JPH09106760A

JPH09106760A - 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

Info

Publication number: JPH09106760A
Application number: JP28816995A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Kamishiro; 和浩神代
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-10-11
Filing date: 1995-10-11
Publication date: 1997-04-22
Anticipated expiration: 2015-10-11
Also published as: JP3217950B2

Abstract

(57)【要約】【課題】膜厚が均一で良好な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。【解決手段】基板上の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製造方法に
おいて、有機金属化合物ポリマーを含む水溶液の液滴を
前記電極間に付与する工程と、前記基板を加熱焼成して
前記液滴を付与された位置に導電膜を形成して電子放出
部とする工程とを含むことを特徴とする電子放出素子の
製造方法及び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。

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、電子
源、表示装置及び画像形成装置の製造方法に関する。更
に詳しくは、本発明は、電子線発生装置や画像形成装置
等の電子源として用いられる電子放出素子の製造方法及
びそれを用いた電子源、表示素子及び画像形成装置の製
造方法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．Ｄｙ
ｋｅ＆Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ、“Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓ
ｉｏｎ”、ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎ
Ｐｈｙｓｉｃｓ、８、８９（１９５６）あるいはＣ．
Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ、“ＰＨＹＳＩＣＡＬＰｒｏｐｅｒ
ｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅ
ｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈｍｏｌ
ｙｂｄｅｎｉｕｍｃｏｎｅｓ”、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．，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．Ｍｅａ
ｄ、”ＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＴｕｎｎｅｌ−Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ”、Ｊ．Ａｐｐｌｙ．Ｐ
ｈｙｓ．、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の例としては、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ、ＲａｄｉｏＥｎｇ．Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎＰｈｙｓ．、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：“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１３
に模式的に示す。同図において１は基板である。４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５が形成され
る。尚、図中の素子電極間隔Ｌは、０．５ｍｍ〜１ｍ
ｍ、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４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。即ち、通電フォーミン
グとは前記導電性薄膜４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５を形成す
ることである。尚、電子放出部５は導電性薄膜４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、上述導電性薄膜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。

【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、表示素子、画像形成装置を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために鋭意検討した結果、特定の化学構造を有
する水に可溶性の有機金属化合物ポリマーを用いた電子
放出素子の製造方法とすることによって、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。

【００１１】すなわち本発明の電子放出素子の製造方法
は、基板上の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製造方法において、有
機金属化合物ポリマーを含む水溶液の液滴を前記電極間
に付与する工程と、前記基板を加熱焼成して前記液滴を
付与された位置に導電膜を形成して電子放出部とする工
程とを含むことを特徴とするものである。

【００１２】本発明の電子放出素子の製造方法では、特
に電子放出素子が表面伝導型であることが好ましい。

【００１３】本発明は、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をも包含す
る。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】以下、本発明をさらに詳細に説明する。

【００１８】本発明の電子放出素子の製造方法で用いら
れる有機金属化合物ポリマーとしては、その分子中に下
式のアミノ基及びイミノ基を有するポリアミンにおい
て、アミノ基及びイミノ基の一部が金属を配位している
構造を有するポリマーが好ましい。

【００１９】

【化２】本発明で用いられる有機金属化合物ポリマーとしては、
金属と結合可能なアミノ基及びイミノ基を有するポリア
ミンを有機配位子として含む有機金属錯体が適当であ
る。そのポリアミンとして、例えば、ポリエチレンイミ
ン、ポリアリルアミンなどが好ましく用いられる。この
ように非晶質性のポリアミンを用いることにより、結晶
化の抑制が図られ、膜の均一性を高めることができる。
また、有機配位子としてのポリマーを用いることによ
り、分子オーダーで金属を均一に分散できるという効果
がある。

【００２０】この電子放出素子の製造方法で用いられる
有機金属化合物ポリマーにおいて、アミノ基及びイミノ
基に対する金属の含有率は、モル比で金属／アミノ基及
びイミノ基＝１／４以下であることが望ましい。これ以
上金属含有率が高くなると、金属とアミノ基の結合によ
るポリマー鎖の架橋反応が起って、不溶不融の取扱い困
難な化合物が生成する。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、一般的には重量で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。

【００２１】本発明で用いられる前記有機金属化合物ポ
リマーの金属元素としては、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｇ、
Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔ
ａ、Ｗ、Ｐｂ等を用いることができる。

【００２２】上記の有機金属化合物ポリマー溶液を基板
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、特に微笑な液滴を効率よく適
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、微笑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
微笑液滴を再現性良く発生し基板に付与することができ
る。

【００２３】上記手段で基板に付与された有機金属化合
物ポリマー溶液は乾燥、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尚、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（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。

【００２４】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。焼成工程は通常用いら
れる加熱手段を用いれば良い。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。

【００２５】

【作用】上記のような方法に従い無機微粒子膜を形成し
て部形成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。

【００２６】本発明を適用し得る表面伝導型電子放出素
子の基本的構成には大別して、平面及び垂直型の２つが
ある。

【００２７】まず、平面型表面伝導型電子放出素子につ
いて説明する。

【００２８】図１は、本発明を適用可能な平面型表面伝
導型電子放出部の構成を示す模式図であり、図１ａは平
面図、図１ｂは断面図である。

【００２９】図１において、１は基板、２、３は素子電
極、４は導電性薄膜、５は電子放出部である。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及びアルミナ等
のセラミックス基板及びＳｉ基板等を用いることができ
る。

【００３０】対向する素子電極２、３の材料としては、
一般的導体材料を用いることができる。これは例えばＮ
ｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、
Ｐｄ等の金属或は合金およびＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ
₂ 、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。

【００３１】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、導電性
薄膜４の形状等は、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。

【００３２】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
２、３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。尚、図１に示し
た構成だけでなく、基板１上に、導電性薄膜４、対向す
る素子電極２、３の順に積層した構成とすることもでき
る。

【００３３】導電性薄膜４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１０Åより５０
０Åの範囲とするのが良い。その抵抗値は、Ｒｓが１０
の２乗から１０の７乗オーム／□の値である。なおＲｓ
は、厚さがｔ、幅がＷで長さが１の薄膜の抵抗Ｒを、Ｒ
＝Ｒｓ（１／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。

【００３４】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
は重なりあった状態（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、１０Åから２００Å
の範囲である。

【００３５】尚、本発明では頻繁に「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。

【００３６】小さな粒子を「微粒子」と呼び、これより
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。

【００３７】しかしながら、それぞれの境は厳密なもの
でなく、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。「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。

【００３８】「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までとし、特に超
微粒子というときは粒径が１０ｎｍ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各こともあっ
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）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。

【００３９】「創造化学技術推進精度の”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個の微粒子はおよそ１００〜１
０８個くらいの原子の集合体ということになる。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）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。

【００４０】電子放出部５は、導電性薄膜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、材料及び後術する通電フォーミング等の手
法等に依存たものとなる。電子放出部５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
径の導電晴性微粒子が依存する場合もある。この導電性
微粒子は、導電性薄膜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及びその近傍の導電性薄膜４には、炭素及びその近傍
の導電性薄膜４には、炭素及び炭素化合物を有すること
もできる。

【００４１】次に、垂直型表面伝導型電子放出素子につ
いて説明する。

【００４２】図２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。

【００４３】図２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。
２１は、段差形成部である。基板１、素子電極２及び
３、導電性薄膜４、電子放出部５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な材料で構成するこ
とができる。段差形成部２１は、真空蒸着法、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２１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、段差形成部の製法及
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。導電性薄膜４は、素子電極２及び３と段差形
成部２１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。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３に模式的に示す。

【００４４】以下、図１及び図３を参照しながら製造方
法の一例について説明する。図３においても、図１に示
した部位と同じ部位には同一の符号を付している。

【００４５】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
り素子電子電極材料を体積後、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３（ａ））。

【００４６】２）素子電極２、３を設けた基板１に、有
機金属ポリマーを含む水溶液を付与する工程を図３で説
明する。液滴付与手段２１を用いて、有機金属化合物ポ
リマーを含む水溶液の液滴２２を、基板１の素子電極２
と３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３（ｂ））。この基板を乾
燥、焼成して導電性薄膜４を形成する（図３（ｃ））。

【００４７】有機金属化合物ポリマー原料のポリイミア
ミンと金属塩を混合するだけで得られる。ポリエチレン
イミンあるいはポリアリルアミンの水溶液と、硝酸金属
塩、ハロゲン化金属塩、硝酸金属塩等の金属塩の水溶液
あるいは有機溶媒溶液とを混合し数時間放置するだけで
得られる。金属は、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔ
ｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、
Ｐｂ等を用いることができる。

【００４８】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、導電性薄膜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３（ｃ）、図３
（ｄ））。通電フォーミングによれば導電性薄膜４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。

【００４９】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
する場合図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４ｂに示した手法がある。

【００５０】図４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。

【００５１】図４ｂにおけるＴ₁ 及びＴ₂ は、図４ａ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０．１
Ｖステップ程度ずつ、増加させることができる。

【００５２】通電フォーミング処理の終了は、パルス間
隔Ｔ₂ 中に、導電性薄膜４を局部的に破壊、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。

【００５３】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。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Ｃ_nＨ_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_nＨ_2n
等の組成式で表される不飽和炭化水素、べンゼン、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。活性化工程の終了判定は、素子電流
Ｉｆと放出電流Ｉｅを判定しながら、適宜行う。尚、パ
ルスが幅、パルス間隔、パルス波高値などは、適宜設定
される。

【００５４】炭素及び炭素化合物とは、グラファイト
（いわゆる高配向性熱分解炭素ＨＯＰＧ、熱分解炭素Ｐ
Ｇ、無定形炭素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
するのが好ましく、３００Å以下の範囲とするのがより
好ましい。

【００５５】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
しないものを使用するのが好ましい。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。

【００５６】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^-7
Ｔｏｒｒ以下が好ましく、さらに１×１０^-8Ｔｏｒｒが
特に好ましい。安定化工程を行った後の、騒動時の雰囲
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。

【００５７】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。

【００５８】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５、図６を参
照しながら説明する。

【００５９】図５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５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５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
配置されている、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は導電性薄膜、５は
電子放出部である。５１は、電子放出素子に素子電圧Ｖ
ｆを印加するための電源、５０は素子電極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、５４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。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の範囲として測定
を行うことができる。

【００６０】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。

【００６１】図６は図５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６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。

【００６２】図６からも明らかなように、本発明の適用
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。

【００６３】即ち、（ｉ）本素子はある電圧（しきい値
電圧と呼ぶ、図６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。

【００６４】（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。

【００６５】（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。
すなわち、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。

【００６６】以上の説明により理解されるように、本発
明の適用可能な表面型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。

【００６７】図６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。本発明の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。

【００６８】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。

【００６９】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方向及び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、同じ行に配された
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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】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）。

【００７３】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７
２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７
２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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】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。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。

【００７８】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
動回路のブロック図である。

【００７９】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。外囲器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。

【００８０】７４は図１における電子放出部に相当す
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。

【００８１】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、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。

【００８２】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９１と蛍光体９２とから構成さすることがで
きる。ブラックストライプ、ブラックマトリクスを設け
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の他、導電性あり、
光の透過及び反射が少ない材料を用いることができる。

【００８３】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、沈殿法や印刷等が採用
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
から蛍光体の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。

【００８４】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。

【００８５】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あり、十
分な位置合わせが不可欠となる。

【００８６】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。

【００８７】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、ソープシャンポンプ
などのオイルを使用しない排気管を通じて排気し、１０
の−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、ゲッター処理を行なう場合も
ある。これは、外囲器８８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^-7乗Ｔ
ｏｒｒ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。

【００８８】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
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。

【００８９】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
次駆動していく為の走査信号が印加される。

【００９０】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に加速電圧
である。

【００９１】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るもので（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、実際にはたとえばＦＥ
Ｔ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。

【００９２】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。

【００９３】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。

【００９４】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ものであ
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Ｄ
ＡＴＡ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。

【００９５】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１０４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１０４より出力される。

【００９６】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。

【００９７】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内の表面電動型電子放出素子に印
加される。

【００９８】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。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】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。

【０１０２】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。

【０１０３】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け加えても
よい。

【０１０４】このような構成をとり得る本発明の適用可
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を通じ、メタルバック８５、或は透明
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。

【０１０５】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。

【０１０６】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。

【０１０７】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置されている。（これを素子行と
呼ぶ）。この素子行が複数個配置されて、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。

【０１０８】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，・・・Ｄｏ
ｘｍ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。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。

【０１０９】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。

【０１１０】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。

【０１１１】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。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もできる。

【０１１２】

【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。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は導電性薄膜、５は電子放出部を
示す。尚、図中のＬ１は素子電極２と素子電極３の素子
電極間隔、Ｗは素子電極の長さ、ｄは素子の長さを表し
ている。

【０１１３】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。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Ｎ
ｉからなる素子電極２、３を形成した（図２（ａ））。
素子電極間隔Ｌ１は３ミクロンとし、素子電極長さＷを
５００ミクロン、その厚さｄを１０００Åとした。

【０１１４】重量濃度２％のポリエチレンイミン水溶液
に、酢酸パラジウム１重量％（モル比でアミノ基：パラ
ジウム＝１０：１）を加え、２〜３時間放置した後不溶
物をロ別した。得られた黄色の溶液のパラジウム濃度を
元素分析や分光分析等によって求め、この溶液を水で薄
めてパラジウム重量濃度０．５％となるように調整し
た。

【０１１５】上記のパラジウム重量濃度０．５％の黄色
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、８０℃で２分乾燥させた。
次に３５０℃で１２分焼成して導電性薄膜４を形成した
（図２（ｃ））このインクジェット装置による基板への
液滴付与工程で、付与された液滴は基板上で凝集するこ
とはなく顕微鏡観察下では均一な膜が形成されていた。

【０１１６】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、導電性薄膜４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２１を作成した
（図２（ｄ））。フォーミング処理の電圧波形を図４に
示す。

【０１１７】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、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２１
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５０Åであっ
た。

【０１１８】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５の構成の測定評価装置によ
り測定した。本電子放出素子及びアノード電極５４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。

【０１１９】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及び３の間に素子電圧を印加し、そ
の時に流れる素子電流Ｉｆ及び放出電流Ｉｅを測定した
ところ、図６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。

【０１２０】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。実施例２２重量％のポリアリルアミン水溶液に、酢酸パラジウム
の８重量％アセトン溶液を１／１０容量（モル比でアミ
ノ基：パラジウム＝１０：１）を加え、エバポレーター
によってアセトンを留去した。得られた黄色の溶液のパ
ラジウム濃度を元素分析や分光分析等によって求め、こ
の溶液を水で薄めてパラジウム重量濃度０．２％となる
ように調整した。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。このインクジェット装置による
基板への液滴付与工程で、付与された液滴は基板上で凝
集することはなく、顕微鏡観察下で均一な薄膜が得られ
た。

【０１２１】アノード電極５４の替わりに、前述した蛍
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。実施例３１６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７）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ポリマー水溶液
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。

【０１２２】この電子源基板にリアプレート８１、支持
枠８２、フェースプレート８６を接続し真空封止して図
８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。比較例１試薬として容易に入手可能な有機金属化合物として酢酸
パラジウムを用いて水溶液を調整したところ、水への溶
解度が低いことから飽和水溶液としてもパラジウム重量
濃度０．１％であった。この水溶液をインクジェット装
置により基板に付与し、実施例１と同様にして電子放出
素子の作成を試みたが、１度のインクジェット装置によ
る基板への液滴付与工程では、パラジウム濃度が低すぎ
るため導電性薄膜形成されず、電子放出形成用薄膜を形
成するためには、少なくとも２度インクジェト装置によ
る基板への液滴付与工程が必要であった。しかし、イン
クジェット装置による基板への液滴付与工程を２回繰り
返すことによって電子放出素子作成することができ、電
子放出が見られることも確認した。

【０１２３】また、インクジェット装置による基板への
液滴付与工程では、付与された液滴が基板上で凝集する
現象が顕微鏡観察下で確認され、導電性薄膜の中央部が
厚くなった膜厚の不均一な薄膜が形成される場合もあっ
た。

【０１２４】

【発明の効果】以上に説明したように本発明の電子放出
素子の製造工程に用いる有機金属化合物ポリマーは非晶
質であることから、工程中に結晶が析出して電子放出部
形成用薄膜の膜厚のバラツキが大きくなることはない。
さらにポリマーの分子量や勇気金属化合物ポリマー中の
金属含有率を変えることによって、分子オーダーでの金
属充填率が変化することから焼成後の導電性薄膜を制御
できる可能性もある。

【０１２５】また、上記の有機金属化合物ポリマーは水
溶液とした時の溶液安定性が高いため、本発明の有機金
属化合物ポリマーを含む溶液は品質管理が容易で電子放
出素子を製造する工程での取り扱いも便利である。しか
も本発明の有機金属化合物ポリマーを含む溶液を基板に
付与する工程は、水を溶媒とする溶液を用いるので、万
一の火災等の事故が起こり難い安全な電子源用導電性薄
膜の形成工程である。さらに、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
有機金属化合物ポリマー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、この二次元パターニング工程
において有機金属化合物ポリマー溶液の液滴は基板へ付
与されても凝集することがないため、パターニング性に
優れている溶液であると言える。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。従って小量多品種生産
に容易に適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の適用可能な表面伝導型電子放出素子
の構成を示す模式的平面図及び断面図である。

【図２】本発明の適用可能な垂直型表面伝導型電子放
出素子の構成を示す模式図である。

【図３】本発明の適用可能な表面伝導型電子放出素子
の製造方法の１例を示す模式図である。

【図４】本発明の適用可能な表面伝導型電子放出素子
のに際して採用できる通電フォーミングの処理における
電圧波形の一例を示す模式図である。

【図５】測定評価機能を備えた真空処理の一例を示す
模式図である。

【図６】本発明の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７】本発明の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８】本発明の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９】蛍光膜一例を示す模式図である。

【図１０】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１１】本発明の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１２】本発明の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】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：導電性薄膜、５：電
子放出部、２１：段さ形成部、５０：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、５１：電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加する
ための電源、５２：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、５３：アノード
電極５４に電圧を印加するための高圧電源、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：真空装置、５６：排気ポン
プ、７１：電子源基板、７２：Ｘ方向配線、７３：Ｙ方
向配線、７４：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（Ｈｖ）：高圧端子、８８：外囲器、９１：黒色導
電材、９２：蛍光体、９３：ガラス基板、１０１：表示
パネル、１０２：走査回路、１０３：制御回路、１０
４：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：Ｄｏ
ｘ１，Ｄｏｘ２，・・・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。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上の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製造方法に
おいて、有機金属化合物ポリマーを含む水溶液の液滴を
前記電極間に付与する工程と、前記基板を加熱焼成して
前記液滴を付与された位置に導電膜を形成して電子放出
部とする工程とを含む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ポリマーが、分子中
に下式のアミノ基及びイミノ基を有するポリアミンにお
いてアミノ基及びイミノ基の一部が金属を配位している
構造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。【化１】
【請求項３】前記ポリアミンが、ポリエチレンイミン
またはポリアリルアミンであることを特徴とする請求項
２に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項４】前記有機金属化合物ポリマーにおいてア
ミノ基及びイミノ基に対する金属の含有率モル比で金属
／アミノ基及びイミノ基＝１／４以下であることを特徴
とする請求項１ないし３に記載の電子放出素子の製造方
法。
【請求項５】前記有機金属化合物ポリマー中の金属
が、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃ
ｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂのいずれ
かであることを特徴とする請求項４に記載の電子放出素
子の製造方法。
【請求項６】前記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に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項７】前記液滴付与手段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８】前記液滴付与手段がバブルジェット方式
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】前記電子放出素子が表面伝導型であるこ
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】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９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１１】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９のいずれか
に記載の方法で製造したことを特徴とする表示素子の製
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、該電子放出素子を請求項１な
いし９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。