JPH09115431A - 凹凸を有する基板、並びにそれを用いた電子放出素子、電子源、表示パネルおよび画像形成装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子放出素子製造方法では不都合である、大
面積基板に素子を形成する点と共に、製造コストが高い
という点を解決し、さらに導電性薄膜の膜厚を均一化し
て良好な電子放出素子、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】 基板上の対向する電極間に金属組成物を
含む導電性薄膜形成用材料を液体の状態で付与し、加熱
焼成する過程を経て電子放出部を形成する製造方法にお
いて、凹凸を有する基板を用い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、とりわけ凹凸を有する基板
並びにそれを用いた電子放出素子、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、“Ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓ
ｉｏｎ”、Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｐｈｙｓｉｃｓ、８、８９（１９５６）あるいはＣ．
Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ、“ＰＨＹＳＩＣＡＬ Ｐｒｏｐｅｒ
ｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌｄ ｅ
ｍｉｓｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｍｏｌ
ｙｂｄｅｎｉｕｍ ｃｏｎｅｓ”、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、
“Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｕｎｎｅｌ−Ｅｍｉｓ
ｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ”、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
ｔｒｏｎ Ｐｈｙｓ．、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：“Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉ
ｌｍｓ”、９、３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／Ｓ
ｎＯ₂ 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎｄ
Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．
ＥＤ Ｃｏｎｆ．”、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１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〜１ｍｍ、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する課題】しかしながら従来の電
子放出素子製造方法では、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、製造コストが高いという不
都合があった。

【０００９】また、付与した液滴が膜厚分布を生じるた
めに、均一な薄膜が得られずフォ−ミング処理によって
得られる亀裂状態を均一に制御することが困難となり、
良好な電子放出効率が得られなかった。

【００１０】本発明の目的は、従来技術における電子放
出素子製造方法では不都合である、大面積基板に素子を
形成する点とともに、製造コストが高いという点を解決
し、さらに導電性薄膜の膜厚を均一化し良好な電子放出
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。

【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、電子放出素子を製造
するための基板として、凹凸を有する基板を用いること
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。

【００１２】すなわち本発明の電子放出素子の製造方法
は、基板上の対向する電極間に金属組成物を含む導電性
薄膜形成用材料を液体の状態で付与し、加熱焼成する過
程を経て電子放出部を形成する製造方法において、凹凸
を有する基板を用いることを特徴とするものである。

【００１３】このように、本発明では、凹凸を有する基
板を用いることによって、導電性薄膜の膜厚を均一化で
き、良好な電子放出特性を有する電子放出素子、電子
源、表示パネル及び画像形成装置を製造できる。

【００１４】本発明は、電子源、表示パネル及び画像形
成装置の製造方法をも包含する。

【００１５】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。

【００１６】本発明の表示パネルの製造方法は、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
具備する表示パネル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】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。

【００１８】以下に、本発明を更に詳しく説明する。

【００１９】本発明で用いる凹凸を有する基板は、基板
表面に１〜１００ｎｍ程度の凹凸が形成されているもの
であり、その凹凸の形成方法としてイオン照射や化学エ
ッチング等の方法が用いられる。

【００２０】上記の金属組成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ｎｇ程度から
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。

【００２１】上記手段で基板に付与された金属組成物溶
液は乾燥、焼成工程を経て、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。

【００２２】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。

【００２３】図２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２（ａ）は平面
図、２（ｂ）は断面図である。

【００２４】図２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。

【００２５】基板１としては、石英ガラス、Ｎａ等の不
純物含有量の減少したガラス、青板ガラス、青板ガラス
にスパッタ法等により形成したＳｉＯ_２ を積層したガ
ラス基板およびアルミナ等のセラミックスおよびＳｉ基
板等が挙げられるが、本発明はこれらのみに限定される
ものではない。

【００２６】基板１の有する凹凸の形成手段としては、
イオン照射、化学エッチング等が挙げられるが、本発明
はこれらのみに限定されるものではない。

【００２７】基板１の有する凹凸の形成箇所について
は、基板全体、基板表面全体、基板表面の一部等が挙げ
られるが、本発明はこれらのみに限定されるものではな
い。

【００２８】基板１の有する凹凸の大きさについては、
１〜１００ｎｍの範囲が挙げられるが、本発明はこれら
のみに限定されるものではない。

【００２９】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、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。

【００３０】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。

【００３１】尚、図２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。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１０オングストロームから５００オングストロ
ームの範囲とするのが良い。その抵抗値は、Ｒ_S が１０
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。

【００３２】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。

【００３３】導電性薄膜４を構成する材料は、Ｐｄ、Ｐ
ｔ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆ
ｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ、Ｓ
ｎＯ₂、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 、ＰｂＯ、Ｓｂ₂ Ｏ₃ 等の金属酸化
物等の中から適宜選択される。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１
０Åから２００Åの範囲である。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】「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。

【００３９】「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”（ｕｌｔｒａ ｆｉｎｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ）と呼
ぶことにした。すると１個の超微粒子はおよそ１００〜
１０の８乗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） 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。

【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。

【００４１】以下、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２に示した部位
と同じ部位には、図２に付した符号と同一の符号を付し
ている。

【００４２】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、イオン照射、化学エッチング等
により基板１に凹凸を形成した後に真空蒸着法、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−技術で基板１上に素子電極２、３を形成する
｛図３（ａ）｝。

【００４３】２）素子電極２、３を設けた基板１に、有
機金属溶液（導電性薄膜形成用材料）をインクジェット
装置３１で電極間に滴下して、有機金属薄膜６にする
｛図３（ｃ）｝。有機金属溶液には、前述の導電性薄膜
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。次に、有機金属薄膜を乾燥、加熱
焼成処理し、導電性薄膜４を形成する｛図３（ｄ）｝。

【００４４】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（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４に示す。

【００４５】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）に示した方法がある。

【００４６】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。

【００４７】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（フォーミング処理時のピーク電圧）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。

【００４８】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。

【００４９】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。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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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、５００
Å以下の範囲とするのが好ましい。

【００５３】５）このような工程を経て得られた電子放
出素子は、安定化工程を施すことが好ましい。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。

【００５４】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。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。

【００５５】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、１×１０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。

【００５６】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。

【００５７】上述した工程を経て得られた本発明に適用
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。

【００５８】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２に示した部
位と同じ部位には図２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Ｖｆ
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。

【００５９】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、
所望の真空雰囲気中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、前述のフォーミング
工程以降の工程も行うことができる。

【００６０】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。

【００６１】図６からも明らかなように、本発明に適用
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。

【００６２】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Ｖｆ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。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。

【００６３】（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。

【００６４】（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。

【００６５】以上の説明から理解されるように、本発明
に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。

【００６６】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。
本発明に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。本発明に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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】以下この原理に基づき、本発明に適用可能
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。

【００７１】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）。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】７４は図２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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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、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８
５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。

【００８２】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。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。
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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】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。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】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、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１０４に入力さ
れる。

【００９２】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Ｔ_SFT に基づいて動
作する（すなわち、制御信号Ｔ_SFT 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、Ｉｄ
１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。

【００９３】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１０７に入力される。

【００９４】変調信号発生器１０７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１０１内の表面伝導型電子放出素子に印
加される。

【００９５】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。

【００９６】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。

【００９７】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。

【００９８】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。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】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。

【０１０２】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。

【０１０３】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。

【０１０４】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。

【０１０５】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１１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。

【０１０６】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。

【０１０７】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。

【０１０８】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。

【０１０９】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。

【０１１０】

【実施例】実施例１ 電子放出素子として図２に示すタイプの電子放出素子を
作成した。図２（ａ）は本素子の平面図を、図２（ｂ）
は断面図を示している。また、図２（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は導電性薄膜、５は電子放
出部を示す。なお、図中のＬ１は素子電極間隔、Ｗ１は
素子電極の幅、ｄは素子電極の厚さ、Ｗ２は薄膜の幅を
表している。

【０１１１】図３を用いて、本実施例の電子放出素子の
製造方法を述べる。まず絶縁性基板１として石英ガラス
基板を用意し、これを有機溶剤により充分に洗浄した。
次にこの基板にガン電圧３ｋＶ、ガン電流０．５ｍＡ、
入射角４５°の条件でＡｒイオンを３０分間照射した。
このとき基板表面には不図示の微小な（５ｎｍ程度）凹
凸が形成された。次にこの基板面上にＮｉからなる素子
電極２、３を形成した｛図３（ａ）｝。素子電極間隔Ｌ
１は３μとし、素子電極の幅Ｗ１を５００μ、その厚さ
ｄを１０００Åとした。

【０１１２】ジメチルスルホキシド４０重量％の水溶液
を任意量調製し、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減圧して赤褐色のペー
ストとなるまで溶媒を蒸発させた。上記の暗赤色溶液
（導電性薄膜形成用材料）の液滴３２をバブルジェット
方式のインクジェット装置３１によって電極２、３にま
たがるような液溜３３のように付与した｛図３
（ｂ）｝。次にこの有機金属薄膜６｛図３（ｃ）｝を８
０℃で２分乾燥させた後、３５０℃で１２分焼成して主
として酸化パラジウムである導電性薄膜４を形成した
｛図３（ｄ）｝。

【０１１３】ここで光学顕微鏡を用いて観察したとこ
ろ、薄膜の大きな膜厚むらは観察されず、ほぼ均一な膜
厚の薄膜が形成されていた。

【０１１４】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５を作成した
｛図３（ｄ）｝。フォーミング処理の電圧波形を図４に
示す。

【０１１５】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（フォーミング処理時のピーク電圧）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。このように作成され
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５０Åであった。

【０１１６】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。本電子放出素子およびアノード電極５４は
真空装置５５内に設置されており、その真空装置５５に
は排気ポンプ５６および不図示の真空計等の真空装置５
５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５４と電子放出素子間の距離を４ｍ
ｍ、アノード電極５４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ｔ
ｏｒｒとした。

【０１１７】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では平均素子電流Ｉｆ
が０．８ｍＡ、放出電流Ｉｅが０．６２μＡとなり、電
子放出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆ（％）は０．０８％であっ
た。

【０１１８】また素子の電子放出効率のばらつきは、１
５％であった。（尚、素子は基板上に１０コある）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。

【０１１９】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。以下、
実施例１と同様にして電子放出素子を作成し、実施例１
と同様な電子放出効率や電子放出効率のばらつきが得ら
れることを確認した。

【０１２０】実施例３ 複数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溶液液滴３２をバブルジェット方
式のインクジェット装置３１により付与して乾燥、加熱
焼成したのち、フォーミング処理を行い電子源基板７１
とした。この電子源基板７１によリアプレート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の概念図に従う表示パネルを作成した。

【０１２１】実施例４ 電子放出素子として図２に示すタイプの電子放出素子を
作成した。

【０１２２】図３を用いて、本実施例の電子放出素子の
製造方法を述べる。まず絶縁性基板１として石英ガラス
基板を用意し、これを有機溶剤により充分に洗浄した。
次にこの基板を０．０５重量％のフッ化水素水溶液に室
温で５分間浸してから取り出し、水洗後これをさらに有
機溶剤により充分洗浄した。このとき基板表面には不図
示の微小（５ｎｍ程度）凹凸が形成された。

【０１２３】さらに有機溶剤により充分に洗浄した。次
にこの基板面上にＮｉからなる素子電極２、３を形成し
た｛図３（ａ）｝。素子電極間隔Ｌ１は３μとし、素子
電極の幅Ｗ１を５００μ、その厚さｄを１０００Åとし
た。

【０１２４】ジメチルスルホキシド４０重量％の水溶液
を任意量調製し、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減圧して赤褐色のペー
ストとなるまで溶媒を蒸発させた。上記の暗赤色溶液
（導電性薄膜形成用材料）の液滴３２をバブルジェット
方式のインクジェット装置３１によって電極２、３にま
たがるような液溜３３のように付与した｛図３
（ｂ）｝。次にこの有機金属薄膜６｛図３（ｃ）｝を８
０℃で２分乾燥させた後、３５０℃で１２分焼成して主
として酸化パラジウムである導電性薄膜４を形成した
｛図３（ｄ）｝。

【０１２５】ここで光学顕微鏡を用いて観察したとこ
ろ、薄膜の膜厚むらは観察されず、均一な膜厚の薄膜が
形成されていた。

【０１２６】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５を作成した
｛図３（ｄ）｝。フォーミング処理の電圧波形を図４に
示す。

【０１２７】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。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５
０Åであった。

【０１２８】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。本電子放出素子およびアノード電極５４は
真空装置５５内に設置されており、その真空装置５５に
は排気ポンプ５６および不図示の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５４と電子放出素子間の距離を４ｍ
ｍ、アノード電極５４の電位を１ｋＶ、電子放出特性測
定時の真空装置５５内の真空度を１×１０のマイナス６
乗ｔｏｒｒとした。

【０１２９】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
１．０ｍＡ、放出電流Ｉｅが０．８μＡとなり、電子放
出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆ（％）は０．０８％であった。

【０１３０】また素子ごとの電子放出効率のばらつき
は、１５％であった。（尚、基板上に素子が１０コあ
る）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。

【０１３１】実施例５ 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。以下、
実施例４と同様にして電子放出素子を作成し、実施例４
と同様な電子放出効率や電子放出効率のばらつきが得ら
れることを確認した。

【０１３２】実施例６ 複数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４と同様
にして有機金属化合物溶液液滴３２をバブルジェット方
式のインクジェット装置３１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。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の概念図に従う表
示パネルを作成した。

【０１３３】比較例１ 電子放出素子として図２に示すタイプの電子放出素子を
作成した。

【０１３４】図３を用いて、本比較例の電子放出素子の
作成方法を述べる。まず絶縁性基板１として石英ガラス
基板を用意し、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３
（ａ）｝。素子電極間隔Ｌ１は３μとし、素子電極の幅
Ｗ１を５００μ、その厚さｄを１０００Åとした。

【０１３５】ジメチルスルホキシド４０重量％の水溶液
を任意量調製し、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減圧して赤褐色のペー
ストとなるまで溶媒を蒸発させた。上記の暗赤色溶液
（導電性薄膜形成用材料）の液滴３２をバブルジェット
方式のインクジェット装置３１によって電極２、３にま
たがるような液溜３３のように付与した｛図３
（ｂ）｝。次にこの有機金属薄膜６｛図３（ｃ）｝を８
０℃で２分乾燥させた後、３５０℃で１２分焼成して主
として酸化パラジウムからなる導電性薄膜４を形成した
｛図３（ｄ）｝。

【０１３６】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５を作成した
｛図３（ｄ）｝。フォーミング処理の電圧波形を図３に
示す。

【０１３７】本比較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。このように作成された電
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５
０Åであった。

【０１３８】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。本電子放出素子およびアノード電極５４は
真空装置５５内に設置されており、その真空装置５５に
は排気ポンプ５６および不図示の真空計等の真空装置５
５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のマイナス６乗ｔｏｒｒと
した。

【０１３９】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０．６２μＡとなり、電子
放出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆ（％）は０．０８％であった。

【０１４０】また素子ごとの電子放出効率のばらつきは
３７％であった。尚、バラツキは基板上に前述の素子を
１０コ作成したもののバラツキである。比較例２ ジメチルスルホキシド３０重量％の水溶液を任意量調製
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。
以下、比較例１と同様にして電子放出素子を作成し、比
較例１と同様な電子放出効率や電子放出効率のばらつき
が得られることを確認した。

【０１４１】

【発明の効果】以上に説明したように本発明の方法に従
い電子放出素子を形成するならば、インクジェット方式
で液滴を付与するため、大型真空薄膜形成装置を用いる
ことなく成膜工程が簡素化され低コストで大面積にわた
って素子を形成できる。さらに本発明に従い電子放出素
子を形成するならば、凹凸を有する基板を用いており面
の粗度が増大しているので金属組成物を含む溶液の液滴
を基板に部分的に付与する工程において、基板に付与し
た液滴の真の接触角が９０度よりも小さくかつ基板の有
する凹凸によって面の粗度が増大するために、液滴の見
かけの接触角が減少するので液滴が濡れやすくなり、液
滴が均一に拡がることができるため、所望の均一の膜厚
や、所望の素子特性を容易に得ることができるので、良
好な電子放出素子、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ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の表面伝導型電子放出素子の１例を示す
概略平面図および構成図。

【図２】 表面伝導型電子放出素子の１例を示す概略平
面図および断面図。

【図３】 電子放出素子の作製方法の模式的断面図。

【図４】 本発明の電子放出素子のフォーミング処理の
電圧波形。

【図５】 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。

【図６】 本発明の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との関係の典型例を示すグ
ラフ。

【図７】 単純マトリクス配置の電子源の概略構成図。

【図８】 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９】 蛍光膜。

【図１０】 画像形成装置をＮＴＳＣ方式のテレビ信号
に応じて表示を行う例の駆動回路のブロック図。

【図１１】 梯子配置の電子源の概略構成図。

【図１２】 梯子配置の電子源を用いた表示パネルの概
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：有機金属薄膜、３１：インクジェット装
置、３２：液滴、 ３３：液溜、５０：素子電流Ｉｆを
測定する電流計、５１：素子電圧Ｖｆを印加する電源、
５２：放出電流Ｉｅを測定する電流計、５３：高圧電
源、５４：放出電流Ｉｅを捕捉するアノード電極、５
５：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：表面伝導
型電子放出素子、７５：結線、８１：リアプレート、８
２：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：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Ｖａ：直流電圧源、１１０：電子源基板、１
１１：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
リッド電極、１２１：電子が通過するための空孔、１２
２：Ｄｏｘ１Ｄｏｘ２・・・Ｄｏｘｍからなる容器外端
子、１２３：グリッド電極１２０と接続されたＧ１、Ｇ
２。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上の対向する電極間に金属組成物を
   含む導電性薄膜形成用材料を液体の状態で付与し、加熱
   焼成する過程を経て電子放出部を形成する製造方法にお
   いて、凹凸を有する基板を用い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】 前記電子放出素子が表面伝導型電子放出
   素子である請求項１に記載の電子放出素子製造方法。
3. 【請求項３】 前記の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
   子製造方法。
4. 【請求項４】 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３に記載の電子
   放出素子製造方法。
5. 【請求項５】 前記の基板が有する凹凸の形成手段が、
   イオン照射であることを特徴とする請求項１に記載の電
   子放出素子製造方法。
6. 【請求項６】 前記の基板の有する凹凸の形成手段が、
   化学エッチングであることを特徴とする請求項１に記載
   の電子放出素子製造方法。
7. 【請求項７】 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１〜６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。
8. 【請求項８】 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１〜６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。
9. 【請求項９】 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１
   〜６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。