JPH09330652A

JPH09330652A - 電子放出素子の製造方法ならびに電子放出素子および画像形成装置

Info

Publication number: JPH09330652A
Application number: JP16661996A
Authority: JP
Inventors: Toyoko Kobayashi; 登代子小林
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-06-07
Filing date: 1996-06-07
Publication date: 1997-12-22

Abstract

(57)【要約】【課題】素子間の特性のばらつきを抑える。【解決手段】基板１上の対向する電極２，３間に有機
金属化合物を含む水溶液の液適を付与し、基板を焼成し
て、導電性薄膜４を形成して電子放出部５とする電子放
出素子の製造方法において、前記水溶液中に酸化物微粒
子を混在させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面伝導型電子放
出素子形成用有機金属錯体、該有機金属錯体を主成分と
する表面伝導型電子放出素子形成用材料、表面伝導型電
子放出素子、該電子放出素子を用いた電子源、該電子源
を用いた画像形成装置及び該電子放出素子の製造方法に
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．Ｄｙｋｅ＆
Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏ
ｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙ
ｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）あるいはＣ．Ａ．Ｓｐ
ｉｎｄｔ，“ＰＨＹＳＩＣＡＬＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓ
ｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈｍｏｌｙｂｄｅ
ｎｉｕｍｃｏｎｅｓ”Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４
７，５２４８（１９７６）等に開示されたものが知られ
ている。ＭＩＭ型の例としてはＣ．Ａ．Ｍｅａｄ，“Ｏ
ｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＴｕｎｎｅｌ−Ｅｍｉｓｓｉ
ｏｎＤｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌｙ．Ｐｈｙｓ．，
３２，６４６（１９６１）等に開示されたものが知られ
ている。表面伝導型電子放出素子型の例としては、Ｍ．
Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，ＲａｄｉｏＥｎｇ．Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎＰｙｓ．，１０，１２９０（１９６５）等に開
示されたものがある。

【０００３】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Ｅｌｉｎｓｏ
ｎ等によるＳｎＯ₂ 薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜による
もの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ，“ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦ
ｉｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂ ０₃ ／
ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌａ
ｎｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ，“ＩＥＥＥＴｒａｎ
ｓ．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。

【０００４】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．Ｈａｒｔｗｅｌｌの素子構成を図
１４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、０．５〜１ｍｍ、
Ｗ’は、０．１ｍｍで設定されている。

【０００５】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／ｍｉｎ．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を行う。
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、上述電子放出部５より電子を放出せし
めるものである。

【０００６】また、表面伝導型電子放出素子としては、
上記の構成の他に、本出願人は、例えば特開平７−２３
５２５５に開示されているように、電子放出部を含む導
電性薄膜を、電子電極とは別の、適当な材質により形成
した構成のものを報告している。この中で、導電性薄膜
の形成手法の好ましい例として、有機金属化合物の溶液
を塗布・乾燥後加熱焼成して有機成分を熱分解し、除去
し、金属もしくは金属酸化物とする手法が開示されてお
り、この際導電性薄膜をパターニングする手法として
は、フォトリソグラフィー技術によりＣｒマスクを形成
し、ウェットエッチによりリフトオフする方法が示され
ている。

【０００７】また、フォーミング処理の際、パルス電圧
を印加する方法が示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来の表面伝導型電子放出素子においては、後述する様
な、様々の問題があった。

【０００９】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、表示装置等があげられる。多数の表面伝
導型電子放出素子を配列形成した例としては、後述する
様に、並列に表面伝導型電子放出素子を配列し、個々の
素子の両端を配線（共通配線とも呼ぶ）で、それぞれ結
線した行を多数行配列した電子源があげられる（例え
ば、特開昭６４−０３１３３２、特開平１−２８３７４
９、２−２５７５５２等）。また、特に表示装置等の画
像形成装置においては、近年、液晶を用いた平板型表示
装置が、ＣＲＴに替わって、普及してきたが、自発光型
でないため、バックライトを持たなければならない等の
問題点があり、自発光型の表示装置の開発が、望まれて
きた。自発光型表示装置としては、表面伝導型放出素子
を多数配置した電子源と電子源より放出された電子によ
って、可視光を発光せしめる蛍光体とを組み合わせた表
示装置である画像形成装置が、あげられる（例えば、Ｕ
ＳＰ５０６６８８３）。

【００１０】ところが上述のような平面型表示装置を大
面積化する場合、大型基板上に電極等の微細なパターン
を従来のフォトリソ技術を用いて製造するには大型製造
装置が必要となり、莫大な費用がかかるという問題があ
った。

【００１１】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。
さらに本発明は、電子放出部形成用材料の有機金属錯体
の水溶液の液滴が基板上で拡がるのを防ぎ、さらに電子
放出部の位置の制御を容易に行い、従って素子間の特性
のバラツキを抑え、安定な電子放出特性と高い電子放出
効率とを有する電子放出素子の作成を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく成
された本発明の表面伝導型電子放出素子は、素子電極の
形成方法として印刷法、さらに電子放出部形成用薄膜の
作成方法としてインクジェットおよびバブルジェット方
式を用い、電子放出部形成用材料として有機金属錯体の
水溶液を用いる。本発明の特徴としてはこの電子放出部
形成用材料中に酸化物微粒子を混入させることにある。

【００１３】本発明で用いる酸化物微粒子は、ケイ素を
含む揮発性化合物を気相で反応させることにより作られ
る微粒子状無水シリカ微粒子が望ましく、具体例として
は、アエロジル（ＡＥＲＯＳＩＬ）の商品名で日本アエ
ロジル社から発売されている。このアエロジルは、１９
４２年にＤｅｇｕｓｓａ社（ドイツ）で開発されたシリ
カで、四塩化ケイ素の酸水素焔中での高温加水分解によ
り生成される。この特徴としては、純度が極めて高く、
粒子はほとんど完全な球形でかつ粒度がそろい、凝集性
が少なく、高密度が小さく、分散性が良い。また液体の
増粘作用も大きい。図１６に代表的なＡＥＲＯＳＩＬ３
００の電子顕微鏡写真と一次粒子粒度分布曲線を示す。

【００１４】上記のような優れた性質を持つシリカ微粒
子を電子放出部形成用導電性薄膜中に混入させることに
より、以下のような効果が期待される。従来、電子放出
部形成用材料として有機金属錯体の水溶液を用い、その
液滴を基板に付与する際、液滴が所定の位置以外に拡が
ってしまうことがあった。またそれにより、焼成後の膜
厚にムラができてしまい、通電フォーミングによる電子
放出部の作成の際にその位置を制御するのが難しかっ
た。電子放出部は導電率の小さい位置すなわち膜厚の薄
い部分にできやすいためである。

【００１５】ところが、粒径１０〜１０００オングスト
ロームのシリカ微粒子を有機金属錯体の水溶液中に０．
１〜１０Ｗｔ％混入した液滴はシリカ微粒子の増粘作用
により基板上で拡がらず、所定の位置に付与することが
できる。また、素子電極間に付与した液滴は中央部が厚
くなることから、焼成後の薄膜中のシリカ微粒子も中央
部に多く存在するため、電子放出材料の凝集した粒子の
中で粒径の小さいシリカ微粒子部から電子放出部ができ
る可能性が高く、通電フォーミングによる電子放出部の
位置を制御することができる。またその際のフォーミン
グパワーも小さくすることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に
係る表面伝導型電子放出素子の１例を示す模式図であ
り、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は断面図である。
図１において１は基板、２と３は素子電極、４は導電性
薄膜、５は電子放出部である。

【００１７】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及びＳｉ基板等を
用いることができる。

【００１８】対向する素子電極２、３の形成にはインク
の転写膜厚を薄くでき高精細印刷が可能であるオフセッ
ト印刷法が適当である。電極の印刷材料としては、有機
金属からなるレジネートペーストを用い、その金属材料
としては、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、
Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属或は合金が挙げられる。また
Ｐｄ、Ａｕ、ＲｕＯ₂ 、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等から適宜選択
することができる。

【００１９】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、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、素子電極間に印加す
る電圧等を考慮して好ましくは数μｍから数十μｍの範
囲とすることができる。素子電極長さＷは、電極の抵抗
値、電子放出特性を考慮して、数μｍから数百μｍの範
囲とすることができる。素子電極２、３の膜厚ｄは、数
百オングストロームから数μｍの範囲とすることができ
る。また，前記一対の電極に接続される配線は、スクリ
ーン印刷法を用いて形成させることもできる。

【００２０】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フォ
ーミング条件等を考慮して適宜設定されるが、通常は、
数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１０オングストロー
ムより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、Ｒｓが１０２から１０７Ω／□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。

【００２１】導電性薄膜４を構成する材料の原料となる
金属化合物の金属元素としては、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａ
ｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓ
ｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等が挙げられる。

【００２２】電子放出部導電膜形成のために基板に付与
される液体は、上記の金属化合物を含む水溶液である。
さらに金属化合物の均一性を向上させるために、ジメチ
ルスルホキシドやイソプロピルアルコール等の極性溶媒
を加えても良い。

【００２３】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、１０オングストロー
ムから２００オングストロームの範囲である。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。

【００２４】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。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。

【００２５】「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。「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、特に超微粒子というときは粒径１０ｎｍ程度か
ら２〜３ｎｍ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）。

【００２６】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。「創
造科学技術推進制度の“超微粒子プロジェクト”（１９
８１〜１９８６）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
ｆｉｎｅｐａｒｔｉｃｌｅ）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１
２〜１３行目）。

【００２７】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。

【００２８】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、材料及び後述する通電フォーミング等の手
法等に依存したものとなる。電子放出部５の内部には、
数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存在する場合もある。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。

【００２９】上述の表面伝導型電子放出素子を製造する
方法としては様々な方法があるが、本発明で用いている
方法は、電子源形成用材料をＢＪまたはピエゾジェット
などのインクジェット方式により吐出し、基板上の電子
源が形成されるべき位置に付着させる方法である。この
方法で使用されるインクジェットのヘッドの例を図２及
び３に示す。図２は単発ヘッド、図３は単発ヘッドを並
列に配置し、電子源形成用材料の吐出及び基板への付着
に要する時間を短縮しようとするものであり、ノズル数
はとくに限定されるものではない。

【００３０】以下、図１及び４を参照しながら製造方法
の一例について説明する。図４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。

【００３１】基板１を洗剤、純水および有機溶剤等を
用いて十分に洗浄後、オフセット印刷法により有機金属
からなるレジネートペーストを印刷、焼成して基板１上
に素子電極２、３を形成する（図４（ａ））。

【００３２】素子電極２、３を設けた基板１に、イン
クジェット方式により、気相反応により作られた微粒子
シリカを数％混入させた有機金属溶液を塗布して（図４
（ｂ））、有機金属薄膜を形成する（図４（ｃ））。有
機金属溶液には、前述の導電性膜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。
特にそれらの水溶液を主体とする溶液が望ましい。この
有機金属薄膜を２００℃から５００℃で加熱焼成し、導
電性薄膜４を形成する。より詳しくは、有機金属錯体を
塗布した基板を分解温度以上に加熱し、基板上で有機金
属錯体の有機成分を分解させて電子放出部形成用薄膜４
を得る。

【００３３】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４（ｄ））。通
電フォーミングによれば導電性薄膜４に局所的に破壊、
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５に示す。

【００３４】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５（ａ）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５（ｂ）に示した手
法がある。

【００３５】図５（ａ）におけるＴ１及びＴ２は電圧波
形のパルス幅とパルス間隔である。通常Ｔ１は１μ秒〜
１０ｍ秒、Ｔ２は、１０μ秒〜１００ｍ秒の範囲で設定
される。三角波の波高値（通電フォーミング時のピーク
電圧）は、表面伝導型電子放出素子の形態に応じて適宜
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。

【００３６】図５（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図５
（ａ）に示したのと同様とすることができる。三角波の
波高値（通電フォーミング時のピーク電圧）は、例えば
０．１Ｖステップ程度づつ、増加させることができる。

【００３７】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、１ＭΩ以上の抵抗を示
した時、通電フォーミングを終了させる。

【００３８】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に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選択される。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。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。

【００３９】炭素および炭素化合物とは、例えばグラフ
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２００オングストローム程度で結晶構造がやや
乱れたもの、ＧＣは結晶粒が２０オングストローム程度
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。）や非晶質カーボン（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オングストロ
ーム以下の範囲とするのが好ましく、３００オングスト
ローム以下の範囲とすることがより好ましい。

【００４０】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
ことができる。

【００４１】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、上記の炭素及び炭素化合物がほぼ新た
に堆積しない分圧で１×１０^-8Ｔｏｒｒ以下が好まし
く、さらには１×１０^-10 Ｔｏｒｒ以下が特に好まし
い。さらに真空容器内を排気するときには、真空容器全
体を加熱して、真空容器内壁や、電子放出素子に吸着し
た有機物質分子を排気しやすくするのが好ましい。この
ときの加熱条件は、８０〜２００℃で５時間以上が望ま
しいが、特にこの条件に限るものではなく、真空容器の
大きさや形状、電子放出素子の構成などの諸条件により
適宜選ばれる条件により行う。真空容器内の圧力は極力
低くすることが必要で、１〜３×１０^-7Ｔｏｒｒ以下が
好ましく、さらに１×１０^-8Ｔｏｒｒ以下が特に好まし
い。

【００４２】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できる。このような真空雰囲気を
採用することにより、新たな炭素あるいは炭素化合物の
堆積を抑制でき、結果として素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉ
ｅが、安定する。

【００４３】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６、図７を参
照しながら説明する。

【００４４】図６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６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６において、６５は真空容器であり、６６は
排気ポンプである。真空容器６５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。６１は電子放出素子に素子電圧Ｖｆを
印加するための電源、６０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、
６４は素子の電子放出部より放出される放出電流Ｉｅを
捕捉するためのアノード電極である。６３はアノード電
極５４に電圧を印加するための高圧電源、６２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。

【００４５】真空容器６５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、
所望の真空雰囲気下での測定評価を行えるようになって
いる。排気ポンプ６６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℃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。

【００４６】図７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Ｖ
ｆの関係を模式的に示した図である。図７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。なお、縦・横軸ともリニア
スケールである。図７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性質を有する。

【００４７】即ち、（ｉ）本素子はある電圧（しきい値
電圧と呼ぶ、図７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。（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。（ｉｉｉ）アノード電極６４
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。つまり、アノード電極６４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。

【００４８】以上の説明より理解されるように、本発明
を適用可能な表面伝導型電子放出素子は、入力信号に応
じて、電子放出特性を容易に制御できることになる。こ
の性質を利用すると複数の電子放出素子を配して構成し
た電子源、画像形成装置等、多方面への応用が可能とな
る。

【００４９】図７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）。これら特
性は、前述の工程を制御することで制御できる。

【００５０】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。

【００５１】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。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）、この配線と直交する方向
（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
複数個配し、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。

【００５２】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）〜（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幅で制御できる。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。

【００５３】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８を用いて説明する。図８において、８１は電子
源基板、８２はＸ方向配線、８３はＹ方向配線である。
８４は表面伝導型電子放出素子、８５は結線である。な
お、表面伝導型電子放出素子８４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。

【００５４】ｍ本のＸ方向配線８２は、ＤＸ１、ＤＸ
２、・・・、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、幅は、適宜設計され
る。Ｙ方向配線８３は、ＤＹ１、ＤＹ２、・・・、ＤＹｎ
のｎ本の配線よりなり、Ｘ方向配線８２と同様に形成さ
れる。これらｍ本のＸ方向配線８２とｎ本のＹ方向配線
８３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）。

【００５５】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８２を形成した基板８１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８２とＹ方向配線８３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８２とＹ方向配線８３は、それぞれ外部端子として引
き出されている。表面伝導型放出素子８４を構成する一
対の電極（不図示）は、ｍ本のＸ方向配線８２とｎ本の
Ｙ方向配線８３と導電性金属等からなる結線８５によっ
て電気的に接続されている。

【００５６】配線８２と配線８３を構成する材料、結線
８５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。

【００５７】Ｘ方向配線８２には、Ｘ方向に配列した表
面伝導型放出素子８４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８３には、Ｙ方向に配列した表面伝導型
放出素子８４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。

【００５８】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。

【００５９】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９と図１０及
び図１１を用いて説明する。図９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１０は図９の画像
形成装置に使用される蛍光膜の模式図である。図１１は
ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行なうための
駆動回路の一例を示すブロック図である。

【００６０】図９において、８１は電子放出素子を複数
配した電子源基板、９１は電子源基板８１を固定したリ
アプレート、９６はガラス基板９３の内面に蛍光膜９４
とメタルバック９５等が形成されたフェースプレートで
ある。９２は、支持枠であり該支持枠９２には、リアプ
レート９１、フェースプレート９６がフリットガラス等
を用いて接続されている。９８は外囲器であり、例えば
大気中あるいは、窒素中で、４００〜５００℃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。
８４は、図１における電子放出部に相当する。８２、８
３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。

【００６１】外囲器９８は、上述の如く、フェースプレ
ート９６、支持枠９２、リアプレート９１で構成され
る。リアプレート９１は主に基板８１の強度を補強する
目的で設けられるため、基板８１自体で十分な強度を持
つ場合は別体のリアプレート９１は不要とすることがで
きる。即ち、基板８１に直接支持枠９２を封着し、フェ
ースプレート９６、支持枠９２及び基板８１で外囲器９
８を構成しても良い。一方、フェースプレート９６、リ
アプレート９１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９８を構成することもできる。

【００６２】図１０は、蛍光膜を示す模式図である。蛍
光膜９４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１０１と蛍光体１０２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１０２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９４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。

【００６３】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、沈澱法、印刷法等
が採用できる。蛍光膜９４の内面側には、通常メタルバ
ック９５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９
６側へ鏡面反射させ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を真空蒸着等を用いて堆積させることで作製
できる。

【００６４】フェースプレート９６には、更に蛍光膜９
４の導電性を高めるため、蛍光膜９４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。

【００６５】図９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９８は、前述の安定化
工程と同様に、適宜加熱しながら、イオンポンプ、ソー
プションポンプなどのオイルを使用しない排気装置によ
り不図示の排気管を通じて排気し、１０^-7Ｔｏｒｒ程度
の真空度の有機物質の十分少ない雰囲気にした後、封止
が成される。外囲器９８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こともできる。これは、外囲
器９８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９８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^-5ないしは１×１０^-7Ｔｏｒｒの真空度を維持
するものである。ここで、表面伝導型電子放出素子のフ
ォーミング処理以降の工程は、適宜設定できる。

【００６６】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ための駆動回路の構成
例について、図１１を用いて説明する。図１１におい
て、１１１は画像表示パネル、１１２は走査回路、１１
３は制御回路、１１４はシフトレジスタである。１１５
はラインメモリ、１１６は同期信号分離回路、１１７は
変調信号発生器、Ｖｘ及びＶａは直流電圧源である。

【００６７】表示パネル１１１は、端子Ｄｏｘ１〜Ｄｏ
ｘｍ、端子Ｄｏｙ１〜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Ｄｏｘ１〜Ｄ
ｏｘｍ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）ずつ順次駆動するた
めの走査信号が印加される。

【００６８】端子Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎ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。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ための加速
電圧である。

【００６９】走査回路１１２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１１１の端子Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍと電気
的に接続される。Ｓ１〜Ｓｍの各スイッチング素子は、
制御回路１１３が出力する制御信号Ｔｓｃａｎに基づい
て動作するものであり、例えばＦＥＴのようなスイッチ
ング素子を組み合わせることにより構成することができ
る。

【００７０】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。

【００７１】制御回路１１３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１１３は、同期信
号分離回路１１６より送られる同期信号Ｔｓｙｎｃに基
づいて、各部に対してＴｓｃａｎ及びＴｓｆｔ及びＴｍ
ｒｙの各制御信号を発生する。

【００７２】同期信号分離回路１１６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、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１１６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なるが、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は便宜上ＤＡＴＡ信号と
表した。該ＤＡＴＡ信号はシフトレジスタ１１４に入力
される。

【００７３】シフトレジスタ１１４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１１３より送られる制御信号Ｔｓｆｔに基づいて
動作する（即ち、制御信号Ｔｓｆｔは、シフトレジスタ
１１４のシフトクロックであるということもでき
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〜ＩｄｎのＮ個の並列信号として前記シフト
レジスタ１１４より出力される。

【００７４】ラインメモリ１１５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１１３より送られる制御信号Ｔｍｒｙに従
って適宜Ｉｄ１〜Ｉｄｎの内容を記憶する。記憶された
内容は、Ｉ’ｄ１〜Ｉ’ｄｎとして出力され、変調信号
発生器１１７に入力される。

【００７５】変調信号発生器１１７は、画像データＩ’
ｄ１〜Ｉ’ｄｎ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あり、その
出力信号は、端子Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎを通じて表示パネ
ル１１１内の表面伝導型電子放出素子に印加される。

【００７６】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、
例えば電子放出閾値以下の電圧を印加しても電子放出は
生じないが、電子放出閾値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、パルスの波高値Ｖ
ｍ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。また、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。

【００７７】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、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１１７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。

【００７８】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１１７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。

【００７９】シフトレジスタ１１４やラインメモリ１１
５は、デジタル信号式のものをもアナログ信号式のもの
をも採用できる。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なわれれば良いからである。

【００８０】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路１１６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化
する必要があるが、これには１１６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１１
５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１１７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１１７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１１７には、例
えば高速の発振器及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。

【００８１】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１１７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。

【００８２】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〜Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１〜Ｄｏｙｎ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９５、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９４に衝突し、発光が生じて画
像が形成される。

【００８３】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方式を挙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。

【００８４】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１２及び図１３を用いて説明する。

【００８５】図１２は、はしご型配置の電子源の一例を
示す模式図である。図１２において、１２０は電子源基
板、１２１は電子放出素子である。１２２（Ｄｘ１〜Ｄ
ｘ１０）は、電子放出素子１２１を接続するための共通
配線である。電子放出素子１２１は、基板１２０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。

【００８６】図１３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。１３０はグリッド電極、１３１は電子が通過する
ため空孔、１３２はＤｏｘ１、Ｄｏｘ２、・・・、Ｄｏｘ
ｍよりなる容器外端子である。１３３は、グリッド電極
１３０と接続されたＧ１、Ｇ２、・・・、Ｇｎからなる容
器外端子、１３４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１３においては、図９、図１
２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９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１２０とフェースプレート
９６の間にグリッド電極１３０を備えているか否かであ
る。

【００８７】図１３においては、基板１２０とフェース
プレート９６の間には、グリッド電極１３０が設けられ
ている。グリッド電極１３０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１３１が設けられている。グリ
ッドの形状や設置位置は図１３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。容器外端子
１３２及びグリッド容器外端子１３３は、不図示の制御
回路と電気的に接続されている。

【００８８】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。

【００８９】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
ができる。

【００９０】

【実施例】以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳し
く説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の目的が達成される範囲内での各要素
の置換や設計変更がなされたものをも包含する。

【００９１】［実施例１］電子放出素子として図１
（ａ）、（ｂ）に示すタイプの電子放出素子を作成し
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
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は電子放出部を含む薄膜、５は電子
放出部を示す。なお図中のＬは素子電極２と３の電極間
隔、Ｗは素子電極の幅を表している。

【００９２】図４に示す工程に従い電子放出素子を次の
ようにして作成した。

【００９３】すなわち、絶縁性基板１として石英基板を
用い、これを有機溶剤、純水により充分に洗浄後２００
℃の熱風で乾燥した。該基板上に、オフセット印刷によ
り素子電極２、３を形成した（図４（ａ））。

【００９４】このとき、インキとしては有機金属からな
るＰｔレジネートペーストを用いた。石英基板上のイン
キは約７０℃の乾燥と約５８０℃の焼成によりＰｔから
なる素子電極として形成した。焼成後のＰｔ電極厚さは
約１０００オングストロームと薄く形成できた。また電
子放出材を配置する素子電極間の寸法は３０ミクロンに
設定した。

【００９５】次に、ＢＪ方式のインクジェット装置（Ｃ
ａｎｏｎ製ＢＪ−１０Ｖ）を用いて、水７０Ｗｔ％で
ＩＰＡ＋エチレングリコール＋ＰＶＡが３０Ｗｔ％の液
にパラジウムモノエタノールアミン（以下ＰＡＭＥと略
す）が１Ｗｔ％となるように調整したものに、日本アエ
ロジル株式会社製ＡＥＲＯＳＩＬ３００を溶媒の１Ｗｔ
％を分散したものを電子放出膜材料として、上記のよう
に処理した素子電極上に付し（図４（ｂ））、乾燥させ
た。複数の素子について液滴付与を行った結果、いずれ
においても付与された液滴は拡がることなく、所望の位
置に再現性良く付与することができた。これを３００℃
に加熱して、ＰｄＯ微粒子からなる微粒子膜を形成し、
電子放出部形成用薄膜４とした（図４（ｃ））。この微
粒子膜の平均粒径は９０オングストロームであったが微
粒子膜中には〜３００オングストローム程度のＰｄ微粒
子の凝集物も見られた。さらに電極間の中央部に平均粒
径７０オングストロームのシリカの微粒子の存在が確認
された。この電子放出部形成用薄膜４の膜厚は１００オ
ングストローム、シート抵抗値は５×１０⁴ Ω／□であ
った。

【００９６】次に、素子電極２、３間に電圧を印加し、
電子放出部形成用薄膜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４
（ｄ））。フォーミング処理の電圧波形を図５に示す。
図５中、Ｔ１およびＴ２は電圧波形のパルス幅とパルス
間隔であり、本実施例ではＴ１を１ｍ秒、Ｔ２を１０ｍ
秒とし、三角波の波高値（フォーミング時のピーク電
圧）は４Ｖとし、フォーミング処理は約１×１０^-6ｔｏ
ｒｒの真空雰囲気下で６０秒行った。さらに還元処理に
より酸化パラジウムを金属パラジウムに還元した。次
に、アセトン分圧：１×１０^-2Ｐａ、矩形波パルス幅：
１００マイクロ秒、パルス間隔：１０ミリ秒、パルス波
高値：０〜１４Ｖまで５Ｖ／分で昇圧、の条件で活性化
処理を行なった。このようにして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４０オングス
トロームであった。

【００９７】以上のようにして作成された素子につい
て、その電子放出特性の測定を行った。図６に測定評価
機能を備えた真空処理装置の概略構成図を示す。図６に
おいて、１は絶縁性基板、２及び３は素子電極、４は電
子放出部を含む薄膜、５は電子放出部を示し、６１は素
子に電圧を印加するための電源、６０は素子電流Ｉｆを
測定するための電流計、６４は素子より発生する放出電
流Ｉｅを測定するためのアノード電極、６３はアノード
電極６４に電圧を印加するための高圧電源、６２は放出
電流を測定するための電流計である。電子放出素子の上
記素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅの測定にあたっては、素
子電極２、３間に電源６１及び電流計６０を接続し、該
電子放出素子の上方に電源６３及び電流計６５を接続し
たアノード電極６４を配置している。また本電子放出素
子及びアノード電極６４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及び真空計等
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。

【００９８】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、３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７に示したような電流−電圧特性が得られた。本
素子では、素子電圧８Ｖ程度から急激に放出電流Ｉｅが
増加し、素子電圧１６Ｖでは素子電流Ｉｆが１．６ｍ
Ａ、放出電流Ｉｅが０．８μＡとなり、電子放出効率η
＝Ｉｅ／Ｉｆ（％）は０．０５％であった。

【００９９】以上説明した実施例中、電子放出部を形成
する際に、素子の電極間に三角波パルスを印加してフォ
ーミング処理を行っているが、素子の電極間に印加する
波形は三角波に限定することはなく、矩形波など所望の
波形を用いても良く、その波高値及びパルス幅・パルス
間隔等についても上述の値に限ることなく、電子放出部
が良好に形成されれば所望の値を選択することができ
る。

【０１００】［実施例２］よく洗浄した青板ガラスから
なる基板上にレジネートペーストインキのオフセット印
刷、焼成によって厚さ１０００オングストロームのＰｔ
素子電極パターンを形成した。このように形成した素子
電極上に、ＢＪ方式のインクジェット装置を用いて、実
施例１と同様の電子放出膜材料中にＡＥＲＯＳＩＬ３０
０ＣＦを１Ｗｔ％分散させた溶液を付与し乾燥した。こ
のＡＥＲＯＳＩＬ３００ＣＦはＡＥＲＯＳＩＬ３００同
様、平均粒径７０オングストロームで分散性に優れてい
るものである。この後は、実施例１と同様にして電子放
出素子を作成した。

【０１０１】本素子では、素子電圧７．９Ｖから急激に
放出電流Ｉｅが増加し、素子電圧１６Ｖでは素子電流Ｉ
ｆが１．６ｍＡ、放出電流Ｉｅが０．８μＡとなり、電
子放出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆ（％）は０．０５％であっ
た。

【０１０２】［実施例３］１６行１６列の２５６個の素
子電極を実施例１と同様に作製し、次にマトリクス上配
線と下配線及びこの両者の交差部で両者を電気的に絶縁
する層間絶縁層を形成した基板（図８）の各対向電極に
対してそれぞれ実施例１と同様にして酸化Ｐｄを形成
し、実施例１と同様にしてフォーミング、活性化処理を
行い電子源基板とした。

【０１０３】次にこのようにして作成した電子放出素子
を用いて、図９に示すような画像形成装置の表示パネル
を作成した。すなわち、上記に示す方法で電子放出部形
成用薄膜を形成した基板８１をリアプレート９１に固定
した後、基板８１の５ｍｍ上方に、フェースプレート９
６（ガラス基板９３の内面に蛍光膜９４とメタルバック
９５等が形成されて構成される）を支持枠９２を介して
配置し、フェースプレート９６、支持枠９２、リアプレ
ート９１の接合部にフリットガラスを塗布し、大気中で
４００℃ないし５００℃で１０分以上焼成することで封
着した。また、リアプレート９１への基板８１の固定も
フリットガラスで行った。図９において８４は電子放出
部、８２、８３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。端
子Ｄｏｘ１ないしＤｏｘ１６と端子Ｄｏｙ１ないしＤｏ
ｙ１６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。

【０１０４】［比較例］実施例１と同様に絶縁基板上に
オフセット印刷により素子電極２、３を作成した。次
に、酢酸パラジウム−モノエタノールアミンを１２ｇの
水に溶解したものをＢＪ付与用水溶液とした。この水溶
液を素子電極間２、３に付与した。複数の素子について
液滴付与を行なったところ、数個の素子において所望の
位置以外に液滴の拡がりが見られ、素子間の膜厚のバラ
ツキが見られた。次に、これを通電フォーミングする際
に、本比較例ではフォーミングのピーク電圧は５Ｖと実
施例に比べ２０％程度高くする必要があった。

【０１０５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
子放出部形成用薄膜の作成時に電子放出部形成用材料の
溶液中にシリカ微粒子等の酸化微粒子を混入させること
により、この液滴を基板に付与する工程において、液滴
の拡がりを抑制することができる。そのため、所定の位
置に電子放出膜を再現性良く作成できる。さらに、通電
フォーミングによる電子放出部作成の際に電子放出部の
位置制御が可能となり、またその際のフォーミングパワ
ーも小さくすることができる。そのため、大面積にわた
って多数の電子放出素子を作成する場合でも均一な電子
放出特性を得ることができ、良好な表示素子、画像形成
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素子
の構成を示す模式的平面図および正面図である。

【図２】本発明で使用しうる電子源形成用材料吐出ヘ
ッドの構成の一例を示す模式図である。

【図３】本発明で使用しうる並列型電子源形成用材料
吐出ヘッドの構成の一例を示す模式図である。

【図４】本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素子
の作製方法の一例を示す模式図である。

【図５】本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素子
の製造に際して採用できる通電フォーミング処理におけ
る電圧波形の一例を示す模式図である。

【図６】測定評価機能を備えた真空処理装置の一例を
示す模式図である。

【図７】本発明を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８】本発明を適用可能な単純マトリクス配置の電
子源の一例を示す模式図である。

【図９】本発明を適用可能な単純マトリクス配置の画
像形成装置の表示パネルの一例を示す模式図である。

【図１０】図９の装置に使用しうる蛍光膜の一例を示
す模式図である。

【図１１】本発明で適用しうる画像形成装置において
ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行なうための
駆動回路の一例を示すブロック図である。

【図１２】本発明を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１３】本発明を適用可能な梯子配置の画像形成装
置の表示パネルの一例を示す模式図である。

【図１４】Ｈａｒｔｗｅｌｌの表面伝導型電子放出素
子の一例を示す模式図である。

【図１５】ＡＥＲＯＳＩＬ３００（日本アエロジル社
製）の粒子構造を示す電子顕微鏡写真と各種ＡＥＲＯＳ
ＩＬの一次粒子分布曲線を示すグラフである。

【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：ヘッド本体、２２：ヒーターまたはピ
エゾ素子、２３：インク流路、２４：ノズル、２５：イ
ンク供給管、２０：インク溜め、６０：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、６１：電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加す
るための電源、６２：電子放出部５・アノード電極６４
間を流れる放出電流Ｉｅを測定するための電流計、６
３：アノード電極６４に電圧を印加するための高圧電
源、６４：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、６５：真空装置、６
６：排気ポンプ、８１：電子源基板、８２：Ｘ方向配
線、８３：Ｙ方向配線、８４：表面伝導型電子放出素
子、８５：結線、９１：リアプレート、９２：支持枠、
９３：ガラス基板、９４：蛍光膜、９５：メタルバッ
ク、９６：フェースプレート、９８：外囲器、１０１：
黒色導電材、１０２：蛍光体、１１１：表示パネル、１
１２：走査回路、１１３：制御回路、１１４：シフトレ
ジスタ、１１５：ラインメモリ、１１６：同期信号分離
回路、１１７：変調信号発生器、Ｖｘ及びＶａ：直流電
圧源、１２０：電子源基板、１２１：電子放出素子、１
２２（Ｄｘ１〜Ｄｘ１０）：前記電子放出素子を配線す
るための共通配線、１３０：グリッド電極、１３１：電
子が通過するため空孔、１３２（Ｄｏｘ１、Ｄｏｘ２、
・・・、Ｄｏｘｍ）：容器外端子、１３３：グリッド電極
１３０と接続された容器外端子。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上の対向する電極間に有機金属化合
物を含む水溶液の液滴を付与する工程と、前記基板を加
熱焼成して前記液適が付与された位置に導電性薄膜を形
成して電子放出部とする工程とを有する電子放出素子の
製造方法において、前記水溶液中に酸化物微粒子を混在
させることを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項２】前記の酸化物微粒子が気相反応により作
られたシリカ微粒子であ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。
【請求項３】前記のシリカ微粒子の粒径が１０〜１０
００オングストロームであることを特徴とする請求項２
記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項４】前記のシリカ微粒子の含有量が溶媒に対
し０．１〜１０Ｗｔ％であることを特徴とする請求項２
または３記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項５】前記の液滴付与はインクジェット方式に
より行うことを特徴とする請求項１〜４記載の電子放出
素子の製造方法。
【請求項６】前記インクジェット方式はバブルジェッ
ト方式またはピエゾジェット方式であることを特徴とす
る請求項５記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項７】前記液滴を連続的に付与して前記導電性
薄膜を線状または面状に形成することを特徴とする請求
項１〜６記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項８】請求項１〜７いずれかの製造方法に従い
製造されたことを特徴とする電子放出素子。
【請求項９】請求項８記載の電子放出素子を用いたこ
とを特徴とする表示素子。
【請求項１０】請求項９記載の表示素子を用いたこと
を特徴とする画像形成装置。