JP2003036781A

JP2003036781A - 電子放出素子、電子源、及び画像形成装置の製造方法

Info

Publication number: JP2003036781A
Application number: JP2001220893A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Mori; 省誠森; Makoto Kojima; 誠小嶋; Kazuhiro Kagami; 一宏鏡; Takashi Furuse; 剛史古瀬; Masahiro Terada; 匡宏寺田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-07-23
Filing date: 2001-07-23
Publication date: 2003-02-07

Abstract

(57)【要約】【課題】特殊かつ高価な製造装置を必要とする真空蒸
着技術を用いることなく、且つ、製造工程を大幅に簡略
化を実現し得る電子放出素子の製造方法を提供する。【解決手段】基板１上に形成された電極部２の一部
に、間隙を含む電子放出部５を有する電子放出素子の製
造方法であって、電極部形成用組成物を基板１の表面に
塗布する塗布工程、この塗膜を所定のパターンに露光す
る露光工程、現像工程、及び焼成工程を用いて、低密度
化もしくは薄膜化された電子放出部形成領域４を一部に
有する電極部２を形成し、電極部２への通電によって電
子放出部形成領域４に間隙を形成することを特徴とす
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、電子放出素子、電
子源、及びそれを用いた表示装置等の画像形成装置の製
造方法に関わり、特に電子放出素子の電極部の形成技術
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子放出素子としては熱電子源と
冷陰極電子源の２種類が知られている。冷陰極電子源に
は電界放出型素子（ＦＥ型素子）、金属／絶縁層／金属
型素子（ＭＩＭ素子）、表面伝導型電子放出素子等があ
る。

【０００３】本出願人は、電子放出素子とその応用に関
しこれまで多数の提案を行っており、その一部を紹介す
る。

【０００４】インクジェット方式による素子作成に関し
ては特開平９−１０２２７１号公報や特開２０００−２
５１６６５号公報に、これらの素子をＸＹマトリクス形
状に配置した例として、特開昭６４−０３１３３２号公
報、特開平７−３２６３１１号公報に詳述されている。
更には配線形成方法に関しては特開平８−１８５８１８
号公報や、特開平９−５０７５７号公報に、駆動方法に
ついては特開平６−３４２６３６号公報等に詳述されて
いる。

【０００５】また、電極形成に関して、先行技術を紹介
すると、素子電極をレーザー照射で加工する製造法とし
ては特開平８−２５００１９号公報に、インクジェット
方式で電極を形成する製造法としては特開平８−１７０
８５０号公報に記載されている。

【０００６】また、表面伝導型電子放出素子の構成、製
造方法などは、例えば特開平７−２３５２５５号公報、
特登録２９０３２９５号公報に詳述されている。

【０００７】以下に、上記公報に開示されている表面伝
導型電子放出素子の概略を簡単に説明する。

【０００８】上記の表面伝導型電子放出素子は、図１４
に模式的に示すように、基板１４１上に対向する一対の
素子電極１４２，１４３と、該素子電極に接続されその
一部に電子放出部１４５を有する導電性膜１４４とを有
してなる。

【０００９】電子放出部１４５は、導電性膜１４４の一
部が、破壊・変形ないし変質され、間隙が形成された部
分を含み、間隙内部及びその近傍の導電性膜上には、活
性化と呼ばれる工程を行うことにより、炭素及び／また
は炭素化合物を主成分とする堆積物が形成されている。
なお、この堆積物は上記導電性膜に形成された間隙より
もさらに狭い間隙部をもって対峙した形状となってい
る。

【００１０】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１４１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１４２
および１４３を形成する。次いで、導電性膜１４４は分
散塗布法等によって形成する。その後、素子電極１４
２、１４３に電圧を印加し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１４５を形成す
る。

【００１１】フォーミングとは前記の導電性膜１４４の
両端に直流電圧あるいは非常にゆっくりした昇電圧例え
ば１Ｖ／分程度を印加通電し、導電性膜を局所的に破
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１４５を形成することである。なお、電
子放出部１４５は導電性膜１４４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。

【００１２】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ことから、大面積にわたって多
数の素子を配列形成できる利点がある。そこで、その特
徴を生かせるような様々な応用が研究されている。例え
ば、荷電ビーム源、表示装置等の画像形成装置が挙げら
れる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成の表面伝導型電子放出素子を製造する従来の
方法は、主に真空蒸着技術、フォトリソグラフィ技術を
主とする方法によるため、現行の技術では大面積に亘っ
て多数の電子放出素子を形成することは可能であって
も、特殊かつ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った。

【００１４】また、電極をレーザー照射で加工する方法
やインクジェット方式で電極を形成する方法では、大画
面化・高画素数への対応が不十分であった。

【００１５】そこで本発明は、特殊かつ高価な製造装置
を必要とする真空蒸着技術を用いることなく、且つ、製
造工程を大幅に簡略化を実現し得る電子放出素子、該電
子放出素子を多数配列してなる電子源、更には該電子源
を用いた画像形成装置の製造方法を提供することを目的
とするものである。

【００１６】

【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。

【００１７】本発明の第１の電子放出素子の製造方法
は、基板上に形成された電極部の一部に、間隙を含む電
子放出部を有する電子放出素子の製造方法であって、電
極部形成用組成物を基板の表面に塗布する塗布工程、該
塗膜を所定のパターンに露光する露光工程、現像工程、
及び焼成工程を用いて、低密度化もしくは薄膜化された
電子放出部形成領域を一部に有する電極部を形成し、該
電極部への通電によって該電子放出部形成領域に間隙を
形成することを特徴とする。

【００１８】この場合、前記電極部形成用組成物とし
て、感光性樹脂成分と、焼成することにより金属膜を形
成可能な金属有機化合物成分と、溶媒成分とからなる金
属有機化合物含有感光性樹脂を用いることが好ましい。
また、前記金属有機化合物成分が金属錯体であること、
また、前記金属錯体が白金錯体であることが好ましい。

【００１９】本発明の第２の電子放出素子の製造方法
は、基板上に形成された電極部の一部に、間隙を含む電
子放出部を有する電子放出素子の製造方法であって、基
板の表面に電極部に対応する吸収層のパターンを形成す
る工程、該吸収層に金属有機化合物成分を吸収させる工
程、及び該金属有機化合物成分を吸収した該吸収層を焼
成する工程を用いて、低密度化もしくは薄膜化された電
子放出部形成領域を一部に有する電極部を形成し、該電
極部への通電によって該電子放出部形成領域に間隙を形
成することを特徴とする。

【００２０】この場合、前記金属有機化合物成分が金属
錯体であること、また、前記金属錯体が白金錯体である
ことが好ましい。

【００２１】また、本発明の電子源の製造方法は、基板
上に、複数の電子放出素子と、該複数の電子放出素子に
接続された配線とを具備する電子源の製造方法であっ
て、前記電子放出素子を上記本発明の第１もしくは第２
の電子放出素子の製造方法によって製造することを特徴
とする。

【００２２】この場合、前記低密度化もしくは薄膜化さ
れた電子放出部形成領域を一部に有する電極部を形成す
る際、前記配線の少なくとも一部を同時に形成すること
が好ましい。

【００２３】また、本発明の画像形成装置の製造方法
は、電子源と、画像形成部材とを有する画像形成装置の
製造方法であって、該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する。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、本発明の
好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、
この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材
質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれら
のみに限定する趣旨のものではない。

【００２５】図１は、本発明に係る電子放出素子の一構
成例を模式的に示したものであり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は断面図である。図中、１は基板、２は電極部、
３ａと３ｂは電極、４は電子放出部形成領域、５は間隙
を含む電子放出部である。

【００２６】基板１としては、例えば石英ガラス、Ｎａ
等の不純物含有量を減少させたガラス、青板ガラス、Ｓ
ｉＯ₂を表面に形成したガラス基板およびアルミナ等の
セラミックス基板等が挙げられる。

【００２７】電極３ａ，３ｂ及び電子放出部形成領域４
からなる電極部２の材料としては、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、
Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓ
ｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂
Ｏ₃、ＰｂＯ、Ｓｂ₂Ｏ₃等の酸化物、ＨｆＢ₂、Ｚｒ
Ｂ₂、ＬａＢ₆、ＣｅＢ₆、ＹＢ₄、ＧｄＢ₄等の硼化物、
ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣ等の炭
化物、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ、Ｇｅ
等の半導体、カーボン等が挙げられる。

【００２８】電極対３ａ，３ｂの間隔Ｌは、数百Å〜数
百μｍである。また、電極対間に印加する電圧は低い方
が望ましく、再現良く作製することが要求されるため、
好ましい間隔Ｌは数百Å〜数μｍである。

【００２９】電子放出部５を含む部位である電子放出部
形成領域４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、電
極対３ａ，３ｂ間の抵抗値およ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Å
〜数千Åで、特に好ましくは１０Å〜５００Åである。
そのシート抵抗値は、好ましくは１０³〜１０⁷Ω／□で
ある。

【００３０】なお、ここで述べる微粒子膜とは、複数の
微粒子が集合した膜であり、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Å〜数千Å、好ましく
は１０Å〜２００Åである。

【００３１】本発明における電極部２の第１の形成方法
は、パターニング可能な金属有機化合物含有感光性樹脂
などからなる電極部形成用組成物を基板の表面に塗布
し、その後、露光、現像し所定のパターンを得て、それ
を焼成する方法である。また、第２の形成方法は、基板
の表面に電極部に対応する吸収層のパターンを形成し、
該吸収層に金属有機化合物成分を吸収させ、それを焼成
する方法である。このような方法で電極部２を形成する
ことにより、従来の方法に比べて、大幅に電子放出素子
の製造工程を簡素化できる。

【００３２】つまり、図１４に示したような従来の表面
伝導型電子放出素子の製造工程では、素子電極１４
２，１４３の形成、素子膜（導電性膜１４４）形成、
フォーミング処理、活性化処理を行っている。一
方、本発明の製造方法では、電極部を形成する際にの
素子膜（電子放出部形成領域４がこれに相当する）の形
成も同時に行うことができるため、の工程を省くこと
ができる。また、従来はの素子膜として酸化膜を形成
するのが一般的であり、この場合、のフォーミング前
もしくはフォーミング時に還元工程が必要となるが、本
発明の製造方法では還元工程は必要なく、そのままフォ
ーミングできることから、のフォーミング処理工程の
一部も省略することできる。

【００３３】本発明の特徴である電極部の形成工程に関
して順を追って詳細に説明していく。

【００３４】本発明の第１の電子放出素子の製造方法に
おける電極部の形成は、例えば以下の塗布工程、乾燥工
程、露光工程、現像工程、焼成工程を経て行うことがで
きる。

【００３５】塗布工程は、電極部２を形成すべき絶縁性
の基板１上に電極部形成用組成物を塗布する工程であ
る。この塗布は、各種印刷法（スクリーン印刷、オフセ
ット印刷、フレキソ印刷など）、スピンナー法、ディッ
ピング法、スプレー法、スタンプ法、ローリング法、ス
リットコーター法、インクジェット法などを用いて行う
ことができる。

【００３６】乾燥工程は、上記塗布工程において基板上
に塗布した電極部形成用組成物の塗膜中の水系溶媒を揮
発させて塗膜を乾燥する工程である。この塗膜の乾燥
は、室温下で行うこともできるが、乾燥時間を短縮する
ために加熱下で行うことが好ましい。加熱乾燥は、例え
ば無風オーブン、乾燥機、ホットプレートなどを用いて
行うことができる。塗布する電極部形成用組成物の配合
や塗布量などによっても相違するが、一般的には５０〜
１００℃の温度下に１〜３０分間置くことで行うことが
できる。

【００３７】露光工程は、上記乾燥工程において乾燥さ
れた基板上の塗膜を、所定のパターンに露光する工程で
ある。露光工程で光照射して露光する範囲は、使用する
電極部形成用組成物中の感光性樹脂成分がネガタイプで
あるかポジタイプであるかによって相違する。光照射に
よって現像液に不溶化するネガタイプの場合、電極部２
とすべき領域に光を照射して露光するが、光照射によっ
て現像液に可溶化するポジタイプの場合、ネガタイプと
は逆に、電極部２とすべき領域以外の領域に光を照射し
て露光する。光照射領域と非照射領域の選択は通常のフ
ォトレジストによるマスク形成における手法と同様にし
て行うことができる。

【００３８】現像工程は、上記露光工程で露光された塗
膜について、電極部２とすべき領域以外の領域の塗膜を
除去する工程である。感光性樹脂成分がネガタイプの場
合、光照射を受けていない塗膜は現像液に可溶で、光照
射を受けた露光部の塗膜が現像液に不溶化するので、現
像液に不溶化していない非光照射部の塗膜を現像液で溶
解除去することで現像を行うことができる。また、感光
性樹脂成分がポジタイプの場合、光照射を受けていない
塗膜は現像液に対して不溶で、光照射を受けた露光部の
塗膜が現像液に可溶化するので、現像液に可溶化した光
照射部の塗膜を現像液で溶解除去することで現像を行う
ことができる。なお、現像液としては、例えば水や通常
の水溶性フォトレジストに用いられる現像液と同様のも
のを用いることができる。

【００３９】焼成工程は、上記現像工程を経て基板に残
留する塗膜（ネガタイプでは光照射部の塗膜、ポジタイ
プでは非光照射部の塗膜）を焼成し、塗膜中の有機成分
を分解除去し、金属有機化合物成分として含まれる金属
の膜を形成する工程である。焼成は、形成する金属膜が
貴金属の膜である場合には大気中で行うことができる
が、銅やパラジウムなどの酸化しやすい金属膜の場合に
は真空もしくは脱酸素雰囲気下（例えば窒素などの不活
性ガス雰囲気下など）で行うことが好ましい。焼成は塗
膜に含まれる有機成分の種類などによっても相違する
が、通常４００℃〜６００℃の温度下に数分〜数十分置
くことで行うことができ、例えば熱風循環炉などで行う
ことができる。この焼成によって、基板上に、所定の電
極部２のパターンに沿った形状で金属膜を形成すること
ができる。

【００４０】本発明の第１の電子放出素子の製造方法に
おいて、電極部２の一部（電子放出部形成領域４）を他
の部分（電極３ａ，３ｂ）よりも低密度化または薄膜化
するには、例えば使用する電極部形成用組成物中の感光
性樹脂成分がネガレジストタイプの場合には、前記の露
光工程において、低密度化または薄膜化する部分を遮光
し、電極部を露光した後に、低密度化または薄膜化する
部分を露光する方法（スリット露光）や、電極部を露光
する際に、フォトマスクと基板との距離をあけ、露光時
の光漏れを利用する方法（プロキシ露光）、露光時間を
大きくとって、オーバー露光することで部分的に低密度
化または薄膜化する方法（オーバー露光）などを用いる
ことができる。

【００４１】本発明者らの実験によると、電極部２の一
部に低密度化もしくは薄膜化された電子放出部形成領域
４を形成しておくことにより、後述する通電フォーミン
グ工程において電子放出部形成領域４に選択的に間隙
（亀裂）を形成することができ、電子放出部５の形状を
再現性良く均一に形成する効果があると共に、この通電
フォーミング時の消費電力を抑える効果があることが判
った。

【００４２】本発明の第１の電子放出素子の製造方法に
おける電極形成用組成物としては、感光性樹脂成分と、
焼成することにより金属膜を形成可能な金属有機化合物
成分と、溶媒成分とを混ぜ合わせたものを用いることが
できる。

【００４３】感光性樹脂としては、水溶性のものを広く
用いることができるが、金属有機化合物をより吸収する
ものが好ましく、良好な水溶性が得やすい点から、例え
ばポリビニルアルコール系樹脂やポリビニルピロリドン
系樹脂などが好ましい。

【００４４】感光性樹脂は、樹脂構造中に感光基を有す
るタイプのものであっても、例えば環化ゴム−ビスアジ
ド系レジストのように、樹脂に感光剤が混合されたタイ
プのものでもよい。いずれのタイプの感光性樹脂におい
ても、光反応開始剤や光反応禁止剤を適宜混合しておく
ことができる。

【００４５】焼成することにより金属膜を形成可能な金
属有機化合物としては、例えば金、白金、銀、パラジウ
ム、銅などの錯化合物を挙げることができる。これらの
中でも、化学的に極めて安定な電極が得やすい、耐熱性
に優れている、酸化されにくいことから、特に白金の錯
化合物が好適に用いられる。

【００４６】錯化合物としては、その配位子が、分子内
に少なくとも１つ以上の水酸基を有する含窒素化合物で
あるものが好ましい。さらに、分子内に少なくとも１つ
以上の水酸基を有する含窒素化合物で配位子が構成され
た錯化合物の中でも、例えばエタノールアミン、プロパ
ノールアミン、イソプロパノールアミン、ブタノールア
ミンなどのアルコールアミン、セリノール、ＴＲＩＳな
ど、炭素数が８以下の含窒素化合物のいずれか単独もし
くは複数種類で配位子が構成された錯化合物がより好ま
しい。

【００４７】上記錯化合物が好適に用いられる理由とし
ては、水溶性の高さならびに結晶性の低さを挙げること
ができる。例えば一般に市販されているアンミン錯体な
どでは、乾燥中に結晶が析出して均一な膜が得にくくな
る場合がある。また、脂肪族アルキルアミンなどの「フ
レキシブル」な配位子とすると結晶性を下げることが可
能であるが、アルキル基の疎水性により水溶性が低下し
てしまうことがある。これに対して上記のような配位子
とすることで、水溶性の高さと結晶性の低さを両立させ
ることが可能となる。

【００４８】さらには、電極パターンの膜質向上ならび
に基板との密着性を向上させるために、例えばロジウ
ム、ビスマス、ルテニウム、バナジウム、クロム、錫、
鉛、ケイ素等の化合物を加えてもよい。

【００４９】溶媒としては、例えば乾燥速度を速めるた
めにメチルアルコールやエチルアルコールなどの低級ア
ルコールを加えたものも使用することができる。

【００５０】また、本発明の第１の電子放出素子の製造
方法における電極形成用組成物としては、金属元素を含
有する液体としての印刷ペースト（たとえばＭＯＤと呼
ばれる有機金属化合物ペースト）と感光性樹脂を混ぜた
ものを使用することもできる。

【００５１】次に、本発明の第２の電子放出素子の製造
方法における電極部の形成工程を説明する。

【００５２】本発明の第２の電子放出素子の製造方法に
おける電極部の形成は、例えば以下の塗布工程、乾燥工
程、露光工程、現像工程、吸収工程、焼成工程を経て行
うことができる。

【００５３】塗布工程は、電極部を形成すべき絶縁性の
基板上に感光性樹脂を塗布する工程である。この塗布
は、前記記載の方法を用いて行うことができる。

【００５４】乾燥工程は、上記塗布工程において基板上
に塗布した感光性樹脂の塗膜中の水系溶媒を揮発させて
塗膜を乾燥する工程である。この塗膜の乾燥は、前記記
載の方法を用いて行うことができる。

【００５５】露光工程は、上記乾燥工程において乾燥さ
れた基板上の塗膜を、所定のパターンに露光する工程で
ある。この露光は、前記記載の方法を用いて行うことが
できる。

【００５６】現像工程は、上記露光工程で露光された塗
膜について、所望の電極部とすべき領域以外の領域の塗
膜を除去する工程である。この現像も前記記載の方法を
用いて行うことができる。

【００５７】以上の塗布工程、乾燥工程、露光工程及び
現像工程により、電極部２に対応する吸収層のパターン
を形成することができる。

【００５８】吸収工程は、上記吸収層のパターンに、金
属有機化合物成分を吸収させる工程である。吸収法は、
ディッピング法、スピン塗布法等、該吸収層パターンに
金属有機化合物成分を吸収できれば、どの手法でも可能
である。吸収の程度は、浸漬時間、金属有機化合物水溶
液の濃度、吸収層パターンの吸収能力に依存するが、適
宜選択することが可能である。また、金属有機化合物成
分を吸収させる前に、事前に該吸収層パターンを水など
に漬けて該金属有機化合物成分を吸収しやすくなるよう
にすることも可能である。また、吸収後に、水洗するこ
とで、該パターン部分以外を洗浄することも可能であ
る。

【００５９】焼成工程は、上記吸収工程で金属有機化合
物成分を吸収させた前記吸収層のパターンを焼成し、吸
収層中の有機成分を分解除去し、金属有機化合物成分と
して含まれる金属の膜を形成する工程である。この焼成
によって、基板上に、所定の電極部２のパターンに沿っ
た形状で金属膜を形成することができる。焼成は、前記
記載の方法を用いて行うことができる。

【００６０】本発明の第２の電子放出素子の製造方法に
おいて、電極部２の一部（電子放出部形成領域４）を他
の部分（電極３ａ，３ｂ）よりも低密度化または薄膜化
するには、例えば吸収層の形成に使用する感光性樹脂成
分がネガレジストタイプの場合には、前記の露光工程に
おいて、低密度化または薄膜化する部分を遮光し、電極
部を露光した後に、低密度化または薄膜化する部分を露
光する方法（スリット露光）や、電極部を露光する際
に、フォトマスクと基板との距離をあけ、露光時の光漏
れを利用する方法（プロキシ露光）、露光時間を大きく
とって、オーバー露光することで部分的に低密度化また
は薄膜化する方法（オーバー露光）などを用いることが
できる。

【００６１】なお、本発明の第２の電子放出素子の製造
方法において、金属有機化合物成分を吸収できる吸収層
パターンの作成は、上記感光性樹脂を用いる方法以外
に、スクリーン印刷、転写、オフセット印刷、ドライフ
ィルム等を用いて作成することもできる。また、金属有
機化合物成分としては、前記本発明の第１と同様のもの
を用いることができる。

【００６２】また、上記の他に、金属化合物を吸収でき
る感光性樹脂を用いて吸収層のパターンを形成した後、
このパターンに金属化合物溶液を吸収させて、電極部を
形成することも可能である。

【００６３】次に、以上のようにして作成した電極部に
電子放出部を形成するフォーミング工程を施す。

【００６４】所定の真空度のもとで電極部２の電極３
ａ，３ｂ間に不図示の電源より通電すると、電子放出部
形成領域４の部位に、構造の変化した間隙（亀裂）が形
成される。この間隙領域が電子放出部５を構成する（図
１）。尚、このフォーミングにより形成した間隙付近か
らも、所定の電圧下では電子放出が起こるが、現状の条
件ではまだ電子放出効率が非常に低いものである。

【００６５】通電フォーミングの電圧波形の例を図７に
示す。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７（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７（ｂ）に示した手法があ
る。

【００６６】まず、パルス波高値を定電圧とした場合に
ついて図７（ａ）で説明する。図７（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１μ秒〜１０ｍ秒、Ｔ２は１０μ秒〜１００
ｍ秒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。

【００６７】次に、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について図７（ｂ）で説明する。
図７（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図７（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。

【００６８】通電フォーミング処理の終了は、パルス電
圧印加中の素子に流れる電流を測定して抵抗値を求め
て、例えば１ＭΩ以上の抵抗を示した時に通電フォーミ
ングを終了させることができる。

【００６９】先に述べたように、この状態では電子発生
効率は非常に低いものである。よって電子放出効率を上
げるために、上記素子に活性化と呼ばれる処理を行うこ
とが望ましい。

【００７０】この活性化処理は、有機化合物が存在する
適当な真空度のもとで、パルス電圧を電極３ａ，３ｂ間
に繰り返し印加することによって行うことができる。そ
して炭素原子を含むガスを導入し、それに由来する炭素
あるいは炭素化合物を、前記間隙（亀裂）近傍にカーボ
ン膜として堆積させる。

【００７１】本工程において例えばカーボン源としてト
ルニトリルを用い、スローリークバルブを通して真空空
間内に導入し、１．３×１０^-4Ｐａ程度を維持する。導
入するトルニトリルの圧力は、真空装置の形状や真空装
置に使用している部材等によって若干影響されるが、１
×１０^-5Ｐａ〜１×１０^-2Ｐａ程度が好適である。

【００７２】図１０に、活性化工程で用いられる電圧印
加の好ましい一例を示した。印加する最大電圧値は、１
０〜２０Ｖの範囲で適宜選択される。

【００７３】図１０（ａ）に於いて、Ｔ１は電圧波形の
正と負のパルス幅、Ｔ２はパルス間隔であり、電圧値は
正負の絶対値が等しく設定されている。また、図１０
（ｂ）に於いて、Ｔ１およびＴ１’はそれぞれ電圧波形
の正と負のパルス幅、Ｔ２はパルス間隔であり、Ｔ１＞
Ｔ１’、電圧値は正負の絶対値が等しく設定されてい
る。

【００７４】このとき、約６０分後に放出電流Ｉｅがほ
ぼ飽和に達した時点で通電を停止し、スローリークバル
ブを閉め、活性化処理を終了する。

【００７５】以上の工程により図１に示したような電子
放出素子を作製することができる。

【００７６】上述のような素子構成と製造方法によって
作製された電子放出素子の基本特性について図８、図９
を用いて説明する。

【００７７】図８は、前述した構成を有する電子放出素
子の電子放出特性を測定するための測定評価装置の概略
図である。図８において、５１は素子に素子電圧Ｖｆを
印加するための電源、５０は素子の電極部を流れる素子
電流Ｉｆを測定するための電流計、５４は素子の電子放
出部より放出される放出電流Ｉｅを捕捉するためのアノ
ード電極、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は素子の電子放出部より放出される
放出電流Ｉｅを測定するための電流計である。

【００７８】電子放出素子の電極３ａ，３ｂ間を流れる
素子電流Ｉｆ、及びアノードへの放出電流Ｉｅの測定に
あたっては、電極３ａ，３ｂに電源５１と電流計５０と
を接続し、該電子放出素子の上方に電源５３と電流計５
２とを接続したアノード電極５４を配置している。

【００７９】また、本電子放出素子およびアノード電極
５４は真空装置５５内に設置され、その真空装置には排
気ポンプ５６および真空計等の真空装置に必要な機器が
具備されており、所望の真空下で本素子の測定評価を行
えるようになっている。なお、アノード電極５４の電圧
は１ｋＶ〜１０ｋＶ、アノード電極と電子放出素子との
距離Ｈは２ｍｍ〜８ｍｍの範囲で測定した。

【００８０】図８に示した測定評価装置により測定され
た放出電流Ｉｅおよび素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関
係の典型的な例を図９に示す。なお、放出電流Ｉｅと素
子電流Ｉｆは大きさが著しく異なるが、図９ではＩｆ、
Ｉｅの変化の定性的な比較検討のために、リニアスケー
ルで縦軸を任意単位で表記した。

【００８１】本電子放出素子は放出電流Ｉｅに対する三
つの特徴を有する。

【００８２】まず第一に、図９からも明らかなように、
本素子はある電圧（しきい値電圧と呼ぶ、図９中のＶｔ
ｈ）以上の素子電圧を印加すると急激に放出電流Ｉｅが
増加し、一方しきい値電圧Ｖｔｈ以下では放出電流Ｉｅ
がほとんど検出されない。すなわち、放出電流Ｉｅに対
する明確なしきい値電圧Ｖｔｈを持った非線形素子とし
ての特性を示しているのが判る。

【００８３】第二に、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに依
存するため、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御でき
る。

【００８４】第三に、アノード電極５４に捕捉される放
出電荷は、素子電圧Ｖｆを印加する時間に依存する。す
なわち、アノード電極５４に捕捉される電荷量は、素子
電圧Ｖｆを印加する時間により制御できる。

【００８５】次に、本発明に係る電子源及び画像形成装
置について説明する。

【００８６】図２は、本発明に係る電子源の一実施形態
を示す模式図であり、図中２１は基板、２４はＹ方向配
線（下配線）、２６はＸ方向配線（上配線）である。
尚、２は素子の電極部、３，３は電極、４は電子放出部
形成領域、５は電子放出部である。

【００８７】本例の電子源は、基板２１上に、複数の電
子放出素子をマトリクス状に配線接続してなり、各電子
放出素子の構成は図１と同様である。

【００８８】本発明の電子源の製造方法においては、電
極部２を形成する際、配線の少なくとも一部を同時に形
成することもできる。例えば図２に示したような構成の
電子源の場合には、各素子の電極部２と下配線２４を同
時に形成することができる。

【００８９】上記のような単純マトリクス配置の電子源
を用いた画像形成装置の一例について、図１１を用いて
説明する。

【００９０】図１１において、２１は上記の電子源、８
２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、８６は支持枠で
ある。電子源２１、支持枠８６及びフェースプレート８
２をフリットガラスによって接着し、４００〜５００℃
で、１０分以上焼成することで、封着して、外囲器９０
を構成する。

【００９１】尚、フェースプレート８２と電子源基板２
１との間に、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、大面積パネルの場合にも大気圧に対
して十分な強度を持つ外囲器９０を構成することもでき
る。

【００９２】図１２はフェースプレート８２上に設ける
蛍光膜８４の説明図である。蛍光膜８４は、モノクロー
ムの場合は蛍光体のみから成るが、カラーの蛍光膜の場
合は、蛍光体の配列によりブラックストライプあるいは
ブラックマトリクスなどと呼ばれる黒色導電体９１と蛍
光体９２とで構成される。ブラックストライプ、ブラッ
クマトリクスが設けられる目的は、カラー表示の場合必
要となる三原色蛍光体の、各蛍光体９２間の塗り分け部
を黒くすることで混色等を目立たなくすることと、蛍光
膜８４における外光反射によるコントラストの低下を抑
制することである。

【００９３】また、蛍光膜８４の内面側には通常メタル
バック８５が設けられる。メタルバックの目的は、蛍光
体の発光のうち内面側への光をフェースプレート８２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アノード電極として作用
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を真空蒸着等で堆積するこ
とで作製できる。

【００９４】前述の封着を行う際、カラーの場合は各色
蛍光体と電子放出素子とを対応させなくてはいけないた
め、上下基板の突き当て法などで十分な位置合わせを行
う必要がある。

【００９５】封着時の真空度は１０^-5Ｐａ程度の真空度
が要求される他、外囲器９０の封止後の真空度を維持す
るために、ゲッター処理を行なう場合もある。これは、
外囲器９０の封止を行なう直前あるいは封止後に、抵抗
加熱あるいは高周波加熱等の加熱法により、外囲器内の
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、真空度を維
持するものである。

【００９６】前述した本発明に係る表面伝導型電子放出
素子の基本的特性によれば、電子放出部からの放出電子
は、しきい値電圧以上では対向する電極間に印加するパ
ルス状電圧の波高値と巾によって制御され、その中間値
によっても電流量が制御され、もって中間調表示が可能
になる。

【００９７】また多数の電子放出素子を配置した場合に
おいては、各ラインの走査線信号によって選択ラインを
決め、各情報信号ラインを通じて個々の素子に上記パル
ス状電圧を適宜印加すれば、任意の素子に適宜電圧を印
加する事が可能となり、各素子をＯＮすることができ
る。

【００９８】また中間調を有する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
ス幅変調方式が挙げられる。

【００９９】以下に具体的な駆動装置について説明す
る。

【０１００】単純マトリクス配置の電子源基板を用いて
構成した表示パネルを利用した、ＮＴＳＣ方式のテレビ
信号に基づいたテレビジョン表示用の画像形成装置の構
成例を、図１３に示す。

【０１０１】図１３において、１０１は図１１に示した
ような画像表示パネル、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は情報信号発生
器、Ｖａは直流電圧源である。

【０１０２】電子源基板を用いた画像表示パネル１０１
のＸ方向配線には、走査線信号を印加するＸドライバー
の走査回路１０２が、Ｙ配線には情報信号が印加される
Ｙドライバーの情報信号発生器１０７が接続されてい
る。

【０１０３】電圧変調方式を実施するには、情報信号発
生器１０７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
調するような回路を用いる。また、パルス幅変調方式を
実施するには、情報信号発生器１０７としては、一定の
波高値の電圧パルスを発生するが入力されるデータに応
じて、適宜電圧パルスの幅を変調するような回路を用い
る。

【０１０４】制御回路１０３は、同期信号分離回路１０
６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Ｔｍｒｙの各制御信号
を発生する。

【０１０５】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ある。この輝度
信号成分は、同期信号に同期してシフトレジスタ１０４
に入力される。

【０１０６】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輝度信号を、画像の１ライン毎に
シリアル／パラレル変換して、制御回路１０３より送ら
れるシフトクロックＴｓｆｔに基づいて動作する。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、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。

【０１０７】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、記憶された内容は、情報信号発生器１０７に入力さ
れる。

【０１０８】情報信号発生器１０７は、各々の輝度信号
に応じて、電子放出素子の各々を適切に駆動する為の信
号源であり、その出力信号はＹ方向配線を通じて表示パ
ネル１０１内に入り、走査回路１０２によって選択中の
Ｘ方向配線との交点にある各々の電子放出素子に印加さ
れる。

【０１０９】Ｘ方向配線を順次走査する事によって、パ
ネル全面の電子放出素子を駆動する事が可能になる。

【０１１０】以上のように本発明による画像形成装置に
おいて、各電子放出素子にＸＹ方向配線を通じ、電圧を
印加することにより電子放出させ、直流電圧源Ｖａに接
続された高圧端子Ｈｖを通じ、アノード電極であるメタ
ルバック８５に高圧を印加し、発生した電子ビームを加
速し、蛍光膜８４に衝突させることによって、画像を表
示することができる。

【０１１１】ここで述べた画像形成装置の構成は、本発
明の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Ｎ
ＴＳＣ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、ＨＤＴＶなどでも同じである。

【０１１２】

【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。

【０１１３】（実施例１）本実施例は、図１に示したよ
うな電子放出素子の複数をマトリクス配線接続した図２
に示したような電子源を製造した例である。以下、本実
施例の電子源の製造方法を、図１乃至図６を参照しつつ
説明する。

【０１１４】［電極部の形成］金属有機化合物の水溶液
［酢酸テトラキス（モノエタノールアミノ）白金（Ｉ
Ｉ）錯体、白金含有量５重量％］と、感光剤（４，４’
−ジアジドスチルベン−２，２’−ジスルホン酸ナトリ
ウム）を含有した樹脂（ポリビニルアルコール）の水溶
液を以下の比率で混合し、組成物を調製した。金属有機化合物：５０重量部樹脂：５０重量部（感光剤１０重量部を含む）

【０１１５】この組成物をガラス製の基板２１（３５０
ｍｍ×３００ｍｍ×厚さ２．８ｍｍ）にスピンコーター
で全面に塗布し、ホットプレートで８０℃で２分間乾燥
した。乾燥後の塗膜の厚みは２．０５μｍであった。

【０１１６】次いで、ネガフォトマスクを用い、上記塗
膜の内、電子放出部を形成する領域を遮光し、電極を形
成する領域に超高圧水銀ランプ（照度＝２０ｍＷ／ｃｍ
²）にて、１００μｍのギャップを保持して、露光時間
１０秒で露光した。次に、電子放出部を形成する領域を
上記超高圧水銀ランプで、上記ギャップを保持して、露
光時間２秒の領域と０．５秒の領域をそれぞれ露光し
た。露光後、現像液として純水を用い、ディッピングで
３０秒間処理し、電極領域と電子放出部形成領域を同時
にパターニングされた塗膜を得た。

【０１１７】上記パターニングされた塗膜を有する基板
２１を熱風循環炉に入れ、５２０℃で１時間焼成した。
これにより、白金薄膜からなる電極３ａ，３ｂと電子放
出部形成領域４が同時に形成され、電極部２が形成され
た（図３）。

【０１１８】本実施例における電極部２は、幅６０μ
ｍ、長さ４８０μｍの電極３ａと、幅１２０μｍ、長さ
２００μｍの電極３ｂとを、電極間ギャップ２０μｍ
（即ち、電子放出部形成領域４）で対向させたものとし
た。また、電極部２間のピッチは、横方向３００μｍ、
縦方向６５０μｍとし、電極部２の数は７２０×２４０
としてマトリクス形状に配置した。

【０１１９】本実施例における電極３ａ，３ｂの形成と
同様にして形成した１ｃｍ×１ｃｍの白金膜パターン
（ａ）のシート抵抗値は２１Ω／□であった。

【０１２０】また、電極３ａ，３ｂ間の電子放出部形成
領域４は、電極３ａ，３ｂよりも低密度化および薄膜化
されており、シート抵抗を測定したところ、２秒露光領
域（ｂ）は１０００Ω／□、０．５秒露光領域（ｃ）は
１３０００Ω／□であった。

【０１２１】［下配線の形成］共通配線としてのＹ方向
配線（下配線）２４は、一方の電極３ｂに接して、かつ
それらを連結するようにライン状のパターンで形成し
た。材料にはＡｇフォトぺーストインキを用い、スクリ
ーン印刷した後、乾燥させてから、所定のパターンに露
光し現像した。この後４８０℃前後の温度で焼成して下
配線２４を形成した（図４参照）。この下配線２４の厚
さは約１０μｍ、幅は約５０μｍである。なお終端部は
配線取り出し電極として使うために、線幅をより大きく
した。

【０１２２】［絶縁層の形成］上下配線を絶縁するため
に、絶縁層２５を形成する。後述のＸ方向配線（上配
線）下に、先に形成したＹ方向配線（下配線）２４との
交差部を覆うように、かつ上配線（Ｘ配線）と他方の電
極３ａとの電気的接続が可能なように、接続部にコンタ
クトホールを開けて形成した（図５参照）。

【０１２３】具体的には、ＰｂＯを主成分とする感光性
のガラスペーストをスクリーン印刷した後、露光−現像
した。これを４回繰り返し、最後に４８０℃前後の温度
で焼成した。この絶縁層２５の厚みは、全体で約３０μ
ｍであり、幅は１５０μｍである。

【０１２４】［上配線の形成］先に形成した絶縁層２５
の上に、Ａｇぺーストインキをスクリーン印刷した後乾
燥させ、この上に再度同様に印刷を行い２度塗りしてか
ら、４８０℃前後の温度で焼成してＸ方向配線（上配
線）２６を形成した（図６参照）。Ｘ方向配線２６は絶
縁層２５を挟んでＹ方向配線２４と交差しており、絶縁
層２５のコンタクトホール部分で電極３ａとも接続され
ている。このＸ方向配線２６の厚さは、約１５μｍであ
る。図示していないが、外部駆動回路への取り出し電極
部もこれと同様の方法で形成した。

【０１２５】このようにして、基板２１上に形成した複
数の電極部２をＸＹマトリクス配線接続した。

【０１２６】［フォーミング工程］次にフォーミングと
呼ばれる工程で、電極部２を通電処理して電子放出部形
成領域４の内部に亀裂を生じさせ、電子放出部５を形成
する（図２）。

【０１２７】具体的な方法は、基板２１の周囲の取り出
し電極部を残して、基板全体を覆うようにフード状の蓋
をかぶせて基板２１との間で内部に真空空間を作り、外
部電源より電極端子部からＸＹ方向配線２６，２４間に
電圧を印加し、電極３ａ，３ｂ間に通電することによっ
て、電子放出部形成領域４を局所的に破壊、変形もしく
は変質させることにより、電気的に高抵抗な状態の電子
放出部５を形成する。

【０１２８】フォーミング処理に用いた電圧波形は図７
（ｂ）の様な矩形パルス波形を用い、Ｔ１を０．１ｍｓ
ｅｃ、Ｔ２を５０ｍｓｅｃとした。印加した電圧は０．
１Ｖから始めて５秒ごとに０．１Ｖステップ程度ずつ増
加させた。通電フォーミング処理の終了は、パルス電圧
印加時に素子に流れる電流を測定して抵抗値を求めて、
１ＭΩ以上の抵抗を示した時に通電フォーミングを終了
した。

【０１２９】フォーミングに要した消費電力は、１素子
あたり、（ａ）１５００ｍＷ、（ｂ）４００ｍＷ、
（ｃ）０．８ｍＷであった。このように、電子放出部を
形成する部分を薄膜化、低密度化することで、フォーミ
ング処理時に必要な消費電力が減少していた。また形成
された電子放出部である亀裂の形状を顕微鏡観察したと
ころ、薄膜化、低密度化した電子放出部形成領域４の中
央に直線的に形成されており、亀裂の長さ及び形状が均
一に形成されていた。

【０１３０】［活性化工程］前記のフォーミングと同様
にフード状の蓋をかぶせて基板２１との間で内部に真空
空間を作り、外部からＸＹ方向配線２６，２４を通じて
パルス電圧を電極３ａ，３ｂに繰り返し印加することに
よって行う。そして炭素原子を含むガスを導入し、それ
に由来する炭素あるいは炭素化合物を、前記亀裂近傍に
カーボン膜として堆積させる。

【０１３１】本工程ではカーボン源としてトリニトリル
を用い、スローリークバルブを通して真空空間内に導入
し、１．３×１０^-4Ｐａを維持した。

【０１３２】図１０に、活性化工程で用いられる電圧印
加の好ましい一例を示した。印加する最大電圧値は、１
０〜２０Ｖの範囲で適宜選択される。

【０１３３】図１０（ａ）に於いて、Ｔ１は電圧波形の
正と負のパルス幅、Ｔ２はパルス間隔であり、電圧値は
正負の絶対値が等しく設定されている。また、図１０
（ｂ）に於いて、Ｔ１およびＴ１’はそれぞれ電圧波形
の正と負のパルス幅、Ｔ２はパルス間隔であり、Ｔ１＞
Ｔ１’、電圧値は正負の絶対値が等しく設定されてい
る。

【０１３４】このとき、電極３ｂに与える電圧を正とし
ており、素子電流Ｉｆは、電極３ｂから電極３ａへ流れ
る方向が正である。約６０分後に放出電流Ｉｅがほぼ飽
和に達した時点で通電を停止し、スローリークバルブを
閉め、活性化処理を終了した。

【０１３５】以上の工程で、基板上に多数の電子放出素
子をマトリクス配線接続してなる電子源（図２）を作成
することができた。

【０１３６】次に、以上のようにして製造した単純マト
リクス配置の電子源を用いて図１１に示すような画像形
成装置（表示パネル）を製造した。尚、図１１は内部を
表現するために部分的に切り欠いて表している。

【０１３７】図１１において、２１は上記の電子源、８
２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、８６は支持枠で
ある。電子源２１、支持枠８６及びフェースプレート８
２をフリットガラスによって接着し、４８０℃で、３０
分焼成することで、封着して、外囲器９０を得た。

【０１３８】このようにして図１１に示されるような表
示パネルを製造し、図１３の走査回路・制御回路・変調
回路・直流電圧源などからなる駆動回路を接続し、パネ
ル状の画像形成装置を製造した。

【０１３９】Ｘ方向端子とＹ方向端子を通じて、各電子
放出素子に時分割で所定電圧を印加し、高電圧端子Ｈｖ
を通じてメタルバック８５に高電圧を印加することによ
って、任意のマトリクス画像パターンを良好な画像品質
で表示することができた。

【０１４０】（実施例２）本実施例は、図１に示したよ
うな電子放出素子の複数をマトリクス配線接続した図２
に示したような電子源を製造した例である。以下、本実
施例の電子源の製造方法を、図１乃至図６を参照しつつ
説明する。

【０１４１】［電極部の形成］感光性樹脂（三洋化成
製、サンレジナーＢＭＲ−８５０）に、アミン系シラン
カップリング剤（信越化学製ＫＢＭ−６０３）を０．
０６ｗｔ％添加した溶液を、ガラス基板（７５ｍｍ×７
５ｍｍ×厚さ２．８ｍｍ）にスピンコーターで全面に塗
布し、ホットプレートで４５℃で２分間乾燥した。

【０１４２】次いで、ネガフォトマスクを用い、上記塗
膜の内、電子放出部を形成する領域を遮光し、電極部を
形成する領域に超高圧水銀ランプ（照度＝２０ｍＷ／ｃ
ｍ²）にて、１００μｍのギャップを保持して、露光時
間８秒で露光した。次に、電子放出部を形成する領域を
上記超高圧水銀ランプで、上記ギャップを保持して、露
光時間２秒の領域と０．５秒の領域をそれぞれ露光し
た。露光後、現像液として純水を用い、ディッピングで
２５秒間処理し、目的の吸収層パターンを得た。パター
ン形成後の膜厚は１．６０μｍであった。

【０１４３】このパターン形成基板を純水中に３０秒浸
漬した後、Ｐｔ錯体溶液（テトラ白金モノメタノールア
ミン錯体、白金含有量１重量％）に６０秒浸漬した。

【０１４４】その後、基板を引き上げ、流水で５秒間洗
浄し、パターン間のＰｔ錯体溶液を洗浄し、エアーで水
切りをし、８０℃のホットプレートで３分乾燥した。そ
の後、熱風循環炉にて、５２０℃で１時間焼成した。

【０１４５】本実施例における電極部２は、幅６０μ
ｍ、長さ４８０μｍの電極３ａと、幅１２０μｍ、長さ
２００μｍの電極３ｂとを電極間ギャップ２０μｍ（即
ち、電子放出部形成領域４）で対向させたものとした。
また、電極部２間のピッチは、横方向３００μｍ、縦方
向６５０μｍとし、電極部２の数は７２０×２４０とし
てマトリクス形状に配置した。

【０１４６】本実施例における電極３ａ，３ｂの形成と
同様にして形成した１ｃｍ×１ｃｍの白金膜パターン
（ａ）のシート抵抗値は４５Ω／□であった。

【０１４７】また、電極３ａ，３ｂ間の電子放出部形成
領域４は、電極３ａ，３ｂよりも低密度化および薄膜化
されており、シート抵抗を測定したところ、２秒露光領
域（ｂ）は１２００Ω／□、０．５秒露光領域（ｃ）は
１６０００Ω／□であった。

【０１４８】以下実施例１と同様の手法を用いて、下配
線、絶縁層、上配線を形成した。

【０１４９】フォーミングも、実施例１と同様の手法を
用いて行った。その結果、フォーミングに要した消費電
力は、１素子あたり、（ａ）１８００ｍＷ、（ｂ）４５
０ｍＷ、（ｃ）０．９ｍＷであった。このように、電子
放出部を形成する部分を薄膜化、低密度化することで、
フォーミング処理時に必要な消費電力が減少していた。
また形成された電子放出部である亀裂の形状を顕微鏡観
察したところ、薄膜化、低密度化した電子放出部形成領
域４の中央に直線的に形成されており、亀裂の長さ及び
形状が均一に形成されていた。

【０１５０】活性化工程も、実施例１と同様の手法を用
いて行った。

【０１５１】さらに実施例１と同様に画像形成装置を製
造し、駆動したところ、任意のマトリクス画像パターン
を良好な画像品質で表示することができた。

【０１５２】（実施例３）実施例１で作製した電子源の
特性を測定した。

【０１５３】各素子の電極３ａ，３ｂ間に電圧１２Ｖを
印可したときの放出電流Ｉｅを測定したところ、平均で
０．６５μＡ、電子放出効率は平均０．２０％を得た。

【０１５４】また、各電子放出素子間の均一性も良く、
各電子放出素子間でのＩｅのバラツキは、４．５％と良
好であった。

【０１５５】（実施例４）実施例２で作製した電子源の
特性を測定した。

【０１５６】各素子の電極３ａ，３ｂ間に電圧１２Ｖを
印可したときの放出電流Ｉｅを測定したところ、平均で
０．６３μＡ、電子放出効率は平均０．２２％を得た。

【０１５７】また、各電子放出素子間の均一性も良く、
各電子放出素子間でのＩｅのバラツキは、４．２％と良
好であった。

【０１５８】（比較例１）本比較例は、図１４に示した
ような電子放出素子の複数をマトリクス配線接続した図
１５に示すような電子源を製造した例である。以下、本
比較例の電子源の製造方法を図１４〜図２０を参照しつ
つ説明する。

【０１５９】［素子電極の形成］基板１２１として、ア
ルカリ成分が少ないＰＤ−２００（旭硝子（株）製）の
２．８ｍｍ厚ガラスを用い、更にこの上にナトリウムブ
ロック層としてＳｉＯ２膜１００ｎｍを塗付焼成したも
のを用いた。

【０１６０】素子電極１４２，１４３は、基板１２１上
に、スパッタ法によってまず下引き層としてチタニウム
Ｔｉ５ｎｍ、その上に白金Ｐｔ４０ｎｍを成膜した後、
ホトレジストを塗布し、露光、現像、エッチングという
一連のフォトリソグラフィー法によってパターニングし
て形成した（図１６）。

【０１６１】本比較例では素子電極の間隔Ｌ＝１０μ
ｍ、対向する長さＷ＝１００μｍとした。

【０１６２】［下配線の形成］共通配線としてのＹ方向
配線（下配線）１２４は、素子電極１４３に接して、か
つそれらを連結するようにライン状のパターンで形成し
た。材料には銀Ａｇフォトぺーストインキを用い、スク
リーン印刷した後、乾燥させてから、所定のパターンに
露光し現像した。この後４８０℃前後の温度で焼成して
Ｙ方向配線１２４を形成した（図１７）。このＹ方向配
線１２４の厚さは約１０μｍ、幅は約５０μｍである。
なお、終端部は配線取り出し電極として使うために、線
幅をより大きくした。

【０１６３】［絶縁層の形成］上下配線を絶縁するため
に、絶縁層１２５を配置する。後述のＸ方向配線（上配
線）下に、先に形成したＹ方向配線（下配線）との交差
部を覆うように、かつ上配線（Ｘ配線）と素子電極１４
２との電気的接続が可能なように、接続部にコンタクト
ホールを開けて形成した（図１８）。

【０１６４】具体的には、ＰｂＯを主成分とする感光性
のガラスペーストをスクリーン印刷した後、露光−現像
した。これを４回繰り返し、最後に４８０℃前後の温度
で焼成した。この絶縁層１２５の厚みは、全体で約３０
μｍであり、幅は１５０μｍである。

【０１６５】［上配線の形成］先に形成した絶縁層１２
５の上に、Ａｇぺーストインキをスクリーン印刷した後
乾燥させ、この上に再度同様に印刷を行い２度塗りして
から、４８０℃前後の温度で焼成してＸ方向配線（上配
線）１２６を形成した（図１９参照）。Ｘ方向配線１２
６は絶縁層１２５を挟んでＹ方向配線１２４と交差して
おり、絶縁層１２５のコンタクトホール部分で素子電極
１４２とも接続されている。このＸ方向配線１２６の厚
さは、約１５μｍである。図示していないが、外部駆動
回路への取り出し電極部もこれと同様の方法で形成し
た。

【０１６６】このようにしてＸＹマトリクス配線を有す
る基板が形成された。

【０１６７】次に、上記基板を十分にクリーニングした
後、撥水剤を含む溶液で表面を処理し、表面が疎水性に
なるようにした。これはこの後塗布する導電性膜形成用
の水溶液が、素子電極上に適度な広がりをもって配置さ
れるようにするためである。

【０１６８】［導電性膜の形成］次に、素子電極１４
２，１４３間に導電性膜１４４を形成した。本工程を図
２０の模式図を用いて説明する。尚、基板１２１上にお
ける個々の素子電極の平面的ばらつきを補償するため
に、基板上の数箇所に於いてパターンの配置ずれを観測
し、観測点間のポイントのずれ量は直線近似して位置補
完し、導電性膜形成材料を塗付する事によって、全画素
の位置ずれをなくして、対応した位置に的確に塗付する
ようにした。

【０１６９】本比較例では、導電性膜１４４としてパラ
ジウム膜を得る目的で、先ず水８５：イソプロピルアル
コール（ＩＰＡ）１５からなる水溶液に、パラジウム−
プロリン錯体０．１５重量％を溶解し、有機パラジウム
含有溶液を得た。この他若干の添加剤を加えた。この溶
液の液滴を、液滴付与手段２０１として、ピエゾ素子を
用いたインクジェット噴射装置を用い、ドット径が６０
μｍとなるように調整して素子電極間に付与した（図２
０（ａ））。

【０１７０】その後、この基板を空気中にて、３５０℃
で１０分間の加熱焼成処理をして酸化パラジウム（Ｐｄ
Ｏ）からなる導電性膜１４４’が形成された（図２０
（ｂ））。

【０１７１】［フォーミング工程］次に、フォーミング
と呼ばれる本工程に於いて、上記導電性膜１４４’を通
電処理して内部に亀裂を生じさせ、電子放出部１４５を
形成する（図２０（ｃ））。

【０１７２】具体的な方法は、上記基板１２１の周囲の
取り出し電極部を残して、基板全体を覆うようにフード
状の蓋をかぶせて基板１２１との間で内部に真空空間を
作り、外部電源より電極端子部からＸＹ方向配線１２
６，１２４間に電圧を印加し、素子電極１４２，１４３
間に通電することによって、導電性膜１４４’を局所的
に破壊、変形もしくは変質させることにより、電気的に
高抵抗な状態の電子放出部１４５を形成する。

【０１７３】この時若干の水素ガスを含む真空雰囲気下
で通電加熱すると、水素によって還元が促進され酸化パ
ラジウムＰｄＯからなる導電性膜１４４’がパラジウム
Ｐｄからなる導電性膜１４４に変化する。この変化時に
膜の還元収縮によって、一部に亀裂が生じるが、この亀
裂発生位置、及びその形状は元の膜の均一性に大きく影
響される。このようにして得られた導電性膜４の抵抗値
Ｒｓは、１０²から１０⁷Ωの値である。

【０１７４】以下、実施例１と同様にフォーミング処理
及び活性化処理を行い、図１５に示したような電子源を
製造した。

【０１７５】この電子源の各電子放出素子の素子電極間
に電圧１２Ｖを印可したときの放出電流Ｉｅを測定した
ところ、平均で０．５９μＡ、電子放出効率は平均０．
１４％を得た。また、各素子間でのＩｅのバラツキは、
５．１％であった。

【０１７６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法に従
い電子放出素子を製造するならば、製造工程を大幅に簡
略化でき、工程の減少によりコストの低減したディスプ
レイを提供することが可能となる。また、電子放出部の
形成を低消費電力で行うことができる。さらに、電子放
出特性の優れた電子放出素子を得ることができる。この
結果、この素子を用いた電子源および画像形成装置は、
表示品位の良い画像を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電子放出素子の一構成例を模式的
に示す平面図である。

【図２】図１の電子放出素子の多数をマトリクス配線接
続してなる電子源を模式的に示す平面図である。

【図３】本発明の実施例に係る電子源の製造工程を説明
するための図である。

【図４】本発明の実施例に係る電子源の製造工程を説明
するための図である。

【図５】本発明の実施例に係る電子源の製造工程を説明
するための図である。

【図６】本発明の実施例に係る電子源の製造工程を説明
するための図である。

【図７】フォーミング電圧の例を示す図である。

【図８】本発明に係る電子放出素子の特性を測定するた
めの装置を模式的に示す図である。

【図９】本発明に係る表面伝導型電子放出素子の素子電
流及び放出電流と素子電圧との関係を示す図である。

【図１０】活性化電圧の例を示す図である。

【図１１】本発明に係る画像形成装置の一構成例を模式
的に示す斜視図である。

【図１２】本発明に係る画像形成装置における蛍光膜の
例を模式的に示す図である。

【図１３】本発明に係る画像形成装置の駆動回路図であ
る。

【図１４】従来例の電子放出素子を模式的に示す平面図
である。

【図１５】比較例に係る電子源を模式的に示す平面図で
ある。

【図１６】比較例に係る電子源の製造工程を説明するた
めの図である。

【図１７】比較例に係る電子源の製造工程を説明するた
めの図である。

【図１８】比較例に係る電子源の製造工程を説明するた
めの図である。

【図１９】比較例に係る電子源の製造工程を説明するた
めの図である。

【図２０】比較例に係る電子源の製造工程を説明するた
めの図である。

【符号の説明】

１基板２電極部３ａ、３ｂ電極４電子放出部形成領域５電子放出部２１電子源基板２４Ｙ方向配線２５絶縁層２６Ｘ方向配線５０素子電流Ｉｆを測定するための電流計５１素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源５２放出電流Ｉｅを測定するための電流計５３アノード電極に電圧を印加するための高圧電源５４放出電流Ｉｅを捕捉するためのアノード電極５５真空装置５６排気ポンプ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９０、１０１外囲器（表示パネル）９１黒色導電体９２蛍光体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情報信号発生器１２１電子源基板１２４Ｙ方向配線１２５絶縁層１２６Ｘ方向配線１４１基板１４２、１４３素子電極１４４導電性膜１４５電子放出部２０１液滴付与手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鏡一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 (72)発明者古瀬剛史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)発明者寺田匡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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された電極部の一部に、間
隙を含む電子放出部を有する電子放出素子の製造方法で
あって、電極部形成用組成物を基板の表面に塗布する塗布工程、
該塗膜を所定のパターンに露光する露光工程、現像工
程、及び焼成工程を用いて、低密度化もしくは薄膜化さ
れた電子放出部形成領域を一部に有する電極部を形成
し、該電極部への通電によって該電子放出部形成領域に
間隙を形成することを特徴とする電子放出素子の製造方
法。
【請求項２】前記電極部形成用組成物として、感光性
樹脂成分と、焼成することにより金属膜を形成可能な金
属有機化合物成分と、溶媒成分とからなる金属有機化合
物含有感光性樹脂を用いることを特徴とする請求項１に
記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項３】前記金属有機化合物成分が、金属錯体で
あることを特徴とする請求項２に記載の電子放出素子の
製造方法。
【請求項４】前記金属錯体が、白金錯体であることを
特徴とする請求項３に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項５】基板上に形成された電極部の一部に、間
隙を含む電子放出部を有する電子放出素子の製造方法で
あって、基板の表面に電極部に対応する吸収層のパターンを形成
する工程、該吸収層に金属有機化合物成分を吸収させる
工程、及び該金属有機化合物成分を吸収した該吸収層を
焼成する工程を用いて、低密度化もしくは薄膜化された
電子放出部形成領域を一部に有する電極部を形成し、該
電極部への通電によって該電子放出部形成領域に間隙を
形成することを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項６】前記金属有機化合物成分が、金属錯体で
あることを特徴とする請求項５に記載の電子放出素子の
製造方法。
【請求項７】前記金属錯体が、白金錯体であることを
特徴とする請求項６に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項８】基板上に、複数の電子放出素子と、該複
数の電子放出素子に接続された配線とを具備する電子源
の製造方法であって、前記電子放出素子を請求項１乃至７のいずれかに記載の
製造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９】前記低密度化もしくは薄膜化された電子
放出部形成領域を一部に有する電極部を形成する際、前
記配線の少なくとも一部を同時に形成することを特徴と
する請求項８に記載の電子源の製造方法。
【請求項１０】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であって、該電子源を請求項８又
は９に記載の製造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。