JPH1012136A - 電子放出素子の製造方法、電子放出素子、該素子を用いた電子源、表示パネルおよび画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 導電性膜の製造工程を簡略化し、低コストの
電子放出素子の製造方法、および電子放出特性が良好な
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、導電性膜形
成用材料を含む溶液の液滴を付与し、加熱焼成工程を経
て導電性膜を形成し、さらに該導電性膜に電子放出部を
形成する電子放出素子の製造方法であって、前記液滴が
接触する面を疎水化処理することを特徴とする電子放出
素子の製造方法、該方法によって得られた電子放出素子
を用いる電子源、表示パネルおよび画像形成装置の製造
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、基板上の対向する
電極間に設けた、電子放出部を含む導電性膜に電圧を印
加して電子を放出させる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、表示パネルおよび画像形成
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）、表面伝導型電子放出素子等
がある。

【０００３】ＦＥ型電子放出素子の例としては、Ｗ．
Ｐ．Ｄｙｋｅ＆Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄ ｅ
ｍｉｓｓｉｏｎ”，Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎＰｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）、あるい
はＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐｒｏ
ｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌ
ｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ
ｍｏｌｙｂｄｅｎｉｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）等に記載のも
のが知られている。

【０００４】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。

【０００５】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。

【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 Ｆｉ
ｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／Ｓ
ｎＯ₂ 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。

【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は導電性膜
であり、Ｈ型形状のパターンに、有機金属化合物の溶液
を塗布乾燥し加熱焼成により有機成分を分解除去して金
属もしくは金属酸化物とした電子放出部形成用薄膜に、
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Ｌ
１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。

【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導電性膜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
電性膜４を電子放出部５を含む導電性膜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。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
電子放出素子は半導体プロセスに準じたフォトリソグラ
フィー技術を利用して製造した場合、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。また、インクジェット方式によ
り、導電性膜形成用材料を含む溶液の液滴を基板に付与
する方法では、付与した液滴が所定の位置以外に拡が
り、良好な電子放出特性が得られない場合があった。

【００１０】そこで本発明の目的は、上記従来技術にお
ける導電性膜の製造工程を簡略化し、低コストの電子放
出素子の製造方法、および電子放出特性が良好な電子
源、表示パネルおよび画像形成装置の製造方法を提供す
ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的は本
発明により達成できる。すなわち本発明の表面伝導型電
子放出素子の製造方法は、基板上の対向する電極間に、
導電性膜形成用材料を含む溶液の液滴を付与し、加熱焼
成工程を経て導電性膜を形成し、さらに該導電性膜に電
子放出部を形成する電子放出素子の製造方法であって、
前記液滴が接触する面を疎水化処理することを特徴とす
る。

【００１２】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。

【００１３】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、前記素子が本発明の電子放出素子の製
造方法によって製造されることを特徴とする。

【００１４】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
素子が本発明の電子放出素子の製造方法によって製造さ
れることを特徴とする。

【００１５】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、前記素子が本発明の電子放出素子の
製造方法によって製造されることを特徴とする。

【００１６】本発明の疎水化処理に用いられる材料は、
加水分解基を有する溌水性のフルオロアルキルシランで
あり、ガラスに含有される元素Ｍと前記フルオロアルキ
ルシランにおけるケイ素Ｓｉとがガラス表面において
（Ｍ−Ｏ−Ｓｉ）の形で結合することにより固着され
る。ここで元素Ｍはガラスの組成元素または不純物とし
て含有されていればよく、Ｓｉ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｍｇ等で
ある。

【００１７】疎水性被膜をガラス表面に形成するには、
フルオロアルキルシランをアセトン等の有機溶媒で希釈
した溶液を基板の被膜形成面に均一に付着させる。付着
の方法は、吹き付けや塗布等いずれの方法でもよい。フ
ルオロアルキルシランの濃度としては、好ましくは０．
１〜１０重量％、さらに好ましくは１〜１０重量％、最
も好ましくは１〜５重量％とすることができる。

【００１８】その後この溶液の付着したガラスを加熱処
理して、（Ｍ−Ｏ−Ｓｉ）の形でガラスに含有される元
素Ｍとフルオロアルキルシランにおけるケイ素Ｓｉとを
結合させ、フルオロアルキルシランがガラス表面に強固
に固着して溌水性を備えた被膜が形成される。これによ
り、導電性薄い膜形成用材料を含む水溶液の液滴を基板
に部分的に付与する工程において、液滴が所定の位置以
外に拡がってしまい、また、液滴の拡がりにより焼成後
の膜厚が薄くなって安定性、再現性の良い素子特性が得
られなくなるなどの不都合を防ぐことができる。

【００１９】フルオロアルキルシラン化合物としては、

【００２０】

【化１】

【００２１】

【化２】

【００２２】

【化３】

【００２３】

【化４】

【００２４】

【化５】

【００２５】

【化６】

【００２６】

【化７】

【００２７】

【化８】 等が挙げられる。

【００２８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の表面伝導型電子放
出素子を図３を参照して説明する。先ず、平面型の表面
伝導型電子放出素子について説明する。

【００２９】図３（ａ）は、表面伝導型電子放出素子の
平面図、図３（ｂ）はその断面図である。図３におい
て、１は基板、２と３は素子電極、４は導電性膜、５は
電子放出部である。

【００３０】基板１としては、石英ガラス、Ｎａ等の不
純物含有量を減少したガラス、青板ガラス、青板ガラス
にスパッタ法等により形成したＳｉＯ₂ を積層したガラ
ス基板及びアルミナ等のセラミックスおよびＳｉ基板等
を用いることができる。

【００３１】対向する素子電極２、３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、Ａｌ、Ｃ
ｕ、Ｐｄ等の金属あるいは合金および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
等の透明導電体およびポリシリコン等の半導体材料等よ
り適宜選択することができる。

【００３２】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ、導電性
膜４の形状等は、応用される形態等を考慮して設計され
る。素子電極間隔Ｌは、好ましくは、１００ｎｍの数倍
から１００μｍの数倍の範囲とすることができ、より好
ましくは、１μｍの数倍から１０μｍの数倍の範囲とす
ることができる。

【００３３】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、１μｍの数倍から１００μｍの数倍
の範囲とすることができる。素子電極２、３の膜厚ｄ
は、１０ｎｍの数倍から１μｍの数倍の範囲とすること
ができる。

【００３４】なお、図３に示したように、基板１上に、
対向する素子電極２および３、導電性膜４の順に積層し
た構成だけでなく、基板１上に、導電性膜４、対向する
素子電極２、３の順に積層した構成とすることもでき
る。

【００３５】導電性膜４には、良好な電子放出特性を得
るために、微粒子で構成された微粒子膜を用いるのが好
ましい。その膜厚は、素子電極２、３へのステップカバ
レージ、素子電極２、３間の抵抗値及び後述するフォー
ミング条件等を考慮して適宜設定されるが、通常は０．
１ｎｍの数倍から１００ｎｍの数倍の範囲とすることが
好ましく、より好ましくは１ｎｍから５０ｎｍの範囲と
するのが良い。その抵抗値は、Ｒｓが１０² から１０⁷
Ω／□の値である。なおＲｓは、厚さがｔ、幅がｗで長
さがｌの薄膜の長さ方向に測定した抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ
（ｌ／ｗ）とおいたときに現れる量である。本明細書に
おいて、フォーミング処理については、通電処理を例に
挙げて説明するが、フォーミング処理はこれに限られる
ものではなく、膜に亀裂を生じさせて高抵抗状態を形成
する処理を包含するものである。

【００３６】導電性膜４を構成する材料の原料となる金
属化合物の金属元素としては、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａ
ｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓ
ｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等が挙げられる。

【００３７】導電性膜形成のために付与された液体は、
上記の金属化合物を含む水溶液である。さらに金属化合
物の均一性を向上させるためにジメチルスルホキシドや
イソプロピルアルコール等の極性溶媒を前記水溶液に加
えてもよい。

【００３８】本発明の電子放出素子の製造方法において
は、上記金属化合物を含む液体を液滴の状態で付与する
が、その手段は液滴を形成しかつ付与することが可能な
らば任意の方法でよく、特に微小な液滴を効率良く適度
な精度で発生付与できかつ制御性も良好な点でインクジ
ェット方式が好ましい。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て突沸させることに
より液滴を発生付与するバブルジェット方式がある。上
記何れの方式でも１０ｎｇ程度〜数１０μｇ程度までの
微小液滴を再現性良く発生して基板に付与することがで
きるが、バブルジェット方式がより好ましい。

【００３９】上記手段で基板に付与された液滴は、乾燥
・焼成工程を経て導電性微粒子膜とすることにより、基
板上に電子放出のための微粒子膜を形成する。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、０．１ｎｍの数倍から１００ｎｍの数倍の範囲、好
ましくは１ｎｍから２０ｎｍの範囲である。

【００４０】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。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。

【００４１】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。「実験物理学講座１４ 表面・微粒
子」（木下是雄 編、共立出版 １９８６年９月１日発
行）では次のように記述されている。「本稿で微粒子と
言うときにはその直径がだいたい２〜３μｍ程度から１
０ｎｍ程度までとし、特に超微粒子と言うときは粒径が
１０ｎｍ程度から２〜３ｎｍ程度までを意味することに
する。両者を一括して単に微粒子と書くこともあってけ
っして厳密なものではなく、だいたいの目安である。粒
子を構成する原子の数が２個から数十〜数百個程度の場
合はクラスターと呼ぶ」（同書１９５ページ ２２〜２
６行目） 付言すると、新技術開発事業団の“林・超微粒子プロジ
ェクト”での「超微粒子」の定義は、粒径の下限はさら
に小さく、次のようなものであった。「創造科学技術推
進制度の“超微粒子プロジェクト”（１９８１〜１９８
６）では、粒子の大きさ（径）がおよそ１〜１００ｎｍ
の範囲のものを“超微粒子”（ｕｌｔｒａ ｆｉｎｅ
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
ということになる。原子の尺度でみれば超微粒子は大〜
巨大粒子である。」（「超微粒子−創造科学技術−」林
主税、上田良二、田崎明 編；三田出版 １９８８年
２ページ１〜４行目）「超微粒子よりさらに小さいも
の、すなわち原子が数個〜数百個で構成される１個の粒
子は、ふつうクラスターと呼ばれる」（同書２ページ１
２〜１３行目） 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０．１ｎｍの数倍〜１ｎｍの程度、上限は数μ
ｍ程度のものを指すこととする。

【００４２】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。また、乾燥工程と焼成工
程とは必ずしも区別され別工程として行う必要はなく、
連続して行ってもかまわない。

【００４３】上記のような方法に従い、微粒子膜を形成
して電子放出部形成用導電性膜とするならば、液滴付与
工程において基板上の任意の部位のみに、液滴を選択的
に付与できる。従って有機金属等を含む液滴を基板全面
に塗布して焼成してから、不要部分の導電性無機微粒子
膜をフォトリソグラフィー技術を用いて除去するといっ
た従来工程を、簡略で低コストな工程に置き換えること
ができる。

【００４４】さらに本発明においては、液滴が接触する
面を疎水化処理するため、付与した液滴が所定の位置以
外に拡がることがなく、また液滴の拡がりにより焼成後
に膜厚のムラができて均一性、再現性の良い電子放出特
性が得られなくなるといった不都合を防ぐことができ
る。

【００４５】電子放出部５は、導電性膜４の一部に形成
された高抵抗の亀裂であり、導電性膜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は、０．１ｎｍの数倍
から１０ｎｍの数倍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、導電性膜４を構成する材
料の元素の一部、あるいは全ての元素を含有するものと
なる。また、電子放出部５およびその近傍の導電性膜４
には、炭素および炭素化合物を有することもある。

【００４６】次に、本発明に好適な別の構成の電子放出
素子である垂直型の電子放出素子について説明する。図
４は本発明に好適な垂直型の電子放出素子の基本的な構
成を示す模式的断面図である。なお、図４中において、
図３中と同一の符号は同一のものを指し、６は段差形成
部である。

【００４７】基板１、素子電極２および３、導電性膜
４、電子放出部５は、前述した平面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６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る。段差形成部６の厚みは、
先に述べた平面型電子放出素子の素子電極間隔Ｌに対応
し、好ましくは１００ｎｍの数倍から１０μｍの数倍の
範囲であり、段差形成部の製法および素子電極間に印加
する電圧等により設定され、より好ましくは数百オング
ストロームから数μｍの範囲である。

【００４８】上述の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、その一例を図５に示す。以
下、順を追って製造方法の説明を、図５に基づいて説明
する。なお、図５中の符号で図３と同一の符号は、同一
のものを指す。

【００４９】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、上記のようにフルオロアルキルシラ
ンで疎水化処理する。疎水化処理の程度は、材料および
基板への材料の付着力の違いによって適宜制御される。
次に、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、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５（ａ））。

【００５０】２）基板１上の素子電極２、３の電極間
に、導電性膜形成用材料を含む溶液を塗布して塗膜を形
成する。塗布の手段としては、ピエゾ方式や加熱発泡
（バブルジェット）方式等のインクジェット方式に代表
される液滴付与手段２１を用いて、前記溶液の液滴２２
を付与する手段が挙げられる。なお２３は液溜りを示す
（図５（ｂ））。

【００５１】この後、付与された液滴を加熱焼成して有
機成分を分解させ、導電性膜４を得る（図５（ｃ））。
基板を疎水化処理しているため、液滴のドット形状を制
御でき、従来使用していたパターニング処理を省略する
ことができる。

【００５２】前記の液滴付与手段２１とは、液体を１μ
ｍ以上１００μｍ以下の大きさの小滴とし、これを一滴
もしくは複数滴用いて被付与面に付与を行う手段であ
る。また、インクジェットとは、前記の液体小滴を形成
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。

【００５３】前記の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、前記の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。

【００５４】通常、前記のようにして形成された導電性
膜は、微視的には金属含有液体に含まれていた金属原子
が、凝集した微粒子が多数集合した形態を有する。

【００５５】３）続いて、通電フォーミングと呼ばれる
通電処理を施す。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、導電性膜４に構造の変化した
部位を形成する処理である（図５（ｄ））。この通電フ
ォーミングにより導電性膜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。

【００５６】通電フォーミングの際の電圧波形の一例を
図６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６（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６（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６（ａ）に
基づいて説明する。

【００５７】図６（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
μｍ・ｓｅｃ〜１０ｍｍ・ｓｅｃ、Ｔ２を１０μｍ・ｓ
ｅｃ〜１００ｍｍ・ｓｅｃ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、適当な圧力、
例えば１．３×１０^-3Ｐａ程度の真空雰囲気下で、数秒
から数十分印加する。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。

【００５８】図６（ｂ）におけるＴ１およびＴ２は、図
６（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。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１ＭΩ以上の抵抗を示した時に通電フォーミ
ングを終了する。

【００５９】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。

【００６０】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、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
変化する工程である。

【００６１】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。
上述の炭素および炭素化合物とは、例えばグラファイト
（このグラファイトはいわゆるＨＯＰＧ、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２０ｎｍ程度で結
晶構造がやや乱れたもの、ＧＣは結晶粒が２ｎｍ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
の混合物を指す。）であり、その膜厚は、５０ｎｍ以下
とするのが好ましく、３０ｎｍ以下とするのがより好ま
しい。

【００６２】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。

【００６３】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１．３×１０
^-6Ｐａ以下が好ましく、さらには１．３×１０^-8Ｐａ以
下が特に好ましい。

【００６４】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。真空
容器内の圧力は極力低くすることが必要で、１．３〜
３．９×１０^-5Ｐａ以下が好ましく、さらに１．３×１
０^-6Ｐａ以下が特に好ましい。

【００６５】安定化工程を行った後の、駆動時の雰囲気
は、上記安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが好ま
しいが、これに限るものではなく、有機物質が十分除去
されていれば、真空度自体は多少低下しても十分安定な
特性を維持することができる。

【００６６】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。

【００６７】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７および図８を用いて説明する。

【００６８】図７は、図３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７において、図３中の符号と同一の符号は
図３と同一のものを示す。また、７０は素子電極２、３
間の導電性膜４を流れる素子電流Ｉｆを測定するための
電流計、７１は電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加する
ための電源、７２は素子の電子放出部３より放出される
放出電流Ｉｅを測定するための電流計、７３はアノード
電極７４に電圧を印加するための高圧電源、７４は素子
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、７５は真空装置、７６は排気ポン
プである。

【００６９】また、電子放出素子およびアノード電極７
４等は真空装置７５内に設置され、その真空装置７５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７６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℃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。

【００７０】一例として、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の範囲で測定することができる。

【００７１】図７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８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８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。

【００７２】図８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。

【００７３】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８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。

【００７４】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。

【００７５】第三にアノード電極７４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７４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。

【００７６】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。

【００７７】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８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。

【００７８】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。

【００７９】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、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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】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９を用いて説明する。９１は電子源
基板、９２はＸ方向配線、９３はＹ方向配線、９４は電
子放出素子、９５は結線である。なお、電子放出素子９
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。

【００８４】図９において、電子源基板９１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。

【００８５】Ｘ方向配線９２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９１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、配線巾が適宜設定される。Ｙ方向配線９３はＤｙ
１、Ｄｙ２、・・・、Ｄｙｎのｎ本（ｎは正の整数）の
配線からなり、Ｘ方向配線９２と同様に作製される。こ
れらｍ本のＸ方向配線９２とｎ本のＹ方向配線９３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。

【００８６】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９２を形成した基板９１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９２とＹ方向配線９
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９２とＹ方向配
線９３は、それぞれ外部端子として引き出されている。

【００８７】更に、電子放出素子９４の対向する素子電
極（不図示）が、ｍ本のＸ方向配線９２およびｎ本のＹ
方向配線９３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９５によってそれ
ぞれ電気的に接続されているものである。

【００８８】ここで、ｍ本のＸ方向配線９２、ｎ本のＹ
方向配線９３、結線９５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９１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。

【００８９】また、詳しくは後述するが、前記Ｘ方向配
線９２には、Ｘ方向に配列する電子放出素子９４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９３には、Ｙ方向に配列する電子
放出素子９４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。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】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１０および図１１を用いて説明する。図１０は表示パ
ネルの基本構成図であり、図１１は蛍光膜のパターン図
である。

【００９４】図１０において、９１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、１０１は電子源を
固定したリアプレート、１０６はガラス基板１０３の内
面に蛍光膜１０４とメタルバック１０５等が形成された
フェースプレート、１０２は支持枠であり、リアプレー
ト１０１、支持枠１０２およびフェースプレート１０６
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１０８を構成する。

【００９５】図１０において、９４は図３における電子
放出部に相当する。９２および９３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。

【００９６】外囲器１０８は、上述の如く、フェースプ
レート１０６、支持枠１０２およびリアプレート１０１
で構成されるが、リアプレート１０１は主に基板９１の
強度を補強する目的で設けられるため、基板９１自体で
十分な強度を持つ場合は別体のリアプレート１０１は不
要であり、基板９１に直接支持枠１０２を封着し、フェ
ースプレート１０６、支持枠１０２および基板９１にて
外囲器１０８を構成しても良い。また、更には、フェー
スプレート１０６とリアプレート１０１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１０８の構成にす
ることもできる。

【００９７】図１１は蛍光膜を示す。蛍光膜１０４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１１１と蛍光体１１２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１１
２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１０４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。

【００９８】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。

【００９９】また、蛍光膜１０４の内面側には通常、メ
タルバック１０５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１０６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をすること等である。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。

【０１００】フェースプレート１０６には、更に蛍光膜
１０４の導電性を高めるため、蛍光膜１０４の外面側に
透明電極（不図示）を設けてもよい。

【０１０１】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。

【０１０２】外囲器１０８は、不図示の排気管を通じ、
１．３×１０^-5Ｐａ程度の圧力にされ、封止が行われ
る。また、外囲器１０８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
１０８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の加熱法により、外囲器１０８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．
３×１０^-3ないしは１．３×１０^-5Ｐａの圧力を維持す
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。

【０１０３】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。

【０１０４】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、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。

【０１０５】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１２を用いて説明する。図１２
は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行う例の
画像形成装置の駆動回路のブロック図である。図１２に
おいて、１２１は前記表示パネルであり、また、１２２
は走査回路、１２３は制御回路、１２４はシフトレジス
タ、１２５はラインメモリ、１２６は同期信号分離回
路、１２７は変調信号発生器、ＶｘおよびＶａは直流電
圧源である。

【０１０６】以下、各部の機能を説明していく。先ず表
示パネル１２１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。

【０１０７】次に、走査回路１２２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１２１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１２３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。

【０１０８】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。

【０１０９】また、制御回路１２３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持つものである。次に説明
する同期信号分離回路１２６より送られる同期信号Ｔｓ
ｙｎｃ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。

【０１１０】同期信号分離回路１２６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１２６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１２４に入力
される。

【０１１１】シフトレジスタ１２４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１２３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１２４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１２４より出力される。

【０１１２】ラインメモリ１２５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１２３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１２７に入力される。

【０１１３】変調信号発生器１２７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
１２１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。

【０１１５】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。

【０１１６】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１２７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１２７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。

【０１１７】以上説明した一連の動作により、表示パネ
ル１２１を用いてテレビジョンの表示を行える。なお、
上記説明中、特に記載しなかったが、シフトレジスタ１
２４やラインメモリ１２５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。

【０１１８】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路１２６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１２６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１２５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１２７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１２７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１２７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。

【０１１９】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１２７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。

【０１２０】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１０５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１０４
に衝突させることによって蛍光膜１０４を励起・発光さ
せることで画像を表示することができる。

【０１２１】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、ＳＥＣ
ＡＭ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。

【０１２２】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１３および図１
４を用いて説明する。

【０１２３】図１３において、１３０は電子源基板、１
３１は電子放出素子、１３２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１３１は、基板１３０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。

【０１２４】図１４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。１４０はグリッ
ド電極、１４１は電子が通過するための空孔、１４２は
Ｄｏｘ１、Ｄｏｘ２・・・Ｄｏｘｍよりなる容器外端
子、１４３はグリッド電極１１０と接続されたＧ１、Ｇ
２・・・Ｇｎからなる容器外端子、１４４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１４において図１０、図１３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１０に示した）との大きな
違いは、電子源基板１３０とフェースプレート１０６の
間にグリッド電極１４０を備えている事である。

【０１２５】基板１３０とフェースプレート１０６の中
間には、グリッド電極１４０が設けられている。グリッ
ド電極１４０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１４１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１４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。

【０１２６】容器外端子１４２およびグリッド容器外端
子１４３は、不図示の制御回路と電気的に接続される。

【０１２７】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。

【０１２８】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。

【０１２９】

【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。

【０１３０】実施例１ 電子放出素子として図３に示すタイプの電子放出素子を
作製した。図３（ａ）は本素子の平面図を、図３（ｂ）
は断面図を示している。また、図３（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は導電性膜、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は素子電極長さを表している。

【０１３１】図５を用いて、本実施例の電子放出素子の
作製方法を述べる。絶縁性基板１として大きさ１×１．
５ｃｍのシリカガラス基板を用い、有機溶剤により充分
に洗浄後、この基板面上にＮｉからなる素子電極２、３
を形成した（図５（ａ））。

【０１３２】素子電極間隔Ｌは３μｍとし、素子電極の
幅を５００μｍ、その厚さを１００ｎｍとした。

【０１３３】次に、電極２、３を形成したシリカガラス
基板を、下記化学式で表わされるフルオロアルキルシラ
ンで疎水化処理した。

【０１３４】

【化９】 上記材料を、２重量％の濃度となるようにアセトンに溶
かした溶液をガラス板材の被膜形成面に塗布し、この溶
液を付着させた後、１２０℃、６０分間の加熱処理を行
った。この加熱により、フルオロアルキルシランにおけ
るＳｉと、ガラス板材の被膜形成面におけるＳｉとが
（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）の形態で結合（シロキサン結合）
し、ガラス板材の被膜形成面にはフルオロアルキルシラ
ンが強固に固着して、溌水性を備えた被膜が形成され
る。

【０１３５】この被膜の形成過程では次のような反応が
進行していると考えられる。つまり図１に示すように、
フルオロアルキルシランにおける加水分解基であるアル
コキシ基（図１における−ＯＭｅ、なおＭｅはメチル基
である。）が加水分解されて、フルオロアルキルシラン
側にシラノール基（−ＳｉＯＨ）が生成し、ガラス板材
の表面におけるケイ素に、溶液中の水酸基が配位してガ
ラス基板の被膜形成面側にもシラノール基（−ＳｉＯ
Ｈ）が生成する。そしてこの両シラノール基との間で脱
水縮合が起き、図２に示すようにフルオロアルキルシラ
ンにおけるＳｉとガラス基板の被膜形成面におけるＳｉ
とがシロキサン結合する。この場合、ガラスに含有され
ているＡｌやＭｇが外界に晒されていれば、これらＡ
ｌ、Ｍｇへの水酸基の配位を経て脱水縮合が起き、（Ａ
ｌ−Ｏ−Ｓｉ）または（Ｍｇ−Ｏ−Ｓｉ）の形でフルオ
ロアルキルシランにおけるケイ素が縮合していると考え
られる。

【０１３６】更に、図２に示すように、ガラス板材の被
膜形成面におけるＳｉとシロキサン結合したフルオロア
ルキルシランのシラノール基（−ＳｉＯＨ）どうしで脱
水縮合が起きて、ガラス基板の被膜形成面に各フルオロ
アルキルシランどうしで縮合した被膜が形成される。な
お、図２において１’はガラス基板の表面を示す。

【０１３７】次に本実施例では、導電性膜形成用材料と
して酢酸パラジウムを用いた。まずジメチルスルホキシ
ド４０重量％の水溶液を調整し、これに酢酸パラジウム
をパラジウム重量濃度０．４％となるよう溶解して暗赤
色の溶液を得た。こ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、上記のように電極２、３を形
成した疎水化処理済みガラス基板の上に、電極２、３に
またがるように付与した（図５（ｂ））。

【０１３８】この時、基板上での液滴の形状は、液滴が
広がることなく、安定性、再現性とも良好であった。次
に、液滴を８０℃で２分乾燥させ、さらに３５０℃で１
２分焼成して導電性膜４を形成した（図５（ｃ））。

【０１３９】この時作製した素子数は１０素子であり、
それぞれの膜厚を原子間顕微鏡で測定した。結果、平均
１０ｎｍであり、また１０素子間のバラツキは５％であ
った。

【０１４０】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、導電性膜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
５（ｄ））。フォーミング処理の電圧波形を図６に示
す。

【０１４１】本実施例では、電圧波形のパルス幅Ｔ１を
１ｍｍ・ｓｅｃ、パルス間隔Ｔ２を１０ｍｍ・ｓｅｃと
し、三角波の波高値（フォーミング時のピーク電圧）は
４Ｖとし、フォーミング処理は約１．３×１０^-3Ｐａの
圧力雰囲気下で６０秒間行った。

【０１４２】次に、アセトン分圧：１×１０^-2Ｐａ、矩
形波パルス幅：１００μｍ・ｓｅｃ、パルス間隔：１０
ｍｍ・ｓｅｃ、パルス波高値：０〜１４Ｖまで５Ｖ／分
で昇圧の条件下で活性化処理を行なった。このようにし
て形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５ｎｍであった。

【０１４３】以上のようにして作製された素子につい
て、その電子放出特性を図７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７４は
真空装置内に設置されており、その真空装置には排気ポ
ンプ７６および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。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圧
力を１．３×１０^-4Ｐａとした。

【０１４４】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８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。
なお、上記フルオロアルキルシラン濃度を極端にあげる
と、液滴の形状が大きく変化し、形状制御の点からも問
題であった。このため、濃度の制御が必要であった。

【０１４５】実施例２ ガラス基板の疎水化処理剤として、下記化学式で表され
るフルオロアルキルシランを用いた以外は実施例１と全
く同様にして液滴を付与し、実施例１と同様にして電子
放出素子を作製した。その結果、同じく液滴のドット形
状は所望の位置以外に広がることなく安定し、再現性も
良好であり、素子間の膜厚のバラツキも小さかった。

【０１４６】

【化１０】 実施例３ １６行１６列の２５６個の素子電極とマトリクス状配線
とを形成した基板（図９）の各対向電極に対して、それ
ぞれ実施例１と同様にして酢酸パラジウムのジメチルス
ルホキシド水溶液の液滴を、バブルジェット方式のイン
クジェット装置により、疎水化処理した基板に付与し、
焼成したのち、実施例１と同様にしてフォーミング、活
性化処理を行い電子源基板とした。

【０１４７】次に、上述のようにして作製した電子源基
板を用いて、前述のように図１０に示す表示パネル、図
１２に示す画像形成装置を作製した。

【０１４８】このようにして作製された画像形成装置で
は、液滴のドット形状が拡がらず、安定しているため、
電子放出特性が均一になり、輝度むら等の欠陥が少ない
良好な画像を再現性良く得ることができた。また、導電
性膜を形成するためのパターニング等が不要なため、製
造工程を簡略化でき、コストを抑えることができた。

【０１４９】比較例１ 疎水化処理をしないガラス基板を用いる以外は実施例１
と全く同様にして液滴を基板上に付与して１０素子作製
した。この時、所望の位置以外にも液滴の拡がりが見ら
れ、また焼成後の膜厚を原子間力顕微鏡で測定した結
果、１０素子の膜厚を平均すると４ｎｍであり、実施例
１の約１／２であった。また、１０素子の膜厚のバラツ
キは９％で実施例１の約２倍であった。これらの結果を
実施例１の結果と併せて表１に示す。

【０１５０】

【表１】 （注）膜厚のバラツキは、１０素子間でのバラツキを示
す。

【０１５１】このように、基板を疎水化処理することに
より、液滴の拡がりを抑制して膜厚のバラツキの小さい
安定性、再現性の良い導電性膜を作製することができ
る。

【０１５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のように液
滴が接触する面を疎水化処理すれば、導電性膜形成用材
料を含む水溶液の液滴の拡がりを抑制することができ、
膜厚のバラツキも小さく、所定の位置に安定性・再現性
良く導電性膜を作製できる。また、パターニング等の処
理の必要がなく、電子放出素子製造工程を簡略化・低コ
スト化できる。その結果、大面積にわたって多数の電子
放出素子を作製する場合でも均一な電子放出特性を得る
ことができ、良好な電子放出素子、電子源、表示パネル
ならびに画像形成装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 フルオロアルキルシランの加水分解反応を示
す図である。

【図２】 フルオロアルキルシランがガラス表面上に固
着している様子を示す図である。

【図３】 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４】 本発明に好適な基本的な垂直型の表面伝導型
電子放出素子の構成を示す模式的断面図である。

【図５】 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６】 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７】 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８】 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９】 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１０】 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１１】 蛍光膜の例を示すパターン図である。

【図１２】 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１３】 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１４】 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、１’：ガラス基板表面、２、３：素子電極、
４：導電性膜、５：電子放出部、６：段差形成部、２
１：液滴付与手段、２２：液滴、２３：液溜り、７０：
素子電極２、３間の導電性膜４を流れる素子電流Ｉｆを
測定するための電流計、７１：電子放出素子に素子電圧
Ｖｆを印加するための電源、７２：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、
７３：アノード電極７４に電圧を印加するための高圧電
源、７４：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、７５：真空装置、
７６：排気ポンプ、９１：電子源基板、９２：Ｘ方向配
線、９３：Ｙ方向配線、９４：電子放出素子、９５：結
線、１０１：リアプレート、１０２：支持枠、１０３：
ガラス基板、１０４：蛍光膜、１０５：メタルバック、
１０６：フェースプレート、Ｈｖ：高圧端子、１０８：
外囲器、１１１：黒色導電材、１１２：蛍光体、１２
１：表示パネル、１２２：走査回路、１２３：制御回
路、１２４：シフトレジスタ、１２５：ラインメモリ、
１２６：同期信号分離回路、１２７：変調信号発生器、
ＶｘおよびＶａ：直流電圧源、１３０：電子源基板、１
３１：電子放出素子、１３２：Ｄｘ１〜Ｄｘ１０よりな
る電子放出素子１３１を配線するための共通配線、１４
０：グリッド電極、１４１：電子が通過するための空
孔、１４２：Ｄｏｘ１，Ｄｏｘ２・・・Ｄｏｘｍよりな
る容器外端子、１４３：グリッド電極１４０と接続され
たＧ１、Ｇ２・・・Ｇｎからなる容器外端子、１４４：
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、導電性膜形
   成用材料を含む溶液の液滴を付与し、加熱焼成工程を経
   て導電性膜を形成し、さらに該導電性膜に電子放出部を
   形成する電子放出素子の製造方法であって、前記液滴が
   接触する面を疎水化処理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】 液滴付与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２に記載の電子放
   出素子の製造方法。
4. 【請求項４】 疎水化処理剤として、加水分解基を有す
   る溌水性のフルオロアルキルシランを用いることを特徴
   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、前記電子放
   出素子が請求項１〜４いずれかに記載の方法にて製造さ
   れ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、前記電子放出素子が請求項１〜４いず
   れかに記載の方法にて製造され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、前記電子放出素子が請求
   項１〜４いずれかに記載の方法にて製造されることを特
   徴とする画像形成装置の製造方法。