JPH1140042A

JPH1140042A - 電子放出素子、電子源、画像形成装置及びそれらの製造方法

Info

Publication number: JPH1140042A
Application number: JP19248697A
Authority: JP
Inventors: Masato Yamanobe; 正人山野辺; Kazuhiro Kamishiro; 和浩神代; Yoshinori Tomita; 佳紀富田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-07-17
Filing date: 1997-07-17
Publication date: 1999-02-12
Anticipated expiration: 2017-07-17
Also published as: JP3559689B2

Abstract

(57)【要約】【課題】より安定した電子放出特性及び電子放出効率
の向上を図るのが困難。【解決手段】一対の電極２，３と、該一対の電極に接
続され、電子放出部５が設けられた導電性膜４と、を有
する電子放出素子において、導電性膜４が、微粒子によ
り構成されており、かつ、その密度が、０．８ｇ／ｃｍ
³ 〜４ｇ／ｃｍ³の範囲にある。基体上に一対の電極
と、該一対の電極に接続され、電子放出部が設けられた
導電性膜と、を有する電子放出素子の製造方法におい
て、昇華性有機金属材料と非昇華性有機金属材料を予め
設定された濃度で混合した溶液を前記基体上に付与する
工程と、前記基体上に付与された溶液を焼成し導電性膜
を形成する工程と、を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子放出素子、電子
源、画像形成装置及びそれらの製造方法に係わり、特に
一対の電極と、該一対の電極に接続され、電子放出部が
設けられた導電性膜と、を有する電子放出素子、該電子
放出素子を用いた電子源、画像形成装置及びそれらの製
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、“Field emission"、Advance in Electron Physic
s、8、89(1956)あるいはC.A.Spindt,“PHYSICAL Properti
es of thin-film field emission cathodes withmolybd
enium cones",J.Appl.Phys.,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、“Opera
tion of Tunnel-Emission Devices"、J.Apply.Phys.、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型の例としては、
M.I.Elinson、Radio Eng.ElectronPys.、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 Films"、9、317(1972)］、Ｉ
ｎ₂ Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 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１７
に模式的に示す。同図において、２２１は基板である。
２２４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２２
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。

【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２２４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２２５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２２４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
２２５を形成することである。尚、電子放出部２２５は
導電性薄膜２２４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、導電性薄膜２２４に電圧
を印加し、素子に電流を流すことにより、電子放出部２
２５より電子を放出せしめるものである。

【０００８】上述の表面伝導型電子放出素子は、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
するように、梯型配置と呼ぶ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 号公報、特
開平 1-283749号公報、特開平 1-257552 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いた。自発光型表示装置として
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装置である画像形成装置
があげられる（例えば、米国特許第 5066883 号）。

【０００９】なお、従来、多数の表面伝導型電子放出素
子より構成された電子源より、電子放出をし、蛍光体の
発光をさせる素子の選択は、上述の多数の表面伝導型電
子放出素子を並列に配置し結線した配線（行方向配線と
呼ぶ）、行配線と直交する方向に（列方向と呼ぶ）、該
電子源と蛍光体間の空間に設置された制御電極（グリッ
ドと呼ぶ）と列方向配線への適当な駆動信号によるもの
である（例えば、本出願人による特開平 1-283749 号公
報等）。

【００１０】本出願人は、表面伝導型電子放出素子の製
造方法において、大面積に有利な製造方法として、真空
を用いたスパッタ法や蒸着法によらず、導電性膜を形成
する方法を提案している。その一例は有機金属含有溶液
をスピンナーによって基体上に塗布後、所望の形状にパ
ターニングし、有機金属を熱分解し微粒子からなる導電
性膜を得る電子放出素子の製造方法である。さらに、特
開平 08-171850号公報においては、前記導電性薄膜の所
望の形状にパターニング工程において、リソグラフィー
法を用いず、バブルジェット法やピエゾジェット法等の
インクジェット法によって、基体上に、有機金属含有溶
液の液滴を付与し、所望の形状の導電性薄膜を形成する
製造方法を提案している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
方法で形成された微粒子から構成された導電性膜を用い
た電子放出素子においては、導電性膜の性状が、電子放
出部を形成する工程等に影響を与え、電子放出特性を再
現よく形成する上で問題となる場合があった。また、前
記電子放出素子を複数配置した電子源では、電子放出特
性のばらつきとなり問題となる場合があった。また前記
電子源と蛍光体等の画像形成部材とを対向して配置し構
成した画像形成装置においても、電子放出特性のばらつ
きは、画像品位の低下に結び付き問題となる場合があっ
た。

【００１２】また、対向する一対の電極に、有機金属含
有溶液を基体に付与し有機金属を熱分解し導電性薄膜を
形成し、更に、通電フォーミング工程によって、導電性
薄膜に亀裂を形成する電子放出素子の製造方法におい
て、前記導電性薄膜に亀裂を形成する通電フォーミング
工程において、通電フォーミングに要するパワーが大き
かったり、ばらつきが大きかったりし、亀裂に影響を与
え、次の工程の活性化工程にも影響を与え、活性化時間
のばらつきや活性化工程後の電子放出素子の電気特性の
ばらつきが発生する場合があった。

【００１３】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、良好な電子放出特性を有する電子放
出特性の電子放出素子、及び均一性が高く良好な複数の
電子放出素子を配置した電子源、さらには、均一性が高
く良好な表示品位の前記電子源と蛍光体等の画像形成部
材を対向して構成した画像形成装置、およびこれらのの
製造方法を提供することを目的としている。

【００１４】また、さらには、歩留まりが高く安価な電
子放出素子、電子源、画像形成装置およびこれらの製造
方法を提供することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の電子放出素子
は、一対の電極と、該一対の電極に接続され、電子放出
部が設けられた導電性膜と、を有する電子放出素子にお
いて、前記導電性膜が、微粒子により構成されており、
かつ、その密度が、０．８ｇ／ｃｍ³ 〜４ｇ／ｃｍ³ の
範囲にあることを特徴とするものである。

【００１６】前記導電性膜の材料は、金属あるいは、金
属酸化物が好ましくは用いられ、金属元素はＰｄ（パラ
ジウム）が好適に用いられる。

【００１７】本発明の電子源は、前記電子放出素子を、
基体上に、複数配置したものであり、更に、本発明の画
像形成装置は、入力信号に応じて、前記電子源の電子放
出素子を選択変調し画像形成した装置である。

【００１８】本発明の電子放出素子の製造方法は、基体
上に一対の電極と、該一対の電極に接続され、電子放出
部が設けられた導電性膜と、を有する電子放出素子の製
造方法において、昇華性有機金属材料と非昇華性有機金
属材料を予め設定された濃度で混合した溶液を前記基体
上に付与する工程と、前記基体上に付与された溶液を焼
成し導電性膜を形成する工程と、を有することを特徴と
するものである。

【００１９】前記昇華性有機金属材料の熱分解温度は、
前記非昇華性有機金属材料の熱分解温度より高いことが
好ましく、前記昇華性有機金属材料と、前記非昇華性有
機金属材料の基体上への付与は、水溶液の液滴をインク
ジェット法で行われるのが好ましい。

【００２０】

【作用】本発明の説明に先だって、本発明にいたる経緯
について説明する。

【００２１】本発明者らは導電性膜に電子放出部を形成
する方式の電子放出素子を検討した結果、良好な電子放
出特性を得るには、導電性膜として微粒子膜を用いるこ
とが好ましいことを見出した（微粒子膜の説明について
は後述する。）。このような、微粒子膜を用いた導電性
膜は電子放出特性に優れ、しかも製造が容易に行うこと
ができる利点を有している。

【００２２】ただし、製造工程における歩留まり向上等
の観点からは電子放出素子間の電気特性のばらつきは極
力抑えることが望ましい。また、電子放出素子からなる
電子源と蛍光体等の画像形成部材とを配置し構成した画
像形成装置、特にフラットディスプレイの様に多くの電
子放出素子の画素からなる画像形成装置においては、電
子放出素子間の電気特性のばらつきは画像品位の低下に
結び付くので、極力抑えることが求められる。

【００２３】本発明者らは電子放出素子間の電気特性の
ばらつきをより抑制すべく鋭意検討を行った結果、電子
放出部を有する導電性膜の微粒子の密度が、０．８ｇ／
ｃｍ ³ 〜４ｇ／ｃｍ³ の範囲、より好ましくは１．６ｇ
／ｃｍ³ 〜３．２ｇ／ｃｍ³の範囲であれば上記の要請
を満足しえる電子放出素子を得ることができることを見
出した。導電性膜の微粒子の密度を上記の範囲とするの
は、後述する実験例及び実施例で示すように膜密度が上
記の範囲より大きくなると、電子放出素子の素子電流
（Ｉf）や電子放出電流（Ｉe）のばらつきが大きくなる
一方、上記の範囲より膜密度が小さいと素子抵抗が大き
くなり、電子放出素子の素子電流（Ｉf）や電子放出電
流（Ｉe）が低下し、そのばらつきも大きくなるからで
ある。

【００２４】なお、導電性膜として金属酸化物を用いた
場合、フォーミング処理のあと、寄生抵抗の減少のため
還元処理を行い金属に変化させたときは、本発明者らの
実験によれば微粒子の密度は約２０％程度減少するの
で、電子放出部形成前の導電性膜の微粒子の密度は、１
ｇ／ｃｍ³ 〜５ｇ／ｃｍ³ の範囲、より好ましくは２ｇ
／ｃｍ³ 〜４ｇ／ｃｍ³ となるように設定するのがよ
い。ただし、導電性膜の材料，作製条件によって、微粒
子の密度の変動幅が変わるので最終的に導電性膜の微粒
子の密度が上記の範囲（０．８ｇ／ｃｍ³ 〜４ｇ／ｃｍ
³、より好ましくは１．６ｇ／ｃｍ³ 〜３．２ｇ／ｃｍ³
）の範囲であればよい。フォーミング処理、その後の
真空加熱処理等で微粒子の密度が変化するのは、微粒子
どうしが凝集を起こしてより大きな粒子になるためと考
えることができる。電子放出部形成前の導電性膜の微粒
子の密度を上記の範囲（１ｇ／ｃｍ³ 〜５ｇ／ｃｍ³ の
範囲、より好ましくは２ｇ／ｃｍ³ 〜４ｇ／ｃｍ³ ）に
制御すれば、導電性膜に通電フォーミングを行う際のフ
ォーミングパワーを低下させることができ（後述するよ
うに、膜密度が高いとフォーミングパワーが増大す
る）、良好な亀裂が形成され、次工程の活性化工程にお
いての活性化時間のばらつきが抑制され、形成される電
子放出素子の電気特性は、ばらつきが少なく、より良好
な電気特性を示す。この結果、画像形成装置において
は、ばらつきが少ない品位の高い画像形成装置が提供で
きる。

【００２５】また、本発明者らは、電子放出素子を構成
する導電性膜の微粒子の密度を任意の範囲に制御しうる
電子放出素子の製造方法を鋭意検討した結果、以下に説
明する本発明の電子放出素子の製造方法を見いだした。

【００２６】本発明の電子放出素子の製造方法は、昇華
性有機金属材料と非昇華性有機金属材料を予め、設定し
た濃度に混合して溶液を基体に付与し、熱分解し、金属
あるいは金属酸化物からなる導電性膜を形成するもので
ある。昇華性有機金属材料として、非昇華性有機金属材
料の熱分解温度より高い昇華性有機金属材料とすること
で、最初に非昇華性有機金属材料を熱分解し、同時また
はその後に、焼成により昇華性有機金属材料が昇華する
ことにより、導電性膜が作製される。

【００２７】本発明の製造方法によれば、昇華性有機金
属材料が昇華することにより、非昇華性有機金属材料の
濃度に依存して、膜密度，抵抗が、制御できるため、前
記昇華性有機金属材料と非昇華性有機金属材料の混合比
等で、導電性膜の密度が制御でき、通電フォーミングに
最適な密度が設定でき、ばらつきが少なく、良好な電気
特性の電子放出素子が製造できる。本発明の電子放出素
子の製造方法による電子源と画像形成部材を有する画像
形成装置は、ばらつき少なく、良好な電気特性の電子源
を用いているので、ばらつきが少なく、良好な画像形成
装置が提供できる。

【００２８】

【本発明の実施の形態】本発明に用いることができる昇
華性有機金属材科は、非昇華性有機金属材料の熱分解後
に昇華が起こる材料が好ましい（非昇華性有機金属材料
の熱分解と昇華性有機金属材料の昇華が同時に起こって
もよい。）。昇華性有機金属材科としては、例えば、酢
酸パラジウム−１−（２ピリジルアゾ）−２−ナフトー
ル、酢酸パラジウムビスジプロピルアミン、酢酸白金−
４−（２−ピリジルアゾ）−２−レゾルシノール等を用
いることができ、非昇華性有機金属林料としては、例え
ば、酢酸パラジウム−モノエタノールアミン、酢酸パラ
ジウム・ジエタノールアミン、酢酸パラジウム・トリエ
タノールアミン等を用いることができる。

【００２９】本発明を適用し得る電子放出素子の基本的
構成には大別して、平面型及び垂直型の２つがある。

【００３０】まず、平面型電子放出素子について説明す
る。

【００３１】図５は、本発明を適用可能な平面型表面伝
導型電子放出素子の構成を示す模式図であり、図５
（ａ）は平面図、図５（ｂ）は断面図である。

【００３２】図５において、３１は基板、３２と３３は
素子電極、３４は導電性膜、３５は電子放出部である。

【００３３】基板３１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。

【００３４】対向する素子電極３２，３３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，Ａ
ｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属或は合金及びＰｄ，Ａｇ，Ａ
ｕ，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、Ｉｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂
等の透明導電体及びポリシリコン等の半導体導体材料等
から適宜選択することができる。

【００３５】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、導電性
膜３４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、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。

【００３６】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３２，
３３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。

【００３７】尚、図５に示した構成だけでなく、基板３
１上に、導電性膜３４、対向する素子電極３２，３３の
順に積層した構成とすることもできる。

【００３８】導電性膜３４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３２，３３へのステッ
プカバレージ、素子電極３２，３３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、Ｒ_s が１０²から１０⁷Ω／□の
値である。なおＲ_s は、厚さがｔ、幅がｗで長さがｌの
薄膜の抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒ_s （ｌ／ｗ）とおいたときに現
れる。本願明細書において、フォーミング処理について
は、通電処理を例に挙げて説明するが、フォーミング処
理はこれに限られるものではなく、膜に亀裂を生じさせ
て高抵抗状態を形成する処理を包含するものである。

【００３９】導電性膜３４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 等の酸化物等
の中から適宜選択される。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】「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。

【００４５】「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）。

【００４６】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。

【００４７】「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”（ u
ltrafine particle ）と呼ぶことにした。すると１個の
超微粒子は、およそ１００〜１０⁸ 個くらいの原子の集
合体という事になる。原子の尺度でみれば超微粒子は大
〜巨大粒子である。」（「超微粒子−創造科学技術−」
林主税、上田良二、田崎明編；三田出版１９８８年
２ページ１〜４行目）、「超微粒子よりさらに小さい
もの、すなわち原子が数個〜数百個で構成される１個の
粒子は、ふつうクラスターと呼ばれる」（同書２ページ
１２〜１３行目）。

【００４８】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。

【００４９】電子放出部３５は、導電性膜３４の一部に
形成された高抵抗の亀裂により構成され、導電性膜３４
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３５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、導電性膜３４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３５及びその近傍の導電性膜３４には、炭素及び炭
素化合物を有することもできる。

【００５０】次に、垂直型表面伝導型電子放出素子につ
いて説明する。

【００５１】図６は、本発明の電子放出素子を適用でき
る垂直型表面伝導型電子放出素子の一例を示す模式図で
ある。

【００５２】図６においては、図５に示した部位と同じ
部位には図５に付した符号と同一の符号を付している。
４１は、段さ形成部である。基板３１、素子電極３２及
び３３、導電性膜３４、電子放出部３５は、前述した平
面型表面伝導型電子放出素子の場合と同様の材料で構成
することができる。段さ形成部４１は、真空蒸着法、印
刷法、スパッタ法等で形成されたＳｉＯ₂ 等の絶縁性材
料で構成することができる。段さ形成部４１の膜厚は、
先に述べた平面型表面伝導型電子放出素子の素子電極間
隔Ｌに対応し、数千オングストロームから数十マイクロ
メートルの範囲とすることができる。この膜厚は、段さ
形成部の製法、及び、素子電極間に印加する電圧を考慮
して設定されるが、数百オングストロームから数マイク
ロメートルの範囲が好ましい。

【００５３】導電性膜３４は、素子電極３２及び３３と
段さ形成部４１作成後に、該素子電極３２，３３の上に
積層される。電子放出部３５は、図６においては、段差
形成部４１に形成されているが、作成条件、フォーミン
グ条件等に依存し、形状、位置ともこれに限られるもの
でない。

【００５４】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あるが、その一例を図７に模式的
に示す。

【００５５】以下、図５及び図７を参照しながら製造方
法の一例について説明する。図７においても、図５に示
した部位と同じ部位には図５に付した符号と同一の符号
を付している。

【００５６】１）基板３１を洗剤、純水および有機溶
剤等を用いて十分に洗浄し、真空蒸着法、スパッタ法等
により素子電極材料を堆積後、例えばフォトリソグラフ
ィー技術を用いて基板３１上に素子電極３２，３３を形
成する（図７（ａ））。

【００５７】２）素子電極３２，３３を設けた基板３
１に、有機金属溶液を塗布して、有機金属薄膜を形成す
る。有機金属溶液には、前述の導電性膜３４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。有機金属薄膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、
エッチング等によりパターニングし、導電性膜３４を形
成する（図７（ｂ））。ここでは、有機金属溶液の塗布
法を挙げて説明したが、導電性膜３４の形成法はこれに
限られるものでなく、真空蒸着法、スパッタ法、化学的
気相堆積法、分散塗布法、ディッピング法、スピンナー
法等を用いることもできる。有機金属薄膜の形成は、有
機金属含有水溶液の液滴をバブルジェット法やピエゾジ
ェット法と呼ばれるインクジェット法によって、各素子
電極および素子電極間に付与することで行うことができ
る。なお、有機金属含有水溶液の基体への付与法は、ス
ピンナーを用いた塗布法によっても良いが、この場合は
所望の導電性薄膜の形態をうるため、パターニング工程
が必要となる。

【００５８】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３２，３３間に、不図
示の電源を用いて、通電を行うと、導電性膜３４の部位
に、構造変化した電子放出部３５が形成される。（図７
（ｃ））。通電フォーミングによれば導電性膜３４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３５を構成する。通
電フォーミングの電圧波形の例を図８に示す。

【００５９】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８（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８（ｂ）に示した手
法がある。

【００６０】図８（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（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。

【００６１】図８（ｂ）におけるＴ1及びＴ2は、図８
（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。

【００６２】通電フォーミング処理の終了は、パルス間
隔Ｔ2中に、導電性膜３４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。

【００６３】４）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。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。

【００６４】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、スルホン酸等の
有機酸類等を挙げることが出来、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。

【００６５】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。

【００６６】炭素及び炭素化合物とは、例えばグラファ
イト（いわゆるＨＯＰＧ、ＰＧ、ＧＣを包含する。ＨＯ
ＰＧ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。）、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。

【００６７】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
ることが出来る。

【００６８】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
低くすることが求められ、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。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】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９，図１０を
参照しながら説明する。

【００７２】図９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９においても、図５に示した部
位と同じ部位には図５に付した符号と同一の符号を付し
ている。なお、この真空処理装置を用いて、後述する実
施例の通電フォーミング以降の工程も行うことができ
る。

【００７３】図９において、５５は真空容器であり、５
６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、３１は電子放出素子を構成す
る基体であり、３２及び３３は素子電極、３４は導電性
膜、３５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３
２・３３間の導電性膜３４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Ｉe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３５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として行うことができる。

【００７４】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、
所望の真空雰囲気下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３００度まで加熱できる。従っ
て、この真空処理装置を用いると、前述する通電フォー
ミング以降の工程も行うことができる。なお、この真空
処理装置は、後述する実験例，比較例における測定装置
あるいは実施例における通電フォーミング以降の工程に
おいても使用することができる。

【００７５】図１０は、図９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１０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。

【００７６】図１０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
して三つの特徴的性質を有する。

【００７７】即ち、（ｉ）本素子はある電圧（しきい値
電圧と呼ぶ、図１０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Ｖt
h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。

【００７８】（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。

【００７９】(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。つま
り、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。

【００８０】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。

【００８１】図１０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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】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）乃至(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
きい値電圧より低い電圧では、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。

【００８６】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１１を用いて説明する。図１１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。

【００８７】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、適宜設計される。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）。

【００８８】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。

【００８９】表面伝導型電子放出素子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。

【００９０】配線７２と配線７３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。

【００９１】Ｘ方向配線７２には、Ｘ方向に配列した表
面伝導型電子放出素子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
伝導型電子放出素子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。

【００９２】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。

【００９３】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１２と図１３
及び図１４を用いて説明する。図１２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１３は、図
１２の画像形成装置に使用される蛍光膜の模式図であ
る。図１４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。

【００９４】図１２において、１４１は電子放出素子を
複数配した電子源基板、１４５は電子源基板１４１を固
定したリアプレート、１５０はガラス基板１４７の内面
に蛍光膜１４８とメタルバック１４９等が形成されたフ
ェースプレートである。１４６は支持枠であり、該支持
枠１４６には、リアプレート１４５、フェースプレート
１５０がフリットガラス等を用いて接続されている。外
囲器は、フェースプレート１５０、支持枠１４６、リア
プレート１４５で構成され、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。

【００９５】１１０は、図５における電子放出部に相当
する。１４３，１４４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。

【００９６】リアプレート１４５は主に基板１４１の強
度を補強する目的で設けられるため、基板１４１自体で
十分な強度を持つ場合は別体のリアプレート１４５は不
要とすることができる。即ち、基板１４１に直接支持枠
１４６を封着し、フェースプレート１５０、支持枠１４
６及び基板１４１で外囲器を構成しても良い。一方、フ
ェースプレート１５０、リアプレート１４５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持つ外囲器を構成する
こともできる。

【００９７】図１３は、蛍光膜を示す模式図である。蛍
光膜１４８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６１と蛍光体６２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６２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１
４８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。

【００９８】ガラス基板１４７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１４８の内面側には、通常メタル
バック１４９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１５０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。

【００９９】フェースプレート１５０には、更に蛍光膜
１４８の導電性を高めるため、蛍光膜１４８の外面側に
透明電極（不図示）を設けてもよい。

【０１００】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求められる。

【０１０１】図１２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。

【０１０２】外囲器は、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、外囲器内の所定の位置（不図示）に配置
されたゲッターを加熱し、蒸着膜を形成する処理であ
る。ゲッターは通常Ｂａ等が主成分であり、該蒸着膜の
吸着作用により、たとえば１×１０^-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。

【０１０３】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１４を用いて説明する。

【０１０４】図１４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。

【０１０５】表示パネル１０１は、端子Ｄox1乃至Ｄox
m、端子Ｄoy1乃至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乃至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。

【０１０６】端子Ｄoy1乃至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。高圧端子
Ｈｖには、直流電圧源Ｖaより、例えば６ｋ［Ｖ］の直
流電圧が供給されるが、これは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
ーを付与する為の加速電圧である。

【０１０７】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乃至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Ｄox1乃至Ｄoxmと電気的に接続さ
れる。Ｓ1乃至Ｓmの各スイッチング素子は、制御回路１
０３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。

【０１０８】直流電圧源Ｖxは、本例の場合には電子放
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。

【０１０９】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Ｔsyncに基づい
て、各部に対してＴscan及びＴsft及びＴmryの各制御信
号を発生する。

【０１１０】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
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１０４に入力され
る。

【０１１１】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（即ち、制御信号Ｔsftは、シフトレジスタ１０
４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乃
至ＩdnのＮ個の並列信号として前記シフトレジスタ１０
４より出力される。

【０１１２】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に従っ
て適宜Ｉd1乃至Ｉdnの内容を記憶する。記憶された内容
は、Ｉ′d1乃至Ｉ′dnとして出力され、変調信号発生器
１０７に入力される。

【０１１３】変調信号発生器１０７は、画像データＩ′
d1乃至Ｉ′dn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あり、その出力信号は、端
子Ｄoy1乃至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。

【０１１４】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より低い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、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
を制御する事が可能である。

【０１１５】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。

【０１１６】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。

【０１１７】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われれば良いからである。

【０１１８】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、これには同期信号分離回路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。

【０１１９】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。

【０１２０】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乃至Ｄoxm、Ｄoy1乃至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１４９、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１４８に衝突し、発光が生じて画像が
形成される。

【０１２１】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。

【０１２２】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１５及び図１６を用いて説明する。

【０１２３】図１５は、はしご型配置の電子源の一例を
示す模式図である。図１５において、１１０は電子源基
板、１１１は電子放出素子である。１１２、Ｄx1〜Ｄxm
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。

【０１２４】図１６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
ため空孔、１２２はＤox1，Ｄox2，・・・，Ｄoxmよりなる
容器外端子である。１２３は、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。ここに示した画像形成装置と、図１２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。

【０１２５】図１６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、表面伝導型電子放出素
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１６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
型電子放出素子の周囲や近傍に設けることもできる。

【０１２６】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。

【０１２７】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。

【０１２８】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。

【０１２９】

【実施例】以下、本発明の電子放出素子、電子源、及び
画像形成装置の製造方法の実施例を、図面を用いて詳細
に説明する。

【０１３０】まず、本発明者が行った導電性膜の実験例
について説明する。（実験例１）本実験例は、昇華性有機金属材料として、
酢酸パラジウム−１−（２ピリジルアゾ）−２−ナフト
ール（以下ＰＡ−ＰＡＮと略す）を、非昇華性有機材料
として酢酸パラジウム−モノエタノールアミン（以下Ｐ
Ａ−ＭＥと略す）を用いた実験例である。

【０１３１】まず、以下の様にして、ＰＡ−ＭＥ、ＰＡ
−ＰＡＮを合成した。

【０１３２】１０ｇの酢酸Ｐｄを２００ｃｍ³ のイソプ
ロピルアルコール（以下ＩＰＡと略す）に懸濁し、更
に、１６．６ｇのモノエタノールアミンを加えて室温で
４時間攪拌した。反応終了後、ＩＰＡをエバポレーター
により除き、固形物にエタノールを加えて溶解ろ過し、
ろ液よりＰＡ−ＭＥを再結晶させて得た。空気中でＴＧ
（熱重量分析）測定の結果、ＰＡ−ＭＥの分解は、１０
０℃から３１０℃で終了した。また、パラジウムの残存
量より、ＰＡ−ＭＥは、昇華性のない有機金属材料であ
ることを確認した。なお、最終分解温度は３１０℃とし
たが、２００℃で略重量当たり７０％が分解され、パラ
ジウム以外の残分１０％が２００℃から３１０℃で分解
された。

【０１３３】次にＰＡ−ＰＡＮを合成した。合成方法は
ＰＡ−ＭＥとほぼ同様である。１０ｇの酢酸Ｐｄを２０
０ｃｍ³ のＩＰＡに懸濁し、更に、１１．１ｇのｐ−ニ
トロソジメチルアニリンを加えて室温で４時間攪拌し
た。反応終了後、ＩＰＡをエバポレーターにより除き、
固形物に酢酸エチルを加えて溶解ろ過し、ろ液よりＰＡ
−ＰＡＮを再結晶させて得た。空気中でＴＧ測定の結
果、ＰＡ−ＰＡＮの分解は、２５０℃から５００℃で終
了した。また、ＴＧ測定におけるパラジウムの残存量よ
り、昇華性が、顕著にみられないが、後述のスピンナー
で塗布した薄膜化した膜では、ほとんど、Ｐｄが残存せ
ず、焼成工程中に熱分解せず、昇華したと見られる。

【０１３４】以上の様にして合成したＰＡ−ＭＥとＰＡ
−ＰＡＮを用いて、それぞれの有機金属材料中のパラジ
ウム含量より、表１の作成条件で、ＰＡ−ＭＥとＰＡ−
ＰＡＮの相対濃度を設定し、スピンナー塗布法で塗布す
るため、水溶液とした。尚、ＰＡ−ＰＡＮ、ＰＡ−ＭＥ
のパラジウム濃度は、０．４ｗｔ％とした。こうして作
成した水溶液を、石英基板上に、膜厚１０ｎｍになる様
に、スピンナーで塗布した。その後、３５０℃で１０分
間、大気中で焼成し、前記有機金属材料を熱分解し、導
電性膜を得た。

【０１３５】こうして得られた導電性膜をＸ線回折法及
びＦＥＳＥＭで観察した。観察により、いずれの導電性
膜も、酸化パラジウムの微粒子膜であることがわかっ
た。膜密度の算出は、Ｘ線回折法によりＰｄＯのピーク
の回折強度面積を算出し、標準試料との比較で存在量を
算出し、また、同時に膜厚を測定し行った。

【０１３６】尚、標準試料は、スパッタ法で１μｍ厚成
膜し、同様にＸ線回折強度面積を得た。また、同時に、
適当な面積を切りだし、Ｐｄを元素分析をおこない、単
位面積当たりの重量を得た。こうして、標準試料の膜密
度とＸ線回折強度の面積との関係を算出した。標準試料
の膜密度は、８．２ｇ／ｃｍ³ であった。

【０１３７】尚、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
配置したもののみならず、微粒子が互いに隣接、あるい
は、かさなりあった状態の膜であるものも含む。微粒子
膜において、微粒子の径とは、前記微細構造形状で粒子
形状が認識可能な微粒子についての径とし、ＦＥＳＥＭ
により観察した。

【０１３８】次に、一対の電極に上記の製造方法による
導電性膜を形成し、抵抗を測定した。以下に、その作成
法及び評価法を示す。図４に評価サンプルの形態を示
す。図４において、１は基板、２と３は素子電極、４は
導電性膜である。図４に示される様に、素子が、１０個
基板上に配置される。測定装置としては図９に示した測
定装置を用いた。

【０１３９】絶縁性基板として石英基板を用い、十分に
洗浄した石英基板上にＰｔ１００ｎｍの厚みの一対の電
極を形成した。この時、電極間距離ｌは２μｍとし、電
極幅ｗは１５０μｍとした。尚、電極幅方向で、導電性
膜との重なり幅は１００μｍとした。

【０１４０】導電性膜パターニングのため、電極ギャッ
プ及びこの近傍に開口を有するＣｒマスクを１００ｎｍ
の膜厚で真空蒸着により堆積・パターニングし、その上
に、上記有機金属材料の水溶液をスピンナーにより回転
塗布、３５０℃で１０分間の加熱焼成処理をした。

【０１４１】次に上記マスクであるＣｒ膜および焼成後
の導電性膜を酸エッチャントによりエッチングして所望
のパターンを形成した。

【０１４２】以上の工程により石英基板上に、電極、導
電性膜等を形成した。こうして、作成した導電膜を、図
９の測定装置に設置し、真空ポンプにて排気し、１０^-8
Ｔｏｒｒの真空度に達した後、一対の電極に導電性膜の
抵抗を測定するために、電源より、各導電膜の一対の電
極間にそれぞれ、０．１Ｖのパルス状の電圧を印加し、
各一対の電極間に流れる電流を測定した。尚、パルスの
電圧波形は、パルス幅０．１ｍｓｅｃとパルス間隔９ｍ
ｓｅｃとし、測定は１０回繰り返し測定し、その平均値
より抵抗値を測定し、シート抵抗を算出した。また、上
記測定条件は、導電性膜が抵抗測定により膜の変化を起
こさない条件である。

【０１４３】表１に作成条件と作成した膜の特性を示
す。

【０１４４】

【表１】上記測定後に更に、２％Ｈ₂／Ｎ₂中に、基板を１時間放
置し、更に、上述の評価を行ったところ、酸化パラジウ
ムは、金属パラジウムに還元された。この際、表１に示
されたそれぞれの抵抗値は、約２桁低下し、また、膜密
度は、約２０％低下した。（比較例）酢酸パラジウムビスジプロピルアミン（以下
ＰＡ−ＰＡ）を合成した。１０ｇの酢酸Ｐｄを２００ｃ
ｍ³ の酢酸ブチルに懸濁し、更に、ＰＡ−ＰＡと等量分
のジ−ｎプロピルアミンを加えて室温で４時間攪拌し
た。反応終了後、酢酸ブチルをエバポレーターにより除
き、固形物に酢酸ブチルを加えて溶解ろ過し、ろ液より
ＰＡ−ＰＡを再結晶させて得た。空気中でＴＧ測定の結
果、ＰＡ−ＰＡの分解は、１５０℃から２５０℃で終了
した。また、パラジウムの残存量より、ＰＡ−ＰＡは、
昇華性のある有機金属材料であることを確認した。

【０１４５】表１より明らかなように、非昇華性有機金
属材料ＰＡ−ＭＥ及び昇華性有機金属材料ＰＡ−ＰＡＮ
の適当な濃度の溶液を作成し、焼成すると、最初に非昇
華性有機金属材料が熱分解し、その後、昇華性有機金属
材料が昇華し、非昇華性有機金属材料ＰＡ−ＭＥの濃度
に依存して、膜密度、抵抗が、制御できることがわかっ
た。

【０１４６】一方、比較例の酢酸パラジウムビスジプロ
ピルアミンより形成した導電性膜は、実験例と比べ、有
機金属の熱分解と昇華が同時におこるために、膜密度が
低く、また、抵抗、膜密度のばらつきが大きかった。（実験例２）本実験例では、昇華性有機金属材料とし
て、酢酸白金−４−（２−ピリジルアゾ）−２−レゾル
シノール（以下ＰｔＡ−ＰＡＲと略す）を、非昇華性有
機材料として酢酸パラジウム−ジエタノールアミン（以
下ＰＡ−ＤＥと略す）を用いた実験例である。まず、以
下の様にして、ＰＡ−ＤＥ、ＰＡ−ＰＡＲを合成した。

【０１４７】１０ｇの酢酸Ｐｄを２００ｃｍ³ のＩＰＡ
に懸濁し、更に、２４．４ｇのジエタノールアミンを加
えて室温で４時間攪拌した。反応終了後、ＩＰＡをエバ
ポレーターにより除き、固形物にエタノールを加えて溶
解ろ過し、ろ液よりＰＡ−ＤＥを再結晶させて得た。空
気中でＴＧ測定の結果、ＰＡ−ＤＥの分解は、１００℃
から３０５℃で終了した。また、パラジウムの残存量よ
り、ＰＡ−ＤＥは、昇華性のない有機金属材料であるこ
とを確認した。なお、最終分解温度は３０５℃とした
が、２００℃で略重量当たり７０％が分解され、パラジ
ウム以外の残分１０％が２００℃から３０５℃で分解さ
れた。

【０１４８】次に、ＰｔＡ−ＰＡＲを合成した。１０ｇ
の酢酸Ｐｄを２００ｃｍ³ のＩＰＡに懸濁し、更に、
９．６ｇの４−（２−ピリジルアゾ）−２−レゾルシノ
ールを加えて室温で４時間攪拌した。反応終了後、ＩＰ
Ａをエバポレーターにより除き、固形物に酢酸エチルを
加えて溶解ろ過し、ろ液よりＰｔＡ−ＰＡＲを再結晶さ
せて得た。空気中でＴＧ測定の結果、ＰｔＡ−ＰＡＮの
分解は、３００℃から３９０℃で終了した。また、白金
の残存量より、ＰｔＡ−ＰＡＲは、昇華性のある有機金
属材料であることを確認した。

【０１４９】次に昇華性有機金属材料と非昇華性有機金
属材料を混合し、非昇華性材料のみのサンプルと昇華性
材料を６５％含有するサンプルで、ＰＡ−ＤＥ中のパラ
ジウムを０．５ｗｔ％として、実験例１と同様に、スピ
ンナーで膜厚１５ｎｍに成るように塗布した後、３５０
℃で１０分間焼成し、膜密度、粒径の評価を行った。ま
た、抵抗の測定も同様に行った。

【０１５０】その結果、膜密度は、非昇華性有機金属材
料のみのサンプルが、膜密度７ｇ／ｃｍ³ で平均粒径５
ｎｍ、シート抵抗８×１０³ オーム／□の微粒子膜であ
った。一方、昇華性有機金属材料であるＰｔＡ−ＰＡＮ
６５％含有したサンプルは膜密度が２．５ｇ／ｃｍ³ 、
平均粒径４．８ｎｍ、シート抵抗３×１０⁴ オーム／□
の微粒子膜であった。

【０１５１】本実験例より、実験例１同様、非昇華性有
機金属材料ＰＡ−ＤＥ及び昇華性有機金属材料ＰｔＡ−
ＰＡＲの適当な濃度の溶液を作成し、焼成すると、最初
に非昇華性有機金属材料が熱分解し、その後、昇華性有
機金属材料が昇華し、非昇華性有機金属材料ＰｔＡ−Ｍ
Ｅの濃度に依存して、昇華性有機金属材料、非昇華性有
機金属材料の金属材料の金属が相違しても、膜密度、抵
抗が、制御できることがわかった。

【０１５２】以上、本発明に用いる導電性膜の実験例に
ついて説明したが、次にこのような導電性膜を用いた本
発明の電子放出素子、画像形成装置について説明する。（実施例１）本実施例は、実施例１の条件で導電性膜を
形成した電子放出素子を作製した例である。図１は本発
明の電子放出素子の構成を示す概略的断面図および平面
図である。同図において、１は基板、４は導電性膜、
２，３は素子電極、５は電子放出部、６は絶縁層（絶縁
性基板を用いる場合はなくてもよい。）である。本実施
例の電子放出素子の作製方法を以下に示す。

【０１５３】工程１）素子電極の作成絶縁性基板として石英基板を用い、これを有機溶剤、純
水により洗浄し、乾燥した。この石英基板上にＰｔ１０
０ｎｍの厚みの一対の電極を形成した。この時、電極間
距離は、２μｍとし、電極幅は１５０μｍとした。尚、
電極幅方向で、導電膜との重なり幅は、１００μｍとし
た。

【０１５４】一方、実験例１の昇華性有機金属ＰＡ−Ｐ
ＡＮと非昇華性有機金属ＰＡ−ＭＥを含有する水溶液を
６種類作成し、インクジェット付与水溶液とした。

【０１５５】工程２）導電性膜の形成バブルジェット方式のインクジェット装置（Ｃａｎｏｎ
製バブルジェット−１０Ｖ）を用いて、一対の電極間に
上記の水溶液の液滴を付与し、乾燥した。尚、６種類の
水溶液毎に基板を変え、６基板作成した。

【０１５６】これらを大気雰囲気のオーブン中で３００
℃で焼成し、酸化パラジウム微粒子からなる導電性膜と
した。

【０１５７】工程３）通電フォーミング工程次に図９の装置に、前記基板を配置した。つづいて、図
９の測定装置内で、フォーミング工程を施した。素子電
極２，３間に、通電を行うと、導電性膜４の部位に、構
造の変化した亀裂からなる高抵抗部が形成された。通電
フォーミングの電圧波形は、パルス波形で、パルス波高
値を０Ｖから０．１Ｖステップで増加させる電圧パルス
を印加した。電圧波形のパルス幅とパルス間隔はそれぞ
れ１ｍｓｅｃ、１０ｍｓｅｃとした三角波とした。通電
フォーミング処理の終了は、導電性膜の抵抗値が１Ｍオ
ーム以上とした。

【０１５８】このフォーミング工程につづいて、図９の
装置に２％Ｈ₂／Ｎ₂を導入し、フォーミングを終えた酸
化パラジウム膜を還元し、金属パラジウムとした。これ
は、実験例１で示した様に、導電性膜の抵抗を低下し、
駆動電圧を低下する効果や消費電力の低下の効果を示す
処理である。また、フォーミング時には、導電性膜の抵
抗値が小さすぎると、フォーミング時の消費電力が大き
くなるだけでなく、電子放出特性のばらつき等も増加す
るため、最適な抵抗でおこなうため、酸化パラジウムの
状態でフォーミングを行った。

【０１５９】工程４）活性化工程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
理を行った。活性化工程とは、フォーミングで形成した
亀裂の先端に炭素および炭素化合物を形成することで、
素子電流Ｉf、放出電流Ｉeが、著しく変化する工程であ
る。

【０１６０】活性化工程は、アセトンガスを測定装置１
０^-3Ｔｏｒｒ導入し、パルス波高値１５Ｖ、パルス幅１
ｍｓｅｃ、パルス間隔１０ｍｓｅｃとした矩形波のパル
スの印加を２０分繰り返した。

【０１６１】工程５）安定化工程つづいて、安定化工程を行った。安定化工程は、真空容
器内の雰囲気等に存在する有機ガスを排気し、炭素ある
いは炭素化合物の堆積を抑制し、素子電流Ｉf、放出電
流Ｉeを安定させる工程である。真空容器全体を約２５
０℃に加熱して、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た。このとき、真空度は、１
×１０^-8Ｔｏｒｒであった。

【０１６２】その後、この真空度で、電子放出素子の特
性を測定した。

【０１６３】以上の測定結果を表２に示す。

【０１６４】

【表２】表２に示される様に、いずれの溶液を用いた導電性膜も
抵抗値の大小はあるが、ばらつきが少なく、再現性良
く、膜密度等が再現されている。通電フォーミングのパ
ワーは、膜密度の大小に影響され、膜密度が大きくなる
とフォーミングパワーが増加していくことが分かる。膜
密度がある程度（配合比７０％；Pdの密度約3.8 g/c
m³）を超えて大きくなると、電子放出素子の特性（素子
電流及び放出電流）が劣化傾向を示すようになり、ばら
つきも増加するようになる。一方、膜密度が小さくなる
とフォーミングパワーが減少し、電子放出素子の特性も
安定し、ばらつきも減少する。尚、極端に膜密度（Pdの
密度約 0.4 g/cm³）が減少した１％では、抵抗値が大き
く、フォーミングの電圧が大幅に増加したため、電子放
出素子の特性も極端に劣化、ばらつきも増加したと考え
られる。

【０１６５】以上の結果より、電子放出素子の導電性膜
としての膜密度の値は、０．８ｇ／ｃｍ³ から４ｇ／ｃ
ｍ³、より好ましくは１．６ｇ／ｃｍ³ から３．２ｇ／
ｃｍ³の範囲が、電子放出特性のばらつき及び電子放出
特性の劣化を考慮した時、好ましい範囲と設定される。（実施例２）本実施例は、本発明の導電性膜材料を用い
て画像形成装置を作成した例である。電子源の概略的構
成を示す平面図を図１１に示す。電子源を構成する各電
子放出素子の構成は図１に示した電子放出素子の構成と
同じである。図２は電子源の作製方法を示す工程図であ
る。図３は電子源を有する本発明の画像形成装置を示す
斜視図である。本実施例の画像形成装置においての駆動
は、図１４に示した、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を用いた。

【０１６６】図１１において、７１は基板、７２はＤｘ
ｍに対応する行方向配線、７３はＤｙｎに対応する列方
向配線、７４は電子放出素子、７５は素子電極である。

【０１６７】次に、本実施例の画像形成装置の製造方法
を工程順に従って具体的に説明する。

【０１６８】工程ａ）素子電極の作成清浄化した青板ガラス上に厚さ０．１ミクロンのＳｉＯ
₂ をスパッタ法で形成した基板１上に、素子電極２，３
をオフセット印刷法によって作成した。素子電極間隔Ｌ
は２０μｍ、素子電極の幅Ｗを２００μｍとした。

【０１６９】工程ｂ）配線の作成列配線２２、層間絶縁層２３、行配線２４の順にスクリ
ーン印刷法で作成した。

【０１７０】工程ｃ）基板洗浄こうして作成した行、列配線２４，２２、層間絶縁層２
３、素子電極２，３を形成した基板を純水で洗浄後、乾
燥した。

【０１７１】工程ｄ）導電性膜の作成ＰＡ−ＭＥ０．１５％、ＰＡ−ＰＡＮ０．１５％、イソ
プロピルアルコール２０％、エチレングリコール１％の
水溶液の液滴２５を実施例１と同様にインクジェット法
によって、各素子電極および素子電極間に３回ずつ、同
一箇所に付与した。その後、３００℃で１０分間焼成し
た。

【０１７２】工程ｅ）フェイスプレートの作成次にフェイスプレートを形成した。フェイスプレート
は、ガラス基板１４７の内面に蛍光体が配置された蛍光
膜１４８とメタルバック１４９が形成されて構成とし
た。蛍光体の配列は、三原色蛍光体の各蛍光体間ブラッ
クストライプを設けた。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を用
いた。これらは、いずれもスクリーン印刷法によって形
成した。

【０１７３】工程ｆ）真空容器の作成（封着工程）工程ａ）〜ｄ）で形成した基板１４１（基板１）を取り
付けた基板１４５をリアプレートとして、支持枠１４６
を介して、フェイスプレートを封着した。支持枠には予
め、通排気に使用される排気管を接着した。

【０１７４】工程ｇ）通電フォーミング工程１０^-7Ｔｏｒｒまで排気後、各配線ＤXm，ＤYnより各素
子に電圧を供給できる製造装置で、ライン毎に、フォー
ミングを行った。フォーミングの条件は、実施例１と同
様である。

【０１７５】工程ｈ）活性化工程１０^-7Ｔｏｒｒまで排気後、アセトンを１０^-3Ｔｏｒｒ
排気管から導入し、各配線ＤXm，ＤYnより各素子に電圧
を供給できる製造装置で、線順走査を実施例１と同様の
パルス電圧が、各素子に印加される様に電圧を印加し、
活性化工程を行った。各ライン２５分間の電圧印加され
たとき各ラインとも素子電流が、平均で３ｍＡになった
とき、活性化工程を終了した。

【０１７６】工程ｉ）封止工程続いて、排気管より排気を十分に行った後、２５０℃で
３時間容器全体を加熱しながら排気した。最後にゲッタ
をフラッシュし、排気管を封止した。

【０１７７】以上の様にして作成した単純マトリクス配
置の電子源を用いて構成した画像形成装置に、ＮＴＳＣ
方式のテレビ信号に基づいたテレビジョン表示を行っ
た。テレビジョン表示を行う為の駆動回路の構成例につ
いては、既に説明した図１４の駆動回路を用いることが
できる。ここでは、パルス幅変調方式によって変調を行
った。

【０１７８】このような駆動回路により、表示パネルの
各電子放出素子に、容器外端子Ｄox1乃至Ｄoxm、Ｄoy1
乃至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１４９
に６ＫＶの高圧を印加し、電子ビームを加速する。加速
された電子は、蛍光膜１４８に衝突し、発光が生じて画
像が形成される。

【０１７９】以上の様な工程で、形成された画像形成装
置は、ＮＴＳＣ信号の入力によって、輝度ばらつきが少
なく、均一性の高い画像形成装置が再現性良く、製造す
ることができた。

【０１８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電気特性のばらつきが少なく、より良好な電気特性を示
す電子放出素子を得ることができる。その結果、画像形
成装置においては、ばらつきが少ない品位の高い画像形
成装置が得ることができる。

【０１８１】また本発明の製造方法によれば、昇華性有
機金属材料と非昇華性有機金属材料との混合比等で、導
電性膜の密度が制御でき、通電フォーミングに最適な密
度が設定でき、ばらつきが少なく、良好な電気特性の電
子放出素子が製造できる。本発明の電子放出素子の製造
方法による電子源と画像形成部材を有する画像形成装置
は、ばらつき少なく、良好な電気特性の電子源を用いて
いるので、ばらつきが少なく、良好な画像形成装置が提
供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子放出素子の一実施例を示す模式的
断面図及び平面図である。

【図２】本発明の製造方法の一実施例を示す模式的平面
図である。

【図３】本発明の画像形成装置の一実施例を示す模式的
斜視図である。

【図４】本発明の電子放出素子に係わる実験例の素子を
示す模式的平面図である。

【図５】本発明を適用可能な平面型電子放出素子の構成
を示す模式的平面図及び断面図である。

【図６】本発明を適用可能な垂直型電子放出素子の構成
を示す模式的断面図である。

【図７】本発明を適用可能な電子放出素子の製造方法の
一例を示す模式図である。

【図８】本発明を適用可能な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９】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１０】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１１】本発明を適用可能な単純マトリクス配置した
電子源の一例を示す模式図である。

【図１２】本発明を適用可能な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１３】蛍光膜の一例を示す模式図である。

【図１４】画像形成装置に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。

【図１５】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１６】本発明を適用可能な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１７】従来の表面伝導型電子放出素子の一例を示す
模式図である。

【符号の説明】

１基板２，３素子電極４導電性膜５電子放出部４１段さ形成部５０素子電極３２・３３間の導電性膜３４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５３アノード電極５４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５５素子の電子放出部３５より放出される放出電流Ｉ
eを測定するための電流計５６真空装置５７排気ポンプ７１電子源基板７２Ｘ方向配線７３Ｙ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８７高圧端子８８外囲器６１黒色導電材６２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，Ｖa 直流電圧源１１０電子源基板１１１電子放出素子１１２Ｄx1〜Ｄx10は、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１２２Ｄox1，Ｄox2，・・・，Ｄoxmよりなる容器外端子１２３

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の電極と、該一対の電極に接続さ
れ、電子放出部が設けられた導電性膜と、を有する電子
放出素子において、前記導電性膜が、微粒子により構成されており、かつ、
その密度が、０．８ｇ／ｃｍ³ 〜４ｇ／ｃｍ³ の範囲に
あることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】請求項１に記載の微粒子は、金属あるい
は金属酸化物からなることを特徴とする電子放出素子。
【請求項３】請求項２に記載の微粒子は、パラジウム
あるいはパラジウム酸化物であることを特徴とする電子
放出素子。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかの請求項に記載
の電子放出素子を基体上に複数個配置し、入力信号に応
じて該電子放出素子から電子を放出してなることを特徴
とする電子源。
【請求項５】請求項４に記載の電子源において、基体
に複数の電子放出素子を並列に配置し、各電子放出素子
の両端をそれぞれ配線に共通接続してなる電子放出素子
の行を、複数列配列してなることを特徴とする電子源。
【請求項６】請求項４に記載の電子源において、基体
に、互いに電気的に絶縁されたｍ本のＸ方向配線とｎ本
のＹ方向配線とを設け、Ｘ方向及びＹ方向に配列された
ｍ×ｎ個の前記電子放出素子の一対の電極を該Ｘ方向配
線と該Ｙ方向配線にそれぞれ接続したことを特徴とする
電子源。
【請求項７】請求項４〜６のいずれかの請求項に記載
の電子源と、該電子源から放出された電子により画像を
形成する画像形成部材とを有することを特徴とする画像
形成装置。
【請求項８】請求項７に記載の画像形成装置におい
て、前記画像形成部材が蛍光体であることを特徴とする
画像形成装置。
【請求項９】基体上に一対の電極と、該一対の電極に
接続され、電子放出部が設けられた導電性膜と、を有す
る電子放出素子の製造方法において、昇華性有機金属材料と非昇華性有機金属材料を予め設定
された濃度で混合した溶液を前記基体上に付与する工程
と、前記基体上に付与された溶液を焼成し導電性膜を形成す
る工程と、を有することを特徴とする電子放出素子の製
造方法。
【請求項１０】請求項９に記載の導電性膜に電子放出
部を形成する工程を有する電子放出素子の製造方法にお
いて、前記導電性膜が微粒子により構成されているとともに、
前記電子放出部を形成する前の導電性膜の密度が、１ｇ
／ｃｍ³ 〜５ｇ／ｃｍ³ の範囲にあることを特徴とする
電子放出素子の製造方法。
【請求項１１】請求項９又は請求項１０に記載の前記
昇華性有機金属材料の熱分解温度が、前記非昇華性有機
金属材料の熱分解温度より高いことを特徴とする電子放
出素子の製造方法。
【請求項１２】請求項９又は請求項１０に記載の前記
昇華性有機金属材料の金属が、前記非昇華性有機金属材
料の金属と同一であることを特徴とする電子放出素子の
製造方法。
【請求項１３】請求項９〜１２のいずれかの請求項に
記載の前記溶液が、水溶液であることを特徴とする電子
放出素子の製造方法。
【請求項１４】請求項１０〜１３のいずれかの請求項
に記載の前記昇華性有機金属材料が、酢酸パラジウム−
１−（２ピリジルアゾ）−２−ナフトール、酢酸パラジ
ウムビスジプロピルアミン、酢酸白金−４−（２−ピリ
ジルアゾ）−２−レゾルシノールから選ばれた少なくと
も一つであることを特徴とする電子放出素子の製造方
法。
【請求項１５】請求項９〜１４のいずれかの請求項に
記載の前記非昇華性有機金属材料が、酢酸パラジウム−
モノエタノールアミン、酢酸パラジウム・ジエタノール
アミン、酢酸パラジウム・トリエタノールアミンから選
ばれた少なくとも一つであることを特徴とする電子放出
素子の製造方法。
【請求項１６】請求項９〜１５のいずれかの請求項に
記載の前記昇華性有機金属材料と前記非昇華性有機金属
材料との基体上への付与方法が、インクジェット法であ
ることを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項１７】請求項９〜１６のいずれかの請求項に
記載の電子放出素子の製造方法により作製された電子放
出素子を基体上に、複数個配置したことを特徴とする電
子源の製造方法。
【請求項１８】請求項１７に記載の電子源の製造方法
により作製された電子源に対向して、該電子源から放出
された電子により画像を形成する画像形成部材を設けた
ことを特徴とする画像形成装置の製造方法。