JPH09106757A

JPH09106757A - 電子放出素子、電子源、表示素子および画像形成装置の製造方法並びに電子放出部形成用材料

Info

Publication number: JPH09106757A
Application number: JP28634395A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Tomita; 佳紀富田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-10-09
Filing date: 1995-10-09
Publication date: 1997-04-22

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、電子放出部形成用薄膜の作
製工程を半導体プロセスのみで行なうことは大面積ディ
スプレーには向かず、製造コストも高いという問題点を
改善するものであり、電子放出特性の優れた電子放出素
子、電子源、表示素子及び画像形成装置の製造方法を提
供することにある。更に、電子放出素子として、膜厚が
均一で良好な電子放出特性が得られる、電子放出部形成
用材料を提供することにある。【解決手段】対向する電極間に電子放出部形成用の材
料液滴を付与し、加熱焼成する工程を経て電子放出部を
形成する電子放出素子の製造方法において、前記電子放
出部形成工程を、陽イオン交換能を有する高分子を含む
担体形成用の材料液滴を前記電極間に付与して担体を形
成後、該担体上に有機金属化合物溶液を含む電子放出部
形成用の材料液滴を付与して該担体に吸着させ、イオン
交換することを特徴とする電子放出素子、電子源、表示
素子および画像形成装置の製造方法並びに電子放出部形
成用材料。

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、更に詳しくは、該電子放出素子を用いた
電子源、表示素子及び画像形成装置の製造方法並びに電
子放出部形成用材料に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子放出素子として熱電子源
と冷陰極電子源を用いた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と略す）、金属／絶
縁層／金属型（以下ＭＩＭと略す）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．Ｄｙｋ
ｅ＆Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ、“Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉ
ｏｎ”、ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎＰ
ｈｙｓｉｃｓ、８、８９（１９５６）やＣ．Ａ．Ｓｐｉ
ｎｄｔ、“ＰｈｙｓｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉ
ｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈｍｏｌｙｂｄｅｎ
ｉｕｍｃｏｎｅｓ”、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、４
７、５２４８（１９７６）等が知られている。

【０００３】ＭＩＭ型の例としてはＣ．Ａ．Ｍｅａ
ｄ、”ＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＴｕｎｎｅｌ−Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ”、Ｊ．Ａｐｐｌｙ．Ｐ
ｈｙｓ．、３２、６４６（１９６１）等が知られてい
る。

【０００４】表面伝導型電子放出素子の例としては、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ、ＲａｄｉｏＥｎｇ．Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎＰｈｙｓ．、１０、１２９０（１９６５）等
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：“ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉ
ｌｍｓ”、９、３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／Ｓ
ｎＯ₂ 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌａｎｄ
Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：”ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．
ＥＤＣｏｎｆ．”、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１８
に模式的に示す。同図において１は基板である。４は電
子放出部を含む薄膜で、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５が
形成される。４は電子放出部を含む薄膜と呼ぶ。また図
中の素子の長さＬ１は、０．５ｍｍ〜１ｍｍ、素子の幅
Ｗ１は、０．１ｍｍである。

【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電子放出部形成用薄膜６
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５を形成するのが一般的であった。

【０００８】即ち、フォーミングとは前記電子放出部形
成用薄膜６の両端に電圧を印加通電し、電子放出部形成
用薄膜を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、電気
的に高抵抗な状態にした電子放出部５を形成することで
ある。

【０００９】尚、電子放出部５は電子放出部形成用薄膜
６の一部に亀裂が発生しその亀裂付近から電子放出が行
われる場合もある。

【００１０】以下フォーミングにより発生した電子放出
部を含む電子放出部形成用薄膜を電子放出部を含む薄膜
４と呼ぶ。

【００１１】前記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、素子に電流を流すことにより、上述の電子放出
部５より電子を放出せしめるものである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述したように電子放
出部形成用薄膜６は、有機金属化合物を有機溶媒に溶解
した溶液を基板に塗布乾燥後、加熱焼成により有機成分
を熱分解除去して金属もしくは金属酸化物としていた。
電子放出部形成用薄膜６の作製工程を半導体プロセスの
みで行なうことは大面積ディスプレーには向かず、製造
コストも高いという問題点があった。

【００１３】本発明の目的は、この様な従来技術の表面
伝導型電子放出素子の製造方法の欠点を改善するもので
あり、電子放出特性の優れた電子放出素子、電子源、表
示素子及び画像形成装置の製造方法を提供することにあ
る。更に、電子放出素子として、膜厚が均一で良好な電
子放出特性が得られる、電子放出部形成用材料を提供す
ることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
達成するために鋭意検討した結果、電子放出部形成工程
を陽イオン交換能を有する高分子を含む担体形成用の材
料液滴を前記電極間に付与して担体を形成後、該担体上
に有機金属化合物溶液を含む電子放出部形成用の材料液
滴を付与して該担体に吸着させ、イオン交換することに
よって、上記の問題を解決することができる本発明を完
成するに至った。

【００１５】すなわち本発明の電子放出素子の製造方法
は、対向する電極間に電子放出部形成用の材料液滴を付
与し、加熱焼成する工程を経て電子放出部を形成する電
子放出素子の製造方法において、前記電子放出部形成工
程を、陽イオン交換能を有する高分子を含む担体形成用
の材料液滴を前記電極間に付与して担体を形成後、該担
体上に有機金属化合物溶液を含む電子放出部形成用の材
料液滴を付与して該担体に吸着させて、イオン交換する
ことを特徴とするものである。

【００１６】本発明は、電子放出素子を用いた電子源、
表示素子及び画像形成装置の製造方法並びに電子放出部
形成用材料も包含する。

【００１７】本発明の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、該電子放出素子を本発明の前記電子放出素
子の製造方法で製造したことを特徴とするものである。

【００１８】本発明の表示素子の製造方法は、電子放出
素子と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
備する表示素子の製造方法であって、該電子放出素子を
本発明の前記電子放出素子の製造方法で製造したことを
特徴とするものである。

【００１９】本発明の画像形成装置の製造方法は、電子
放出素子と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を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、該電子放出素子を本発明の前記電子放出素子の製
造方法で製造したことを特徴とするものである。

【００２０】本発明の電子放出部形成用材料は、対向す
る電極間に電子放出部を有する電子放出素子で、金属化
合物を加熱焼成する過程を経て電子放出部を形成する電
子放出素子の電子放出部形成用材料が下記式

【００２１】

【化３】（但し、Ｒ１、Ｒ２は炭素数１〜４のアルキル基、ｌは
２〜４の整数、ｍは１〜４の整数、ｎは０〜２の整数、
Ｍは金属を示す）で表わされる有機金属錯体であること
を特徴とするものである。

【００２２】以下、本発明をさらに詳細に説明する。

【００２３】本発明の電子放出素子の製造方法では、電
子放出部形成工程において、まず陽イオン交換能を有す
る高分子を含む担体形成用の材料液滴を基板上の電極間
に付与して担体を形成する。また、必要に応じて乾燥、
加熱硬化などの処理をして電極間に所望形状の担体を形
成する。この付与形態として材料液滴を連続的に付与す
ることによって、線状または面状の高分子膜を形成する
ことが望ましい。

【００２４】しかる後に、分子内にアミノ基および水酸
基を有するアミノアルコールを有機金属化合物分子に配
位させて容易に水に溶解する有機金属錯体などの金属塩
溶液を主成分とする電子放出部形成用の材料液滴をイン
クジェットおよびバブルジェット方式（以下ＢＪ方式と
略す）などで吐出し、あるいは金属塩溶液中に浸漬し上
記担体に金属を固定する。担体に金属を固定後、適当な
雰囲気下でこれを加熱焼成して電子放出部形成用薄膜６
を作製する。この加熱焼成工程を酸素雰囲気または窒素
雰囲気として焼成しても良い。

【００２５】この電子放出部形成用薄膜６の作製方法で
は、材料液滴の付与手段がインクジェットまたはＢＪ方
式による作製方法が好ましい。

【００２６】これらの担体形成と金属塩溶液吐出、浸漬
とを独立に行なう方法はヘッド部分の耐久性、液滴の安
定発生、電子放出部形成用薄膜６の形状、特性などの点
から好ましい。

【００２７】また、電子放出部形成用の材料に用いる金
属塩としては、下記式

【００２８】

【化４】（但し、Ｒ１、Ｒ２は炭素数１〜４のアルキル基、ｌは
２〜４の整数、ｍは１〜４の整数、ｎは０〜２の整数、
Ｍは金属を示す）で表わされる有機金属錯体を含有する
ことで、比較的低温の加熱焼成によりフォーミングに適
当な無機金属化合物とすることができる。

【００２９】また、上記の陽イオン交換能を有する高分
子が主にＨ（プロトン）型であることが好ましい。Ｈ型
とすることで目的外の金属の汚染を防ぎ、目的とする金
属塩とのイオン交換能を高くすることができる。また、
イオン交換・吸着後は高分子に吸着させた金属イオン以
外の余剰な金属塩、金属イオンは洗浄して除去すること
で、電子放出部形成用薄膜６の抵抗などの特性を一定に
することができる。

【００３０】

【作用】本発明によれば、陽イオン交換能もしくは吸着
能のある高分子を主成分とする担体形成用の材料液滴を
吐出し、必要に応じて乾燥、加熱硬化などの処理をして
電極間に所望形状の担体を形成する。電子放出部形成用
の材料液滴には金属塩などのイオン性物質が含まれてい
ないので、製造時の温度、湿度などの環境条件に影響さ
れにくく、基板や電極上で一定の形状を形成し得る。ま
た、つぎの工程においてもこの形状を保持するために必
要に応じて乾燥や加熱硬化を行なうこともできる。

【００３１】つぎに金属塩溶液を主成分とする電子放出
部形成用の材料液滴を吐出もしくは電子放出部形成用材
料溶液に浸漬処理する。上記担体中に金属イオンもしく
は金属、金属錯体を拡散、担持させる。

【００３２】このような２段階の形成方法をとることに
より、適当な雰囲気下でこれを加熱焼成して形成した電
子放出部形成用薄膜６の形状、特性などの再現性を改善
することができる。

【００３３】加熱焼成は、高分子膜などの有機物が分解
する温度と時間および必要に応じて酸素、窒素などのガ
スを与えて該材料を金属無機酸化物または金属無機窒化
物などの金属無機化合物からなる電子放出部形成用薄膜
６とする。

【００３４】つづいて通電フォーミング処理して電子放
出部形成用薄膜６に電子放出部を形成して電子放出素子
とする。

【００３５】

【好ましい実施態様】次に好ましい実施態様を挙げて本
発明を更に詳細に説明する。

【００３６】本発明に用いられる電子放出部形成用の材
料は、陽イオン交換能を有する高分子を主成分とする担
体形成用材料と、有機金属錯体などの金属塩溶液を主成
分とする電子放出部形成用材料を用いる。

【００３７】陽イオン交換能、吸着能のある高分子を主
成分とする担体形成用材料としては市販のイオン交換樹
脂（例えばダウエックスなど）、酢酸ビニル、ポリビニ
ルアルコール（鹸化度が適当なもの）、アクリル酸共重
合アクリルアミドゲルなどが好ましく用いることができ
る。これを適当な溶媒、一般には水系溶媒が好適に用い
られるが酢酸ビニル等の場合には有機溶媒を添加した溶
液とする。また溶液系ではなく分散系で用いても良い。

【００３８】上記の担体形成用材料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ＢＪ方式
があるが、何れの方式でも十ｎｇ程度〜数十μｇ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。

【００３９】一方、有機金属錯体などの金属塩溶液を主
成分とする電子放出部形成用材料の主成分として、例え
ば下記式

【００４０】

【化５】（但し、Ｒ１、Ｒ２は炭素数１〜４のアルキル基、ｌは
２〜４の整数、ｍは１〜４の整数、ｎは０〜２の整数、
Ｍは金属を示す）で表わされる有機金属錯体を単独また
は複数含有した水溶液として用いる。

【００４１】電子放出部形成用薄膜の主成分として有機
金属化合物を使用するのは、これらを加熱焼成して金属
あるいは金属酸化物などを得る工程において、有機成分
を含まないハロゲン化物や無機酸塩では融点、沸点、昇
華温度および分解温度が約１０００℃であり、電子放出
素子の基板として一般に用いられる基板のガラスやシリ
コンウエハおよび電極材料などの耐熱温度より高い場合
があるからである。

【００４２】インクジェットで液滴を吐出する場合の、
該水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水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。

【００４３】電子放出部形成用薄膜は、担体形成用材料
もしくは電子放出部形成用材料のどちらかで形状を規定
すればよく、本発明では担体形成用材料を一定形状に形
成する。従って、電子放出部形成用材料はディッピング
やスピンナによる塗布法でもよい。インクジェットで液
滴を吐出する以外の場合の、溶液の金属濃度などはイン
クジェットの場合に準ずる。

【００４４】また有機金属化合物を加熱焼成する過程で
有機物が分解する温度と時間および必要に応じて酸素、
窒素などのガスを与え、有機金属化合物を無機金属ある
いは無機金属酸化物、無機金属窒化物などの金属無機化
合物とし電子放出部形成用薄膜６とする。

【００４５】金属塩や有機金属化合物の金属としては電
圧印加により電子を放出しやすいもの、すなわち仕事関
係の比較的低いもので且つ安定なもの、例えばＰｔ、Ｐ
ｄ、Ｒｕ等の白金族、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔａ、
Ｆｅ、Ｗ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｙ等の金属が挙げ
られる。

【００４６】有機金属化合物において酢酸以外の有機成
分としては一般式Ｒ（ＣＯＯ）_k で表されるカルボン酸
が一般的である。

【００４７】一般式（Ｉ）においてＲ（ＣＯＯ）_k のｋ
＝１の具体的な例としてはギ酸、酢酸、プロピオン酸、
酪酸、イソ酪酸、吉草酸などである。ｋ＝２の具体的な
例としてはコハク酸、マロン酸、アジピン酸などであ
る。ｋ＝３の具体的な例としてはプロパン−１、２、３
−トリカルボン酸などである。〔文献：Ｖ．Ｌｉｐｐｍ
ａｎｎ、Ｂｅｒ、１２．１６５０（１８７９）〕ｋ＝４の具体的な例としてはブタン−１、２、３、４−
テトラカルボン酸などである。〔文献：Ｗ．Ｂｅｒｔｒ
ａｍ、Ｂｅｒ、３６、３２９（１９０３）〕〔文献：
Ｗ．Ａｕｗｅｒｓ、Ａ．Ｊａｃｏｂ、Ｂｅｒ、２７、１
１２６（１８９４）〕有機金属化合物としてはこれらカルボン酸の金属塩であ
るが、金属イオンの価数により１つの金属にたいして結
合するカルボン酸は１から４まで変化する。

【００４８】例えば銀の場合には酢酸銀は酢酸１１等量
にたいして銀１等量が一般的であるし、パラジウムの場
合には酢酸パラジウムはパラジウム１等量にたいして酢
酸２等量が一般的であることはよく知られている。

【００４９】またイットリウム（Ｙ）は三酢酸塩を、鉛
（Ｐｂ）は四酢酸鉛を形成することはよく知られてい
る。

【００５０】また、ｋ＝２以上のポリカルボン酸イオン
と価数が２以上の金属イオンでカルボン酸金属塩を形成
する場合には、例えばｋ＝２のマロン酸（イオン）とパ
ラジウム（イオン）との場合、（ＣＨ₂ （ＣＯＯ）₂ ）
Ｐｄで表されるようにマロン酸１等量にたいしてパラジ
ウム１等量である。またこの分子式はみかけの比を示し
ているにすぎず、マロン酸の２つのカルボキシル基が同
一のパラジウム原子と結合しているとは限らない。すな
わち、１個のパラジウムに隣接する２つのマロン酸のカ
ルボキシル基が１個ずつ結合していても構わない。例え
ば、

【００５１】

【化６】で表される。

【００５２】ｋ＝３のプロパン−１、２、３−トリカル
ボン酸（イオン）とパラジウム（イオン）の場合には
（ＯＯＣＣＨ₂ ＣＨ（ＣＯＯ）ＣＨ₂ ＣＯＯ）_2/3 Ｐｄ
となり金属１等量にたいして、ｍは必ずしも整数とは限
らない。

【００５３】有機金属化合物として上記カルボン酸以外
ではアミン錯体、アルキルホスフィン錯体などの錯体、
キレート錯体などが挙げられる。

【００５４】上記したカルボン酸金属塩以外では金属ハ
ロゲン化物や硝酸や硫酸塩などの無機塩をもちいること
ができる。どのような金属塩を用いるかは、対向する素
子電極の材質、形状、配置に金属塩の安定性などを加味
して選択する。

【００５５】上記手段で基板に付与された有機金属化合
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。

【００５６】乾燥工程は通常用いられてる自然乾燥、送
風乾燥、熱乾燥等を用いればよい。焼成工程は電気炉や
赤外線加熱炉などが一般的である。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う必要はなく、
連続して同時に行ってもかまわない。有機金属化合物は
一般に絶縁性であり、このままでは以下に述べるフォー
ミングという電気的処理を行なえない。よって加熱焼成
して金属もしくは金属無機化合物とするのであるが、加
熱焼成時に有機物が９０％以上分解する温度と時間およ
び必要に応じて酸素、窒素などのガスを与え、有機金属
化合物の９０％以上を無機金属あるいは無機金属酸化
物、無機金属窒化物などの金属無機化合物とすることが
必要である。９０％以上である理由はこの範囲内であれ
ば電気抵抗が低くなり、フォーミング処理を行なえるか
らである。また残りの部分（１０％以下の成分）は有機
物もしくはＨ₂ Ｏ、ＣＯ、ＮＯ_x などであるが、金属に
よってはこれらを吸着、吸蔵、配位して完全に除去する
ことは不可能な場合がある。これらの残査は存在しない
ほうが好ましいが、フォーミング処理が可能な電気抵抗
にすることが目的なので存在してもかまわない。

【００５７】また加熱焼成により得られる金属もしくは
金属無機化合物は後述するように微粒子分散体からなる
薄膜であることが多い。

【００５８】以下に本発明にかかわる表面伝導型電子放
出素子の基本的な構成、製造方法、およびその特徴につ
いて、説明する。

【００５９】本発明を適用しうる表面伝導型電子放出素
子の基本的な構成には大別して、平面型及び垂直型の２
つの構成が上げられる。

【００６０】まず、表面伝導型電子放出素子について説
明する。

【００６１】図１は本発明を適用可能な表面伝導型電子
放出素子の構成を示す模式図であり、図１（ａ）は平面
図、図１（ｂ）は断面図である。

【００６２】図１において、１は基板、２、３は素子電
極、４は電子放出部を含む薄膜、５は電子放出部であ
る。基板１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等
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。

【００６３】対向する素子電極２、３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，Ｃ
ｕ，Ｐｄ等の金属或は合金およびＰｄ，Ａｇ，Ａｕ，Ｒ
ｕＯ２，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
明電導体およびポリシリコン等の半導体材料等より適宜
選択することができる。素子電極間隔Ｌ１、素子電極長
さＷ、電子放出部を含む薄膜４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Åから数百μｍ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μｍから数十μｍの範囲とすることができる。

【００６４】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μｍから数百μｍの範囲とするこ
とができる。素子電極２、３の膜厚ｄは、数百Åから数
μｍの範囲とすることができる。

【００６５】尚、図１に示した構成だけでなく、基板１
上に、電子放出部を含む薄膜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。

【００６６】電子放出部を含む薄膜４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を考慮して、適宜設定さ
れるが、通常は数Åから数千Åの範囲とすることが好ま
しく、より好ましくは１０Åより５００Åの範囲とする
のが良い。その抵抗値は、Ｒ_S が１０² から１０⁷ Ω／
□の値である。なおＲ_S は、厚さがｔ、幅がｗで長さが
ｌの薄膜の抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒ_S （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。

【００６７】導電性薄膜４を構成する材料は、Ｐｔ、Ｐ
ｄ、Ｒｕ等の白金族、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔａ、
Ｆｅ、Ｗ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｎ、等の金属、ＰｄＯ、Ｓｎ
Ｏ₂、ＰｂＯ、Ｓｂ₂ Ｏ₃ 等の金属酸化物、ＺｒＢ₂ 、
ＹＢ₄ 、等の金属硼素化物、ＴａＣ、ＷＣ等の金属炭化
物等の中から適宜選択される。

【００６８】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、微粒子がここに
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Åから数千Åの範囲、好ましく
は１０Åから２００Åの範囲である。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】「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）
において、第１９５頁２２〜２６行には次のように記載
されている。

【００７３】「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
に超微粒子と言うときは粒径が１０ｎｍ程度から２〜３
ｎｍ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」
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。

【００７４】「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”（ｕｌｔｒａｆｉｎｅｐａｒｔｉｃｌｅ）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年第２頁１〜４行）「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」（同書第２頁１２〜１３行目）。

【００７５】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Å〜１０Å程度、上限は数μｍ
程度のものを指すこととする。

【００７６】電子放出部５は、電子放出部を含む薄膜４
の一部に形成された高抵抗の亀裂により構成され、導電
性薄膜４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５の
内部には、数Åから数百Åの範囲の粒径の導電性微粒子
が依存する場合もある。この導電性微粒子は、電子放出
部を含む薄膜４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５及びそ
の近傍の電子放出部を含む薄膜４には、炭素及び炭素化
合物を有することもできる。

【００７７】次に、垂直型表面伝導型電子放出素子につ
いて説明する。

【００７８】図６は、本発明の表面伝導型電子放出素子
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。

【００７９】図６においては、図１に示した部位と同じ
部位には図１に付した符号と同一の符号を付している。
６１は、段差形成部である。基板１、素子電極２及び
３、電子放出部を含む薄膜４、電子放出部５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。段差形成部６１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。段差形成部６１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Ｌ１に対応し、数千Åから数十μｍの範囲とす
ることができる。この膜厚は、段差形成部の製法、およ
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Åから数μｍの範囲が好ましい。

【００８０】電子放出部を含む薄膜４は、素子電極２及
び３と段差形成部６１作成後に、該素子電極２、３の上
に積層される。電子放出部５は、図２においては、段差
形成部６１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。

【００８１】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２に模式的
に示す。

【００８２】以下、図１及び図２を参照しながら製造方
法の一例について説明する。図２においても、図１に示
した部位と同じ部位には図１に付した符号と同一の符号
を付している。

【００８３】１）基板１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１上に素子電極２、３を形成する（図
２（ａ））。

【００８４】２）素子電極２、３を設けた基板１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、前述の電子放出部を含む薄膜４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、電子放出部形
成用薄膜６を形成する（図２（ｂ））。ここでは、有機
金属溶液の塗布法を挙げて説明したが、導電性薄膜４の
形成法はこれに限られるものではなく、真空蒸着法、ス
パッタ法、化学的気相堆積法、ディッピング法、スピン
ナー法等を用いることもできる。

【００８５】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２、３間に不図示の電源を
用いて、通電を行うと、電子放出部を含む薄膜４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
（ｃ））。通電フォーミングによれば電子放出部形成用
薄膜６を局所的に破壊、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５を構成
する。通電フォーミングの電圧波形の例を図４に示す。

【００８６】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４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４（ｂ）に示した手法がある。

【００８７】図４（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１μ秒〜
１０ｍ秒、Ｔ２は、１０μ秒〜１００ｍ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。

【００８８】図４（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図４
（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ステップ程度ずつ、増加させることができる。

【００８９】通電フォーミング処理の終了は、パルス間
隔Ｔ２中に、電子放出部形成用薄膜６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、１Ｍオーム
以上の抵抗を示した時、通電フォーミングを終了させ
る。

【００９０】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のが好ましい。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。

【００９１】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でき、具体的には、メタン、
エタン、プロパンなどＣ_n Ｈ_2n+2で表される飽和炭化水
素、エチレン、プロピレンなどＣ_n Ｈ_2n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。

【００９２】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。

【００９３】炭素及び炭素化合物とは、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
２００Å程度で結晶構造がやや乱れたもの、ＧＣは結晶
粒が２０Å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、５００Å
以下の範囲とするのが好ましい。

【００９４】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。

【００９５】前記活性化の工程で、排気装置として油拡
散ポンプを用い、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必要で、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。

【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。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Ｉ
ｅが、安定する。

【００９７】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３、図５を参
照しながら説明する。

【００９８】図３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３においても、図１に示した部
位と同じ部位には図１に付した符号と同一の符号を付し
ている。図３において、３５は真空容器である。真空容
器３５内には電子放出素子が配されている。即ち、１は
電子放出素子を構成する基体であり、２及び３は素子電
極、４は電子放出部を含む薄膜、５は電子放出部であ
る。３０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、３１は
電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源、３
２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。３３はアノード電極３４
に電圧を印加するための高圧電源、３４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。一例として、アノード電極の電圧を１
ｋＶ〜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の範囲として測定を行う
ことができる。

【００９９】真空容器３５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、
所望の真空雰囲気中での測定評価を行えるようになって
いる。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２００度まで加熱できる。従って、
この真空処理装置を用いると、前述の通電フォーミング
以降の工程も行うことができる。

【０１００】図５は図３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５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。尚、縦、横軸ともリニアスケー
ルである。

【０１０１】図５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
て対する三つの特徴的特性を有する。

【０１０２】即ち、（ｉ）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Ｖ
ｔｈ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。

【０１０３】（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。

【０１０４】（ｉｉｉ）アノード電極３４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３４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。

【０１０５】以上の説明に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。

【０１０６】図５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）。また、こ
れら特性は、前述の工程を制御することで制御できる。
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。

【０１０７】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。

【０１０８】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）、この配線と直行する方向（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方向およびＹ方向に行列状に複
数配し、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。

【０１０９】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）ないし（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、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。

【０１１０】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７を用いて説明する。図７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。

【０１１１】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、適宜設定される。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）。

【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。

【０１１３】表面伝導型放出素子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。

【０１１４】配線７２と配線７３を構成する材料、結線
７５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。Ｘ方向配線７２には、Ｘ方向に配
列した表面伝導型放出素子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。

【０１１５】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。

【０１１６】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８と図９及び
図１０を用いて説明する。図８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９は、図８の画像
形成装置に使用される蛍光膜の模式図である。図１０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。

【０１１７】図８において、７１は電子放出素子を複数
配した電子源基板、８１は電子源基板７１を固定したリ
アプレート、８６はガラス基板８３の内面に蛍光膜８４
とメタルバック８５等が形成されたフェースプレートで
ある。８２は支持枠であり該支持枠８２には、リアプレ
ート８１、フェースプレート８６がフリットガラス等を
用いて接続されている。８８は外囲器であり、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。

【０１１８】７４、は図１における電子放出部１に相当
する。７２、７３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。

【０１１９】外囲器８８は上述の如く、フェースプレー
ト８６、支持枠８２、リアプレート８１で構成される。
リアプレート８１は主に基板７１の強度を補強する目的
で設けられるため、基板７１自体で十分な強度を持つ場
合は別体のリアプレート８１は不要とすることができ
る。即ち、基板７１に直接支持枠８２を封着し、フェー
スプレート８６、支持枠８２及び基板７１で外囲器８８
を構成しても良い。一方、フェースプレート８６、リア
プレート８１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８８の構成することもできる。

【０１２０】図９は、蛍光膜を示す模式図である。蛍光
膜８４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９１と蛍光体９２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９２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８４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。

【０１２１】ガラス基板９３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、印刷法等が採
用できる。蛍光膜８４の内面側には、通常メタルバック
８５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８６側
へ鏡面反射することにより輝度を向上させること、電子
ビーム加速電圧を印加するための電極として作用させる
こと、外囲器内で発生した負イオンの衝突によるダメー
ジから蛍光体を保護すること等である。メタルバック
は、蛍光膜作製後、蛍光膜の内面側表面の平滑化処理
（通常、「フィルミング」と呼ばれる）を行い、その後
Ａ１を真空蒸着等で堆積することで作製できる。

【０１２２】フェースプレート８６には、更に蛍光膜８
４の導電性を高めるため、蛍光膜８４の外面側に透明電
極（不図示）を設けてもよい。

【０１２３】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不可欠となる。

【０１２４】図８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。

【０１２５】外囲器８８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８８の封止後の真空度を維持するために、ゲ
ッター処理をおこなうこともできる。これは、外囲器８
８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８８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。

【０１２６】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１０を用いて説明する。図１０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。

【０１２７】表示パネル１０１は、端子Ｄｏｘ１ないし
Ｄｏｘｍ、端子Ｄｏｙ１ないし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Ｄｏ
ｘ１ないし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
次駆動する為の走査信号が印加される。

【０１２８】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
１０Ｋ［Ｖ］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為の加速電圧
である。

【０１２９】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１０１の端子Ｄｘ１ないしＤｘｍと電気的に
接続される。Ｓ１ないし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事により構成する事ができる。

【０１３０】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。

【０１３１】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およびＴｓｆｔおよび
Ｔｍｒｙの各制御信号を発生する。

【０１３２】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を便宜上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。

【０１３３】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（すなわち、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言うこともでき
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ないし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。

【０１３４】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１０７に入力される。

【０１３５】変調信号発生器１０７は、前記画像データ
Ｉ’ｄ１ないしＩ’ｄｎの各々に応じて、表面電動型電
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ないしＤｏｙｎを通
じて表示パネル１０１内の表面伝導型電子放出素子に印
加される。

【０１３６】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、電子放出しきい値の電圧を印加する場
合には電子ビームが出力される。その際、パルスの波高
値Ｖｍを変化させることにより出力電子ビームの強度を
制御する事が可能である。また、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。

【０１３７】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。

【０１３８】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。

【０１３９】シフトレジスタ１０４やラインメモリ１０
５は、デジタル信号式のものでもアナログ信号式のもの
でも採用できる。画像信号のシリアル／パラレル変換や
記憶が所定の速度で行われれば良いからである。

【０１４０】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、これは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電動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。

【０１４１】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。

【０１４２】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ないしＤｏｘｍ、Ｄｏｙ１ないしＤｏｙ
ｎ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８５、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８４に衝突し、発光
が生じて画像が形成される。

【０１４３】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方式をあげたが、入力信号はこれに
限られるものではなく、ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭ方式などの
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。

【０１４４】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１１、図１２を用いて説明する。

【０１４５】図１１は、はしご型配置の電子源の一例を
示す模式図である。図１１において、１１０は電子源基
板、１１１は電子放出素子である。１１２、Ｄｘ１〜Ｄ
ｘ１０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。

【０１４６】図１２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
ための空孔、１２２はＤｏｘ１，Ｄｏｘ２．．．Ｄｏｘ
ｍよりなる容器外端子である。１２３はグリッド電極１
２０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。図１２においては、図８、１１に示
した部位と同じ部位には、これらの図に付したのと同一
の符号を付している。ここに示した画像形成装置と図８
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。

【０１４７】図１２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１２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放
出素子の周囲や近傍に設けることもできる。

【０１４８】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。

【０１４９】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。

【０１５０】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も
できる。

【０１５１】

【実施例】実施例１第１の電子放出部形成用材料としては、鹸化度８０％の
ポリビニルアルコール１％水溶液とした。

【０１５２】本実施例で使用する酢酸パラジウム−モノ
エタノールアミン（以下ＰＡ−ＭＥと略す）を以下のよ
うにして合成した。

【０１５３】１０ｇの酢酸パラジウムを２００ｃｍ³ の
ＩＰＡに懸濁させ、さらに１６．６ｇのモノエタノール
アミンを加え室温で４時間撹拌させた。

【０１５４】反応終了後、ＩＰＡにより除き、固形物に
エタノールを加え溶解、濾過し、濾液からＰＡ−ＭＥを
再結晶した。

【０１５５】空気中でのＤＳＣ測定の結果、ＰＡ−ＭＥ
の分解温度は２７２℃であった。

【０１５６】本実施例の電子放出素子として図１
（ａ）、（ｂ）に示すタイプの電子放出素子を作製し
た。図１（ａ）は本素子の平面図を、（ｂ）は断面図を
示している。また、図１（ａ），（ｂ）中の１は基板、
２、３は素子に電圧を印加するための素子電極、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
１（ａ）中のＬ１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。

【０１５７】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。ただし、図１と同じ符号を用いる場合
は、同じ意味を表すものとする。

【０１５８】基板１として石英基板を用い、これを有機
溶剤、純水により充分に洗浄しさらに２００℃の熱風で
乾燥した。該基板１面上にＡｕからなる素子電極２、３
を形成した（図２（ａ））。この時、素子電極間隔Ｌ１
は３μｍとし、素子電極の幅Ｗを５００μｍ、その厚さ
ｄを１０００Åとした。

【０１５９】陽イオン交換能を有する高分子を含む第１
の電子放出部形成用の材料をＢＪ方式のインクジェット
装置（Ｃａｎｏｎ製ＢＪ−１０Ｖ）を用いて、素子電極
２、３間に付与し、乾燥し電極間に担体を形成した。

【０１６０】続いて０．８４ｇのＰＡ−ＭＥを１２ｇの
水に溶解し（２．０ｗｔ％）、有機金属化合物を含む第
２の電子放出部形成用材料とし、ＢＪ方式のインクジェ
ット装置（Ｃａｎｏｎ製ＢＪ−１０Ｖ）を用いて、素子
電極２、３間に付与し、担体に金属錯イオンを吸着させ
乾燥させた。

【０１６１】これを大気雰囲気のオーブン中で３００℃
に加熱して前記ＰＡ−ＭＥを基板上で分解堆積させ、酸
化パラジウム微粒子（平均粒径：６５Å）からなる微粒
子膜を形成し、電子放出部形成用薄膜６とした（図２
（ｂ））。酸化パラジウムであることはＸ線分析で確認
した。ここで電子放出部形成用薄膜６は、その幅（素子
の幅）Ｗ’を３００μｍとし、素子電極２、３間のほぼ
中央部に配置した。また、この電子放出部形成用薄膜６
の膜厚は１００Å、シート抵抗値は５×１０⁴ Ω／□で
あった。

【０１６２】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、その微細構造として、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
を指し、その粒径とは、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いう。

【０１６３】次に、図２（ｃ）に示すように、電子放出
部５を、素子電極２、３間に電圧を印加して電子放出部
形成用薄膜６を通電処理（フォーミング処理）すること
により作製した。フォーミング処理の電圧波形を図４に
示す。

【０１６４】図４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、本実施例ではＴ１を１ｍ秒、
Ｔ２を１０ｍ秒とし、三角波の波高値（フォーミング時
のピーク電圧）は５Ｖとし、通電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。

【０１６５】このようにして作製された電子放出部５
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２８Åであっ
た。

【０１６６】以上のようにして作製された素子につい
て、その電子放出特性の測定を行った。図３に測定評価
装置の概略構成図を示す。

【０１６７】図３において、１は基板、２、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
し、３１は素子に電圧を印加するための電源、３０は素
子電流Ｉｆを測定するための電流計、３４は素子より発
生する放出電流Ｉｅを測定するためのアノード電極、３
３はアノード電極３４に電荷を印加するため高圧電源、
３２は放出電流を測定するための電流計である。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間に電源３１および電流計３０
を接続し、該電子放出素子の上方に電源３３および電流
計３２を接続したアノード電極３４を配置している。ま
た、本電子放出素子およびアノード電極３４は真空装置
内に設置されており、その真空装置には付図示の排気ポ
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１
ｋＶ、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。

【０１６８】以上のような測定評価装置を用いて、上記
電子放出素子の電極２、３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８Ｖ程度から急激に放出電流
Ｉｅが増加し、素子電圧１６Ｖでは素子電流Ｉｆが２．
３ｍＡ、放出電流Ｉｅが１．２μＡとなり、電子放出効
率η＝Ｉｅ／Ｉｆ（％）は０．０５％であった。

【０１６９】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
が良好に形成されれば所望の値を選択することができ
る。

【０１７０】実施例２実施例１において、第１の電子放出部形成用材料をＢＪ
方式のインクジェット装置にて吐出し、１５０℃にて３
０分脱水加熱して素子電極間に担体を形成後、実施例１
と同様の第２の電子放出部形成用材料に２０℃で１時間
浸漬して金属イオンを担体に保持させた。実施例１と同
様の焼成、フォーミングなどの工程を経て、電子放出素
子を作成した。

【０１７１】実施例３９５％スチレン−５％ジビニルベンゼン共重合体のベン
ゼン環をスルホン化（ベンゼン環１個あたり平均１つの
スルホン酸基）した平均直径２μｍのポリマーを用い
た。（重量およそ４ピコｇ／ポリマー粒子１個）これを塩酸洗浄と遠心分離によるポリマー回収を３回お
こなってＨ型とし、水に分散し第１の電子放出部形成用
材料とした。

【０１７２】第２の電子放出部形成用材料として１ｗｔ
％アセチルアセトンニッケル水溶液を用いた。

【０１７３】実施例１と同様の手段で第１と第２の電子
放出部形成用材料を順次吐出し、３５０℃で加熱焼成
し、電子放出部形成用薄膜６を作成した。通常アセチル
アセトンニッケルは昇華性があるのでその分解温度まで
加熱すると定量的にニッケルを得ることがむずかしかっ
たが、本発明においてはニッケルを担体に担持させたの
で昇華することがなく、再現性よく電子放出部形成用薄
膜６を作成することができた。

【０１７４】この薄膜は酸化しやすいのでフォーミング
が終了するまでヘリウム雰囲気中に保管した。

【０１７５】実施例４上記第２の電子放出部形成用材料として１ｗｔ％塩化ニ
ッケル水溶液を用いた以外は実施例３と同様の方法に従
った。塩化ニッケルは熱分解温度が高いが、ポリマーに
担持させた状態ではスチレンなどの主骨格の熱分解に伴
ってスルホン酸ニッケル部も熱分解を起こすので３５０
℃の温度で加熱焼成することで目的とする電子放出部形
成用薄膜６を作成することができた。

【０１７６】実施例５ポリアリールアミン水溶液を第１の電子放出部形成用材
料として用いると、遷移金属を吸着できる。本実施例で
は第２の電子放出部形成用材料として塩化白金（ＩＩ）
酸ナトリウム水溶液を用いた。白金が錯体として吸着さ
れ、これを加熱焼成することで電子放出部形成用薄膜６
を作成した。

【０１７７】実施例６電子源の一部の平面図を図１３に、図１３中のＡ−Ａ’
断面図を図１４に示す。ただし、以降図１〜図１８にお
いて同じ記号を示したものは同じものを表す。ここで１
は基板、７２は図７のＤｘｍに対応するＸ方向配線（下
配線とも呼ぶ）、７３は図７のＤｙｎに対応するＹ方向
配線（上配線とも呼ぶ）、４は電子放出部を含む薄膜、
２、３は素子電極、１４１は層間絶縁層、１４２は素子
電極２と下配線７２との電気的接続のためのコンタクト
ホールである。工程−ａ清浄化した青板ガラス上に厚さ０．５μｍのシリコン酸
化膜をスパッタ法で形成した基板１上に、真空蒸着によ
り厚さ５０ÅのＣｒ、厚さ６０００Å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、ベークした後、ホトマスク
像を露光、現像して、下配線７２のレジストパターンを
形成し、次いでＡｕ／Ｃｒ堆積膜をウェットエッチング
して、所望の形状の下配線７２を形成した。工程−ｂ次に厚さ１．０μｍのシリコン酸化膜からなる層間絶縁
層１４１をＲＦスパッタ法により堆積した。工程−ｃ工程ｂで堆積したシリコン酸化膜にコンタクトホール１
４２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１４１をエッチングしてコ
ンタクトホール１４２を形成した。エッチングはＣＦ₄
とＨ₂ ガスを用いたＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎ
Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によった。工程−ｄその後、素子電極２、３と素子電極間ギャップＬ１とな
るべきパターンをホトレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ−４
１日立化成社製）形成し、真空蒸着法により厚さ５０Å
のＴｉ、厚さ１０００Å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Ｌ１は３μｍとし、素子
電極の幅Ｗを３００μｍとする、素子電極２、３を形成
した。工程−ｅ素子電極２、３の上に上配線７３のホトレジストパター
ンを形成した後、厚さ５０オングストロームのＴｉ、厚
さ５０００オングストロームの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７３を形成した。工程−ｆ図１７に本工程に関わる電子放出素子の電子放出部形成
用薄膜６のマスクの平面図の一部を示す。素子電極間ギ
ャップＧおよびこの近傍に開口を有するマスクであり、
このマスクにより膜厚１０００ÅのＣｒ膜１６１を真空
蒸着により堆積・パターニングし、そのうえに実施例４
で用いた有機金属錯体（ＰＡ−ＭＥ水溶液）をＢＪ方式
のインクジェット装置（Ｃａｎｏｎ製ＢＪ−１０）を
用いて素子電極２、３間に付与し、３００℃で１０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よりなる微粒子からなる電子放出部形成用
薄膜６の膜厚は１００Å、シート抵抗値は５×１０⁴ Ω
／□であった。なおここで述べる微粒子膜とは、上述し
たように、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）の膜をさし、その粒径とは、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いう。工程−ｇＣｒ膜１６１および焼成後の電子放出部形成用薄膜６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。工程−ｈコンタクトホール１４２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５０Åの
Ｔｉ、厚さ５０００Å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１４２を埋め込んだ。

【０１７８】以上の工程により基板１上に下配線７２、
層間絶縁層１４１、上配線７３、素子電極２、３、電子
放出部形成用薄膜６等を形成した。

【０１７９】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８と図９を用いて説明
する。

【０１８０】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７１をリアプレート８１上に
固定した後、基板７１の５ｍｍ上方に、フェースプレー
ト８６（ガラス基板８３の内面に蛍光膜８４とメタルバ
ック８５が形成されて構成される）を支持枠８２を介し
て配置し、フェースプレート８６、支持枠８２、リアプ
レート８１の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中
あるいは窒素雰囲気中で４００℃〜５００℃で１０分以
上焼成することで封着した（図８）。またリアプレート
８１への基板７１の固定もフリットガラスで行った。図
８において、７４は電子放出素子、７２、７３はそれぞ
れＸ方向およびＹ方向の配線である。蛍光膜８４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
は蛍光体は図９（ａ）に示すような、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８４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、ガラス基板８３に蛍光体を
塗布する方法としてはスラリー法を用いた。

【０１８１】また、蛍光膜８４の内面側には通常メタル
バック８５が設けられる。メタルバックは、蛍光膜作製
後、蛍光膜８４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。

【０１８２】フェースプレート８６には、更に蛍光膜８
４の導電性を高めるため、蛍光膜８４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。

【０１８３】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。

【０１８４】以上のようにして完成したガラス容器（外
囲器）内の雰囲気を排気管（不図示）を通じて真空ポン
プにて排気し、十分な真空度に達した後、容器外端子Ｄ
ｏｘ１〜ＤｏｘｍとＤｏｙ１〜Ｄｏｙｎを通じて電子放
出素子の電極２、３間に電圧を印加し、導電性膜６に通
電処理（フォーミング処理）を施すことにより電子放出
部５を作製した。フォーミング処理の電圧波形を図４に
示す。

【０１８５】図４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、本実施例ではＴ１を１ｍ秒、
Ｔ２を１０ｍ秒とし、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。

【０１８６】このように作製された電子放出部５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３０Åであった。

【０１８７】次に、１０^-6ｔｏｒｒ程度の真空度で、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。

【０１８８】最後に封止後の真空度を維持するためにゲ
ッター処理を行った。これは、封止を行う直前に、高周
波加熱等の加熱法により、画像形成装置内の所定の位置
（不図示）に配置されたゲッターを加熱し、蒸着膜を形
成処理した。ゲッターはＢａ等を主成分とした。

【０１８９】以上のように完成した本発明の画像表示装
置において、各電子放出素子に容器外端子Ｄｏｘ１〜Ｄ
ｏｘｍ、Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎを通じて走査信号および変
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
とによって電子放出させ、高圧端子Ｈｖを通じ、メタル
バック８５に数ｋＶ以上の高圧を印加して電子ビームを
加速し、蛍光膜８４に衝突させて蛍光膜８４を励起・発
光させることによって画像を表示した。

【０１９０】また、上述の工程で作製した平面型電子放
出素子の特性を把握するために、同時に、図１に示した
平面型電子放出素子のＬ１、ＷおよびＷ’等を同様にし
た標準的な比較サンプルを作製し、その電子放出特性の
測定を前述の図３の測定評価装置を用いて行った。な
お、比較サンプルの測定条件は、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１ｋ
Ｖ、電子放出特性測定時の真空装置内の真空度を１×１
０^-6ｔｏｒｒとした。

【０１９１】電極２、３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。
本実施例で得られた素子では、素子電圧８Ｖ程度から急
激に放出電流Ｉｅが増加し、素子電圧１６Ｖでは素子電
流Ｉｆが２．２ｍＡ、放出電流Ｉｅが１．１μＡとな
り、電子放出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆ（％）は０．０５％で
あった。

【０１９２】

【発明の効果】本発明の第１の電子放出部形成用材料液
滴には金属塩などのイオン性物質が含まれていないの
で、製造時の温度・湿度などの環境条件に影響されにく
く、基板や電極上で一定の形状を形成し得る。金属塩溶
液を主成分とする第２の電子放出部形成用材料液滴を吐
出もしくは第２の電子放出部形成用材料溶液に浸漬処理
する２段階の形成方法をとることにより、溶液の保存安
定性およびインクジェットによる吐出安定性を向上する
ことができた。

【０１９３】適当な雰囲気下でこれを加熱焼成して形成
した電子放出部形成用薄膜２の形状・特性などの再現性
を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な表面伝導型電子放出素子の
構成を示す模式的平面図および断面図である。

【図２】本発明に好適な基本的な表面伝導型電子放出
素子の製造方法を示す模式的断面図である。

【図３】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】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５】本発明に好適な表面伝導型電子放出素子の放
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】本発明に好適な基本的な表面伝導型電子放出
素子の構成を示す模式的図である。

【図７】単純マトリクス配置の電子源の模式図であ
る。

【図８】画像形成装置の表示パネルの概略構成図であ
る。

【図９】蛍光膜の一例である。

【図１０】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１１】梯子配置の電子源の一例である。

【図１２】画像形成装置の表示パネルの概略構成図で
ある。

【図１３】画像形成装置の電子源の一部を示す平面図
である。

【図１４】図１３のＡＡ′線断面図である。

【図１５】画像形成装置の電子源の、製造工程の前半
部を示す工程図である。

【図１６】画像形成装置の電子源の、製造工程の後半
部を示す工程図である。

【図１７】電子放出素子の電子放出部形成用薄膜６の
マスクの一部を示す平面図である。

【図１８】従来の表面伝導型電子放出素子の素子構成
を示す説明図である。

【符号の説明】

１：基板、６：電子放出部形成用薄膜、５：電子放出
部、４：導電性薄膜、２，３：素子電極、３０：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、３１：電子放出素子に素子電圧Ｖｆ
を印加するための電源、３３：アノード電極３４に電圧
を印加するための高圧電源、３４：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、３２：素子の電子放出部より放出される放出電流Ｉ
ｅを測定するための電流計、３５：真空装置、６１：段
差形成部、７１：電子源基板基板、７２：Ｘ方向配線、
７３：Ｙ方向配線、７４：表面伝導型電子放出素子、７
５：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、８
６：フェースプレート、８７：高圧端子、８８：外囲
器、９１：黒色導電材、９２：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およびＶ
ａ：直流電圧源、１１０：電子源基板、１１１：電子放
出素子、１１２：Ｄｘ１〜Ｄｘ１０：前記電子放出素子
を配線するための共通配線、１２０：グリット電極、１
２１：電子が通過するため空孔、１２２：Ｄｏｘ１〜Ｄ
ｏｘ２，・・・・・・Ｄｏｘｍよりなる容器外端子、１２３：
グリッド電極１２０と接続されたＧ１、Ｇ２、・・・・・・Ｇ
ｎからなる容器外端子、１２４：電子源基板、１４１：
層間絶縁層、１４２：コンタクトホール、１６１：Ｃｒ
膜。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する電極間に電子放出部形成用の材
料液滴を付与し、加熱焼成する工程を経て電子放出部を
形成する電子放出素子の製造方法において、前記電子放
出部形成工程を、陽イオン交換能を有する高分子を含む
担体形成用の材料液滴を前記電極間に付与して担体を形
成後、該担体上に有機金属化合物溶液を含む電子放出部
形成用の材料液滴を付与して該担体に吸着させ、イオン
交換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】前記有機金属化合物が下記式【化１】（但し、Ｒ１、Ｒ２は炭素数１〜４のアルキル基、ｌは
２〜４の整数、ｍは１〜４の整数、ｎは０〜２の整数、
Ｍは金属を示す）で表わされる有機金属化合物を用いる
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】前記加熱焼成工程を酸素雰囲気または窒
素雰囲気とすること特徴とする請求項１に記載の電子放
出素子の製造方法。
【請求項４】前記第１の電子放出部形成用の材料液滴
を対向する電極間に連続的に付与して、線状または面状
の高分子膜を形成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５】前記液滴を基板に付与する工程におい
て、対向する一対の電極が複数個設けられた基板を用い
て、それぞれの電極間に液滴を付与して基板上に複数個
の電子放出素子を形成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６】前記複数の電子放出素子を平行する２本
の配線に対して梯子型に配列したことを特徴とする請求
項５に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項７】前記複数の電子放出素子を複数のマトリ
ックス配線の交点に配列したことを特徴とする請求項５
に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項８】前記担体形成用の材料液滴の付与方法が
インクジェット方式であ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９】前記電子放出部形成用の材料液滴の付与
方法がインクジェット方式であ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１０】前記陽イオン交換能を有する高分子が
主としてプロトン型を用い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１１】前記電子放出素子が、表面伝導型電子
放出素子であ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１２】電子放出素子と該素子への電圧印加手
段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ないし１１のいずれかに記載の方法で製造
したことを特徴とする電子源の製造方法。
【請求項１３】電子放出素子と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素子の製造方法で
あって、該電子放出素子を請求項１ないし１１いずれか
に記載の方法で製造したことを特徴とする画像形成部材
の製造方法。
【請求項１４】電子放出素子と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ない
し１１のいずれかに記載の方法で製造したことを特徴と
する画像形成装置の製造方法。
【請求項１５】対向する電極間に電子放出部を有する
電子放出素子で、金属化合物を加熱焼成する過程を経て
電子放出部を形成する電子放出素子の電子放出部形成用
材料が下記式【化２】（但し、Ｒ１、Ｒ２は炭素数１〜４のアルキル基、ｌは
２〜４の整数、ｍは１〜４の整数、ｎは０〜２の整数、
Ｍは金属を示す）で表わされる有機金属錯体であること
を特徴とする電子放出部形成用材料。