JPH08273530A

JPH08273530A - 電子放出素子、電子源、表示パネルおよび画像形成装置の製造方法

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Publication number: JPH08273530A
Application number: JP9770895A
Authority: JP
Inventors: Toyoko Kobayashi; 登代子小林
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1995-03-31
Publication date: 1996-10-18
Anticipated expiration: 2016-09-10
Also published as: JP3207706B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】従来技術における電子放出部形成用薄膜の製
造工程を簡略化し、低コストの電子放出素子、電子源、
表示パネルおよび画像形成装置の製造方法を提供する。【構成】電極２，３間に、電子放出部５が形成された
導電性膜４を有する電子放出素子の製造方法において、
電子放出部が形成される導電性膜の形成工程が、金属コ
ロイドを含む水溶液を液滴化して基板上に付与する工程
と、付与された該水溶液を加熱する工程とを有する電子
放出素子の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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は熱電子源と
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“Physical properties of t
hin-film field emission cathodes with molybdenum c
ones”，J. Appl. hys., 47,5248(1976)等が知られてい
る。ＭＩＭ素子の報告例としてはC.A. Mead, ”Thetun
nel-emission amplifier ”A.Appl. Phys., 32, 646(19
61)等が知られている。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。

【０００４】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
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.Di
ttmer:“Thin Solid Films”, 9, 317(1972)] 、Ｉｎ₂
Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 薄膜を用いたもの［M. Hartwell 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。

【０００５】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１４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模式図とした。

【０００６】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。

【０００７】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。

【０００８】

【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たため、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
高い問題があった。本発明の目的は、上記従来技術にお
ける電子放出部形成用薄膜の製造工程を簡略化し、低コ
ストの電子放出素子およびそれを用いた電子源、表示パ
ネルおよび画像形成装置の製造方法を提供することにあ
る。

【０００９】

【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、電極間に、電子放出部が形成された導電性
膜を有する電子放出素子の製造方法において、電子放出
部が形成される導電性膜の形成工程が、金属コロイドを
含む水溶液を液滴化して基板上に付与する工程と、付与
された該水溶液を加熱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を特徴とするものである。

【００１０】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
法に関するものである。

【００１１】以下、本発明による電子放出素子の製造方
法について説明する。

【００１２】本発明で用いられる前記の金属コロイドと
しては化学反応により製造されたもの、または物理的操
作により製造されたものを用いることができる。化学反
応としてはプロタルビン酸ナトリウム法により製造され
た水溶液、物理的操作としてはガス中蒸発法により製造
された独立分散超微粒子が挙げられる。コロイドとは、
任意の均質な媒体中に任意の大きさ（１０〜１０００オ
ングストローム程度）の分散体が含まれるものを意味
し、例えばＩｍｈａｕｓｅｎ社提供のコロイド状Ａｕ粒
子の場合、その粒径は電子顕微鏡写真により直径が３０
０オングストロームを中心にガウス分布することが報告
されている（Ｖ．Ｂｏｒｒｉｅｓ，Ｋａｕｓｃｈｅ「コ
ロイド化学」Ｂ．ヤーゲンソンス／Ｍ．Ｅ．ストラウマ
ニス共著より抜載）。図６にそのコロイド状Ａｕ粒子の
直径の頻度分布を示す。なお、比較のために理論的ガウ
ス曲線（実験点のない破線）も示す。このように、金属
コロイド溶液を薄膜の原料とすることにより、初めから
比較的粒径のそろった微粒子を作成することができるた
め、作成される薄膜は均一でムラのないものとなる。前
記溶液の金属濃度範囲は、用いる金属元素の種類によっ
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。金属濃度が低す
ぎる場合、基板に所望の量の金属を付与するために多量
の前記溶液の液滴の付与が必要になり、その結果液滴付
与に要する時間が長くなるのみならず、基板上に無用に
大きな液溜りを生じてしまい所望の位置のみに金属を付
与する目的が達成できなくなる。逆に前記溶液の金属濃
度が高すぎると、基板に付与された液滴が後の工程で乾
燥あるいは焼成される際に著しく不均一化し、その結果
として電子放出部の導電膜が不均一になり電子放出素子
の特性を悪化させる。

【００１３】本発明で用いられる前記の金属コロイドの
金属元素としては、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔ
ｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，
Ｐｂのいずれかを用いることができる。

【００１４】本発明で用いられる、電子放出部導電膜の
形成のために基板に付与される液体は、上記の金属コロ
イドを含む水溶液である。さらに発明者は極性溶媒を上
記金属コロイド化合物とともに水に加えると、これを加
えない場合よりも金属コロイドの均一性が向上すること
と、基板面に付与された溶液の液滴の付着安定性が向上
することをみいだした。この溶液に適当な極性溶媒とし
てはジメチルスルホキシドが挙げられる。さらにこの極
性溶媒の濃度の範囲は重量で０．００５％から７０％で
ある。０．００５％以下では添加の効果がほとんど確認
できない。７０％以上では基板上に付与された液滴の乾
燥が遅く、工程上の取り扱いが面倒になる。

【００１５】上記の金属コロイド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良く適度な精度で
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。

【００１６】上記手段で基板に付与された金属コロイド
溶液は乾燥、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。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。

【００１７】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く、３００〜３５０℃で１０
〜１５分が好ましい。その際、有機金属材料を用いる時
のように熱分解させる必要はない。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。

【００１８】

【作用】上記のような方法に従い微粒子膜を形成して電
子放出用導電性薄膜とするならば、液滴付与工程におい
て基板上の任意の部位にのみ液滴を選択的に付与でき
る。従って有機金属等を基板全面に塗布し焼成してから
不要部分の導電性無機微粒子膜をフォトリソグラフ技術
を適用し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。

【００１９】本発明の製造方法に用いる、基板に液滴と
して付与する液体に含まれるジメチルスルホキシド等の
極性溶媒は水と任意に混合しやすい有機溶媒である。こ
れらは水溶液においても前記の金属コロイドを均一に分
散させるものである。このことが本発明の方法に用いる
金属コロイドの均一性が増し前記溶液の液滴が基板上で
乾く際に均一な膜を与えることに寄与するのではないか
と考えられる。

【００２０】さらに、本発明で用いる金属コロイドは初
めから無機微粒子であるため、有機金属材料を用いるも
のに比べ、焼成工程を簡略化させることができ（熱分解
させる必要がない）、また電子放出部形成の際のフォー
ミングパワーを２０〜３０％低下させることができる。

【００２１】次に、本発明の製造方法により形成される
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。

【００２２】まず、電子放出素子の構成について説明す
る。

【００２３】図１はそれぞれ本発明に好適な基本的な電
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電子放出素子の基
本的な構成を説明する。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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２乗から１０の７乗オ
ーム／□のシート抵抗値である。

【００３１】なお、ここで述べる微粒子の粒径は、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。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，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆ
ｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ、Ｓ
ｎＯ₂ 、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 、ＰｂＯ、Ｓｂ₂ Ｏ₃ 等の金属酸化
物、ＨｆＢ₂ 、ＺｒＢ₂ 、ＬａＢ₆ 、ＣｅＢ₆ 、ＹＢ
₄ 、ＧｄＢ₄ 等の金属硼素化物、ＴｉＣ、ＺｒＣ、Ｈｆ
Ｃ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣ等の金属炭化物、ＴｉＮ、Ｚ
ｒＮ、ＨｆＮ等の金属窒化物、Ｓｉ、Ｇｅ等の半導体、
カーボン等があげられる。

【００３２】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。

【００３３】次に本発明に好適な別な構成の電子放出素
子である垂直型電子放出素子について説明する。

【００３４】図２は、本発明に好適な基本的な垂直型電
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
形成部である。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
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。

【００３５】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。

【００３６】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３に示す。

【００３７】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。図１と同一
の符号のものは同一の部材を示す。

【００３８】以下、順をおって電子放出素子の製造方法
の概略を図に基づいて説明する。

【００３９】１）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、電極材料の堆積とフォトリソ
グラフィー技術等による同材料の部分的除去工程によっ
て、あるいは印刷技術によって、前記絶縁性基板１の面
上に素子電極２、３を形成する（図３（ａ））。

【００４０】２）液滴付与手段２１を用いて、例えば、
無機コロイドを含む水溶液の液滴２２を、絶縁性基板の
素子電極２と３のギャップ部分に、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４を形成
する（図３（ｃ））。

【００４１】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。

【００４２】フォーミング処理の電圧波形を図４に示
す。図４中、Ｔ１および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、Ｔ
２を１０マイクロ秒〜１００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４Ｖ〜１０Ｖ程度
である。フォーミング処理は真空雰囲気下で素子の電極
間に前記の電圧波形を数十秒間程度適宜印加して行っ
た。

【００４３】以上の説明では電子放出部の形成のため
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。

【００４４】４）つづいて上記フォーミングを行った素
子に、活性化と呼ばれる処理を行うことが望ましい。こ
こに言う活性化は、適当な真空度、例えば１０^-4〜１０
^-5ｔｏｒｒの真空度の下に前記のフォーミングと同様の
パルス電圧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。

【００４５】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。

【００４６】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。電子放出素子の素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅ
の測定にあたっては、素子電極２、３に電源３１と電流
計３０とを接続し、該電子放出素子の上方に電源３３と
電流計３２とを接続したアノード電極３４を配置してい
る。図５において、１は絶縁性基体、２および３は素子
電極、４は電子放出部を含む薄膜、５は電子放出部を示
す。また、３１は素子に素子電圧Ｖｆを印加するための
電源、３０は素子電極２、３間の電子放出部を含む薄膜
４を流れる素子電流Ｉｆを測定するための電流計、３４
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、３３はアノード電極３４に電
圧を印加するための高圧電源、３２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
である。

【００４７】また、本電子放出素子およびアノード電極
３４は真空装置内に設置され、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、アノード電極の電圧は１
ｋＶ〜１０ｋＶ、アノード電極と電子放出素子との距離
Ｈは２ｍｍ〜８ｍｍの範囲で測定した。

【００４８】さらに、本発明者等は、上述の本発明に係
わる電子放出素子の特性を鋭意検討した結果、本発明の
原理となる特性上の特徴を見いだした。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５に示
す。なお、放出電流Ｉｅは素子電流Ｉｆの大きさは著し
く異なる。図６ではＩｆ、Ｉｅの変化の定性的比較のた
めにリニアスケールで任意単位で表記した。

【００４９】本電子放出素子は放出電流Ｉｅに対する三
つの特徴を有する。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Ｉ
ｅに対する明確なしきい値電圧Ｖｔｈを持った非線形素
子である。第二に、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに依存
するため、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御できる。
第三に、アノード電極３４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３４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。以上のような特性を有す
るため、本発明にかかわる電子放出素子は、多方面への
応用が期待できる。

【００５０】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）。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。

【００５１】なお、以上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、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
成装置に於ても利用できる。

【００５２】次に、本発明の電子源、表示パネルおよび
画像形成装置の製造方法およびこれらの方法によって得
られる電子源、表示パネルおよび画像形成装置について
説明する。まず、電子源の製造方法は、電子放出素子
と、該素子への電圧印加手段とを具備する電子源の製造
方法であって、該電子放出素子を上記の本発明の電子放
出素子の製造方法で作製することを特徴とする方法であ
る。また、表示パネルの製造方法は、電子放出素子およ
び該素子への電圧印加手段を具備する電子源と、該素子
から放出される電子を受けて発光する発光体とを具備す
る表示パネルの製造方法であって、該電子放出素子を上
記の本発明の電子放出素子の製造方法で作製することを
特徴とする方法である。さらに、画像形成装置の製造方
法は、電子放出素子および該素子への電圧印加手段を具
備する電子源と、該素子から放出される電子を受けて発
光する発光体と、外部信号に基づいて該素子へ印加する
電圧を制御する駆動回路とを具備する画像形成装置の製
造方法であって、該電子放出素子を上記の本発明の電子
放出素子の製造方法で作製することを特徴とする方法で
ある。

【００５３】基板上へ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、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、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。

【００５４】前述した本発明にかかわる電子放出素子の
基本的特性の３つの特徴によれば、単純マトリクス配置
された電子放出素子においても、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。

【００５５】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は電子放出素子、７５は結線である。なお電子
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。

【００５６】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に設置される電子放出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。

【００５７】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、多数の電子放出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７３間
には、不図示の層間絶縁層が設置され、電気的に分離さ
れて、マトリックス配線を構成する。このｍ，ｎは、共
に正の整数である。

【００５８】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。

【００５９】さらに前述と同様にして、電子放出素子７
４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７５に
よって電気的に接続されているものである。

【００６０】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。

【００６１】また、詳しくは後述するが、前記Ｘ方向配
線７２には、Ｘ方向に配列する電子放出素子７４の行を
入力信号に応じて、走査するための走査信号を印加する
ための不図示の走査信号発生手段と電気的に接続されて
いる。

【００６２】一方、Ｙ方向配線７３には、Ｙ方向に配列
する電子放出素子７４の列の各列を入力信号に応じて、
変調するための変調信号を印加するための不図示の変調
信号発生手段と電気的に接続されている。

【００６３】さらに、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。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】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、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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】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
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。

【００７８】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。

【００７９】尚、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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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、電子放出素子
の各々を適切に駆動変調する為の信号源で、その出力信
号は、端子Ｄｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じて表示パネル
１０１内の電子放出素子に印加される。

【００８５】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。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】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
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。

【００９２】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。

【００９３】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。

【００９４】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
をあげたが、これに限るものでなく、ＰＡＬ、ＳＥＣＡ
Ｍ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。

【００９５】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。

【００９６】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。

【００９７】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。

【００９８】基板１１０とフェースプレート８６の中間
には、グリッド電極１２０が設けられている。グリッド
電極１２０は、電子放出素子から放出された電子ビーム
を変調することができるもので、はしご型配置の素子行
と直交して設けられたストライプ状の電極に電子ビーム
を通過させるため、各素子に対応して１個ずつ円形の開
口１２１が設けられている。グリッドの形状や設置位置
は必ずしも図１２のようなものでなくてもよく、開口と
してメッシュ状に多数の通過口を設けることもあり、ま
たたとえば電子放出素子の周囲や近傍に設けてもよい。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】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。

【０１０２】

【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。

【０１０３】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、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。

【０１０４】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。絶縁性基板１として石英ガラス基板
を用い、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ｄを１０００オング
ストロームとした。

【０１０５】本実施例では、金属コロイド溶液としてパ
ラジウムコロイド溶液を用いた。パラジウムコロイド溶
液の作成方法を次に示す。プロタルビン酸ナトリウム２
ｇに水５０ｃｃの割合で溶かしてから水酸化ナトリウム
の溶液を少し過剰に加え、次に無水の塩化パラジウムＰ
ｂＣｌ₂ １．６ｇを水２５ｃｃの割合で溶かしたものを
徐々に加える。すると赤褐色の透明な溶液が得られるの
で、それに水加ヒドラジンＮＨ₂ ・ＮＨ₂ ・２Ｈ₂ Ｏを
滴々加えると窒素の気泡によって泡立ってくる。それを
約３時間放置して反応を完全に終結させてから、得られ
た黒色の溶液を透析にかけて、過剰の水酸化ナトリウ
ム、ヒドラジンおよび生成した塩化ナトリウムとを完全
に取り除くと、安定なパラジウムのコロイド水溶液が得
られた。このコロイド水溶液をパラジウム重量濃度０．
４％となるよう調整した。

【０１０６】上記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３００℃で１２分焼成して無機微粒子
膜４を形成した（図３（ｃ））。

【０１０７】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に示す。

【０１０８】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４Ｖ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１００オング
ストロームであった。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。

【０１０９】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０．０５％であった。

【０１１０】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。

【０１１１】実施例２実施例１と全く同様にして得られたパラジウムのコロイ
ド水溶液に、ジメチルスルホキシドの割合が水に対し４
０重量％になるように溶液を調整しパラジウムの重量濃
度０．４％の溶液を得た。この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。

【０１１２】実施例３ガス中蒸発法により製造されたパラジウムの超微粒子粉
体を、ジメチルスルホキシド３０重量％水溶液に加えパ
ラジウム重量濃度０．２５％となるように調整して溶液
を得た。この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。

【０１１３】実施例４１６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と同様にして金属コロイド溶液液滴をバブル
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。
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。端子Ｄｏｘ１ないしＤｏ
ｘ１６と端子Ｄｏｙ１ないしＤｏｙ１６を通じて各素子
に時分割で所定電圧を印加し端子Ｈｖを通じてメタルバ
ックに高電圧を印加することによって、任意のマトリク
ス画像パターンを表示することができた。

【０１１４】比較例１実施例１において、薄膜の原料として有機パラジウム錯
体を用いた以外は全く同様にして無機微粒子膜を作成し
た。次にこれを真空容器中で通電処理（フォーミング処
理）する際に、本比較例ではフォーミング時のピーク電
圧は５Ｖと実施例に比べ２０％程高くする必要があっ
た。

【０１１５】このように、薄膜の原料に金属コロイドを
用いることにより電子放出部作成の際のフォーミングパ
ワーを２０〜３０％低下させることができる。

【０１１６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の方法に従い
電子放出素子を製造するならば、所定の位置に必要なだ
けの金属コロイド溶液を付与することができ、また前記
溶液付与工程が電子放出用薄膜の二次元パターニング工
程をも兼ねるため、材料コストと作業コストを低減する
ことができる。さらに、二次元パターンの変更が必要と
なった場合には液体付与手段の制御系を変更するだけで
済み、一般には前記制御系のソフトウエアのみの変更で
対応可能であるため、フォトマスク等の変更を必要とす
るフォトリソグラフ技術を用いる製造方法に比べて変更
が容易である。したがって小量多品種生産に容易に適用
できる。

【０１１７】また、金属コロイド溶液を用いることによ
り初めから比較的粒径のそろった微粒子からなる薄膜を
作成することができるため作成された薄膜は均一でムラ
がない。

【０１１８】さらに、金属コロイドは初めから無機微粒
子であることから電子放出部咲くしの際のフォーミング
パワーを有機金属材料を用いるものに比べ２０〜３０％
低下させることができる。

【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２】本発明に好適な基本的な垂直型電子放出素子
の構成を示す模式的図である。

【図３】本発明に好適な電子放出素子の製造方法の１
例である。

【図４】本発明に好適な通電フォーミングの電圧波形
の例である。

【図５】電子放出特性を測定するための測定評価装置
の概略構成図である。

【図６】本発明に好適な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
である。

【図７】単純マトリクス配置の電子源である。

【図８】画像形成装置の表示パネルの概略構成図であ
る。

【図９】蛍光膜である。

【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である。

【図１１】梯子配置の電子源である。

【図１２】画像形成装置の表示パネルの概略構成図で
ある。

【図１３】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
である。

【図１４】従来の電子放出素子の模式図である。

【符号の説明】

１：基板、２、３：素子電極、４：導電性薄膜、５：電
子放出部、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、７３：Ｙ方
向配線、７４：電子放出素子、７５：結線、８１：リア
プレート、８２：支持枠、８３：ガラス基板、８４：蛍
光膜、８５：メタルバック、８６：フェースプレート、
８７：高圧端子、８８：外囲器、９１：黒色導電材、９
２：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、１２０：グリッド電極、１２
１：電子が通過するための空孔、１２２：Ｄｏｘ１，Ｄ
ｏｘ２……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

【特許請求の範囲】

【請求項０１】電極間に、電子放出部が形成された導
電性膜を有する電子放出素子の製造方法において、電子
放出部が形成される導電性膜の形成工程が、金属コロイ
ドを含む水溶液を液滴化して基板上に付与する工程と、
付与された該水溶液を加熱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０２】前記水溶液に極性溶媒を添加すること
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。
【請求項０３】前記極性溶媒として、ジメチルスルホ
キシドを用い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。
【請求項０４】前記の金属コロイドが、還元による化
学反応またはガス中蒸発法により生成されたコロイド水
溶液であることを特徴とする請求項１ないし３に記載の
電子放出素子の製造方法。
【請求項０５】前記の金属コロイドが、Ｐｄ，Ｐｔ，
Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚ
ｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂのいずれかであることを特徴
とする請求項１ないし４に記載の電子放出素子の製造方
法。
【請求項０６】前記の金属コロイドがプロタルピン酸
ナトリウム法またはガス中蒸発法により生成されたＰｄ
コロイドであることを特徴とする請求項１ないし５に記
載の電子放出素子の製造方法。
【請求項０７】前記の水溶液の前記金属含有量が０．
０１重量％から５重量％の範囲であることを特徴とする
請求項１ないし６に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項０８】前記の液体の極性溶媒濃度が０．００
５重量％から７０重量％の範囲であることを特徴とする
請求項１ないし７に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項０９】前記水溶液の基板上への付与は、イン
クジェット方式を用いて行われる請求項１〜８に記載の
電子放出素子の製造方法。
【請求項１０】前記インクジェット方式は、バブルジ
ェット方式であることを特徴とする請求項１〜９に記載
の電子放出素子の製造方法。
【請求項１１】請求項１〜１０のいずれかに記載の工
程にて形成された前記導電性膜に、電子放出部を形成す
るためのフォーミング処理を施す工程を有することを特
徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項１２】前記フォーミング処理は、前記導電性
膜に通電する工程を含む請求項１１に記載の電子放出素
子の製造方法。
【請求項１３】前記電子放出素子は、表面伝導型電子
放出素子である請求項１〜１２いずれかに記載の電子放
出素子の製造方法。
【請求項１４】電子放出素子と、該素子への電圧印加
手段とを具備する電子源の製造方法であって、該電子放
出素子を請求項１〜１３のいずれかに記載の方法で作製
することを特徴とする電子源の製造法。
【請求項１５】電子放出素子及び該素子への電圧印加
手段を具備する電子源と、該素子から放出される電子を
受けて発光する発光体とを具備する表示パネルの製造方
法であって、該電子放出素子を請求項１〜１３いずれか
に記載の方法で作製することを特徴とする表示パネルの
製造方法。
【請求項１６】電子放出素子及び該素子への電圧印加
手段を具備する電子源と、該素子から放出される電子を
受けて発光する発光体と、外部信号に基づいて該素子へ
印加する電圧を制御する駆動回路とを具備する画像形成
装置の製造方法であって、該電子放出素子を請求項１〜
１２いずれかに記載の方法で作製することを特徴とする
画像形成装置の製造方法。