JPH09115427A

JPH09115427A - 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、電子放出素子用電極ならびに導電性薄膜形成用材料

Info

Publication number: JPH09115427A
Application number: JP29064595A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Ishizaki; 明美石崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-10-13
Filing date: 1995-10-13
Publication date: 1997-05-02

Abstract

(57)【要約】【課題】低コストで工程が簡素、良好な電子放出特性
の電子放出素子、電子源、表示パネル、画像形成装置の
製造方法を提供すること。【解決手段】主成分が、金属原子にアミノ酸を配位し
てなる有機金属錯体であることを特徴とする導電性薄膜
形成用材料で、これを対向する電極を有する基板に液体
状態で付与し、加熱焼成する過程を経て電子放出部を形
成することを特徴とする電子放出素子および電子源、表
示パネル、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、対向する電極間に
設けた電子放出部を含む導電性薄膜に電圧を印加して電
子を放出させ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、表示パネル及び画像形成装置の製
造方法、電子放出素子用電極並びに導電性薄膜形成用材
料に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子放出素子としては大別し
て熱電子放出素子と冷陰極電子放出素子を用いた２種類
のものが知られている。冷陰極電子放出素子には電界放
出型（以下、「ＦＥ型」という。）、金属／絶縁層／金
属型（以下、「ＭＩＭ型」という。）や、表面伝導型電
子放出素子等がある。ＦＥ型の例としてはＷ．Ｐ．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．Ｍｅａｄ、
“ＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＴｕｎｎｅｌ−Ｅｍｉｓ
ｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ”、Ｊ．Ａｐｐｌｙ．Ｐｈｙ
ｓ．、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１５
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、後述のフォーミング処
理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、薄膜幅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を予めフォ
ーミング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、フォーミング処理とは前記導電性薄
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している課題】電子放出素子を適
用した画像形成装置、例えばフラットテレビにおいて、
該電子放出素子として導電性薄膜形成用材料を用いる場
合、その薄膜形成方法としては大画面化、ローコスト化
が容易な方法が望まれる。このような目的に合致した薄
膜形成方法としてはスパッタ法等、従来の薄膜形成方法
ではなく、インクジェット方式のＢＪ（バブルジェッ
ト）法を適用する方法が有望である。なぜなら、導電性
薄膜をインクジェット方式のＢＪ法で作製できれば、大
型真空薄膜形成装置等を用いる必要はなく成膜行程が簡
素化されるので、ローコストで大面積にわたって導電性
薄膜を配列することが可能になるからである。

【０００９】しかしながら、インクジェットまたはＢＪ
法で導電性薄膜形成用材料を作製する場合、次のような
問題点があった。インクジェットまたはＢＪ法による液
滴付与手段を用いて、Ｈ型形状のパターンの電極ギャッ
プ内に形成される導電性薄膜形成用材料は、基本的にド
ット形状を有する。これは、液滴の形で該薄膜の原料を
電極間に付与するためである。そのため、形成される該
薄膜には必然的に膜厚分布が生じ、電子放出素子の電子
放出特性にとって大きな問題となる。なぜなら、導電性
薄膜形成用材料が不均一な場合、加熱焼成して導電性薄
膜にした後、フォーミング処理により得られる亀裂形状
を均一に制御することが困難となり、良好な電子放出特
性が得られないからである。

【００１０】本発明の目的は導電性薄膜の製造工程を簡
略化し、低コストで良好な電子放出特性の電子放出素子
が得られる電子放出素子、電子源、表示パネル、画像形
成装置の製造方法を提供することにある。本発明のさら
なる目的は、電子放出素子用の電極ならびに導電性薄膜
形成用の材料を提供することにある。

【００１１】

【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、電子放出素子の製造方
法において、一対の電極の対向部分を相互に一定の曲率
を有する電極を用いて製造した電子放出素子が良好な電
子放出特性を示すことを見いだし、本発明を完成するに
至った。

【００１２】すなわち、本発明の電子放出素子の製造方
法は、基板上の一対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、金属化合物を含む導電性薄膜形成
用材料の液滴を前記電極間に付与し、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、前記一対の電極の対向部分を相互に一定の曲率
で形成された電極を用いることを特徴とするものであ
る。

【００１３】本発明は電子源、表示パネル、画像形成装
置の製造方法並びに電子放出素子用電極および導電性薄
膜形成用材料をも含むものである。

【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とを具備する電子源の製造
方法であって、電子放出素子を前記記載の方法で製造す
ることを特徴とするものである。

【００１５】本発明の表示パネルの製造方法は、電子放
出素子及び該素子への電圧印加手段とを具備する電子源
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、電子放出
素子を前記記載の方法で製造する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
放出素子および該素子への電圧印加手段とを具備する電
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、電子放出素子を前記記載の方法で製造すること
を特徴とするものである。

【００１７】また、本発明の電子放出素子用電極は、
基板上の一対の電極間に電子放出部を有する電子放出素
子用の電極であって、前記一対の電極の対向部分を相互
に一定の曲率で形成されたことを特徴とするものであ
る。

【００１８】以下、本発明の電子放出素子の製造方法を
更に詳しく説明する。

【００１９】本発明の電子放出素子の製造方法は、電子
放出部を形成するための導電性薄膜形成材料の液滴を基
板上の一対の対向する電極間に付与する場合に、前記基
板上の一対の電極の対向部分を相互に一定の曲率で形成
された電極を用いる。本発明の電子放出素子の製造方法
で用いられる、インクジェット法またはＢＪ法によって
付与した有機金属薄膜はドット形状を有する。そのため
条件によっては有機金属薄膜の中心から半径方向には、
かなり大きい膜厚分布を持ってしまうことがある。しか
しながら、有機金属薄膜はほぼ中心対称な形状を持つの
で、同一半径上では、ほぼ均一な膜厚分布が形成される
ことになる。

【００２０】本発明はこの事実に着目し、電極間ギャッ
プが該有機金属薄膜の同一半径上を沿うように、あらか
じめ電極形状に一定の曲率を持たせた電極を用いて電子
放出素子を製造することを特徴とする。本発明の製造方
法を用いるならば、電極間に形成された有機金属薄膜
は、同一の膜厚分布を持つことになる。したがって、引
き続いて施されるフォーミング行程において、容易に均
一な亀裂を形成することが可能になる。

【００２１】このように、本発明の電子放出素子の製造
方法で用いられる、基板上の導電性薄膜が形成される部
分の電極形状は、導電性薄膜のドット形状に合致するよ
うに適度な曲率を形成することが必要である。すなわ
ち、導電性薄膜が形成される部分の電極形状は、図３及
び４に例示されるように、一対の電極の対向部分を相互
に一定の曲率で形成し、等電界とすることが必要であ
る。

【００２２】以下、図面を参照しながら本発明を説明す
る。図１は本発明を適用しうる平面型表面伝導型電子放
出素子の一例を示す構成図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は断面図である。

【００２３】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。

【００２４】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、Ｉｎ₂ Ｏ₃ −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Ｗ１、素子の幅Ｗ２、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Ｌ１
は、好ましくは、数千オングストロームから数百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。

【００２５】素子電極長さＷ１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、数百オング
ストロームから数μｍの範囲とすることができる。

【００２６】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。

【００２７】導電性薄膜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フォ
ーミング処理条件等を考慮して、適宜設定されるが、通
常は数オングストロームから数千オングストロームの範
囲とすることが好ましく、より好ましくは１０Åより５
００Åの範囲とするのが良い。その抵抗値は、Ｒ_S が１
０の２乗から１０の７乗オームの値である。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。

【００２８】本発明で使用する導電性薄膜形成用材料
は、電極間に電子放出部を含む導電性薄膜を形成するた
めの材料で例えば主成分として下記式（１）

【００２９】

【化２】（但し、Ｒ_１、Ｒ_２＝炭素数１−４のアルキル基、
ｌ＝２−４の整数、ｍ＝１−４の整数、ｎ＝０−２の整
数、Ｍ＝金属）で表わされる有機金属錯体を含有する。

【００３０】導電性薄膜４を構成する材料は、例えばＡ
ｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｆｅ、ＮｉＷ、Ｐｂ、Ｚ
ｎ、Ｓｎ等の金属が挙げられる。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】「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。

【００３６】「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。」（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。

【００３７】「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）。

【００３８】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、上限は数ミクロン程度のものを指すこ
ととする。

【００３９】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、材料及び後述するフォーミング処理等の方
法等に依存したものとなる。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、炭素及び炭素化合
物を有することもできる。

【００４０】以下、図２を参照しながら本発明の電子放
出素子の製造方法の一例について説明する。

【００４１】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）｝。この際、導電性薄膜が形成される部分の電
極形状は、導電性薄膜のドット形状に合致するように適
度な曲率を有する。形成される電極は等電界であること
が必要である。

【００４２】２）素子電極２、３を設けた基板１に、有
機金属錯体の液滴を付与する｛図２（ｂ）｝。その具体
的な方法としては、液滴を形成し付与することが可能な
らば任意であるが、特に微小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す
るものや、微小ヒ−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（ＢＪ）方式があるが、
いずれの方式でも十ｎｇから数十μｇ程度までの微小液
滴を再現性よく発生し基板に付与することが可能であれ
ば用いることができる。上記手段で基板１に付与された
有機金属錯体（導電性薄膜形成用材料）の薄膜６は乾
燥、焼成工程を経て導電性薄膜４｛図２（ｄ）｝とな
る。３）つづいて、フォーミング処理を施す。このフォーミ
ング処理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２（ｄ）｝。フォーミング処理
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。フォーミング処理の電圧波形の例
を図６に示す。

【００４３】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６に示した方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６ｂに示した方法がある。

【００４４】図６ａ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（フォーミング処
理時のピーク電圧）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。

【００４５】図６ｂにおけるＴ１及びＴ２は、図６ａに
示したのと同様とすることができる。三角波の波高値
（フォーミング処理時のピーク電圧）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。

【００４６】フォーミング処理の終了は、パルス間隔Ｔ
２中に、導電性薄膜４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、フォーミング処理を終了させる。

【００４７】４）フォーミング処理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。

【００４８】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、フォーミング処理と同様に、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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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のマイナス８乗Ｔｏｒｒ以下が好ましく、さら
には１×１０のマイナス１０乗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。

【００５３】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の
マイナス７乗Ｔｏｒｒ以下が好ましく、さらに、１×１
０のマイナス８乗Ｔｏｒｒ以下が特に好ましい。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。

【００５４】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。

【００５５】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７、図８を参
照しながら説明する。

【００５６】図７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７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７において、７５は真空容器であり、７６は
排気ポンプである。真空容器７５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は導電性薄膜、５は電
子放出部である。７１は、電子放出素子に素子電圧Ｖｆ
を印加するための電源、７０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、７４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。７３はアノー
ド電極７４に電圧を印加するための高圧電源、７２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。

【００５７】真空容器７５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７６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、前述のフォーミング
工程以降の工程も行うことができる。

【００５８】図８は図７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８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。

【００５９】図８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。

【００６０】即ち、（ｉ）本素子はある電圧（しきい値
電圧と呼ぶ、図８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。

【００６１】（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。

【００６２】（ｉｉｉ）アノード電極７４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７４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。

【００６３】以上の説明から理解されるように、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。

【００６４】図８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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】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９を用いて説明する。図９において、９１は電子
源基板、９２はＸ方向配線、９３はＹ方向配線である。
９４は表面伝導型電子放出素子、９５は結線である。

【００６９】ｍ本のＸ方向配線９２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９３はＤＹ１、ＤＹ２、・・・ＤＹｎのｎ本の
配線よりなり、Ｘ方向配線９２と同様に形成される。こ
れらｍ本のＸ方向配線９２とｎ本のＹ方向配線９３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）。

【００７０】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９２を形成した基板９１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９２とＹ方向配線９３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
９２とＹ方向配線９３は、それぞれ外部端子として引き
出されている。

【００７１】表面伝導型電子放出素子９４を構成する一
対の電極（不図示）は、ｍ本のＸ方向配線９２とｎ本の
Ｙ方向配線９３と、導電性金属等からなる結線９５によ
って電気的に接続されている。

【００７２】配線９２と配線９３を構成する材料、結線
９５を構成する材料、結線９５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９２には、Ｘ方向に配
列した表面伝導型電子放出素子９４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９３には、Ｙ方向に配列した
表面伝導型電子放出素子９４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。

【００７３】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。

【００７４】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１０と図１１
及び図１２を用いて説明する。図１０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１１は、図
１０の画像形成装置に使用される蛍光膜の模式図であ
る。図１２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。

【００７５】図１０において、９１は電子放出素子を複
数配した電子源基板、１０１は電子源基板９１を固定し
たリアプレート、１０６はガラス基板１０３の内面に蛍
光膜１０４とメタルバック１０５等が形成されたフェー
スプレートである。１０２は支持枠であり該支持枠１０
２には、リアプレート１０１、フェースプレート１０６
がフリットガラス等を用いて接続されている。１０８は
外囲器であり、例えば大気中あるいは、窒素中で、４０
０〜５００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。

【００７６】９４、は図１における電子放出部に相当す
る。９２、９３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。

【００７７】外囲器１０８は上述の如く、フェースプレ
ート１０６、支持枠１０２、リアプレート１０１で構成
される。リアプレート１０１は主に基板９１の強度を補
強する目的で設けられるため、基板９１自体で十分な強
度を持つ場合は別体のリアプレート１０１は不要とする
ことができる。即ち、基板９１に直接支持枠１０２を封
着し、フェースプレート１０６、支持枠１０２及び基板
９１で外囲器１０８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１０８の構成することも
できる。

【００７８】蛍光膜１０４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１１１
と蛍光体１１２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１１
２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１０４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。

【００７９】ガラス基板１０３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１０４の内面側には通常メタルバッ
ク１０５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１
０６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、Ａｌを真空蒸着等で堆積することで作製できる。

【００８０】フェースプレート１０６には、更に蛍光膜
１０４の導電性を高めるため、蛍光膜１０４の外面側に
透明電極（不図示）を設けてもよい。

【００８１】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。

【００８２】図１０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。外囲器１０８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のマイナス
７乗Ｔｏｒｒ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１０８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１０８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１０８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のマイナス５乗な
いしは、１×１０のマイナス７乗Ｔｏｒｒ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。

【００８３】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１２を用いて説明する。図１２において、
１２１は画像表示パネル、１２２は走査回路、１２３は
制御回路、１２４はシフトレジスタである。１２５はラ
インメモリ、１２６は同期信号分離回路、１２７は変調
信号発生器、ＶｘおよびＶａは直流電圧源である。

【００８４】表示パネル１２１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。

【００８５】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。

【００８６】走査回路１２２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１２３が出力する制御信号Ｔ_SCAN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。

【００８７】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。

【００８８】制御回路１２３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１２３は、同期信
号分離回路１２６より送られる同期信号Ｔ_SYNCに基づい
て、各部に対してＴ_SCANおよびＴ_SFT およびＴ_MRY の各
制御信号を発生する。

【００８９】同期信号分離回路１２６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１２６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、Ｔ_SYNC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１２４に入力さ
れる。

【００９０】シフトレジスタ１２４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１２３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１２４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１２４より出力される。

【００９１】ラインメモリ１２５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１２３より送られる制御信号Ｔ_MRY 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、Ｉｄ’１ないしＩｄ’ｎとして出力され、変
調信号発生器１２７に入力される。

【００９２】変調信号発生器１２７は、前記画像データ
Ｉｄ’１ないしＩｄ’ｎ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１２１内の表面伝導型電子放出素子に印
加される。

【００９３】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。

【００９４】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１２７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。

【００９５】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１２７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。

【００９６】シフトレジスタ１２４やラインメモリ１２
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。

【００９７】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路１２６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１２６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１２５
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１２７に用いられる回路が若干異なったも
のとなる。

【００９８】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１２７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１２７には、例
えば、高速の発振器および発振器の出力する波数を計数
する計数器（カウンタ）及び計数器の出力値と前記メモ
リの出力値を比較する比較器（コンパレータ）を組み合
せた回路を用いる。必要に応じて、比較器の出力するパ
ルス幅変調された変調信号を表面伝導型電子放出素子の
駆動電圧にまで電圧増幅するための増幅器を付加するこ
ともできる。

【００９９】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１２７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。

【０１００】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１０５、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１０４に衝突し、
発光が生じて画像が形成される。

【０１０１】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。

【０１０２】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１３、図１４を用いて説明する。

【０１０３】図１３は、はしご型配置の電子源の一例を
示す模式図である。図１３において、１３０は電子源基
板、１３１は電子放出素子である。１３２、Ｄｘ１〜Ｄ
ｘ１０は、電子放出素子１３１を接続するための共通配
線である。電子放出素子１３１は、基板１３０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。

【０１０４】図１４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。１４０はグリッド電極、１４１は電子が通過する
ための空孔、１４２はＤｏｘ１、Ｄｏｘ２・・・Ｄｏｘ
ｍよりなる容器外端子である。１４３はグリッド電極１
４０と接続されたＧ１、Ｇ２・・・Ｇｎからなる容器外
端子、１４４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１４においては、図１０、１３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
１０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１３０とフェースプレート１０
６の間にグリッド電極１４０を備えているか否かであ
る。

【０１０５】図１４においては、基板１３０とフェース
プレート１０６の間には、グリッド電極１４０が設けら
れている。グリッド電極１４０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１４１が設けられている。
グリッドの形状や設置位置は図１４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。

【０１０６】容器外端子１４２およびグリッド容器外端
子１４３は、不図示の制御回路と電気的に接続されてい
る。

【０１０７】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。

【０１０８】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。

【０１０９】

【実施例】実施例１本実施例で使用した電子放出素子を図３に示した。青板
ガラス基板１を有機溶剤で洗浄し、この基板上にＰｔの
＋電極２、およびＰｔの−電極３を形成したものであ
り、＋電極の円盤半径は４０ｕｍ、−電極の円形孔の半
径を５０ｕｍとした。したがって、電極間隔Ｌ１は１０
ｕｍとなっている。また、素子電極の幅Ｗ１は５００
μ、素子電極の厚さｄは１０００Åである。つづいてＢ
Ｊ法によるインクジェット装置２１｛図２（ｂ）｝を用
いて、有機Ｐｄ錯体含有溶液（ｃｃｐ４２３０奥野製
薬株式会社製）を電極間に滴下し、本電極上に有機Ｐｄ
錯体薄膜６（導電性薄膜形成用材料）を形成したが、そ
の際、有機Ｐｄ錯体薄膜６のドット中心と電極円盤の中
心が正確に合致するように、ＢＪのノズルと電極の相対
位置関係を調節した｛図３（ｂ）｝。

【０１１０】本有機Ｐｄ錯体薄膜６の半径は、液滴濃
度、重ね打ち回数、吐出条件によって変化できる。本実
施例ではドットの半径が６０ｕｍになるようにそれらの
条件を設定した。本有機Ｐｄ錯体薄膜６を８０℃、２分
間乾燥し、電気炉で３５０℃、１５分間の焼成を行なう
ことにより導電性無機ＰｄＯ薄膜４に変えた｛図３
（ｃ）｝。

【０１１１】次に、真空容器中で素子電極２と３の間に
電圧を印加し、導電性無機ＰｄＯ薄膜４をフォーミング
処理することにより、電子放出部５を形成した｛図３
（ｃ）｝。その結果、導電性無機ＰｄＯ薄膜４が施され
た電極ギャップ全領域にわたって均一な亀裂を形成する
ことができ、Ｖｆ＝１６Ｖの時、Ｉｆ＝２．８ｍＡ、Ｉ
ｅ＝２．０μＡ、η＝０．０７１％と十分良好な電子放
出特性が得られた。なお、この亀裂が電子放出部５であ
り、図３（ｃ）中の電子放出部５は電極ギャップ中心部
分のもののみを示した。フォーミング処理の電圧波形を
図６に示す。

【０１１２】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のマイナス６乗Ｔｏｒｒの真
空雰囲気下で６０秒間行った。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７の構成の測
定評価装置により測定した。

【０１１３】本電子放出素子およびアノード電極７４は
真空装置内に設置されており、その真空装置には排気ポ
ンプや不図示の真空計等の真空装置に必要な器具が具備
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のマイナス６乗Ｔｏｒｒとした。

【０１１４】上記実施例を表面伝導型電子放出素子を用
いて画像形成装置に適用したところ、高輝度で非常に均
一な画像が得られた。したがって薄型画像形成装置の品
質向上、ローコスト化に本発明が非常に有効であること
が確認された。

【０１１５】実施例２図４に本実施例で使用した電子放出素子を示す。青板ガ
ラス基板１を有機溶剤で洗浄し、この基板上にＰｔの＋
電極２、およびＰｔの−電極３を形成したものであり、
＋電極の円盤半径は７０ｕｍ、−電極の円形孔の半径を
１００ｕｍとした。したがって、電極間隔Ｌ２は３０ｕ
ｍとなっている。なお、素子電極幅Ｗ１は５００μ、素
子電極の厚さｄは１０００Åである。

【０１１６】つづいてＢＪ法によるインクジェット装置
２１｛図２（ｂ）｝を用いて、有機Ｎｉ錯体含有溶液
（ｃｃｐ４２３０奥野製薬株式会社製）を電極間に滴
下し、本電極上に有機Ｎｉ錯体薄膜６（導電性薄膜形成
用材料）を形成したが、その際有機Ｎｉ錯体薄膜６のド
ット中心と電極円盤の中心が正確に合致するように、Ｂ
Ｊのノズルと電極の相対位置関係を調節した｛図４
（ｂ）｝。

【０１１７】本有機Ｎｉ薄膜６の半径は、液滴濃度、重
ね打ち回数、吐出条件によって変化できる。本実施例で
はドットの半径が１２０ｕｍになるようにそれらの条件
を設定した。本有機Ｎｉ薄膜６を８０℃、２分間乾燥
し、電気炉で３５０℃、１５分間の焼成を行なうことに
より導電性無機ＮｉＯ薄膜４に変えた｛図４（ｃ）｝。
次に、実施例１と同様の条件下でフォーミング処理を行
い、電子放出部５を形成した｛図４（ｃ）｝。その結
果、導電性無機ＮｉＯ薄膜４が施された電極ギャップ全
領域にわたって均一な亀裂を形成することができ、Ｖｆ
＝１６Ｖ、Ｖａ＝１ｋＶの時、Ｉｆ＝２．５ｍＡ、Ｉｅ
＝１．５μＡ、η＝０．０６％と十分良好な電子放出特
性が得られた。なお、この亀裂が電子放出部５であり、
図４（ｃ）中の電子放出部５は電極ギャップ中心部分の
もののみを示した。

【０１１８】以上のようにして製造された素子につい
て、実施例１と同様の条件下で電子放出特性を測定し
た。

【０１１９】上記実施例を表面伝導型電子放出素子を用
いて画像形成装置に適用したところ、高輝度で非常に均
一な画像が得られた。したがって薄型画像形成装置の品
質向上、ローコスト化に本発明が非常に有効であること
が確認された。

【０１２０】比較例１電極間隔Ｌが１０ｕｍ、素子電極幅Ｗ１が５００μ、素
子電極の厚さｄが１０００Åの図５（ａ）に示すような
Ｈ型パターン平面図に、ＢＪ法によるインクジェット装
置２１｛図２（ｂ）｝を用いて、有機Ｎｉ含有液（ｃｃ
ｐ４２３０奥野製薬株式会社製）を電極間に滴下し、
有機Ｎｉ薄膜６（導電性薄膜形成用材料）を形成した。
その際、有機Ｎｉ薄膜６のドット中心と電極の中心が一
致するように、ＢＪのノズルと電極の相対位置関係を調
節し、直径１２０ｕｍのドット形状有機Ｎｉ薄膜６を形
成した｛図５（ｂ）｝。

【０１２１】つづいて本有機Ｎｉ薄膜６を８０℃、２分
間乾燥し電気炉で３５０℃、１５分間の焼成を行い、導
電性無機ＮｉＯ薄膜４に変えた｛図５（ｃ）｝。その
後、フォーミング処理を実施して電子放出部５を作成し
たが、導電性無機ＮｉＯ薄膜４の膜厚分布により、ドッ
トの中央部分で亀裂が太く、周辺亀裂が細く、不均一な
亀裂が形状された。その結果、Ｖｆ＝１６Ｖ、Ｖａ＝１
ｋＶの時、Ｉｆ＝２．１ｍＡ、Ｉｅ＝０．９μＡ、η＝
０．０４３％の特性を示し、均一な亀裂が形成された場
合にたいして６０％低い電子放出特性しか得られなかっ
た。

【０１２２】なお、フォーミング処理や電子放出特性測
定は実施例１と同様の条件下で行った。

【０１２３】

【発明の効果】以上説明したように、インクジェットま
たはＢＪ法によって付与した有機金属薄膜がドット形状
を有するために、導電性薄膜の中心から半径方向にはか
なり大きい膜厚分布を持ってしまう場合でも、本発明の
曲率を有した電極を用いることにより同一半径上に均一
な電子放出部を形成することが可能となった。本発明を
用い導電性薄膜をインクジェットまたはＢＪ法で作製す
るならば、大型真空薄膜形成装置等も必要とせず、その
ため成膜行程は大気中でおこなうことが可能となった。

【０１２４】また、今までは任意部分にのみに導電性薄
膜を形成するため、有機金属薄膜を加熱焼成処理した
後、リフトオフ、エッチング等によりパターニングする
行程が必要であったが、インクジェットまたはＢＪ法で
はこれらの行程が省け、作製行程が簡素化された。これ
により、良好な電子放出特性の電子放出素子、電子源、
表示パネル、画像形成装置をローコストで生産すること
が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】表面伝導型電子放出素子の１例を示す平面図
及び断面図。

【図２】本発明の電子放出素子の模式的製造方法を示
す断面図。

【図３】実施例１で用いた曲率を有する電極の電子放
出素子を示す平面図及び断面図。

【図４】実施例２で用いた曲率を有する電極の電子放
出素子を示す平面図及び断面図。

【図５】比較例１で用いたＨ型パタ−ン電極の電子放
出素子を示す平面図および断面図。

【図６】フォーミング処理における電圧波形。

【図７】測定評価機能を備えた真空処理装置の概略構
成図。

【図８】放出電流Ｉｅ、素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆ
との相関図。

【図９】単純マトリクス配置した電子源の概略構成
図。

【図１０】単純マトリクス配置の電子源を用いた表示
パネルの概略構成図。

【図１１】蛍光膜である。

【図１２】画像形成装置が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のブロック図。

【図１３】梯子配置の電子源。

【図１４】梯子配置の電子源を用いた表示パネルの概
略構成図。

【図１５】従来の表面伝導型電子放出素子の概略構成
図。

【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、６：有機金属錯体薄膜、２１：インクジェッ
ト装置、２２：液滴、２３：液溜、７０：導電性薄膜を
流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、７１：素
子電圧Ｖｆを印加するための電源、７２：電子放出部よ
り放出される放出電流Ｉｅを測定するための電流計、７
３：高圧電源、７４：放出電流Ｉｅを捕捉するためのア
ノード電極、７５：真空装置、７６：排気ポンプ、９
１：電子源基板、９２：Ｘ方向配線９３：Ｙ方向配線、
９４：表面伝導型電子放出素子、９５：結線、１０１：
リアプレ−ト、１０２：支持枠、１０３：ガラス基板、
１０４：蛍光膜、１０５：メタルバック、１０６：フェ
−スプレ−ト、１０７：高圧端子、１０８：外囲器、１
１１：黒色導電材、１１２：蛍光体、１２１：表示パネ
ル、１２２：走査回路、１２３：制御回路、１２４：シ
フトレジスタ、１２５：ラインメモリ、１２６：同期信
号分離回路、１２７：変調信号発生器、ＶｘおよびＶ
ａ：直流電圧源、１３０：電子源基板、１３１：電子放
出素子、１３２（Ｄｘ１〜Ｄｘ１０）：前記電子放出素
子を配線するための共通配線、１４０：グリッド電極、
１４１：電子が通過するための空孔、１４２：Ｄｏｘ
１、Ｄｏｘ２・・・Ｄｏｘｍよりなる容器外端子、１４
３：グリッド電極１４０と接続されたＧ１、Ｇ２。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上の一対の電極間に電子放出部を有
する電子放出素子用の電極であって、前記一対の電極の
対向部分を相互に一定の曲率で形成されたことを特徴と
する電極。
【請求項２】基板上の一対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、金属化合物を含む導電性
薄膜形成用材料の液滴を前記電極間に付与し、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、前記一対の電極の対向部分を相互に一
定の曲率で形成された電極を用いることを特徴とする電
子放出素子の製造方法。
【請求項３】前記電子放出素子は、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２に記載の電子放
出素子の製造方法。
【請求項４】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２に記載の電子放出素子の
製造方法。
【請求項５】前記のインクジェット方式がバブルジェ
ット方式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６】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２から５のいずれかに記載の方法で製造する
ことを特徴とする電子源の製造方法。
【請求項７】電子放出素子及び該素子への電圧印加手
段と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２から５のいずれ
かに記載の方法で製造することを特徴とする表示パネル
の製造方法。
【請求項８】電子放出素子および該素子への電圧印加
手段と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２
から５いずれかに記載の方法で製造することを特徴とす
る画像形成装置の製造方法。
【請求項９】前記導電性薄膜形成用材料が電極間に、
電子放出部を含む導電性薄膜を形成するための材料で、
主成分として下記式（１）【化１】（但し、Ｒ₁ 、Ｒ₂ ＝炭素数１−４のアルキル基、ｌ＝
２−４の整数、ｍ＝１−４の整数、ｎ＝０−２の整数、
Ｍ＝金属）で表わされる有機金属錯体を含有することを
特徴とする請求項２に記載の電子放出素子の製造方法。