JPH09161666A - 電子放出素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定した電子放出が可能な電子放出素子を簡
単なプロセスで製造する。 【解決手段】 ガラス基板１１上に、一対の電極１２，
１３を形成する（図(b)）。その上に、熱可塑性の樹脂
層１５を形成し（図(c) ）、パターニングして樹脂層１
４ａを形成する（図(d) ）。この基板１１をチャンバ内
に入れ、加熱して樹脂層１４ａを軟化させる。チャンバ
内を真空に保ち、導電性材料を加熱蒸発させると、導電
性材料からなる微粒子１４ｂが、軟化した樹脂層１４ａ
内に打ち込まれる（図(e) ）。こうして、樹脂層１４ａ
内に導電性微粒子１４ｂが一様に分散した薄膜構造が得
られる。樹脂層１４ａは高抵抗体層として機能し、両電
極１２，１３間に電圧を印加すると樹脂層１４ａの表面
より電子放出が見られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子の製
造方法に関し、特に、導電性材料からなる微粒子を絶縁
性材料からなる高抵抗体層中に分散してなる電子放出層
を有する電子放出素子を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】フラットパネルディスプレイの一種とし
て、ＦＥＤ（Field Emission Display）が精力的に研究
されている。このＦＥＤは、カソード基板とアノード基
板とを対向させ、カソード基板上に多数の電子放出素子
を配置し、この電子放出素子からアノード基板に向けて
電子を放出させ、アノード基板上の蛍光体層を発光させ
るものである。カソード基板上に形成される電子放出素
子は、個々の画素に対応することになる。これまで利用
されている電子放出素子は、電子放出に適した尖鋭な突
起構造を有するものが一般的であり、たとえば、先端部
が尖った円錐状の金属からなる電子放出素子が広く利用
されている。

【０００３】これに対して、近年、表面伝導型の電子放
出素子が注目を浴びている。これは、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
電子放出が生じる現象を利用した電子放出素子である。
このような電子放出現象は、１９６５年に「ラジオエン
ジニアリング エレクトロ フィジックス(Radio Eng.
Electron. Phys.)第１０巻、１２９０〜１２９６頁」
に、エム・アイ・エリンソン（M.I.Elinson ）らによっ
て報告されて以来、今日に至るまで種々の報告がなされ
ている。具体的には、エリンソンらによって開発された
ＳｎＯ_２（Ｓｂ）薄膜をはじめ、Ａｕ薄膜、ＩＴＯ薄
膜、カーボン薄膜などで、この表面伝導型の電子放出現
象が報告されている。このような現象は、高抵抗領域が
局所的に存在する薄膜について起こる特有の電子放出現
象であることが知られており、通常は、局所的な高抵抗
領域を形成するためにフォーミング処理が施される。た
とえば、特公平６−８７３９２号公報には、微粒子を含
む導電性薄膜に通電加熱を施すことにより、表面伝導型
の電子放出機能をもった電子放出素子を製造する方法が
開示されている。この方法では、通電加熱というフォー
ミング処理により、導電性薄膜内に局所的に亀裂を発生
させることができ、この亀裂部分が高抵抗領域として機
能することになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たフォーミング処理を施す製造方法では、安定した電子
放出が可能な素子を製造することが非常に困難である。
基板上に導電性薄膜を形成し、この導電性薄膜に通電加
熱などのフォーミング処理を施すと、通電破壊によって
膜内に局所的に亀裂が生じ、この亀裂部分が高抵抗領域
として機能することになる。したがって、安定した電子
放出を実現するためには、亀裂を薄膜内に均一に発生さ
せてやる必要がある。ところが、このフォーミング処理
工程において、亀裂の発生箇所や亀裂の大きさなどを制
御することは困難であり、安定した電子放出が可能な素
子を実現するためには、このフォーミング処理工程に高
度な技術が必要になる。

【０００５】また、上述したように、表面伝導型の電子
放出素子は、ＦＥＤなどのフラットパネルディスプレイ
への利用が期待されている素子であり、このようなディ
スプレイへ応用する場合、基板上に多数の素子を行列状
に配置し、各素子から安定した均一な電子放出を得る必
要がある。もし、動作が不安定な素子が混在するように
なると、ディスプレイとしての画面表示にムラが生じ、
もはや高品位のディスプレイは実現できなくなる。この
ため、ディスプレイへ応用する上では、各画素を構成す
る個々の電子放出素子の特性をできるだけ均一にし、す
べての素子から安定した電子放出が得られるようにする
必要がある。したがって、ディスプレイに利用される電
子放出素子の場合は、更に高度なフォーミング処理が要
求されることになる。

【０００６】このようなフォーミング処理の問題を解決
すべく、特公平６−１０１２９７号公報には、フォーミ
ング処理が必要ない電子放出素子の構造が提案されてい
る。すなわち、この公報には、第１の絶縁層の表面に微
粒子を分散させ、この上に第２の絶縁層を形成すること
により、微粒子の分散面を絶縁層によって挟持した構造
を作り、表面伝導型の電子放出素子を構成する技術が開
示されている。しかしながら、この構造では、微粒子分
散面を絶縁層によって挟み込む必要があるため、製造プ
ロセスが複雑化するという新たな問題が生じることにな
る。

【０００７】そこで本発明は、安定した電子放出が可能
な電子放出素子を単純な工程で製造することができる製
造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

(1) 本発明の第１の態様は、導電性材料からなる微粒
子を絶縁性材料からなる高抵抗体層中に分散してなる電
子放出層を有する電子放出素子を製造する方法におい
て、基板上に熱可塑性をもった樹脂層を形成し、この樹
脂層を加熱して軟化させた状態において、導電性材料か
らなる微粒子を樹脂層の表面から打ち込み、樹脂層の所
定の深さ位置に微粒子が分散した状態の電子放出層を形
成するようにしたものである。

【０００９】(2) 本発明の第２の態様は、上述の第１
の態様に係る電子放出素子の製造方法において、樹脂層
が形成された基板と導電性材料とをチャンバ内に収容
し、このチャンバ内を所定の真空度に保った状態におい
て、基板を加熱して樹脂層を軟化させるとともに、導電
性材料を加熱して蒸発させ、導電性材料からなる微粒子
が樹脂層の表面から内部へ打ち込まれるようにしたもの
である。

【００１０】(3) 本発明の第３の態様は、上述の第１
の態様に係る電子放出素子の製造方法において、導電性
材料を収容した第１のチャンバと、樹脂層が形成された
基板を収容した第２のチャンバとを用意し、第１のチャ
ンバ内の雰囲気を第２のチャンバ内に移送する移送管を
設け、第１のチャンバ内に導電性材料に対する不活性ガ
スを導入しながら、第２のチャンバ内を排気することに
より、第１のチャンバ内の雰囲気が移送管を介して第２
のチャンバ内へと導入されるようにし、第１のチャンバ
内で導電性材料を加熱して蒸発させ、導電性材料からな
る微粒子を生成し、この微粒子が第２のチャンバ内へ導
入されるようにするとともに、第２のチャンバ内で基板
を加熱して樹脂層を軟化させ、微粒子が樹脂層の表面か
ら内部へ打ち込まれるようにしたものである。

【００１１】(4) 本発明の第４の態様は、上述の第３
の態様に係る電子放出素子の製造方法において、導電性
材料からなる微粒子の表面に、この導電性材料と反応し
て絶縁化合物を生成する性質をもった反応性ガスを作用
させ、表面が絶縁化合物によって覆われた導電性材料か
らなる微粒子を生成し、この微粒子が樹脂層の表面から
内部へ打ち込まれるようにしたものである。

【００１２】(5) 本発明の第５の態様は、上述の第１
〜第４の態様に係る電子放出素子の製造方法において、
基板上に複数の区画を定義し、各区画ごとにそれぞれ一
対の電極を形成し、基板上の各区画ごとに定められた個
々の固有領域にそれぞれ一対の電極に接触する独立した
樹脂層を形成し、基板上の全領域のうち、個々の固有領
域についてのみ、選択的に微粒子の打ち込みを行い、基
板上の各区画ごとにそれぞれ独立した電子放出素子を形
成するようにしたものである。

【００１３】(6) 本発明の第６の態様は、上述の第１
〜第４の態様に係る電子放出素子の製造方法において、
基板上に複数の区画を定義し、各区画ごとにそれぞれ一
対の電極を形成し、基板上の複数の区画にまたがる領域
に広域樹脂層を形成した後、この広域樹脂層をパターニ
ングすることにより各区画ごとに定められた個々の固有
領域にそれぞれ一対の電極に接触する独立した樹脂層を
形成し、基板上の全領域のうち、個々の固有領域につい
てのみ、選択的に微粒子の打ち込みを行い、基板上の各
区画ごとにそれぞれ独立した電子放出素子を形成するよ
うにしたものである。

【００１４】(7) 本発明の第７の態様は、上述の第１
〜第４の態様に係る電子放出素子の製造方法において、
基板上に複数の区画を定義し、各区画ごとにそれぞれ一
対の電極を形成し、基板上の複数の区画にまたがる領域
に広域樹脂層を形成し、この広域樹脂層の全領域のう
ち、各区画ごとに定められた個々の固有領域についての
み、選択的に微粒子の打ち込みを行い、基板上の各区画
ごとにそれぞれ独立した電子放出素子を形成するように
したものである。

【００１５】(8) 本発明の第８の態様は、上述の第７
の態様に係る電子放出素子の製造方法において、微粒子
の打ち込みを行った後に、広域樹脂層の全領域のうち各
固有領域のみを残すパターニングを行い、個々の固有領
域にそれぞれ独立した樹脂層を形成するようにしたもの
である。

【００１６】(9) 本発明の第９の態様は、上述の第１
〜第４の態様に係る電子放出素子の製造方法において、
基板上に複数の区画を定義し、各区画ごとにそれぞれ一
対の電極を形成し、基板上の複数の区画にまたがる領域
に広域樹脂層を形成し、この広域樹脂層の全領域に対し
て微粒子の打ち込みを行い、続いて、広域樹脂層のうち
各区画ごとに定められた個々の固有領域のみを残すパタ
ーニングを行い、個々の固有領域にそれぞれ一対の電極
に接触する独立した樹脂層を形成するようにしたもので
ある。

【００１７】(10) 本発明の第１０の態様は、上述の
第６、第８、第９の態様に係る電子放出素子の製造方法
において、感光性をもった樹脂により広域樹脂層を形成
し、この感光性広域樹脂層に対する露光によりパターニ
ングを行うようにしたものである。

【００１８】(11) 本発明の第１１の態様は、上述の第
５〜第８の態様に係る電子放出素子の製造方法におい
て、基板に対して、各区画の固有領域に対応した開口窓
を有する遮蔽マスクを配置し、この開口窓を通してのみ
選択的に微粒子の打ち込みが行われるようにしたもので
ある。

【００１９】(12) 本発明の第１２の態様は、上述の第
５〜第８の態様に係る電子放出素子の製造方法におい
て、樹脂層への打ち込みに適した速度で微粒子をノズル
から放出させ、ノズルを開閉する開閉手段と、基板面に
対してノズルの位置を走査する走査手段とを設け、開閉
手段により微粒子の放出／非放出を制御するとともに走
査手段によりノズルの走査を行い、各固有領域について
のみ、選択的に微粒子の打ち込みを行うようにしたもの
である。

【００２０】(13) 本発明の第１３の態様は、上述の第
１〜第１２の態様に係る電子放出素子の製造方法におい
て、微粒子の打ち込みを行った後に、樹脂層に通電して
ジュール熱による変質を起こさせるフォーミング処理を
行うようにしたものである。

【００２１】(14) 本発明の第１４の態様は、上述の第
１〜第１２の態様に係る電子放出素子の製造方法におい
て、電気的な極性をもった樹脂により樹脂層を形成し、
微粒子の打ち込みを行った後に、所定方向に電界をかけ
ながら樹脂層を加熱して軟化させ、樹脂を所定方向に配
向させた状態で重合させるポーリング処理を行うように
したものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示する実施形態
に基づいて説明する。

【００２３】§１． 従来の電子放出素子の構造および
動作 はじめに、従来の一般的な表面伝導型の電子放出素子の
構造および動作原理を説明しておく。図１は、従来の表
面伝導型の電子放出素子１０および対向基板２０の構造
を示す断面図である。この例では、電子放出素子１０
は、ガラス基板１１上に電極１２，１３を形成し、更に
その上に電子放出層１４を形成することにより構成され
ている。電子放出層１４は、カソード電極として機能す
ることになり、たとえば、ＳｎＯ_２，Ｉｎ_２Ｏ_３，Ｐｂ
Ｏなどの金属酸化物、Ａｕ，Ａｇなどの金属、カーボン
その他各種半導体など、表面伝導型の電子放出現象が知
られている材料であればどのような材料で構成してもか
まわない。一方、対向基板２０は、ガラス基板２１上に
透明電極２２および蛍光体層２３を形成したものであ
る。透明電極２２は、たとえばＩＴＯなどの材料で構成
され、アノード電極として機能することになる。

【００２４】図２は、図１に示す電子放出素子１０にお
けるガラス基板１１上に形成された構成要素の上面図で
あり、この図における切断線１−１による断面が図１に
示されていることになる。電極１２および１３が所定間
隔をおいて向き合っており、その間に電子放出層１４が
形成されている状態が明瞭に示されている。

【００２５】いま、図１に示すように、各部に配線を施
した場合に生じる現象について考えてみる。この配線に
よれば、電極１３は接地され、電極１２には電源３１か
ら負の電圧が印加される。また、電子放出素子１０と対
向基板２０との間にも、電源３２によってカソード／ア
ノード間電圧が印加されるが、この図１に示す状態で
は、スイッチ３３が開いているため、電圧印加は行われ
ていない。さて、電極１２，１３によって、電子放出層
１４の両側に電圧が印加されると、電子放出層１４の膜
表面部分に、図に矢印で示したような電子放出が起こ
る。これが、表面伝導型の電子放出として知られている
現象である。

【００２６】ここで、スイッチ３３を閉じてカソード／
アノード間電圧を印加すれば、図３に示すように、電子
放出層１４の表面に放出された電子は、アノード側の対
向基板２０へと飛翔することになり、このようなカソー
ドからアノードへと向かう電子の衝突により、蛍光体層
２３が蛍光を発することになる。ここでは、説明の便宜
上、１画素分の構成要素のみを示したが、このような１
画素分の構成要素を縦横にマトリックス状に配列すれ
ば、画素を二次元平面上に並べたフラットパネルディス
プレイを実現することができる。なお、このようなフラ
ットパネルディスプレイでは、スイッチ３３を閉じた状
態のままとし、各画素ごとに電源３１からの印加電圧を
調節して、画素ごとの発光状態を制御するのが一般的で
ある。より具体的には、電子放出層１４に与える印加電
圧の値および印加時間を調節することにより、対向基板
２０側への電子の飛翔量を制御することができる。

【００２７】このような電子放出特性をもった電子放出
層を形成するために、従来は導電性薄膜に対するフォー
ミング処理を行っていた。すなわち、図４の側断面図に
示すように、ガラス基板１１上に一対の電極１２，１３
を形成した後、導電性薄膜１４Ｚを形成し、両電極１
２，１３間に電源３４からフォーミング用の比較的大き
な電流Ｉｆを供給し、ジュール熱により導電性薄膜１４
Ｚを局所的に破壊、変形もしくは変質させて電気的に高
抵抗な領域（具体的には、０．５μｍ〜５μｍ程度の亀
裂）を生成させ、電子放出層１４の形成を行っていた。
しかしながら、このようなフォーミング工程では、亀裂
の生成箇所や大きさを正確に制御することができないた
め、安定した電子放出が可能な電子放出層１４を形成す
ることが困難であることは既に述べたとおりである。

【００２８】§２． 本発明に係る電子放出素子の構造
および動作 本発明は、電子放出素子の製造方法に関するものである
が、説明の便宜上、本発明に係る方法によって製造され
た電子放出素子の構造および動作をここで述べておく。
本発明に係る電子放出素子は、図１に示すような表面伝
導型の電子放出素子において、絶縁性材料からなる高抵
抗体層中に導電性材料からなる微粒子を分散した層によ
り、電子放出層１４を構成したものである。図５は、こ
の電子放出層１４の基本構成を説明するための拡大断面
図であり、絶縁性材料からなる高抵抗体層１４ａ中に導
電性材料からなる微粒子１４ｂが分散された状態が示さ
れている。一般に、直径１００ｎｍ以下の微粒子に対し
ては、「超微粒子」という言葉が用いられているが、こ
の実施形態では、微粒子１４ｂとして、平均直径１００
ｎｍ程度の大きさの超微粒子が用いられている。また、
この実施形態では、絶縁性材料からなる高抵抗体層１４
ａの最大厚（すなわち、図５の中央部分の厚み）は３０
０ｎｍ程度であり、各微粒子１４ｂは、この層の表面か
らほぼ４０ｎｍ程度の深さ位置に埋設された状態になっ
ている。個々の微粒子１４ｂごとに多少のばらつきはあ
るものの、いずれもほぼ同じ深さ位置に埋設されてお
り、基板面に平行な面内において、多数の微粒子１４ｂ
が二次元的に一様分散した状態が得られている。

【００２９】このように、絶縁性材料からなる高抵抗体
層１４ａ中に導電性材料からなる微粒子１４ｂを分散し
てなる電子放出層１４を基板１１上に形成すれば、この
電子放出層１４から電子放出現象が生じる。すなわち、
図５に示す構造体において、両電極１２，１３間に所定
の印加電圧Ｖ１を供給すると、分散している多数の超微
粒子１４ｂを介して電流が流れることになり、電子放出
層１４の表面から電子放出現象が見られる。このような
現象は、導電性微粒子１４ｂの径と分散密度とを所定条
件に保ったときに見られる。すなわち、図６に示すよう
に、高抵抗体層１４ａ中の導電性微粒子１４ｂの粒径を
Ｄ１、最も近い他の隣接微粒子との間隔をＤ２とすれ
ば、Ｄ１，Ｄ２が所定の範囲の値をとった場合に、この
ような電子放出現象が起こる。本願発明者の行った実験
によれば、粒径Ｄ１の上限値は１００ｎｍ程度であると
考えられ、粒径Ｄ１が１００ｎｍ以下の導電性微粒子を
用いれば、本発明を実現することができる。一方、隣接
微粒子との間隔Ｄ２に関する条件は、粒子の径や形状に
左右されるため、一概に数値条件を決定することはでき
ないが、ある程度の数値範囲が存在することは確かであ
る。すなわち、間隔Ｄ２があまり小さくなりすぎると、
電子放出層１４全体が単なる導電層として機能してしま
い、電子放出現象は生じなくなるし、逆に、間隔Ｄ２が
あまり大きくなりすぎると、隣接粒子間における電子移
動が起こらなくなり、電子放出層１４全体が単なる絶縁
層として機能してしまい、やはり電子放出現象は生じな
くなる。電子放出現象が生じるための間隔Ｄ２もしくは
粒子分布密度に関する臨界条件の決定は、現時点ではな
されていないが、実験によれば、概ね、Ｄ１＝Ｄ２程度
に設定すると効率的な電子放出が可能である。本実施形
態では、Ｄ１＝Ｄ２＝２０ｎｍ程度とした。なお、後述
する本発明の製造方法によれば、導電性微粒子１４ｂの
径や分散密度を自由に制御することが可能である。

【００３０】このような構造体において、電子放出現象
が起こる理由について、現段階では詳細な理論的考察は
なされていない。ただ、本願発明者は、このように高抵
抗体層内に粒径１００ｎｍ以下の導電性超微粒子が散在
する状態では、次のような理由により電子放出が起こり
やすい環境が生じているものと考えている。すなわち、
一般に、コロナ放電のような放電現象は鋭利な先端部か
ら生じることが知られている。粒径１００ｎｍ以下の導
電性超微粒子は、この鋭利な先端部と同等の機能を果た
すであろうことは想像するに難くない。したがって、こ
のような微細な導電性超微粒子を高抵抗体層中に散在さ
せると、真空中の針先から放電が起こるのと同じよう
に、電子放出が起こるのではないかと考えられる。特
に、図５において、たとえば電極１２側に負の電圧を印
加したとすると、電子放出層１４の電極１２近傍領域に
は、負電圧印加により過剰電荷が発生するものと考えら
れ、この過剰電荷が電子放出に寄与するものと思われ
る。なお、後述する本発明の製造方法によれば、図５に
示すような高抵抗体層中に導電性超微粒子が散在した状
態が直ちに得られるので、従来のように、層中に微細な
亀裂を生じさせる必要はなくなり、従来のようなフォー
ミング処理は必ずしも必要なくなる。

【００３１】上述した構造の電子放出素子によれば、電
子放出層１４の表面から、非常に安定した電子放出が得
られる。電子放出層１４は、図５に示すように、導電性
微粒子１４ｂを高抵抗体層１４ａ中に分散させてなる層
である。もちろん、個々の微粒子をミクロ的に見れば、
それぞれ粒径Ｄ１や形状も異なり、また、隣接する微粒
子との間隔Ｄ２もそれぞれ異なっている。しかしなが
ら、電子放出層１４全体としてマクロ的に見れば、各超
微粒子の粒径や分布状態は均一とみなすことができ、非
常に安定した電子放出が得られるのである。また、たと
えば、この１つの電子放出層１４によって１画素を表示
するディスプレイ装置を製造する場合、支持基板上には
多数の独立した電子放出層１４が形成されることになる
が、マクロ的に見れば、各電子放出層１４内の超微粒子
の粒径や分布状態はほぼ同一になり、画素間における表
示特性も均一になる。このため、画素間の表示特性にム
ラのない高品位のディスプレイ装置が実現できる。

【００３２】§３． 本発明の適用対象となる別な電子
放出素子の構造 本発明に係る製造方法は、図１に示すような構造をもっ
た電子放出素子だけに限定されるものではなく、この
他、種々の構造をもった電子放出素子を製造する場合に
適用可能である。本発明に係る製造方法は、導電性材料
からなる微粒子を絶縁性材料からなる高抵抗体層中に分
散してなる電子放出層と、この電子放出層に接触し互い
に所定間隔をおいて配置された一対の電極と、が形成さ
れた構造をもった電子放出素子に対して広く適用可能で
ある。以下に、本発明を適用可能ないくつかの電子放出
素子の構造を例示しておく。

【００３３】図１あるいは図５に示す構造は、支持基板
１１上に電極１２，電子放出層１４，電極１３を横に並
べたものである。これに対して、図７に示す構造は、こ
れを縦に並べるようにしたものである。すなわち、ま
ず、図７(a) に示すように、支持基板５１（図示されて
いない）の上に、下部電極層５２，中間絶縁層５３，上
部電極層５４を積層した三層構造体を形成し、更に、そ
の側面端部に、図７(b)に示すように電子放出層５５を
形成するのである。ここで、電子放出層５５は、図５に
示す例と同様に、高抵抗体層内に導電性微粒子を分散し
た薄膜層である。このような構造によっても、電子放出
素子５０を形成することができる。

【００３４】すなわち、図８の側断面図に示されている
ように、ガラス基板５１上に、下部電極層５２，中間絶
縁層５３，上部電極層５４を積層した三層構造体を形成
し、更に、その側面端部に、電子放出層５５を形成して
なる電子放出素子５０を用意し、その上方に対向基板２
０を配置する。対向基板２０は、ガラス基板２１上に透
明電極２２および蛍光体層２３を形成したものである。
ここで、図８に示すように各部に配線を施す。この配線
によれば、電極層５２は接地され、電極層５４には電源
３１から負の電圧が印加される。また、電子放出素子５
０と対向基板２０との間にも、電源３２によってカソー
ド／アノード間電圧が印加されるが、この図８に示す状
態では、スイッチ３３が開いているため、電圧印加は行
われていない。電極層５２，５４によって、電子放出層
５５の両側に電圧が印加されると、電子放出層５５の膜
表面部分に、図に矢印で示したような電子放出が起こ
る。

【００３５】ここで、スイッチ３３を閉じてカソード／
アノード間電圧を印加すれば、図９に示すように、電子
放出層５５の表面に放出された電子は、アノード側の対
向基板２０へと飛翔することになり、このようなカソー
ドからアノードへと向かう電子の衝突により、蛍光体層
２３が蛍光を発することになる。ここでは、説明の便宜
上、１画素分の構成要素のみを示したが、このような１
画素分の構成要素を縦横にマトリックス状に配列すれ
ば、画素を二次元平面上に並べたフラットパネルディス
プレイを実現することができる。なお、このようなフラ
ットパネルディスプレイでは、スイッチ３３を閉じた状
態のままとし、各画素ごとに電源３１からの印加電圧を
調節して、画素ごとの発光状態を制御するのが一般的で
ある。より具体的には、電子放出層５５に与える印加電
圧の値および印加時間を調節することにより、対向基板
２０側への電子の飛翔量を制御することができる。

【００３６】図１０に示す構造は、図７に示す構造に段
差を設けたものである。すなわち、まず、図１０(a) に
示すように、支持基板６１（図示されていない）の上
に、下部電極層６２，中間絶縁層６３，上部電極層６４
を積層した三層構造体を形成する。この三層構造体は、
側部が段差構造となっている。そこで、この段差構造部
分に、図１０(b) に示すように電子放出層６５を形成す
るのである。ここで、電子放出層６５は、図５に示す例
と同様に、高抵抗体層内に導電性微粒子を分散した層で
ある。このような構造によっても、電子放出素子６０を
形成することができる。

【００３７】要するに、本発明の特徴は、導電性材料か
らなる微粒子を絶縁性材料からなる高抵抗体層中に分散
して電子放出層を形成するための特有な方法にあり、こ
の方法により形成された電子放出層に対して一対の電極
をどのような形態で接触させて電子放出素子を構成して
もかまわない。

【００３８】§４． 本発明に係る電子放出素子の製造
方法の基本原理 本発明の基本概念は、基板上に熱可塑性をもった樹脂層
を形成し、この樹脂層を加熱して軟化させた状態におい
て、導電性材料からなる微粒子を樹脂層の表面から打ち
込み、樹脂層の所定の深さ位置に微粒子が分散した状態
の電子放出層を形成する点にある。以下、この方法を、
図１１の側断面工程図を参照しながら説明する。

【００３９】まず、図１１(a) に示すように、電子放出
素子を形成するための支持基板１１を用意する。この支
持基板１１としては、ガラス基板のような絶縁性基板を
用いてもよいし、金属基板のような導電性基板の上に絶
縁膜を形成したものでもかまわない。続いて、図１１
(b) に示すように、この支持基板１１上に一対の電極１
２，１３を形成する。この電極１２，１３の基板上での
平面形状は、図２の平面図に示されている。電極１２，
１３の材料としては、電極として機能する導電性材料で
あれば、どのような材料を用いてもかまわない。また、
図２に示すような平面形状をもった電極１２，１３を形
成する方法として、どのような方法を用いてもかまわな
い。たとえば、蒸着法やスパッタリング法により支持基
板１１上に金属層を堆積させ、一般的なフォトリソグラ
フィ法によりこの金属層をパターニングすれば、所定の
平面形状をもった電極１２，１３が形成できる。あるい
は、金属ペースト（金属粒子を含む樹脂など）を支持基
板１１上に所定パターンで印刷し、この印刷層に対して
焼成工程を行うことにより電極１２，１３を形成するこ
ともできる。

【００４０】なお、図１１では、説明の便宜上、支持基
板１１上に単一の電子放出素子を形成する工程を示して
あるが、実用上は、支持基板１１上に多数の電子放出素
子を形成するのが一般的である。たとえば、フラットパ
ネルディスプレイに利用するのであれば、支持基板１１
上に、多数の電子放出素子をマトリックス状に配列し、
１つの電子放出素子により１画素分の表示を行わせる必
要がある。したがって、実際には、支持基板１１上に、
個々の画素に対応する複数の区画を定義し、各区画ごと
にそれぞれ独立した電子放出素子を形成することにな
る。別言すれば、図２に示した電子放出素子１０は、支
持基板１１上の１区画内に形成された１つの素子であ
り、支持基板１１上には、このような素子が縦横に多数
配列されることになる。図１１(b) に示されている一対
の電極１２，１３は、１つの電子放出素子を構成するた
めの１区画内に形成された電極であり、実際には、支持
基板１１上には、このような一対の電極１２，１３が各
区画ごとにそれぞれ形成されることになる。

【００４１】続いて、この支持基板１１上の全面に、図
１１(c) に示すように、樹脂層１５を形成する。この樹
脂層１５の形成は、たとえば、スピンナーコーティング
法などの一般的な樹脂塗布方法などを用いればよい。こ
の樹脂層１５は、後に電子放出層の構成要素となる媒体
層として機能する層であり、絶縁性および熱可塑性を有
する樹脂からなる層である。前述したように、図１１で
は、支持基板１１上の１区画分の領域しか示されていな
いが、実際には、支持基板１１上には多数の区画が定義
されており、支持基板１１上の全面に形成した樹脂層１
５は、複数の区画にまたがっていることになる。ここで
は、このように複数の区画にまたがって形成されている
樹脂層を広域樹脂層１５と呼ぶことにする。

【００４２】次に、この広域樹脂層１５に対するパター
ニングを行い、図１１(d) に示すように、各区画ごとに
定められた所定の固有領域の部分だけを樹脂層（高抵抗
体層）１４ａとして残すようにする。この固有領域は、
図２の平面図において矩形で示された電子放出層１４の
占める領域であり、最終的に個々の電子放出層１４を形
成すべき平面領域に相当する。広域樹脂層１５に対する
パターニング法としては、一般的なフォトリソグラフィ
法を用いればよい。最後に、図１１(e) に示すように、
パターニングされた個々の樹脂層１４ａの表面から、導
電性微粒子１４ｂを打ち込む処理を行う。このとき、樹
脂層１４ａを加熱して軟化させておけば、導電性微粒子
１４ｂは樹脂層表面から内部へと進行し、所定の深さ位
置に埋設された状態になり、図５に示す電子放出素子が
得られることになる。なお、微粒子の打ち込み方法とし
ては、クラスター蒸着法、ガスデポジション法、反応性
ガスデポジション法などを用いることができるが、これ
らの具体的な方法については後述する。

【００４３】また、上述の実施形態では、図１１(c) に
示すように、支持基板１１の全面に広域樹脂層１５を塗
布形成した後、これをパターニングして、各固有領域ご
とに樹脂層１４ａを形成しているが、各固有領域に対応
した平面パターンをもつ刷版を用意し、印刷工程によ
り、図１１(b) に示す状態から図１１(d) に示す樹脂層
１４ａを直接形成するようにしてもよい。

【００４４】このように、基板上に熱可塑性をもった樹
脂層を形成し、この樹脂層を加熱して軟化させた状態に
おいて、導電性材料からなる微粒子を樹脂層の表面から
打ち込み、樹脂層の所定の深さ位置に微粒子が分散した
状態の電子放出層を形成する、という本発明に係る方法
のメリットは、微粒子が均一に分散した電子放出層が比
較的簡単に得られるという点にある。微粒子を含有した
樹脂層を形成する方法としては、あらかじめ導電性微粒
子を含有する樹脂を用意しておき、この樹脂を基板上に
塗布した後、乾燥させて硬化させる方法などが一般的で
あるが、そのような方法では、樹脂硬化時に、微粒子の
凝集が生じるため、微粒子が均一に分散した状態の樹脂
層を形成することが困難である。本発明に係る方法によ
れば、樹脂層形成後に微粒子を表面から打ち込むという
手法を採るため、樹脂層の全面にわたって微粒子を均一
に分散させることが可能になる。

【００４５】§５． 微粒子の打ち込み方法 ここでは、樹脂層に導電性微粒子を打ち込むための具体
的な方法を、図示する実施形態に基づいて例示する。

【００４６】(1) クラスター蒸着法 まず、図１２に示すようなチャンバ８０を用意する。チ
ャンバ８０内には、ルツボ８１が用意されており、この
ルツボ８１内には導電性材料８２が収容されている。ル
ツボ８１はヒータ８３によって加熱され、加熱された導
電性材料８２はチャンバ８０内で蒸発する。一方、チャ
ンバ８０の上部には、基板ホルダ８４と、これを加熱す
るためのヒータ８５とが設置されており、支持基板１１
は基板ホルダ８４によって保持される。また、支持基板
１１の下方には、遮蔽マスク８６が取り付けられる。こ
の遮蔽マスク８６には、所定の形状パターンをもった開
口窓が形成されている。チャンバ８０内の雰囲気は、排
気管８７から真空ポンプ（図示されていない）によって
排気され、内部は所定の真空度に保たれる。

【００４７】このような系において、チャンバ８０内を
排気して所定の真空度に保ちつつ、ヒータ８３によって
ルツボ８１を加熱し、導電性材料８２を蒸発させると、
蒸発した導電性材料がチャンバ８０内で微粒子を形成す
ることになる。そこで、図１１(d) に示すように、上面
に樹脂層１４ａが形成された支持基板１１を、基板ホル
ダ８４の下方に、上下逆になるようにして取り付けてお
き（図１２には図示されていないが、支持基板１１の図
の下側の面に樹脂層１４ａが形成されていることにな
る）、ヒータ８５によって基板ホルダ８４を加熱し、支
持基板１１上の樹脂層１４ａを軟化させておけば、この
樹脂層１４ａの表面（図１２における支持基板１１の下
側の面）から、導電性材料からなる微粒子が打ち込まれ
ることになる。このとき、遮蔽マスク８６の存在によ
り、遮蔽マスク８６の開口窓を通り抜けた微粒子だけが
樹脂層１４ａに打ち込まれることになる。すなわち、遮
蔽マスク８６の開口窓に対応した領域に対して、選択的
に微粒子を打ち込むことが可能になる。

【００４８】打ち込まれる微粒子の大きさや、樹脂層１
４ａ内に打ち込まれる深さは、チャンバ８０内の真空
度、ルツボ８１の加熱温度、基板ホルダ８４の加熱温度
を調節することにより制御することができる。なお、こ
の実施形態では、ヒータ８３，８５によって間接的に導
電性材料８２や樹脂層１４ａを加熱しているが、レーザ
光やキセノンランプなどを用いて、導電性材料８２や樹
脂層１４ａを直接加熱してもかまわない。

【００４９】(2) ガスデポジション法 まず、図１３に示すように、２つのチャンバを用意す
る。第１のチャンバ１１０は、導電性材料１１１を蒸発
させて微粒子を生成させるためのチャンバであり、第２
のチャンバ１２０は、この第１のチャンバ１１０で生成
された微粒子を、支持基板１１上の樹脂層１４ａの表面
にノズル１２１から放出することにより、微粒子の打ち
込みを行うためのチャンバである。支持基板１１は移動
ステージ１２２の上に載置されている。

【００５０】第１のチャンバ１１０内には、導電性材料
１１１を入れるためのルツボ１１２が備わっており、こ
のルツボ１１２は、図示されていない加熱装置によって
加熱される。チャンバ１１０内には、ガス導入管１１３
によって不活性ガスとしてのヘリウムが導入される。第
１のチャンバ１１０と第２のチャンバ１２０とは、移送
管１１４によって連結されており、第２のチャンバ１２
０内の雰囲気は、排気管１２３を介して真空ポンプ（図
示されていない）によって排気される。したがって、第
１のチャンバ１１０から移送管１１４を介して第２のチ
ャンバ１２０へ至るガスの流路が形成されており、第１
のチャンバ１１０と第２のチャンバ１２０との圧力差に
基づいて、第１のチャンバ１１０内の雰囲気は第２のチ
ャンバ１２０内へと移送され、ノズル１２１から放出さ
れる。

【００５１】さて、ガス導入管１１３からヘリウムガス
を導入しながら、排気管１２３からの排気を行い、第１
のチャンバ１１０および第２のチャンバ１２０をそれぞ
れ所定の真空度に保つ。この状態で、ルツボ１１２を加
熱して導電性材料１１１を蒸発させると、導電性材料の
蒸気がチャンバ１１０内に充満することになる。そし
て、チャンバ１１０内において、散在している導電性材
料の原子もしくは分子は、互いに結合して、導電性の微
粒子が生成される。この微粒子は、移送管１１４を通っ
てノズル１２１から放出される。

【００５２】移動ステージ１２２上には、図１１(d) に
示すように、樹脂層１４ａが形成された支持基板１１が
載置されている。移動ステージ１２２は、図示されてい
ない加熱手段によって加熱されるので、支持基板１１上
の樹脂層１４ａは加熱により軟化する。したがって、ノ
ズル１２１から放出された微粒子は、この軟化した樹脂
層１４ａの表面から内部へと打ち込まれることになる。

【００５３】図１４は、この移動ステージ１２２上に載
置された支持基板１１と、ノズル１２１との位置関係を
示す斜視図である。この例では、支持基板１１上には３
行３列の９個の区画が定義されており、各区画ごとにそ
れぞれ一対の電極１２，１３と樹脂層１４ａとが形成さ
れている。もちろん、フラットパネルディスプレイなど
に用いる場合には、支持基板１１上には、より多数の区
画が定義されることになる。ノズル１２１から放出され
た微粒子は、支持基板１１の上面に吹き付けられること
になる。ここで、移動ステージ１２２は、ノズル１２１
の吹き出し方向に対して垂直な平面内において、支持基
板１１を自由に移動させることができる。すなわち、図
１４に矢印Ｘおよび矢印Ｙで示す方向に、支持基板１１
を移動させることができ、結局、支持基板１１の基板面
に対してノズル１２１の位置を走査することができる。
また、ノズル１２１の内部には開閉弁が設けられてお
り、この開閉弁によって微粒子の放出／非放出を制御す
ることができる。したがって、このノズル１２１の開閉
弁動作と移動ステージ１２２による移動動作とを制御す
ることにより、支持基板１１上の任意の領域にのみ微粒
子を打ち込むことが可能になる。具体的には、図１４に
おいて、樹脂層１４ａが形成されている各固有領域をノ
ズル１２１が走査中のときにのみ、ノズル１２１から微
粒子を放出させて打ち込みを行うようにすれば、必要な
領域に対して選択的に微粒子の打ち込みを行うことがで
きる。

【００５４】なお、打ち込まれる微粒子の大きさや、樹
脂層１４ａ内に打ち込まれる深さは、ルツボ１１２の加
熱温度、移動ステージ１２２の加熱温度、両チャンバ内
の圧力、ノズル１２１の吹き出し口の径を調節すること
により制御することができる。要するに、微粒子が打ち
込みに適した速度でノズル１２１から放出されるように
種々のパラメータを調節すればよい。また、この実施形
態では、図示されていない加熱手段によって間接的に導
電性材料１１１や樹脂層１４ａを加熱しているが、レー
ザ光やキセノンランプなどを用いて、導電性材料１１１
や樹脂層１４ａを直接加熱してもかまわない。

【００５５】(3) 反応性ガスデポジション法 図１３に示したガスデポジション法では、第１のチャン
バ１１０内に不活性ガスとしてのヘリウムガスを導入し
たが、第１のチャンバ１１０内に、導電性材料と反応し
て絶縁化合物を生成する性質をもった反応性ガスを、不
活性ガスとともに導入しながら、導電性材料１１１を加
熱して蒸発させれば、表面が絶縁化合物によって覆われ
た導電性材料からなる微粒子を生成することができる。
たとえば、導電性材料１１１としてアルミニウムを用
い、反応性ガスとして酸素を導入すれば、表面が酸化膜
（絶縁化合物）で覆われたアルミニウムの微粒子が生成
できる。そして、第２のチャンバ１２０内では、このよ
うな表面が絶縁膜で覆われた導電性微粒子が樹脂層１４
ａに打ち込まれることになる。

【００５６】図１５は、このような絶縁膜で覆われた導
電性微粒子を樹脂層１４ａ内に打ち込んだ状態を示す平
断面図である。図示のとおり、樹脂層１４ａ内に分散し
た個々の導電性微粒子１４ｂの表面には、それぞれ絶縁
膜１４ｃが形成されている。このように個々の導電性微
粒子の表面に絶縁膜を形成する利点は、図１５に示す微
粒子Ｐ１，Ｐ２のように、樹脂層１４ａ中においてたま
たま物理的に接触する隣接微粒子が存在したとしても、
これらの微粒子は電気的にはあくまでも個々の別個の微
粒子としてふるまう点である。表面に絶縁膜が形成され
ていなかった場合は、微粒子Ｐ１，Ｐ２は電気的には１
つの微粒子としてふるまうことになり、電子放出が起こ
りにくくなる。また、電子放出層１４全体としてみれ
ば、微粒子の分布が不均一になり好ましくない。ところ
が、表面に絶縁膜が形成されていれば、複数の微粒子が
物理的に接触していたとしても、電気的にはそれぞれが
個々の別個の微粒子としてふるまうので、このような問
題は生じなくなる。このような点において、反応性ガス
デポジション法は、前述のガスデポジション法よりも有
利である。

【００５７】なお、絶縁膜の形成は、必ずしも第１のチ
ャンバ１１０内において行う必要はない。たとえば、反
応性ガスを移送管１１４の途中で導入し、移送管１１４
を通っての移送途中において、導電性微粒子の表面に絶
縁膜を形成させるようにしてもよいし、第２のチャンバ
１２０内のノズル１２１の吹き出し口付近に反応性ガス
を導入し、微粒子の打ち込みの直前に、その表面に絶縁
膜を形成させるようにしてもよい。

【００５８】§６． その他の実施形態 これまで述べた基本的な実施形態では、図１１(d) に示
すように、各区画ごとに定められた個々の固有領域にそ
れぞれ独立した樹脂層１４ａを形成し、図１１(e) に示
すように、支持基板１１上の全領域のうち、各固有領域
についてのみ、選択的に微粒子の打ち込みを行ってい
る。このような選択的な打ち込みは、たとえば、図１２
に示す実施形態に示すように、各区画の固有領域に対応
した開口窓を有する遮蔽マスク８６を配置し、この開口
窓を通して微粒子を打ち込むことによって行うこともで
きるし、図１３に示す実施形態に示すように、ノズル１
２１から微粒子を放出させながら、ノズル１２１を走査
することによっても行うことができる。

【００５９】このような基本的な実施形態に対して、広
域樹脂層１５の全面に微粒子の打ち込みを行う実施形態
も可能である。すなわち、図１１(c) に示すように、支
持基板１１上の複数の区画にまたがる全領域に広域樹脂
層１５を形成し、図１６(a)に示すように、この広域樹
脂層１５の全領域にわたって、導電性微粒子１４ｂの打
ち込みを行うのである。そして、この打ち込み後の広域
樹脂層１５に対して、各区画ごとに定められた個々の固
有領域のみを残すパターニングを行い、図１６(b) に示
すように、個々の固有領域にそれぞれ独立した樹脂層１
４ａを形成するようにすれば、前述した基本的な実施形
態と同様の構造をもった電子放出素子が得られる。

【００６０】あるいは、図１６(c) に示すように、広域
樹脂層１５の全領域のうち、各区画ごとに定められた個
々の固有領域についてのみ、選択的に微粒子の打ち込み
を行うことも可能である。この選択的な打ち込みには、
上述したように、遮蔽マスクを用いてもよいし、ノズル
走査を行うようにしてもよい。このような広域樹脂層１
５に対する選択的な打ち込みを行うと、図１６(c) に示
すように、広域樹脂層１５自身は基板上の全域に形成さ
れているにもかかわらず、導電性微粒子１４ｂが分散し
ている領域は、各区画ごとに定められた固有領域のみと
なる。そして、導電性微粒子１４ｂが打ち込まれなかっ
た領域は、単なる絶縁層として機能するので、あえて広
域樹脂層１５に対するパターニングを行うことなしに、
図１６(c) に示す状態のままでも、各電子放出素子はそ
れぞれ独立した素子として機能できる。ただ、実際の製
造プロセスでは、広域樹脂層１５内には種々の不純物が
混入するおそれがあり、この不純物によって、隣接する
素子間に電流リークが生じる可能性があるので、実用上
は、図１６(c) に示す状態から、更に広域樹脂層１５に
対するパターニングを行い、各区画ごとに定められた固
有領域のみを残すようにして、最終的には図１６(b) に
示す構造を得るようにするのが好ましい。

【００６１】なお、感光性をもった樹脂により広域樹脂
層１５を形成しておけば、この感光性広域樹脂層１５に
対する直接露光によりパターニングを行うことができる
ので、パターニングのためのレジスト層を新たに形成す
る必要はなくなり、製造プロセスは単純化される。

【００６２】また、本発明に係る方法で製造された電子
放出層に対しては、従来のフォーミング処理は必ずしも
必要ではないが、フォーミング処理を施すことにより、
より電子放出特性を向上させることも可能である。すな
わち、図１１(e) に示すように、導電性微粒子１４ｂの
打ち込みが完了した後、両電極１２，１３間に電流を流
し、この通電によって発生するジュール熱によって樹脂
層１４ａを変質させることも可能である。樹脂層１４ａ
は、電子放出層１４における高抵抗体層として機能する
層であり、所定の条件で変質を行わせれば、電子放出特
性を向上させることができる。

【００６３】更に、電気的な極性をもった樹脂を用いて
樹脂層１４ａを形成するようにすれば、導電性微粒子１
４ｂの打ち込みが完了した後に、ポーリング処理を施す
ことができる。すなわち、図１１(e) に示す構造体に対
して、所定方向に電界をかけた状態で、樹脂層１４ａを
加熱して軟化させるのである。すると、樹脂の各分子は
電界に応じた方向に配向し、分散中の導電性微粒子１４
ｂも一定の配向性を有するようになる。そのままゆっく
りと樹脂層１４ａを冷却して重合させれば、最終的に得
られる電子放出層１４は、所定の配向性をもった層にな
る。すなわち、分散中の導電性微粒子１４ｂの形状的な
配向性もしくは原子スピンに関する配向性が、電子放出
層１４中で均一となり、より安定した電子放出が期待で
きるようになる。

【００６４】なお、図１〜図５に示したいわゆる平面型
の電子放出素子を製造する場合の微粒子の打ち込み作業
は、基板面に対して垂直な方向に打ち込みを行うように
すればよいが、図７〜図１０に示したいわゆる垂直型の
電子放出素子を製造する場合には、それぞれ効率良い打
ち込み方向を考慮する必要がある。たとえば、図７(b)
に示す構造における電子放出層５５を形成するには、基
板面に対してほぼ平行な方向（層５５の表面に対して垂
直となる方向）から微粒子を打ち込むのが最も効率的で
ある。しかしながら、このような方向から打ち込みを行
うことは実用上困難であるので、実際には、図１０(b)
に示す構造を採り、斜め上方からの打ち込みができるよ
うにするのが好ましい。

【００６５】斜め上方からの打ち込みを行う具体的な手
法としては、クラスター蒸着法の場合は、チャンバ内で
基板を蒸発源に対して傾斜させて配置する斜方蒸着の手
法を採ればよい。また、ガスデポジション法の場合は、
基板に対して斜め上方の角度から微粒子が放出されるよ
うにノズルを配置すればよい。

【００６６】§７． 導電性材料および樹脂材料 本発明を実施するにあたって用いる導電性材料、すなわ
ち、分散微粒子に用いる材料は、導電性の材料であれば
どのようなものでもかまわない。すなわち、金、銀、
銅、アルミニウムなどの金属をはじめ、ＳｎＯ_２，Ｉｎ
_２Ｏ_３，ＰｂＯなどの金属化合物，カーボン、その他半
導体などを用いることができる。

【００６７】一方、この微粒子に対する分散媒として機
能する樹脂材料は、熱可塑性を有し（できるだけ低温で
軟化するものが好ましい）、絶縁性をもった材料であれ
ばよい。一般に、導電性微粒子に対する高抵抗体層とし
て機能するためには、比抵抗で１０^１４Ω・ｃｍ以上の
絶縁性が必要であるとされている。具体的には、ポリエ
チレン、塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン、スチレン樹
脂、ＡＢＳ樹脂、ポリビニルアルコール、アクリル樹
脂、アクリロニトリル−スチレン系樹脂、塩化ビニリデ
ン樹脂、ＡＡＳ（ＡＳＡ）樹脂、ＡＥＳ樹脂、繊維素誘
導体樹脂、熱可塑性ポリウレタン、ポリビニルブチラー
ル、ポリ−４−メチルベンテン−１、ポリブテン−１、
ロジンエステル樹脂などを用いることができる。また、
弗素樹脂、たとえばポリテトラフルオロエチレン、弗素
化エチレンプロピレン、テトラフルオロエチレン−パー
フルオロアルキルビニルエーテル共重合体、またはそれ
らのディスパージョンタイプまたは変性タイプ（コーテ
ィングタイプ）、あるいは、ポリパラキシレンの下記構
造式で示されるもの、

【００６８】

【化１】 （なお、上記Ｃタイプは上記構造のもののみでなく、ベ
ンゼン環における主鎖結合部位以外の部位のうち１つが
塩素で置換されているもの、またＤタイプはその２つが
塩素で置換されているものであればよい）、などの樹脂
は、耐熱性、耐湿性の点から特に好ましい。

【００６９】

【実施例】以下、本発明の実施例を示す。

【００７０】(1) 第１の実施例 まず、熱可塑性樹脂としてのロジンエステル樹脂（商品
名：ステベライトエステル１０）１０ｇを、溶媒となる
テトラハイドロフラン５０ｇ中に溶解した溶液を用意す
る。そして、この溶液を、所定の電極層が形成されたガ
ラス基板１１上にスピンナーコーティングし（１０００
ｒｐｍで９０秒）、６０℃で１時間放置して溶媒を乾燥
させ、基板全面に膜厚２μｍほどの均一なロジンエステ
ル層を形成した。

【００７１】続いて、図１２に示すチャンバ８０内の基
板ホルダ８４に、上記ガラス基板１１の底面を面接触さ
せた状態で固定する。一方、ルツボ８１内には、導電性
材料８２として、銅（Ｃｕ）のペレットを入れる。そし
て、チャンバ８０内に窒素ガスを導入しながら排気を行
い、内部を１０Ｐａ程度の圧力に維持する。ここで、ル
ツボ８１を加熱して、銅を蒸発させる。その結果、基板
１１上で軟化した樹脂層のうち、遮蔽マスク８６の開口
窓に対応した領域に、銅の微粒子が打ち込まれ、ロジン
エステル樹脂層中に銅微粒子が分散した構造が得られ
た。銅の微粒子の平均粒径は２０ｎｍ程度で、樹脂層表
面からほぼ４０ｎｍ程度の深さに均一に分散している状
態が確認できた。こうして得られた電子放出層に電圧を
印加したところ、表面から良好な電子放出が認められ
た。

【００７２】(2) 第２の実施例 図１３に示すように、２つのチャンバを用意する。第１
のチャンバ１１０内のルツボ１１２には、導電性材料１
１１としてアルミニウムを収容した。一方、第２のチャ
ンバ１２０内には、上述の第１の実施例と同様に、厚み
２μｍほどのロジンエステル樹脂層が形成された基板１
１を収容した。第１のチャンバ１１０内に不活性ガスと
してのヘリウムガスを導入しながら、排気管１２３から
の排気を行い、第１のチャンバ１１０内の圧力を５×１
０^４Ｐａ、第２のチャンバ１２０内の圧力を５×１０^２
Ｐａ程度に維持した。ここで、ルツボ１１２を加熱し
て、アルミニウムを蒸発させる。その結果、基板１１上
で軟化した樹脂層に、ノズル１２１から放出されたアル
ミニウムの微粒子が打ち込まれ、ロジンエステル樹脂層
中にアルミニウム微粒子が分散した構造が得られた。ア
ルミニウム微粒子の平均粒径は２０ｎｍ程度で、樹脂層
表面からほぼ４０ｎｍ程度の深さに均一に分散している
状態が確認できた。こうして得られた電子放出層に電圧
を印加したところ、表面から良好な電子放出が認められ
た。

【００７３】

【発明の効果】以上のとおり本発明によれば、熱可塑性
をもった樹脂層を加熱軟化させた状態において、導電性
材料からなる微粒子を表面から打ち込むようにしたた
め、安定した電子放出が可能な電子放出素子を簡単なプ
ロセスで製造することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来提案されている一般的な表面伝導型の電子
放出素子１０および対向基板２０の構造を示す断面図で
ある。

【図２】図１に示す電子放出素子１０におけるガラス基
板１１上に形成された構成要素の上面図であり、この図
における切断線１−１による断面が図１に示されてい
る。

【図３】図１に示す電子放出素子１０からの電子放出が
行われている状態を示す断面図である。

【図４】図１に示す電子放出素子１０の電子放出層１４
をフォーミング処理により形成する方法を示す断面図で
ある。

【図５】本発明に係る製造方法で製造された電子放出素
子における電子放出層の基本構成を説明するための拡大
断面図である。

【図６】図５に示す電子放出層における粒子の分布状態
を示す図である。

【図７】本発明に係る製造方法を適用した別な一実施形
態に係る電子放出素子５０の具体的な構造を示す斜視図
である。

【図８】図７に示す電子放出素子５０および対向基板２
０の構造を示す断面図である。

【図９】図７に示す電子放出素子５０からの電子放出が
行われている状態を示す断面図である。

【図１０】本発明の製造方法を適用した更に別な一実施
形態に係る電子放出素子６０の具体的な構造を示す斜視
図である。

【図１１】本発明に係る電子放出素子の基本的な製造方
法を示す側断面工程図である。

【図１２】本発明における導電性微粒子の打ち込み方法
の一例を示す概念図である。

【図１３】本発明における導電性微粒子の打ち込み方法
の別な一例を示す概念図である。

【図１４】図１３における第２のチャンバ１２０内の詳
細な構造を示す斜視図である。

【図１５】表面に絶縁膜を形成させた導電性微粒子が分
散している状態を示す平断面図である。

【図１６】本発明に係る電子放出素子の別な実施形態に
係る製造方法を示す工程図である。

【符号の説明】

１０…電子放出素子 １１…支持基板（ガラス基板） １２…電極 １３…電極 １４…電子放出層 １４ａ…樹脂層（高抵抗体層） １４ｂ…導電性微粒子 １４ｃ…絶縁膜 １４Ｚ…導電性薄膜 １５…広域樹脂層 ２０…対向基板 ２１…ガラス基板 ２２…透明電極 ２３…蛍光体層 ３１…電源 ３２…電源 ３３…スイッチ ３４…電源 ４１…導電性微粒子 ４２…高抵抗体層 ５０…電子放出素子 ５１…支持基板 ５２…下部電極層 ５３…中間絶縁層 ５４…上部電極層 ５５…電子放出層 ６０…電子放出素子 ６１…支持基板 ６２…下部電極層 ６３…中間絶縁層 ６４…上部電極層 ６５…電子放出層 ８０…チャンバ ８１…ルツボ ８２…導電性材料 ８３…ヒータ ８４…基板ホルダ ８５…ヒータ ８６…遮蔽マスク ８７…排気管 １１０…第１のチャンバ １１１…導電性材料 １１２…ルツボ １１３…ガス導入管 １１４…移送管 １２０…第２のチャンバ １２１…ノズル １２２…移動ステージ １２３…排気管 Ｄ１…導電性微粒子の粒径 Ｄ２…導電性微粒子間の距離 Ｉ１…ダイオード電流 Ｉ２…放出電流 Ｉｆ…フォーミング用電流 Ｐ１，Ｐ２…微粒子 Ｖ１…印加電圧 Ｖ２…アノード電圧

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性材料からなる微粒子を絶縁性材料
   からなる高抵抗体層中に分散してなる電子放出層を有す
   る電子放出素子を製造する方法において、 基板上に熱可塑性をもった樹脂層を形成し、前記樹脂層
   を加熱して軟化させた状態において、導電性材料からな
   る微粒子を前記樹脂層の表面から打ち込み、前記樹脂層
   の所定の深さ位置に前記微粒子が分散した状態の電子放
   出層を形成す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】 請求項１に記載の製造方法において、 樹脂層が形成された基板と導電性材料とをチャンバ内に
   収容し、このチャンバ内を所定の真空度に保った状態に
   おいて、前記基板を加熱して前記樹脂層を軟化させると
   ともに、前記導電性材料を加熱して蒸発させ、前記導電
   性材料からなる微粒子が前記樹脂層の表面から内部へ打
   ち込まれるようにすることを特徴とする電子放出素子の
   製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の製造方法において、 導電性材料を収容した第１のチャンバと、樹脂層が形成
   された基板を収容した第２のチャンバとを用意し、前記
   第１のチャンバ内の雰囲気を前記第２のチャンバ内に移
   送する移送管を設け、前記第１のチャンバ内に前記導電
   性材料に対する不活性ガスを導入しながら、前記第２の
   チャンバ内を排気することにより、前記第１のチャンバ
   内の雰囲気が前記移送管を介して前記第２のチャンバ内
   へと導入されるようにし、 前記第１のチャンバ内で前記導電性材料を加熱して蒸発
   させ、前記導電性材料からなる微粒子を生成し、この微
   粒子が前記第２のチャンバ内へ導入されるようにすると
   ともに、前記第２のチャンバ内で前記基板を加熱して前
   記樹脂層を軟化させ、前記微粒子が前記樹脂層の表面か
   ら内部へ打ち込まれるようにすることを特徴とする電子
   放出素子の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の製造方法において、 導電性材料からなる微粒子の表面に、前記導電性材料と
   反応して絶縁化合物を生成する性質をもった反応性ガス
   を作用させ、表面が前記絶縁化合物によって覆われた導
   電性材料からなる微粒子を生成し、この微粒子が樹脂層
   の表面から内部へ打ち込まれるようにすることを特徴と
   する電子放出素子の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の製造方
   法において、 基板上に複数の区画を定義し、各区画ごとにそれぞれ一
   対の電極を形成し、 前記基板上の各区画ごとに定められた個々の固有領域に
   それぞれ前記一対の電極に接触する独立した樹脂層を形
   成し、 前記基板上の全領域のうち、前記固有領域についての
   み、選択的に微粒子の打ち込みを行い、 前記基板上の各区画ごとにそれぞれ独立した電子放出素
   子を形成することを特徴とする電子放出素子の製造方
   法。
6. 【請求項６】 請求項１〜４のいずれかに記載の製造方
   法において、 基板上に複数の区画を定義し、各区画ごとにそれぞれ一
   対の電極を形成し、 前記基板上の複数の区画にまたがる領域に広域樹脂層を
   形成した後、この広域樹脂層をパターニングすることに
   より各区画ごとに定められた個々の固有領域にそれぞれ
   前記一対の電極に接触する独立した樹脂層を形成し、 前記基板上の全領域のうち、前記固有領域についての
   み、選択的に微粒子の打ち込みを行い、 前記基板上の各区画ごとにそれぞれ独立した電子放出素
   子を形成することを特徴とする電子放出素子の製造方
   法。
7. 【請求項７】 請求項１〜４のいずれかに記載の製造方
   法において、 基板上に複数の区画を定義し、各区画ごとにそれぞれ一
   対の電極を形成し、 前記基板上の複数の区画にまたがる領域に広域樹脂層を
   形成し、この広域樹脂層の全領域のうち、前記各区画ご
   とに定められた個々の固有領域についてのみ、選択的に
   微粒子の打ち込みを行い、 前記基板上の各区画ごとにそれぞれ独立した電子放出素
   子を形成することを特徴とする電子放出素子の製造方
   法。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の製造方法において、 微粒子の打ち込みを行った後に、広域樹脂層の全領域の
   うち各固有領域のみを残すパターニングを行い、個々の
   固有領域にそれぞれ独立した樹脂層を形成するようにし
   たことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
9. 【請求項９】 請求項１〜４のいずれかに記載の製造方
   法において、 基板上に複数の区画を定義し、各区画ごとにそれぞれ一
   対の電極を形成し、 前記基板上の複数の区画にまたがる領域に広域樹脂層を
   形成し、この広域樹脂層の全領域に対して微粒子の打ち
   込みを行い、 続いて、前記広域樹脂層のうち前記各区画ごとに定めら
   れた個々の固有領域のみを残すパターニングを行い、個
   々の固有領域にそれぞれ前記一対の電極に接触する独立
   した樹脂層を形成するようにしたことを特徴とする電子
   放出素子の製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項６、８または９に記載の製造方
    法において、 感光性をもった樹脂により広域樹脂層を形成し、この感
    光性広域樹脂層に対する露光によりパターニングを行う
    ことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項５〜８のいずれかに記載の製造
    方法において、 基板に対して、各区画の固有領域に対応した開口窓を有
    する遮蔽マスクを配置し、この開口窓を通してのみ選択
    的に微粒子の打ち込みが行われるようにしたことを特徴
    とする電子放出素子の製造方法。
12. 【請求項１２】 請求項５〜８のいずれかに記載の製造
    方法において、 樹脂層への打ち込みに適した速度で微粒子をノズルから
    放出させ、 前記ノズルを開閉する開閉手段と、基板面に対してノズ
    ルの位置を走査する走査手段とを設け、 前記開閉手段により微粒子の放出／非放出を制御すると
    ともに前記走査手段によりノズルの走査を行い、各固有
    領域についてのみ、選択的に微粒子の打ち込みを行うよ
    うにしたことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
13. 【請求項１３】 請求項１〜１２のいずれかに記載の製
    造方法において、 微粒子の打ち込みを行った後に、樹脂層に通電してジュ
    ール熱による変質を起こさせるフォーミング処理を行う
    ことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
14. 【請求項１４】 請求項１〜１２のいずれかに記載の製
    造方法において、 電気的な極性をもった樹脂により樹脂層を形成し、微粒
    子の打ち込みを行った後に、所定方向に電界をかけなが
    ら前記樹脂層を加熱して軟化させ、樹脂を所定方向に配
    向させた状態で重合させるポーリング処理を行うことを
    特徴とする電子放出素子の製造方法。