JP2000149770A

JP2000149770A - 表面伝導型電子放出素子、電子源、画像形成装置の製造方法

Info

Publication number: JP2000149770A
Application number: JP31724498A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kojima; 誠小嶋; Kazuhiro Mitsumichi; 和宏三道; Seiji Mishima; 誠治三島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-11-09
Filing date: 1998-11-09
Publication date: 2000-05-30

Abstract

(57)【要約】【課題】高品位な画像形成装置に応用される表面伝導
型電子放出素子の再現性・均一性を高める。【解決手段】一対の素子電極２，３と、電子放出部５
を含む導電性膜４を有する表面伝導型電子放出素子の、
該導電性膜４の形成を、インクジェット装置のヘッドを
温度制御しながら液滴を塗布して行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面伝導型電子放
出素子、該電子放出素子を多数個配置してなる電子源、
該電子源を用いて構成した表示装置や露光装置等の画像
形成装置の製造方法に関する。

【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」と称す。）、金属／絶縁層／金
属型（以下、「ＭＩＭ型」と称す。）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
ａｎｄＷ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“ＦｉｅｌｄＥｍ
ｉｓｓｉｏｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔ
ｒｏｎＰｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）ある
いはＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ， “Ｐｈｙｓｉｃａｌ
Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ−ｆｉｌｍｆｉ
ｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔ
ｈｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａ
ｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）
等に開示されたものが知られている。

【０００４】ＭＩＭ型の例としては、Ｃ．Ａ．Ｍｅａ
ｄ， “ＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＴｕｎｎｅｌ−Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．，３２，６４６（１９６１）等に開示され
たものが知られている。

【０００５】表面伝導型電子放出素子の例としては、
Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，ＲａｄｉｏＥｎｇ．
ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓ．，１０，１２９０（１
９６５）等に開示されたものがある。

【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：“ＴｈｉｎＳｏｌｉｄＦｉ
ｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／
ＳｎＯ₂ 薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌａｎ
ｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥＴｒａｎ
ｓ．ＥＤＣｏｎｆ．”，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
な例として、前述のＭ．ハートウェルの素子構成を図１
７に模式的に示す。同図において１７１は基板である。
１７４は導電性薄膜で、Ｈ型形状のパターンに形成され
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１７５が形成され
る。尚、図中の素子電極１７２、１７３の間隔Ｌは、
０．５〜１ｍｍ、Ｗ’は、０．１ｍｍで設定されてい
る。

【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薄膜１７４を予め
通電フォーミングと呼ばれる通電処理によって電子放出
部１７５を形成するのが一般的であった。即ち、通電フ
ォーミングとは、前記導電性薄膜１７４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１７４を局所的に破壊、
変形もしくは変質させて構造を変化させ、電気的に高抵
抗な状態の電子放出部１７５を形成することである。
尚、電子放出部１７５では導電性薄膜１７４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。

【０００９】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、上述導電性薄膜１７４に電圧を印加
し、素子に電流を流すことにより、上述電子放出部１７
５より電子を放出せしめるものである。

【００１０】上述の表面伝導型電子放出素子は、構造が
単純で製造も容易であるという特徴を有することから、
いろいろな応用が研究されている。例えば、多数の表面
伝導型電子放出素子を配列形成した荷電ビーム源、表示
装置等の画像形成装置への応用が挙げられる。

【００１１】多数の表面伝導型電子放出素子を配列形成
した例としては、並列に表面伝導型電子放出素子を配列
し、個々の素子の両端を配線（共通配線とも呼ぶ）で、
それぞれ結線した行を多数行配列した電子源が挙げられ
る（例えば、特開昭６４−３１３３２号公報、特開平１
−２８３７４９号公報、特開平２−２５７５５２号公
報）。

【００１２】また、特に表示装置等の画像形成装置にお
いては、近年、液晶を用いた平板型表示装置が、ＣＲＴ
に替わって普及してきたが、自発光型でないため、バッ
クライトを持たなければならない等の問題点があり、自
発光型の表示装置の開発が望まれてきた。

【００１３】自発光型表示装置としては、表面伝導型電
子放出素子を多数配置した電子源と、この電子源からの
電子線の照射により可視光を発光する蛍光体とを組み合
わせた表示装置が挙げられる（アメリカ特許第５０６６
８８３号明細書）。

【００１４】さらに、表面伝導型電子放出素子およびこ
れを利用した電子源や画像形成装置を製造するうえで、
特開平８−１７１８５０号公報においては、前記導電性
薄膜の所望の形状のパターニング工程において、リソグ
ラフィー法を用いず、バブルジェット法やピエゾジェッ
ト法等のインクジェット法によって、基体上に有機金属
含有溶液の液滴を付与し、所望の形状の導電性薄膜を形
成する製造方法が提案されている。インクジェット方式
の利点は、基板上に配線等の凹凸が存在する場合でも、
描画が行えるため、基板上の配線を導電ペーストで印刷
で形成するなどの、コストダウンを図ることができる点
などである。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、インク
ジェット装置を利用した表面伝導型電子放出素子の製造
方法では、一基板の描画工程に数分から数十分の時間を
要するため、次のような問題点があった。

【００１６】インクジェット装置構成のうち、インクを
吐出する吐出口や、インクを吐出する直前にインクを溜
めるインク室や、インク室においてインクに圧力を加え
る機構等を含めた部分は特に、ヘッドと呼ばれるが、描
画工程中の周囲の温度変化によって、ヘッドの温度が変
わると、インクの粘性が変化することで、吐出量が変化
するという問題が生じる。また、描画工程中に周囲の温
度変化が無い場合でも、駆動に伴う発熱によって、徐々
にヘッドの温度が変化して、やはり吐出量が変化してし
まう。

【００１７】こうした吐出量の変化は、表面伝導型電子
放出素子の形状、厚みの再現性や均一性を劣化させる要
因であり、得られる電子放出特性にむらが生じていた。

【００１８】従来はこれら問題に対しては、作業環境の
温度を厳密に制御したり、塗布前の予備吐出を長時間行
うことで温度変化を飽和させる、等の処置がとられてい
たが、装置が大掛かりになったり、工程時間が長くなる
等の欠点があった。また、温度変化や特性むらの解消と
いう面においても、不十分であった。

【００１９】本発明は、このような問題点を解決し、電
子放出特性の再現性や均一性を高め得る表面伝導型電子
放出素子の製造方法、及び均一性が高い複数の表面伝導
型電子放出素子を配置した電子源の製造方法、さらには
電子源と蛍光体等の画像形成部材を対向して構成した、
均一性が高く良好な表示品位の画像形成装置の製造方法
を提供することを目的としている。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明の構成は、以下の通りである。

【００２１】すなわち、本発明は、基体上に、一対の電
極と電子放出部を含む導電性膜を有する表面伝導型電子
放出素子の製造方法において、該導電性膜を形成する工
程が、インクジェット装置のヘッドを温度制御して液滴
を塗布する工程を有することを特徴としているものであ
る。

【００２２】本発明の表面伝導型電子放出素子の製造方
法は、さらなる特徴として、「一定の温度に制御された
気体をインクジェット装置のヘッドに通過もしくは循環
させることによって、インクジェット装置のヘッドを温
度制御する」こと、「一定の温度に制御された液体をイ
ンクジェット装置のヘッドに通過もしくは循環させるこ
とによって、インクジェット装置のヘッドを温度制御す
る」こと、「ペルチェ素子を利用して、インクジェット
装置のヘッドを温度制御する」こと、「インクジェット
装置のヘッドの温度制御の温度幅が±０．２℃の範囲内
である」こと、も包含する。

【００２３】また、本発明の電子源の製造方法は、基体
上に、一対の電極と電子放出部を含む導電性膜を有する
表面伝導型電子放出素子が複数配置された電子源の製造
方法において、前記複数の表面伝導型電子放出素子を、
上記本発明の表面伝導型電子放出素子の製造方法によっ
て製造することを特徴としているものである。

【００２４】更に、本発明の画像形成装置の製造方法
は、基体上に一対の電極と電子放出部を含む導電性膜を
有する表面伝導型電子放出素子が複数配置された電子源
と、画像形成部材とを有する画像形成装置の製造方法に
おいて、前記電子源を、上記本発明の電子源の製造方法
によって製造することを特徴としているものである。

【００２５】

【作用】本発明の表面伝導型電子放出素子の製造方法に
よれば、導電性膜を形成するインクジェット方式による
描画工程において、環境温度が変化した場合でも、常に
ヘッドの温度が一定に保たれるように制御することがで
きる。また駆動に伴う発熱による温度変化も抑えること
ができる。したがって、塗布される液滴の量を一定に制
御することができ、形成される導電性膜の形状、厚みの
再現性や均一性が向上する。

【００２６】その結果、特に大面積にわたって多数の表
面伝導型電子放出素子を有する電子源を作製する場合で
も、均一な電子放出特性が得られ、さらには電子源と蛍
光体等の画像形成部材を対向して配置した画像形成装置
においては、均一性が高く良好な表示品位が得られる。

【００２７】

【発明の実施の形態】先ず、本発明を適用可能な表面伝
導型電子放出素子の基本的構成について説明する。

【００２８】図１は、本発明を適用可能な表面伝導型電
子放出素子の一構成例を示す模式図であり、（ａ）は平
面図、（ｂ）は断面図である。図１において、１は基
板、２と３は電極（素子電極）、４は導電性膜、５は電
子放出部である。

【００２９】基板１としては、石英ガラス、Ｎａ等の不
純物含有量を減少させたガラス、青板ガラス、青板ガラ
スにスパッタ法等によりＳｉＯ₂ を積層した積層体、ア
ルミナ等のセラミックス及びＳｉ基板等を用いることが
できる。

【００３０】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等の金属或は合金及びＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｕ
Ｏ₂ 、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
導電体及びポリシリコン等の半導体導体材料等から適宜
選択することができる。

【００３１】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、数百ｎｍから数
百μｍの範囲とすることができ、より好ましくは、素子
電極間に印加する電圧等を考慮して数μｍから数十μｍ
の範囲とすることができる。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、数μｍから数百μｍ
の範囲とすることができる。素子電極２，３の膜厚ｄ
は、数十ｎｍから数μｍの範囲とすることができる。

【００３２】尚、図１に示した構成とは別に、基板１上
に、導電性膜４、素子電極２，３の順に形成した構成と
することもできる。

【００３３】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、数
Å〜数百ｎｍの範囲とするのが好ましく、より好ましく
は１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲とするのが良い。その抵抗値
は、Ｒｓが１０² Ωから１０⁷ Ωの値であるのが好まし
い。なお、Ｒｓは、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）と置いたとき
に現れる値である。

【００３４】導電性膜４を構成する材料は、例えば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、ＨｆＢ₂ 、ＺｒＢ₂ 、ＬａＢ₆ 、ＣｅＢ₆ 、ＹＢ
₄ 、ＧｄＢ₄ 等の硼化物、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、Ｔ
ａＣ、ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ、ＺｒＮ、Ｈｆ
Ｎ等の窒化物、カーボン等の中から適宜選択される。

【００３５】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（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、数Å〜数百ｎｍの範囲、好ま
しくは、１ｎｍ〜２０ｎｍの範囲である。

【００３６】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により構成され、導電性膜４の膜
厚、膜質、材料及び後述する通電フォーミング等の手法
等に依存したものとなる。電子放出部５の内部には、数
Åから数十ｎｍの範囲の粒径の導電性微粒子が存在する
場合もある。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、亀裂の先端部及びその近傍の導電性膜
４には、炭素及び炭素化合物を含む膜を有することもで
きる。

【００３７】次に、図２を参照しながら本発明の表面伝
導型電子放出素子の製造方法を説明する。図２において
も、図１に示した部位と同じ部位には図１に付した符号
と同一の符号を付している。

【００３８】基板１上に素子電極２，３を対向して形成
する（図２（ａ））。素子電極２，３の形成は、素子電
極材料を真空蒸着法、スパッタリング法等により成膜
し、リフトオフ、エッチング等によりパターニングする
方法、または、素子電極材料を含むペーストを印刷し焼
成する方法等により形成される。

【００３９】素子電極２，３が形成された基板１上に、
インクジェット方式の装置８を用いて、導電性膜４を形
成する材料を含む液滴９を付与する（図２（ｂ））。

【００４０】インクジェット方式の装置としては、例え
ばバブルジェット方式やピエゾジェット方式の装置を好
適に用いることができる。

【００４１】インクジェット装置によって付与する液滴
の数は、１つの導電性膜の形成に対して単数であっても
複数であってもよい。単数の場合は複数の場合に比べて
製造時間が短縮できる。一方、複数の場合は、１つの液
滴の量に加えて液滴の数によって導電性膜の膜厚を制御
することができ、形成する導電性膜の形状およびパター
ン精度をより高めることができる。また、１つの導電性
膜の形成に対して付与する液滴数が単数、複数にかかわ
らず、一対の素子電極２，３に対して２カ所以上に液滴
を付与して導電性膜を形成してもよい。

【００４２】液滴として付与される溶液は、導電性膜４
を形成する材料を水もしくは水と有機溶剤の混合溶媒に
分散または溶解した溶液等が望ましいが、導電性膜４を
形成する材料を有機溶剤に分散または溶解した溶液も同
様に用いることができる。

【００４３】またインクジェット装置のヘッド部分に
は、温度を一定に保つ機構が付与される。温度を一定に
保つ機構としては、特に限定されるものではないが、ヘ
ッド近傍における占有体積がなるべく小さく、ヘッドに
振動を与えない構成のものが好ましい。図３〜５に、そ
の例を示す。

【００４４】図３は、温度を一定に保ったガスを、イン
クジェット装置のヘッド部に通過させることで、ヘッド
８の温度を一定に保つ構成のものである。１２はガスボ
ンベであり、Ｎ₂ ガスや圧縮空気を充填したものを用い
ることができる。また、ガスボンベの替わりに、コンプ
レッサー等を利用した空気を送る機構を用いることもで
きる。１３はガスを所望の温度に制御する温調器であ
り、温調器１３を通過したガスによってヘッド８を一定
の温度に調整することができる。

【００４５】図４は、温度を一定に保った水等の液体
を、インクジェット装置のヘッド部に循環させること
で、ヘッド８の温度を一定に保つ構成のものである。１
４は液体を一定の温度に制御したうえ、循環させる機能
をもつ温調器である。

【００４６】図５は、温度を一定に保ったペルチェ素子
を、インクジェット装置のヘッド部に隣接して設置する
ことにより、ヘッド８の温度を一定に保つ構成のもので
ある。１８はペルチェ素子であり、制御装置１６によっ
て温度を制御される。１９は熱伝導率の高い金属等で作
られたブロックであり、ペルチェ素子１８とヘッド８と
の間の熱交換をスムーズにするために設けられる。また
冷却器１５で冷却された水を放熱器１７に循環させ、ペ
ルチェ素子１８で発生する熱を放熱し、ペルチェ素子１
８の動作を安定化することが好ましい。

【００４７】このような温度調整機構を設けたインクジ
ェットヘッドにより、導電性膜４を形成する材料を含む
溶液を、一定量安定して付与することができ、形成され
た導電性膜４の形状、厚みの再現性や均一性が向上す
る。

【００４８】また温度制御される温度幅は極力小さいほ
ど好ましいが、本発明者らの実験によると、ヘッド温度
を±０．２℃の温度幅以内に制御されていれば、良好な
均一性を得られる。

【００４９】以上のようにして、導電性膜４を形成する
材料を含む溶液の液滴を付与した後、必要に応じて乾
燥、加熱処理等を行い導電性膜４を形成する（図２
（ｃ））。

【００５０】次にフォーミング処理により電子放出部５
を形成する（図２（ｄ））。フォーミング処理の方法の
一例として通電処理による方法を説明するが、フォーミ
ング処理はこれに限定されるものではなく、導電性膜４
に亀裂を生じさせて高抵抗状態を形成する処理であれば
採用することができる。

【００５１】素子電極２，３に印加通電すると、導電性
膜４に、構造の変化した高抵抗の亀裂からなる電子放出
部５が形成される。通電フォーミングの電圧波形の例を
図６に示す。

【００５２】電圧波形は、特に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
印加する図６（ａ）に示した手法と、パルス波高値を増
加させながらパルスを印加する図６（ｂ）に示した手法
がある。

【００５３】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．〜１００
ｍｓｅｃ．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、表面伝導型電子放出
素子の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加する。パル
ス波形は、三角波に限定されるものではなく、矩形波等
の所望の波形を採用することができる。

【００５４】図６（ｂ）におけるＴ₁ 及びＴ₂ は、図６
（ａ）に示した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ステップ程度づつ、増加させることができる。

【００５５】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
度の電圧を印加し、電流を測定して検知することができ
る。例えば０．１Ｖ程度の電圧印加により流れる電流を
測定し、抵抗値を求めて、１ＭΩ以上の抵抗を示した
時、通電フォーミングを終了させる。

【００５６】フォーミングを終えた素子には活性化工程
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Ｉ_f ，放出電流Ｉ_e が、著し
く変化する工程である。

【００５７】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、素子
電極２，３間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、オイルを使用しない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、前述の素子の形態、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
を挙げることが出来、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。

【００５８】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Ｉ_f ，放出電流Ｉ_e が、著しく変化するように
なる。

【００５９】炭素あるいは炭素化合物とは、例えばグラ
ファイト（いわゆるＨＯＰＧ，ＰＧ，ＧＣを包含するも
ので、ＨＯＰＧはほぼ完全なグラファイト結晶構造、Ｐ
Ｇ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。）であり、
その膜厚は、５０ｎｍ以下の範囲とするのが好ましく、
３０ｎｍ以下の範囲とすることがより好ましい。

【００６０】活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉ_f と
放出電流Ｉ_e を測定しながら、適宜行うことができる。
なおパルス幅、パルス間隔、パルス波高値などは適宜設
定される。

【００６１】このような工程を経て得られた表面伝導型
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
置を挙げることが出来る。

【００６２】前記の活性化工程で、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、上記炭素あるいは炭素化合物がほぼ新
たに堆積しない分圧で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。
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、８０〜２５０℃好ましくは１５０℃以上
で、できるだけ長時間処理するのが望ましいが、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、１．３×１０^-5Ｐａ以下が好ましく、さらには
１．３×１０^-6Ｐａ以下が特に好ましい。

【００６３】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出来る。このような真空雰囲気を
採用することにより、新たな炭素あるいは炭素化合物の
堆積を抑制でき、結果として素子電流Ｉ_f ，放出電流Ｉ
_e が、安定する。

【００６４】上述した工程を経て得られた本発明を適用
可能な表面伝導型電子放出素子の基本特性について、図
７、図８を参照しながら説明する。

【００６５】図７は、真空処理装置の一例を示す模式図
であり、この真空処理装置は測定評価装置としての機能
をも兼ね備えている。図７においても、図１に示した部
位と同じ部位には図１に付した符号と同一の符号を付し
ている。

【００６６】図７において、５５は真空容器であり、５
６は排気ポンプである。真空容器５５内には電子放出素
子が配されている。また、５１は電子放出素子に素子電
圧Ｖ_f を印加するための電源、５０は素子電極２，３間
を流れる素子電流Ｉ_f を測定するための電流計、５４は
素子の電子放出部５より放出される放出電流Ｉ_e を捕捉
するためのアノード電極、５３はアノード電極５４に電
圧を印加するための高圧電源、５２は電子放出部５より
放出される放出電流Ｉ_e を測定するための電流計であ
る。一例として、アノード電極５４の電圧を１ｋＶ〜１
０ｋＶの範囲とし、アノード電極５４と電子放出素子と
の距離Ｈを２ｍｍ〜８ｍｍの範囲として測定を行うこと
ができる。

【００６７】真空容器５５内には、不図示の真空計等の
真空雰囲気下での測定に必要な機器が設けられていて、
所望の真空雰囲気下での測定評価を行えるようになって
いる。排気ポンプ５６は、ターボポンプ、ロータリーポ
ンプ等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により構成されている。
ここに示した電子放出素子基板を配した真空処理装置の
全体は、不図示のヒーターにより加熱できる。従って、
この真空処理装置を用いると、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。

【００６８】図８は、図７に示した真空処理装置を用い
て測定された放出電流Ｉ_e 及び素子電流Ｉ_f と、素子電
圧Ｖ_f との関係を模式的に示した図である。図８におい
ては、放出電流Ｉ_e が素子電流Ｉ_f に比べて著しく小さ
いので、任意単位で示している。尚、縦・横軸ともリニ
アスケールである。

【００６９】図８からも明らかなように、本発明を適用
可能な表面伝導型電子放出素子は、放出電流Ｉ_e に関し
て次の３つの特徴的性質を有する。（ｉ）本素子はある電圧（しきい値電圧と呼ぶ；図８中
のＶ_th）以上の素子電圧を印加すると急激に放出電流Ｉ
_e が増加し、一方しきい値電圧Ｖ_th以下では放出電流Ｉ
_e が殆ど検出されない。つまり、放出電流Ｉ_e に対する
明確なしきい値電圧Ｖ_thを持った非線形素子である。（ｉｉ）放出電流Ｉ_e が素子電圧Ｖ_f に単調増加依存す
るため、放出電流Ｉ_e は素子電圧Ｖ_f で制御できる。（ｉｉｉ）アノード電極５４に捕捉される放出電荷は、
素子電圧Ｖ_f を印加する時間に依存する。つまり、アノ
ード電極５４に捕捉される電荷量は、素子電圧Ｖ_f を印
加する時間により制御できる。

【００７０】以上の説明より理解されるように、本発明
を適用可能な表面伝導型電子放出素子は、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になる。こ
の性質を利用すると複数の表面伝導型電子放出素子を配
して構成した電子源、画像形成装置等、多方面への応用
が可能となる。

【００７１】図８においては、素子電流Ｉ_f が素子電圧
Ｖ_f に対して単調増加する（ＭＩ特性）例を示したが、
素子電流Ｉ_f が素子電圧Ｖ_f に対して電圧制御型負性抵
抗特性（ＶＣＮＲ特性）を示す場合もある（不図示）。
これらの特性は、前述の工程を制御することで制御でき
る。

【００７２】次に、本発明を適用可能な表面伝導型電子
放出素子の応用例について以下に述べる。本発明を適用
可能な表面伝導型電子放出素子を複数個基板上に配列
し、例えば電子源や画像形成装置が構成できる。

【００７３】電子放出素子の配列については、種々のも
のが採用できる。一例として、並列に配置した多数の電
子放出素子の個々を両端で接続し、電子放出素子の行を
多数個配し（行方向と呼ぶ）、この配線と直交する方向
（列方向と呼ぶ）で、該電子放出素子の上方に配した制
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梯子状配置のものがある。これと
は別に、電子放出素子をＸ方向及びＹ方向に行列状に複
数個配し、同じ行に配された複数の電子放出素子の電極
の一方を、Ｘ方向の配線に共通に接続し、同じ列に配さ
れた複数の電子放出素子の電極の他方を、Ｙ方向の配線
に共通に接続するものが挙げられる。このようなものは
所謂単純マトリクス配置である。まず単純マトリクス配
置について以下に詳述する。

【００７４】本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素
子については、前述した通り（ｉ）乃至（ｉｉｉ）の特
性がある。即ち、表面伝導型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幅で制御できる。一方、
しきい値電圧以下では、殆ど放出されない。この特性に
よれば、多数の表面伝導型電子放出素子を配置した場合
においても、個々の素子にパルス状電圧を適宜印加すれ
ば、入力信号に応じて、表面伝導型電子放出素子を選択
して電子放出量を制御できる。

【００７５】以下この原理に基づき、本発明を適用可能
な表面伝導型電子放出素子を複数配して得られる電子源
基板について、図９を用いて説明する。図９において、
７１は電子源基板、７２はＸ方向配線、７３はＹ方向配
線である。７４は表面伝導型電子放出素子、７５は結線
である。

【００７６】ｍ本のＸ方向配線７２は、Ｄ_x1，Ｄ_x2，…
…，Ｄ_xm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。配線の材料、膜厚、幅は適宜設計される。Ｙ方向配
線７３は、Ｄ_y1，Ｄ_y2，……，Ｄ_ynのｎ本の配線よりな
り、Ｘ方向配線７２と同様に形成される。これらｍ本の
Ｘ方向配線７２とｎ本のＹ方向配線７３との間には、不
図示の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）。

【００７７】不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等を用いて形成されたＳｉＯ₂ 等で構成
される。例えば、Ｘ方向配線７２を形成した基板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。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。

【００７８】表面伝導型電子放出素子７４を構成する一
対の素子電極（不図示）は、ｍ本のＸ方向配線７２とｎ
本のＹ方向配線７３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。

【００７９】配線７２と配線７３を構成する材料、結線
７５を構成する材料及び一対の素子電極を構成する材料
は、その構成元素の一部あるいは全部が同一であって
も、また夫々異なってもよい。これらの材料は、例えば
前述の素子電極の材料より適宜選択される。素子電極を
構成する材料と配線材料が同一である場合には、素子電
極に接続した配線は素子電極ということもできる。

【００８０】Ｘ方向配線７２には、Ｘ方向に配列した電
子放出素子７４の行を選択するための走査信号を印加す
る不図示の走査信号印加手段が接続される。一方、Ｙ方
向配線７３には、Ｙ方向に配列した表面伝導型電子放出
素子７４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。

【００８１】上記構成においては、単純なマトリクス配
線を用いて、個別の素子を選択し、独立に駆動可能とす
ることができる。

【００８２】このような単純マトリクス配置の電子源を
用いて構成した画像形成装置について、図１０と図１１
及び図１２を用いて説明する。図１０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１１は、図
１０の画像形成装置に使用される蛍光膜の模式図であ
る。図１２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。

【００８３】図１０において、７１は電子放出素子を複
数配した電子源基板、８１は電子源基板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８
４とメタルバック８５等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がフリットガラス
等を用いて接続されている。８８は外囲器であり、例え
ば大気中あるいは窒素中で、４００〜５００℃の温度範
囲で１０分以上焼成することで、封着して構成される。

【００８４】７４は、図１に示したような電子放出素子
である。７２，７３は、表面伝導型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。

【００８５】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、支持枠８２及び基板７１で外囲器８
８を構成してもよい。一方、フェースプレート８６とリ
アプレート８１の間に、スぺ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
度をもつ外囲器８８を構成することもできる。

【００８６】図１１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で構成す
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１１（ａ））あるい
はブラックマトリクス（図１１（ｂ））等と呼ばれる黒
色導電材９１と蛍光体９２とから構成することができ
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
成分とする材料の他、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。

【００８７】ガラス基板８３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、沈澱法や印刷法等
が採用できる。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８
６側へ鏡面反射す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加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を真空蒸着等を用いて堆積させることで作製でき
る。

【００８８】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。

【００８９】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る必要があり、十分
な位置合わせが不可欠となる。

【００９０】図１０に示した画像形成装置は、例えば以
下のようにして製造される。

【００９１】外囲器８８内は、前述の安定化工程と同様
に、適宜加熱しながら、イオンポンプ、ソープションポ
ンプ等のオイルを使用しない排気装置により不図示の排
気管を通じて排気し、１．３×１０^-5Ｐａ程度の真空度
の有機物質の十分に少ない雰囲気にした後、封止が成さ
れる。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
の位置に配置されたゲッター（不図示）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^-5Ｐａ以上の真空度を維持するものである。ここ
で、表面伝導型電子放出素子のフォーミング処理以降の
工程は、適宜設定できる。

【００９２】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為の駆動回路の構成例
について、図１２を用いて説明する。図１２において、
１０１は画像表示パネル、１０２は走査回路、１０３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及びＶａは直流電圧源である。

【００９３】表示パネル１０１は、端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ
_oxm 、端子Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn 及び高圧端子８７を介して
外部の電気回路と接続している。

【００９４】端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm には、表示パネル１
０１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表面伝導型電子放出素子群を
１行（ｎ素子）づつ順次駆動する為の走査信号が印加さ
れる。

【００９５】端子Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn には、前記走査信号
により選択された１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為の変調信号が印加され
る。

【００９６】高圧端子８７には、直流電圧源Ｖａより、
例えば１０ｋＶ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為の加速
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、直流電圧電源Ｖｘの出力電圧もしくは
０Ｖ（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Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm と電気的に接続さ
れる。各スイッチング素子Ｓ₁ 乃至Ｓ_m は、制御回路１
０３が出力する制御信号Ｔ_scan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。

【００９９】制御回路１０３は、外部より入力される画
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Ｔ_syncに基
づいて、各部に対してＴ_scan，Ｔ_sft 及びＴ_mry の各制
御信号を発生する。

【０１００】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ための回路で、一般的な周波
数分離（フィルター）回路等を用いて構成できる。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成るが、ここでは説明の便
宜上Ｔ_sync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。この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Ｔ_sft に基づいて動
作する（即ち、制御信号Ｔ_sft は、シフトレジスタ１０
４のシフトクロックであると言い換えてもよい。）。シ
リアル／パラレル変換された画像１ライン分のデータ
（電子放出素子ｎ素子分の駆動データに相当）は、Ｉ_d1
乃至Ｉ_dnのｎ個の並列信号として前記シフトレジスタ１
０４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為の記憶装置であ
り、制御回路１０３より送られる制御信号Ｔ_mry に従っ
て適宜Ｉ_d1乃至Ｉ_dnの内容を記憶する。記憶された内容
は、Ｉ_d'1 乃至Ｉ_d'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Ｉ_d'n 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為の信号源であり、その
出力信号は、端子Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn 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加される。

【０１０４】前述したように、本発明を適用可能な表面
伝導型電子放出素子は放出電流Ｉ_eに関して以下の基本
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Ｖ_thがあり、Ｖ_th以上の電圧が印加された時のみ電
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、素子への印加電圧の変化に応じて放出電流も変化す
る。このことから、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電圧以下の電圧を印加し
ても電子放出は生じないが、電子放出しきい値電圧以上
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、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。

【０１０５】従って、入力信号に応じて表面伝導型電子
放出素子を変調する方式としては、電圧変調方式とパル
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としては、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
電圧パルスの波高値を変調できるような電圧変調方式の
回路を用いることができる。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でもアナログ信号式のもの
でも採用できる。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等
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、例えばオペアンプ等を
用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフト
回路等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（ＶＣＯ）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。

【０１０９】このような構成をとり得る本発明を適用可
能な画像形成装置においては、各電子放出素子に、容器
外端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm 、Ｄ_oy1 乃至Ｄ_oyn を介して電
圧を印加することにより、電子放出が生じる。高圧端子
８７を介してメタルバック８５あるいは透明電極（不図
示）に高圧を印加し、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】ここで述べた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、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、ＰＡ
Ｌ、ＳＥＣＡＭ方式等の他、これら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）方式をも採用できる。

【０１１１】次に、梯子型配置の電子源及び画像形成装
置について、図１３及び図１４を用いて説明する。

【０１１２】図１３は、梯子型配置の電子源の一例を示
す模式図である。図１３において、１１０は電子源基
板、１１１は表面伝導型電子放出素子である。１１２
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Ｄ_x1〜Ｄ_x10 であり、これらは外部端子として引
き出されている。表面伝導型電子放出素子１１１は、基
板１１０上に、Ｘ方向に並列に複数個配置されている
（これを素子行と呼ぶ）。この素子行が複数個配置され
て、電子源を構成している。各素子行の共通配線間に駆
動電圧を印加することで、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印加し、電子ビー
ムを放出させたくない素子行には、電子放出しきい値以
下の電圧を印加する。各素子行間に位置する共通配線Ｄ
_x2〜Ｄ_x9は、例えばＤ_x2とＤ_x3、Ｄ_x4とＤ_x5、Ｄ_x6とＤ
_x7、Ｄ_x8とＤ_x9とを夫々一体の同一配線とすることもで
きる。

【０１１３】図１４は、梯子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
めの空孔、Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm は容器外端子、Ｇ₁ 乃至Ｇ
_n はグリッド電極１２０と接続された容器外端子であ
る。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。図１４においては、図１０、図１３に
示した部位と同じ部位には、これらの図に付したのと同
一の符号を付している。ここに示した画像形成装置と、
図１０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８
６の間にグリッド電極１２０を備えているか否かであ
る。

【０１１４】図１４においては、基板１１０とフェース
プレート８６の間には、グリッド電極１２０が設けられ
ている。グリッド電極１２０は、表面伝導型電子放出素
子１１１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、梯子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個ずつ円形の空孔１２１が設けられてい
る。グリッド電極の形状や配置位置は、図１４に示した
ものに限定されるものではない。例えば、空孔としてメ
ッシュ状に多数の通過口を設けることもでき、グリッド
電極を電子放出素子の周囲や近傍に設けることもでき
る。

【０１１５】容器外端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ_oxm 及びグリッド
容器外端子Ｇ₁ 乃至Ｇ_n は、不図示の制御回路と電気的
に接続されている。

【０１１６】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）して行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。

【０１１７】本発明を適用可能な画像形成装置は、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。

【０１１８】

【実施例】以下に、具体的な実施例を挙げて本発明を説
明するが、本発明はこれらの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。

【０１１９】［実施例１］以下の工程により、図１に示
すような表面伝導型電子放出素子が基板上に４８０列×
２４０行配列した電子源を作製した。

【０１２０】青板ガラス基板１上にリフトオフ法および
スパッタリング法を用いて、厚み５００ÅのＰｔからな
る素子電極２，３を形成した。素子電極の電極間距離Ｌ
は１０μｍとした。

【０１２１】素子電極２，３の形成された電極基板の素
子電極間に、バブルジェット装置（キヤノン社製ＢＪ−
１０Ｖ）を用い、酢酸パラジウム−エタノールアミン錯
体水溶液を一滴（１ドット）付与した。

【０１２２】バブルジェット装置のヘッド部分は図３に
示す構造とし、ガスボンベより導入されたＮ₂ ガスを温
調器によって２３．０℃に制御したうえで、ヘッドの周
囲を通過させることで、多数の素子電極間に液滴の付与
を行う工程中にヘッドの温度を一定に保ち、吐出量が一
定になるようにした。この工程におよそ１０分の時間を
要したが、この時のヘッドの温度変化をモニタしたとこ
ろ、図１５の１５１に示すように２３．３±０．２℃の
範囲内に制御されていた。なお、図１５の１５２には、
比較例として温度制御を行わない場合の工程中のヘッド
の温度変化をモニタした様子を示す。この場合、ヘッド
温度は駆動による発熱の影響で徐々に上昇し、工程終了
時にまだ飽和に達していない。

【０１２３】液滴の付与後、３００℃で２時間加熱処理
をして酸化パラジウムの微粒子からなる導電性膜４を形
成した。形成された導電性膜の形状を観察したところ、
図１６の１６１に示すように、１行目から２４０行目ま
で、直径が８２±２μｍの範囲で均一に形成されてい
た。図１６の１６２には、ヘッドを温度制御しないで形
成した上記比較例の導電性膜の形状変化を示すが、１行
目から８０行目の間でヘッドの温度変化の影響で、形成
された導電性膜の形状に１５μｍの直径変化が生じてい
る。

【０１２４】次に、１．３×１０^-4Ｐａの真空中にて素
子電極間に電圧を印加して通電フォーミングを行い、電
子放出部５を形成した。通電フォーミングの電圧波形は
図６（ｂ）に示す波形とし、パルス幅Ｔ₁ を０．１ｍｓ
ｅｃ．、パルス間隔Ｔ₂ を２５ｍｓｅｃ．とし、ピーク
電圧を０〜１８Ｖとした。続いて、１．３×１０^-2Ｐａ
のアセトン雰囲気中にて素子電極間に１０〜１６Ｖの電
圧を印加し、活性化処理を行った。活性化の印加電圧パ
ルスはフォーミング時の印加電圧パルスと同様にした。

【０１２５】以上のようにして作製した電子源の素子の
電子放出特性を、図７に示した測定系を用い、１．３×
１０^-5Ｐａ以下の真空度まで排気した後、駆動電圧１４
Ｖ、アノード電圧３ｋＶを印加して測定したところ、素
子電流Ｉ_f ＝１Ａ、放出電流Ｉ_e ＝０．８μＡが得ら
れ、良好な電子放出特性を示した。また同一基板上の全
ての素子の電子放出特性を測定したところ、ほぼ同一の
特性を示し、基板全面にわたり均一に作製されているこ
とがわかった。

【０１２６】［実施例２］以下の工程により、図９およ
び図１０に示すような、マトリクス配置の電子源基板お
よび画像形成装置を作製した。

【０１２７】青板ガラス基板上にリフトオフ法およびス
パッタリング法を用いて、厚み５００ÅのＰｔからなる
素子電極２，３を形成した。素子電極２，３の電極間距
離は１０μｍとした。

【０１２８】スクリーン印刷法によりＡｇペーストを印
刷し、加熱焼成することにより、Ｘ方向配線７２および
Ｙ方向配線７３を形成した。なお、Ｘ方向配線７２とＹ
方向配線７３の交差部には、これらの間にスクリーン印
刷法により絶縁性ペーストを印刷し、加熱焼成して絶縁
層（不図示）を形成した。

【０１２９】その後、電極基板の素子電極間に、酢酸パ
ラジウム−エタノールアミン錯体水溶液を一滴（１ドッ
ト）ずつ付与した。液滴の付与にはバブルジェット装置
（キヤノン社製ＢＪ−１０Ｖ）を用いた。また、ヘッド
部分は図３に示す構造とし、ガスボンベより導入された
Ｎ₂ ガスを温調器によって２３．０℃に制御したうえ
で、ヘッドの周囲を通過させることで、液滴の付与の工
程中のヘッドの温度を一定に保ち、吐出量が安定するよ
うにした。この時のヘッドの温度変化をモニタしたとこ
ろ、２３．３±０．２℃の範囲内に制御されていた。

【０１３０】液滴の付与後、３００℃で２時間加熱処理
をして酸化パラジウムの微粒子からなる導電性膜４を形
成した。

【０１３１】このようにして作製した電子源基板７１を
リアプレート８１上に固定した後、電子源基板７１の５
ｍｍ上方にフェースプレート８６（ガラス基板の内面に
蛍光膜とメタルバックが形成されて構成される）を支持
枠８２を介して配置し、フリットガラスを用いて４００
℃にて封着し、外囲器８８を構成した。なお、蛍光膜に
はＲＧＢ３色がストライプ形状に配置されたものを用い
た。

【０１３２】作製した外囲器８８内を排気管（不図示）
を通じ真空ポンプにて１．３×１０^-4Ｐａの圧力まで排
気した後、容器外端子を通じて、表面伝導型電子放出素
子の素子電極間に電圧を印加して通電フォーミングを行
い、電子放出部５を形成した。通電フォーミングの電圧
波形は図６（ｂ）に示す波形とし、パルス幅Ｔ₁ を０．
１ｍｓｅｃ．、パルス間隔Ｔ₂ を２５ｍｓｅｃ．とし、
ピーク電圧を０〜１８Ｖとした。

【０１３３】続いて、外囲器内を１．３×１０^-2Ｐａの
アセトン雰囲気にして、素子電極間に１０〜１６Ｖの電
圧を印加し、活性化処理を行った。活性化の印加電圧パ
ルスはフォーミング時の印加電圧パルスと同様にした。

【０１３４】外囲器内を十分に排気し、さらに真空度を
維持するためにゲッター処理を行った後、排気管をガス
バーナーで溶着して外囲器を封止し、画像形成装置を作
製した。

【０１３５】以上のようにして完成した画像形成装置に
おいて、各電子放出素子には容器外端子Ｄ_ox1 乃至Ｄ
_oxm とＤ_oy1 乃至Ｄ_oyn を通じて１５Ｖの電圧を印加
し、高圧端子８７を通じてメタルバック８５に４ｋＶの
電圧を印加したところ、フェースプレート上で均一性の
良好な発光スポットを得ることができた。また、図１２
に示すような駆動回路を用いて、ＮＴＳＣ方式のテレビ
信号に基づいてテレビジョン表示を行ったところ、全面
において輝度ムラや表示ムラのない、良好な画像を表示
させることができた。

【０１３６】［実施例３］図１３および図１４に示すよ
うな、梯子状配置の電子源および画像形成装置を作製し
た。

【０１３７】実施例２と同様にして青板ガラス基板上に
素子電極２，３を形成し、スクリーン印刷法により共通
配線１１２を形成した。その後、実施例２と同様にし
て、図３の構成でヘッドの温度を一定に保たれたバブル
ジェット装置を用いて、導電性膜４を形成した。

【０１３８】作製した電子源基板１１０を用い、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を配置したこと以外は、実施例２と同様にして、
図１４に示すような画像形成装置を作製した。

【０１３９】以上のようにして完成した画像形成装置に
おいて、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。各電子放出素子に容器外端子を通じて１５Ｖの電
圧を印加し、高圧端子８７を通じてメタルバック８５に
４ｋＶの電圧を印加したところ、フェースプレート上で
均一性の良好な発光スポットを得ることができた。

【０１４０】［実施例４］インクジェット装置の温度調
整方法以外は実施例２と同様にして、図９および図１０
に示すような、マトリクス配置の電子源基板および画像
形成装置を作製した。

【０１４１】インクジェット装置の温度調整方法は図４
に示す様に、温調器で２３．０℃に保たれた水を、ヘッ
ドの周囲に循環することで、行った。この時のヘッドの
温度変化をモニタしたところ、２３．０±０．２℃の範
囲内に制御されていた。

【０１４２】完成した画像形成装置において、各電子放
出素子に容器外端子を通じて１５Ｖの電圧を印加し、高
圧端子８７を通じてメタルバック８５に４ｋＶの電圧を
印加したところ、フェースプレート上で均一性の良好な
発光スポットを得ることができた。また、図１２に示す
ような駆動回路を用いて、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に
基づいてテレビジョン表示を行ったところ、全面におい
て輝度ムラや表示ムラのない、良好な画像を表示させる
ことができた。

【０１４３】［実施例５］インクジェット装置の温度調
整方法以外は実施例２と同様にして、図９および図１０
に示すような、マトリクス配置の電子源基板および画像
形成装置を作製した。

【０１４４】インクジェット装置の温度調整方法は図５
に示す様に、ペルチェ素子１８を、ヘッド８に隣接させ
ることで、行った。またヘッドとペルチェ素子間で熱交
換がスムーズに行われるように、銅で作ったブロック１
９を設け、ヘッドの吐出する面と信号印加に必要な面以
外を覆うようにした。ペルチェ素子は制御装置１６によ
ってブロック１９に接する面が２３．０℃になるように
制御され、反対面は放熱のために冷却機１５によって冷
却された水を循環させた放熱器１７と接するようにし
た。この時のヘッドの温度変化をモニタしたところ、２
３．０±０．２℃の範囲内に制御されていた。

【０１４５】完成した画像形成装置において、各電子放
出素子に容器外端子を通じて１５Ｖの電圧を印加し、高
圧端子８７を通じてメタルバック８５に４ｋＶの電圧を
印加したところ、フェースプレート上で均一性の良好な
発光スポットを得ることができた。また、図１２に示す
ような駆動回路を用いて、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に
基づいてテレビジョン表示を行ったところ、全面におい
て輝度ムラや表示ムラのない、良好な画像を表示させる
ことができた。

【０１４６】

【発明の効果】本発明の表面伝導型電子放出素子の製造
方法によれば、素子電極間に導電性膜を形成する材料を
含む液滴を付与する際に、インクジェット装置のヘッド
の温度を一定に保ちながら液滴を付与することで、吐出
量の変化を無くし、形成された導電性膜の形状、厚みの
再現性や均一性を向上させることができる。その結果、
大面積にわたって多数の表面伝導型電子放出素子を形成
する場合でも、均一な電子放出特性が得られる。

【０１４７】また、本発明の表面伝導型電子放出素子の
製造方法を応用することにより、均一性および生産性に
優れた電子源、および画像形成装置の製造が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用可能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２】本発明の表面伝導型電子放出素子の製造方法を
説明するための図である。

【図３】本発明の表面伝導型電子放出素子の製造工程で
用いられる液滴付与装置の一例を示す模式図である。

【図４】本発明の表面伝導型電子放出素子の製造工程で
用いられる液滴付与装置の別の例を示す模式図である。

【図５】本発明の表面伝導型電子放出素子の製造工程で
用いられる液滴付与装置の別の例を示す模式図である。

【図６】本発明の表面伝導型電子放出素子の製造に際し
て採用できる通電フォーミング処理における電圧波形の
一例を示す模式図である。

【図７】測定評価機能を備えた真空処理装置の一例を示
す模式図である。

【図８】本発明を適用可能な表面伝導型電子放出素子に
ついての放出電流Ｉ_e 、素子電流Ｉ_f と素子電圧Ｖ_f の
関係の一例を示す図である。

【図９】本発明を適用可能な単純マトリクス配置の電子
源の一例を示す模式図である。

【図１０】本発明を適用可能な画像形成装置の表示パネ
ルの一例を示す模式図である。

【図１１】蛍光膜の一例を示す模式図である。

【図１２】画像形成装置に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。

【図１３】本発明を適用可能な梯子型配置の電子源の一
例を示す模式図である。

【図１４】本発明を適用可能な画像形成装置の表示パネ
ルの一例を示す模式図である。

【図１５】本発明の実施例および比較例による導電性膜
形成工程中の液滴付与装置のヘッドの温度変化を示す図
である。

【図１６】本発明の実施例および比較例により形成され
た導電性膜の形状変化を示す図である。

【図１７】従来の表面伝導型電子放出素子の一例を示す
模式図である。

【符号の説明】

１基板２，３素子電極４導電性膜５電子放出部８液滴付与装置のヘッド９液滴１２ガスボンベ１３，１４温調器１５冷水機１６ペルチェ素子制御装置１７放熱器１８ペルチェ素子１９ブロック５０素子電流Ｉ_f を測定するための電流計５１電子放出素子に素子電圧Ｖ_f を印加するための電
源５２電子放出部５より放出される放出電流Ｉ_e を測定
するための電流計５３アノード電極５４に電圧を印加するための高圧電
源５４電子放出部５より放出される電子を捕捉するため
のアノード電極５５真空容器５６排気ポンプ７１電子源基板７２Ｘ方向配線７３Ｙ方向配線７４表面伝導型電子放出素子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９２蛍光体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，Ｖａ直流電圧源１１０電子源基板１１１電子放出素子１１２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１２１電子が通過するための空孔１５１温度制御されたヘッドの温度変化１５２温度制御されていないヘッドの温度変化１６１温度制御されたヘッドで形成された導電性膜の
形状変化１６２温度制御されていないヘッドで形成された導電
性膜の形状変化１７１基板１７２，１７３素子電極１７４導電性薄膜１７５電子放出部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上に、一対の電極と電子放出部を含
む導電性膜を有する表面伝導型電子放出素子の製造方法
において、該導電性膜を形成する工程が、インクジェット装置のヘ
ッドを温度制御して液滴を塗布する工程を有することを
特徴とする表面伝導型電子放出素子の製造方法。
【請求項２】一定の温度に制御された気体をインクジ
ェット装置のヘッドに通過もしくは循環させることによ
って、インクジェット装置のヘッドを温度制御すること
を特徴とする、請求項１に記載の表面伝導型電子放出素
子の製造方法。
【請求項３】一定の温度に制御された液体をインクジ
ェット装置のヘッドに通過もしくは循環させることによ
って、インクジェット装置のヘッドを温度制御すること
を特徴とする、請求項１に記載の表面伝導型電子放出素
子の製造方法。
【請求項４】ペルチェ素子を利用して、インクジェッ
ト装置のヘッドを温度制御することを特徴とする、請求
項１に記載の表面伝導型電子放出素子の製造方法。
【請求項５】インクジェット装置のヘッドの温度制御
の温度幅が±０．２℃の範囲内であることを特徴とす
る、請求項１〜４のいずれかに記載の表面伝導型電子放
出素子の製造方法。
【請求項６】基体上に、一対の電極と電子放出部を含
む導電性膜を有する表面伝導型電子放出素子が複数配置
された電子源の製造方法において、該複数の表面伝導型電子放出素子を、請求項１〜５のい
ずれかに記載の方法によって製造することを特徴とする
電子源の製造方法。
【請求項７】基体上に一対の電極と電子放出部を含む
導電性膜を有する表面伝導型電子放出素子が複数配置さ
れた電子源と、画像形成部材とを有する画像形成装置の
製造方法において、該電子源を、請求項６に記載の方法によって製造するこ
とを特徴とする画像形成装置の製造方法。