JPH09102270A - 電子放出素子の製造方法、表示素子および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 凹部を有する基板を用いることにより、特性
を改善した電子放出素子、表示素子、画像形成装置を提
供する。 【構成】 基板上に設けられた対向する電極間に電子放
出材料を含む金属組成物溶液の液滴を部分的に付与する
工程と、加熱焼成工程と、通電処理する過程を経て電子
放出部を形成する工程とを有する電子放出素子の製造方
法において、該電極間に凹部を有する基板を用いること
を特徴とする電子放出素子の製造方法。

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の製造
方法に関し、更に詳しくはインクジェット方式を利用し
て形成した電子放出素子およびそれを用いた表示素子、
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
電界放出型素子（以下ＦＥ型素子と略す）、金属／絶縁
層／金属型素子（以下ＭＩＭ素子と略す）、表面伝導型
電子放出素子等がある。

【０００３】ＦＥ型素子の報告例としてはW.P. Dyke &
W.W. Dolan, “Field emission”，Advance in Electro
n Physics, 8, 89(1956)やC.A.Spindet,“Physical pro
per-ties of thin-film field emission cathodes with
molybdenum cones ”，J. Appl.Phys., 47,5248(1976)
等が知られている。

【０００４】ＭＩＭ素子の報告例としてはC.A. Mead,
“The tunnel-emission amplifier ”A.Appl. Phys., 3
2, 646(1961)等が知られている。

【０００５】表面伝導型電子放出素子の報告例としては
M.I. Elinson, Radio Eng. Electron Phys., 10,(1965)
等がある。

【０００６】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、電子放出が起こ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 薄膜を用いたもののほか、Ａｕ薄膜を用いた
もの［G.Dittmer:“Thin Solid Films”, 9, 317(197
2)] 、Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 薄膜を用いたもの［M. Har
twell and C.G. Fonstad: ”IEEE Trans. ED Conf.”,
519(1975)]、カーボン薄膜を用いたもの［荒木久他：真
空、第26巻、第１号、22頁（1983）］等が報告されてい
る。

【０００７】これらの表面伝導型電子放出素子の典型的
な素子構成として前述のＭ．ハートウェルの素子構成を
図１５により説明する。同図において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で、スパッタで形成され
た金属酸化物薄膜等からなり、後述の通電フォーミング
と呼ばれる通電処理により電子放出部５が形成される。
尚、図中の素子電極間隔Ｌは、０．５ｍｍ〜１ｍｍ、素
子の幅Ｗ’は約０．１ｍｍで設定されている。Ｗは素子
電極の幅、ｄは素子電極の厚さを表している。また、電
子放出部５の位置及び形状については不明であるので模
式図とした。

【０００８】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電子放出部形成用薄膜を
予め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、フォーミン
グとは前記電子放出部形成用薄膜の両端に電極２、３を
用いて電圧を印加通電し、電子放出部形成用薄膜を局所
的に破壊、変形もしくは変質させることにより、電気的
に高抵抗な状態の電子放出部５を形成することである。
なお、フォーミングにより電子放出部形成用薄膜の一部
に亀裂が発生しその亀裂付近から電子放出が行われ電子
放出部５となる場合もある。

【０００９】前記のフォーミング処理をした表面伝導型
電子放出素子は、上述の電子放出部を含む薄膜４に電圧
を印加して素子表面に電流を流すことにより、上述の電
子放出部５より電子を放出するものである。

【００１０】上述したような従来の電子放出素子は主に
半導体プロセスに準じたフォトリソグラフ技術を利用し
て製造されてきたが、大面積基板に素子を形成すること
が困難であるとともに、製造コストが高いという問題が
あった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】最近インクジェット方
式によって金属組成物を含む溶液の液滴を基板に付与し
た後、この基板を加熱焼成することにより液滴を付与し
た位置に導電性膜を形成して電子放出部とする提案がな
されている。

【００１２】しかしながら斯かる従来の電子放出素子で
は、液滴および基板表面の状態に依存して基板に付与し
た液滴が拡がってしまう場合があり、例えば液滴が所望
の位置以外に拡がってしまって焼成後に電極間のリーク
を引き起こしたり、液滴が広がりすぎたために焼成後に
所望の膜厚よりも薄くなってしまって所望の素子特性が
得られなくなるなどの不都合が生じる場合がある。

【００１３】

【発明の目的】本発明は斯かる従来技術における電子放
出素子の不都合である、大面積基板に素子を形成するこ
とが困難である点とともに、製造コストが高いという点
を解決し、なおかつ特性のばらつきの小さい良好な電子
放出素子、表示素子、画像形成装置を提供することにあ
る。更には、本発明は、インクジェット方式等の液滴を
用いての電子放出部形成用薄膜の製造時の液滴の拡が
り、ひいては焼成後の薄膜の拡がりを抑制し、良好な電
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。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の電子放出素子の
製造方法は、基板上に設けられた対向する電極間に電子
放出材料を含む金属組成物溶液の液滴を部分的に付与す
る工程と、加熱焼成工程と、通電処理する過程を経て電
子放出部を形成する工程とを有する表面伝導型電子放出
素子の製造方法において、該電極間に凹部を有する基板
を用いることを特徴とするものである。

【００１５】さらに本発明の別の態様は、このような電
子放出素子の製造方法により形成された表面伝導型電子
放出素子およびそれを用いたことを特徴とする表示素
子、画像形成装置の製造方法に関するものである。

【００１６】本発明の製造方法により形成される表面伝
導型電子放出素子の基本的な構成としては、平面型及び
垂直型の２つの構成が上げられる。

【００１７】まず、表面伝導型電子放出素子の構成につ
いて説明する。

【００１８】図１はそれぞれ本発明に好適な基本的な表
面伝導型電子放出素子の基本的な構成を示す模式的平面
図である。図１を用いて本発明に好適な基本的な表面伝
導型電子放出素子の基本的な構成を説明する。

【００１９】図１において、１は絶縁性基板、２、３は
素子電極、４は導電性薄膜、５は電子放出部、６は凹部
である。絶縁性基板１としては、石英ガラス、Ｎａなど
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
ガラス基板等及びアルミナ等のセラミックス等が用いら
れる。本発明による電子放出素子を形成するための基板
では、素子電極２、３間に凹部６が形成される。

【００２０】対向する素子電極２、３の材料としては、
一般的導体材料が用いられ、例えばＮｉ，Ｃｒ，Ａｕ，
Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属或は
合金およびＰｄ，Ａｇ，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、Ｉｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ 等の透明導体およびポリシリ
コン等の半導体材料等より適宜選択される。

【００２１】素子電極間隔（Ｌ）及び素子電極長さ
（Ｗ）の形状等は、応用される形態等によって適宜設計
される。

【００２２】素子電極間隔（Ｌ）は、好ましくは、数百
オングストロームより数百マイクロメートルであり、よ
り好ましくは、素子電極間に印加する電圧と電子放出し
得る電界強度等により、数マイクロメートルより数十マ
イクロメートルである。

【００２３】素子電極長さ（Ｗ）は、好ましくは、電極
の抵抗値、電子放出特性により、数マイクロメートルよ
り数百マイクロメートルであり、また素子電極２、３の
膜厚ｄは、数百オングストロームより数マイクロメート
ルである。

【００２４】尚、図１の構成だけでなく、絶縁性基板１
の上に、導電性薄膜４、対向する素子電極２、３の順に
積層構成としてもよい。

【００２５】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
く、その膜厚は素子電極２、３へのステップカバレー
ジ、素子電極２、３間の抵抗値及び後述する通電フォー
ミング条件等によって、適宜設定され、好ましくは数オ
ングストロームより数千オングストロームで、特に好ま
しくは１０オングストロームより５００オングストロー
ムであり、その抵抗値は、１０の３乗から１０の７乗オ
ーム／□のシート抵抗値である。

【００２６】なお、ここで述べる微粒子膜とは、複数の
微粒子が集合した膜であり、その微細構造として、微粒
子が個々の分散配置した状態のみならず、微粒子が互い
に隣接、あるいは重なりあった状態（島状も含む）の膜
をさしており、微粒子の粒径は、数オングストロームよ
り数千オングストローム、好ましくは１０オングストロ
ームより２００オングストロームである。

【００２７】また、前記導電性薄膜４を構成する材料
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 等の金属硼素化物、ＴｉＣ、
ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣ等の金属炭化
物、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ等の金属窒化物、Ｓｉ、Ｇ
ｅ等の半導体、カーボン等があげられる。

【００２８】前記電子放出部５は、導電性薄膜４の一部
に形成される高抵抗の亀裂であり、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などの製
法に依存して形成される。また、数オングストロームよ
り数百オングストロームの粒径の導電性微粒子を有する
こともある。この導電性微粒子は、導電性薄膜４を形成
する材料の元素の一部、あるいは全てと同様のものであ
る。また、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ある。

【００２９】次に本発明に好適な別な構成の表面伝導型
電子放出素子である垂直型表面伝導型電子放出素子につ
いて説明する。

【００３０】図２は、本発明に好適な基本的な垂直型表
面伝導型電子放出素子の構成を示す模式的図面である。
図２において、図１と同一の符号のものは同一である。
２１は段差形成部であ。基板１、素子電極２、３、導電
性薄膜４、電子放出部５は前述した平面型表面伝導型電
子放出素子と同様の材料で構成されたものであり、段差
形成部２１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され、段差形成
部２１の膜厚が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、数百オングストロームよ
り数十マイクロメートルであり、段差形成部の製法及び
素子電極間に印加する電圧等により設定されるが、好ま
しくは数百オングストロームより数十マイクロメートル
である。

【００３１】導電性薄膜４は、素子電極２、３と段差形
成部２１を作成後に形成するため、素子電極２、３の上
に積層される。なお、電子放出部５は、図２において、
段差形成部２１に直線状に示されているが、作成条件、
通電フォーミング条件などに依存し、形状、位置ともこ
れに限るものではない。

【００３２】次に、本発明では表面伝導型電子放出素子
の製造方法において、凹部を有する基板を用いることを
特徴とするものであるが、以下に順を追って電子放出素
子の製造方法の概略を図１及び図３に基づいて説明す
る。

【００３３】１）図１及び図３において、絶縁性基板１
は特に限定されるものではないが、高絶縁性を有すれば
良く、まず、絶縁性基板１を洗剤、純水および有機溶剤
により十分に洗浄後、フォトリソグラフィー技術等によ
って、絶縁性基板１の中央部には凹部６が形成される。
凹部６の長さ及び幅形状等は、応用される形態等によっ
て適宜設計される。

【００３４】このように凹部６が形成された絶縁性基板
１を有機溶剤により充分に洗浄する。次に、洗浄された
基板面上の凹部６に印刷技術によって、電子放出素子に
電圧を印加するための一対の素子電極２、３を所定間隔
（Ｌ）及び幅（Ｗ）で形成する（図１（ａ））。尚、図
１の構成だけでなく、基板１の上に、導電性薄膜４、対
抗する素子電極２、３の順に積層構成してもよい。

【００３５】２）液滴付与手段２１を用いて、電子放出
材料を含む金属組成物水溶液の液滴２２を、絶縁性基板
の素子電極２と３の凹部６部分に、両電極にまたがるよ
うに付与して液溜り２３を形成する（図３（ｂ））。こ
の基板を乾燥、焼成して電子放出部形成用薄膜（導電性
薄膜）４を形成する（図３（ｃ））。

【００３６】この電子放出部５を形成するための電子放
出材料を含む金属組成物は、加熱焼成する過程を経て熱
分解される材料であれば良く、無機金属錯塩や有機金属
錯塩などを含む溶液が好ましく用いられる。

【００３７】前記溶液中の金属の濃度範囲は、用いる金
属元素の種類や金属塩の種類によって最適な範囲が多少
異なるが、一般には重量で０．０１％以上、５％以下の
範囲が適当である。このような金属組成物には、必要に
応じて膜厚を均一化するために、ジメチルスルホキシド
水溶液、グリセリンなどの水溶性高沸点溶媒や水溶液の
粘度を増すためにメチルセルロースなどの水性樹脂を添
加して用いてもよい。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、微粒子が個々の分散配置した状態のみならず、微
粒子が互いに隣接、あるいは重なりあった状態（島状も
含む）の膜をさしており、微粒子の粒径は、数オングス
トロームより数千オングストローム、好ましくは１０オ
ングストロームより２００オングストロームである。

【００３８】上記の金属組成物水溶液を基板に付与する
手段は、液滴を形成し付与することが可能ならば任意の
方法でよいが、特に微小な液滴を効率よく適度な精度で
発生付与でき制御性も良好なインクジェット方式が便利
である。インクジェット方式にはピエゾ素子等のメカニ
カルな衝撃により液滴を発生付与するものや、微小ヒー
タ等で液を加熱し突沸により液滴を発生付与するバブル
ジェット方式があるが、いずれの方式でも十ナノグラム
程度から数十マイクログラム程度までの微小液滴を再現
性良く発生し基板に付与することができる。

【００３９】上記手段で基板に付与された金属組成物溶
液は乾燥、焼成工程を経て導電性無機微粒子膜とするこ
とにより、基板上に電子放出のための無機微粒子膜を形
成する。なお、ここで述べる微粒子膜とは複数の微粒子
が集合した膜であり、微視的に微粒子が個々に分散配置
した状態のみならず、微粒子が互いに隣接あるいは重な
り合った状態（島状も含む）の膜をさす。また微粒子膜
の粒径とは、前記状態で粒子形状が認識可能な微粒子に
ついての径を意味する。

【００４０】乾燥工程は、通常用いられる自然乾燥、送
風乾燥、熱乾燥等を用いればよい。焼成工程は通常用い
られる加熱手段を用いれば良い。乾燥工程と焼成工程と
は必ずしも区別された別工程として行う必要はなく、連
続して同時に行ってもかまわない。

【００４１】このように乾燥された金属組成物からなる
薄膜の焼成工程では、典型的には３００〜３８０℃で１
０〜１５分間、空気中で焼成して電子放出部形成用導電
性薄膜４を形成する。ただしこの値は限定的なものでは
なく、金属組成物の種類によってはこの範囲外になる場
合がある。

【００４２】３）つづいて、真空容器中においてフォー
ミングと呼ばれる通電処理を行う。素子電極２、３間に
電圧を不図示の電源によりパルス状あるいは、高速の昇
電圧による通電処理がおこなわれると、電子放出部形成
用薄膜４の部位に構造の変化した電子放出部５が形成さ
れる（図３（ｄ））。この電子放出部５は電子放出部形
成用薄膜４が前記の通電処理により局所的に破壊、変形
もしくは変質し、構造の変化した部位である。先に説明
したように、電子放出部５は導電性微粒子で構成されて
いることが観察されている。

【００４３】次に、通電フォーミング処理の電圧波形を
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（図４（ａ））と、パルス波高値を増加させながら
電圧パルスを印加する場合（図４（ｂ））とがある。ま
ず、パルス波高値を定電圧とした場合を図４（ａ）につ
いて説明する。

【００４４】図４（ａ）におけるＴ１及びＴ２は電圧波
形のパルス幅とパルス間隔であり、Ｔ１を１マイクロ秒
〜１０ミリ秒、Ｔ２を１０マイクロ秒〜１００ミリ秒と
し、三角波の波高値（通電フォーミング時のピーク電
圧）は、表面伝導型電子放出素子の前述した形態に応じ
て適宜選択し、例えば、４Ｖ〜１０Ｖ程度である。フォ
ーミング処理は適当な真空度、例えば、１０^-5ｔｏｒｒ
程度の真空雰囲気下で、素子の電極間に前記の電圧波形
を数秒から数十分間適宜印加して行う。なお、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よい。

【００４５】図４（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図４
（ａ）と同様であり、三角波の波高値（通電フォーミン
グ時のピーク電圧）は、例えば、０．１Ｖステップ程度
ずつ増加させ、適当な真空雰囲気下で印加する。

【００４６】なお、こ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を局部的に
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、通電フォーミングを終了
とする。

【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行うことが望まし
い。ここに言う活性化工程は、適当な真空度、例えば１
０^-4〜１０^-5ｔｏｒｒの真空度のもとに前記のフォーミ
ングと同様のパルス波高値を定電圧のパルスを素子に繰
り返し印加する処理のことである。活性化処理は希薄に
存在する有機化合物に由来する炭素あるいは炭素化合物
を電子放出部形成用薄膜上に堆積させ、電子放出素子の
素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅを著しく変化させる。活性
化は、例えば放出電流Ｉｅがほぼ飽和に達した時点で終
了させればよい。また、パルス波高値は、好ましくは動
作駆動電圧である。

【００４８】なお、ここで炭素及び炭素化合物とは、グ
ラファイト（単結晶、多結晶双方を指す）、非晶質カー
ボン（非晶質カーボン及び多結晶グラファイトとの混合
物を指す）であり、その膜厚は、好ましくは５００オン
グストローム以下、より好ましくは３００オングストロ
ーム以下である。

【００４９】こうして作成した電子放出素子を、フォー
ミング工程、活性化工程での真空度より高い真空度の真
空雰囲気にし、好ましくは動作駆動する。また、より好
ましくは、このより高い真空度の真空雰囲気下で、８０
〜１５０℃の加熱後、動作駆動する。

【００５０】５）なお、フォーミング工程、活性化工程
での真空度より高い真空度の真空雰囲気とは、例えば、
約１０^-6以上の真空度を有する真空度であり、より好ま
しくは超高真空系であり、炭素及び炭素化合物が新たに
堆積しない真空度である。

【００５１】従って、これによって、これ以上の炭素及
び炭素化合物の堆積を抑制することが可能となり、素子
電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが安定する。

【００５２】上述のような素子構成と製造方法によって
作成された本発明にかかわる電子放出素子の基本特性に
ついて図５、図６を用いて説明する。

【００５３】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と同様の符号は、同一のも
のを示す。また、５１は電子放出素子に素子電圧Ｖｆを
印加するための電源、５０は素子電極２、３間の電子放
出部５を含む導電性薄膜４を流れる素子電流Ｉｆを測定
するための電流計、５４は素子の電子放出部より放出さ
れる放出電流Ｉｅを捕捉するためのアノード電極、５３
はアノード電極５４に電圧を印加するための高圧電源、
５２は素子の電子放出部５より放出される放出電流Ｉｅ
を測定するための電流計、５５は真空装置、５６は排気
ポンプである。

【００５４】また、本電子放出素子およびアノード電極
５４は真空装置５５内に設置され、その真空装置には不
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、所望の真空下で本素子の測定評価を行えるようにな
っている。尚、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からなる。また真空
装置全体及び電子源基板は、不図示のヒーターにより２
００度まで加熱できる。従って、本測定装置では前述の
通電フォーミング以降の工程も行うことができる。

【００５５】なお、アノード電極の電圧は１ｋＶ〜１０
ｋＶ、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。

【００５６】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の関
係の典型的な例を図６に示す。なお、図６は、放出電流
Ｉｅは素子電流Ｉｆに比べて著しく小さいので、任意単
位で示されている。

【００５７】図６からも明らかなように、本発明の表面
伝導型電子放出素子は放出電流Ｉｅに対する三つの特徴
的特性を有する。

【００５８】まず第一に、図６からも明らかなように、
本素子はある電圧（しきい値電圧と呼ぶ、図６中のＶｔ
ｈ）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以下では放出電流Ｉｅ
がほとんど検出されない。すなわち、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。

【００５９】第二に、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに依
存するため、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御でき
る。

【００６０】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】以上のような、本発明の表面伝導型電子放
出素子の特徴的特性により、入力信号に応じて、電子放
出特性が複数の電子放出素子を配置した電子源、画像形
成装置等でも容易に制御できることとなり、多方面への
応用ができる。

【００６２】また、素子電流Ｉｆが素子電圧Ｖｆに対し
て単調増加する特性（ＭＩ特性と呼ぶ）の例を図６に示
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特性（ＶＣＮＲ特性と呼ぶ）を示
す場合もある（不図示）。また、これらの素子電流の特
性は、その製法及び測定時の測定条件等に依存する。な
おこの場合も、本電子放出素子は上述した三つの特性上
の特徴を有する。なお、以上表面伝導型電子放出素子の
基本的な構成、製法について述べたが、本発明の思想に
よれば、表面伝導型電子放出素子の特性で前記の３つの
特徴を有すれば、上述の構成等に限定されず、後述の電
子源、表示装置等の画像形成装置に於いても利用でき
る。

【００６３】次に、本発明に好適な電子源及び画像形成
装置について述べる。本発明に好適な表面伝導型電子放
出素子を複数個、基板上に配列し、電子源あるいは画像
形成装置が構成できる。

【００６４】基板上の配列の方式には、例えば、従来例
で述べた多数の表面伝導型電子放出素子を並列に配置
し、個々の素子の両端を配線で接続し、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
縁を介して設置し、表面伝導型電子放出素子の一対の電
子電極にそれぞれＸ方向配線、Ｙ方向配線を接続した配
置法が上げられる。これを単純マトリクス配置と以降呼
ぶ。まず、単純マトリクス配置について詳述する。

【００６５】前述した本発明にかかわる表面伝導型電子
放出素子の基本的特性の３つの特徴によれば、単純マト
リクス配置された表面伝導型電子放出素子においても、
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
の波高値と巾に制御される。一方、しきい値電圧以下に
おいては電子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
素子に上記パルス状電圧を適宜印加すれば、任意の表面
伝導型電子放出素子を選択することができ、その電子放
出量を制御できることとなる。

【００６６】以下この原理に基づき構成した電子源基板
の構成について図７を用いて説明する。図７において７
１は電子源基板、７２はＸ方向配線、７３はＹ方向配
線、７４は表面伝導型電子放出素子、７５は結線であ
る。なお表面伝導型電子放出素子７４は前述した平面型
あるいは垂直型どちらであってもよい。

【００６７】同図において、電子源基板７１は前述した
ガラス基板等であり、その大きさおよびその厚みは電子
源基板７１に設置される表面伝導型素子の個数および個
々の素子の設計上の形状、および電子源の使用時容器の
一部を構成する場合には、その容器を真空に保持するた
めの条件等に依存して適宜設定される。

【００６８】ｍ本のＸ方向配線７２はＤＸ１，ＤＸ２，
・・・ＤＸｍ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、多数の表面伝導型素子にほぼ均等な電圧が供
給されるように材料、膜厚、配線巾等が適宜設定され
る。Ｙ方向配線７３はＤＹ１，ＤＹ２，・・・ＤＹｎの
ｎ本の配線よりなり、Ｘ方向配線７２と同様に作成され
る。これらｍ本のｘ方向配線７２とｎ本のＹ方向配線７
３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。このｍ，ｎ
は、共に正の整数である。

【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を形成した絶縁性基板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。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】更に前述と同様にして、表面伝導型放出素
子７４の対向する電極（不図示）が、ｍ本のＸ方向配線
７２と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７
５によって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とｎ本のＹ
方向配線７３と結線７５と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もよく、前述の素子電極の材
料等より適宜選択される。尚、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。また表面伝導型電子放出素子
は、基板７１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方向に配列する表面伝導型放出素子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と電気的に接続
されている。

【００７３】一方、Ｙ方向配線７３には、Ｙ方向に配列
する表面伝導型放出素子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と電気的に接続されている。

【００７４】更に、表面伝導型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。

【００７５】上記構成において、単純なマトリクス配線
だけで個別の素子を選択して独立に駆動可能になる。

【００７６】つぎに、以上のようにして作成した単純マ
トリクス配置の電子源による表示等に用いる画像形成装
置について、図８と図９及び図１０を用いて説明する。
図８は、画像形成装置の表示パネルの基本構成図であ
り、図９は蛍光膜、図１０は画像形成装置をＮＴＳＣ方
式のテレビ信号に応じて表示を行なう例の駆動回路のブ
ロック図である。

【００７７】図８において７１は、上述のようにして電
子放出素子を作製した電子源基板、８１は電子源基板７
１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８
１、支持枠８２及びフェースプレート８６をフリットガ
ラス等を塗布し、大気中あるいは窒素中で、４００〜５
００度で１０分以上焼成することで封着して、外囲器８
８を構成する。

【００７８】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、７３は表面伝導型電子放出素子
の一対の素子電極と接続されたＸ方向配線及びＹ方向配
線である。

【００７９】外囲器８８は上述の如く、フェースプレー
ト８６、支持枠８２、リアプレート８１で外囲器８８を
構成したが、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８６、支持枠８２、基板７１にて外囲器８８を構成
しても良い。またさらには、フェースプレート８６、リ
アプレート８１間に、スペーサーとよばれる不図示の支
持体を設置することで、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。

【００８０】図９は蛍光膜である。蛍光膜８４は、モノ
クロームの場合は蛍光体のみから成るが、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９
１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
場合必要となる三原色蛍光体の、各蛍光体９２間の塗り
分け部を黒くすることで混色等を目立たなくすること
と、蛍光膜８４における外光反射によるコントラストの
低下を抑制することである。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、光の透過及び反射が少
ない材料であればこれに限るものではない。

【００８１】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、沈殿法や印刷法が用い
られる。

【００８２】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等である。メタルバックは、蛍光膜
作製後、蛍光膜の内面側表面の平滑化処理（通常フィル
ミングと呼ばれる）を行い、その後Ａ１を真空蒸着等で
堆積することで作製できる。

【００８３】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。

【００８４】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なう必要がある。

【００８５】外囲器８８は不図示の排気管を通じ、１０
のマイナス７乗トール程度の真空度にされ、封止を行な
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、ゲッター処理を行なう場合もある。これは、外
囲器８８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、たとえ
ば１Ｘ１０マイナス５乗ないしは１Ｘ１０マイナス７乗
［Ｔｏｒｒ］の真空度を維持するものである。尚、表面
伝導型電子放出素子のフォーミング以降の工程は、適宜
設定される。

【００８６】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を、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に
もとづきテレビジョン表示を行なう為の駆動回路の概略
構成を、図１０のブロック図を用いて説明する。１０１
は前記表示パネルであり、また、１０２は走査回路、１
０３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。

【００８７】以下、各部の機能を説明していくが、まず
表示パネル１０１は、端子Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍ、お
よび端子Ｄｏｙ１ないしＤｏｙｎ、および高圧端子Ｈｖ
を介して外部の電気回路と接続している。このうち、端
子Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍには、前記表示パネル内に設
けられている電子源、すなわちＭ行Ｎ列の行列状にマト
リクス配線された表面伝導型電子放出素子群を一行（Ｎ
素子）ずつ順次駆動していく為の走査信号が印加され
る。

【００８８】一方、端子Ｄｙ１ないしＤｙｎには、前記
走査信号により選択された一行の表面伝導型電子放出素
子の各素子の出力電子ビームを制御する為の変調信号が
印加される。また、高圧端子Ｈｖ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、これは表面伝導型電子放出素子より出力されるでん
しビームに蛍光体を励起するのに十分なエネルギーを付
与する為に加速電圧である。

【００８９】次に、走査回路１０２について説明する。
同回路は、内部にＭ個の各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）、
スイッチング素子は、直流電圧源Ｖｘの出力電圧もしく
は０［Ｖ］（グランドレベル）のいずれか一方を選択
し、表示パネル１０１の端子Ｄｘ１ないしＤｘｍと電気
的に接続するものである。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Ｔｓｃ
ａｎに基づいて動作するものだが、実際にはたとえばＦ
ＥＴ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。

【００９０】尚、前記直流電圧源Ｖｘは、本実施態様の
場合には前記表面伝導型電子放出素子の特性（電子放出
しきい値電圧）に基づき、走査されていない素子に印加
される駆動電圧が電子放出しきい値電圧以下となるよう
な一定電圧を出力するよう設定されている。

【００９１】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なわれるように各
部の動作を整合させる働きをもつものである。次に説明
する同期信号分離回路１０６より送られる同期信号Ｔｓ
ｙｎｃに基づいて、各部に対してＴｓｃａｎおよびＴｓ
ｆｔおよびＴｍｒｙの各制御信号を発生する。

【００９２】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。

【００９３】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にもとづい
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。

【００９４】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、Ｉ’ｄ１ないしＩ’ｄｎとして出力さ
れ、変調信号発生器１０７に入力される。

【００９５】変調信号発生器１０７は、前記画像データ
Ｉ’ｄ１ないし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内の表面伝導型電子放出素子に印加さ
れる。

【００９６】前述したように本発明に関わる電子放出素
子は放出電流Ｉｅに対して以下の基本特性を有してい
る。すなわち、前述したように、電子放出には明確なし
きい値電圧Ｖｔｈがあり、Ｖｔｈ以上の電圧を印加され
た時のみ電子放出が生じる。

【００９７】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。尚、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。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、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。

【００９８】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
方式等があげられ、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。

【００９９】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。

【０１００】以上に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。
尚、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。

【０１０１】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路１０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化
する必要があるが、これは１０６の出力部にＡ／Ｄ変換
器を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、たと
えばよく知られるＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて
増幅回路などを付け加えればよい。またパルス幅変調方
式の場合、変調信号発生器１０７は、たとえば、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
表面伝導型電子放出素子の駆動電圧にまで電圧増幅する
ための増幅器を付け加えてもよい。

【０１０２】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、たとえばよく
知られるオペアンプなどを用いた増幅回路を用いればよ
く、必要に応じてレベルシフト回路などを付け加えても
よい。また、パルス幅変調方式の場合には、たとえばよ
く知られた電圧制御型発振回路（ＶＣＯ）を用いればよ
く、必要に応じて表面伝導型電子放出素子の駆動電圧に
まで電圧増幅するための増幅器を付け加えてもよい。

【０１０３】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、こうして各電子放出素子には、容器
外端子Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍ、Ｄｏｙ１ないしＤｏｙ
ｎを通じ、電圧を印加することにより電子放出させ、高
圧端子Ｈｖを通じ、メタルバック８５、あるいは透明電
極（不図示）に高圧を印加し、電子ビームを加速し、蛍
光膜８４に衝突させ、励起・発光させることで画像を表
示することができる。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、ＮＴＳ
Ｃ方式をあげたが、これに限るものでなく、ＰＡＬ、Ｓ
ＥＣＡＭ方式などの諸方式でもよく、また、これより
も、多数の走査線からなるＴＶ信号（例えば、ＭＵＳＥ
方式をはじめとする高品位ＴＶ）方式でもよい。

【０１０４】次に、前述のはしご型配置の電子源及び画
像形成装置について図１１、図１２を用いて説明する。

【０１０５】図１１において、１１０は電子源基板、１
１１は電子放出素子、１１２はＤｘ１〜Ｄｘ１０は、前
記電子放出素子を配線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、Ｄｘ３を同
一配線とする様にしても良い。

【０１０６】図１２は、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構造を示すための図である。
１２０はグリッド電極、１２１は電子が通過するための
空孔、１２２はＤｏｘ１，Ｄｏｘ２．．．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、Ｇ２．．．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。尚、図８、１１と同一の符号は、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８に示した）との大きな違いは、電子源基板１
１０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。

【０１０７】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、表面伝導型放出素子から放出された電子
ビームを変調することができるもので、はしご型配置の
素子行と直交して設けられたストライプ状の電極に電子
ビームを通過させるため、各素子に対応して１個ずつ円
形の開口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、またたとえば表面伝導型放出素子の周囲や近傍に設
けてもよい。

【０１０８】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。

【０１０９】本画像形成装置では、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。

【０１１０】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。さらには、感光性ドラム等とで構成され
た光プリンターとしての画像形成装置としても用いるこ
ともできる。

【０１１１】

【作用】本発明の電子放出素子の製造方法においては、
フォトリソグラフ技術を用いないので、フォトリソグラ
フ用装置のサイズの制限を全く受けることなく、大面積
基板に素子を用に形成することが可能である。

【０１１２】また本発明の電子放出素子の製造方法にお
いては、液滴を基板に付与する工程と液滴を乾燥焼成す
る工程のみで素子を形成することが可能であるので、フ
ォトリソグラフ技術のような複雑な設備、工程を用いず
に比較的簡単な工程で済むので、製造コストを低くする
ことが可能である。

【０１１３】さらに、本発明の電子放出素子の製造方法
においては、凹部を有する基板を用いているので、金属
組成物を含む溶液の液滴を基板に部分的に付与する工程
において、基板に付与した液滴を基板の凹部以外に拡が
ることを抑制できるので、例えば液滴が所望の位置以外
に拡がってしまって焼成後に電極間の絶縁不良を引き起
こしたり、液滴が拡がりすぎたために焼成後に所望の膜
厚よりも薄くなってしまって所望の素子特性が得られな
くなるなどの不都合を防止することができる。 実施態様例 本発明による電子放出素子を形成する基板の凹部６の形
状としては、例えば、図１３に示すようなものを挙げる
ことができるが、本発明はこれらのみに限定されるもの
ではない。

【０１１４】（ａ）は矩形状の凹部、（ｂ）は微小な凸
部を持つ凹部、（ｃ）は円形状の凹部、（ｄ）は凸部で
囲まれた凹部、（ｅ）は基板と素子電極を組み合わせた
凹部であるが、所望の位置以外に液滴が拡がらないもの
であればどんな形状の凹部でもかまわない。

【０１１５】

【実施例】以下に本発明の実施例について説明するが、
本発明は以下の実施例に限定されるものではない。実施例１ 電子放出素子として図１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、６は凹部、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と素子電極３の素子電極間隔、Ｗは素子電極の
幅、Ｗ’は素子の幅を表している。

【０１１６】図３を用いて、本実施例の電子放出素子の
作成方法を述べる。まず絶縁性基板１として石英ガラス
基板を用意し、これに半導体プロセスに準じたフォトリ
ソグラフ技術を応用して凹部６を形成し、これを有機溶
剤により充分に洗浄後、基板面上にＮｉからなる素子電
極２、３を形成した（図３の（ａ））。素子電極間隔Ｌ
は３ミクロンとし、素子電極の幅Ｗを５００ミクロン、
その厚さを１０００オングストロームとした。

【０１１７】ジメチルスルホキシド４０重量％の水溶液
を調製し、これに酢酸パラジウムをパラジウム重量濃度
０．４％となるように溶解して暗赤色の溶液を得た。こ
の液の一部を別容器にとり減圧して赤褐色のペーストと
なるまで溶媒を蒸発させた。このペーストの示差走査熱
分析の結果を図１４に示す。

【０１１８】上記の暗赤色溶液の液滴をバブルジェット
方式のインクジェット装置によって電極２、３を形成し
た石英基板の上に電極２、３にまたがるように付与し、
８０℃で２分乾燥させた。次に３５０℃で１２分焼成し
て無機微粒子膜２１を形成した（図３の（ｃ））。

【０１１９】ここで光学顕微鏡を用いて観察したとこ
ろ、凹部以外の位置には無機微粒子膜が形成されていな
かった。

【０１２０】次に、真空容器中で素子電極２および３の
間に電圧を印加し、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３（ｄ））。フォーミング処理の電圧波形
を図４（ａ）に示す。

【０１２１】本実施例では電圧波形のパルス幅Ｔ１を１
ミリ秒、パルス間隔Ｔ２を１０ミリ秒とし、三角波の波
高値（フォーミング時のピーク電圧）は５Ｖとし、フォ
ーミング処理は約１×１０^-6ｔｏｒｒの真空雰囲気下で
６０秒間行った。このように作成された電子放出部５
は、パラジウム元素を主成分とする微粒子が分散配置さ
れた状態となり、その微粒子の平均粒径は５０オングス
トロームであった。

【０１２２】以上のようにして作成された素子につい
て、その電子放出特性を図５の構成の測定評価装置によ
り測定した。本電子放出素子およびアノード電極５４は
真空装置内に設置されており、その真空装置には不図示
の排気ポンプおよ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。

【０１２３】以上のような測定評価装置を用いて、本電
子放出素子の電極２および３の間に素子電圧を印加し、
その時に流れる素子電流Ｉｆおよび放出電流Ｉｅを測定
したところ、図６に示したような電流−電圧特性が得ら
れた。本素子では、素子電圧７Ｖ程度から急激に放出電
流Ｉｅが増加し、素子電圧１２Ｖでは素子電流Ｉｆが
０．８ｍＡ、放出電流Ｉｅが０．６２μＡとなり、電子
放出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆ（％）は０．０８％であった。

【０１２４】同様に作製した１０個の素子につき測定を
行ったところ、Ｉｅのバラツキは５％の範囲であった。

【０１２５】以上説明した実施例中、電子放出部を形成
する際に、素子の電極間に三角波パルスを印加してフォ
ーミング処理を行っているが、素子の電極間に印加する
波形は三角波に限定することはなく、矩形波など所望の
波形を用いても良く、その波高値およびパルス幅・パル
ス間隔等についても上述の値に限ることなく、電子放出
部が良好に形成されれば所望の値を選択することができ
る。実施例２ ジメチルスルホキシド３０重量％の水溶液を調製し、こ
れにプロピオン酸パラジウムをパラジウム重量濃度０．
２５％となるように溶解して赤色の溶液を得た。この溶
液をバブルジェット方式のインクジェット装置により基
板に付与することにより、実施例１と同様にして電子放
出素子を作成し、電子放出が見られることを確認した。

【０１２６】また実施例１と同様のＩｅの均一性が得ら
れた。実施例３ 複数の素子電極とマトリクス状配線とを形成した基板
（図７）の各対向電極に対してそれぞれ実施例１と同様
にして有機金属化合物溶液液滴をバブルジェット方式の
インクジェット装置により付与し、焼成したのち、フォ
ーミング処理を行い電子源基板とした。

【０１２７】この電子源基板にリアプレート８１、支持
枠８２、フェースプレート８６を接続し真空封止して図
８の概念図に従う画像形成装置を作成した。比較例１ 電子放出素子として図１５に示すタイプの電子放出素子
を作成した。図１５（ａ）は本素子の平面図を、図１５
（ｂ）は断面図を示している。また、図１５（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と素子電極３の素子電極間隔、Ｗは素子電極の
幅、ｄは素子電極の厚さ、Ｗ’は素子の幅を表してい
る。

【０１２８】図１６を用いて、本比較例の電子放出素子
の作成方法を述べる。まず絶縁性基板１として石英ガラ
ス基板を用意し、これを有機溶剤により充分に洗浄後、
基板面上にＮｉからなる素子電極２、３を形成した（図
１６の（ａ））。素子電極間隔Ｌは３ミクロンとし、素
子電極の幅Ｗを５００ミクロン、その厚さｄを１０００
オングストロームとした。

【０１２９】ジメチルスルホキシド４０重量％の水溶液
を調製し、これに酢酸パラジウムをパラジウム重量濃度
０．４％となるように溶解して暗赤色の溶液を得た。こ
の液の一部を別容器にとり減圧して赤褐色のペーストと
なるまで溶媒を蒸発させた。このペーストの示差走査熱
分析の結果を図１４に示す。

【０１３０】上記の暗赤色溶液の液滴をバブルジェット
方式のインクジェット装置によって電極２、３を形成し
た石英基板の上に電極２、３にまたがるように付与し、
８０℃で２分乾燥させた。次に３５０℃で１２分焼成し
て無機微粒子膜４を形成した（図１６（ｃ））。

【０１３１】次に、真空容器中で素子電極２および３の
間に電圧を印加し、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１６（ｄ））。フォーミング処理の電圧波
形を図４（ａ）に示す。

【０１３２】本実施例では電圧波形のパルス幅Ｔ１を１
ミリ秒、パルス間隔Ｔ２を１０ミリ秒とし、三角波の波
高値（フォーミング時のピーク電圧）は５Ｖとし、フォ
ーミング処理は約１×１０^-6ｔｏｒｒの真空雰囲気下で
６０秒間行った。このように作成された電子放出部３
は、パラジウム元素を主成分とする微粒子が分散配置さ
れた状態となり、その微粒子の平均粒径は５０オングス
トロームであった。

【０１３３】以上のようにして作成された素子につい
て、その電子放出特性を図５の構成の測定評価装置によ
り測定した。本電子放出素子およびアノード電極５４は
真空装置内に設置されており、その真空装置には不図示
の排気ポンプおよ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。

【０１３４】以上のような測定評価装置を用いて、本電
子放出素子の電極２および３の間に素子電圧を印加し、
その時に流れる素子電流Ｉｆおよび放出電流Ｉｅを測定
したところ、図６に示したような電流−電圧特性が得ら
れた。本素子では、素子電圧７Ｖ程度から急激に放出電
流Ｉｅが増加し、素子電圧１２Ｖでは素子電流Ｉｆが
０．８ｍＡ、放出電流Ｉｅが０．６２μＡとなり、電子
放出効率η＝Ｉｅ／Ｉｆ（％）は０．０８％であった。

【０１３５】同様の素子を１０個作製し、測定したとこ
ろ、素子間でのＩｅのバラツキは８％の範囲であった。

【０１３６】

【発明の効果】以上に説明したように本発明の方法に従
い電子放出素子を形成するならば、フォトリソグラフ技
術を用いないので、フォトリソグラフ用装置のサイズの
制限を全く受けることなく、大面積基板に素子を容易に
形成することができる。

【０１３７】また本発明の方法に従い電子放出素子を形
成するならば、液滴を基板に付与する工程と液滴を乾燥
焼成する工程のみで素子を形成することができるので、
フォトリソグラフ技術のような複雑な工程を用いずに比
較的簡単な工程で済むので、製造コストを低くすること
ができる。

【０１３８】さらに本発明の方法に従い電子放出素子を
製造するならば、金属組成物を含む溶液の液滴を基板に
部分的に付与する工程において、基板に付与した液滴が
基板の凹部以外に拡がることを抑制できるので、例えば
液滴が所望の位置以外に拡がってしまって焼成後に電極
間の絶縁不良を引き起こしたり、液滴が拡がりすぎたた
めに焼成後に所望の膜厚よりも薄くなってしまって所望
の素子特性が得られなくなるなどの不都合を防止するこ
とができるので、良好な電子放出素子、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】 本発明に好適な基本的な表面伝導型電子放出
素子の構成を示す模式的平面図及び断面図

【図２】 本発明に好適な基本的な垂直型表面伝導型電
子放出素子の構成を示す模式的図

【図３】 本発明に好適な表面伝導型電子放出素子の製
造方法の１例

【図４】 本発明に好適な通電フォーミングの電圧波形
の例

【図５】 電子放出特性を測定するための測定評価装置
の概略構成図

【図６】 本発明に好適な表面伝導型電子放出素子の放
出電流Ｉｅおよび素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関係の
典型的な例

【図７】 単純マトリクス配置の電子源

【図８】 画像形成装置の表示パネルの概略構成図

【図９】 蛍光膜

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

【図１１】 梯子配置の電子源

【図１２】 画像形成装置の表示パネルの概略構成図

【図１３】 本発明の基板の凹部の例

【図１４】 本発明の電子放出素子作成のための有機金
属化合物溶液乾燥物の熱分解を示す示差走査熱分析曲線

【図１５】 従来の電子放出素子の模式図

【図１６】 従来の電子放出素子の作製方法の模式図

【符号の説明】

１：基板、２、３：素子電極、４：導電性薄膜、５：電
子放出部、６：凹部、２１：段さ形成部、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、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５より放出される放出電流
Ｉｅ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、７２：Ｘ方向配線、７
３：Ｙ方向配線、７４：表面伝導型電子放出素子、７
５：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、８
６：フェースプレート、８７：高圧端子、８８：外囲
器、９１：黒色導電材、９２：蛍光体、９３：ガラス基
板、１０１：表示パネル、１０２：走査回路、１０３：
制御回路、１０４：シフトレジスタ、１０５：ラインメ
モリ、１０６：同期信号分離回路、１０７：変調信号発
生器、ＶｘおよびＶａ：直流電圧源、１１０：電子源基
板、１１１：電子放出素子、１１２：Ｄｘ１〜Ｄｘ１０
は、前記電子放出素子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 (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に設けられた対向する電極間に電
   子放出材料を含む金属組成物溶液の液滴を部分的に付与
   する工程と、加熱焼成工程と、通電処理する過程を経て
   電子放出部を形成する工程とを有する電子放出素子の製
   造方法において、該電極間に凹部を有する基板を用いる
   ことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
2. 【請求項２】 前記の液滴を付与する手段がインクジェ
   ット方式であることを特徴とする請求項１に記載の電子
   放出素子の製造方法。
3. 【請求項３】 前記のインクジェット方式がバブルジェ
   ット方式であることを特徴とする請求項１ないし２に記
   載の電子放出素子の製造方法。
4. 【請求項４】 電子放出素子と該電子放出素子から放出
   される電子線の照射により発光する発光体とからなる表
   示素子において、請求項４に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。
5. 【請求項５】 対向する電極間に設けた電子放出材料に
   電圧を印加して電子放出させる電子放出素子および蛍光
   板との間に高電圧を印加して加速した電子を蛍光板に衝
   突させて画像を表示する画像形成装置において、請求項
   ４に記載の電子放出素子を用いたことを特徴とする画像
   形成装置。