JP2001319562A

JP2001319562A - 電子源形成用基板、該基板を用いた電子源並びに画像表示装置

Info

Publication number: JP2001319562A
Application number: JP2000134824A
Authority: JP
Inventors: Nobutsugu Yamada; 修嗣山田; Tadayasu Meguro; 忠靖目黒; Kazuya Ishiwatari; 和也石渡
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-05-08
Filing date: 2000-05-08
Publication date: 2001-11-16
Anticipated expiration: 2020-05-08
Also published as: US6815884B2; US20020070677A1; JP3530800B2

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｎａを含有する基板を用いて、電子放出素子
を形成した場合、熱処理によってＮａが拡散し、その電
子放出特性に悪影響を及ぼす。そこで、Ｎａの拡散を抑
制する基板コート層を形成し、Ｎａの拡散を抑制した電
子源形成用基板を提供する。【解決手段】電子放出素子が配置される電子源形成用
基板であって、基板１と、基板１の電子放出素子が配置
される表面に設けられた、メジアン値で表される平均粒
子径が６ｎｍ〜６０ｎｍの範囲の複数の金属酸化物粒子
８を含有するＳｉＯ₂膜６と、更に、ＳｉＯ₂からなる第
２の膜７が積層されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子源の形成に用
いられる電子源形成用基板と、該基板を用いた電子源並
びに画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子放出素子としては大別し
て熱電子放出素子と冷陰極電子放出素子を用いた２種類
のものが知られている。冷陰極電子放出素子には電界放
出型（以下、「ＦＥ型」という。）、金属／絶縁層／金
属型（以下、「ＭＩＭ型」という。）や表面伝導型電子
放出素子等がある。

【０００３】ＦＥ型の例としてはＷ．Ｐ．Ｄｙｋｅ＆
Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，”Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏ
ｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｏｒｏｎＰ
ｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）あるいはＣ．Ａ．
Ｓｐｉｎｄｔ，”ＰｈｙｓｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉ
ｅｓｏｆＴｈｉｎ−ＦｉｌｍＦｉｅｌｄＥｍｉ
ｓｓｉｏｎＣａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈＭｏｌｙｂ
ｄｅｎｉｕｍＣｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，４７，５２４８（１９７６）等に開示されたもの
が知られている。

【０００４】表面伝導型電子放出素子型の例としては、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，ＲｅｃｉｏＥｎｇ．Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎＰｈｙｓ．、１０，１２９０，（１９６
５）等に開示されたものがある。

【０００５】表面伝導型電子放出素子は、基板上に形成
された小面積の薄膜に、膜面に並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
の表面導電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：“ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉ
ｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂Ｏ₃／Ｓｎ
Ｏ₂薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌａｎｄ
Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．Ｅ
ＤＣｏｎｆ．”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、２
２頁（１９８３）］等が報告されている。

【０００６】上記のような電子放出素子を、基板上に配
置して構成された電子源を、内部を真空に保持した外囲
器中に保持して利用する為には、該電子源と外囲器、そ
の他の部材を接合する必要がある。この接合は、フリッ
トガラスを用いて加熱、融着して行うのが一般的であ
る。このときの加熱温度は、４００〜５００℃程度が典
型的で、時間は外囲器の大きさなどによって異なるが、
１０分〜１時間程度が典型的である。

【０００７】尚、外囲器の材質としては、フリットガラ
スによる接合が容易で確実であるという点と比較的安価
であるという点から、青板ガラスを用いることが好まし
い。また、Ｎａの一部をＫに置換して歪み点を上昇させ
た高歪み点ガラスもフリット接続が容易であるため、好
ましく用いることができる。また、上記電子源の基板に
関してもその材質は、外囲器との接合の確実性から、同
様に青板ガラス、あるいは上記高歪み点ガラスを用いる
ことが好ましい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記青板ガラスには成
分としてアルカリ元素金属、特にＮａがＮａ₂Ｏとして
大量に含有されている。Ｎａ元素は熱による拡散が生じ
易いため、プロセス中で高温にさらされると、青板ガラ
ス上に形成された各種部材、特に、電子放出素子を構成
する部材中にＮａが拡散し、その特性を劣化させる場合
がある。

【０００９】また、上記のようなＮａによる影響は、電
子源の基板として上述の高歪み点ガラスを用いた場合、
Ｎａ含有量が少ない分、程度は緩和されるが発生する場
合があることがわかった。

【００１０】以上のようなＮａの影響を低減する手段と
して、例えば、特開平１０−２４１５５０号公報、ＥＰ
−Ａ−８５０８９２号公報には、Ｎａを含有する基板の
少なくとも電子放出素子が配置される側の表層領域の該
Ｎａを含有濃度が、他の領域よりも小さくなっている電
子源形成用の基板、更には、リン含有層を有する電子源
形成用の基板が開示されている。

【００１１】また、より効果的にＮａ拡散をブロックす
る方法として、ＳｉＮやＣＮなどの窒化膜を形成する方
法があるが、スパッタなどの真空成膜によるもので一般
的にコストが高くなってしまう。

【００１２】そこで本発明は、低コストで、電子放出素
子の電子放出特性の経時的変化が低減される電子源形成
用基板、及びその基板を用いた電子源並びに画像表示装
置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述した課題
を解決するに鋭意検討を行なってなされたものである。

【００１４】すなわち、本発明の電子源形成用基板は、
電子放出素子が配置される電子源形成用基板であって、
基板と、前記基板の前記電子放出素子が配置される表面
に設けられた、メジアン値で表される平均粒子径が６ｎ
ｍ〜６０ｎｍの範囲の複数の金属酸化物粒子を含有する
絶縁材料膜とを有することを特徴とする。

【００１５】上記本発明の電子源形成用基板は、更なる
好ましい特徴として、「前記絶縁材料膜は更に、リンを
含有している」こと、「前記絶縁材料膜は更に、リンを
１重量部〜１０重量部含有している」こと、「前記絶縁
材料膜の厚さは、２００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲であ
る」こと、「前記絶縁材料膜の厚さは、３００ｎｍ〜４
００ｎｍの範囲である」こと、「前記絶縁材料膜上に更
に、絶縁材料からなる膜が積層されている」こと、「前
記絶縁材料からなる膜の厚さは、２０ｎｍ〜１５０ｎｍ
の範囲である」こと、「前記絶縁材料からなる膜の厚さ
は、４０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である」こと、を含
む。

【００１６】また、本発明の電子源形成用基板は、電子
放出素子が配置される電子源形成用基板であって、基板
と、前記基板の前記電子放出素子が配置される表面に設
けられた、メジアン値で表される平均粒子径が６ｎｍ〜
６０ｎｍの範囲の複数の金属酸化物粒子を含有するＳｉ
Ｏ₂膜とを有することを特徴とする。

【００１７】上記本発明の電子源形成用基板は、更なる
好ましい特徴として、「前記ＳｉＯ₂膜は更に、リンを
含有している」こと、「前記ＳｉＯ₂膜は更に、リンを
１重量部〜１０重量部含有している」こと、「前記Ｓｉ
Ｏ₂膜の厚さは、２００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲であ
る」こと、「前記ＳｉＯ₂膜の厚さは、３００ｎｍ〜４
００ｎｍの範囲である」こと、「前記ＳｉＯ₂膜上に更
に、ＳｉＯ₂からなる膜が積層されている」こと、「前
記ＳｉＯ₂からなる膜の厚さは、２０ｎｍ〜１５０ｎｍ
の範囲である」こと、「前記ＳｉＯ₂からなる膜の厚さ
は、４０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である」こと、を含
む。

【００１８】以上の本発明の電子源形成用基板は、また
更なる好ましい特徴として、「前記メジアン値で表され
る平均粒子径が１５ｎｍ〜３０ｎｍの範囲である」こ
と、「前記金属酸化物粒子は、電子伝導性酸化物粒子で
ある」こと、「前記金属酸化物粒子は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃ
ｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｒｅから選ばれる
金属の酸化物粒子である」こと、「前記金属酸化物粒子
は、ＳｎＯ₂の粒子である」こと、「前記基板は、ナト
リウムを含有する基板である」こと、を含む。

【００１９】また、本発明の電子源は、基板と、前記基
板上に配置された、電子放出素子とを備える電子源であ
って、前記基板が、前記本発明の電子源形成用基板であ
ることを特徴とする。

【００２０】上記本発明の電子源は、更なる好ましい特
徴として、「前記電子放出素子は、電子放出部を含む導
電性膜を備える電子放出素子である」こと、「前記電子
放出素子の複数が、複数の行方向配線及び複数の列方向
配線とによりマトリクス配線されている」こと、「前記
電子放出素子は、一対の電極間に、電子放出部を含む導
電性膜を備える電子放出素子である」こと、「前記電子
放出素子の複数が、複数の行方向配線及び複数の列方向
配線とによりマトリクス配線されており、前記一対の電
極が白金を主成分とする材料より構成され、かつ、前記
配線が、銀を主成分とする材料より構成されている」こ
と、を含む。

【００２１】また、本発明の画像表示装置は、外囲器
と、前記外囲器内に配置された、電子放出素子及び前記
電子放出素子からの電子の照射により画像を表示する画
像表示部材とを備える画像表示装置であって、前記電子
放出素子が配置されている基板が、前記本発明の電子源
形成用基板であることを特徴とする。

【００２２】上記本発明の画像表示装置は、更なる好ま
しい特徴として、「前記電子放出素子は、電子放出部を
含む導電性膜を備える電子放出素子である」こと、「前
記電子放出素子の複数が、複数の行方向配線及び複数の
列方向配線とによりマトリクス配線されている」こと、
「前記電子放出素子は、一対の電極間に、電子放出部を
含む導電性膜を備える電子放出素子である」こと、「前
記電子放出素子の複数が、複数の行方向配線及び複数の
列方向配線とによりマトリクス配線されており、前記一
対の電極が白金を主成分とする材料より構成され、か
つ、前記配線が、銀を主成分とする材料より構成されて
いる」こと、を含む。

【００２３】

【作用】本発明者らの研究によれば、基板上にＮａブロ
ック層として形成する金属酸化物粒子を含む絶縁材料膜
や、この上に形成する例えばＳｉＯ₂を含む膜の種類、
形状、ドープ材料、膜厚によって特性が大きく変化し、
最適な構成をとることによって始めてその効果が十分に
発揮されることがわかった。

【００２４】さらに、膜の構成だけではなく、基板上に
形成されていく電極、配線、電子放出素子膜などの材
料、プロセス、熱履歴によっても最適な構成が変わりう
ることもわかった。

【００２５】本発明の電子源形成用基板においては、基
板の電子放出素子が配置される表面に、メジアン値で表
される平均粒子径が６ｎｍ〜６０ｎｍの範囲の複数の金
属酸化物粒子を含有する絶縁材料膜、具体的には例えば
ＳｎＯ₂の粒子を含有するＳｉＯ₂膜を有することによ
り、Ｎａを含有する基板、特に主成分としてＳｉＯ₂を
５０〜７５重量％、Ｎａを２〜１７重量％含有するガラ
ス基板のＮａを効果的にブロックすることができる。こ
のため、本発明の電子源形成用基板を用いた電子放出素
子は、電子放出特性の経時的変化が低減し、安定した電
子放出特性が得られる。

【００２６】また、特に前記金属酸化物粒子として電子
伝導性酸化物粒子を用いることにより、より一層、安定
した電子放出特性が得られる。本発明において、電子伝
導性とはイオン伝導性に対して用いられたもので、電子
伝導性材料を含有する層を設けることは以下の利点を有
する。

【００２７】即ち、電子伝導性材料を含有する層を基板
に設けることにより、基板表面は電気伝導性を示すよう
になり、チャージアップによる駆動中の不安定性を抑制
することができる。この電気伝導性を得るために、イオ
ン伝導性材料を用いると、駆動にかかわる電圧が印可さ
れる事により長時間電圧が印可されるうちにイオンが移
動し、その結果、イオンが偏析し、電子源特性を不安定
にすることがある。これはイオンの移動に要する時間が
大きいために、例えば駆動にかかわる電圧をパルス状に
印可する場合においては、パルスとパルスの間、即ち休
止時間内にイオンの移動が完全に復元されないために生
ずるものと考えられる。このようなイオンの偏析が電子
源特性に影響をもたらす。したがって、特に基板が電子
伝導性材料を含有する層を有し、その伝導が主に電子伝
導による場合においては、イオンの偏析がほとんど生じ
ず、上述の電子源特性にもたらす影響を回避できる。

【００２８】また、前記金属酸化物粒子としては、特に
ＳｎＯ₂の粒子を用いるのが好ましい。このＳｎＯ₂は市
場に出回っており比較的安価で、微粒子分散の技術がほ
ぼ確立している事から塗布成膜用の溶液に容易に用いる
ことができる。

【００２９】また、絶縁材料膜（例えばＳｉＯ₂膜）中
に、リンを添加する事によって膜の抵抗値を容易に制御
できる。また、適度なリンの添加は、ナトリウムのブロ
ック効果を高めることができるわかった。このメカニズ
ムはまだ解明はされてはいないが、基板ガラス中のナト
リウムがリンと何らかの化合物を形成して固定される事
によって、基板表面への拡散を押さえているのではない
かと考えている。

【００３０】また、第１の層である前記絶縁材料膜（例
えばＳｉＯ₂膜）上に、更に第２の層である前記絶縁材
料からなる膜（例えばＳｉＯ₂膜）を有する構成にする
事によって、単に各々の膜から予想されるブロック効果
よりはるかにナトリウムブロック効果が向上する。

【００３１】また、電子放出素子の電極に白金、配線に
銀を用いて例えば５００℃程度の焼成プロセスを繰り返
した場合にナトリウムの表面への拡散が多いことが判っ
た。そのような構成を取った場合にでも、本発明による
ナトリウムブロック層を用いる事によって、効果的にＮ
ａの拡散をブロックすることができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の好ましい実施形態について説明する。

【００３３】図１は、本発明の電子源形成用基板の一実
施形態を示す断面図である。図１において、１はＮａを
含有する、例えば、青板ガラス、あるいはＮａの１部を
Ｋに置換して歪み点を上昇させた高歪み点ガラスなどの
基板、６は金属酸化物粒子を含有した第１の層、７は該
第１の層上に形成された第２の層、８は第１の層６中の
金属酸化物粒子である。

【００３４】ここで、図１に示された本実施形態の電子
源形成用基板は、第２の層７上に電子放出素子が形成さ
れる。

【００３５】第１の層６である絶縁材料膜は、好ましく
はＳｉＯ₂を主成分とした膜であり、その厚さは、上記
Ｎａ拡散を抑制する効果の点で、２００ｎｍ以上、より
好ましくは３００ｎｍ以上が好ましい。膜厚の特性上の
上限は特にないが、あまり厚くすると基板との密着性に
問題が生じる事があるために１μｍ以下、より好ましく
は６００ｎｍ以下、特に好ましくは４００ｎｍ以下であ
る。

【００３６】金属酸化物粒子８の粒子径は、メジアン値
で表される平均粒子径が６ｎｍ〜６０ｎｍが好ましく、
特に好ましくは１５ｎｍ〜３０ｎｍである。この平均粒
子径が小さ過ぎると、膜形成に非常に時間とコストがか
かり、基板作成が困難である。一方、この平均粒径が大
き過ぎると、第１の層上の平坦性が阻害され、電極・配
線等の基板への密着性が悪くなり電子放出素子作成時に
悪影響を与える。

【００３７】金属酸化物粒子８としては、例えばＦｅ、
Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｒｅから
選ばれる金属の酸化物粒子を用いることができ、特に好
ましくはＳｎＯ₂等の電子伝導性酸化物粒子が用いられ
る。

【００３８】また、第１の層中に、リンを添加する事に
よって膜の抵抗値を容易に制御でき、適度なリンの添加
は、ナトリウムのブロック効果を高めることができる。
具体的には、第１の層中にリンを１重量部〜１０重量部
含有するのが好ましい。

【００３９】また、第２の層７は、絶縁材料、好ましく
はＳｉＯ₂を主成分とした層であり、電子放出素子が形
成される基板表面の平坦性向上、上記第１の層６中の金
属酸化物粒子８の脱落防止、Ｎａ拡散の防止を目的とし
て設けられた層である。この第２の層７は第１の層６上
に形成され、金属酸化物粒子の凹凸をカバーして平坦性
を向上し、電子放出素子の形成を容易にしている。ま
た、第１の層６だけでは金属酸化物粒子を基板に安定し
て接着するのが困難なので、第２の層７でその接着を
し、金属酸化物粒子の脱落を防ぐ役割も担う。

【００４０】第２の層７の厚さは、平坦性向上の効果の
点で２０ｎｍ以上が好ましく、また、Ｎａの拡散防止の
効果の点から、４０ｎｍ以上が好ましく、６０ｎｍ以上
が特に好ましい。また、膜の応力によるクラックの発生
や膜はがれを防止するという点で、更に１μｍ以下が望
ましく、好ましくは１５０ｎｍ以下、特に好ましくは１
００ｎｍ以下である。

【００４１】次に、図２の（ａ），（ｂ）を用いて、上
述の電子源形成用基板を用いた電子源の実施形態につい
て説明する。

【００４２】図２（ａ），（ｂ）は、本発明の電子源の
一実施形態を示す模式図であり、図２の（ａ）は平面
図、図２の（ｂ）は断面図である。本実施形態の電子源
は、上述の図１にて示された電子源形成用基板を用いて
構成された電子源であり、図２の（ａ），（ｂ）におい
て１，６，７はそれぞれ上述の、Ｎａを含有する基板、
第１の層、第２の層である。

【００４３】本実施形態の電子源は、第２の層７上に電
子放出素子が配置されている。ここで、電子放出素子
は、例えば、一対の電極と、該一対の電極間に配置され
た、電子放出部を有する導電性膜とを備える電子放出素
子であって、本実施形態においては、図２の（ａ），
（ｂ）に示されるように、間隙５を隔てて配置された一
対の導電性膜４と、一対の導電性膜４にそれぞれ電気的
に接続された一対の素子電極２，３とを備える表面伝導
型電子放出素子が用いられている。尚、図２の（ａ），
（ｂ）に示される表面伝導型電子放出素子は、導電性膜
４上に炭素膜を有する形態の素子であることがより好ま
しい。

【００４４】ここで、本実施形態の電子源において用い
られた表面伝導型電子放出素子について詳述する。

【００４５】まず、対向する素子電極２，３の材料とし
ては、一般的な材料を用いることができ、例えば、Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ、Ｃｕ，
Ｐｄ等の金属或いは合金、または、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、または、Ｉｎ₂Ｏ₃‐ＳｎＯ
₂等の透明導電体、または、ポリシリコン等の半導体材
料等から適宜選択することができる。

【００４６】また、導電性膜４を構成する材料として
は、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃ
ｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ、Ｔａ，Ｗ等の金属、また
は、ＰｄＯ，ＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＰｄＯ，Ｓｂ₂Ｏ₃等
の酸化物の中から適宜選択することができる。

【００４７】導電性膜４は、良好な電子放出特性を得る
ために、１ｎｍ〜２０ｎｍの範囲内の粒径を有する複数
の微粒子で構成された微粒子膜であることが好ましい。
また、導電性膜４の膜厚は、好ましくは１ｎｍ〜５０ｎ
ｍの範囲とするのが良い。

【００４８】また、間隙５は、例えば、素子電極２，３
間に跨って形成された導電性膜に、後述するフォーミン
グ処理で亀裂を形成することにより形成される。

【００４９】また、上述した通り、導電性膜４上には炭
素膜が形成されていることが、電子放出特性の向上及び
電子放出特性の経時的変化の低減のうえで好ましい。

【００５０】この炭素膜は、例えば、図３の（ａ），
（ｂ）に示されるように形成される。ここで図３の
（ａ）は炭素膜を有する表面伝導型電子放出素子の導電
性膜の間隙部を拡大した模式的平面図、図３の（ｂ）は
そのＡ‐Ａ’断面図である。

【００５１】図３に示されるように、炭素膜を有する表
面伝導型電子放出素子は、上記一対の導電性膜４で形成
される間隙５よりも狭い間隙１１を形成するように、該
導電性膜４に接続されて、間隙５内の基板１０上及び導
電性膜４上に炭素膜１２を有している。

【００５２】また、図４の（ａ），（ｂ）に示すよう
に、一対の導電性膜４の、間隙５に面する両端に、上記
同様に炭素膜１２を有する形態であっても上記同様の効
果を奏する。

【００５３】次に、図５を参照しながら、図２の
（ａ），（ｂ）で示された上述の電子源の製造方法の一
例について説明する。

【００５４】青板ガラス、高歪み点ガラスなどのＮａ含
有基板１を洗剤、純水および有機溶剤等を用いて十分に
洗浄し、かかる基板１上に第１の層６を形成する。ここ
で、第１の層６の形成法としては、スピンコート法、フ
レキソ印刷法、スリットコート等の機械的成膜方法を用
いるのが好ましい。機械的成膜法とは、その製膜元素を
含む化合物を用い、スピンコーター、スリットコータ
ー、フレキソ印刷機等の装置を使って塗布、その後、乾
燥工程を経て、有機化合物の焼成を行って成膜する方法
である。これらの方法によれば、膜厚が比較的均一な膜
ができるといった利点を有する。

【００５５】続いて、この第１の層６上に第２の層７を
形成する。ここで第２の層７の形成法としては、第１の
層６の形成法と同じ機械的成膜法を用いると、上記第１
の層６の形成に続けて連続的に形成できるため好まし
い。例として、スピンコート法にて電子伝導性酸化物を
含有する塗布液を塗布し、乾燥を行い続いて、ＳｉＯ₂
を主成分とする塗布液を続けて塗布し、その後一括で焼
成することで、第１の層が、第２の層にて被覆される。

【００５６】以上のようにして、基板１上に、第１の層
６、第２の層７がこの順にて積層された電子源形成用基
板が作成される（図５（ａ））。

【００５７】次に、上記電子源形成用基板上に電子放出
素子、とりわけ、表面伝導型電子放出素子が形成され
る。

【００５８】まず、真空蒸着法、スパッタ法、オフセッ
ト印刷法等により素子電極材料を堆積後、例えばフォト
リソグラフィー技術を用いて第２の層７表面に素子電極
２，３を形成する（図５（ｂ））。

【００５９】次に、素子電極２，３を設けた第２の層７
上に、有機金属溶液を塗布して、有機金属薄膜を形成す
る。有機金属溶液には、前述の導電性膜４の材料の金属
を主元素とする有機金属化合物の溶液を用いることがで
きる。有機金属薄膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エ
ッチング等によりパターニングし、導電性膜４を形成す
る（図５（ｃ））。ここでは、有機金属溶液の塗布法を
挙げて説明したが、導電性膜４の形成法はこれに限られ
るものでなく、真空蒸着法、スパッタ法、化学的気相堆
積法、分散塗布法、ディッピング法、スピンナー法等を
用いることもできる。

【００６０】続いて、フォーミング工程を施す。このフ
ォーミング工程の方法の一例として通電処理による方法
を説明する。素子電極２，３間に、不図示の電源を用い
て、通電を行うと、導電性膜４に、間隙５が形成される
（図５（ｄ））。通電フォーミングの電圧波形の例を図
６に示す。

【００６１】電圧波形は、パルス波形が好ましい。これ
にはパルス波高値を定電圧としたパルスを連続的に印可
する図６の（ａ）に示した手法と、パルス波高値を増加
させながら電圧パルスを印可する図６の（ｂ）に示した
手法がある。

【００６２】図６（ａ）におけるＴ₁及びＴ₂は電圧波形
のパルス幅とパルス間隔である。通常Ｔ₁は１μｓｅ
ｃ．〜１０ｍｓｅｃ．、Ｔ₂は、１０μｓｅｃ．〜１０
０ｍｓｅｃ．の範囲で設定される。三角波の波高値（通
電フォーミング時のピーク電圧）は、電子放出素子形態
に応じて適宜選択される。このような条件のもと、例え
ば、数秒から数十分間電圧を印可する。パルス波形は三
角波に限定されるものではなく、矩形波など所望の波形
を採用することができる。

【００６３】図６の（ｂ）におけるＴ₁及びＴ₂は、図６
の（ａ）に示したものと同様とすることができる。三角
波の波高値（通電フォーミング時のピーク電圧）は、例
えば０．１Ｖ／ステップ程度ずつ、増加させることがで
きる。通電フォーミング処理の終了は、パルス間隔Ｔ₂
中に、例えば０．１Ｖ程度の抵抗を示したとき、通電フ
ォーミングを終了させる。

【００６４】フォーミングを終え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。

【００６５】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
スの印可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ほか、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
め場合に応じて適宜設定される。適当な有機物質として
は、、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、ケント類、
アミン類、フェノール、カルボン、スルホン酸等の有機
酸類等を挙げることが出来、具体的には、メタン、エタ
ン、プロパンなどのＣ_nＨ_2n+2で表される飽和炭化水
素、エチレン、プロピレンなどのＣ_nＨ_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
あるいはこれらの混合物が使用できる。この処理によ
り、雰囲気中に存在する有機物質から、炭素膜が素子上
に堆積し、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが著しく変化す
るようになる。

【００６６】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。尚、パルス
幅、パルス間隔、パルス波高値などは、適宜設定され
る。

【００６７】上記炭素膜は、例えばグラファイト（いわ
ゆるＨＯＰＧ、ＰＧ、ＧＣを含有する。ＨＯＰＧはほぼ
完全なグラファイトの結晶構造、ＰＧは結晶粒が２０ｎ
ｍ程度で結晶構造がやや乱れたもの、ＧＣは結晶粒が２
ｎｍ程度になり結晶構造の乱れがさらに大きくなったも
のをさす。）、非晶質カーボン（アモルファスカーボン
及び、アモルファスカーボンと前記グラファイトの微結
晶の混合物を指す）の膜であり、その膜厚は、５０ｎｍ
以下の範囲とするのが好ましく、３０ｎｍ以下の範囲と
するのがより好ましい。

【００６８】以上のようにして、図２（ａ），（ｂ）で
示された電子源が製造される。

【００６９】以上述べた電子源形成用基板を用いて形成
された電子源の別の実施形態として、複数の電子放出素
子が配列された電子源、およびその電子源を用いた画像
形成装置の例について以下に説明する。

【００７０】図７は、上述した図１で示される電子源形
成用基板上に複数の電子放出素子がマトリクス配線され
た電子源を示す模式図である。図７において、７１は基
板であり、上記の第１の層と第２の層が予め設けられて
いる。７２は行方向配線、７３は列方向配線である。ま
た、７６は電子放出素子、７５は結線である。

【００７１】ｍ本の行方向配線７２は、Ｄｘ１、Ｄｘ
２、…、Ｄｘｍからなり、真空蒸着法、印刷法、スパッ
タ法等を用いて形成された導電性金属等で構成すること
ができる。列方向配線７３は、Ｄｙ１、Ｄｙ２、…、Ｄ
ｙｎのｎ本の配線よりなり、行方向配線７２と同様に形
成される。これらのｍ本の行方向配線７２とｎ本の列方
向配線７３との間には、不図示ではあるが層間絶縁層が
設けられており、両者を電気的に分離している（ｍ，ｎ
は共に正の整数。）。

【００７２】層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷法、スパ
ッタ法等を用いて形成されたＳｉＯ ₂等で構成される。
例えば、列方向配線７３を形成した電子源基板７１の全
面或は一部に所望の形状で形成され、特に、行方向配線
７２と列方向配線７３の交差部の電位差に耐えうるよう
に、膜厚、材料、製法が、適宜設定される。

【００７３】行方向配線７２と列方向配線７３は、それ
ぞれ外部端子として引き出されている。

【００７４】電子放出素子７６は、ｍ本の行方向配線７
２とｎ本の列方向配線７３とに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。

【００７５】行方向配線７２には、Ｘ方向に配列した電
子放出素子７６の行を選択するための走査信号を印可す
る不図示の走査信号印可手段が接続される。一方、列方
向配線７３には、Ｙ方向に配列した電子放出素子７６の
各列を入力信号に応じて変調するための不図示の変調信
号発生手段が接続される。各電子放出素子に印可される
駆動電圧は、当該素子に印可される走査信号と変調信号
の差電圧として供給される。

【００７６】上記電子源の構成においては、単純なマト
リクス配線を用いて、上述の電子源形成用基板上に、複
数の表面伝導型電子放出素子を単純マトリクス配線し
た。

【００７７】次に、上記電子源を用いて構成した画像形
成装置について、図８と図９及び図１０を用いて説明す
る。

【００７８】図８は、画像形成装置の表示パネルの一例
を示す模式図であり、図９は図８の画像形成装置に使用
される蛍光膜の模式図である。図１０は、ＮＴＳＣ方式
のテレビ信号に応じて表示を行うための駆動回路の一例
を示すブロック図である。

【００７９】図８において、７１は、表面伝導型電子放
出素子７６を複数配した、上述の図７で示される基板、
８１は基板７１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が形成
されたフェースプレートである。８２は支持枠であり、
該支持枠８２には、リアプレート８１、フェースプレー
ト８６が低融点のフリットガラスなどを用いて、接合さ
れている。

【００８０】７２、７３は、表面伝導型電子放出素子７
６と接合された行方向配線及び列方向配線である。

【００８１】外囲器８８は、上述のごとく、フェースプ
レート８６、支持枠８２、リアプレート８１で構成され
る。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は不要とすることがで
きる。即ち、基板７１に直接支持枠８２を封着し、フェ
ースプレート８６、リアプレート８１間に、スペーサー
と呼ばれる不図示の支持体を設置することにより、大気
圧に対して十分な強度を持つ外囲器８８を構成すること
もできる。

【００８２】図９は、蛍光膜を示す模式図である。蛍光
膜８４は、モノクロームの場合は蛍光体のみから構成す
ることができる。カラーの蛍光膜の場合は、蛍光体の配
列によりブラックストライプ（図９（ａ））或はブラッ
クマトリクス（図９（ｂ））などと呼ばれる黒色導電材
９１と蛍光体９２とからすることができる。ブラックス
トライプ、ブラックマトリクスを設ける目的は、カラー
表示の場合、必要となる三原色蛍光体の各蛍光体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にある。黒色導電材９１の材料
としては、通常用いられている黒鉛を主成分とする材料
のほか、導電性があり、光の透過及び反射が少ない材料
を用いることができる。

【００８３】ガラス基板に蛍光体を塗布する法法は、モ
ノクローム、カラーによらず、沈殿法、印刷法等が採用
できる。

【００８４】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。メタルバックを設ける目的は、蛍
光体の発光のうち内面側への光をフェースプレート８６
側へ鏡面反射させることにより輝度を向上させること、
電子ビーム加速電圧を印可するための電極として作用さ
せること、外囲器内で発生した負イオンの衝突によるダ
メージから蛍光体を保護すること等である。メタルバッ
クは、蛍光膜作成後、蛍光膜の内面側の表面の平滑化処
理（通常、「フィルミング」と呼ばれる。）を行い、そ
の後Ａｌを真空蒸着等を用いて堆積させることで作製で
きる。

【００８５】フェースプレート８６には、さらに蛍光膜
８４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）を設けても良い。

【００８６】前述の封着を行う際には、カラーの場合は
各色蛍光体と電子放出素子とを対応させる必要があり、
十分な位置合わせが不可欠となる。

【００８７】図８に示した画像形成装置の製造方法の一
例を以下に説明する。

【００８８】図１１はこの工程に用いる装置の概要を示
す模式図である。外囲器８８は、排気管１３２を介して
真空チャンバー１３３に連結され、さらにゲートバルブ
１３４を介して排気装置１３５に接続されている。真空
チャンバー１３３には、内部の圧力及び雰囲気中の各成
分の分圧を測定するために、圧力計１３６、四重極質量
分析器１３７等が取り付けられている。外囲器８８内部
の圧力などを直接測定することは困難であるため、該真
空チャンバー１３３内の圧力などで代用する。真空チャ
ンバー１３３には、さらに必要なガスを真空チャンバー
内に導入して雰囲気を制御するため、ガス導入ライン１
３８が接続されている。該ガス導入ライン１３８の他端
には導入物質源１４０が接続されており、導入物質がア
ンプルやボンベなどに入れて貯蔵されている。

【００８９】ガス導入ライン１３８の途中には、導入物
質を導入するレートを制御するための導入手段１３９が
設けられている。該導入量制御手段としては具体的に
は、スローリークバルブなど逃がす流量を制御可能なバ
ルブや、マスフローコントローラーなどが、導入物質の
種類の応じて、それぞれの使用が可能である。

【００９０】図１１の装置により外囲器８８の内部を排
気し、フォーミングを行う。この際、例えば図１２に示
すように、列方向配線７３を共通電極１４１に接続し、
行方向配線７２のうちのひとつに接続された素子に電源
１４２によって、同時に電圧パルスを印可して、フォー
ミングを行うことができる。パルスの形状や、処理の終
了の判定などの条件は、個別素子のフォーミングについ
ての既述の方法に準じて選択すれば良い。また、複数の
行方向配線に、位相をずらせたパルスを順次印可（スク
ロール）することにより、複数の行方向配線に接続され
た素子をまとめてフォーミングすることも可能である。
図中１４３は電流測定用抵抗を、１４４は電流測定用の
オシロスコープを示す。

【００９１】フォーミング終了後、活性化工程を行う。
外囲器８８内は、十分に排気した後有機物質がガス導入
ライン１３８から導入される。或いは、個別素子の活性
化方法として記述のように、まず油拡散ポンプやロータ
リーポンプで排気し、これによって真空雰囲気中に残留
する有機物質を用いても良い。また、必要に応じて有機
物質以外の物質も導入される場合がある。このようにし
て形成した、有機物質を含む雰囲気中で、各電子放出素
子に電圧を印可することにより、炭素あるいは炭素化合
物、ないし両者の混合物が電子放出部に堆積し、電子放
出量がドラスティックに上昇するのは、個別素子の場合
と同様である。このときの電圧の印可方法は、上記フォ
ーミングの場合と同様の結線により、一つの行方向につ
ながった素子に、同時に電圧パルスを印可すれば良い。
また、複数の行方向配線に、位相をずらせたパルスを順
次印可（スクロール）することにより、複数の行方向配
線に接続された素子をまとめて活性化することも可能で
あり、その場合には、各行方向配線に対して、素子電流
をそろえることが可能となる。

【００９２】活性化工程終了後は、個別素子の場合と同
様に、安定化工程を行うことが好ましい。この工程は、
電子放出素子が配置される外囲器８８内を真空排気する
工程である。具体的には、外囲器８８を加熱して、８０
〜２５０℃に保持しながら、イオンポンプ、ソープショ
ンポンプなどのオイルを使用しない排気装置１３５によ
り排気管１３２を通じて排気し、有機物質の十分少ない
雰囲気にした後、排気管をバーナーで熱して融解させて
封じきる。

【００９３】外囲器８８の封止後の圧力を維持するため
に、ゲッター処理を行うこともできる。これは、外囲器
８８の封止を行う直前あるいは封止後に、抵抗加熱ある
いは高周波加熱等を用いた加熱により、外囲器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、
封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、該封着膜の吸着作用により、外囲器８８
内の雰囲気を維持するものである。

【００９４】次に、単純マトリクス配置の電子源を用い
て構成した表示パネルに、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に
基づいたテレビジョン表示を行うための駆動回路の構成
例について、図１０を用いて説明する。図１０におい
て、１０１は図８に示したような画像表示パネル、１０
２は走査回路、１０３は制御回路、１０４はシフトレジ
スタである。１０５はラインメモリ、１０６は同期信号
分離回路、１０７は変調信号発生器、Ｖｘ及びＶａは直
流電圧源である。

【００９５】表示パネル１０１は、端子Ｄｏｘ１乃至Ｄ
ｏｘｍ、端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎ、及び高圧端子Ｈｖ
を介して外部の電気回路と接続している。端子Ｄｏｘ１
乃至Ｄｏｘｍには、表示パネル内に設けられている電子
源、即ち、ｍ行ｎ列の行列状にマトリクス配線された電
子放出素子群を１行（ｎ素子）ずつ順次駆動するための
走査信号が印可される。

【００９６】端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎには、前記走査
信号により選択された１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ための変調信号が印可される。
高圧端子Ｈｖには、直流電圧源Ｖａより、例えば１０ｋ
Ｖの直流電圧が供給されるが、これは電子放出素子から
放出される電子ビームに蛍光体を励起するのに十分なエ
ネルギーを付与するための加速電圧である。

【００９７】走査回路１０２について説明する。同回路
は、内部にｍ個のスイッチング素子（図中、Ｓ１乃至Ｓ
ｍで模式的に示している）を備えたものである。各スイ
ッチング素子は、直流電圧源Ｖｘの出力電圧もしくは０
Ｖ（グランドレベル）のいずれか一方を選択し、表示パ
ネル１０１の端子Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍと電気的に接続
される。Ｓ１乃至Ｓｍの各スイッチング素子は、制御回
路１０３が出力する制御信号Ｔｓｃａｎに基づいて動作
するものであり、例えばＦＥＴのようなスイッチング素
子を組み合わせることにより構成することができる。

【００９８】直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には電子放
出素子の特性（電子放出しきい値電圧）に基づき走査さ
れていない素子に印可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に設定
されている。

【００９９】制御回路１０３は、外部より入力する画像
信号に基づいて適切な表示が行われるように各部の動作
を整合させる機能を有する。制御回路１０３は、同期信
号分離回路１０６より送られる同期信号Ｔｓｙｎｃに基
づいて、各部に対してＴｓｃａｎ及びＴｓｆｔ及びＴｍ
ｒｙの各制御信号を発生する。

【０１００】同期信号分離回路１０６は、外部入力され
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ための回路である。同期信号分離回
路１０６により分離された同期信号は、垂直同期信号と
水平同期信号よりなるが、ここでは説明の便宜上Ｔｓｙ
ｎｃ信号として図示した。前記テレビ信号から分離され
た画像の輝度信号成分は便宜上ＤＡＴＡ信号と表した。
該ＤＡＴＡ信号はシフトレジスタ１０４に入力される。

【０１０１】シフトレジスタ１０４は、時系列的にシリ
アル入力される前記ＤＡＴＡ信号を、画像の１ラインご
とにシリアル／パラレル変換するためのもので、前記制
御回路１０３より送られる制御信号Ｔｓｆｔに基づいて
動作する（即ち、制御信号Ｔｓｆｔは、シフトレジスタ
１０４のシフトロックであるということもできる。）。
シリアル／パラレル変換された画像１ライン分（電子放
出素子ｎ素子分の駆動データに相当）のデータは、Ｉｄ
１乃至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。

【０１０２】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ための装置であり、
制御回路１０３より送られる制御信号Ｔｍｒｙに従って
適宜Ｉｄ１乃至Ｉｄｎの内容を記憶する。記憶された内
容は、Ｉｄ’１乃至Ｉｄ’ｎとして出力され、変調信号
発生器１０７に入力される。

【０１０３】変調信号発生器１０７は、画像データＩ
ｄ’１乃至Ｉｄ’ｎのそれぞれに応じて表面伝導型電子
放出素子のそれぞれを適切に駆動変調するための信号源
であり、その出力信号は、端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを
通じて表示パネル１０１内の表面伝導型電子放出素子に
印可される。

【０１０４】ここで、前述した表面伝導型電子放出素子
は放出電流Ｉｅに対して以下の基本特性を有している。
即ち、電子放出には明確なしきい値電圧Ｖｔｈがあり、
Ｖｔｈ以上の電圧を印可されたときのみ電子放出が生じ
る。電子放出しきい値以上の電圧に対しては、素子への
印可電圧の変化に応じて放出電流も変化する。この事か
ら、本素子にパルス状の電圧を印可する場合、例えば電
子放出しきい値未満の電圧を印可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可する場合は
電子ビームが出力される。その際、パルスの波高値Ｖｍ
を変化させることにより出力電子ビームの強度を制御す
ることが可能である。また、パルス幅Ｐｗを変化させる
ことにより出力される電子ビームの電荷量を制御するこ
とが可能である。従って、入力信号に応じて、電子放出
素子を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅
変調方式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際
しては、変調信号発生器１０７として、一定長さの電圧
パルスを発生し、入力されるデータに応じて適宜パルス
の波高値を変調するような電圧変調方式の回路を用いる
ことができる。

【０１０５】パルス幅変調方式を実施するに際しては、
変調信号発生器１０７として、一定の波高値の電圧パル
スを発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パルス
の幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を用いる
ことができる。

【０１０６】シフトレジスタ１０４やラインメモリ１０
５は、デジタル信号式のものもアナログ信号式のものを
も採用できる。画像信号のシリアル／パラレル変化や記
憶が所定の速度で行われれば良いからである。

【０１０７】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路１０６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化
する必要があるが、これには同期信号分離回路１０６の
出力部にＡ／Ｄ変換器を設ければ良い。これに関連して
ラインメモリ１０５の出力信号がデジタル信号かアナロ
グ信号かにより、変調信号発生器１０７に用いられる回
路が若干異なったものとなる。即ち、デジタル信号を用
いた電圧変調方式の場合、変調信号発生器１０７には、
例えばＤ／Ａ変換回路を用い、必要に応じて増幅回路な
どを付加する。パルス幅変調方式の場合、変調信号発生
器１０７には、例えば高速の発振器及び発振器の出力す
る波数を計数する計数器（カウンタ）及び計数器の出力
値と前記メモリの出力値を比較する比較器（コンパレー
タ）を組み合わせた回路を用いる。必要に応じて、比較
器の出力するパルス幅変調された変調信号を表面伝導型
電子放出素子の駆動電圧にまで電圧増幅するための増幅
器を付加することもできる。

【０１０８】アナログ信号を用いた電圧変調方式の場
合、変調信号発生器１０７には、例えばオペアンプなど
を用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフ
ト回路などを付加することもできる。パルス幅変調方式
の場合には、例えば、電圧制御型発振回路（ＶＯＣ）を
採用でき、必要に応じて表面伝導型電子放出素子の駆動
電圧まで電圧増幅するための増幅器を付加することもで
きる。

【０１０９】このような構成をとり得る本発明を適用可
能な画像表示装置においては、各電子放出素子に、容器
外端子Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ、Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎを
介して電圧を印可することにより、電子放出が生ずる。
高圧端子Ｈｖを介してメタルバック８５、あるいは透明
電極（不図示）に高圧を印可し、電子ビームを加速す
る。加速された電子は、蛍光膜８４に衝突し、発光が生
じて画像が形成される。

【０１１０】次に、上述した電子源形成用基板を用いて
形成された電子源のさらに別の実施形態として、上述し
た図１で示される電子源形成用基板上に複数の電子がは
しご型配置された電子源およびかかる電子源を用いた画
像形成装置を図１３及び図１４を用いて説明する。

【０１１１】図１３は、はしご型配置の電子源の一例を
示す模式図である。図１３おいて、１１０は前記第１の
層と第２の層が予め形成された基板、１１１は表面伝導
型電子放出素子である。１１２（Ｄｘ１乃至Ｄｘ１０）
は、表面伝導型電子放出素子１１１を接続するための共
通配線である。

【０１１２】表面伝導型電子放出素子１１１は、基板１
１０上に、Ｘ方向に並列に複数個配されている（これを
素子行と呼ぶ）。この素子行が複数個配されて、電子源
を構成している。各素子行の共通配線間に駆動電圧を印
可することで、各素子行を独立に駆動させることができ
る。即ち、電子ビームを放出させたい素子行には、電子
放出しきい値以上の電圧を、電子ビームを放出しない素
子行には、電子放出しきい値未満の電圧を印可する。各
素子行間の共通配線Ｄｘ２乃至Ｄｘ９は、例えばＤｘ
２、Ｄｘ３を同一配線とすることもできる。

【０１１３】図１４は、はしご型配置の電子源を備えた
画像形成装置におけるパネル構造の一例を示す模式図で
ある。１２０はグリッド電極、１２１は電子が通過する
ため開口、１２２はＤｏｘ１，Ｄｏｘ２，…，Ｄｏｘｍ
よりなる容器外端子である。１２３は、グリッド電極１
２０と接続されたＧ１，Ｇ２，…，Ｇｎからなる容器外
端子、１１０は各素子行間の共通配線を同一配線とした
電子源基板である。

【０１１４】図１４においては、図８、図１３に示した
部位と同じ部位には、同じ符号を付している。図８に示
した単純マトリクス配置の画像形成装置との大きな違い
は、電子源基板１１０とフェースプレート８６の間にグ
リッド電極１２０を備えているか否かである。

【０１１５】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ためのものであり、は
しご型配置の素子行と直交して設けられたストライプ状
の電極に電子ビームを通過させるため、各素子に対応し
て１個ずつ円形の開口１２１が設けられている。この開
口１２１としては、例えばメッシュ上に多数の通過口を
設けることもでき、グリッドを電子放出素子の周囲や近
傍に設けることもできる。

【０１１６】容器外端子１２２及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。

【０１１７】本例の画像形成装置では、素子行を１列ず
つ順次駆動（走査）していくのと同期してグリッド電極
列に画像１ライン分の変調信号を同時に印可する。これ
により、各電子ビームの蛍光体への照射を制御し、画像
を１ラインずつ表示することができる。

【０１１８】ここで述べた２種類の画像形成装置の構成
は、本発明を適用可能な画像形成装置の一例であり、本
発明の技術思想に基づいて種々の変形が可能である。入
力信号についてはＮＴＳＣ方式を挙げたが、入力信号は
これに限られるものではなく、ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭ方式
など他、これよりも、多数の走査線からなるＴＶ信号
（例えば、高品位ＴＶ）方式をも採用できる。

【０１１９】本発明の画像形成装置は、テレビジョン放
送の表示装置、テレビ会議システムやコンピューター等
の表示装置の他、感光性ドラム等を用いて構成された光
プリンターとしての画像形成装置等としても用いること
ができる。

【０１２０】

【実施例】以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳し
く説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の目的が達成される範囲内での各要素
の置換や設計変更がなされたものをも包含する。

【０１２１】尚、以下の実施例におけるナトリウム濃度
の分析は、ＳＩＭＳ分析装置（ＰｈｙｓｉｃａｌＥｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社製６６５０）を用いた。測定
は、電極間の２μｍ×４μｍの範囲をＯ２＋イオンビー
ムを６ｋｅＶであててスパッタして出てきたプラスの二
次イオンを質量分析して、深さ方向の各イオンの濃度を
定量化した。

【０１２２】（実施例１）本実施例では、図２の
（ａ），（ｂ）に示す電子源を、図５の（ａ）〜（ｄ）
に示す製造工程に従って作製した。尚、本実施例、及び
後述する実施例、比較例とも、同一基板上にそれぞれ６
素子ずつ作製して、Ｎａ拡散抑制効果の再現性について
も検討した。

【０１２３】（１）まず、図１に示した電子源形成用基
板を作成する（図５の（ａ））。

【０１２４】高歪み点ガラス（ＳｉＯ₂：５８％、Ｎａ₂
Ｏ：４％、Ｋ₂Ｏ：７％を含む）を良く洗浄し、その上
に以下に示す膜を作った。

【０１２５】成膜の方法は、スリットコーターと呼ばれ
る装置を用いて各材料溶液を塗布し、ホットプレートを
用いて８０℃の乾燥を行ったのち、オーブンで５００
℃、６０ｍｉｎの焼成を行った。

【０１２６】ＳｎＯ₂にＰを２ａｔｍ％添加して約７０
０℃で焼成したものを粉砕した微粒子を、水、エタノー
ルを主とした溶媒に分散させる。分散した粒子のメジア
ン値で表される平均粒子径は、５５ｎｍであった。更に
ＳｎＯ₂に対してＳｉＯ₂が約１５ｗｔ％となるようにシ
ラノール溶液を添加したものを、第１の層となる膜の塗
布液とした。乾燥焼成後の残存固形分は、約５ｗｔ％で
ある。なお成膜後の膜厚は３６０ｎｍであった。この膜
材料を以下ではＡ種と呼ぶことにする。

【０１２７】第２の層となる膜は、有機珪素化合物溶液
を用いた。焼成後の固形分としては約２ｗｔ％である。
成膜後の膜厚は６０ｎｍであった。

【０１２８】（２）次に、上記電子源形成用基板上に、
素子電極２、３を形成する（図５の（ｂ））。

【０１２９】まず、上述の基板上にフォトレジスト層を
形成し、フォトリソグラフィー技術により、フォトレジ
スト層に素子電極の形状に対応する開口部を形成した。
この上にスパッタ法により、Ｔｉ５ｎｍ、Ｐｔ１００ｎ
ｍを成膜し、有機溶剤で上記フォトレジスト層を融解除
去し、リフトオフにより、素子電極２、３を形成した。
このとき、図２の（ａ）に示される、素子電極間隔Ｌは
２０μｍ、電極長さＷは６００μｍとした。

【０１３０】（３）次に、上記各一対の素子電極２，３
間に、導電性膜４を形成する（図５の（ｃ））。

【０１３１】まず、有機パラジウム含有溶液を、バブル
ジェット（登録商標）方式のインクジェット噴射装置を
用いて、幅が９０μｍとなるよう付与して行った。その
後３５０℃で３０分間の加熱処理を行って、酸化パラジ
ウム微粒子からなる導電性膜４を得た。

【０１３２】次に、上記素子電極に電圧を接続するため
にスクリーン印刷で配線を形成した。配線材料は、ノリ
タケ機材社製のＮＰ−４０３５Ｃ銀ペーストを用いて印
刷後、４８０℃で焼成を行った。

【０１３３】以上のようにして作成した電子源のフォー
ミング・活性化を行った（図５の（ｄ））。

【０１３４】本来最終的に電子放出素子を備えたパネル
を作成するにはこの後も多くの熱工程がかかってくる
が、実験の便宜上ここでは上記の４８０℃焼成を３回通
すことでそれの代用とした。

【０１３５】以上の工程で作成した、素子の電極間中央
部の表面ナトリウム濃度（約３０ｎｍ付近）を分析した
ところ、１×１０¹⁹ａｔｏｍ／ｃｍ³となっていた。こ
れは高歪み点ガラス中のナトリウム濃度１×１０²¹ａｔ
ｏｍ／ｃｍ³と比較して１００分の１に低下しており、
ナトリウムブロック効果が大きい事がわかった。

【０１３６】（実施例２〜４、比較例１）実施例１と同
様に、以下に示すような膜を作成し、ナトリウムの濃度
を測定した。

【０１３７】

【表１】

【０１３８】実施例２〜４では、効果的にナトリウムが
ブロックされている事がわかる。しかし、比較例１では
下層がないため、ナトリウムがほとんどブロックされて
いない。

【０１３９】また、実施例３，４では上層の膜厚が最適
な範囲から外れるために、結果としてナトリウムブロッ
クの効果が実施例１および実施例２と比較して少ない。
なお、電子放出特性の寿命という観点から、表面ナトリ
ウム濃度（約３０ｎｍ付近）が２×１０¹⁹ａｔｏｍ／ｃ
ｍ³以下である事が特に望ましい。

【０１４０】また、実施例３においては配線材料である
銀の拡散量が他と比べて一桁ほど高くなっていた。

【０１４１】（実施例５、比較例２）実施例１〜４と同
じようにナトリウムブロック層を形成した後、電極、配
線を形成し、熱工程を施したサンプルの表面ナトリウム
濃度（約３０ｎｍ付近）を測定した。

【０１４２】実施例１〜４と違うのは、実施例５ではＳ
ｎＯ₂の粉砕条件を変えて、メジアン値で表される平均
粒子径が１８ｎｍにし、比較例２では１２０ｎｍとなる
ようにした。

【０１４３】その結果、実施例５においては、表面ナト
リウム濃度（約３０ｎｍ付近）は４×１０¹⁸ａｔｏｍ／
ｃｍ³となりナトリウムブロック効果がより高い事がわ
かった。

【０１４４】一方、比較例２においては二層膜を形成し
た後の表面の平滑性が悪く、電極、配線の基板への密着
性が悪くうまく素子を作ることができなかった。

【０１４５】また、参考までにＳｎＯ₂のメジアン値で
表される平均粒子径を５ｎｍ以下にしようとしたが、時
間とコストが非常にかかりうまく行かなかった。

【０１４６】以上のことから、第１の層の金属酸化物粒
子のメジアン値で表される平均粒子径は６ｎｍ〜６０ｎ
ｍの範囲が好ましく、１５ｎｍ〜３０ｎｍの範囲である
のが特に好ましいと思われる。

【０１４７】（実施例６）第１の層（下層）にＰの代わ
りにアンチモンを２％ドープしたサンプルを実施例１と
同様に作成して表面ナトリウム濃度（約３０ｎｍ付近）
を測定した。

【０１４８】その結果、表面ナトリウム濃度（約３０ｎ
ｍ付近）は、１×１０²⁰ａｔｏｍ／ｃｍ³となり、実施
例１に比較するとナトリウムブロック効果が低下した。

【０１４９】（実施例７）本実施例では、実施例１で形
成した基板を用いてその上に、図２に示した表面伝導型
電子放出素子を図１５に示すように複数形成し、電子源
を作成した。そして、この電子源を用いて図８に示した
ような画像形成装置を製造した。

【０１５０】以下、本実施例における電子源の製造プロ
セスを図１６を用いて説明する。

【０１５１】先ず、図１６（ａ）のように、実施例１で
形成した基板７１上に対電極２、３を複数対配置した。

【０１５２】次に、先の実施例で用いた導電性銀ペース
トを電極２の一部を覆うように前述のスクリーン印刷法
により形成した。その後、焼成を行い、幅１００μｍ、
厚み１２μｍのＹ方向配線７３を形成した（図１６
（ｂ））。

【０１５３】次に、Ｙ方向配線７３と直交する方向に層
間絶縁層７４をスクリーン印刷法により塗布し、焼成す
ることで形成した。ここで使用した絶縁性ペースト（イ
ンキ）材料は、酸化鉛を主成分としてガラスバインダー
及び樹脂を混合したペースト（インキ）を用いた。この
印刷、焼成を４回繰り返し行い櫛歯状の層間絶縁層７４
を形成した（図１６（ｃ））。

【０１５４】次に、層間絶縁層７４上に、先の実施例で
用いた導電性銀ペースト（インキ）を電極３の一部を覆
うようにスクリーン印刷法により形成した。その後、焼
成を行い、幅１００μｍ、厚さ１２μｍのＸ方向配線７
２を形成した（図１６（ｄ））。

【０１５５】以上により、層間絶縁層７４を介し、スト
ライプ状のＹ方向配線（下配線）７３とストライプ状の
Ｘ方向配線（上配線）７２が直交したマトリクス配線が
形成される。

【０１５６】次に、上記各一対の素子電極２，３間に、
導電性膜４を形成した。有機パラジウム含有溶液を、バ
ブルジェット方式のインクジェット噴射装置を用いて、
幅が１００μｍとなるよう付与して行った。その後３０
０℃で３０分間の加熱処理を行って、酸化パラジウム微
粒子からなる導電性膜４を得た（図１６（ｅ））。

【０１５７】以上のようにして作成した電子源７１のフ
ォーミング・活性化を行い、パネル化して、駆動した。

【０１５８】具体的には、電子源７１をリアプレート８
１上に固定し、このリアプレートの上方に、３原色
（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の蛍光体を有するフェイスプレート８６
を位置合わせするとともに、フェースプレートとリアプ
レート間にフリットガラスを予め接合部に設けた高さ２
ｍｍの外枠８２を配置した。その後、真空チャンバー中
で加熱しながら加圧することで、各部材を接合（封着）
することで、外囲器（気密容器）８８を形成した（図
８）。

【０１５９】そして、この気密容器（画像形成装置）を
駆動回路に接続して駆動したところ、長時間に渡り極め
て良好な画像を表示することができた。尚、表面付近で
のナトリウム濃度が特に２×１０¹⁹ａｔｏｍ／ｃｍ³程
度以下なら同様に長時間に渡り極めて良好な画像を表示
することができた。

【０１６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明により次の
ような効果が得られる。

【０１６１】本発明は、安価で効果的に基板からのＮａ
の拡散を防止する事ができ、Ｎａの拡散を原因とする電
子放出素子の電子放出特性の経時的変化が低減される電
子源形成用基板、電子源及び画像表示装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子源形成用基板の一例を示す模式的
断面図である。

【図２】本発明の電子源の一例を示す模式図であり、
（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図３】本発明の電子源に適用される表面伝導型電子放
出素子の一例を示す模式的部分拡大図であり、（ａ）は
平面図、（ｂ）は断面図である。

【図４】本発明の電子源に適用される表面伝導型電子放
出素子の別の例を示す模式的部分拡大図であり、（ａ）
は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図５】本発明に係る電子源の製造手順を説明するため
の模式図である。

【図６】本発明に係る電子源の製造に用いるパルス電圧
波形の模式図である。

【図７】本発明の電子源の一構成例を示す模式図であ
る。

【図８】本発明の画像形成装置の一構成例を示す模式図
である。

【図９】本発明の画像形成装置に用いる蛍光膜の構成を
示す模式図である。

【図１０】駆動回路の一例を示すブロック図である。

【図１１】画像形成装置の製造に用いる装置の概要を示
す模式図である。

【図１２】本発明の画像形成装置の、フォーミング、活
性化工程のための結線方法を示す図である。

【図１３】本発明の電子源の別の構成例を示す模式図で
ある。

【図１４】本発明の画像形成装置の別の構成例を示す模
式図である。

【図１５】実施例７における電子源の構成を示す模式図
である。

【図１６】実施例７における電子源の製造工程を説明す
るための模式図である。

【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（間隙）６第１の層７第２の層８金属酸化物粒子１０基板１１狭い間隙１２炭素膜７１基板７２Ｘ方向配線７３Ｙ方向配線７４層間絶縁層７５結線７６電子放出素子８１リアプレート８２支持枠８３（フェースプレートの）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８８外囲器９１黒色導体９２蛍光体１０１画像形成装置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変調信号発生回路１１０基板１１１電子放出素子１１２共通配線１２０グリッド電極１２１電子が通過するための空孔１２２共通配線と接続された容器外端子１２３グリッド電極と接続された容器外端子１３２排気管１３３真空チャンバー１３４ゲートバルブ１３５排気装置１３６圧力計１３７四重極質量分析器１３８ガス導入ライン１３９導入量制御手段１４０導入物質１４１共通電極１４２電源１４３電流測定用抵抗１４４オシロスコープ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石渡和也東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 5C031 DD17 5C036 EF01 EF06 EG02 EG12 EH06 EH18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子放出素子が配置される電子源形成用
基板であって、基板と、前記基板の前記電子放出素子が
配置される表面に設けられた、メジアン値で表される平
均粒子径が６ｎｍ〜６０ｎｍの範囲の複数の金属酸化物
粒子を含有する絶縁材料膜とを有することを特徴とする
電子源形成用基板。
【請求項２】前記絶縁材料膜は更に、リンを含有して
いる請求項１に記載の電子源形成用基板。
【請求項３】前記絶縁材料膜は更に、リンを１重量部
〜１０重量部含有している請求項１に記載の電子源形成
用基板。
【請求項４】前記絶縁材料膜の厚さは、２００ｎｍ〜
６００ｎｍの範囲である請求項１〜３のいずれかに記載
の電子源形成用基板。
【請求項５】前記絶縁材料膜の厚さは、３００ｎｍ〜
４００ｎｍの範囲である請求項１〜３のいずれかに記載
の電子源形成用基板。
【請求項６】前記絶縁材料膜上に更に、絶縁材料から
なる膜が積層されている請求項１〜５のいずれかに記載
の電子源形成用基板。
【請求項７】前記絶縁材料からなる膜の厚さは、２０
ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲である請求項６に記載の電子源
形成用基板。
【請求項８】前記絶縁材料からなる膜の厚さは、４０
ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である請求項６に記載の電子源
形成用基板。
【請求項９】電子放出素子が配置される電子源形成用
基板であって、基板と、前記基板の前記電子放出素子が
配置される表面に設けられた、メジアン値で表される平
均粒子径が６ｎｍ〜６０ｎｍの範囲の複数の金属酸化物
粒子を含有するＳｉＯ₂膜とを有することを特徴とする
電子源形成用基板。
【請求項１０】前記ＳｉＯ₂膜は更に、リンを含有し
ている請求項９に記載の電子源形成用基板。
【請求項１１】前記ＳｉＯ₂膜は更に、リンを１重量
部〜１０重量部含有している請求項９に記載の電子源形
成用基板。
【請求項１２】前記ＳｉＯ₂膜の厚さは、２００ｎｍ
〜６００ｎｍの範囲である請求項９〜１１のいずれかに
記載の電子源形成用基板。
【請求項１３】前記ＳｉＯ₂膜の厚さは、３００ｎｍ
〜４００ｎｍの範囲である請求項９〜１１のいずれかに
記載の電子源形成用基板。
【請求項１４】前記ＳｉＯ₂膜上に更に、ＳｉＯ₂から
なる膜が積層されている請求項９〜１３のいずれかに記
載の電子源形成用基板。
【請求項１５】前記ＳｉＯ₂からなる膜の厚さは、２
０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲である請求項１４に記載の電
子源形成用基板。
【請求項１６】前記ＳｉＯ₂からなる膜の厚さは、４
０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である請求項１４に記載の電
子源形成用基板。
【請求項１７】前記メジアン値で表される平均粒子径
が１５ｎｍ〜３０ｎｍの範囲である請求項１〜１６のい
ずれかに記載の電子源形成用基板。
【請求項１８】前記金属酸化物粒子は、電子伝導性酸
化物粒子である請求項１〜１７のいずれかに記載の電子
源形成用基板。
【請求項１９】前記金属酸化物粒子は、Ｆｅ、Ｎｉ、
Ｃｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｒｅから選ばれ
る金属の酸化物粒子である請求項１〜１７のいずれかに
記載の電子源形成用基板。
【請求項２０】前記金属酸化物粒子は、ＳｎＯ₂の粒
子である請求項１〜１７のいずれかに記載の電子源形成
用基板。
【請求項２１】前記基板は、ナトリウムを含有する基
板である請求項１〜２０のいずれかに記載の電子源形成
用基板。
【請求項２２】基板と、前記基板上に配置された、電
子放出素子とを備える電子源であって、前記基板が、請
求項１〜２１のいずれかに記載された電子源形成用基板
であることを特徴とする電子源。
【請求項２３】前記電子放出素子は、電子放出部を含
む導電性膜を備える電子放出素子である請求項２２に記
載の電子源。
【請求項２４】前記電子放出素子の複数が、複数の行
方向配線及び複数の列方向配線とによりマトリクス配線
されている請求項２２又は２３に記載の電子源。
【請求項２５】前記電子放出素子は、一対の電極間
に、電子放出部を含む導電性膜を備える電子放出素子で
ある請求項２２に記載の電子源。
【請求項２６】前記電子放出素子の複数が、複数の行
方向配線及び複数の列方向配線とによりマトリクス配線
されており、前記一対の電極が白金を主成分とする材料
より構成され、かつ、前記配線が、銀を主成分とする材
料より構成されている請求項２５に記載の電子源。
【請求項２７】外囲器と、前記外囲器内に配置され
た、電子放出素子及び前記電子放出素子からの電子の照
射により画像を表示する画像表示部材とを備える画像表
示装置であって、前記電子放出素子が配置されている基
板が、請求項１〜２１のいずれかに記載された電子源形
成用基板であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２８】前記電子放出素子は、電子放出部を含
む導電性膜を備える電子放出素子である請求項２７に記
載の画像表示装置。
【請求項２９】前記電子放出素子の複数が、複数の行
方向配線及び複数の列方向配線とによりマトリクス配線
されている請求項２７又は２８に記載の画像表示装置。
【請求項３０】前記電子放出素子は、一対の電極間
に、電子放出部を含む導電性膜を備える電子放出素子で
ある請求項２７に記載の画像表示装置。
【請求項３１】前記電子放出素子の複数が、複数の行
方向配線及び複数の列方向配線とによりマトリクス配線
されており、前記一対の電極が白金を主成分とする材料
より構成され、かつ、前記配線が、銀を主成分とする材
料より構成されている請求項３０に記載の画像表示装
置。