介して外部の電気回路と接続している。このうち、端子
Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍには、前記表示パネル内に設け
られている電子源、すなわち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
次駆動していく為の走査信号が印加される。

【００６９】一方、端子Ｄｙ１ないしＤｙｎ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。また、高圧端子Ｈｖには、直流電圧源Ｖａより、た
とえば１０Ｋ［Ｖ］の直流電圧が供給されるが、これは
電子放出素子より出力されるでんし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に加速電圧で
ある。

【００７０】次に、走査回路９２について説明する。同
回路は、内部にＭ個の各スイッチング素子を備えるもの
で（図中、Ｓ１ないしＳｍで模式的に示している）、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９１の端子Ｄｘ１ないしＤｘｍと電気的に接
続するものである。Ｓ１ないしＳｍの各スイッチング素
子は、制御回路９３が出力する制御信号Ｔｓｃａｎに基
づいて動作するものだが、実際にはたとえばＦＥＴのよ
うなスイッチング素子を組み合わせる事により容易に構
成する事が可能である。

【００７１】尚、前記直流電圧源Ｖｘは、本実施態様の
場合には前記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。

【００７２】また、制御回路９３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働きをもつものである。次に説明す
る同期信号分離回路９６より送られる同期信号Ｔｓｙｎ
ｃ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。

【００７３】同期信号分離回路９６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、よく知られている
ように周波数分離（フィルター）回路を用いれば、容易
に構成できるものである。同期信号分離回路９６により
分離された同期信号は、よく知られるように垂直同期信
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。一方、前記テレビ信号
から分離された画像の輝度信号成分を便宜上ＤＡＴＡ信
号と表すが、同信号はシフトレジスタ９４に入力され
る。

【００７４】シフトレジスタ９４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９３より送られる制御信号Ｔｓｆｔにもとづいて動
作する。（すなわち、制御信号Ｔｓｆｔは、シフトレジ
スタ９４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
（電子放出素子Ｎ素子分の駆動データに相当する）のデ
ータは、Ｉｄ１ないしＩｄｎのＮ個の並列信号として前
記シフトレジスタ９４より出力される。

【００７５】ラインメモリ９５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９３より送られる制御信号Ｔｍｒｙにしたがっ
て適宜Ｉｄ１ないしＩｄｎの内容を記憶する。記憶され
た内容は、Ｉ’ｄ１ないしＩ’ｄｎとして出力され、変
調信号発生器９７に入力される。

【００７６】変調信号発生器９７は、前記画像データ
Ｉ’ｄ１ないし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、その出力信
号は、端子Ｄｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じて表示パネル
９１内の電子放出素子に印加される。

【００７７】前述したように本発明に関わる電子放出素
子は放出電流Ｉｅに対して以下の基本特性を有してい
る。すなわち、前述したように、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。

【００７８】また、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
していく。尚、電子放出素子の材料や構成、製造方法を
変える事により、電子放出しきい値電圧Ｖｔｈの値や、
印加電圧に対する放出電流の変化の度合いが変わる場合
もあるが、いずれにしても以下のような事がいえる。す
なわち、本素子にパルス状の電圧を印加する場合、例え
ば電子放出閾値以下の電圧を印加しても電子放出は生じ
ないが、電子放出閾値以上の電圧を印加する場合には電
子ビームが出力される。その際、第一には、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
制御する事が可能である。第二には、パルスの幅Ｐｗを
変化させる事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。

【００７９】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
方式等があげられ、電圧変調方式を実施するには、変調
信号発生器９７としては、一定の長さの電圧パルスを発
生するが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。

【００８０】また、パルス幅変調方式を実施するには、
変調信号発生器９７としては、一定の波高値の電圧パル
スを発生するが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
るものである。

【００８１】以上に説明した一連の動作により、表示パ
ネル９１を用いてテレビジョンの表示を行なえる。尚、
上記説明中、特に記載しなかったが、シフトレジスタ９
４やラインメモリ９５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差し支えなく、要は画像信号の
シリアル／パラレル変換や記憶が所定の速度で行なわれ
ればよい。

【００８２】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路９６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化す
る必要があるが、これは９６の出力部にＡ／Ｄ変換器を
備えれば容易に可能であることは言うまでもない。ま
た、これと関連してラインメモリ９５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９７
に用いられる回路が若干異なったものとなるのは言うま
でもない。すなわち、デジタル信号の場合には、電圧変
調方式の場合、変調信号発生器９７には、たとえばよく
知られるＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増幅回路
などを付け加えればよい。またパルス幅変調方式の場
合、変調信号発生器９７は、たとえば、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）およ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れ
ば当業者であれば容易に構成できる。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け
加えてもよい。

【００８３】一方、アナログ信号の場合には、電圧変調
方式の場合、変調信号発生器９７には、たとえばよく知
られるオペアンプなどを用いた増幅回路を用いればよ
く、必要に応じてレベルシフト回路などを付け加えても
よい。また、パルス幅変調方式の場合には、たとえばよ
く知られた電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）を用いればよ
く、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け加えてもよい。

【００８４】以上のように完成した本発明に好適な画像
表示装置において、こうして各電子放出素子には、容器
外端子Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍ、Ｄｏｙ１ないしＤｏｙ
ｎ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Ｈｖを通じ、メタルバック７５、あるいは透明電
極（不図示）に高圧を印加し、電子ビームを加速し、蛍
光膜７４に衝突させ、励起・発光させることで画像を表
示することができる。以上述べた構成は、表示等に用い
られる好適な画像形成装置を作製する上で必要な概略構
成であり、例えば各部材の材料等、詳細な部分は上述内
容に限られるものではなく、画像形成装置の用途に適す
るよう適宜選択する。また、入力信号例として、ＮＴＳ
Ｃ方式をあげたが、これに限るものでなく、ＰＡＬ、Ｓ
ＥＣＡＭ方式などの諸方式でもよく、また、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）方式でもよい。

【００８５】次に、前述のはしご型配置の電子源及び画
像形成装置について図１０、図１１を用いて説明する。

【００８６】図１０において、１００は電子源基板、１
０１は電子放出素子、１０２はＤｘ１〜Ｄｘ１０は、前
記電子放出素子を配線するための共通配線である。電子
放出素子１０１は、基板１００上に、Ｘ方向に並列に複
数個配置される。（これを素子行と呼ぶ）。この素子行
が複数個配置され、電子源となる。各素子行の共通配線
間に適宜駆動電圧を印加することで、各素子行を独立に
駆動することが、可能である。すなわち、電子ビームを
放出したい素子行には、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ればよい。また、各素子行間の
共通配線Ｄｘ２〜Ｄｘ９を、例えばＤｘ２、Ｄｘ３を同
一配線とする様にしても良い。

【００８７】図１１は、はしご型配置の電子源を備えた
画像形成装置の表示パネル構造を示すための図である。
１１０はグリッド電極、１１１は電子が通過するための
空孔、１１２はＤｏｘ１，Ｄｏｘ２．．．Ｄｏｘｍより
なる容器外端子、１１３はグリッド電極１１０と接続さ
れたＧ１、Ｇ２．．．Ｇｎからなる容器外端子、１１４
は前述の様に、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。尚、図７、１０と同一の符号は、同
一のものを示す。前述の単純マトリクス配置の画像形成
装置（図７に示した）との大きな違いは、電子源基板１
００とフェースプレート７６の間にグリッド電極１１０
を備えている事である。

【００８８】基板１００とフェースプレート７６の中間
には、グリッド電極１１０が設けられている。グリッド
電極１１０は、電子放出素子から放出された電子ビーム
を変調することができるもので、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１１１が設けられている。グリッドの形状や設置位置
は必ずしも図１１のようなものでなくてもよく、開口と
してメッシュ状に多数の通過口を設けることもあり、ま
たたとえば電子放出素子の周囲や近傍に設けてもよい。

【００８９】容器外端子１１２およびグリッド容器外端
子１１３は、不図示の制御回路と電気的に接続されてい
る。

【００９０】本画像形成装置では、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とによ
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。

【００９１】また、本発明の思想によれば、テレビジョ
ン放送の表示装置のみならず、テレビ会議システム、コ
ンピューター等の表示装置として、好適な画像形成装置
が提供される。さらには、感光性ドラム等とで構成され
た光プリンターとしての画像形成装置としても用いるこ
ともできる。

【００９２】

【実施例】以下に本発明の実施例について説明するが、
本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

【００９３】実施例１ 電子放出素子として図１に示すタイプの電子放出素子を
作成した。図１（ａ）は本素子の平面図を、図１（ｂ）
は断面図を示している。また、図１（ａ）、（ｂ）中の
記号１は絶縁性基板、２および３は素子に電圧を印加す
るための一対の素子電極、４は電子放出部を含む薄膜、
５は電子放出部を示す。なお、図中のＬは素子電極２と
素子電極３の素子電極間隔、Ｗは素子電極の幅、ｄは素
子電極の厚さ、Ｗ’は素子の幅を表している。

【００９４】図２を用いて、本実施例の電子放出素子の
作成方法を述べる。絶縁性基板１として石英ガラス基板
を用い、これを有機溶剤により充分に洗浄後、基板面上
にＮｉからなる素子電極２、３を形成した（図２の
（ａ））。素子電極間隔Ｌは３μｍとし、素子電極の幅
Ｗを５００μｍ、その厚さｄを１０００オングストロー
ムとした。

【００９５】ジメチルスルホキシド４０重量％の水溶液
を調製し、これに酢酸パラジウムをパラジウム重量濃度
０．４％となるように溶解して暗赤色の溶液を得た。こ
の液の一部を別容器にとり、１０^-6ｔｏｒｒで５時間減
圧して溶媒を蒸発させたところ赤褐色のペースト状の残
渣が得られた。このペーストの空気雰囲気での示差走査
熱分析の結果を図１２に示す。

【００９６】上記の暗赤色溶液の液滴をバブルジェット
方式のインクジェット装置によって電極２、３を形成し
た石英基板の上に電極２、３にまたがるように付与し、
７０℃で２分乾燥させた。次に３５０℃で１２分焼成し
て無機微粒子膜２１を形成した（図２（ｃ））。こうし
て作製した電極２、３の間の無機微粒子膜の電気抵抗を
測定したところ、１２試料の直流抵抗値は２．６ｋΩ〜
３．４ｋΩの範囲で平均３．２ｋΩだった。無機微粒子
膜部分を光学顕微鏡で観察したところ、前記のパラジウ
ム塩溶液が液滴として付与された部分に直径１３０μｍ
でほぼ円形の褐色の領域が認められた。

【００９７】次に、真空容器中で素子電極２および３の
間に電圧を印加し、電子放出部形成用薄膜２を通電処理
（フォーミング処理）することにより、電子放出部５を
作成した（図２（ｄ））。フォーミング処理の電圧波形
を図３に示す。

【００９８】本実施例では電圧波形のパルス幅Ｔ１を１
ミリ秒、パルス間隔Ｔ２を１０ミリ秒として、三角波の
波高値（フォーミング時のピーク電圧）は５Ｖとし、フ
ォーミング処理は約１×１０^-6ｔｏｒｒの真空雰囲気下
で６０秒間行った。このように作成された電子放出部３
は、パラジウム元素を主成分とする微粒子が分散配置さ
れた状態となり、その微粒子の平均粒径は５０オングス
トロームであった。

【００９９】以上のようにして作成された素子につい
て、その電子放出特性を図４の構成の測定評価装置によ
り測定した。本電子放出素子およびアノード電極４４は
真空装置内に設置されており、その真空装置には不図示
の排気ポンプおよび真空計等の真空装置に必要な機器が
具備されており、所望の真空下で本素子の測定評価を行
えるようになっている。なお本実施例では、アノード電
極と電子放出素子間の距離を４ｍｍ、アノード電極の電
位を１ｋＶ、電子放出特性測定時の真空装置内の真空度
を１×１０^-6ｔｏｒｒとした。

【０１００】以上のような測定評価装置を用いて、本電
子放出素子の電極２および３の間に素子電圧を印加し、
その時に流れる素子電流Ｉｆおよび放出電流Ｉｅを測定
したところ、図５に示したような電流−電圧特性が得ら
れた。本素子では、素子電圧７Ｖ程度から急激に放出電
流Ｉｅが増加し、素子電圧１２Ｖでは素子電流Ｉｆが
０．８ｍＡ、放出電流Ｉｅが０．４μＡとなり、電子放
出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆ（％）は０．０５％であった。

【０１０１】以上説明した実施例中、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
波形を用いても良く、その波高値およびパルス幅、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れば所望の値を選択することができ
る。

【０１０２】実施例２ ジメチルスルホキシド３０重量％の水溶液を調製し、こ
れにプロピオン酸パラジウムをパラジウム重量濃度０．
２５％となるように溶解して赤色の溶液を得た。この溶
液をバブルジェット方式のインクジェット装置により基
板に付与することにより、実施例１と同様にして電子放
出素子を作成し、電子放出が見られることを確認した。

【０１０３】アノード電極３４の替わりに、蛍光膜とメ
タルバックを有するフェースプレートを真空装置内に配
置した。こうして電子源からの電子放出を試みたところ
蛍光膜の一部が発光し、素子電流Ｉｅに応じて発光の強
さが変化した。こうして本素子が発光表示素子として機
能することがわかった。

【０１０４】実施例３ １６行１６列の２５６個の素子電極とマトリクス状配線
とを形成した基板（図６）の各対向電極に対してそれぞ
れ実施例１と同様にして有機金属化合物溶液液滴をバブ
ルジェット方式のインクジェット装置により付与し、焼
成したのち、フォーミング処理を行い電子源基板とし
た。

【０１０５】この電子源基板にリアプレート７１、支持
枠７２、フェースプレート７６を接続し真空封止して図
７の概念図に従う画像形成装置を作成した。端子Ｄｏｘ
１ないしＤｏｘ１６と端子Ｄｏｙ１ないしＤｏｙ１６を
通じて各素子に時分割で所定電圧を印加し端子Ｈｖを通
じてメタルバックに高電圧を印加することによって、任
意のマトリクス画像パターンを表示することができた。

【０１０６】実施例４、５ 表１に示す水溶液を調製してインクジェット装置により
基板に付与することにより、実施例１、２と同様にして
電子放出素子を作製し、電子放出が見られることを確認
した。

【０１０７】

【表１】

【０１０８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の方法に従い
電子放出素子を製造するならば、所定の位置に必要なだ
けの金属化合物溶液を付与することができ、また前記溶
液付与工程が電子放出用薄膜の二次元パターニング工程
をも兼ねるため、材料コストと作業コストを低減するこ
とができる。さらに、二次元パターンの変更が必要とな
った場合には液体付与手段の制御系を変更するだけで済
み、一般には前記制御系のソフトウエアのみの変更で対
応可能であるため、フォトマスク等の変更を必要とする
フォトリソグラフ技術を用いる製造方法に比べて変更が
容易である。したがって小量多品種生産に容易に適用で
きる。

【０１０９】また、本発明の金属化合物を含む溶液を基
板に付与する工程は、比較的高沸点で引火の危険性の少
ないジメチルスルホキシドと水とを溶媒とする液体を用
いるので、万一の火災等の事故が起こりがたい安全な電
子源用導電性薄膜の形成工程である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に好適な基本的な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２】 本発明に好適な電子放出素子の製造方法の１
例である。

【図３】 本発明に好適な通電フォーミングの電圧波形
の例である。

【図４】 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５】 本発明に好適な電子放出素子の放出電流Ｉｅ
および素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関係の典型的な例
である。

【図６】 単純マトリクス配置の電子源である。

【図７】 画像形成装置の表示パネルの概略構成図であ
る。

【図８】 蛍光膜である。

【図９】 画像形成装置をＮＴＳＣ方式のテレビ信号に
応じて表示を行う例の駆動回路のブロック図である。

【図１０】 梯子配置の電子源である。

【図１１】 画像形成装置の表示パネルの概略構成図で
ある。

【図１２】 本発明の電子放出素子作成のための有機金
属化合物溶液乾燥物の熱分解を示す示差走査熱分析曲線
である。

【図１３】 従来の電子放出素子の模式図である。

【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、４０：素子電極２、３間の導電性薄膜４を流
れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、４１：電子
放出素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源、４３：
アノード電極４４に電圧を印加するための高圧電源、４
４：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、４５：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、
４６：真空装置、４７：排気ポンプ、６１：電子源基
板、６２：Ｘ方向配線、６３：Ｙ方向配線、６４：電子
放出素子、６５：結線、７１：リアプレート、７２：支
持枠、７３：ガラス基板、７４：蛍光膜、７５：メタル
バック、７６：フェースプレート、７７：高圧端子、７
８：外囲器、８１：黒色導電材、８２：蛍光体、８３：
ガラス基板、９１：表示パネル、９２：走査回路、９
３：制御回路、９４：シフトレジスタ、９５：ラインメ
モリ、９６：同期信号分離回路、９７：変調信号発生
器、ＶｘおよびＶａ：直流電圧源、１００：電子源基
板、１０１：電子放出素子、１０２：Ｄｘ１〜Ｄｘ１０
は、前記電子放出素子を配線するための共通配線、１１
０：グリッド電極、１１１：電子が通過するための空
孔、１１２：Ｄｏｘ１，Ｄｏｘ２…Ｄｏｘｍよりなる容
器外端子、１１３：グリッド電極１１０と接続されたＧ
１、Ｇ２…Ｇｎからなる容器外端子、１１４：電子源基
板。

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極間に、電子放出部が形成された導電
   性膜を有する電子放出素子の製造方法において、電子放
   出部が形成される導電性膜の形成工程が、ジメチルスル
   ホキシドと金属化合物とを含む水溶液を液滴化して基板
   上に付与する工程と、付与された該水溶液を加熱する工
   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。
2. 【請求項２】 前記の金属化合物が、金属の有機酸塩で
   あることを特徴とする請求項１記載の電子放出素子の製
   造方法。
3. 【請求項３】 前記の有機酸が炭素数１ないし４のカル
   ボキシル基を有する酸であることを特徴とする請求項２
   記載の電子放出素子の製造方法。
4. 【請求項４】 前記のカルボン酸が、蟻酸、酢酸、プロ
   ピオン酸、酪酸、イソ酪酸、シュウ酸のいずれかである
   ことを特徴とする請求項３記載の電子放出素子の製造方
   法。
5. 【請求項５】 前記の金属が白金族元素のいずれかであ
   ることを特徴とする請求項１ないし４項記載の電子放出
   素子の製造方法。
6. 【請求項６】 前記の金属が白金、パラジウム、ルテニ
   ウム、金、銀、銅、クロム、タンタル、鉄、タングステ
   ン、鉛、亜鉛、スズのいずれかであることを特徴とする
   請求項１ないし４記載の電子放出素子の製造方法。
7. 【請求項７】 前記の水溶液の前記金属含有量が０．０
   １重量％から５重量％の範囲であることを特徴とする請
   求項１ないし６項記載の電子放出素子の製造方法。
8. 【請求項８】 前記の液体のジメチルスルホキシド濃度
   が０．００５重量％から７０重量％の範囲であることを
   特徴とする請求項１ないし７記載の電子放出素子の製造
   方法。
9. 【請求項９】 前記水溶液の基板上への付与は、インク
   ジェット方式を用いて行われることを特徴とする請求項
   １〜８のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記インクジェット方式は、バブルジ
    ェット方式であることを特徴とする請求項１〜９のいず
    れかに記載の電子放出素子の製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項１〜１０のいずれかに記載の工
    程にて形成された前記導電性膜に、電子放出部を形成す
    るためのフォーミング処理を施す工程を有することを特
    徴とする電子放出素子の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記フォーミング処理は、前記導電性
    膜に通電する工程を含む請求項１１に記載の電子放出素
    子の製造方法。
13. 【請求項１３】 前記電子放出素子は、表面伝導型電子
    放出素子である請求項１〜１２のいずれかに記載の電子
    放出素子の製造方法。
14. 【請求項１４】 電子放出素子と、該素子への電圧印加
    手段とを具備する電子源の製造方法であって、該電子放
    出素子を請求項１〜１３のいずれかに記載の方法で作製
    することを特徴とする電子源の製造法。
15. 【請求項１５】 電子放出素子及び該素子への電圧印加
    手段を具備する電子源と、該素子から放出される電子を
    受けて発光する発光体とを具備する表示パネルの製造方
    法であって、該電子放出素子を請求項１〜１３のいずれ
    かに記載の方法で作製することを特徴とする表示パネル
    の製造方法。
16. 【請求項１６】 電子放出素子及び該素子への電圧印加
    手段を具備する電子源と、該素子から放出される電子を
    受けて発光する発光体と、外部信号に基づいて該素子へ
    印加する電圧を制御する駆動回路とを具備する画像形成
    装置の製造方法であって、該電子放出素子を請求項１〜
    １３のいずれかに記載の方法で作製することを特徴とす
    る画像形成装置の製造方法。