JPH103851A - 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】 基板上の対向する電極間に付与した液滴のド
ット径が、所望の大きさ以上に広がることがなく、液滴
の溶媒が蒸発することのない表面伝導型電子放出素子、
この素子を用いた電子源、表示パネルおよび画像形成装
置の製造方法を提供する。 【解決手段】 基板上の対向する電極間に、導電性薄膜
形成用材料を含む溶液の液滴を付与して導電性薄膜を形
成し、該導電性薄膜の一部に電子放出部を形成する電子
放出素子の製造方法であって、前記液滴の付与を湿度が
７０％以下に保持された雰囲気下にて行うことを特徴と
する電子放出素子の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導電性薄膜形成用
材料を含む溶液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に関する。更に詳し
くは、インクジェット方式を利用して前記溶液を付与し
た電子放出素子の製造方法、該電子放出素子を用いた電
子源の製造方法、該電子源を用いた表示パネルの製造方
法および該表示パネルを用いた画像形成装置の製造方法
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）、表面伝導型等の電子放出素
子がある。ＦＥ型電子放出素子の例としては、Ｗ．Ｐ．
Ｄｙｋｅ＆Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄ ｅｍｉ
ｓｓｉｏｎ”，Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎＰｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）、あるいは
Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐｒｏｐ
ｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌｄ
ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｍｏ
ｌｙｂｄｅｎｉｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）等に記載のものが
知られている。

【０００３】また、ＭＩＭ型電子放出素子の例として
は、Ｃ．Ａ．Ｍｅａｄ，“Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ
Ｔｕｎｎｅｌ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ”，
Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３２，６４６（１９６１）
等に記載のものが知られている。

【０００４】そして、表面伝導型電子放出素子の例とし
ては、Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ．
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓ．，１０，１２９０（１９
６５）等に記載のものが知られている。

【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ＳｎＯ_２薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によるもの
［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ，“Ｔｈｉｎ ＳｏｌｉｄＦｉｌ
ｍｓ”，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ_２Ｏ_３／Ｓｎ
Ｏ_２薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎｄ
Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ，“ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｅ
Ｄ 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
な素子構成として前述のハートウェルの素子構成を図１
５に示す。同図において１は基板である。４は導電性薄
膜であり、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。な
お、同図中の素子電極間隔Ｌ１は０．５〜１ｍｍ、Ｗ’
は約０．１ｍｍで設定されている。また、電子放出部５
の位置及び形状については、模式図として表した。

【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に予め通電
フォーミングと呼ばれる通電処理を施すことによって電
子放出部５を形成するのが一般的であった。すなわち、
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４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
においては導電性薄膜４の一部に亀裂が発生しており、
その亀裂付近から電子放出が行われる。このように通電
フォーミングにより導電性膜を局所的に破壊、変形もし
くは変質せしめ、構造の変化した部位を電子放出部５と
呼び、また通電フォーミングにより電子放出部５が形成
された導電性薄膜４を電子放出部５を含む導電性薄膜４
と呼ぶ。前記通電フォーミング処理を施した表面伝導型
電子放出素子は、上述の電子放出部５を含む導電性薄膜
４に電圧を印加し、該素子に電流を流すことにより、電
子放出部５より電子を放出せしめるものである。

【０００８】また、上述の表面伝導型電子放出素子は、
構造が単純で製造も比較的容易であることから、大面積
にわたって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
されており、例えば荷電ビーム源、表示装置等が挙げら
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、後述するように、並列に配列した個々の表面
伝導型電子放出素子の両端を配線（共通配線）でそれぞ
れ結線した行を多数行配列した、いわゆる梯子型配置の
電子源が挙げられる（例えば、特開昭６４−０３１３３
２号公報、特開平１−２８３７４９号公報、特開平２−
２５７５５２号公報等）。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
発光型の表示装置としては、表面伝導型電子放出素子を
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
パネルを具備する画像形成装置が挙げられる（例えば、
ＵＳＰ５０６６８８３）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】これらの表面伝導型電
子放出素子を用いたディスプレイのリアパネルは、薄膜
プロセスを用いて作製されていたが、薄膜プロセスでは
大面積化にあたり、工程数が多く、また、大がかりな真
空装置を必要とするため、コストが非常にかかってしま
った。

【００１０】そこで本出願人らは既に特願平６−３１３
４４０号で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、画像形成装置およびそれらの製造方法とし
て金属含有溶液を液滴の状態で基板上に付与して電子放
出素子を形成することを提案した。

【００１１】上記方法を用いて、表面伝導型電子放出素
子の導電性薄膜を形成する場合において、基板上に、導
電性薄膜を構成する材料を含む溶液を液滴の状態で、予
め形成された素子電極間に付与し、焼成し導電性薄膜を
得た後、フォーミング処理を行って表面伝導型電子放出
素子を形成する。しかし、液滴を付与する時の雰囲気に
より、付与した液滴のドット径がばらつき、時にはにじ
んで所望のドット径よりも広がってしまい、ひどい場合
には素子電極や配線等に吸収され、ドットとして残らな
い場合がある。この結果、上記焼成工程を経ると、素子
間で導電性薄膜の抵抗値にばらつきを生じてしまうた
め、前記フォーミング処理に適した抵抗値範囲からはず
れてしまいフォーミング処理が行えない場合や、あるい
はフォーミング処理ができたとしても電子放出特性の低
い素子が形成されるなど素子特性にばらつきが生じる場
合があった。

【００１２】また、特に複数素子を形成する場合におい
ては、初めに形成した液滴と、後に形成した液滴とでは
時間的に差があり、前記した焼成工程の前段階で、初め
に形成した液滴の溶媒が蒸発することにより、形成した
液滴に結晶性が生じてしまう場合があり、焼成を経た後
の導電性薄膜をフォーミング処理すると電子放出特性の
ばらつきを生じる場合があった。

【００１３】そこで、本発明の目的は、電子放出素子の
製造方法において、特に複数素子を形成する場合におけ
る導電性薄膜を構成する材料を含む溶液を、液滴の状態
で基板上に付与する工程で、基板上に付与した液滴が特
に所望のドット径よりも広がることで、前記焼成工程後
の導電性薄膜の抵抗がフォーミングに適した所望の抵抗
値よりも高くなるのを防ぎ、また同時に、前記焼成工程
前の液滴の溶媒が蒸発するのを防ぎ、電子放出特性の均
一性が向上した、上記素子を複数用いた電子源、表示パ
ネルさらには画像形成装置の製造方法を提供することで
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段および作用】本発明者が上
述した課題を解決するために鋭意検討を行った結果、以
下のことが明らかになった。

【００１５】インクジェット方式等の液滴付与装置を用
いて導電性薄膜を構成する材料を含む溶液を基板に付与
する際に、基板上でドットの径がばらついてしまった
り、液滴がにじんでドットを形成できず、焼成後に所望
の抵抗値より高くなってしまうのは、基板上の雰囲気の
湿度が７０％を越える時であることが分かった。

【００１６】そこで、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、導電性薄膜形成用材料
を含む溶液の液滴を付与して導電性薄膜を形成し、該導
電性薄膜の一部に電子放出部を形成する電子放出素子の
製造方法であって、前記液滴の付与を湿度が７０％以下
に保持された雰囲気下にて行うことを特徴とする。

【００１７】上述のように、液滴付与装置を用いて導電
性薄膜を形成する工程において、基板上の雰囲気、特に
湿度を７０％以下に保持して液滴付与を行うことによ
り、液滴のにじみを無くし、液滴の径のばらつきを抑制
して、均一性、再現性を向上させるものである。また、
湿度を４０％以上に保持して液滴付与を行うことによ
り、溶液の溶媒の蒸発を防ぎ、同じく均一性、再現性を
向上させるものである。以上の製造方法により、パター
ニング等の工程を用いずに導電性薄膜を再現性よく安定
して形成できる。

【００１８】また、本発明は電子源、表示パネルおよび
画像形成装置の製造方法に関するものである。

【００１９】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した電子源の製
造方法であって、前記素子を本発明の電子放出素子の製
造方法で製造することを特徴とする。

【００２０】本発明の表示パネルの製造方法は、電子放
出素子および該素子への電圧印加手段とを具備した電子
源と、前記素子から放出される電子を受けて発光する蛍
光膜とを具備する表示パネルの製造方法であって、前記
素子を本発明の電子放出素子の製造方法で製造すること
を特徴とする。

【００２１】さらに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
備した電子源と、前記素子から放出される電子を受けて
発光する蛍光膜と、外部信号を用いて前記素子へ印加す
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、前記素子を本発明の電子放出素子の
製造方法で製造することを特徴とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態を説明する。

【００２３】本発明に従う表面伝導型電子放出素子の製
造について説明する。またここでは平面構造の電子放出
素子について述べるが、本発明の製造方法はこの平面型
電子放出素子に限られるものではない。

【００２４】図１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明に好
適な表面伝導型電子放出素子の構成を示す模式的平面図
および断面図である。図１を用いて、本発明に好適な電
子放出素子の基本的な構成を示す。図１（ａ）、（ｂ）
において、１は絶縁性基板、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。

【００２５】基板１としては、石英ガラス、Ｎａ等の不
純物含有量を低減させたガラス、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、並びにアルミナ等のセラミックス基板等が
用いられる。

【００２６】基板１上に対向配置される素子電極２、３
の材料としては、一般的な導体材料が用いられ、例えば
Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃ
ｕ、Ｐｄ等の金属あるいはそれらの合金、Ｐｄ、Ａｓ、
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や、Ｉｎ₂
Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ 等の透明導電体、並びにポリシリコン等
の半導体材料等から適宜選択される。

【００２７】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、応用される形態等に応じて適宜設計
される。素子電極間隔Ｌは、好ましくは数千オングスト
ロームから数百μｍであり、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１μｍから１００μｍの範
囲である。また、素子電極長さＷは、好ましくは電極の
抵抗値、電子放出特性を考慮して、数μｍから数百μｍ
の範囲である。さらに素子電極２、３の膜厚ｄは、好ま
しくは数百オングストロームから数μｍ、より好ましく
は１００オングストロームから１μｍの範囲である。

【００２８】なお、図１においては基板１上に素子電極
２、３、導電性薄膜４の順に順次積層してあるが、本発
明に好適な電子放出素子はかかる構成だけでなく、基板
１上に導電性薄膜４、対向する素子電極２、３の順に順
次積層してなるものであってもよい。

【００２９】導電性薄膜４は、良好な電子放出特性を得
るためには微粒子で構成された微粒子膜が特に好まし
い。導電性薄膜４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
るフォーミング処理条件等を考慮して適宜設定され、好
ましくは数オングストロームから数千オングストローム
であり、特に好ましくは１０オングストロームから５０
０オングストロームの範囲とするのが良い。導電性薄膜
４の抵抗値は、Ｒｓが１０の２乗から１０の７乗オーム
の値である。なおＲｓは、厚さがｔ、幅がｗで長さがｌ
の薄膜の抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ（ｌ／ｗ）とおいたときに
現れる値で、薄膜材料の抵抗率をρとするとＲｓ＝ρ／
ｔで表される。本明細書において、フォーミング処理に
ついて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方法であればいかなる方法で
も良い。

【００３０】また、導電性薄膜４を構成する材料として
は、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃ
ｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等の金
属、ＰｄＯ、ＳｎＯ₂ 、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 、ＰｂＯ、Ｓｂ₂ Ｏ
₃ 等の金属酸化物、ＨｆＢ₂ 、ＺｒＢ₂ 、ＬａＢ₆ 、Ｃ
ｅＢ₆ 、ＹＢ₄ 、ＧｄＢ₄ 等の金属硼化物、ＴｉＮ、Ｚ
ｒＮ、ＨｆＮ等の金属窒化物等が挙げられ、ＴｉＣ、Ｚ
ｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣ等の金属炭化物、
Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体、カーボン等の中から適宜選択さ
れる。

【００３１】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（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）の膜をさす。かかる微粒子の粒径は、数オングスト
ロームから１μｍの範囲が好ましく、特に好ましくは１
０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。

【００３２】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、導電性薄膜４の膜厚、膜
質、材料および後述する通電フォーミング等の製法に依
存して形成される。前記電子放出部５の内部には、１０
００オングストローム以下の粒径の導電性微粒子が含ま
れることもある。この導電性微粒子は、導電性薄膜４を
構成する材料の元素の一部、あるいは全ての元素と同様
の元素を含有するものとなる。また、電子放出部５およ
びその近傍の導電性薄膜４には、炭素および／または炭
素化合物が含まれることもある。

【００３３】上述の表面伝導型電子放出素子の製造方法
としては、様々な方法が考えられるが、図２および図３
を参照しながら製造方法の一例について説明する。図３
は本発明の特徴を最もよく表す一例を示した模式図であ
る。なお、図２、３中の符号で図１と同一の符号は、同
一の物を指す。

【００３４】１）基板１を洗剤、純水および有機溶剤に
より十分に洗浄後、真空蒸着法、スパッタ法等により素
子電極材料を基板１上に堆積後、例えばフォトリソグラ
フィー技術により該基板１上に素子電極２、３を形成す
る（図２（ａ））。

【００３５】２）基板１上の素子電極２、３の電極間
に、液滴付与装置９を用いて前述の導電性薄膜を構成す
る材料を含んだ溶液を液滴１６の状態で付与する（図２
（ｂ））。ここで付与する溶液としては、例えば水７５
％、イソプロピルアルコール（以降、ＩＰＡと略する）
２５％の溶媒にパラジウムを溶解させた溶液が挙げられ
る。なお、前述した「にじみ」や、ドットの形状は、溶
液の組成や含有する材料等により差異がある。

【００３６】本発明では液滴を付与する際に、例えば図
３に示すように、基板近傍に湿度計１０を設けて基板上
の湿度を測定し、恒温湿エア供給装置１４を用いてステ
ージ１３に載せた基板上の湿度を４０％〜７０％に保持
する。ステージ１３の下には、Ｘ方向用リニアベアリン
グ１１とＹ方向用リニアベアリング１２を設けることが
できる。このような装置を用いて、基板上の湿度を７０
％以下に保持することにより、付与した液滴がにじむこ
ともなく、安定した形状と径のドットを形成することが
でき、また、溶媒の蒸発による結晶の析出も抑制でき、
結果として、電子放出特性が均一な電子源、表示パネル
および画像形成装置が得られる。

【００３７】恒温湿エア供給装置の除湿器としては、電
子冷却方式、空冷式、半透膜気相除湿方式等、基板上の
湿度を４０％〜７０％に保持できるものであれば、本発
明に好適に用いられる。

【００３８】液滴付与装置９としては、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よいが、特に
十数ｎｇから数十ｎｇ程度の範囲で制御が可能で、且つ
数十ｎｇ程度以上の微小量の液滴が容易に形成できるイ
ンクジェット方式の装置が良い。インクジェットとは、
液体小滴を形成したうえ、被付与面に向けて射出して、
主に液体小滴の慣性により該液体小滴を被付与面に移行
させてなる液滴付与手段である。通常、前記インクジェ
ットは被付与面上の所望の位置に液体小滴を移行させる
目的で、液滴射出部と被付与面との相対位置を変化させ
る手段や、前記の慣性により移行中の液体小滴に対し
て、静電気等の非接触による外力を作用させて液体小滴
の飛行方向を調整する手段を併用する場合が多い。

【００３９】インクジェット方式には、ピエゾ方式や加
熱発泡（バブルジェット）方式等が含まれる。前記ピエ
ゾ方式とはインクジェットの一方式であって、圧電体に
電圧を印加した時の変形力を利用して、液体小滴の形成
と射出を行う方式である。また、前記バブルジェット方
式とは、同じくインクジェットの一方式であって、液体
を小空間で加熱した際の突沸の力を利用して、液体小滴
の形成と射出を行う方式である。

【００４０】また、液滴の状態としては、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、溶剤等に前述の金属等を分散、溶解した、溶液、有
機金属溶液等が挙がられる。

【００４１】以上の方法で導電性薄膜を構成する材料を
含む溶液の液滴を付与した後、３００度から６００度の
温度で加熱処理し、溶媒を蒸発させて導電性薄膜４を形
成する（図２（ｃ））。通常、前記のようにして形成さ
れた導電性薄膜は、微視的には導電性薄膜を構成する材
料を含む液体に含まれていた金属原子が、数個から数千
個凝集した微粒子が多数集合した形態を有する。この方
法により、所望のドットの径および抵抗の再現性がよく
なり、結果、所望の電子放出特性を有する表面伝導型電
子放出素子を再現性良く作製できる。

【００４２】３）続いて、フォーミング処理を施す。こ
のフォーミング処理の一例として通電処理による方法を
説明する。この処理は、素子電極２、３間に不図示の電
源を用いて通電し、導電性薄膜４に構造の変化した部位
を形成する処理である（図２（ｅ））。この通電フォー
ミングにより導電性薄膜４を局所的に破壊、変形もしく
は変質せしめ、構造の変化した部位を電子放出部５と呼
ぶ。

【００４３】通電フォーミングの際の電圧波形の一例を
図４に示す。電圧波形は特にパルス波形が好ましく、パ
ルス波高値を定電圧としたパルスを連続的に印加する場
合を図４（ａ）に、パルス波高値を増加させながらパル
スを印加する場合を図４（ｂ）にそれぞれ示す。先ず、
パルス波高値を定電圧とした場合について図４（ａ）に
基づいて説明する。

【００４４】図４（ａ）におけるＴ１およびＴ２はそれ
ぞれ電圧波形のパルス幅とパルス間隔である。Ｔ１を１
マイクロ秒〜１０ミリ秒、Ｔ２を１０マイクロ秒〜１０
０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前述した形
態に応じて適宜選択し、適当な真空度、例えば１０のマ
イナス５乗Ｔｏｒｒ程度の真空雰囲気下で、数秒から数
十分間電圧を印加する。なお、素子の電極間に印加する
電圧波形は三角波に限定することはなく、矩形波など所
望の波形を採用しても良い。

【００４５】図４（ｂ）におけるＴ１およびＴ２は、図
４（ａ）におけるものと同様であり、三角波の波高値
を、例えば０．１Ｖステップ程度づつ増加させながら適
当な真空雰囲気下で印加する。

【００４６】なお、上記の場合の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、例えば０．１Ｖ程度の
電圧で素子電流を測定し、抵抗値を求め、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を終了す
る。

【００４７】４）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】すなわち活性化工程は、例えば、有機物質
のガスを含有する雰囲気下で、通電フォーミングと同様
に、パルスの印加を繰り返すことで行うことができる。
この雰囲気は、例えば油拡散ポンプやロータリーポンプ
などを用いて真空容器内を排気した場合に、雰囲気内に
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、カルボン酸、
スルホン酸等の有機酸類等を挙げることができる。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。

【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、パルス波高値なども適宜設定される。

【００５０】上述の炭素あるいは炭素化合物とは、例え
ばグラファイト（このグラファイトはいわゆるＨＯＰ
Ｇ、ＰＧ、ＧＣを包含しており、ＨＯＰＧはほぼ完全な
グラファイトの結晶構造を有するもの、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。）、
非晶質カーボン（アモルファスカーボンおよび、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
含むカーボン）であり、その膜厚は、５００オングスト
ローム以下とするのが好ましく、３００オングストロー
ム以下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。

【００５２】前記活性化工程で、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、上記の炭素および炭素化合物がほぼ新た
に堆積しない分圧が好ましく、具体的には１×１０^-8Ｔ
ｏｒｒ以下が好ましく、さらには１×１０^-10 Ｔｏｒｒ
以下が特に好ましい。真空容器内の圧力は、１０^-6.5〜
１０^-7Ｔｏｒｒが好ましく、特に１×１０^-8Ｔｏｒｒ以
下が好ましい。

【００５３】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
上という条件が望ましいが、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。な
お、上記有機物質の分圧測定は、質量分析装置により質
量数が１０〜２００の炭素と水素を主成分とする有機分
子の分圧を測定し、それらの分圧を積算することにより
求められる。

【００５４】安定化工程を行なった後の、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。

【００５５】従って、このような真空雰囲気を採用する
ことにより、新たな炭素および炭素化合物の堆積を抑制
する事が可能となり、結果として素子電流Ｉｆ、放出電
流Ｉｅが安定する。

【００５６】上述のような素子構成を有しており、上記
本発明の製造方法によって作製された電子放出素子の基
本特性について図５および図６を用いて説明する。図５
は、図１で示した構成を有する素子の電子放出特性を測
定するための測定評価装置の概略構成図である。図５に
おいて、図１中の符号と同一の符号は図１と同一のもの
を示す。また、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、５１は
電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源、５
２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、５３はアノード電極５４に電圧
を印加するための高圧電源、５４は素子の電子放出部３
より放出される放出電流Ｉｅを捕捉するためのアノード
電極、５５は真空装置、５６は排気ポンプである。

【００５７】また、電子放出素子およびアノード電極５
４等は真空装置５５内に設置され、その真空装置５５に
は、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、所望の真空下で電子放出素子の測定評価を行
えるようになっている。なお、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か
らなる。また、真空装置全体、および電子放出素子は、
不図示のヒーターにより２００度まで加熱できる。従っ
て、本測定評価装置では、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。なお、アノード電極の電圧
は１ｋＶ〜１０ｋＶ、アノード電極と電子放出素子との
距離Ｈは２ｍｍ〜８ｍｍの範囲で測定した。

【００５８】図５に示した測定評価装置により測定され
た放出電流Ｉｅおよび素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆとの
関係の典型的な例を図６に示す。なお、放出電流Ｉｅは
素子電流Ｉｆに比べて著しく小さいので、図６は任意単
位で示されている。なお、縦横軸はリニアスケールであ
る。

【００５９】図６からも明らかなように、本発明の製造
方法によって作製された電子放出素子は、放出電流Ｉｅ
に対する以下の三つの特徴的特性を有する。

【００６０】先ず第一に、上記電気放出素子はある電圧
（しきい値電圧と呼ばれ、図６中のＶｔｈである）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Ｖｔｈ未満では放出電流Ｉｅがほとん
ど検出されない。すなわち、上記電気放出素子は、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。第二に、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。第三にアノード電極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。

【００６１】本発明の製造方法によって製造される電子
放出素子は以上のような特性を有するため、複数の電子
放出素子を配置した電子源、画像形成装置等においても
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
となり、多方面への応用が可能である。

【００６２】また、素子電流Ｉｆは素子電圧Ｖｆに対し
て単調増加する（ＭＩ特性と呼ぶ）好ましい特性の例を
図６中に実線で示したが、この他にも、素子電流Ｉｆが
素子電圧Ｖｆに対して電圧制御型負性抵抗（ＶＣＮＲ特
性と呼ぶ）特性を示す場合もある（不図示）。また、こ
れら素子電流の特性は、その製法および測定時の測定条
件等に依存する。なお、この場合も、電子放出素子は上
述した三つの特性上の特徴を有する。

【００６３】次に、本発明の電子源の製造方法と、該方
法によって製造される電子源について説明する。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、該
電子放出素子を上述の本発明の電子放出素子の製造方法
で作製することを特徴とする方法である。本発明の電子
源の製造方法においては、電子放出素子を前述の本発明
の電子放出素子の製造方法で作製すること以外は特に制
限されず、またかかる方法によって製造される電子源の
電圧印加手段等の具体的な構成も特に制限されない。

【００６４】以下に、本発明の電子源の製造方法および
その方法によって製造される電子源の好適な態様につい
て説明する。

【００６５】基板上の電子放出素子の配列の方式には、
例えば、従来例で述べたように多数の電子放出素子を並
列に配置し、個々の素子の両端を配線で接続した電子放
出素子の行を多数配列し（行方向と呼ぶ）、この配線と
直交する方向に（列方向と呼ぶ）該電子源の上方の空間
に設置された制御電極（グリッドとも呼ぶ）によって電
子放出素子からの放出電子を制御駆動するはしご状配置
や、次に述べるｍ本のＸ方向配線の上にｎ本のＹ方向配
線を層間絶縁層を介して設置し、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
配置があげられる。以下、後者の配置を単純マトリクス
配置と呼ぶ。まず、単純マトリクス配置について詳述す
る。

【００６６】前述した本発明の製造方法で作製される電
子放出素子の３つの基本的特性の特徴によれば、単純マ
トリクス配置された電子放出素子においても、該素子か
らの放出電子は、しきい値電圧以上では対抗する素子電
極間に印加するパルス状電圧の波高値と巾によって制御
される。一方、しきい値電圧以下では、放出電子はほと
んど放出されない。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、個々の素子に上記パル
ス状電圧を適宜印加すれば、入力信号に応じて電子放出
素子を選択し、その電子放出量を制御することが可能で
ある。

【００６７】以下、この原理に基づいて構成した電子源
の構成について、図７を用いて説明する。７１は電子源
基板、７２はＸ方向配線、７３はＹ方向配線、７４は電
子放出素子、７５は結線である。なお、電子放出素子７
４は前述の本発明の製造方法で作製されたものであれば
よく、平面型あるいは垂直型のどちらであってもよい。

【００６８】図７において、電子源基板７１は前述した
ガラス基板等であり、用途に応じて、設置される電子放
出素子の個数および個々の素子の設計上の形状が適宜設
定される。Ｘ方向配線７２はＤｘ１、Ｄｘ２、・・・、
Ｄｘｍのｍ本（ｍは正の整数）の配線からなり、電子源
基板７１上に真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等で形成
した導電性金属等である。また、多数の電子放出素子に
ほぼ均等な電圧が供給されるようにその材料、膜厚、配
線幅が適宜設定される。Ｙ方向配線７３はＤｙ１、Ｄｙ
２、・・・、Ｄｙｎのｎ本（ｎは正の整数）の配線から
なり、Ｘ方向配線７２と同様に作製される。これらｍ本
のＸ方向配線７２とｎ本のＹ方向配線７３間には、不図
示の層間絶縁層が設置され、電気的に分離されてマトリ
ックス配線を構成する。

【００６９】不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等で形成されたＳｉＯ₂ 等であり、Ｘ方
向配線７２を形成した基板７１の全面または一部に所望
の形状で形成され、特にＸ方向配線７２とＹ方向配線７
３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。また、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。

【００７０】更に、電子放出素子７４の対向する素子電
極（不図示）が、ｍ本のＸ方向配線７２およびｎ本のＹ
方向配線７３と、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等で
形成された導電性金属等からなる結線７５によってそれ
ぞれ電気的に接続されているものである。

【００７１】ここで、ｍ本のＸ方向配線７２、ｎ本のＹ
方向配線７３、結線７５および対向する素子電極の導電
性金属は、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いてもよく、前述の素子
電極の材料等から適宜選択される。なお、これら素子電
極への配線は、素子電極と配線材料が同一である場合
は、素子電極と総称する場合もある。また電子放出素子
は、基板７１上、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。

【００７２】また、詳しくは後述するが、前記Ｘ方向配
線７２には、Ｘ方向に配列する電子放出素子７４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が電気的に接続されてい
る。一方、Ｙ方向配線７３には、Ｙ方向に配列する電子
放出素子７４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
段が電気的に接続されている。更に、電子放出素子の各
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となる。

【００７３】次に、本発明の表示パネルの製造方法と、
該方法によって製造される表示パネルについて説明す
る。

【００７４】本発明の表示パネルの製造方法は、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蛍光膜
とを具備する表示パネルの製造方法であって、該電子放
出素子を前述の本発明の電子放出素子の製造方法で作製
することを特徴とする方法である。本発明の表示パネル
の製造方法においては、電子放出素子を前述の本発明の
電子放出素子の製造方法で作製すること以外は特に制限
されず、またかかる方法によって製造される表示パネル
の電子源、蛍光膜等の具体的な構成も特に制限されな
い。

【００７５】以下に、本発明の表示パネルの製造方法お
よびその方法によって製造される表示パネルの好適な態
様として、以上のようにして作製した単純マトリクス配
置の電子源による表示等に用いる表示パネルについて、
図８および図９を用いて説明する。図８は表示パネルの
基本構成図であり、図９は蛍光膜のパターン図である。

【００７６】図８において、７１は上述のようにして電
子放出素子を配置した電子源基板、８１は電子源を固定
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、８２は支持枠であり、リアプレート８１、支持枠
８２およびフェースプレート８６を、フリットガラス等
を塗布した後に大気中あるいは窒素雰囲気中で４００〜
５００度で１０分以上焼成することによって封着して、
外囲器８８を構成する。

【００７７】図８において、７４は図１における電子放
出部に相当する。７２および７３は、それぞれ電子放出
素子の一対の素子電極と接続されたＸ方向配線およびＹ
方向配線である。

【００７８】外囲器８８は、上述の如く、フェースプレ
ート８６、支持枠８２およびリアプレート８１で構成さ
れるが、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は不要であり、基
板７１に直接支持枠８２を封着し、フェースプレート８
６、支持枠８２および基板７１にて外囲器８８を構成し
ても良い。また、更には、フェースプレート８６とリア
プレート８１との間に、スペーサーとよばれる不図示の
支持体を設置することで、大気圧に対して十分な強度を
もつ外囲器８８の構成にすることもできる。

【００７９】図９は蛍光膜を示す。蛍光膜８４は、モノ
クローム用の場合は蛍光体のみから成るが、カラー用の
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
示の際に必要となる三原色蛍光体の各蛍光体９２間の塗
り分け部を黒くすることで混色等を目立たなくすること
と、蛍光膜８４における外光反射によるコントラストの
低下を抑制することである。ブラックストライプの材料
としては、通常よく用いられている黒鉛を主成分とする
材料だけでなく、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。

【００８０】ガラス基板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。また、蛍光膜８４の内面側には通常メタルバック
８５が設けられる。メタルバックの目的は、蛍光体の発
光のうち内面側への光をフェースプレート８６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。

【００８１】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、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
くてはいけないため、十分な位置合わせを行う必要があ
る。外囲器８８は、不図示の排気管を通じ、１０のマイ
ナス７乗Ｔｏｒｒ程度の真空度にされ、封止が行われ
る。また、外囲器８８の封止後の真空度を維持するため
に、ゲッター処理を行う場合もある。これは、外囲器８
８の封止を行な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８８内の所定
の位置（不図示）に配置されたゲッターを加熱し、蒸着
膜を形成する処理である。ゲッターは通常Ｂａ等が主成
分であり、該蒸着膜の吸着作用により、例えば １×１
０のマイナス５乗ないしは１×１０のマイナス７乗トー
ルの真空度を維持するものである。なお、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。

【００８２】次に、本発明の画像形成装置の製造方法
と、該方法によって製造される画像形成装置について説
明する。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蛍光膜
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、該電子放出素子を前述の本発明の電子放出素子の製
造方法で作製することを特徴とする方法である。本発明
の画像形成装置の製造方法においては、電子放出素子を
前述の本発明の電子放出素子の製造方法で作製すること
以外は特に制限されず、またかかる方法によって製造さ
れる画像形成装置の電子源、蛍光膜、駆動回路等の具体
的な構成も特に制限されない。

【００８３】以下に、本発明の画像形成装置の製造方法
およびその方法によって製造される画像形成装置の好適
な態様として、単純マトリクス配置の電子源を用いて構
成した表示パネルを用いてＮＴＳＣ方式のテレビ信号に
基づいてテレビジョン表示を行なう為の画像形成装置を
示し、その概略構成を図１０を用いて説明する。図１０
は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行なう例
の画像形成装置の駆動回路のブロック図である。図１０
において、１０１は前記表示パネルであり、また、１０
２は走査回路、１０３は制御回路、１０４はシフトレジ
スタ、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。

【００８４】以下、各部の機能を説明していく。先ず表
示パネル１０１は、端子Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍ、およ
び端子Ｄｏｙ１ないしＤｏｙｎ、並びに高圧端子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
クス配線された電子放出素子群を一行（Ｎ素子）ずつ順
次駆動していく為の走査信号が印加される。一方、端子
Ｄｏｙ１ないしＤｏｙｎには、前記走査信号により選択
された一行の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。また、高圧端子Ｈ
ｖには、直流電圧源Ｖａより、たとえば１０Ｋ［Ｖ］の
直流電圧が供給されるが、これは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
ギーを付与する為の加速電圧である。

【００８５】次に、走査回路１０２について説明する。
同回路は、内部にＭ個のスイッチング素子を備えるもの
で（図中、Ｓ１ないしＳｍで模式的に示している）、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Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍと
電気的に接続するものである。Ｓ１ないしＳｍの各スイ
ッチング素子は、制御回路１０３が出力する制御信号Ｔ
ｓｃａｎに基づいて動作するものであるが、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事
により容易に構成する事が可能である。

【００８６】なお、前記直流電圧源Ｖｘは、本実施態様
の場合には前記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。

【００８７】また、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働きを持つものである。次に説明す
る同期信号分離回路９６より送られる同期信号Ｔｓｙｎ
ｃに基づいて、各部に対してＴｓｃａｎ、Ｔｓｆｔおよ
びＴｍｒｙの各制御信号を発生する。

【００８８】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、よく知られてい
るように周波数分離（フィルター）回路を用いれば、容
易に構成できるものである。同期信号分離回路１０６に
より分離された同期信号は、よく知られるように垂直同
期信号と水平同期信号より成るが、ここでは説明の便宜
上、Ｔｓｙｎｃ信号として図示した。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ＤＡＴ
Ａ信号と表すが、同信号はシフトレジスタ１０４に入力
される。

【００８９】シフトレジスタ１０４は、時系列的にシリ
アルに入力される前記ＤＡＴＡ信号を、画像の１ライン
毎にシリアル／パラレル変換するためのもので、前記制
御回路１０３より送られる制御信号Ｔｓｆｔに基づいて
動作する（すなわち、制御信号Ｔｓｆｔは、シフトレジ
スタ１０４のシフトクロックであると言い換えても良
い）。シリアル／パラレル変換された画像１ライン分
（電子放出素子Ｎ素子分の駆動データに相当する）のデ
ータは、Ｉｄ１ないしＩｄｎのＮ個の並列信号として前
記シフトレジスタ１０４より出力される。

【００９０】ラインメモリ１０５は、画像１ライン分の
データを必要時間の間だけ記憶する為の記憶装置であ
り、制御回路１０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙにし
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、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。

【００９１】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、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、その出力信
号は、端子Ｄｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じて表示パネル
１０１内の電子放出素子に印加される。

【００９２】前述したように、本発明にかかる電子放出
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いく。なお、電子放出素子の材料や
構成、製造方法を変える事により、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
な事がいえる。

【００９３】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、第一には、パルスの波高値Ｖｍを変化させる事によ
り出力電子ビームの強度を制御する事が可能である。第
二には、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】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
変調方式等が挙げられる。電圧変調方式を実施するに
は、変調信号発生器１０７としては、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１０７としては、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もの
である。

【００９５】以上説明した一連の動作により、表示パネ
ル１０１を用いてテレビジョンの表示を行なえる。な
お、上記説明中、特に記載しなかったが、シフトレジス
タ１０４やラインメモリ１０５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
行なわれればよい。

【００９６】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、これは回路１０６の出力部にＡ／Ｄ
変換器を備えれば容易に可能であることは言うまでもな
い。また、これと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
のは言うまでもない。すなわち、デジタル信号の場合に
は、電圧変調方式の場合、変調信号発生器１０７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
て増幅回路等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１０７は、例えば、高速の発
振器および発振器の出力する波数を計数する計数器（カ
ウンタ）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
いれば当業者であれば容易に構成できる。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。

【００９７】一方、アナログ信号の場合には、電圧変調
方式の場合、変調信号発生器１０７には、例えばよく知
られるオペアンプ等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等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。

【００９８】以上のように完成した本発明に好適な画像
表示装置において、各電子放出素子に容器外端子Ｄｏｘ
１ないしＤｏｘｍ、Ｄｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じて電
圧を印加することにより電子放出させ、高圧端子Ｈｖを
通じてメタルバック８５あるいは透明電極（不図示）に
高電圧を印加して電子ビームを加速し、蛍光膜８４に衝
突させることによって蛍光膜８４を励起・発光させるこ
とで画像を表示することができる。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製する上で
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方式を挙げたが、これに限るものではな
く、ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭ方式等の諸方式でもよく、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。

【００９９】次に、前述のはしご型配置の電子源、表示
パネル及び画像形成装置の例について図１１および図１
２を用いて説明する。

【０１００】図１１において、１１０は電子源基板、１
１１は電子放出素子、１１２は前記電子放出素子を配線
するための共通配線Ｄｘ１〜Ｄｘ１０である。電子放出
素子１１１は、基板１１０上にＸ方向に並列に複数個配
置される（これを素子行と呼ぶ）。この素子行が複数個
配置され、電子源となる。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
ことが可能である。すなわち、電子ビームを放出したい
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
印加すればよい。また、各素子行間の共通配線Ｄｘ２〜
Ｄｘ９を、例えばＤｘ２とＤｘ３とを同一配線とするよ
うに構成しても良い。

【０１０１】図１２は、上記はしご型配置の電子源を備
えた画像形成装置の表示パネルを示す。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・・・Ｄｏｘｍよりなる容器外端
子、１２３はグリッド電極１２０と接続されたＧ１、Ｇ
２・・・Ｇｎからなる容器外端子、１２４は前述の様に
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１２において図８、図１１中の符号と同一
の符号は両図と同一のものを示す。前述の単純マトリク
ス配置の画像形成装置（図７に示した）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を備えている事である。基板１１０と
フェースプレート８６の中間には、グリッド電極１２０
が設けられている。グリッド電極１２０は、電子放出素
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１２１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１２のよう
なものでなくてもよく、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、また例えば電子放出素子の
周囲や近傍に設けてもよい。

【０１０２】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る。

【０１０３】上記画像形成装置では、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とによ
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。

【０１０４】また、本発明の思想によれば、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として好適な画像形成装置が
提供される。更には、感光性ドラム等と組み合わせて構
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
ることも可能である。またこの際、上述のｍ本の行方向
配線とｎ本の列方向配線を適宜選択することで、ライン
状発光源だけでなく、２次元状の発光源としても応用で
きる。

【０１０５】以下、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
い。

【０１０６】

【実施例】実施例１および比較例１ 図２および図３を用いて本発明の電子放出素子の製造方
法を説明する。

【０１０７】まず、有機溶剤で清浄化した青板ガラスか
らなる基板１上に、一般的な真空成膜技術およびフォト
リソグラフィー技術を用いて、Ｎｉからなる対向する電
極２、３を１０組形成した。そのうちの一組を図２
（ａ）に示す。このとき、素子電極のギャップ間隔は２
０μｍ、その厚さを０．１μｍとした。

【０１０８】その後、有機パラジウム含有溶液（水７５
％とＩＰＡ２５％の溶媒、パラジウム濃度１ｗｔ％）
を、液滴付与装置９として圧電素子を用いたインクジェ
ット噴射装置を用いて、電極にまたがるように各素子電
極の組ごとに５滴ずつ付与した（図２（ｂ））。液滴を
付与する時の環境として、図３に示すように、基板近傍
にある湿度計１０と、電子冷却方式の除湿器を備えた恒
温湿エア供給装置１４を用いて、ステージ１３に載せた
基板上および実験室の温度が２０℃、湿度が３０％、３
５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５
％、７０％、７５％、８０％の条件を設定し、各条件ご
とに１０素子（１０組）ずつ液滴の付与を行った。な
お、図３では素子電極は図示していない。この後、付与
した液滴を３００℃で焼成し、導電性薄膜４を作製した
（図２（ｃ））。

【０１０９】以上のようにして作製した導電性薄膜を有
する素子から、各湿度ごとに無作為に３素子ずつ抽出し
て、温度２０℃、湿度４５％の条件下で、抽出した素子
の抵抗を測定した。測定した結果を各湿度ごとに３素子
ずつ表１に示す。

【０１１０】

【表１】

【０１１１】湿度４０％〜７０％で付与した液滴は、全
ての素子で図２（ｂ）のように安定したドット形状とな
り、液滴を焼成して、表１に示すように抵抗値が約２ｋ
オームで再現性良く導電性薄膜を作製できた。これに対
し、湿度７５％、８０％で付与した液滴は、図２（ｄ）
のように、にじんでしまう場合があり、このにじんだ液
滴を焼成して得た導電性薄膜の抵抗値は、数Ｍオームあ
るいは数十Ｍオームとなってしまった。また、３０％、
３５％で付与した素子の中には、結晶が析出し、析出し
ていない素子より、数ｋオーム抵抗が高い素子になって
しまうものがあった。

【０１１２】以上の検討結果より、液滴付与時の湿度を
４０％〜７０％の雰囲気に保持することにより再現性よ
くドット形状、ドット径の安定した、所望の抵抗値の導
電性薄膜を作製できることがわかる。

【０１１３】この素子電極２、３間に、不図示の電源を
用いて通電を行い、導電性薄膜４の部位に、構造の変化
した電子放出部５を形成した（図２（ｅ））。

【０１１４】以上の方法により、所望の抵抗値を有する
導電性薄膜を再現性良く作製することができることか
ら、所望の電子放出特性を有する電子放出素子を再現性
良く作製できた。

【０１１５】なお、恒温湿エア供給装置の除湿器として
は、電子冷却方式のものに限らず、基板上の湿度を４０
％〜７０％に保持できるものならばよく、他に空冷式、
半透膜気相除湿方式等を用いることができる。また、本
実施例では素子電極形成後、導電性薄膜を形成している
が、これに限るものでなく、導電性薄膜形成後、素子電
極を形成しても同様の効果が得られる。

【０１１６】実施例２および比較例２ 液滴付与装置９として、熱的エネルギーの付与により気
泡を発生させ液滴を吐出させる方式の装置を用いたこと
以外は実施例１と同様にして、素子電極間に液滴を付与
し、導電性薄膜を作製したところ、ドット形状、抵抗値
とも実施例１と同様の結果が得られた。

【０１１７】実施例３および比較例３ 実施例１と同様の方法で、基板上にＮｉからなる素子電
極２、３を列方向に１００個、行方向に１００個マトリ
ックス状に並べた基板を作製し、実施例１と同様に、湿
度条件を３０％〜８０％の範囲で５％ごとに分け、すべ
ての素子電極間にこの湿度条件ごとに液滴を付与した。
この後、付与した液滴を３００℃で焼成して導電性薄膜
を作製した。温度２０℃、湿度４５％の条件下で、以上
のようにして作製した導電性薄膜の抵抗を測定したとこ
ろ、湿度７５％、８０％雰囲気中で液滴を付与して作製
した導電性薄膜には、液滴がにじんで抵抗が所望の値よ
り３桁ほど高い導電性薄膜があった。また、３０％、３
５％雰囲気中で液滴を付与した導電性薄膜には、結晶の
析出があり、抵抗の高い導電性薄膜があった。これに対
し、４０％〜７０％の湿度雰囲気中で液滴を付与して作
製した場合、ドット形状が安定し結晶の析出もなく、抵
抗分布がよい導電性薄膜が得られた。

【０１１８】実施例４ 湿度を６５％±１％の雰囲気中で、実施例３と同様に素
子電極と導電性薄膜を作製した。次に、図１３に示すよ
うに、フォトリソグラフィー技術を用いて、素子電極の
片側を結線した行方向配線（Ｘ方向）６、層間絶縁膜
７、素子電極のもう片方を結線した列方向配線（Ｙ方
向）８を形成した。配線の幅は１００μｍ、その厚さを
０．５μｍとした。この後、前述のフォーミングと呼ば
れる通電処理を行い、導電性薄膜に電子放出部を形成し
た。

【０１１９】こうして作製された電子源基板を用いて、
図８に示すように、前述のフェースプレート８６、支持
枠８２、リアプレート８１とで外囲器を形成し、封止を
行い、表示パネル、さらにはテレビジョン表示を行なう
ための駆動回路を有する画像形成装置を作製したとこ
ろ、ドット形状が安定し抵抗分布がよいため、輝度むら
等の欠陥が少なかった。また導電性薄膜を形成するため
のパターニング等が不要のため、コストを抑えることが
できた。

【０１２０】なお、本実施例では素子電極および導電性
薄膜形成後、行方向配線、層間絶縁膜、列方向配線を形
成したが、これに限るものでなく、配線および層間絶縁
膜形成後、素子電極および導電性薄膜を形成してもよ
い。

【０１２１】実施例５ 湿度を６５％±１％の雰囲気中で、実施例３と同様の素
子電極と導電性薄膜を作製し、次に、図１４に示すよう
に、フォトリソグラフィー技術を用いて、配線の幅１０
０μｍ、その厚さ０．５μｍの行方向配線１５で素子電
極を結線し、前述のフォーミングと呼ばれる通電処理を
行い、導電性薄膜に電子放出部を形成した。

【０１２２】このようにして作製した電子源基板に、図
１２に示すように、前述のフェースプレート８６、支持
枠８２、リアプレート８１とで外囲器を形成し、封止を
行い、表示パネル、さらには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製したところ、
ドット形状が安定し抵抗分布がよいことから、電子放出
特性が均一になり、輝度むら等の欠陥が少ない良好な画
像が得られた。また同様に、導電性薄膜を形成するため
のパターニング等が不要のため、コストを抑えることが
できた。

【０１２３】

【発明の効果】以上のように、本発明の製造方法によ
り、ドット形状が安定し、結晶の析出もなく所望の抵抗
値の導電性薄膜が作製できる。これにより所望の電子放
出特性を有する電子放出素子を再現性よく作製でき、ま
たそれを用いた電子源基板や画像形成装置では、面内の
抵抗分布が抑えられ、電子放出特性が均一になり、歩留
まりが向上し、さらには輝度むらが少ない画像が得られ
るという効果がある。

【０１２４】さらに、薄膜を形成する際に、パターニン
グ等のフォトリソグラフィー技術を用いないため、コス
トを低減できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に好適な基本的な平面型の表面伝導型
電子放出素子の構成を示す模式的平面図およびその断面
図である。

【図２】 本発明の表面伝導型電子放出素子の製造方法
の１例を示す模式図である。

【図３】 本発明の表面伝導型電子放出素子の製造を実
施する際に使用する装置の一例を示す模式図である。

【図４】 本発明に好適な通電フォーミング処理の際の
電圧波形の例を示すグラフである。

【図５】 電子放出特性を測定するための測定評価装置
の概略構成図である。

【図６】 本発明の製造方法により作製した電子放出素
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である。

【図７】 本発明に好適な単純マトリクス配置の電子源
の概略構成図である。

【図８】 単純マトリクス配置の電子源を用いた本発明
に好適な表示パネルの概略構成図である。

【図９】 蛍光膜の例を示すパターン図である。

【図１０】 本発明に好適な画像形成装置を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
ック図である。

【図１１】 本発明に好適な梯子配置の電子源の概略構
成図である。

【図１２】 梯子配置の電子源を用いた本発明に好適な
表示パネルの概略構成図である。

【図１３】 単純マトリクス配置の電子源の一部を示す
概略構成図である。

【図１４】 梯子配置の電子源の一部を示す概略構成図
である。

【図１５】 従来の表面伝導型電子放出素子の典型的な
構成を示す模式的平面図である。

【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：行方向配線、７：層間絶縁膜、８：列方
向配線、９：液滴付与装置 １０：湿度計、１１：Ｘ方向用リニアベアリング、１
２：Ｙ方向用リニアベアリング、１３：ステージ、１
４：恒温湿エア供給装置、１５：行方向配線、１６：液
滴、５０：素子電極２、３間の導電性薄膜４を流れる素
子電流Ｉｆを測定するための電流計、５１：電子放出素
子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源、５２：素子の
電子放出部５より放出される放出電流Ｉｅを測定するた
めの電流計、５３：アノード電極５４に電圧を印加する
ための高圧電源、５４：素子の電子放出部５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、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：電子放出
素子、７５：結線、８１：リアプレート、８２：支持
枠、８３：ガラス基板、８４：蛍光膜、８５：メタルバ
ック、８６：フェースプレート、Ｈｖ：高圧端子、８
８：外囲器、９１：黒色導電材、９２：蛍光体、１０
１：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よりな
る電子放出素子１１１を配線するための共通配線、１２
０：グリッド電極、１２１：電子が通過するための空
孔、１２２：Ｄｏｘ１，Ｄｏｘ２・・・Ｄｏｘｍよりな
る容器外端子、１２３：グリッド電極１２０と接続され
たＧ１、Ｇ２・・・Ｇｎからなる容器外端子、１２４：
電子源基板。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上の対向する電極間に、導電性薄膜
   形成用材料を含む溶液の液滴を付与して導電性薄膜を形
   成し、該導電性薄膜の一部に電子放出部を形成する電子
   放出素子の製造方法であって、前記液滴の付与を湿度が
   ７０％以下に保持された雰囲気下にて行うことを特徴と
   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
   にて行われることを特徴とする請求項１に記載の電子放
   出素子の製造方法。
3. 【請求項３】 前記インクジェット方式が熱的エネルギ
   の付与により気泡を発生させ液滴を吐出させる方式であ
   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。
4. 【請求項４】 前記溶液の溶媒が主に水であることを特
   徴とする請求項１〜３いずれかに記載の電子放出素子の
   製造方法。
5. 【請求項５】 電子放出素子と、該素子への電圧印加手
   段とを具備した電子源の製造方法であって、前記素子を
   請求項１〜４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。
6. 【請求項６】 電子放出素子および該素子への電圧印加
   手段とを具備した電子源と、前記素子から放出される電
   子を受けて発光する蛍光膜とを具備する表示パネルの製
   造方法であって、前記素子を請求項１〜４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。
7. 【請求項７】 電子放出素子および該素子への電圧印加
   手段とを具備した電子源と、前記素子から放出される電
   子を受けて発光する蛍光膜と、外部信号を用いて前記素
   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、前記素子を請求項１〜４
   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。