JPH0765708A - 電子放出素子並びに画像形成装置の製造方法 - Google Patents

電子放出素子並びに画像形成装置の製造方法

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JPH0765708A
JPH0765708A JP23075793A JP23075793A JPH0765708A JP H0765708 A JPH0765708 A JP H0765708A JP 23075793 A JP23075793 A JP 23075793A JP 23075793 A JP23075793 A JP 23075793A JP H0765708 A JPH0765708 A JP H0765708A
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electron
thin film
fine particles
film
manufacturing
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JP23075793A
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English (en)
Inventor
Kazuhiro Mitsumichi
和宏 三道
Tetsuya Kaneko
哲也 金子
Yoshihiro Yanagisawa
芳浩 柳沢
Mitsutoshi Hasegawa
光利 長谷川
Masaru Nakayama
優 中山
Yoshiyuki Osada
芳幸 長田
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Original Assignee
Canon Inc
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30Cold cathodes
    • H01J2201/316Cold cathodes having an electric field parallel to the surface thereof, e.g. thin film cathodes
    • H01J2201/3165Surface conduction emission type cathodes

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微粒子からなる膜を有する表面伝導型電子放
出素子の製造工程数を削減し得る製造方法を提供する。 【構成】 絶縁性基板1上に形成された素子電極5,6
間に微粒子からなる所望のパターンの薄膜4を形成する
際に、感光性樹脂と該微粒子を含むスラリー液7を塗布
(b)した後、露光,現像して薄膜領域を形成し
(c)、これを焼成して感光性樹脂を焼失させ微粒子か
らなる薄膜4を形成する(d)電子放出素子の製造方
法。 【効果】 レジスト膜と微粒子膜の形成を同時に行うこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子放出素子及びその
応用である表示装置や記録装置等の画像形成装置に関
し、特に、電子放出素子の製造技術に関する。
【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(以下、SCE型と略す)等がある。
【0003】FE型の例としては、W. P. Dyk
e & W. W. Dolan,”Field em
ission”, Advance in Elect
ron Physics, 8,89(1956)や
C. A. Spindt,”Physical pr
operties of thin−film fie
ld emission cathodes with
molybdenum cones”, J. Ap
pl. Phys., 47,5248(1976)等
が知られている。
【0004】また、MIM型の例としては、C. A.
Mead, ”The tunnel−emissi
on amplifier”, J. Appl. P
hys., 32,646(1961)等が知られてい
る。
【0005】更に、SCE型の例としてはM. I.
Elinson, Radio Eng. Elect
ron Phys., 10,(1965)等がある。
【0006】上記SCE型は、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。
【0007】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
Solid Films”, 9,317(197
2)]、In23/SnO2薄膜によるもの[M. H
artwell and C. G. Fonsta
d: ”IEEE Trans. ED Con
f.”, 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。
【0008】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5に示す。同図において1は絶縁性基板であり、3が
電子放出部、4は該電子放出部3を含む金属酸化物薄膜
であり、5及び6は前記薄膜4と同じ材料で作ることも
できる素子電極である。図中のL1は0.5〜1mm、
Wは0.1mmに設定されている。
【0009】従来、このような表面伝導型電子放出素子
は、絶縁性基板1上に電子放出部形成用の金属酸化物薄
膜をスパッタによりH型形状に形成し、該薄膜を予めフ
ォーミングと呼ばれる通電処理により電子放出部3を形
成するのが一般的である。このフォーミングとは、上記
電子放出部形成用薄膜の両端に電圧を印加通電し、電子
放出部形成薄膜を局所的に破壊、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3を形成す
る工程である。フォーミング処理を行なった表面伝導型
電子放出素子の電子放出部3は薄膜の一部に亀裂が発生
しており、薄膜4に電圧を印加して素子に電流を流すこ
とにより、該亀裂より電子が放出される。
【0010】また、本出願人は、特開平2−56822
号等において新規な表面伝導型放出素子を技術開示し
た。この電子放出素子は上記従来の表面伝導型電子放出
素子に対し、電子放出位置をより精密に制御でき、より
高精密に電子放出素子を配列する事ができる。この表面
伝導型電子放出素子の典型的な素子構成を図6(a),
(b)に示す。電子放出部を含む薄膜4のうち電子放出
部3は導電性微粒子からなり、電子放出部3以外の電子
放出部を含む薄膜4は微粒子膜からなる。なおここで述
べられている微粒子膜とは、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)の膜をさす。
【0011】以上説明してきた表面伝導型電子放出素子
を電子源として用いる際には、電子ビームを飛翔させる
ため真空容器内に配置する必要がある。また、真空容器
内の本素子の鉛直上方に蛍光体を有するフェースプレー
トを設け、素子電極間に電圧を印加することにより電子
放出部から電子を放出させ、該電子線を蛍光体に照射さ
せて該蛍光体を発光させることで、発光素子や平面型表
示装置として用いることができる。
【0012】従来、図6に示したような微粒子膜を用い
た表面伝導型電子放出素子は以下の様にして作製されて
いた。
【0013】図7はその製造工程を示しており、まず絶
縁性基板1上に真空蒸着技術,フォトリソグラフィー技
術により素子電極5,6を形成する(図7(a))。次
に、レジスト71を塗布し(図7(b))、露光,現像
によりパターニングして微粒子膜を形成する部分のレジ
スト膜71を除去する(図7(c))。次に、この上に
微粒子の分散液を塗布した後、焼成して微粒子からなる
薄膜4を成膜し、(図7(d))、最後にレジスト膜7
1を除去して(図7(e))、上記表面伝導型電子放出
素子を得る。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の製造方
法では、所望のパターンの微粒子膜4を形成する際に、
レジスト膜と微粒子膜の成膜をそれぞれ独立した工程で
行っている。一般に、プロセスの工程数が多いほど、全
体としてのスループットは下がり、コスト的にも不利で
あるため、工程数の削減は重要な課題である。
【0015】
【課題を解決するための手段及び作用】上記課題を解決
するために、本発明では、所望のパターンの微粒子膜を
形成する際に、レジスト膜と微粒子からなる薄膜の成膜
を同時に行い得るようにしたものである。
【0016】即ち本発明の第1は、一対の電極間に微粒
子からなる薄膜を有する電子放出素子の製造方法におい
て、感光性樹脂と微粒子もしくは有機金属化合物を含む
スラリー液を塗布した後、露光,現像して薄膜領域を形
成し、さらに焼成して前記微粒子からなる薄膜を形成す
ることを特徴とする電子放出素子の製造方法であり、第
2は、複数の電子放出素子と、該電子放出素子から放出
される電子線の照射により画像を形成する部材を具備す
る画像形成装置の製造方法において、上記電子放出素子
を上記第1の発明の製造方法で作製することを特徴とす
る画像形成装置の製造方法である。
【0017】本発明による電子放出素子は、図6に示し
たような基本構成を有する表面伝導型電子放出素子であ
り、その構成上の特徴としては次のようなことが挙げら
れる。
【0018】1)フォーミングと呼ばれる通電処理前の
電子放出部形成用薄膜は、基本的には、微粒子より構成
される。
【0019】2)フォーミングと呼ばれる通電処理後の
電子放出部を含む薄膜は、電子放出部、電子放出部を含
む薄膜とも基本的には、微粒子より構成される。
【0020】次に、本発明の電子放出素子の製造方法を
図1を用いて詳細に説明する。
【0021】先ず、絶縁性基板1上に素子電極5,6を
形成する(図1(a))。絶縁性基板1としては、石英
ガラス、Na等の不純物含有量を減少したガラス、青板
ガラス、青板ガラスにスパッタ法等により形成したSi
2を積層したガラス基板等及びアルミナ等のセラミッ
ク等が挙げられる。対向する素子電極5,6の材料とし
ては導電性を有するものであればどのようなものであっ
ても構わないが、例えばNi,Cr,Au,Mo,W,
Pt,Ti,Al,Cu,Pd等の金属あるいは合金及
びPd,Ag,Au,RuO2,Pd−Ag等の金属或
いは金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体、I
23−SnO2等の透明導電体及びポリシリコン等の
半導体材料等が挙げられる。素子電極間隔L1は、数百
Å〜数十μmであり、素子電極の製法の基本となるフォ
トリソグラフィー技術、即ち、露光機の性能とエッチン
グ方法等、及び、素子電極間に印加する電圧と電子放出
し得る電界強度等により設定されるが、好ましくは10
00Å〜10μmである。素子電極長さW1(図6参
照)及び素子電極5,6の膜厚dは、電極の抵抗値,配
線との結線及び多数配置する場合の配置上の問題より適
宜設計され、通常は素子電極長さW1は好ましくは数μ
m〜数百μmであり、素子電極5,6の膜厚dは好まし
くは数百Å〜数μmである。
【0022】次に、この上に感光性樹脂と微粒子を含む
スラリー液7を塗布する(図1(b))。塗布方法とし
ては、スピンナー法,ディッピング法,スプレー法,ス
クリーン印刷法等を用いることができる。
【0023】上記感光性樹脂としては、ポリビニルアル
コール(PVA)−ADC,PVA−ジアゾニウム塩等
を用いることができる。
【0024】上記微粒子としては、Pd,Ag,Au,
Ti,In,Cu,Cr,Fe,Zn,Sn,Ta,
W,Pd等の金属、PdO,SnO2,In23,Pb
O,Sb23等の酸化物、HfB2,ZrB2,La
6,CeB6,YB4,GdB4等の硼化物、TiC,Z
nC,HfC,TaC,SiC,WC等の炭化物、Ti
N,ZrN,HfN等の窒化物、Si,Ge等の半導
体、カーボン,AgMg,NiCu,PbSn等や、上
記物質の混合物が挙げられる。また、微粒子そのものの
替わりに、焼成することによって微粒子化する様なもの
を用いることもでき、例えば、有機金属化合物等でもよ
い。またスラリー液中の溶媒としては、水、アルコール
等が使用できる。
【0025】次に、通常のフォトリソグラフィー技術を
用いて、露光,現像を行い、薄膜領域を形成する(図1
(c))。
【0026】そして、最後に、焼成することにより不要
な感光性樹脂を焼失させ、微粒子からなる薄膜を形成す
る(図1(d))。
【0027】このように本発明では、微粒子膜の形成溶
液に感光性樹脂を含有させているため、図7に示した従
来の製造方法のようにレジスト膜と微粒子膜の成膜工程
を分ける必要がなく、製造工程が削減される。
【0028】上述のようにして作製した素子に対して、
フォーミングと呼ばれる通電処理を、素子電極5,6間
に不図示の電源によりパルス状あるいは、高速の昇電圧
による電圧を印加して行うと、薄膜4の部位に構造の変
化した電子放出部3が形成され、図6に示した基本構成
を有する電子放出素子が得られる。電子放出部3は導電
性微粒子で構成されていることを本出願人らは観察して
いる。
【0029】上記フォーミング処理の電圧波形の一例を
図2に示す。
【0030】図2中、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(フォーミング時のピーク電圧)は4V〜10
V程度とし、フォーミング処理は真空雰囲気下で数十秒
程度で適宜設定する。
【0031】また、フォーミング処理において、素子電
極間に印加する波形は三角波に限らず、矩形波など所望
の波形を用いてもよく、その波高値及びパルス幅・パル
ス間隔等についても上述の値に限ることなく、電子放出
部が良好に形成されれば所望の値を選択することが出来
る。
【0032】本発明による電子放出素子の構成は図6の
構成に限定されるものではなく、電子放出部を含む薄膜
4は、素子電極5,6上には配置されない場合もある。
即ち、絶縁性基板1上に、薄膜4、対向する素子電極
5,6の順に積層した場合である。また、対向する素子
電極5と素子電極6間全てが、電子放出部として機能す
る場合もある。この電子放出部を含む薄膜4の膜厚は、
数Å〜数千Å、好ましくは10Å〜200Åであり、素
子電極5,6へのステップカバレージ、電子放出部3と
素子電極5,6間の抵抗値及び電子放出部3の導電性微
粒子の粒径、先述したフォーミング処理条件等によっ
て、適宜設定される。
【0033】以上の構成を有する本発明による電子放出
素子は、表示に好適な画像形成装置や、感光性ドラムと
発光ダイオード等で構成された光プリンタの発光ダイオ
ード等の代替の発光源として用いることができる。
【0034】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明を更に詳細に説
明する。
【0035】実施例1 前述の図6に示した構成の電子放出素子を本発明の製造
方法により作製した。その製造工程について図1を用い
て説明する。
【0036】絶縁性基板1として石英基板を用い、こ
れを有機溶剤により十分に洗浄後、真空蒸着技術、フォ
トリソグラフィー技術により、該基板1上に素子電極
5,6を形成した(図1(a))。電極材料にはニッケ
ルを用い、電極膜厚dは1000Åとして、電極間隔L
1は2μmとした。
【0037】次に、スピンナー法で感光性樹脂と微粒
子を含むスラリー液7を基板全面に塗布した(図1
(b))。スラリー液としては、PVA−ジアゾニウム
塩10重量%とパラジウム微粒子(粒径50Å)1重量
%とを水に加えて作製したものを用いた。
【0038】次に通常のフォトリソグラフィー技術を
用いて露光,現像を行い、薄膜領域を形成した(図1
(c))。
【0039】最後に、大気中、500℃で1時間焼成
して、感光性樹脂分を完全に焼失させ、微粒子からなる
薄膜4を形成した(図1(d))。
【0040】尚、図6における薄膜4の幅W2は300
μmとなっている。
【0041】次に上記素子を真空容器に入れ、10-6
orrの真空雰囲気で素子電極5,6間に電圧を印加
し、微粒子膜4に通電してフォーミング処理を行い、該
微粒子膜に電子放出部3を形成した。
【0042】本実施例で作製した素子の電子放出特性を
調べるため、真空容器内で、素子電極5をアース電位、
素子電極6を+14Vとし、さらに素子から5mm鉛直
上方に1KVの電圧を印加したITO基板を設置して放
出電流の測定を行ったところ、放出電流Icは1μA
で、このときの素子中を流れる電流Ifは1mAであ
り、従来の製造方法で作製した素子と同程度の特性を示
した。
【0043】実施例2 図6に示した構成の電子放出素子を本発明の製造方法に
より作製した。その作製工程について図3を用いて説明
する。
【0044】絶縁性基板1として青板ガラス基板を用
い、これを有機溶剤により充分に洗浄後、真空蒸着技
術,フォトリソグラフィー技術により、該基板1上に素
子電極5,6を形成した(図3(a))。
【0045】電極材料には金を用い、電極膜厚dは10
00Åとして、電極間隔L1は2μmとした。
【0046】次に、スピンナー法で感光性樹脂と有機
金属化合物を含むスラリー液7を基板全面に塗布した
(図3(b))。スラリー液としては、ノボラック樹脂
+O−キノンアミド10重量%に有機パラジウム化合物
を含む有機溶媒(奥野製薬株式会社製;キャタペースト
(CCP))を加えて作成したものを用いた。
【0047】次に通常のフォトリソグラフィー技術を
用いて露光,現像を行い、薄膜領域を形成した(図3
(c))。
【0048】最後に、大気中、500℃で1時間焼成
して、感光性樹脂分を完全に焼失させ、微粒子からなる
薄膜4を形成した(図3(d))。
【0049】次に上記素子を真空容器に入れ、10-6
orrの真空雰囲気で素子電極5,6間に電圧を印加
し、微粒子膜4に通電してフォーミング処理し、該微粒
子膜に電子放出部3を形成した。
【0050】本実施例で作製した素子の電子放出特性を
実施例1と同様に測定した結果、従来の製造方法で作製
した素子と同程度の特性が得られた。
【0051】実施例3 本実施例は、実施例1と同様の方法で複数の電子放出素
子を同一基板上に作製し、この基板を用いて図4に示す
ような画像形成装置を作製したものである。
【0052】尚、本実施例では複数の電子放出素子を直
線状に配置し、更にこの線状電子放出素子を複数列配置
している。
【0053】本実施例では、先ず、電子放出素子を複数
作製した基板41をリアプレート42上に固定した後、
基板41の5mm上方に、フェースプレート48(ガラ
ス基板45の内面に蛍光膜46とメタルバック47が形
成されて構成される)を支持枠49を介し配置し、フェ
ースプレート48、支持枠49、リアプレート42の接
合部にフリットガラスを塗布し、大気中で430℃で1
0分以上焼成することで封着した。尚、本実施例では電
子線制御のための孔43を有するグリッド44を電子放
出素子列に直交して配置している。リアプレート42は
主に基板41の強度を補強する目的で設けられるが、基
板41が十分な強度を持つ場合は別体のリアプレート4
2は不要であるから、この場合には基板41に直接支持
枠49を封着しても良い。
【0054】蛍光膜46は、モノクロームの場合は通常
蛍光体のみから成るが、カラーの場合は、通常ブラック
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
黒色導伝材と蛍光体とで構成される。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
示の場合に必要となる三原色蛍光体の、各蛍光体間の塗
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、及び蛍光膜46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。通常、ブラックストラ
イプ、ブラックマトリクスを形成後、蛍光体を塗布する
などして、蛍光膜46を作製する。黒色導伝材の材料と
しては通常黒鉛等が用いられる。
【0055】また、蛍光膜46の内面側に設けられてい
るメタルバック47の目的は、蛍光体の発光のうち内面
側への光を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、容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である。メタルバック4
7は、蛍光膜46作製後に蛍光膜46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により形成され
る。なお、メタルバックのみでは、十分な導電性が得ら
れない場合には、蛍光膜46とガラス基板45との間に
更に透明電極を設けても良い。
【0056】本実施例において、ガラス基板45への蛍
光体46の塗布は、モノクロームの場合は沈殿法や印刷
法を、カラーの場合はスラリー法や印刷法を用いた。
【0057】また、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、位置合わせを十分行った。
【0058】最後に不図示の排気管を通じ真空排気を行
いながら、該排気管をガスバーナーで熱し溶着すること
で真空容器の封止を行った。本画像表示装置において、
一層安定な動作を得るために十分な真空度は10-6〜1
-7Torrであった。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、真空容器
の封止を行う直前あるいは直後に、抵抗加熱或いは高周
波加熱等の加熱法により、画像表示装置内の所定の位置
(画像表示面からは見えない位置)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、上記蒸着膜の吸着作用によ
り、真空度を維持するものである。
【0059】以上のように完成した本実施例の画像表示
装置において、各電子放出素子には、容器外端子DL1
Lm及びDR1〜DRmを通じ、各素子電極に電圧を印加す
ることにより、電子放出させ、高圧端子50を通じてメ
タルバック47或いは透明電極(不図示)に数kV以上
の高圧を印加し、電子ビームを加速し、蛍光膜46に衝
突させ、励起・発光させることで画像を表示できる。さ
らに容器外端子G1〜Gnを通じ、各グリッド44に適当
な電圧を印加し、これをオン・オフすることによって、
放出電子が蛍光膜46に照射するか、または、素子側に
再び吸い込まれることによって、蛍光膜46での輝点を
制御することができる。
【0060】上記の表示装置を用いて長さ40cmのア
レイ状発光素子を作製し、感光性ドラム上に配置するこ
とにより、電子写真記録装置を構成することができた。
【0061】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
所望のパターンの微粒子膜を形成する際に、感光性樹脂
と微粒子を含むスラリー液を用いることにより、電子放
出素子やこれを用いた画像形成装置の製造プロセスの工
程数を削減でき、製造時のスループットを上げ、製造コ
ストを下げる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の製造方法を説明するための工程図であ
る。
【図2】フォーミング処理の電圧波形を示す図である。
【図3】本発明の第2実施例を説明するための製造工程
図である。
【図4】本発明により作製した画像形成装置の構成図で
ある。
【図5】従来のM.ハートウェルの表面伝導型電子放出
素子の構成図である。
【図6】微粒子を分散配置した表面伝導型電子放出素子
の構成図である。
【図7】微粒子を分散配置した表面伝導型電子放出素子
の従来の製造方法を説明するための工程図である。
【符号の説明】
1 絶縁性基板 3 電子放出部 4 電子放出部を含む薄膜 5,6 素子電極 7 スラリー液 41 絶縁性基板 42 リアプレート 43 グリッド穴 44 グリッド 45 ガラス基板 46 蛍光膜 47 メタルバック 48 フェースプレート 49 支持枠 50 高圧端子 71 レジスト
フロントページの続き (72)発明者 長谷川 光利 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 中山 優 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 長田 芳幸 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 (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の電極間に微粒子からなる薄膜を有
    する電子放出素子の製造方法において、感光性樹脂と微
    粒子を含むスラリー液を塗布した後、露光,現像して薄
    膜領域を形成し、さらに焼成して前記微粒子からなる薄
    膜を形成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】 一対の電極間に微粒子からなる薄膜を有
    する電子放出素子の製造方法において、感光性樹脂と有
    機金属化合物を含むスラリー液を塗布した後、露光,現
    像して薄膜領域を形成し、さらに焼成して前記微粒子か
    らなる薄膜を形成することを特徴とする電子放出素子の
    製造方法。
  3. 【請求項3】 複数の電子放出素子と、該電子放出素子
    から放出される電子線の照射により画像を形成する部材
    を具備する画像形成装置の製造方法において、上記電子
    放出素子を請求項1又は2に記載の製造方法で作製する
    ことを特徴とする画像形成装置の製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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