JPH09213210A - 電子放出素子、電子源基板および表示パネルの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 導電性薄膜の形状の再現性を向上し、素子特
性のばらつきのない均一な表面伝導型電子放出素子を提
供することにある。 【技術手段】 絶縁性基板１上に、一対の素子電極２，
３を形成し、その素子電極間を接続する導電性薄膜４を
形成し、その導電性薄膜に電子放出部５を形成する電子
放出素子の製造方法において、前記導電性薄膜を形成す
る際、前記素子電極を形成された前記絶縁性基板を該素
子電極の配列方向に傾けた状態で前記一対の素子電極間
に導電膜を形成する材料を含む溶液を液滴の状態で付与
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子源基板、電子
源、表示パネルおよび画像形成装置等に用いられる表面
伝導型電子放出素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子放出素子として熱電子源と冷
陰極電子源の２種類が知られている。冷陰極電子源には
電界放出型（以下、「ＦＥ型」と略す）、金属／絶縁層
／金属型（以下、「ＭＩＭ型」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．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”、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７
５２４８（１９７６）等が知られている。

【０００３】ＭＩＭ型の例としてはＣ．Ａ．Ｍｅａｄ、
“Ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ ａｍｐｌ
ｉｆｉｅｒ”、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、３２ ６４
６（１９６１）等が知られている。

【０００４】表面伝導型電子放出素子型の例としては、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ、Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ．Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓ．、１０（１９６５）等がある。
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ＳｎＯ
₂ 薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によるもの［Ｇ．Ｄｉｔ
ｔｍｅｒ：“Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ”、９
３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 薄膜に
よるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎｄ Ｃ．Ｇ．Ｆ
ｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ＥＤ Ｃｏｎ
ｆ．”、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。

【０００５】これらの表面伝導型電子放出素子の典型的
な素子構成として前述のＭ．ハートウェルの素子構成を
図１４に示す。同図において１は基板である。４は導電
性薄膜で、スパッタによりＨ型形状のパターンに形成さ
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。図中の素子電極間隔Ｌは０．５ｍｍ〜１ｍｍ、導電
性薄膜４の幅Ｗ’は０．１ｍｍに設定されている。な
お、電子放出部５の位置および形状は、不確定であるの
で模式的に表わしてある。

【０００６】従来、これらの表面伝導型電子放出素子に
おいては、電子放出を行なう前に導電性薄膜４に予め通
電フォーミングと呼ばれる通電処理を施して電子放出部
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の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。なお、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なわ
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。

【０００７】上述の表面伝導型放出素子は構造が単純で
製造も容易であることから大面積にわたり多数の素子を
配列形成できる利点がある。そこでこの特徴を生かせる
ようないろいろな応用が研究されている。例えば、荷電
ビーム源、画像表示装置等の表示装置があげられる。

【０００８】図１５は、本出願人による特開平２−５６
８２２号に開示されている電子放出素子の構成を示す。
同図において、１は基板、２および３は素子電極、４は
導電性薄膜、５は電子放出部である。この電子放出素子
の製造方法としては、様々な方法があるが、例えば基板
１に一般的な真空蒸着技術や、フォトリソグラフィ技術
により素子電極２，３を形成する。次いで導電性薄膜４
は分散塗布法等によって形成する。その後、素子電極
２，３に電圧を印加し通電処理を施すことによって電子
放出部５を形成する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来例
による製造方法は、半導体プロセスを主とする方法で製
造するものであるために、現行の技術では大面積に電子
放出素子を形成することが困難であり、かつ特殊で高価
な製造装置を必要とし、生産コストが高いといった欠点
があった。

【００１０】上記の欠点を解消するため、本出願人によ
る特願平７−２８９１５４号には、前記一対の素子電極
間に、導電膜を形成する材料の溶液を液滴の状態で付与
することによって、電子放出素子を形成するための導電
性薄膜を形成することが記載されている。

【００１１】しかしながら、特願平７−２８９１５４号
に記載された製造方法によれば、一対の素子電極間に導
電膜を形成する材料の溶液を液滴の状態で付与すること
によって導電性薄膜を形成するために、前記基板や素子
電極等の液滴とのぬれ性が異なる等の理由により、基板
上に着弾した液滴の形状が異なり、導電性薄膜の形状が
素子毎に異なり、素子特性にばらつきが発生する欠点が
生じる場合があった。

【００１２】そこで本発明の目的は、導電性薄膜の形状
の再現性を向上し、素子特性のばらつきのない均一な、
表面伝導型電子放出素子およびそれを有する電子源基
板、電子源、表示パネル、画像形成装置を提供すること
にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成すべく
成された本発明は、絶縁性基板上に、一対の素子電極を
形成し、その素子電極間を接続する導電性薄膜を形成
し、その導電性薄膜に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、前記導電性薄膜を形成する工程
は、前記素子電極を形成された前記絶縁性基板を該一対
の素子電極間に高低差ができる方向に傾けた状態で前記
一対の素子電極間に導電膜を形成する材料を含む溶液を
液滴の状態で付与する工程を含むことを特徴とする。

【００１４】前記液滴の付与はインクジェット方式によ
り行なうことが好ましく、インクジェット方式の中でも
バブルジェット方式で行なうことがさらに好ましい。ま
た、前記液滴の付与工程における前記基板の傾きは、水
平面に対し、１０度以上とすることが好ましい。

【００１５】上記の方法を適用して絶縁基板上に配列さ
れた複数の電子放出素子を形成し、かつこれらの素子電
子放出素子間の配線および該素子への電圧印加用端子を
形成することにより本発明の電子源基板を製造すること
ができる。

【００１６】さらにこの電子源基板と該基板上の電子放
出素子から放出される電子を受けて発光する発光体を一
体化し、内部を真空にすることによって本発明の表示パ
ネルを製造でき、さらにこの表示パネルと駆動回路とを
組み合わせることにより画像形成装置を製造することが
できる。

【００１７】

【作用】本発明によれば、絶縁基板を傾けて素子電極間
に高低差をつけた状態で液滴を付与するため、下側の素
子電極側が厚く、上側の素子電極側が薄い分布となり、
液滴の形状の再現性がよくなる。また、形成された導電
性薄膜もその膜厚分布の再現性がよくなり、通電フォー
ミングにより電子放出部を形成する場合も、その形状お
よび位置の再現性がよい。したがって、同一基板上に複
数の電子放出素子を形成する場合も素子特性のばらつき
を極めて小さく作成することができる。

【００１８】

【発明の実施の態様】以下に図面を用いて本発明を詳細
に説明する。

【００１９】図１は本発明の一実施例に係る電子放出素
子の製造方法を、図２は本発明の製造方法により作成さ
れた表面伝導型電子放出素子の一実施態様を示す図であ
る。図１，２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、６は液滴付与装置、
７は液滴である。

【００２０】ここで用いられる液滴付与装置６の具体例
を挙げるならば、任意の液滴を形成できる装置であれば
どのような装置でもかまわないが、特に十数ｎｇ程度か
ら数十ｎｇ程度の範囲で制御が可能で、かつ数十ｎｇ程
度以上の微小量の液滴が容易に形成できるバブルジェッ
ト等のインクジェット方式の装置がよい。また、導電性
薄膜４を形成するための材料は、液滴が形成できる状態
であればどのような状態でもかまわないが、水、溶剤等
に以下で詳述する材料を分散、溶解した溶液、有機金属
溶液等を用いることができる。本発明の製造方法によれ
ば、素子電極２，３を形成された基板１（図１ａ）をに
示すように傾けて液滴７を付与する（図１ｂ）ことによ
り、基板１上に着弾した液滴７（図１ｃ）の形状に分布
を形成することができる（図１ｄ）が、その場合、基板
１の傾きは、着弾した液滴７の形状に分布ができる傾き
とする必要がある。傾きは、一般的には、１０度〜６０
度の範囲とするのが良い。

【００２１】基板１としては、石英ガラス、Ｎａ等の不
純物含有量の少ないガラス、青板ガラス、ＳｉＯ₂ を表
面に形成したガラス基板およびアルミナ等のセラミック
ス基板が用いられる。

【００２２】素子電極２，３の材料としては一般的な導
電体が用いられ、例えばＮｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，
Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属あるいは合金、
Ｐｄ，Ａｇ，Ａｕ，ＲｕＯ₂ ，Ｐｄ−Ａｇ等の金属ある
いは金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体、Ｉ
ｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ 等の透明導電体、およびポリシリコ
ン等の半導体材料等から適宜選択される。

【００２３】素子電極間隔Ｌは好ましくは数百Å〜数百
μｍである。また通電フォーミング時に素子電極間に印
加する電圧は低い方が望ましく、電子放出部５を再現良
く作成することが要求されるため、より好ましい素子電
極間隔Ｌは数μｍ〜数十μｍである。素子電極長さＷ’
は電極の抵抗値や電子放出特性から数μｍ〜数百μｍが
好ましい。また素子電極２，３の膜厚ｄは、数百Å〜数
μｍが好ましい。

【００２４】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からなるのが特に好
ましく、その膜厚は素子電極２，３へのステップカバレ
ージ、素子電極２，３間の抵抗値および後述する通電フ
ォーミング条件等によって、適宜設定されるが、好まし
くは数Åから数千Åで、特に好ましくは１０Å〜５００
Åである。そのシート抵抗値は１０³ ないし１０⁷ オー
ム／□である。

【００２５】また導電性薄膜４を構成する材料は、Ｐ
ｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃ
ｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属、Ｐｄ
Ｏ，ＳｎＯ₂ ，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ，ＰｂＯ，Ｓｂ₂ Ｏ₃ 等の酸
化物、ＨｆＢ₂ ，ＺｒＢ₂ ，ＬａＢ₆ ，ＣｅＢ₆ ，ＹＢ
₄ ，ＧｄＢ₄ 等の硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，Ｔ
ａＣ，ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，Ｈｆ
Ｎ等の窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体、およびカーボン
等が挙げられる。

【００２６】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
しており、微粒子の粒径は数Åから数千Åであり、好ま
しくは１０Å〜２００Åである。

【００２７】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であり、通電フォーミング等により
形成される。また亀裂内には数Åから数百Åの粒径の導
電性微粒子を有することもある。この導電性微粒子は導
電性薄膜４を構成する物質の少なくとも一部の元素を含
んでいる。また電子放出部５およびその近傍の導電性薄
膜４は炭素および炭素化合物を有することもある。

【００２８】また、電子放出部５は、導電性薄膜４およ
び素子電極２，３が形成された素子に通電フォ−ミング
と呼ばれる通電処理を行って形成する。通電フォーミン
グは素子電極２，３間に不図示の電源より通電を行い、
導電性薄膜４を局所的に破壊、変形もしくは変質せし
め、構造を変化させた部位を形成させるものである。こ
の局所的に構造変化させた部位を電子放出部５と呼ぶ
（図１ｄ）。通電フォーミングの電圧波形の例を図３に
示す。

【００２９】電圧波形は特にパルス波形が好ましく、パ
ルス波高値が一定の電圧パルスを連続的に印加する場合
（図３ａ）と、パルス波高値を増加させながら電圧パル
スを印加する場合（図３ｂ）とがある。

【００３０】まずパルス波高値が一定電圧とした場合
（図３ａ）について説明する。図３ａにおけるＴ１およ
びＴ２は電圧波形のパルス幅とパルス間隔であり、Ｔ１
を１マイクロ秒〜１０ミリ秒、Ｔ２を１０マイクロ秒〜
１００ミリ秒とし、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子の形態に応
じて適宜選択し、適当な真空度、例えば、１０^-5ｔｏｒ
ｒ程度の真空雰囲気下で、数秒から数十分印加する。な
お、素子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い。

【００３１】次にパルス波高値を増加させる場合（図３
ｂ）について説明する。図３ｂにおけるＴ１およびＴ２
は、図３ａと同様であり、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
度づつ増加させ適当な真空雰囲気下で印加する。

【００３２】なお、これらの通電フォーミング処理は、
パルス印加後のパルス休止期に、導電性薄膜４を局所的
に破壊、変形しない程度の電圧、例えば０．１Ｖ程度の
電圧で素子電流を測定して抵抗値を求め、それが例えば
１Ｍオーム以上の抵抗を示した時に通電フォーミング終
了とする。

【００３３】次に通電フォーミングが終了した素子に活
性化工程と呼ぶ処理を施すことが望ましい。活性化工程
とは、例えば１０^-4〜１０^-5ｔｏｒｒ程度の真空度で、
通電フォーミング同様、パルス波高値が一定の電圧パル
スを繰り返し印加する処理のことであり、真空中に存在
する有機物質に起因する炭素および炭素化合物を導電薄
膜上に堆積させ素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅを著しく変
化させる処理である。活性化工程は素子電流Ｉｆと放出
電流Ｉｅを測定しながら、例えば放出電流Ｉｅが飽和し
た時点で終了する。また印加する電圧パルスは動作駆動
電圧で行うことが好ましい。

【００３４】なお、ここで炭素および炭素化合物とはグ
ラファイト（単、多結晶双方を指す）、非晶質カーボン
（非晶質カーボンと多結晶グラファイトの混合物を指
す）であり、その膜厚は５００Å以下が好ましく、より
好ましくは３００Å以下である。

【００３５】こうして作成した電子放出素子をフォーミ
ング工程および活性化工程における真空度よりも高い真
空度の雰囲気下に置いて動作駆動させるのが良い。また
更に高い真空度の雰囲気下で、８０℃〜１５０℃の加熱
後動作駆動させることが望ましい。

【００３６】なお、フォーミング工程および活性化処理
した真空度より高い真空度とは、例えば約１０^-6以上の
真空度であり、より好ましくは超高真空系であり、新た
に炭素および炭素化合物が導電性薄膜上にほとんど堆積
しない真空度である。こうすることによって素子電流Ｉ
ｆ、放出電流Ｉｅを安定化させることが可能になる。

【００３７】図４は電子放出特性を測定するための測定
評価装置の概略構成図である。図４において、４１は電
子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源、４２
は素子電極２，３間の導電性薄膜４を流れる素子電流１
ｆを測定するための電流計、４３は素子の電子放出部よ
り放出される放出電流１ｅを測定するためのアノード電
極、４４はアノード電極４３に電圧を印加するための高
圧電源、４５は素子の電子放出部５より放出される放出
電流１ｅを測定するための電流計、４６は真空装置、４
７は排気ポンプである。

【００３８】次に本発明の画像形成装置について述べ
る。画像形成装置に用いられる電子源基板は複数の表面
伝導型電子放出素子を基板上に配列することにより形成
される。表面伝導型電子放出素子の配列の方式には表面
伝導型電子放出素子を並列に配置し、個々の素子の両端
を配線で接続するはしご型配置（以下はしご型配置電子
源基板と呼ぶ）や、表面伝導型電子放出素子の一対の素
子電極にそれぞれＸ方向配線、Ｙ方向配線を接続した単
純マトリクス配置（以下マトリクス型配置電子源基板と
呼ぶ）が挙げられる。なお、はしご型配置電子源基板を
有する画像形成装置には電子放出素子からの電子の飛翔
を制御する電極である制御電極（グリッド電極）を必要
とする。

【００３９】以下この原理に基づき構成した電子源の構
成について、図５を用いて説明する。５１は電子源基
板、５２はＸ方向配線、５３はＹ方向配線、５４は表面
伝導型電子放出素子、５５は結線である。

【００４０】同図において電子源基板５１に用いる基板
は前述したガラス基板等であり、用途に応じて形状が適
宜設定される。ｍ本のＸ方向配線５２は、ＤＸ１，ＤＸ
２，・・・・・・ＤＸｍからなり、Ｙ方向配線５３はＤＹ１，
ＤＹ２，・・・・・・ＤＹｎのｎ本の配線よりなる。また多数
の表面伝導型素子にほぼ均等な電圧が供給されるように
材料、膜厚、配線幅が適宜設定される。これらｍ本のＸ
方向配線５２とｎ本のＹ方向配線５３間は不図示の層間
絶縁層により電気的に分離されてマトリックス配線を構
成する（ｍ，ｎは共に正の整数）。

【００４１】不図示の層間絶縁層はＸ方向配線５２を形
成した電子源基板５１の全面あるいは一部に所望の領域
に形成される。Ｘ方向配線５２とＹ方向配線５３はそれ
ぞれ外部端子として引き出される。さらに表面伝導型電
子放出素子５４の素子電極（不図示）がｍ本のＸ方向配
線５２とｎ本のＹ方向配線５３と結線５５によって電気
的に接続されている。表面伝導型電子放出素子５４は基
板あるいは不図示の層間絶縁層上のどちらに形成しても
よい。

【００４２】また詳しくは後述するが前記Ｘ方向配線５
２にはＸ方向に配列する表面伝導型電子放出素子５４の
行を入力信号に応じて走査するための走査信号を印加す
るための不図示の走査信号発生手段と電気的に接続され
ている。

【００４３】一方、Ｙ方向配線５３は、Ｙ方向に配列す
る表面伝導型放出素子５４の列の各列を入力信号に応じ
て変調するための変調信号を印加するための不図示の変
調信号発生手段と電気的に接続されている。さらに表面
伝導型電子放出素子５４の各素子に印加される駆動電圧
は当該素子に印加される走査信号と変調信号の差電圧と
して供給されるものである。上記構成において、単純な
マトリクス配線だけで個別の素子を選択して独立に駆動
可能になる。

【００４４】次に、以上のようにして作成した単純マト
リクス配置の電子源を用いた画像形成装置について、図
６、図７および図８を用いて説明する。図６は画像形成
装置を構成する表示パネルの基本構成図であり、図７は
蛍光膜を示す。図８はＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じ
て表示をするための駆動回路のブロック図を示し、その
駆動回路を含む画像形成装置を表す。

【００４５】図６において、５１は電子放出素子を基板
上に作成した電子源基板、６１は電子源基板５１を固定
したリアプレート、６６はガラス基板６３の内面に蛍光
膜６４とメタルバック６５等が形成されたフェースプレ
ート、６２は支持枠であり、これら部材によって外囲器
６８が構成される。６９は高圧端子である。

【００４６】５４は図５の表面伝導型電子放出素子であ
り、５２，５３は電子放出素子５４の一対の素子電極と
接続されたＸ方向配線およびＹ方向配線である。５は図
１の電子放出部に相当する。

【００４７】外囲器６８は、上述の如くフェースプレー
ト６６、支持枠６２、リアプレート６１で構成したが、
リアプレート６１は主に電子源基板５１の強度を補強す
る目的で設けられるため、電子源基板５１自体で十分な
強度を持つ場合は別体のリアプレート６１は不要であ
り、電子源基板５１に直接支持枠６２を構成し、フェー
スプレート６６、支持枠６２、電子源基板５１にて外囲
器６８を構成しても良い。

【００４８】図７中、７２は蛍光体である。蛍光膜６４
（図６）は、モノクロームの場合は蛍光体７２のみから
なるが、カラーの蛍光膜の場合は蛍光体７２の配列によ
って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７１と蛍光体７２とで構成され
る。ブラックストライプ、ブラックマトリクスが設けら
れる目的はカラー表示の場合、必要となる三原色の各蛍
光体７２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６４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、通常良く用いられている黒鉛
を主成分とする材料だけでなく、導電性があり、光の透
過および反射が少ない材料であればこれに限るものでは
ない。ガラス基板６３（図６）に蛍光体を塗布する方法
はモノクローム、カラーによらず沈澱法や印刷法が用い
られる。

【００４９】また蛍光膜６４（図６）の内面側には通常
メタルバック６５（図６）が設けられる。メタルバック
の目的は蛍光体の発光のうち内面側への光をフェースプ
レート６６側へ鏡面反射することにより輝度を向上する
こと、電子ビーム加速電圧を印加するための電極として
作用すること、外囲器内で発生した負イオンの衝突によ
るダメージからの蛍光体の保護等である。メタルバック
は蛍光膜作成後、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成できる。 フェースプレー
ト６６には、更に蛍光膜６４の導電性を高めるため蛍光
膜６４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、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ならず十分な位置合わせ
を行う必要がある。

【００５０】外囲器６８は不図示の排気管を通じ、１０
^-7ｔｏｒｒ程度の真空度にされ、封止が行なわれる。ま
た外囲器６８の封止後の真空度を維持するためにゲッタ
ー処理を行う場合もある。これは外囲器６８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
の加熱法により、外囲器６８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、例えば１×１０^-5ｔｏｒｒ〜１×
１０^-7ｔｏｒｒの真空度を維持するものである。なお、
表面伝導型電子放出素子のフォーミング以降の工程は適
宜設定される。

【００５１】次に、単純マトリクス配置型基板を有する
電子源を用いて構成した画像形成装置に、ＮＴＳＣ方式
のテレビ信号に基づきテレビジョン表示を行うための駆
動回路の概略構成を図８のブロック図を用いて説明す
る。８１は前記表示パネルであり、また８２は走査回
路、８３は制御回路、８４はシフトレジスタ、８５はラ
インメモリ、８６は同期信号分離回路、８７は変調信号
発生器、ＶｘおよびＶａは直流電圧源である。

【００５２】以下、各部の機能を説明する。まず表示パ
ネル８１は、端子Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍおよび端子Ｄ
ｏｙ１ないしＤｏｙｎおよび高圧端子Ｈｖを介して外部
の電気回路と接続している。このうち端子Ｄｏｘ１ない
しＤｏｘｍには前記表示パネル内に設けられている電子
源、すなわちｍ行ｎ列の行列状にマトリクス配線された
表面伝導型電子放出素子群を一行（ｎ素子）ずつ順次駆
動してゆくための走査信号が印加される。

【００５３】一方、端子Ｄｙ１ないしＤｙｎには前記走
査信号により選択された一行の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ための変調信号が
印加される。また高圧端子Ｈｖ（図６の６９）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より出力され
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
を付与するための加速電圧である。

【００５４】次に走査回路８２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）、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８１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８３が出力する制御信号Ｔｓｃａｎに基づい
て動作するものであり、実際には例えばＦＥＴのような
スイッチング素子を組み合わせることにより構成するこ
とが可能である。

【００５５】なお、前記直流電圧源Ｖｘは前記表面伝導
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。

【００５６】また制御回路８３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
を整合させる働きをもつものである。次に説明する同期
信号分離回路８６より送られる同期信号Ｔｓｙｎｃに基
づいて各部に対してＴｓｃａｎ、ＴｓｆｔおよびＴｍｒ
ｙの各制御信号を発生する。

【００５７】同期信号分離回路８６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ための回路で周波数分離（フィルタ
ー）回路を用いれば構成できるものである。同期信号分
離回路８６により分離された同期信号は良く知られるよ
うに垂直同期信号と水平同期信号よりなるが、ここでは
説明の便宜上Ｔｓｙｎｃ信号として図示した。一方、前
記テレビ信号から分離された画像の輝度信号成分を便宜
上ＤＡＴＡ信号と表すが同信号はシフトレジスタ８４に
入力される。

【００５８】シフトレジスタ８４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８
３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８４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〜Ｉ
ｄｎのｎ個の並列信号として前記シフトレジスタ８４よ
り出力される。

【００５９】ラインメモリ８５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ための記憶装置であり、
制御回路８３より送られる制御信号Ｔｍｒｙにしたがっ
て適宜Ｉｄ１ないしＩｄｎの内容を記憶する。記憶され
た内容はＩｄ１ないしＩｄｎとして出力され変調信号発
生器８７に入力される。

【００６０】変調信号発生器８７は前記画像データＩｄ
１ないしＩｄｎの各々に応じて表面伝導型電子放出素子
の各々を適切に駆動変調するための信号源で、その出力
信号は端子Ｄｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じて表示パネル
８１内の表面伝導型電子放出素子に印加される。

【００６１】前述したように本発明に関わる電子放出素
子は放出電流Ｉｅに対して以下の基本特性を有してい
る。すなわち前述したように電子放出には明確なしきい
値電圧Ｖｔｈがあり、Ｖｔｈ以上の電圧を印加された時
のみ電子放出が生じる。また電子放出しきい値以上の電
圧に対しては素子への印加電圧の変化に応じて放出電流
も変化してゆく。なお、電子放出素子の材料や構成、製
造方法を変えることにより電子放出しきい値電圧Ｖｔｈ
の値や印加電圧に対する放出電流の変化の度合いが変わ
る場合もあるが、いずれにしても以下のようなことがい
える。

【００６２】すなわち、本素子にパルス状の電圧を印加
する場合、例えば電子放出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以上の電圧を
印加する場合には電子ビームが出力される。その際、第
一にはパルスの波高値Ｖｍを変化させることにより出力
電子ビームの強度を制御することが可能である。第二に
は、パルスの幅Ｐｗを変化させることにより出力される
電子ビームの電荷の総量を制御することが可能である。
したがって、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、電圧変調方式およびパルス幅変調方式等
が挙げられ、電圧変調方式を実施するには変調信号発生
器８７として、一定の長さの電圧パルスを発生するが入
力されるデータに応じて適宜パルスの波高値を変調する
ような電圧変調方式の回路を用いる。またパルス幅変調
方式を実施するには変調信号発生器８７として、一定の
波高値の電圧パルスを発生するが入力されるデータに応
じて適宜電圧パルスの幅を変調するようなパルス幅変調
方式の回路を用いる。

【００６３】以上に説明した一連の動作により本発明の
画像表示装置は表示パネル８１を用いてテレビジョンの
表示を行うことができる。なお、上記説明中特に記載し
なかったがシフトレジスタ８４やラインメモリ８５はデ
ジタル信号式のものでもアナログ信号式のものでも差し
支えなく、要は画像信号のシリアル／パラレル変換や記
憶が所定の速度で行われればよい。

【００６４】デジタル信号式を用いる場合には同期信号
分離回路８６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８６の出力部にＡ／Ｄ変換器を備
えれば可能である。また、これと関連してラインメモリ
８５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８７に用いられる回路が若干異なっ
たものとなる。

【００６５】まずデジタル信号の場合について述べる。
電圧変調方式においては変調信号発生器８７には、例え
ばよく知られるＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増
幅回路などを付け加えればよい。またパルス幅変調方式
の場合、変調信号発生器８７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）および計数器の出力値と前記メモリの出力値を比較
する比較器（コンパレータ）を組み合せた回路を用いる
ことにより構成できる。必要に応じて比較器の出力する
パルス幅変調された変調信号を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け加え
てもよい。

【００６６】次にアナログ信号の場合について述べる。
電圧変調方式においては変調信号発生器８７には、例え
ばよく知られるオペアンプなどを用いた増幅回路を用い
ればよく、必要に応じてレベルシフト回路などを付け加
えてもよい。またパルス幅変調方式の場合には例えばよ
く知られた電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）を用いればよ
く、必要に応じて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け加えてもよい。

【００６７】以上のように完成した画像表示装置におい
て、こうして各電子放出素子には、容器外端子Ｄｏｘ１
ないしＤｏｘｍ，Ｄｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じ、電圧
を印加することにより、電子放出させ、高圧端子Ｈｖを
通じ、メタルバック６５、あるいは透明電極（不図示）
に高圧を印加し、電子ビームを加速し、蛍光膜８４に衝
突させ、励起・発光させることで画像を表示することが
できる。

【００６８】以上述べた構成は、表示等に用いられる好
適な画像形成装置を作成する上で必要な概略構成であ
り、例えば各部材の材料等、詳細な部分は上述内容に限
られるものではなく、画像形成装置の用途に適するよう
適宜選択する。また、入力信号例としてＮＴＳＣ方式を
あげたが、これに限るものでなく、ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭ
方式などの諸方式でもよく、また、これよりも多数の走
査線からなるＴＶ信号（例えば、ＭＵＳＥ方式をはじめ
とする高品位ＴＶ）方式でもよい。

【００６９】次に、前述のはしご型配置電子源基板およ
びそれを用いた画像表示装置について図９および図１０
により説明する。

【００７０】図９において、９１は電子源基板、９２は
電子放出素子、９３のＤｘ１〜Ｄｘ１０は前記電子放出
素子に接続する共通配線である。電子放出素子９２は、
基板９１上にＸ方向に並列に複数個配置される（これを
素子行と呼ぶ）。この素子行を複数個基板上に配置した
ものがはしご型電子源基板である。各素子行の共通配線
間に適宜駆動電圧を印加することで、各素子行を独立に
駆動することが可能になる。すなわち、電子ビームを放
出させる素子行には、電子放出しきい値以上の電圧を、
電子ビームを放出させない素子行には電子放出しきい値
以下の電圧を印加すればよい。また、各素子行間の共通
配線Ｄｘ２〜Ｄｘ９を、Ｄｘ２とＤｘ３、Ｄｘ４とＤｘ
５のように互いに隣接する配線同士を一本に接続して、
同一配線とするようにしても良い。

【００７１】図１０ははしご型配置の電子源を備えた画
像形成装置の構造を示すための図である。１０１はグリ
ッド電極、１０２は電子が通過するため空孔、１０３
は、Ｄｏｘ１，Ｄｏｘ２・・・・・・Ｄｏｘｍよりなる容器外
端子、１０４はグリッド電極１０１と接続されたＧ１，
Ｇ２，・・・・・・Ｇｎからなる容器外端子、１０５は前述の
ように各素子行間の共通配線を同一配線とした電子源基
板である。なお、図６または図９と同一の符号は同一の
部材を示す。前述の単純マトリクス配置の画像形成装置
（図６）との違いは、電子源基板９１とフェースプレー
ト６６の間にグリッド電極１０１を備えていることであ
る。

【００７２】グリッド電極１０１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ことができるも
ので、はしご型配置の素子行と直交して設けられたスト
ライプ状の電極に電子ビームを通過させるため、各素子
に対応して１個ずつ円形の開口１０２が設けられてい
る。グリッドの形状や設置位置は必ずしも図１０のよう
なものでなくともよく、開口としてメッシュ状に多数の
通過口を設けることもあり、また例えば表面伝導型放出
素子の周囲や近傍に設けてもよい。容器外端子１０３お
よびグリッド容器外端子１０４は、不図示の制御回路と
電気的に接続されている。

【００７３】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。

【００７４】また本発明によればテレビジョン放送の表
示装置のみならずテレビ会議システム、コンピューター
等の表示装置に適した画像形成装置を提供することがで
きる。さらには感光性ドラム等で構成された光プリンタ
ーとしての画像形成装置として用いることもできる。

【００７５】

【実施例】

［実施例１］絶縁性基板上に多数の表面伝導型電子放出
素子をマトリクス状に配置してなる電子源基板を作成し
た。図１はその製造方法を示す図である。図２は図１の
方法によって作成した表面伝導型電子放出素子１個の平
面および断面図である。同図において、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、６は
液滴付与装置、７は液滴である。

【００７６】本作成例の製造方法は以下の通りである。 （１）基板１として青板を用い、これを有機溶剤により
充分に洗浄後、該基板上に一般的な真空成膜技術および
フォトリソグラフィ技術を用いてＮｉからなる電極２，
３を形成した（図１（ａ））。この時、素子電極の間隔
Ｌは５μｍ、電極の幅Ｗは６００μｍ、厚さｄは１００
０Åとした。

【００７７】（２） 次に、基板１を４５度傾け、液滴
付与装置６に圧電素子を用いたインクジェット噴射装置
を用いて、電極２，３間に有機パラジウム溶液（奥野製
薬（株）製ＣＣＰ−４２３０）の液滴７を付与した（図
１（ｂ））。

【００７８】（３） 次に、３００℃で１０分間の加熱
処理をして酸化パラジウム（ＰｄＯ）微粒子からなる微
粒子膜である導電性薄膜４を形成した（図１（ｃ））。
なお、本作成例では、加熱処理を傾けた状態で行った
が、上述液滴７の溶媒が充分乾燥し、基板１の傾きによ
り電極２，３間に付与された液滴７の形態が変化しなけ
ればこれに限るものではない。また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
造としては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）のものも含んでいる。

【００７９】（４） 次に、電極２，３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を形成した（図１
（ｄ））。こうして図２に示した電子放出素子が形成さ
れた電子源基板を用いて図６に示したようにフェースプ
レート６６、支持枠６２、リアプレート６１とで外周器
６８を形成し、封止を行って、表示パネル、さらには図
８に示すようなＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づきテレ
ビジョン表示を行うための駆動回路を有する画像形成装
置を作成した。

【００８０】以上の如く、本作成例の製造方法により作
成した電子放出素子はなんら問題のない良好の特性を示
したばかりか、導電性薄膜４の形状の再現性がよく、素
子抵抗のばらつきの極めて小さい電子源基板が作成で
き、均一な輝度の表示パネル、画像形成装置を作成する
ことができた。

【００８１】［実施例２］素子電極幅（Ｗ₁ ）を６００
μｍ、素子電極間隔（Ｌ₁ ）を２μｍ、素子電極の厚さ
を１０００Åに形成したはしご状に配線された素子電極
を有する基板（図１１）を用い、作成例１と同様な方法
で表面伝導型電子放出素子を多数有する電子源基板を作
成した。得られた電子源基板を用いて、作成例１と同よ
うな方法でフェースプレート６６、支持枠６２、リアプ
レート６１とで外囲器６８を形成し、封止を行って、表
示パネル、さらには図８に示すようなＮＴＳＣ方式のテ
レビ信号に基づきテレビジョン表示を行うための駆動回
路を有する画像形成装置を作成した。作成例１と同様な
効果を得ることができた。

【００８２】［実施例３］マトリクス状に配線されたお
よび素子電極を前述したような方法で形成した基板（図
１２）を用い、バブルジェット方式のインクジェット装
置を用い、作成例１と同様に表面伝導型電子放出素子を
多数有する電子源基板を作成した。得られた電子源基板
を用いて、作成例１と同様な方法でフェースプレート６
６、支持枠６２、リアプレート６１とで外囲器６８を形
成し、封止を行い表示パネル、さらには図８に示すよう
なＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づきテレビジョン表示
を行うための駆動回路を有する画像形成装置を作成し
た。作成例１と同様な効果を得ることができた。

【００８３】［実施例４］はしご状に配線された素子電
極を前述したような方法で形成した基板（図１１）を用
い、バブルジェット方式のインクジェット装置を用い、
作成例２と同様に表面伝導型電子放出素子を多数有する
電子源基板を作成した。得られた電子源基板を用いて、
作成例１と同様な方法でフェースプレート６６、支持枠
６２、リアプレート６１とで外囲器６８を形成し、封止
を行って、表示パネル、さらにはＮＴＳＣ方式のテレビ
信号に基づきテレビジョン表示を行うための駆動回路を
有する画像形成装置を作成した。作成例２と同様な効果
を得ることができた。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一対の素子電極が形成された基板を傾けた状態で、該一
対の素子電極間に導電膜を形成する材料の溶液を液滴の
状態で付与する製造方法により、導電性薄膜を形成する
材料の溶液と基板、電極等のぬれ性に影響されることが
なく、導電性薄膜の形状、特に膜厚分布を再現性よく作
成でき、素子特性のばらつきを極めて小さく作成でき均
一性が向上する効果がある。

【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
製造方法を示す断面図である。

【図２】 本発明の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３】 本発明の通電フォーミングの電圧波形の一例
を表すグラフである。

【図４】 電子放出特性を測定するための測定評価装置
の概略構成図である。

【図５】 単純マトリクス配置の電子源を表す模式図で
ある。

【図６】 単純マトリクス配置の電子源を用いた画像形
成装置の概略構成図である。

【図７】 蛍光膜のパターン図である。

【図８】 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。

【図９】 梯子型配置の電子源基板を表わす模式図であ
る。

【図１０】 梯子型配置の電子源を用いた画像形成装置
の概略構成図である。

【図１１】 本発明の作成例２で用いたはしご状配線と
素子電極を有する基板の平面図である。

【図１２】 本発明の作成例３で用いたで用いたマトリ
クス状配線と素子電極を有する基板の平面図である。

【図１３】 従来の電子放出素子を示す模式的平面図で
ある。

【図１４】 従来の他の電子放出素子を示す模式的斜視
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、６：液滴付与装置（バブルジェットなどのイ
ンクジェット装置）、７：液滴、４１：電子放出素子に
素子電圧Ｖｆを印加するための電源、４２：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、４５：素子の電子放出部５より放出さ
れる放出電流Ｉｅを測定するための電流計、４４：アノ
ード電極８４に電圧を印加するための高圧電源、４３：
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、４６：真空装置、４７：排気ポ
ンプ、５１：電子源基板、５２：Ｘ方向配線、５３：Ｙ
方向配線、５４：表面伝導型電子放出素子、５５：結
線、６１：リアプレート、６２：支持枠、６３：ガラス
基板、６４：蛍光膜、６５：メタルバック、６６：フェ
ースプレート、６７：高圧端子、６８：外囲器、７１：
黒色導電材、７２：蛍光体、８１：表示パネル、８２：
走査回路、８３：制御回路、８４：シフトレジスタ、８
５：ラインメモリ、８６：同期信号分離回路、８７：変
調信号発生器、ＶｘおよびＶａ：直流電圧源、９１：電
子源基板、９２：電子放出素子、９３（Ｄｘ１〜Ｄｘ１
０）：電子放出素子を配線するための共通配線、１０
１：グリッド電極、１０２：電子が通過するための空
孔、１０３（Ｄｏｘ１，Ｄｏｘ２・・・・・・Ｄｏｘｍ）：容
器外端子、１０４（Ｇ１，Ｇ２，・・・・・・Ｇｎ）：グリッ
ド電極１０１と接続された容器外端子、１０５：電子源
基板。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性基板上に、一対の素子電極を形成
   し、その素子電極間を接続する導電性薄膜を形成し、そ
   の導電性薄膜に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、 前記導電性薄膜を形成する工程は、前記素子電極を形成
   された前記絶縁性基板を該素子電極の配列方向に傾けた
   状態で前記一対の素子電極間に導電膜を形成する材料を
   含む溶液を液滴の状態で付与する工程を含むことを特徴
   とする電子放出素子の製造方法。
2. 【請求項２】 前記液滴の付与がインクジェット方式に
   より行なわれる請求項１記載の電子放出素子の製造方
   法。
3. 【請求項３】 前記インクジェット方式がバブルジェッ
   ト方式である請求項２記載の電子放出素子の製造方法。
4. 【請求項４】 前記液滴の付与工程における前記基板の
   傾きを、水平面に対し、１０度以上とすることを特徴と
   する請求項１記載の電子放出素子の製造方法。
5. 【請求項５】 絶縁基板上に複数の電子放出素子を配列
   され、該電子放出素子間の配線および該素子への電圧印
   加用端子を形成された電子源基板を製造する方法におい
   て、前記電子放出素子を、請求項１〜４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基板の製造
   方法。
6. 【請求項６】 電子源としての電子放出素子と、該素子
   への電圧印加端子と、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１〜４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。