JP2000164118A

JP2000164118A - 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及びその製造に用いる液滴付与装置

Info

Publication number: JP2000164118A
Application number: JP33674898A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Shigeoka; 和也重岡; Mitsutoshi Hasegawa; 光利長谷川; Seiji Mishima; 誠治三島; Kazuhiro Mitsumichi; 和宏三道
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-11-27
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 2000-06-16

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ノズルか
ら予め温度調節した金属含有溶液の液滴を付与して行
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及びそれに用いる液滴付与装置に関
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
４に模式的に示す。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２，３の間隔Ｌは、０．５〜１ｍｍ、Ｗ’
は、０．１ｍｍで設定されている。

【０００８】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４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５を形成
するのが一般的である。即ち、通電フォーミングとは、
前記導電性薄膜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５を
形成することである。尚、電子放出部５では導電性薄膜
４の一部に亀裂が発生しており、その亀裂付近から電子
放出が行われる。

【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、上述の導電性薄膜４に電圧を印加
し、素子に電流を流すことにより、上述の電子放出部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
ジェット装置のような液滴付与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、次のような問題点があ
った。

【００１６】液滴付与装置のノズル内へ金属含有溶液を
注入する際、該溶液の温度が周りの温度変化等の影響に
より変化した場合、溶液の粘度等の物性値が変化し、液
滴付与装置からの該溶液の塗布量が変化したり、不吐に
なってしまう場合があった。このような場合には、焼成
後の導電性薄膜の形状、厚み、抵抗値の再現性や均一性
が劣化し、得られる電子放出特性にばらつきが生じてい
た。その結果、多数の表面伝導型電子放出素子を形成し
た電子源を用いて構成される画像形成装置の面内均一性
が悪くなるといった問題が生じていた。

【００１７】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。また、その製造方法
に用いる装置を提供することを目的としている。

【００１８】

【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。

【００１９】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、液滴付与装置のノズルから予め温度調節した金属
含有溶液の液滴を付与する工程を有することを特徴とし
ているものである。

【００２０】本発明において、前記液滴付与装置として
は、バブルジェット方式あるいはピエゾジェット方式の
インクジェット装置を好適に用いることができる。

【００２１】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。

【００２２】また、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。

【００２３】更に、本発明の液滴付与装置は、前記本発
明の製造方法に用いる液滴付与装置であって、液滴付与
装置のノズル内に金属含有溶液を供給する流路に、溶液
温度調節機能を有する装置を一体化したことを特徴とし
ているものである。

【００２４】

【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、一定温度の金属含有溶液を液滴付与装置のノズ
ル内に供給することで、液滴の付与が安定し、吐出量が
安定するため、形成される導電性膜の形状、厚み、抵抗
値の再現性や均一性が向上する。

【００２５】その結果、特に大面積にわたって複数の表
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ると共に、歩留りが向
上し、コストを低減させることができる。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。

【００２６】また、本発明の液滴付与装置によれば、溶
液流路に温度調節機構を備えることにより、装置や流路
を小型にでき、溶液の無駄な消費を抑えることができ
る。また、このような温度調節機構は、液滴付与装置を
複数配置して同時に複数の素子を作製する装置や、基板
を固定し液滴付与装置をＸＹ方向に駆動する装置にも応
用が可能となる。

【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、スパッタ
法等によりＳｉＯ₂ を堆積させたガラス基板及びアルミ
ナ等のセラミックス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】１）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、真空蒸着法、スパッタリング法
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基板１上に素子電極２，３を形成す
る（図２（ａ））。

【００３９】２）素子電極２，３を設けた基板１上に、
液滴付与装置６を用いて、金属含有溶液を素子電極２，
３間に液滴７の状態で付与する（図２（ｂ））。

【００４０】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ｎｇから数十ｎｇ程度の範囲で制御が可能な
インクジェット方式の装置がよく、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金属含有溶液として
は、液滴を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、溶剤等に前述の導電性膜材料の金属
等を分散、溶解した溶液、有機金属溶液等を用いること
ができる。

【００４３】液滴付与装置を用いて液滴を付与する際、
液滴付与装置のノズルに注入する溶液の温度が周りの温
度等の影響で変化すると、該溶液の粘度や表面張力等の
物性値が変化し、液滴付与装置からの吐出量が変化した
り、該溶液の物性値の変化が大きい場合には不吐や吐出
不良が起きるといった問題が生じる場合があった。本発
明においては、液滴付与装置６のノズルに金属含有溶液
を注入する前に、予め金属含有溶液の温度を一定に保つ
ように温度調節することにより、かかる問題を解消する
ものである。

【００４４】図３は、本発明で用いられる液滴付与装置
廻りの構成例を示したものである。金属含有溶液が貯蔵
されている溶液タンク１０から、一定温度（例えば２０
℃）に維持された温度調節容器８へ金属含有溶液を供給
する。この温度調節容器８は、例えば金属含有溶液が一
定時間以上滞在するように容積が決められ、外気の温度
変化の影響を受けにくいように距離の短い流路を介して
液滴付与装置６へ一定温度に温度調節された金属含有溶
液を供給する。なお、符号９は温度計である。

【００４５】溶液の温度調節機構を含めた液滴付与装置
の構成は、上記の例のように液滴付与装置のノズル内に
金属含有溶液を供給する流路に、溶液温度調節機能を有
する装置を一体化した構成とするのが好ましい。このよ
うな構成を採ることにより、例えば液滴付与装置自体
（特にノズル部分等）を温度制御する場合などに比べ、
装置を小型にでき、また、液滴付与装置を複数配置して
同時に複数の素子を作製する装置や、基板を固定し液滴
付与装置をＸＹ方向に駆動する装置にも応用が可能であ
り、後述の電子源の製造に極めて好適である。

【００４６】以上のような方法・装置で一定温度に温度
調節された溶液を液滴付与装置のノズルに注入し、液滴
を付与することにより、吐出量やドット形状が安定し、
ばらつきが小さく抑えられる。

【００４７】３）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））。このようにして形成される導電性膜４の形
状、膜厚、抵抗値は、ばらつきが小さく抑えられる。

【００４８】４）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。

【００４９】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５に示す。

【００５０】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５（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５（ｂ）に示した手法
がある。

【００５１】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。

【００５２】図５（ｂ）におけるＴ₁ 及びＴ₂ は、図５
（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。

【００５３】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。

【００５４】５）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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】６）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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】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
６、図７を参照しながら説明する。

【００６３】図６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６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。

【００６４】図６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。

【００６５】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。

【００６６】図７は、図６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７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。

【００６７】図７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７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。

【００６８】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。

【００６９】図７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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】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８を用いて説明する。図８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。

【００７４】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）。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】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９と図１０及
び図１１を用いて説明する。図９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１０は、図９の
画像形成装置に使用される蛍光膜の模式図である。図１
１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。

【００８１】図９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８４
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。

【００８２】７４は、図１に示したような表面伝導型電
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。

【００８３】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。

【００８４】図１０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１０（ａ））あるい
はブラックマトリクス（図１０（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。

【００８５】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。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】図９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。

【００８９】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。

【００９０】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１１を用いて説明する。図１１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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】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。

【００９４】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。

【００９５】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。

【００９６】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。

【００９７】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。

【００９８】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。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】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。

【０１０２】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。

【０１０３】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。

【０１０４】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。

【０１０５】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。

【０１０６】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。

【０１０７】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。

【０１０８】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。

【０１０９】次に、梯子型配置の電子源及び画像形成装
置について、図１２及び図１３を用いて説明する。

【０１１０】図１２は、梯子型配置の電子源の一例を示
す模式図である。図１２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。

【０１１１】図１３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１３においては、図９、図１２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
９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。

【０１１２】図１３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１３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。

【０１１３】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。

【０１１４】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。

【０１１５】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。

【０１１６】

【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。

【０１１７】［実施例１］図１に示すような表面伝導型
電子放出素子を、図２と同様の工程により作製した。

【０１１８】まず、洗浄化した青板ガラスからなる基板
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
（図２（ａ））。このとき素子電極のギャップ間隔は２
０μｍ、電極の幅を５００μｍ、その厚さを１０００Å
とした。

【０１１９】次に、酢酸パラジウム−エタノール−アミ
ン錯体の水溶液（Ｐｄ０．１５ｗｔ％、ＩＰＡ１５ｗｔ
％、エチレングリコール１ｗｔ％、ＰＶＡ０．０５ｗｔ
％の水溶液）を、液滴付与装置６として圧電素子を用い
たインクジェット噴射装置を用いて、素子電極２，３に
跨がるように１滴付与した（図２（ｂ））。

【０１２０】本実施例では、図３に示すように、圧電素
子を用いたインクジェット噴射装置６のノズル内に、酢
酸パラジウム含有溶液の入った溶液タンク１０から温度
調節装置８内を通して温度を２０℃に一定にした上記酢
酸パラジウム含有溶液を注入した。このとき、図４に示
すように、温度調節装置８にはチューブ１２を通し、空
冷式電子冷熱温調サーキュレータ１１を用いて２０℃±
０．２℃の温度に保った液体を常時循環させ、温度調節
装置８内の酢酸パラジウム含有溶液の温度を一定に保持
できるようにした。具体的には、温度調節装置８の溶液
出口部に温度計９を設け、溶液の温度を２０℃±０．２
℃に保つようにするため、酢酸パラジウム含有溶液が温
度調節装置８内に５分以上滞在するように温度調節装置
８の容量および流路の大きさを決定した。

【０１２１】本実施例では、吐出量が５ｐｌ、周波数１
ｋＨｚの液滴塗布を考え、１５ｍｌの溶液を滞在できる
小型の容器を温度調節装置８として用いた。

【０１２２】本実施例のように流路内に設けた温度調節
装置８を用いることにより、装置や流路を小型にでき、
溶液の無駄な消費を抑えることができる。また、このよ
うな温度調節機構は、液滴付与装置を複数配置して同時
に複数の素子を作製する装置や、基板を固定し液滴付与
装置をＸＹ方向に駆動する装置にも応用が可能である。
また、特に、溶液タンク１０の温度を低く保持して溶媒
例えばＩＰＡの蒸発を抑えるようにした場合には、液滴
付与装置のノズル内に金属含有溶液を注入する直前に前
述の温度調節装置を用いて一定の温度に調節することに
より、金属含有溶液の組成変化による物性値変化で吐出
特性が不安定になることを抑えることができる。

【０１２３】上記のようにして液滴を付与した後、３５
０℃で２０分焼成し、有機成分を除去することで酸化パ
ラジウム（ＰｄＯ）微粒子からなる導電性膜４を形成し
た（図２（ｃ）。

【０１２４】以上のような導電性膜４の作製方法を用い
ることにより、形状、厚み、抵抗値のばらつきが小さい
導電性膜が再現性良く作製できた。

【０１２５】その後前述のように、素子電極２，３間に
電圧を印加して、通電フォーミング処理し、電子放出部
５を形成した（図２（ｄ））。

【０１２６】本実施例では、金属含有溶液の温度を一定
にする方法として、温度調節装置８の容器内にチューブ
１２を通し、チューブ内に空冷式電子冷熱温調サーキュ
レータ１１を用いて一定温度に調整された液体を循環さ
せることにより、金属含有溶液の温度を一定に保持する
方法を用いたが、これに限るものではなく、直接溶液を
冷却、加熱して一定温度に保持する方法を用いることも
できる。

【０１２７】［実施例２］以下の工程により、図８およ
び図９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。なお、本実施例では、素子
を１００行×１００列形成した。

【０１２８】実施例１と同様に、青板ガラス基板上にＮ
ｉからなる素子電極２，３を形成し、さらに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、これらの間に絶
縁層（不図示）を形成した。

【０１２９】その後、各素子電極２，３間に、実施例１
と同様の方法で温度を一定にした酢酸パラジウム含有溶
液の液滴を付与した後、３５０℃で２０分焼成し導電性
膜４を形成したところ、外部環境の変化に影響されず再
現性良く、形状、厚み、抵抗値のばらつきが小さい多数
の導電性膜を作製できた。

【０１３０】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。

【０１３１】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前述の通電フォーミン
グを行い、電子放出部５を形成した。

【０１３２】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のパ
ルス電圧を印加し、活性化処理を行った。

【０１３３】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。

【０１３４】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１１
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。

【０１３５】［実施例３］図１２および図１３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。

【０１３６】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、さらに共通配線１１２を形成
した。その後、各素子電極２，３間に、実施例１と同様
の方法で温度を一定にした酢酸パラジウム含有溶液の液
滴を付与した後、３５０℃で２０分焼成し導電性膜４を
形成したところ、外部環境の変化に影響されず再現性良
く、形状、厚み、抵抗値のばらつきが小さい多数の導電
性膜を作製できた。

【０１３７】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１３に示すような画像形成装置を作製した。

【０１３８】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。

【０１３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の表面伝導
型電子放出素子の製造方法によれば、導電性膜材料を含
む液滴を付与する際に、液滴付与装置からの吐出が安定
し、これにより形成される導電性膜の形状、厚み、抵抗
値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。

【０１４０】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。

【０１４１】また、本発明の液滴付与装置は、溶液の使
用量に合わせて温度調節装置を小型化でき、液滴付与装
置を複数配置する場合や、液滴付与装置をＸＹ方向に駆
動する場合に特に効果的であり、多数の表面伝導型電子
放出素子が配置形成される電子源の製造に好適に用いる
ことができる。

【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における温度調節機構の一例を
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６】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７】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８】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９】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１０】蛍光膜の一例を示す模式図である。

【図１１】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１２】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１３】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１４】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６液滴付与装置７液滴８温度調節装置９温度計１０溶液タンク１１空冷式電子冷熱温調サーキュレータ１２チューブ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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三島誠治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 (72)発明者三道和宏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） 2C056 EA06 EA28 EB03 EB09 EB30 EC03 EC09 EC29 EC45 FA03 FA04 FB01

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、液滴付与装置のノズルか
ら予め温度調節した金属含有溶液の液滴を付与する工程
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】前記液滴付与装置がインクジェット方式
の装置であ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】前記インクジェット方式がバブルジェッ
ト方式あるいはピエゾジェット方式であることを特徴と
する、請求項２に記載の表面伝導型電子放出素子の製造
方法。
【請求項４】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１〜３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５】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４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。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の製造方
法に用いる液滴付与装置であって、液滴付与装置のノズ
ル内に金属含有溶液を供給する流路に、溶液温度調節機
能を有する装置を一体化したことを特徴とする液滴付与
装置。