JP3302255B2 - 電子放出素子、電子源基板および画像形成装置の製造方法 - Google Patents

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、電子
源基板、及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）や表面伝導型電
子放出素子等がある。ＦＥ型の例としては「Ｗ．Ｐ．Ｄ
ｙｋｅ＆Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ、“Ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓ
ｓｉｏｎ”、Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｐｈｙｓｉｃｓ、８、８９（１９５６）」あるいは
「Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ、“Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐｒｏ
ｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌ
ｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ
ｍｏｌｙｂｄｅｎｉｕｍ”、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，４７，５２４８（１９７６）」等が知られてい
る。ＭＩＭ型の例としては「Ｃ．Ａ．Ｍｅａｄ、“Ｔｈ
ｅ Ｔｕｎｎｅｌ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ ａｍｐｌｉｆｉ
ｅｒ”、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、３２、６４６（１
９６１）」等が知られている。

【０００３】表面伝導型電子放出素子型の例としては、
「Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ、Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ．Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓ．、１２９０（１９６５）」等
がある。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 ＳｏｌｉｄＦｉ
ｌｍｓ”、９ ３１７（１９７２）」）、Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／
ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの（「Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａ
ｎｄ Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥＴｒａｎ
ｓ．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。

【０００４】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１２に示す。同図において１は基板である。４は導電
性薄膜で、Ｈ型形状のパターンに、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、
Ｗ’は、０．１ｍｍで設定されている。尚、電子放出部
５の位置及び形状については、不明であるので模式図と
して表わした。

【０００５】従来、これらの表面伝導型電子放出素子に
おいては、電子放出を行なう前に導電性薄膜４に対して
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る。通電
フォーミングとは導電性薄膜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、導電性薄膜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。尚、電子放出部５は導電性薄膜
４の一部に亀裂が発生しその亀裂付近から電子放出が行
なわれる。前記通電フォーミング処理をした表面伝導型
電子放出素子は、導電性薄膜４に電圧を印加し、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。

【０００６】上述の表面伝導型放出素子は構造が単純で
製造も容易であることから大面積にわたり多数素子を配
列形成できる利点がある。そこでこの特徴を生かせるよ
うないろいろな応用が研究されている。例えば、荷電ビ
ーム源、画像表示装置等の表示装置があげられる。

【０００７】また、特開平２−５６８２２号公報に開示
されている電子放出素子の構成を図１３に示す。同図に
おいて１は基板、２及び３は素子電極、４は導電性薄
膜、５は電子放出部である。この電子放出素子の製造方
法としては、様々な方法があるが、例えば基板１に一般
的な真空蒸着技術、フォトリソグラフィ技術により素子
電極２，３を形成する。次いで導電性薄膜４を分散塗布
法等によって形成する。その後、素子電極２，３に電圧
を印加し通電処理を施すことによって電子放出部５を形
成する。

【０００８】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら上記
従来例による製造方法では半導体プロセスを主とする方
法で製造するものであるため、時間がかかり、また、現
行の技術では大面積に電子放出素子を形成することが困
難であり、且つ特殊で高価な製造装置を必要とし、生産
コストが高いといった欠点がある。

【０００９】そこで本発明の目的は短時間に低コスト
で、且つ容易に大面積において電子放出素子を形成する
ことができる表面伝導型電子放出素子並びにそれを有す
る電子源基板及び画像形成装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明では、一対の素子電極間に、導電膜を形成するた
めの材料の溶液を液滴の状態で付与して導電膜を形成
し、そしてこの導電膜に電子放出部を形成する電子放出
素子、電子源基板、あるいは画像形成装置の製造方法に
おいて、複数または単数のノズルを有するインクジェッ
ト方式の液滴付与手段を用い、このノズルを前記素子電
極間のギャップ方向に走行させながら、付与される液滴
によって形成されるドットの直径より短い間隔で複数の
前記材料溶液の液滴を付与することを特徴とする。ここ
で、前記電子放出部の膜厚は、付与する液滴の量、また
は液滴の数によって制御することができる。また、前記
インクジェット方式では圧電素子を用いたもの、熱的エ
ネルギーの付与により気泡を発生させ液滴を吐出させる
方式による前記液滴付与手段を用いることができる。

【００１１】以上の方法により、フォトリソグラフィ技
術を用いることなく導電膜を形成でき、かつ複数のドッ
トでマルチパターン（以下パッド）を形成するため、ア
ライメント精度も高いものを必要とせず、歩留りを向上
させることができる。また、対向する素子電極間のギャ
ップ方向に走査し、走査方向に液滴のドット径より短い
間隔で複数個の液滴を付与してマルチパターンを形成す
るため、例えば、図３（ｃ）のようにギャップ方向に垂
直な方向に配列される多数の素子を形成する場合、その
配列方向に走査し、この走査を、基板ギャップ方向に送
りながら複数回行う場合より短時間で形成できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に本発明の好ましい実施形態を
示す。

【００１３】本発明が対象とする冷陰極電子源として
は、単純な構成であり、製法が容易な表面伝導型電子放
出素子が好適である。

【００１４】図４は本発明の一実施形態に係る基本的な
表面伝導型電子放出素子の構成を示す模式的平面図及び
断面図である。図４において１は基板、２，３は素子電
極、４は導電性薄膜、５は電子放出部である。基板１と
しては、石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量の少ないガ
ラス、青板ガラス、ＳｉＯ₂ を表面に形成したガラス基
板及びアルミナ等のセラミックス基板が用いられる。素
子電極２，３の材料としては一般的な導電体が用いら
れ、例えばＮｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，
Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属あるいは合金、Ｐｄ，Ａｇ，
Ａｕ，ＲｕＯ₂ ，Ｐｄ−Ａｇ等の金属あるいは金属酸化
物とガラス等から構成される印刷導体、Ｉｎ₂ Ｏ₃ −Ｓ
ｎＯ₂ 等の透明導電体、ポリシリコン等の半導体材料等
から適宜選択される。

【００１５】素子電極２，３間の間隔Ｌは好ましくは数
百オングストロームないし数百マイクロメートルであ
る。また素子電極２，３間に印加する電圧は低い方が望
ましく、再現良く作成することが要求されるため、好ま
しい素子電極間隔Ｌは数マイクロメートルないし数十マ
イクロメートルである。素子電極２，３の長さＷ１は電
極の抵抗値、及び電子放出特性から、数マイクロメート
ルないし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ないし数マイ
クロメートルが好ましい。尚、図１の構成に限らず、基
板１上に導電性薄膜４、素子電極２，３の電極を順に形
成させた構成にしてもよい。

【００１６】導電性薄膜４としては、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、適宜設定されるが、好ましく
は数オングストロームないし数千オングストロームで、
特に好ましくは１０オングストロームないし５００オン
グストロームである。そのシート抵抗値は１０の３乗な
いし１０の７乗オーム／□である。

【００１７】導電性薄膜４を構成する材料としては、Ｐ
ｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃ
ｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属、Ｐｄ
Ｏ，ＳｎＯ₂ ，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ，ＰｂＯ，Ｓｂ₂ Ｏ₃ 等の酸
化物があげられる。

【００１８】尚、ここで述べる微粒子膜とは複数の微粒
子が集合した膜であり、その微細構造として、微粒子が
個々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）の膜を指
しており、微粒子の粒径は数オングストロームないし数
千オングストロームであり、好ましくは１０オングスト
ロームないし２００オングストロームである。

【００１９】次に、図面を参照して図４の電子放出素子
の製造方法、特に導電性薄膜４を構成する微粒子膜の形
成方法を詳細に説明する。

【００２０】図１は、導電性薄膜４の形成方法を示す図
であり、図２は導電性薄膜４を形成する材料の液滴のマ
ルチパターン（パッド）を示す図である。

【００２１】図１，２において、６は液滴付与装置、７
は液滴、４は液滴を基板１上に付与した後形成される、
液状あるいは固体状の円形の膜（ドット）である。

【００２２】液滴付与装置６としては、任意の液滴を形
成できる装置であればどのような装置でもかまわない
が、特に十数ｎｇから数十ｎｇ程度の範囲で制御が可能
で、且つ数十ｎｇ程度以上の微少量の液滴が容易に形成
でき、複数のノズルを有するインクジェット方式の装置
がよい。また、液滴の材料としては、液滴が形成できる
状態であればどのような状態でもかまわないが、水、溶
剤等に前述の金属等を分散、溶解した、溶液、有機金属
溶液等が使える。

【００２３】有機溶剤等で充分洗浄し乾燥させた基板１
に、真空蒸着技術及びフォトリソグラフィ技術を用いて
素子電極２，３を形成する。この基板１上に、図２に示
すような複数のドット４を付与してマルチパターン（パ
ッド）を形成する。ここで、ノズルを素子電極２，３の
ギャップ方向に走査して、ドット間隔Ｐ１をドット４の
直径φより短い間隔で複数個付与する。これにより隣接
するドットが重なり、液滴が基板上でのびて幅Ｗ２がほ
ぼ一定になることによりパッドを形成する。尚パッドの
大きさは、幅Ｗ２が素子電極幅Ｗ１以下で、長さＴはギ
ャップ間隔Ｌ１以上であることが好ましく、さらには求
める抵抗値、素子電極の幅及びギャップ幅、アライメン
ト精度により決定される。なお、図２（ｂ）では６個の
液滴により、パッドを形成したが本発明においてはこれ
に限らず複数個であれば良い。また、図２（ｂ）のよう
に一列でなく、図３（ｂ）のように複数列に形成しても
良い。

【００２４】以上の方法で液滴を付与した後、３００度
ないし６００度の温度で加熱処理し、溶媒を蒸発させて
導電性薄膜４を形成する。

【００２５】図４の電子放出素子について説明する。電
子放出部５は導電性薄膜４の一部に形成された高抵抗の
亀裂であり、通電フォーミング等により形成される。ま
た亀裂内には数オングストロームから数百オングストロ
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を構成する物質の少なくとも
一部の元素を含んでいる。また電子放出部５及びその近
傍の導電性薄膜４は炭素あるいは炭素化合物を有するこ
ともある。

【００２６】通電フォーミングと呼ばれる通電処理は素
子電極２，３間に不図示の電源より通電を行い、導電性
薄膜４を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、構造
を変化させた部位を形成させるものである。この局所的
に構造変化させた部位が電子放出部５である。通電フォ
ーミングの電圧波形の例を図５に示す。

【００２７】電圧波形は特にパルス波形が好ましく、パ
ルス波高値が一定の電圧パルスを連続的に印加する場合
（図５（ａ））と、パルス波高値を増加させながら、電
圧パルスを印加する場合（図５（ｂ））とがある。まず
パルス波高値が一定電圧とした場合（図５（ａ））につ
いて説明する。

【００２８】図５（ａ）におけるＴ１及びＴ２は電圧波
形のパルス幅とパルス間隔であり、Ｔ１を１マイクロ秒
〜１０ミリ秒、Ｔ２を１０マイクロ秒〜１００ミリ秒と
し、三角波の波高値（通電フォーミング時のピーク電
圧）は表面伝導型電子放出素子の形態に応じて適宜選択
し、適当な真空度、例えば、１０の−５乗ｔｏｒｒ程度
の真空雰囲気下で、数秒から数十分印加する。尚、素子
電極間に印加する波形は三角波に限定することはなく、
矩形波等所望の波形を用いても良い。

【００２９】図５（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図５
（ａ）と同様であり、三角波の波高値（通電フォーミン
グ時のピーク電圧）は、例えば０．１Ｖステップ程度づ
つ増加させ適当な真空雰囲気下で印加する。

【００３０】尚、この場合の通電フォーミング処理はパ
ルス間隔Ｔ２中に、導電性薄膜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、１Ｍオーム以上の
抵抗を示した時に通電フォーミング終了とする。

【００３１】次に通電フォーミングが終了した素子に活
性化工程と呼ぶ処理を施すことが望ましい。活性化工程
とは、例えば、１０の−４乗〜１０の−５乗ｔｏｒｒ程
度の真空度で、通電フォーミング同様、パルス波高値が
一定の電圧パルスを繰り返し印加する処理のことであ
り、真空中に存在する有機物質に起因する炭素あるいは
炭素化合物を導電性薄膜４上に堆積させ、素子電流Ｉ
ｆ、放出電流Ｉｅを著しく変化させる処理である。活性
化工程は素子電流Ｉｆと放出電流Ｉｅを測定しながら、
例えば、放出電流Ｉｅが飽和した時点で終了する。また
印加する電圧パルスは動作駆動電圧で行うことが好まし
い。

【００３２】尚、ここで炭素あるいは炭素化合物とは、
グラファイト（単結晶、多結晶双方を指す）、非晶質カ
ーボン（非晶質カーボン及び多結晶グラファイトとの混
合物を指す）であり、その膜厚は５００オングストロー
ム以下が好ましく、より好ましくは３００オングストロ
ーム以下である。

【００３３】こうして作成した電子放出素子は、通電フ
ォーミング工程、活性化工程における真空度よりも高い
真空度の雰囲気下に置いて動作駆動させるのが良い。ま
た更に高い真空度の雰囲気下で、８０℃〜１５０℃の加
熱後動作駆動させることが望ましい。フォーミング工
程、活性化処理した真空度より高い真空度とは、例えば
約１０の−６乗以上の真空度であり、より好ましくは超
高真空系であり、新たに炭素あるいは炭素化合物が導電
性薄膜４上にほとんど堆積しない真空度である。こうす
ることによって素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅを安定化さ
せることが可能になる。

【００３４】次に画像形成装置について述べる。画像形
成装置に用いられる電子源基板は複数の表面伝導型電子
放出素子を基板上に配列することにより形成される。表
面伝導型電子放出素子の配列の方式としては、表面伝導
型電子放出素子を並列に配置し、個々の素子の両端を配
線で接続するはしご型配置（以下、はしご型配置電子源
基板と呼ぶ）や、表面伝導型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単純
マトリクス配置（以下、マトリクス型配置電子源基板と
呼ぶ）があげられる。尚、はしご型配置電子源基板を有
する画像形成装置には電子放出素子からの電子の飛翔を
制御する電極である制御電極（グリッド電極）を必要と
する。

【００３５】以下単純マトリクス配置の電子源の構成に
ついて、図６を用いて説明する。６１は電子源基板、６
２はＸ方向配線、６３はＹ方向配線、６４は表面伝導型
電子放出素子、６５は結線である。電子源基板６１に用
いる基板は前述したガラス基板等であり、用途に応じて
形状が適宜設定される。ｍ本のＸ方向配線６２は、ＤＸ
１，ＤＸ２，・・・・・・ＤＸｍからなり、Ｙ方向配線６３は
ＤＹ１，ＤＹ２，・・・・・・ＤＹｎのｎ本の配線よりなる。
また多数の表面伝導型素子６４にほぼ均等な電圧が供給
されるように材料、膜厚、配線幅が適宜設定される。こ
れらｍ本のＸ方向配線６２とｎ本のＹ方向配線６３間は
不図示の層間絶縁層により電気的に分離されてマトリッ
クス配線を構成する（ｍ，ｎは共に正の整数）。

【００３６】不図示の層間絶縁層はＸ方向配線６２を形
成した基板６１の全面域は一部の所望の領域に形成され
る。Ｘ方向配線６２とＹ方向配線６３はそれぞれ外部端
子として引き出される。更に表面伝導型放出素子６４の
素子電極（不図示）がｍ本のＸ方向配線６２及びｎ本の
Ｙ方向配線６３と結線６５によって電気的に接続されて
いる。また表面伝導型電子放出素子６４は、基板あるい
は不図示の層間絶縁層上のどちらに形成してもよい。

【００３７】また詳しくは後述するが、Ｘ方向配線６２
は、Ｘ方向に配列する表面伝導型放出素子６４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。一方、Ｙ方向配線６３は、Ｙ方向に配列する表面伝
導型放出素子６４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。更に表面伝導型電子放出
素子６４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。これにより、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。

【００３８】次に、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を用いた画像形成装置について、図
７、図８及び図９を用いて説明する。図７は画像形成装
置の表示パネルの基本構成図であり、図８はこれに用い
られる蛍光膜を示す。図９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ブロック図を示す
とともに、その駆動回路を含む画像形成装置を表す。

【００３９】図７において、６１は電子放出素子６４を
基板上に作製した電子源基板、７１は電子源基板６１を
固定したリアプレート、７６はガラス基板７３の内面に
蛍光膜７４とメタルバック７５等が形成されたフェース
プレート、７２は支持枠であり、リアプレート７１、支
持枠７２及びフェースプレート７６を、フリットガラス
等を塗布し、大気中あるいは窒素中で４００〜５００度
で１０分以上焼成することで封着して外囲器７８を構成
する。５は電子放出素子６４の電子放出部、６２，６３
は各表面伝導型電子放出素子６４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。

【００４０】外囲器７８は、上述の如くフェースプレー
ト７６、支持枠７２、リアプレート７１で構成したが、
リアプレート７１は主に電子源基板６１の強度を補強す
る目的で設けられるため、電子源基板６１自体で十分な
強度を持つ場合は別体のリアプレート７１は不要であ
り、電子源基板６１に直接支持枠７２を封着し、フェー
スプレート７６、支持枠７２、電子源基板６１にて外囲
器７８を構成しても良い。またさらにはフェースプレー
ト７６、リアプレート７１間に、スペーサーとよばれる
耐大気圧支持部材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７８にすることもできる。

【００４１】図８中８２は蛍光膜７４を構成する蛍光体
である。蛍光体８２はモノクロームの場合は蛍光体のみ
からなるが、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等
と呼ばれる黒色導電材８１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８２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７４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、通常良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。

【００４２】ガラス基板７３に蛍光体を塗布する方法と
しては、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。また蛍光膜７４（図７）の内面側には通
常、メタルバック７５（図７）が設けられる。メタルバ
ック７５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７６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の役割を有する。
メタルバック７５は蛍光膜７４の作製後、蛍光膜７４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。

【００４３】フェースプレート７６には、更に蛍光膜７
４の導電性を高めるため、蛍光膜７４の外面側に透明電
極（不図示）を設けてもよい。

【００４４】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ならず、十
分な位置合わせを行う必要がある。

【００４５】外囲器７８は不図示の排気管を通じ、１０
^-7ｔｏｒｒ程度の真空度にされ、封止が行われる。

【００４６】また外囲器７８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
７８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７８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１×１０^-5
ｔｏｒｒないし１×１０^-7ｔｏｒｒの真空度を維持する
ものである。尚、表面伝導型電子放出素子の通電フォー
ミング以降の工程は適宜設定される。

【００４７】次に、単純マトリクス配置型基板を有する
電子源を用いて構成したこの表示パネルを駆動して、Ｎ
ＴＳＣ方式のテレビ信号に基づきテレビジョン表示を行
うための駆動回路の概略構成を図９を用いて説明する。
９１は前記表示パネル、９２は走査回路、９３は制御回
路、９４はシフトレジスタ、９５はラインメモリ、９６
は同期信号分離回路、９７は変調信号発生器、Ｖｘ及び
Ｖａは直流電圧源である。

【００４８】以下、各部の機能を説明するが、まず表示
パネル９１は、端子Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍ及び端子Ｄ
ｏｙ１ないし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。このうち端子Ｄｏｘ１ないし
Ｄｏｘｍには表示パネル９１内に設けられている電子
源、すなわちＭ行Ｎ列の行列状にマトリクス配線された
表面伝導型電子放出素子群を一行（Ｎ素子）ずつ順次駆
動してゆくための走査信号が印加される。一方、端子Ｄ
ｏｙ１ないしＤｏｙｎには前記走査信号により選択され
た一行の表面伝導型電子放出素子の各素子の出力電子ビ
ームを制御するため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、例えば１０Ｋ［Ｖ］
の直流電圧が供給されるが、これは表面伝導型電子放出
素子より出力される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。

【００４９】次に走査回路９２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９１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９３が出力する制御信号Ｔｓｃａｎに基
づいて動作するものだが、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ことにより構成する
ことが可能である。尚、前記直流電圧源Ｖｘは前記表面
伝導型電子放出素子の特性（電子放出しきい値電圧）に
基づき走査されていない素子に印加される駆動電圧が電
子放出しきい値電圧以下となるような一定電圧を出力す
るよう設定されている。

【００５０】また制御回路９３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
作を整合させる働きをもつものである。次に説明する同
期信号分離回路９６より送られる同期信号Ｔｓｙｎｃに
基づいて各部に対してＴｓｃａｎ、Ｔｓｆｔ及びＴｍｒ
ｙの各制御信号を発生する。

【００５１】同期信号分離回路９６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ための回路であり、周波数分離
（フィルター）回路を用いれば構成できるものである。
同期信号分離回路９６により分離された同期信号は良く
知られるように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ＤＡＴＡ信号と表すが、同信号はシフト
レジスタ９４に入力される。

【００５２】シフトレジスタ９４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あり、制御回路
９３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９４
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シフトレジスタ９４よ
り出力される。

【００５３】ラインメモリ９５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記憶装置であり、
制御回路９３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Ｉｄ１ないしＩｄｎとして出力され変調信号発
生器９７に入力される。

【００５４】変調信号発生器９７は前記画像データＩｄ
１ないしＩｄｎの各々に応じて表面伝導型電子放出素子
の各々を適切に駆動変調するための信号源であり、その
出力信号は端子Ｄｏｙ１ないしＤｏｙｎを通じて表示パ
ネル９１内の表面伝導型電子放出素子に印加される。

【００５５】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。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
も変化してゆく。尚、電子放出素子の材料や構成、製造
方法を変えること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ことがいえ
る。

【００５６】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。第二
には、パルスの幅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の総量を制御することが可能であ
る。

【００５７】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
調方式等があげられ、電圧変調方式を実施するには、変
調信号発生器９７として、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９７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。

【００５８】以上に説明した一連の動作により、画像表
示装置は表示パネル９１を用いてテレビジョンの表示を
行える。尚、上記説明中特に記載しなかったが、シフト
レジスタ９４やラインメモリ９５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
行われればよい。

【００５９】デジタル信号式のものを用いる場合には、
同期信号分離回路９６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信
号化する必要があるが、これは同期信号分離回路９６の
出力部にＡ／Ｄ変換器を備えれば可能である。また、こ
れと関連してラインメモリ９５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９７に用い
られる回路が若干異なったものとなる。

【００６０】まずデジタル信号の場合について述べる。
電圧変調方式においては変調信号発生器９７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９７は、例えば高速の発振器、発
振器が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ラインメモリ９５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るこ
とにより構成できる。必要に応じて比較器の出力するパ
ルス幅変調された変調信号を表面伝導型電子放出素子の
駆動電圧にまで電圧増幅するための増幅器を付け加えて
もよい。

【００６１】次にアナログ信号の場合について述べる。
電圧変調方式においては変調信号発生器９７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、
必要に応じて表面伝導型電子放出素子の駆動電圧にまで
電圧増幅するための増幅器を付け加えてもよい。

【００６２】以上のような構成を有する画像表示装置に
おいて、表示パネル９１の各電子放出素子には、容器外
端子Ｄｏｘ１ないしＤｏｘｍ、Ｄｏｙ１ないしＤｏｙｎ
を通じ、電圧を印加することにより、電子放出させると
ともに、高圧端子Ｈｖを通じ、メタルバック７５あるい
は透明電極（不図示）に高圧を印加して電子ビームを加
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。

【００６３】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
めとする商品位ＴＶ）方式でもよい。

【００６４】次に、前述のはしご型配置電子源基板及び
それを用いた画像表示装置について図１０，図１１を用
いて説明する。

【００６５】図１０において、１０１は電子源基板、１
０２は電子放出素子、１０３のＤｘ１〜Ｄｘ１０は電子
放出素子１１０に接続した共通配線である。電子放出素
子１０１は、基板１０１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。この素子行を複数個基
板上に配置し、はしご型電子源基板が構成される。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になる。すなわち、
電子ビームを放出させる素子行には、電子放出しきい値
以上の電圧を印加し、電子ビームを放出させない素子行
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、例えばＤｘ
２，Ｄｘ３を同一配線とするようにしても良い。

【００６６】図１１は、このようなはしご型配置の電子
源を備えた画像形成装置の構造を示す。１１１はグリッ
ド電極、１１２は電子が通過するための空孔、１１３
は、Ｄｏｘ１，Ｄｏｘ２・・・・・・Ｄｏｘｍよりなる容器外
端子、１１４はグリッド電極１１１と接続されたＧ１，
Ｇ２，・・・・・・Ｇｎからなる容器外端子、１１５は前述の
よう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７，１０と同一の符号は同一の部材を
示す。前述の単純マトリクス配置の画像形成装置（図
７）との違いは、電子源基板１１５とフェースプレート
７６の間にグリッド電極１１１を備えていることであ
る。

【００６７】グリッド電極１１１は、表面伝導型放出素
子から放出された電子ビームを変調することができるも
ので、はしご型配置の素子行と直交して設けられたスト
ライプ状の電極に電子ビームを通過させるため、各素子
１０２に対応して１個ずつ円形の開口１１２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１１の
ようなものでなくともよく、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、また例えば表面伝導型
放出素子１０２の周囲や近傍に設けてもよい。

【００６８】容器外端子１１３及びグリッド容器外端子
１１４は、不図示の制御回路と電気的に接続されてい
る。

【００６９】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。

【００７０】これ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
示装置に適した画像形成装置を提供することができる。
さらには感光性ドラム等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。

【００７１】また、かかる画像形成装置は、電子放出素
子として表面伝導型電子放出素子ばかりでなく、ＭＩＭ
型電子放出素子、電界放出型電子放出素子等を用いた冷
陰極電子源にも適用可能である、更には熱電子源による
画像表示装置にも適用することができる。

【００７２】

【実施例】 ［実施例１］次の〜の工程を経て、マトリクス状に
配線された素子電極を基板上に形成し、表面伝導型電子
放出素子を作製した。図１、２はその製造方法を示す図
である。図３（ａ）は本実施例によって作製した表面伝
導型電子放出素子の平面図である。

【００７３】 絶縁基板１として石英基板を用い、こ
れを有機溶剤等により充分に洗浄後、１２０℃で乾燥さ
せた。

【００７４】 次に、基板１上に、一般的な真空成膜
技術及びフォトリソグラフィ技術を用いてＮｉからなる
素子電極２，３を形成した。素子電極のギャップ間隔Ｌ
１は２００μｍ、素子電極の幅Ｗ１を６００μｍ、厚さ
ｄを１０００Åとした。

【００７５】 次に、液滴付与装置６としてドット径
φが１００μｍになるように調整した、圧電素子を用い
たインクジェット方式の液滴付与装置を用意し、ギャッ
プ方向に走査して、走査方向に液滴のドット径より短い
５０μｍの間隔で電極２，３の間に有機パラジウム含有
溶液（奥野製薬（株）ｃｃｐ−４２３０）を、図２のよ
うに付与した。このようにして２００μｍのギャップに
対し、１００μｍのドットを、走査方向に５０μｍのピ
ッチＰ１で６つ付与することにより、ドットの重なり合
った部分は広がって、長さ方向のエッジは直線状になっ
た。つまり、幅Ｗ２＝１００μｍ、長さＴ＝３５０μｍ
の一列のドット列（パッド）を形成した。

【００７６】 次に３００℃で１０ｍｉｎ間の加熱処
理をして酸化パラジウム（ＰｄＯ）微粒子からなる微粒
子膜を形成し薄膜４とした。

【００７７】 次に電極２，３の間に電圧を印加し、
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を形成した。

【００７８】以上のような方法で作成した電子源基板で
は、一つのパッドの中で、ドットを重ねて付与すること
により、パッドの幅Ｗ２が一定となり、長さ方向のずれ
による幅Ｗ２のばらつきはなく、さらに塗布むら、膜厚
分布が小さかったため、抵抗のばらつきも小さかった。
また、ＰｄＯからなる微粒子膜のパッドが、素子電極間
のギャップに対して垂直方向、水平方向とも数十μｍの
余裕があるため、アライメントが容易になり、位置ずれ
による欠陥が減少した。

【００７９】また、ギャップ方向に走査して、一度の走
査でパッドを形成するため、短時間で電子源基板を作成
できた。

【００８０】さらに１ドット当たりの液滴数を２とした
ところ、膜厚が約２倍、抵抗が約半分となり、１ドット
当たりの液滴数を変えることにより、所望の導電性薄膜
抵抗を得ることができた。また１ドット当たりの液滴量
を２倍にしたところ、前述の液滴数を２にしたものと同
様の結果が得られ、１ドット当たりの液滴量を変えるこ
とにより、所望の導電性薄膜抵抗を得ることができた。

【００８１】以上より、複数個素子を形成した場合の素
子間のばらつきを小さくすることができて、製造歩留ま
りが向上した。

【００８２】こうして作製された電子源基板を用いて、
前述のフェースプレート、支持枠、リアプレートとで外
囲器を形成し、封止を行い、表示パネル、さらにはテレ
ビジョン表示を行うための駆動回路を有する画像形成装
置を作製したところ、輝度むらや欠陥が少なかった。ま
た薄膜４のパターニングが省略できることから、コスト
を抑えることができた。

【００８３】［実施例２］素子電極幅Ｗ１を６００μ
ｍ、素子電極ギャップ間隔Ｌ１を２００μｍ、素子電極
の厚さｄを１０００Åとして形成したはしご状に配線さ
れた素子電極を有する基板を用い、実施例１と同様の方
法で表面伝導型電子放出素子を作製した。得られた電子
源基板を用いて、実施例１と同様な方法でフェースプレ
ート、支持枠、リアプレートとで外囲器を形成し、封止
を行い画像形成装置を作製した。その結果、実施例１と
同様な効果が得られた。

【００８４】［実施例３］図３（ｂ）は本実施例によっ
て作製した表面伝導型電子放出素子の平面図である。

【００８５】実施例１と同様に、ギャップ間隔Ｌ１が２
００μｍ、電極の幅Ｗ１が６００μｍ、その厚さｄが１
０００Åの素子電極を形成した基板に、有機パラジウム
含有溶液を実施例１と同じ圧電素子を用いたインクジェ
ット噴射装置で付与した。このとき、ノズルをギャップ
に垂直に配置し、ギャップ方向に走査して、走査方向に
５０μｍ間隔で６個のドットを付与し、さらに基板を前
記走査方向に垂直な方向に５０μｍ送り、再びノズルを
ギャップ方向に走査し、走査方向に５０μｍ間隔で図３
（ｂ）のようにドットを付与した。つまり、２００μｍ
のギャップに対し、直径φが１００μｍのドットを、左
右、上下のドットと５０μｍずつ重なるように一列６個
づつ二列付与した。つまり幅Ｗ２＝１５０μｍ、長さＴ
＝３５０μｍの長方形状のパッドを形成した。パッドの
形状以外は実施例１と同様に作製したところ、実施例１
と同様な素子間のばらつきの小さい良好な結果が得られ
た。このことより、パッドの幅Ｗ２は、素子電極幅Ｗ１
以下で、求める抵抗値、素子電極の幅及びギャップ幅を
アライメント精度により決定することができる。

【００８６】［実施例４］実施例１から３で用いた、圧
電素子を用いたインクジェット噴射装置に代え、熱的エ
ネルギーの付与により気泡を発生させ液滴を吐出させる
方式の液滴付与装置を用いたところ、同様の効果が得ら
れた。

【００８７】［実施例５］図３（ｃ）は本実施例の作成
方法を示す平面図である。同図に示すように、素子間隔
Ｐ４が１０００μｍで、実施例１と同様に作成したはし
ご型電子源基板に、ノズルピッチＰ３が２００μｍで６
個のノズルを有する液滴付与装置を用いて、実施例１と
同様の有機含有溶液を塗布する工程において、ノズル列
をギャップ方向と平行に配置し、ノズルに番号をつけ、
１番と６番のノズルから同時に２つの素子に実施例１と
同様に、ノズルをギャップ方向に走査し、走査方向に液
滴のドット径より短い間隔で複数の液滴を付与してマル
チパターン（パッド）を形成したところ、実施例１〜４
同様ばらつきの小さい素子が、１ノズルで塗布した場合
の半分の時間で形成できた。

【００８８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複
数または単数のノズルを有するインクジェット方式の液
滴付与手段を用い、このノズルを前記素子電極間のギャ
ップ方向に走行させながら、付与される液滴によって形
成されるドットの直径より短い間隔で複数の前記材料溶
液の液滴を付与するようにしたため、導電膜を、フォト
リソグラフィ技術を用いることなく、ばらつきも少な
く、また短時間で形成することができる。したがって、
画像形成装置製造の低コスト化と歩留りの向上を図るこ
とができる。さらに、導電膜の幅が一定となるため、画
像形成装置の表示輝度を均一なものとすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係る基本的な表面伝導
型電子放出素子の製造方法を示す模式的断面図である。

【図２】 本発明の一実施形態に係る基本的な表面伝導
型電子放出素子の製造方法を示す模式図である。

【図３】 本発明の実施例１および３に係る表面伝導型
電子放出素子の製造における液滴付与パターンを示す
図。

【図４】 本発明の一実施形態に係る基本的な表面伝導
型電子放出素子の構成図である。

【図５】 本発明に適用しうる通電フォーミングの電圧
波形例を示す図である。

【図６】 本発明を適用しうる単純マトリクス配置の電
子源を示す図である。

【図７】 本発明を適用しうる画像形成装置の表示パネ
ルの概略構成図である。

【図８】 図７の表示パネルの蛍光膜を示す図である。

【図９】 ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて図７の表
示パネルの表示を行うための駆動回路およびその駆動回
路を有する画像表示装置のブロック図である。

【図１０】 本発明を適用しうる梯子配置の電子源を示
す図である。

【図１１】 本発明を適用しうる他の画像形成装置の表
示パネルの概略構成図である。

【図１２】 従来の電子放出素子を示す図である。

【図１３】 従来の他の電子放出素子の構成図である。

【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、６：液滴付与装置、７：液滴、６１：電子源
基板、６２：Ｘ方向配線、６３：Ｙ方向配線、６４：表
面伝導型電子放出素子、６５：結線、７１：リアプレー
ト、７２：支持枠、７３：ガラス基板、７４：蛍光膜、
７５：メタルバック、７６：フェースプレート、７７：
高圧端子、７８：外囲器、８１：黒色導電材、８２：蛍
光体、８３：ガラス基板、９１：表示パネル、９２：走
査回路、９３：制御回路、９４：シフトレジスタ、９
５：ラインメモリ、９６：同期信号分離回路、９７：変
調信号発生器、Ｖｘ及びＶａ：直流電圧源、１０１：電
子源基板、１０２：電子放出素子、１０３：Ｄｘ１〜Ｄ
ｘ１０は前記電子放出素子を配線するための共通配線、
１１１：グリッド電極、１１２：電子が通過するための
空孔、１１３：Ｄｏｘ１，Ｄｏｘ２・・・・・・Ｄｏｘｍより
なる容器外端子、１１４：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、１
１５：電子源基板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 9/02 H05K 3/10 - 3/12 H01B 13/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の素子電極間に、導電膜を形成する
   ための材料の溶液を液滴の状態で付与して導電膜を形成
   し、そしてこの導電膜に電子放出部を形成する電子放出
   素子の製造方法において、複数または単数のノズルを有
   するインクジェット方式の液滴付与手段を用い、このノ
   ズルを前記素子電極間のギャップ方向に走行させなが
   ら、付与される液滴によって形成されるドットの直径よ
   り短い間隔で複数の前記材料溶液の液滴を付与すること
   を特徴とする電子放出素子の製造方法。
2. 【請求項２】 前記電子放出部が形成される導電膜の膜
   厚を、付与する液滴の量、または液滴の数によって制御
   することを特徴とする請求項１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で特に熱的エネ
   ルギーの付与により気泡を発生させ液滴を吐出させる方
   式による前記液滴付与手段を用いることを特徴とする請
   求項１または２記載の電子放出素子の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項１〜３いずれか１つに記載の電子
   放出素子の製造方法を用いて電子源基板を製造すること
   を特徴とする電子源基板の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１〜３いずれか１つに記載の電子
   放出素子の製造方法を用いて画像形成装置を製造するこ
   とを特徴とする画像形成装置の製造方法。