JP3241613B2 - 電子放出素子、電子源および画像形成装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子、電
子源、表示素子および画像形成装置の製造方法に関し、
とりわけインクジェット方式を用いた前記製造方法に関
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の２種類が知ら
れている。冷陰極電子放出素子には電界放出型（以下、
「ＦＥ型」という）、金属／絶縁層／金属型（以下、
「ＭＩＭ型」という）や、表面伝導型電子放出素子等が
ある。

【０００３】ＦＥ型電子放出素子の例としては、Ｗ．
Ｐ．Ｄｙｋｅ＆Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄ ｅ
ｍｉｓｓｉｏｎ”，Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）あるい
はＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“ＰＨＹＳＩＣＡＬ Ｐｒｏ
ｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌ
ｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ
ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）等に開示された
ものが知られている。

【０００４】ＭＩＭ型電子放出素子の例としては、Ｃ．
Ａ．Ｍｅａｄ，“Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｕｎｎ
ｅｌ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐ
ｐｌｙ．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は、基体上に形成
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の例としては、ＳｎＯ₂ 薄膜
を用いたもの［Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，Ｒａｄｉｏ
Ｅｎｇ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｙｓ．，１０，１２９０
（１９６５）］、Ａｕ薄膜を用いたもの［Ｇ．Ｄｉｔｔ
ｍｅｒ：“ＴｈｉｎＳｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ”，９，３
１７（１９７２）］、Ｉｎ₂ Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂薄膜を用い
たもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎｄ Ｃ．Ｇ．Ｆｏ
ｎｓｔａｄ，“ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ＥＤ Ｃｏｎ
ｆ．”，５１９（１９７５）］およびカーボン薄膜を用
いたもの［荒木久 他：“真空”、第２６巻、第１号、
２２頁（１９８３）］等が報告されている。

【０００６】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１８
に模式的に示す。同図において１は絶縁性基板等からな
る基体である。４は導電性膜で、Ｈ型形状のパターン
に、スパッタで形成された金属酸化物薄膜等からなり、
後述の通電フォーミングと呼ばれる通電処理により電子
放出部５が形成される。なお、図中の素子電極間隔Ｌ
は、０．５ｍｍ〜１ｍｍ、Ｗ’は、０．１ｍｍで設定さ
れている。

【０００７】上記の例の他、本出願人により、基体上
に、一対の素子電極と、該素子電極に接合され該素子電
極とは別に形成された導電性膜とを有する表面伝導型電
子放出素子が報告されている。その構成は例えば特開平
７−２３５２５５号公報などに記載されている。図１９
は、その構成を模式的に示したものである。導電性膜４
は好ましい電子放出部５を形成するために、導電性微粒
子よりなることが好ましく、例えば酸化パラジウムＰｄ
Ｏの微粒子膜が好ましく用いられることが報告されてい
る。

【０００８】従来、これらの表面伝導型電子放出素子に
おいては、電子放出を行なう前に予め通電フォーミング
と呼ばれる通電処理によって導電性膜４に電子放出部５
を形成するのが一般的であった。すなわち、通電フォー
ミングとは前記導電性膜４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）あるい
はパルス電圧を印加通電し、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５を形成することである。なお、電子放出部
５は導電性膜４の一部に亀裂が発生し、その亀裂付近か
ら電子放出が行なわれる。前記通電フォーミング処理を
した表面伝導型電子放出素子は、上述の導電性膜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。

【０００９】しかしながらこの方法によれば、電子放出
部が導電性膜のどの部分に、またどのような形に形成さ
れるかという点については十分な制御が難しく、多数の
素子を作成した場合に、電子放出部の形成される位置が
素子毎にばらつき、同じようにできなかったり、電子放
出部が両方の電極の間で蛇行してしまう場合があった。
このような電子放出部の位置と形状のばらつきは、素子
の電子放出特性にも反映し、放出電流Ｉｅや、電子放出
効率η（放出電流Ｉｅと素子に流れる電流Ｉｆとの比、
すなわちη＝Ｉｅ／Ｉｆ）が、素子毎に異なってしまう
場合があった。

【００１０】多数の電子放出素子を基体上に配置して用
いる場合、例えばこれにより画像形成装置を構成する場
合には、均一な輝度となるように映像信号を入力して
も、電子放出素子毎に放出電流Ｉｅが異なってしまい、
このため画像の輝度ムラを生じさせ、重大な問題とな
る。

【００１１】また、電子放出部の蛇行幅が大きくなる
と、これに応じて電子ビームの径が広がって、画像形成
装置の螢光膜上の輝点の大きさも大きくなってしまう。
このため、高精細画像を表示するために画素のピッチを
狭くした場合、隣接する画素に電子ビームの一部が照射
されてしまい、画像の質が低下するなどの懸念もある。

【００１２】このような不都合を避けるため、本出願人
により、いくつかの方法が提案されている。例えば特開
平１−１１２６３３号公報では、融点の異なる２種類の
導電体により上記導電性膜を形成し、２種の導電体の接
した線に沿って電子放出部の形成を行なわせることによ
り、電子放出部の位置を制御した例が述べられている。
特開平２−２４７９４０号公報には、電子放出部を形成
しようとする位置に段差が形成されるように段差形成部
材を設け、これを跨いで導電性膜を形成し、通電フォー
ミング処理により、上記段差に沿って電子放出部を形成
する方法が述べられている。さらに、特開平８−９６６
９９号公報では、一方の素子電極の厚みを大きくしてお
き、該素子電極のエッジに沿って、電子放出部を形成す
る方法が述べられている。また、特願平７−３２５２７
９号出願には、レーザービーム等を局所的に照射するな
どの方法により、導電性膜の一部の組成を変化させ、抵
抗値の大きな部分を形成しておき、通電フォーミングに
よりこの部分に電子放出部を形成する方法が述べられて
いる。

【００１３】上述したように、通電フォーミング処理に
よる電子放出部の形成工程において、電子放出部の位置
や形状をある程度制御する方法は何通りか考案されてい
る。しかしながら上述の方法は、電子放出部が形成され
るべき位置の導電性膜の形状、組成等を他の導電性膜の
部分と異ならせしめるために、レーザービームを用いた
り、突起などの部材を形成するなど、微細加工の技術を
用いたものであったり、あるいは、同じく微細加工技術
により形成された素子電極のエッジの急峻な形状を利用
したりするものである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の従来
例における問題点に鑑みてなされたもので、その目的
は、工程が簡素で低コストな電子放出素子の製造方法な
らびにそれを用いた電子源、画像形成装置の製造方法を
提供することにある。また、本発明の目的は、量産性に
優れ、歩留まりの向上した電子放出素子ならびにそれを
用いた電子源、画像形成装置の製造方法を提供すること
にある。また、本発明の目的は、電子放出特性の均一性
の向上した電子放出素子ならびにそれを用いた電子源、
画像形成装置の製造方法を提供することにある。また、
本発明の目的は、電子放出部の形成位置を制御し得る電
子放出素子ならびにそれを用いた電子源、画像形成装置
の製造方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明では、基体上に形成された一対の対向する素
子電極と、該素子電極の双方に接続された導電性膜と、
該導電性膜の一部に形成された電子放出部を有する電子
放出素子の製造方法において、該製造方法が（１）上記
導電性膜を形成する材質の原料となる物質を含むインク
を、インクジェット装置により液滴として所定の位置に
付与する工程と、（２）付与された液滴を乾燥および／
または焼成して、導電性膜とする工程と、（３）上記一
対の素子電極間に電圧を印加して、上記導電性膜に電流
を流すことにより電子放出部を形成する工程とを有し、
上記（１）と（２）の工程により形成される導電性膜
が、（３）の工程によりジュール熱の発生により電子放
出部の形成がなされやすい潜像を有するように工程
（１）と（２）が行なわれることを特徴とする。

【００１６】インクジェット装置としては、液体に熱を
与えることにより該液体を吐出するいわゆるバブルジェ
ット方式のインクジェット装置を用いることができる。

【００１７】本発明の電子源の製造方法は、一対の対向
する素子電極と、該素子電極の双方に接続された導電性
膜と、該導電性膜の一部に形成された電子放出部を有す
る電子放出素子を基体上に複数配置し、これら電子放出
素子に接続された配線を有してなる電子源の製造方法に
おいて、前記電子放出素子を前記記載の方法で製造する
ことを特徴とするものである。

【００１８】また、本発明の画像形成装置の製造方法
は、一対の対向する素子電極と、該素子電極の双方に接
続された導電性膜と、該導電性膜の一部に形成された電
子放出部を有する電子放出素子を基体上に複数配置し、
これら電子放出素子に接続された配線を有してなる電子
源と、該電子源より放出される電子の照射を受けて発光
することにより、画像を表示する画像形成部材を、真空
容器に内包してなる画像形成装置の製造方法において、
前記電子源を前記記載の方法で製造することを特徴とす
るものである。

【００１９】

【作用】本発明は、インクジェット方式の後述するメリ
ットを利用することにより、電子放出部の形成位置を制
御しようとするものである。すなわち、電子放出素子を
用いた製品を製造する場合、微細加工等の技術を用いず
に製造できることが、コスト低減などのために好ましい
ことは当然である。例えば導電性膜を形成する方法とし
ては、成膜した後にフォトリソグラフィーなどの微細加
工技術によりパターニングする方法に替えて、該導電性
膜の材質の前駆体を含有する溶液を、インクジェット装
置により基体に付与した後、乾燥・加熱処理などを行な
う方法が考えられるが、この際上述した方法のように電
子放出部の位置を制御するために微細加工を用いるなら
ば、インクジェット装置を用いて製造することの利点が
損なわれてしまう。また、素子電極と配線の形成は、印
刷による方法、あるいは上記と同様のインクジェット装
置を用いる方法が考えられるが、これにより形成される
電極のエッジは、金属薄膜に微細加工を行なった場合の
ように急峻な形状にはなりにくく、急峻なエッジの効果
を利用した方法は適用しがたい。

【００２０】このように、従来考案されている、電子放
出部の位置を制御する方法は、インクジェット装置を用
いる電子放出素子の製造方法と併用するには、必ずしも
適していない。

【００２１】したがって、インクジェット装置、印刷な
どによる導電性膜、電極、配線の製造方法と併用するの
に適した、電子放出部の位置制御の方法が求められてい
た。

【００２２】インクジェット装置を用いる電子放出素子
の製造方法は、大面積の基体に多数の電子放出素子を配
置して使用する場合には、フォトリソグラフィー技術な
どを用いてパターニングする方法に比べ、工程や製造装
置がより簡単で、そのメリットは極めて大きく、このよ
うな面からも、上記の要求は強いものであった。

【００２３】以上の知見に基づきなされたのが本発明で
あり、本発明は、インクジェット装置を用いて原料を液
滴として付与することにより、導電性膜を形成する際、
前述の通電フォーミング処理により電子放出部が形成さ
れやすい「潜像」を形成し、電子放出部の形成される位
置の制御を行なうものである。

【００２４】基体上に付与された液滴は、通常ほぼ円形
の導電性膜を形成する。この円形の導電性膜またはその
前駆体である金属化合物などの膜を以下「ドット」と呼
ぶ。一つのドットは一つの液滴の付与により形成される
場合も、同じ場所に複数の液滴が繰り返し付与されて形
成される場合もある。

【００２５】図２２Ａ，Ｂにインクジェット装置のヘッ
ド９１の構成を模式的に示す。図は、インクジェット装
置の中でも特にバブルジェット（ＢＪ）のヘッドの構成
を示すもので、図２２Ａは、液滴の吐出口９４が一つの
もの、図２２Ｂは、吐出口が複数並列に並んだものであ
る。

【００２６】ヒーター９２により、溶液流路９３中の導
電性膜の原料溶液を加熱し、瞬間的に気泡を発生させる
ことにより、吐出口９４より溶液を数ｎｇから数十ｎｇ
程度の液滴として所定の量を吐出する。これに替わりピ
エゾ素子の圧電効果による変形を利用して溶液を吐出さ
せる、ピエゾジェット方式を用いても良い。

【００２７】９５は溶液供給管であり、不図示の溶液タ
ンクに接続されて、ヘッド９１内に溶液を連続的に供給
する。

【００２８】具体的には、以下に述べるようないくつか
の方法が提案される。第１は、導電性膜を形成するため
に、一対の素子電極を結ぶ方向に複数のドットを付与す
る場合に、膜厚の比較的厚い部分と、比較的薄い部分を
形成し、該膜厚の比較的薄い部分を、電子放出部形成の
ための潜像として用いる方法である。

【００２９】この潜像部分は、図１、図２のように一方
の素子電極の際に位置する場合も、図３のように素子電
極間隙の中央部に位置する場合もある。

【００３０】膜厚の比較的薄い部分と、比較的厚い部分
を形成する方法としては、インクジェット装置により同
じ場所に上記液滴を重ねて形成する場合に、液滴を重ね
る回数を制御する方法、あるいは濃度の異なる液滴をそ
れぞれの位置に付与する方法などが採用できる。

【００３１】この場合、膜厚の薄い部分を形成するドッ
トの膜厚に対する、膜厚の厚い部分を形成するドットの
膜厚の比は、２以上であることが好ましい。

【００３２】なお、上記のようにドットの膜厚を調整す
るために同じ位置に重ねて液滴を付与する場合や、図２
Ａの４−１のドット同士あるいは４−２のドット同士な
ど同じ性質のドットを形成する際には、連続して液滴を
付与して良いが、性質の異なるドットの形成の際は、例
えば図１Ａの４−１のドットを形成するための液滴を付
与した後、これを乾燥させ、あるいはさらに加熱焼成し
た後に４−２のドットを形成するための液滴を付与する
必要がある。これは、先に付与した液滴が乾燥する前
に、性質の異なるドットの液滴が前の液滴と一部重なっ
て付与されると、溶液の状態で両者が混合してしまい、
目的とする潜像の形成が達成されない可能性があるから
である。このことは以下に述べる他の方法においても同
様である。

【００３３】第２は、ドットの形状によって生ずる（フ
ォーミング処理の際の）電流密度の違いを利用するもの
である。すなわち図４に示すようにドットの中心を、素
子電極間隙の中央付近ではなく、一方の素子電極の方に
寄せて形成し、一方の素子電極エッジでは導電性膜の幅
が広く、他方の素子電極エッジでは狭くなるようにす
る。このようにすると、幅の狭い方の電極エッジ付近に
おいて、フォーミング処理の際に電流密度が最も高くな
り、電子放出部が形成されやすくなる。なお、導電性膜
の膜厚の分布は、条件により変化するため一概には言え
ないが、適当な条件を選べばドット中央部で厚く、周辺
部で薄くなるようにすることができる。この場合には、
上記の方法による電子放出部の位置制御の効果をより確
実にすることができる。

【００３４】電子放出部が、確実に一方の素子電極に際
に形成されるためには、両方の素子電極エッジにおける
導電性膜の幅が、（ｗ₁ ／ｗ₂ ）≧２（Ｗ₁ ，Ｗ₂ はそ
れぞれ、素子電極２，３のエッジ部分での、導電性膜の
幅）という関係を満たせばよいことが、予備的な検討に
よりわかった。

【００３５】なお、一対の素子電極を結ぶ方向と垂直の
方向に、複数のドットを部分的に重ねて形成する場合に
は、導電性膜全体としての幅は、両方のエッジのところ
でそれほど違わないが、ドットの重なり方の違いにより
導電性膜の膜厚が異なるため、同様の効果が生ずる。

【００３６】第３は、導電性膜の一部を、他の部分に比
べて抵抗率を高くし、該抵抗率の比較的高い部分を潜像
として用いる方法である。

【００３７】このためには、酸化されにくい金属と、酸
化されやすい金属を形成するための原料を液滴として付
与し金属と金属酸化物の部分をそれぞれ形成する方法、
同じ金属の原料であっても、熱分解温度の異なる原料を
液滴として付与し、熱分解工程を適当に調整して、金属
とその酸化物の部分をそれぞれ形成する方法、部分的に
還元剤を置き、導電性膜の一部を金属に、還元剤のない
部分を金属酸化物とする方法、あるいは異なる種類の金
属膜を形成する２種の液滴をそれぞれ付与して、ドット
を形成し、両方のドットの重なった部分で合金を形成
し、この部分での抵抗率が、単一金属よりなる部分より
も大きくなることを利用する方法（例えばＮｉとＣｒの
膜を形成し、合金化した部分はニクロム合金となり抵抗
率が高くなることを用いる）などを用いることができ
る。

【００３８】上記において、酸化されにくい金属と酸化
されやすい金属の組み合わせとしてはＰｄとＰｔを例示
することができる。

【００３９】また、同じ金属を含む熱分解温度の異なる
原料は、例えば比較的熱分解温度の低い金属化合物を、
酢酸パラジウム−ビス（Ｎ−ブチルエタノールアミ
ン）、酢酸パラジウム−ジ（Ｎ−ブチルエタノールアミ
ン）、酢酸パラジウム−ビス（Ｎ，Ｎ−ジエチルエタノ
ールアミン）、酢酸パラジウム−ビス（Ｎ，Ｎ−ジメチ
ルエタノールアミン）よりいずれか一つ選び、比較的熱
分解温度の高い金属化合物を、酢酸パラジウム−モノエ
タノールアミン、酢酸パラジウム−モノブタノールアミ
ン、酢酸パラジウム−モノプロパノールアミンよりいず
れか一つを選べばよい。

【００４０】上記還元性の物質としては、カーボン微粒
子や白金カーボン微粒子などをもちいることができる。
これらの還元性物質は、該還元性物質の微粒子の分散液
を、インクジェット装置により所定の位置に液滴として
付与することにより、配置することができる。

【００４１】以下では、導電性膜の膜厚を薄くしたり、
幅を狭くして、通電フォーミング処理により電子放出部
を形成されやすくした部分を「構造潜像」、抵抗率を高
くして同じく電子放出部を形成されやすくした部分を
「組成潜像」と呼ぶ。

【００４２】なお、上述の方法による潜像と類似のもの
を、従来の微細加工技術によるパターニングにより形成
することも考えられるが、これと比較してインクジェッ
ト装置を用いた本発明の方法は、工程や製造装置が簡単
になるという以外に、次のような利点をも有する。

【００４３】すなわち、本発明によれば、上述の第１お
よび第３の方法で示したようにドットの厚さを異ならせ
たり、異種材料の液滴を付与して、導電性膜を形成する
方法を、微細加工によるパターニングにより実現する場
合には、一旦、導電性膜あるいはその原料の膜の一部を
形成しパターニングした後、その上にリフトオフ用のマ
スクを形成したり、あるいはその上に重ねて形成した膜
をパターニングするためにエッチングしたりする必要が
あるが、これを行なうためには、初めの膜と基体の付着
強度がある程度強いことや、初めの膜の上に重ねて形成
した膜のみを選択的にエッチングできることなどの条件
が満たされなければならない。このために適用できる材
料には制限がある。これに対し、インクジェット装置を
用いる本発明では、微細加工によるパターニングを行な
わないので、前記のような条件による制約がなく、材料
選択の自由度が大きい。すなわち導電膜材料の様々な組
み合わせに対し、適用可能な製造方法である。

【００４４】続いて、本発明の製造方法を適用可能な電
子放出素子の一例を図１〜６を参照しながら説明する。
図１は、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および断面図である。図１にお
いて１は基体、２と３は素子電極、４は導電性膜、５は
電子放出部である。

【００４５】基体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ＳｉＯ₂ を積層したガラ
ス基体等、アルミナ等のセラミックス、およびＳｉ基体
等を用いることができる。

【００４６】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等の金属もしくは合金またはＰｄ，Ａｇ，Ａ
ｕ，ＲｕＯ₂，Ｐｄ−Ａｇ等の金属もしくは金属酸化物
とガラス等から構成される印刷導体、Ｉｎ₂Ｏ₃ −Ｓｎ
Ｏ₂等の透明電導体およびポリシリコン等の半導体材料
等から適宜選択することができる。

【００４７】素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ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、数μｍから数十μｍの範囲
とすることができる。

【００４８】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。

【００４９】なお、図１に示した構成だけでなく、基体
１上に、導電性膜４、対向する素子電極２，３の順に積
層した構成とすることもできる。

【００５０】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間の抵抗値および後述する通電
フォーミング条件等を考慮して適宜設定されるが、通常
は数百ｐｍから数百ｎｍの範囲とすることが好ましく、
より好ましくは１ｎｍより５０ｎｍの範囲とするのが良
い。なお、上記のように膜厚の違いを利用して構造潜像
を形成する場合、その部分の膜厚はそれ以外の部分より
も薄い必要があり、上記の範囲より薄くなる場合があ
る。導電性膜の抵抗値は、Ｒ_S が１０² から１０⁷ Ω／
□の値である。なおＲ_S は、厚さがｔ、幅がｗで長さが
ｌの薄膜の抵抗Ｒを、Ｒ＝Ｒ_S （ｌ／ｗ）と表わしたと
きに現れる量で、膜の抵抗率が場所によらず一定値ρで
あれば、Ｒ_S ＝ρ／ｔと表わすことができる。

【００５１】なお、上記本発明の第２の具体例として説
明した以外の方法では潜像の部分のＲ_S は他より大きい
ことが必須であり（前記第２の具体例においてもそうで
あっても良い）、この部分のＲ_S の値は上記の上限以上
となる場合もある。

【００５２】導電性膜４を構成する材料は、Ｐｄ，Ｐ
ｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆ
ｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ，Ｓ
ｎＯ₂ ，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ，ＰｂＯ，Ｓｂ₂ Ｏ₃ 等の金属酸化
物等の中から適宜選択される。

【００５３】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
分散配置した状態あるいは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、数百ｐｍから数百ｎｍの範囲、好
ましくは１ｎｍから２０ｎｍの範囲である。

【００５４】なお、本明細書では頻繁に「微粒子」とい
う言葉を用いるので、その意味について説明する。小さ
な粒子を「微粒子」と呼び、これよりも小さなものを
「超微粒子」と呼ぶ。「超微粒子」よりもさらに小さく
原子の数が数百個程度以下のものを「クラスター」と呼
ぶことは広く行なわれている。しかしながら、それぞれ
の境は厳密なものではなく、どのような性質に注目して
分類するかにより変化する。また「微粒子」と「超微粒
子」を一括して「微粒子」と呼ぶ場合もあり、本明細書
中での記述はこれに沿ったものである。

【００５５】「実験物理学講座１４ 表面・微粒子」
（木下是雄 編、共立出版 １９８６年９月１日発行）
では次のように記述されている。「本稿で微粒子と言う
ときにはその直径がだいたい２〜３μｍ程度から１０ｎ
ｍ程度までとし、特に超微粒子と言うときは粒径が１０
ｎｍ程度から２〜３ｎｍ程度までを意味することにす
る。両者を一括して単に微粒子と書くこともあってけっ
して厳密なものではなく、だいたいの目安である。粒子
を構成する原子の数が２個から数十〜数百個程度の場合
はクラスターと呼ぶ」（１９５ページ ２２〜２６行
目）。

【００５６】付言すると、新技術開発事業団の“林・超
微粒子プロジェクト”での「超微粒子」の定義は、粒径
の下限はさらに小さく、次のようなものであった。

【００５７】「創造科学技術推進制度の“超微粒子プロ
ジェクト”（１９８１〜１９８６）では、粒子の大きさ
（径）がおよそ１〜１００ｎｍの範囲のものを“超微粒
子”（ｕｌｔｒａ ｆｉｎｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ）と呼
ぶことにした。すると１個の超微粒子はおよそ１００〜
１０⁸ 個くらいの原子の集合体という事になる。原子の
尺度でみれば超微粒子は大〜巨大粒子である。」（「超
微粒子−創造科学技術−」林主税、上田良二、田崎明
編；三田出版 １９８８年 ２ページ１〜４行目）「超
微粒子よりさらに小さいもの、すなわち原子が数個〜数
百個で構成される１個の粒子は、ふつうクラスターと呼
ばれる」（同書２ページ１２〜１３行目）。

【００５８】上記のような一般的な呼び方をふまえて、
本明細書において「微粒子」とは多数の原子・分子の集
合体で、粒径の下限は数百ｐｍ〜１ｎｍ程度、上限は数
μｍ程度のものを指すこととする。

【００５９】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、材料および後述する通電フォーミング等に依
存したものとなる。電子放出部５の内部には、数百ｐｍ
から数十ｎｍの範囲の粒径の導電性微粒子が依存する場
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。電子放出部５およびその近傍の導電性膜４に
は、炭素および炭素化合物を有することもできる。次
に、本発明の製造方法を電子放出素子の構成の例を示す
模式図（図１〜図６）および工程説明図（図２０Ａ〜図
２１Ｇ）を参照しながら具体的に説明する。

【００６０】１）基体１を洗剤、純水、および有機溶剤
等を用いて十分に洗浄した（図２０Ａ）後、素子電極
２，３を形成する（図２０Ｂ）。素子電極の形成方法と
しては、導電体材料のペーストを印刷法により所望の形
状とした後、これを加熱処理する方法、あるいは金属化
合物などの溶液をインクジェット法により所望の形状と
なるように基体上に付与した後、加熱処理により導電性
の材質に変化させて電極を形成する方法、真空蒸着、ス
パッタ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所定の形状の電極を形成す
る方法などいずれを用いても良く、使用目的等に応じて
適宜選択される。

【００６１】２）続いて、インクジェット装置などの液
滴付与装置により導電性膜の原料となる物質を液滴とし
て基体上に付与する（該液滴の材料を以下「導電性膜形
成用インク」と呼ぶ）。該導電性膜形成用インクは液滴
付与装置を用いて基体上に所望の形状に付与できればど
のような状態でも良いが、水または溶剤に前述した金属
などの導電性材料の微粒子を分散した分散液、金属化合
物の溶液（溶媒は水、有機溶剤など）などが用いられ
る。

【００６２】導電性膜が上記の金属、合金または金属化
合物からなる場合、導電性膜形成用インクの金属含有量
は、金属元素の種類、金属化合物の種類などにより適切
な範囲は多少異なるが、０．０１〜５ｗｔ％の範囲が望
ましい。含有量が低すぎると所望厚さの導電性膜を形成
するためには多量の液滴を付与しなくてはならず、この
工程に必要な時間が長くなるだけでなく、所望の形状を
形成することが難しくなる。逆に含有量が多すぎると、
結果として形成された導電性膜の膜厚が著しく不均一と
なる場合があり、電子放出特性の制御が難しくなる。

【００６３】先ず、構造潜像を形成する方法から述べ
る。図１は膜厚の異なる２種類の導電性膜のドットをそ
の一部が重なるように形成した例である。膜厚を異なら
せる方法としては、金属含有量の異なる導電性膜形成用
インクを用い、膜厚の厚いドットを金属含有量の高いイ
ンク、膜厚の薄いドットを金属含有量の低いインクを用
いて形成する方法、液滴の付与回数を異ならせることに
より形成する方法がある。

【００６４】図２０Ｃ〜図２１Ｅは、上記の工程の一例
を示すもので、インクジェット装置の吐出口９４から、
金属含有量の高いインクの液滴９６−１を吐出し、素子
電極の一方２に接続するように付与する（図２０Ｃ）。
続いてこれを加熱焼成し、膜厚の厚い導電性膜のドット
４−１を形成する（図２０Ｄ）。

【００６５】次いで、金属含有量の低いインクの液滴９
６−２をもう一方の素子電極３に接続するように付与し
（図２１Ｅ）、加熱焼成して膜厚の薄い導電膜のドット
４−２を形成する（図２１Ｆ）。なお、インクの種類に
よっては、初めの液滴の付与後、加熱焼成せず、乾燥の
み行ない、続いて２番目の液滴を付与してから、加熱焼
成して導電膜を形成する場合もある。

【００６６】後述する、本発明に係る他の方法において
も、ほぼ同様な手順を採用することができる。

【００６７】図１では、素子電極３に近い方のドットの
膜厚が薄く、この部分が電子放出部の形成されやすい部
分すなわち構造潜像となる。とりわけ電極エッジの部分
では、電極と導電性膜の厚さの比が大きい場合などに、
その接合部で膜厚が特に薄くなる場合があり、電極エッ
ジに隣接して電子放出部が形成されやすくなる場合があ
る。図２は、図１と同様な構成で、幅の広い導電性膜を
形成した場合である。

【００６８】膜厚の厚い部分と、薄い部分でどの程度の
違いがあれば、電子放出部の位置を制御できるかについ
て、予備的な検討を行なったところ、ドットの膜厚が２
倍以上違えば、確実に制御できることがわかった。な
お、基体、素子電極、導電性膜の材質、形状によっては
膜厚の比がこれ以下でも制御が可能な場合もあり、上記
条件は絶対的なものとはいえない。

【００６９】図３は、素子電極間隙の中央付近に膜厚の
薄いドットを形成する方法である。上記の場合と同様の
方法で形成することができる。

【００７０】図４は、導電性膜のドットの中心を、素子
電極間隙の中心からずらすことにより、素子電極３のエ
ッジ付近の導電性膜の幅を最も狭くすることにより、こ
の部分の近傍に電子放出部を形成されやすくした場合で
ある。ドットの半径をＲ、電極間隙をＬ、ドット中心の
電極間隙中央からのズレ量をδＬとすると、素子電極２
および３のエッジ位置における導電性膜の幅Ｗ₁ および
Ｗ₂ は、

【００７１】

【数３】 と表わすことができる。したがって、電子放出部が素子
電極３のエッジ付近に確実に形成される条件、（Ｗ₁ ／
Ｗ₂ ）≧２は、

【００７２】

【数４】 となる。この条件を満たすように、δＬを決めればよ
い。

【００７３】また、一対の素子電極を結ぶ方向と垂直の
方向に複数のドットを部分的に重ねて導電性膜を形成す
る場合にも、１つのドットに対する直径により上記の条
件を満たすδＬの値を決めればよい。

【００７４】次に組成潜像を形成する方法を述べる。図
５に模式的に示すように、一対の素子電極を結ぶ方向に
複数のドットを形成する。このとき形成されるドットは
焼成などの処理を経た後、比較的低抵抗の導電性膜の部
分４−１と比較的高抵抗の導電性膜の部分４−２となる
ものである。

【００７５】両者の抵抗を異ならせるには、上述したよ
うないくつかの方法がある。第１の方法は、比較的酸化
されにくい金属と、比較的酸化されやすい金属のそれぞ
れの化合物を含有する導電性膜形成用インクによりドッ
トを形成し、比較的酸化されにくい金属よりなる導電性
膜の部分（４−１）と比較的酸化されやすい金属の酸化
物よりなる導電性膜の部分（４−２）を形成する方法で
ある。例えば比較的酸化されにくい金属としてＰｔ、比
較的酸化されやすい金属としてＰｄを用い、金属Ｐｔと
酸化Ｐｄ（ＰｄＯ）よりなる導電性膜を形成する。それ
ぞれの金属化合物を含有する導電性膜形成用インクを用
いてドットを形成し、適当な酸化雰囲気中で加熱処理す
ることにより上記金属化合物を熱分解しても良いし、非
酸化雰囲気中でそれぞれ熱分解により一旦金属とした
後、適当な酸化雰囲気中で熱処理することによりＰｄを
酸化しても良い。

【００７６】第２の方法は、同じ金属元素の化合物であ
って、熱分解温度の異なる金属化合物を含有する導電性
膜形成用インクを用い、適当な条件で加熱処理すること
により一方は金属、他方はその金属の酸化物とする方法
である。この際、長時間熱処理を続けると両方とも金属
酸化物になってしまうが、加熱の条件を適当に設定する
とより低い熱分解温度を有する方を酸化物とし、他方を
熱分解により金属とした後、酸化が進行する前に処理を
終了することにより金属とすることができる。

【００７７】第３の方法は（この場合の素子の構成は、
図５に示されるものとは異なる）、インクジェット装置
により、予め素子電極間隙の一部、例えば両方の電極の
近傍、に還元剤を配置しておき、この上から導電性膜を
形成して熱処理することにより、還元剤のある部分を金
属膜に、それ以外の部分を金属酸化物の膜にする。これ
により上記導電性膜は、素子電極付近では金属、中央付
近では金属酸化物となり、中央部に組成潜像が形成され
る。

【００７８】第４の方法は、図６に示すように異種の物
質よりなるドットをそれぞれ形成し、２つのドットの重
なった部分（以降「交差部」と記す）を両者の物質の合
金とすることにより、この部分の抵抗が残りの部分より
も大きくなるようにするものである。これにより電子放
出部の位置制御の効果を十分に得るためには、交差部に
形成される合金の抵抗率が、交差部以外の金属の抵抗率
より１桁程度以上高くなるような材料の組み合わせを用
いることが望ましい。

【００７９】３）続いてフォーミング処理を行ない電子
放出部を形成する。本発明の方法におけるフォーミング
処理は、一対の素子電極間に電圧を印加し、上記工程で
形成した導電性膜に電流を流すことによって行なう。素
子電極２，３間に不図示の電源を用いて電圧を印加し電
流を流すと、導電性膜４の上記潜像の形成された部位に
構造の変化した電子放出部５が形成される。通電フォー
ミングによれば導電性膜４に局所的に破壊、変形もしく
は変質等の構造の変化した部位が形成される。該部位が
電子放出部５を構成する。図２１Ｇにおいては導電性膜
の膜厚の薄い部分、とりわけ素子電極３に隣接した部分
に電子放出部が形成された様子を示す。潜像の位置や、
構造は前述したそれぞれの方法により異なり、図２０Ｇ
に示されたものに限定されないことは言うまでもない。

【００８０】通電フォーミングの電圧波形の例を図７
ａ，ｂに示す。電圧波形は、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７ａに示した手法とパルス波高値を増加させな
がら電圧パルスを印加する図７ｂに示した手法がある。

【００８１】図７ａにおけるＴ１および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〜１
０ｍ秒、Ｔ２は、１０μ秒〜１００ｍ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、矩形波など所望の波形を採用することができる。

【００８２】図７ｂにおけるＴ１およびＴ２は、図７ａ
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ステップ程度ずつ、徐々に増加させることができ
る。

【００８３】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素子電
流を測定し、抵抗値を求めて、例えば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。

【００８４】４）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Ｉｆ、放出電流Ｉｅが著
しく変化する工程である。

【００８５】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、パル
スの印加を繰り返すことで行なうことができる。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、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、前述の応用の形態、
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、アルキン等の脂肪族炭化水素
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でき、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、あるいはこれらの混合物が使用できる。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Ｉｆ、放出
電流Ｉｅが著しく変化するようになる。

【００８６】活性化工程の終了判定は素子電流Ｉｆと放
出電流Ｉｅを測定しながら、適宜行なう。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。

【００８７】炭素および炭素化合物とは、例えばグラフ
ァイト（いわゆるＨＯＰＧ，ＰＧ，ＧＣを包含する、Ｈ
ＯＰＧはほぼ完全なグラファイトの結晶構造、ＰＧ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２０ｎｍ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
ァスカーボンおよび、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
の範囲とするのがより好ましい。

【００８８】５）このような工程を経て得られた電子放
出素子は、安定化工程を行なうことが好ましい。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。

【００８９】前記活性化の工程で、排気装置として油拡
散ポンプを用い、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
記の炭素および炭素化合物がほぼ新たに堆積しない分圧
で１×１０^-6Ｐａ以下が好ましく、さらには１×１０^-8
Ｐａ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なう。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１．３×１０^-6Ｐａ以下
が特に好ましい。

【００９０】安定化工程を行なった後の、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。

【００９１】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、
また真空容器や基体などに吸着したＨ₂ Ｏ，Ｏ₂ なども
除去でき、結果として素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが安
定する。

【００９２】上述した工程を経て得られた本発明を適用
可能な電子放出素子の基本特性について図８および図９
を参照しながら説明する。

【００９３】図８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８においても、図１〜６に示し
た部位と同じ部位には図１〜６に付した符号と同一の符
号を付している。図８において、１１は真空容器であ
り、１２は排気ポンプである。真空容器１１内には電子
放出素子が配されている。即ち、１は電子放出素子を構
成する基体であり、２および３は素子電極、４は導電性
膜、５は電子放出部である。１３は電子放出素子に素子
電圧Ｖｆを印加するための電源、１４は素子電極２，３
間の導電性膜４を流れる素子電流Ｉｆを測定するための
電流計、１５は素子の電子放出部５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である。１６は
アノード電極１５に電圧を印加するための高圧電源、１
７は素子の電子放出部５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。一例として、アノード電
極の電圧を１ｋＶ〜１０ｋＶの範囲とし、アノード電極
と電子放出素子との距離Ｈを２ｍｍ〜８ｍｍの範囲とし
て測定を行なうことができる。

【００９４】真空容器１１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、
所望の真空雰囲気中での測定評価を行なえるようになっ
ている。排気ポンプ１２は、ターボポンプ、ロータリー
ポンプ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。
ここに示した基体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
行なうことができる。

【００９５】図９は図８に示した真空処理装置を用いて
測定された放出電流Ｉｅ、素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆ
の関係を模式的に示した図である。図９においては、放
出電流Ｉｅが素子電流Ｉｆに比べて著しく小さいので、
任意単位で示している。なお、縦、横軸ともリニアスケ
ールである。

【００９６】図９からも明らかなように、本発明を適用
可能な電子放出素子は、放出電流Ｉｅに関して対する三
つの特徴的特性を有する。

【００９７】即ち、（ｉ）本素子はある電圧（しきい値
電圧と呼ぶ、図９中のＶｔｈ）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Ｖ
ｔｈ未満では放出電流Ｉｅがほとんど検出されない。つ
まり、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である。

【００９８】（ｉｉ）しきい値電圧Ｖｔｈ以上では放出
電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに単調増加依存するため、放出
電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御できる。

【００９９】（ｉｉｉ）アノード電極１５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１５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。

【０１００】以上の説明に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。

【０１０１】図９においては、素子電流Ｉｆが素子電圧
Ｖｆに対して単調増加する（以下、「ＭＩ特性」とい
う。）例を実線に示した。素子電流Ｉｆが素子電圧Ｖｆ
に対して電圧制御型負性抵抗特性（以下、「ＶＣＮＲ特
性」という。）を示す場合もある（不図示）。これら特
性は、前述の工程を制御することで制御できる。

【０１０２】本発明を適用可能な電子源および画像形成
装置について以下に述べる。本発明を適用可能な電子放
出素子の複数個を基板上に配列し、例えば電子源あるい
は、画像形成装置が構成できる。

【０１０３】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）、この配線と直行する方向
（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はしご状配置のものがある。これ
とは別に、電子放出素子をＸ方向およびＹ方向に行列状
に複数配し、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。

【０１０４】本発明の製造方法を適用可能な電子放出素
子については、前述したとおり（ｉ）〜（ｉｉｉ）の特
性がある。すなわち、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巾で制御できる。一方、しきい
値電圧未満では、電子は殆ど放出されない。この特性に
よれば、多数の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、電子放出素子を選択して電子放出量を
制御できる。

【０１０５】以下この原理に基づき、本発明を適用可能
な電子放出素子を複数配して得られる基板について、図
１０を用いて説明する。図１０において、２１は基板、
２２はＸ方向配線、２３はＹ方向配線である。２４は電
子放出素子、２５は結線である。

【０１０６】ｍ本のＸ方向配線２２はＤx1，Ｄx2，‥
‥，Ｄxm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、適宜設定される。Ｙ方向
配線２３はＤy1，Ｄy2，‥‥，Ｄynのｎ本の配線よりな
り、Ｘ方向配線２２と同様に形成される。これらｍ本の
Ｘ方向配線２２とｎ本のＹ方向配線２３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）。

【０１０７】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２２を形成した基板２１の
全面あるいは一部に所望の形状で形成され、特に、Ｘ方
向配線２２とＹ方向配線２３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２２とＹ方向配線２３は、それぞれ外部端子として
引き出されている。

【０１０８】電子放出素子２４を構成する一対の電極
（不図示）は、ｍ本のＸ方向配線２２とｎ本のＹ方向配
線２３と導電性金属等からなる結線２５によって電気的
に接続されている。

【０１０９】配線２２と配線２３を構成する材料、結線
２５を構成する材料、結線２５を構成する材料および一
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、またそれぞれ異なっても
よい。これら材料は、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。

【０１１０】Ｘ方向配線２２には、Ｘ方向に配列した電
子放出素子２４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２３には、Ｙ方向に配列した電子放出素子２４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。

【０１１１】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。

【０１１２】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１１と図１２
および図１４を用いて説明する。図１１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１２は、
図１１の画像形成装置に使用される螢光膜の模式図であ
る。図１４はＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を
行なうための駆動回路の一例を示すブロック図である。

【０１１３】図１１において、２１は電子放出素子を複
数配した基板、３１は基板２１を固定したリアプレー
ト、３６はガラス基板３３の内面に螢光膜３４とメタル
バック３５等が形成されたフェースプレートである。３
２は支持枠であり、該支持枠３２には、リアプレート３
１およびフェースプレート３６が低融点のフリットガラ
ス等を用いて接合される。

【０１１４】２４は図１における電子放出部５に相当す
る。２２，２３は電子放出素子の一対の素子電極と接続
されたＸ方向配線およびＹ方向配線である。

【０１１５】外囲器３７は、フェースプレート３６、支
持枠３２およびリアプレート３１で構成され、例えば大
気中あるいは窒素中で、４００〜５００度の温度範囲で
１０分以上焼成することで、封着して構成される。リア
プレート３１は主に基板２１の強度を補強する目的で設
けられるため、基板２１自体で十分な強度を持つ場合は
別体のリアプレート３１は不要とすることができる。す
なわち、基板２１に直接支持枠３２を封着し、フェース
プレート３６、支持枠３２および基板２１で外囲器３７
を構成しても良い。一方、フェースプレート３６とリア
プレート３１との間に、スペーサーとよばれる不図示の
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３７の構成することもできる。

【０１１６】図１２は、螢光膜を示す模式図である。螢
光膜３４は、モノクロームの場合は螢光体のみから構成
することができる。カラーの螢光膜の場合は、螢光体の
配列によりブラックストライプ（図１２Ａ）あるいはブ
ラックマトリクス（図１２Ｂ）などと呼ばれる黒色導電
材４１と螢光体４２とから構成することができる。ブラ
ックストライプあるいはブラックマトリクスを設ける目
的は、カラー表示の場合、必要となる三原色螢光体の各
螢光体４２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、螢光膜３４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。ブラック
ストライプあるいはブラックマトリクスの材料として
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、光の透過および反射が少ない材料を用い
ることができる。

【０１１７】ガラス基板３３に螢光体を塗布する方法は
モノクローム、カラーによらず、沈殿法、印刷法等が採
用できる。螢光膜３４の内面側には通常メタルバック３
５が設けられる。メタルバックを設ける目的は、螢光体
の発光のうち内面側への光をフェースプレート３６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
から螢光体を保護すること等である。メタルバックは、
螢光膜作製後、螢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）を行ない、その後Ａ
１を真空蒸着等を用いて堆積させることで作製できる。

【０１１８】フェースプレート３６には、更に螢光膜３
４の導電性を高めるため、螢光膜３４の外面側に透明電
極（不図示）を設けてもよい。

【０１１９】前述の封着を行なう際には、カラーの場合
は各色螢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。

【０１２０】図１１に示した画像形成装置の製造方法の
一例を以下に説明する。図１３はこの工程に用いる装置
の概要を示す模式図である。画像形成装置５１は、排気
管５２を介して真空チャンバー５３に連結され、さらに
ゲートバルブ５４を介して排気装置５５に接続されてい
る。真空チャンバー５３には、内部の圧力および雰囲気
中の各成分の分圧を測定するために、圧力計５６、四重
極質量分析器５７等が取り付けられている。画像表示装
置５１の外囲器３７内部の圧力などを直接測定すること
は困難であるため、該真空チャンバー５３内の圧力など
を測定し、処理条件を制御する。

【０１２１】真空チャンバー５３には、さらに必要なガ
スを真空チャンバー内に導入して雰囲気を制御するた
め、ガス導入ライン５８が接続されている。該ガス導入
ライン５８の他端には導入物質源６０が接続されてお
り、導入物質がアンプルやボンベなどに入れて貯蔵され
ている。ガス導入ラインの途中には、導入物質を導入す
るレートを制御するための導入量制御手段５９が設けら
れている。該導入量制御手段５９としては具体的には、
スローリークバルブなど逃す流量を制御可能なバルブ
や、マスフローコントローラーなどが、導入物質の種類
に応じて、それぞれ使用が可能である。

【０１２２】図１３の装置により外囲器３７の内部を排
気し、フォーミングを行なう。この際、例えば図１４に
示すように、Ｙ方向配線２３を共通電極６１に接続し、
Ｘ方向配線２２の内の一つに接続された素子２４に電源
６２によって、同時に電圧パルスを印加して、フォーミ
ングを行なうことができる。パルスの形状や、処理の終
了の判定などの条件は、個別素子のフォーミングについ
ての既述の方法に準じて選択すればよい。また、複数の
Ｘ方向配線に、位相をずらせたパルスを順次印加（スク
ロール）することにより、複数のＸ方向配線に接続され
た素子をまとめてフォーミングすることも可能である。
図１４中、６３は電流測定用抵抗を、６４は電流測定用
のオシロスコープを示す。

【０１２３】フォーミング終了後、活性化工程を行な
う。外囲器３７内は、十分に排気した後、有機物質がガ
ス導入ライン５８から導入される。あるいは、個別素子
の活性化方法として既述のように、まず油拡散ポンプや
ロータリーポンプで排気し、これによって真空雰囲気中
に残留する有機物質を用いても良い。また、必要に応じ
て有機物質以外の物質も導入される場合がある。このよ
うにして形成した有機物質を含む雰囲気中で、各電子放
出素子に電圧を印加することにより、炭素あるいは炭素
化合物、ないし両者の混合物が電子放出部に堆積し、電
子放出量がドラスティックに上昇するのは、個別素子の
場合と同様である。このときの電圧の印加方法は、上記
フォーミングの場合と同様の結線により、一つの方向配
線につながった素子に、同時の電圧パルスを印加すれば
よい。

【０１２４】活性化工程終了後は、個別素子の場合と同
様に、安定化工程を行なうことが好ましい。

【０１２５】外囲器３７を加熱して８０〜２５０℃に保
持しながら、イオンポンプ、ソープションポンプなどの
オイルを使用しない排気装置５５により排気管５２を通
じて排気し、有機物質の十分少ない雰囲気にした後、排
気管をバーナーで熱して溶解させて封じきる。外囲器３
７の封止後の圧力を維持するために、ゲッター処理を行
なうこともできる。これは、外囲器３７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
を用いた加熱により、外囲器３７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、外囲器３７内の雰囲気を維持
するものである。

【０１２６】次に、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、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号
に基づいたテレビジョン表示を行なうための駆動回路の
構成例について、図１５を用いて説明する。図１５にお
いて、７１は画像形成装置、７２は走査回路、７３は制
御回路、７４はシフトレジスタである。７５はラインメ
モリ、７６は同期信号分離回路、７７は変調信号発生
器、ＶｘおよびＶａは直流電圧源である。

【０１２７】画像形成装置７１は、端子Ｄｏx1ないしＤ
ｏxm、端子Ｄｏy1ないしＤｏyn、および高圧端子Ｈｖを
介して外部の電気回路と接続している。端子Ｄｏx1ない
しＤｏxmには、画像形成装置内に設けられている電子
源、すなわち、Ｍ行Ｎ列の行列状にマトリクス配線され
た電子放出素子群を一行（Ｎ素子）ずつ順次駆動するた
めの走査信号が印加される。

【０１２８】端子Ｄy1ないしＤynには、前記走査信号に
より選択された一行の電子放出素子の各素子の出力電子
ビームを制御するための変調信号が印加される。高圧端
子Ｈｖ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、これは電子放出素子から放出さ
れる電子ビームに螢光体を励起するのに十分なエネルギ
ーを付与するための加速電圧である。

【０１２９】走査回路７２について説明する。同回路
は、内部にＭ個のスイッチング素子を備えたもので（図
中、Ｓ１ないしＳｍで模式的に示している）ある。各ス
イッチング素子は、直流電圧源Ｖｘの出力電圧と０Ｖ
（グランドレベル）のいずれか一方を選択し、画像形成
装置７１の端子Ｄx1ないしＤxmと電気的に接続される。
Ｓ１ないしＳｍの各スイッチング素子は、制御回路７３
が出力する制御信号Ｔscan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。

【０１３０】直流電圧源Ｖｘは、本例の場合には電子放
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
い値電圧未満となるような一定電圧を出力するよう設定
されている。

【０１３１】制御回路７３は、外部より入力する画像信
号に基づいて適切な表示が行な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７３は、同期信号
分離回路７６より送られる同期信号Ｔsyncに基づいて、
各部に対してＴscanおよびＴsft およびＴmry の各制御
信号を発生する。

【０１３２】同期信号分離回路７６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７６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、
Ｔsync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を便宜上ＤＡＴＡ信号と表わし
た。該ＤＡＴＡ信号はシフトレジスタ７４に入力され
る。

【０１３３】シフトレジスタ７４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７３より送られる制御信号Ｔsft に基づいて動作す
る（すなわち、制御信号Ｔsft は、シフトレジスタ７４
のシフトクロックであると言うこともできる）。シリア
ル／パラレル変換された画像１ライン分（電子放出素子
Ｎ素子分の駆動データに相当）のデータは、Ｉd1ないし
ＩdnのＮ個の並列信号として前記シフトレジスタ７４よ
り出力される。

【０１３４】ラインメモリ７５は、画像１ライン分のデ
ータを必要時間の間だけ記憶するための記憶装置であ
り、制御回路７３より送られる制御信号Ｔmry に従って
適宜Ｉd1ないしＩdnの内容を記憶する。記憶された内容
は、I'd1ないしI'dnとして出力され、変調信号発生器７
７に入力される。

【０１３５】変調信号発生器７７は、画像データI'd1な
いしI'dnの各々に応じて電子放出素子の各々を適切に駆
動変調するための信号源であり、その出力信号は、端子
Ｄｏy1ないしＤｏynを通じて画像形成装置７１内の電子
放出素子に印加される。

【０１３６】前述したように、本発明を適用可能な電子
放出素子は放出電流Ｉｅに対して以下の基本特性を有し
ている。すなわち、電子放出には明確なしきい値電圧Ｖ
thがあり、Ｖth以上の電圧を印加された時のみ電子放出
が生じる。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未満の電圧を印加しても電子放
出は生じないが、電子放出しきい値以上の電圧を印加す
る場合には電子ビームが出力される。その際、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
度を制御する事が可能である。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。

【０１３７】従って、入力信号に応じて、電子放出素子
を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅変調
方式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際して
は、変調信号発生器７７として、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パルスの波高
値を変調するような電圧変調方式の回路を用いることが
できる。

【０１３８】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７７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。

【０１３９】シフトレジスタ７４やラインメモリ７５
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。

【０１４０】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路７６の出力信号ＤＡＴＡをデジタル信号化す
る必要があるが、これは回路７６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７５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７７に用いられる回路が若干異なったものと
なる。すなわち、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７７には、例えばＤ／Ａ変換回路
を用い、必要に応じて増幅回路などを付加する。パルス
幅変調方式の場合、変調信号発生器７７には、例えば、
高速の発振器、発振器の出力する波数を計数する計数器
（カウンタ）およ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。

【０１４１】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７７には、例えばオペアンプなどを
用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフト
回路など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、必要に応じて電子放出素子の駆動電圧まで電圧
増幅するための増幅器を付加することもできる。

【０１４２】このような構成をとり得る本発明を適用可
能な画像表示装置においては、各電子放出素子に、容器
外端子Ｄｏx1ないしＤｏxm、Ｄｏy1ないしＤｏynを介し
て電圧を印加することにより、電子放出が生ずる。高圧
端子Ｈｖを介してメタルバック３５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、螢光膜３４に衝突し、発光が生じて画
像が形成される。

【０１４３】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、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、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、ＰＡＬやＳＥＣＡＭ方式などの
他、これよりも、多数の走査線からなるＴＶ信号（例え
ば、ＭＵＳＥ方式をはじめとする高品位ＴＶ）方式をも
採用できる。

【０１４４】次に、はしご型配置の電子源および画像形
成装置について図１６および図１７を用いて説明する。

【０１４５】図１６は、はしご型配置の電子源の一例を
示す模式図である。図１６において、２１は基板、８１
は電子放出素子である。８２、Ｄx1〜Ｄx10 は、電子放
出素子８１を接続するための共通配線である。電子放出
素子８１は、基板２１上に、Ｘ方向に並列に複数個配さ
れている（これを素子行と呼ぶ）。この素子行が複数個
配されて、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。すなわち、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、電子
ビームを放出しない素子行には、電子放出しきい値未満
の電圧を印加する。各素子行間の共通配線Ｄx2〜Ｄx9
は、例えばＤx2，Ｄx3を同一配線とすることもできる。

【０１４６】図１７は、はしご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。８３はグリッド電極、８４は電子が通過するため
の空孔、８５はＤxo1 ，Ｄxo2 ，‥‥，Ｄxom よりなる
容器外端子である。８６はグリッド電極８３と接続され
たＧ１，Ｇ２，‥‥，Ｇｎからなる容器外端子である。
ここに示した画像形成装置と図１１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、基板２１と
フェースプレート３６の間にグリッド電極８３を備えて
いるか否かである。

【０１４７】図１７においては、基板２１とフェースプ
レート３６の間には、グリッド電極８３が設けられてい
る。グリッド電極８３は、電子放出素子から放出された
電子ビームを変調するためのものであり、はしご型配置
の素子行と直交して設けられたストライプ状の電極に電
子ビームを通過させるため、各素子に対応して１個ずつ
円形の開口８４が設けられている。グリッドの形状や設
置位置は図１７に示したものに限定されるものではな
い。例えば、開口としてメッシュ状に多数の通過口を設
けることもでき、グリッドを電子放出素子の周囲や近傍
に設けることもできる。

【０１４８】容器外端子８５およびグリッド容器外端子
８６は、不図示の制御回路と電気的に接続されている。

【０１４９】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。これ
により、各電子ビームの螢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。

【０１５０】本発明の画像形成装置は、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
もできる。

【０１５１】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明を説明する。実施例１ 本実施例により形成される電子放出素子の構成は、図１
に模式的に示したものと同様である。以下に本実施例の
工程を説明する。

【０１５２】本実施例において使用した導電性膜形成用
インクは、 インクＡ；酢酸パラジウムモノエタノールアミン（ＰＡ
ＭＥ）を金属濃度が２ｗｔ．％となるように水に溶解し
たもの インクＢ；インクＡを水により３倍に希釈したもの 実際の電子源の作成に先立ち、インクジェット装置の吐
出条件を調整する。すなわち、上記２種類のインクをそ
れぞれ圧電素子を用いたインクジェット装置に充填す
る。さらに、下記の工程で電子源用の基体として使用す
る石英と同じものを用意し、これに上記インクを吐出さ
せ、ドットを形成、その後大気中３００℃、１０分間の
熱処理を行なう。これにより形成されたドットの厚さ
と、直径を測定し、インクＡによるドットの膜厚が３０
ｎｍ、インクＢによるドットの膜厚が１０ｎｍ、ドット
の直径がいずれも約２０μｍとなるように、吐出条件を
定めた。

【０１５３】工程ー１ 石英基板を十分に洗浄、乾燥させた後、真空成膜および
フォトリソグラフィーの技術により、基板上に複数の素
子電極対とこれに接合されたマトリクス状配線を形成し
た。素子電極は厚さ約１００ｎｍのＮｉにより構成さ
れ、素子電極間隙Ｌは２０μｍ、素子電極長Ｗは１００
μｍとした。

【０１５４】工程ー２ インクジェット装置によりインクＡのドットを形成す
る。これは図１Ａの導電性膜４−１に対応するドットで
ある。ドットの中心が素子電極２のエッジから素子電極
３の方へ５μｍの位置となるようにインクジェット装置
の位置を制御する。石英基板上のすべての素子電極対の
当該位置に上記ドットを形成する。

【０１５５】工程−３ インクＢのドットを同様に形成する。該ドットの中心
は、素子電極３のエッジから素子電極２の方に５μｍの
位置とした。両方のドットの中心間隔は１０μｍであ
る。

【０１５６】工程−４ 続いて、大気中で３００℃、１０分間の加熱処理を行な
う。これにより、ＰｄＯ微粒子よりなる導電性膜４が形
成される。

【０１５７】工程−５ 続いて、フォ−ミング処理を行ない、電子放出部を形成
した。この処理に用いたパルス波形は、図７Ｂに示すよ
うな、波高値の漸増する三角波パルスである。列方向の
配線をすべてグランドに接続し、行方向の配線の内の一
つに上記パルス電圧を印加することにより電子放出部を
形成した。各行のすべての素子のフォ−ミングが完了す
ると、別の行に対して同様の処理を行ない、すべての素
子について電子放出部を形成した。

【０１５８】走査電子顕微鏡（ＳＴＭ）により、該電子
源を観察したところ、いずれの素子においても、膜厚の
薄い方のドットの素子電極エッジの近くに電子放出部が
形成されていることがわかった。

【０１５９】工程−６ 電子放出部の形成された電子源を、フェースプレート、
リアプレート、支持枠等の部材と組み合わせて、図１１
に示すような画像形成装置を構成した。続いて電子放出
素子の活性化処理を行なった。不図示の排気管を通じて
真空排気装置により外周器の内部を排気した後、アセト
ンを導入して圧力を１．３×１０^-1Ｐａとなるよう調整
する。駆動回路から外部端子を介して電子源の行方向配
線に波高値１６Ｖ、パルス幅１００μ秒の矩形波パルス
を印加する。各行方向配線にパルスを印加するタイミン
グを少しずつずらし、電子源全体では６０Ｈｚの周期で
繰り返しパルスが印加されるように駆動回路を設定し
た。パルスの印加を３０分間行なった後停止し、外囲器
の内部を再び排気した。

【０１６０】工程−７ 外囲器全体を約２００℃程度に保持しながら、排気を続
けたところ、１０時間後に圧力が２．７×１０^-5Ｐａと
なった。排気を続けながら外囲器を徐冷した後、排気管
をバーナーで熱することにより溶着して封じきった。こ
の後、外囲器内に予め設置されたゲッター（不図示）
を、高周波により加熱してゲッタ処理を行なった。

【０１６１】このようにして作成した画像形成装置のメ
タルバックに高圧端子を通じて５ｋＶの電圧を印加し、
電子源の各電子放出素子から、単純マトリクス駆動によ
り電子放出を行なわせて各素子の放出電流Ｉｅの値を測
定した。各素子のＩｅのバラツキ幅は１２％であった。

【０１６２】比較例１ 工程ー３におけるドットをインクＡにより形成したこと
を除き、実施例１と同様の方法で電子源を作成し、ＳＥ
Ｍで電子放出部の形状を観察した。本例の場合、電子放
出部は電極間隙の半分程度の幅に蛇行しているのが観察
された。またこれを用いて同様に画像形成装置を作成
し、電子放出特性の測定を行なった。その結果、各素子
のＩｅのバラツキ幅は１６％であった。

【０１６３】実施例２ 本実施例は、図３Ａ，Ｂと基本的に同様の構成を有する
素子を作成したものである。ただし、電極間隙を１４０
μｍとし、一対の素子電極を結ぶ方向に対し、直径５０
μｍのドットを５個、それに垂直な方向には同じく３個
のドットを並べたものである。このうち電極間隙の中央
の３個のドットは、インクＢにより、他のドットはイン
クＡにより形成したものである。インクＡのドットは素
子電極に接するドットの中心が素子電極エッジから１０
μｍ離れた位置に、その隣のドットの中心がさらに２５
μｍ離れた位置となるように形成した。インクＢによる
ドットは電極間隙中央に形成した。素子電極の対を結ぶ
方向と垂直の方向へは、中心が互いに２５μｍ離れるよ
うに形成した。

【０１６４】フォーミングによる電子放出部の結果をＳ
ＥＭにより観察したところ、電子放出部の蛇行の範囲
は、電極間隙中央の２０μｍ幅の中、すなわちインクＢ
により形成されたドットの中に形成されていることがわ
かった。

【０１６５】また、実施例１と同様に画像形成装置を構
成して、電子放出特性を測定したところ、各素子の放出
電流Ｉｅのバラツキは１２％であった。

【０１６６】比較例２ すべてのドットをインクＡにより構成した以外は、上記
実施例２と同様にして画像形成装置を作成した。電子放
出部の蛇行幅は、素子電極間隙の半分程度であることが
ＳＥＭによる観察からわかった。また、電子放出特性を
測定した結果、放出電流Ｉｅのバラツキ幅は１８％であ
った。

【０１６７】実施例２と比較例２の画像形成装置の輝点
のサイズを測定した。実施例２では１５０μｍ程度であ
るのに対し、比較例２では２００μｍ程度であった。両
者の差５０μｍは、形成された電子放出部の蛇行幅に対
応するものと考えられる。

【０１６８】実施例３ 本実施例の方法により作成した素子は、実施例１とほぼ
同様の構成を有する。すべてのドットを、インクＢを用
い、膜厚の厚いドットに対しては、同一箇所に液滴付与
を３回、膜厚の薄いドットに対しては１回行なうことに
より導電性膜を形成したことを除き、実施例１と同様の
工程を施した。ＳＥＭによる観察、電子放出素子特性の
測定とも、実施例１と同様の結果が得られた。

【０１６９】実施例４および５ インクジェット装置として、バブルジェットプリンタヘ
ッド（製品名：ＢＣ−０１、キヤノン（株）製）を用い
た以外は実施例１，２と同様の工程により画像形成装置
を作成した。それぞれ実施例１，２により作成したもの
と同様の電子放出部形状を有し、同様の電子放出特性が
得られた。

【０１７０】実施例６ 実施例１と同様に石英基板上に素子電極と配線を形成し
た後、上記のインクＡによるドットを１つずつ形成し
た。本実施例においては素子電極間隙を２０μｍとし、
ドットの直径を４０μｍとなるように吐出条件を調整し
た。

【０１７１】予備的な検討により電子放出部が確実に一
方の素子電極近傍に形成されるためには、導電性膜のド
ットが素子電極と接する位置での導電性膜の幅の比（Ｗ
₁ ／Ｗ₂ ）が２以上であればよいことがわかっていたの
で、ドットの中心が電極間隙中央から素子電極２の方に
７．５μｍずれたところになるようにドット形成を行な
った。幾何学的にはこの条件で（Ｗ₁ ／Ｗ₂ ）≒２．０
５となり、上記の条件を満たす。ずれ量がこれよりも小
さいと、電子放出部位置の制御の確実性が徐々に低下す
る。一方、ずれ量がこれよりも大きくなるとＷ₂ が急激
に小さくなり、それに伴い電子放出部の長さも短くなる
ため、電子放出量の低下につながる。このため上記ずれ
量はむやみに大きくすることは好ましくない。

【０１７２】実施例１と同様に、フォーミング処理後Ｓ
ＥＭにより電子放出部の形状を観察したところ、目的通
りすべての電子放出素子で素子電極３のエッジ付近に電
子放出部が形成された。電子放出特性を測定したとこ
ろ、放出電流Ｉｅのバラツキ幅は、１０％であった。

【０１７３】比較例３ 導電性膜のドットの中心を素子電極間隙の中央としたこ
とを除き、実施例６と同様にして画像形成装置の作成を
行なった。電子放出部は電極間隙中で大きく蛇行してい
るのが観察された。電子放出特性の測定では、放出電流
Ｉｅのバラツキ幅は１４％であった。

【０１７４】実施例７ 本実施例は実施例６と類似のものであるが、素子電極間
隙を３０μｍ、ドットの直径を６０μｍとし、ドット中
心を素子電極間隙の中央から素子電極２の側に１１μｍ
ずらした。さらに、該ドットを一対の素子電極を結ぶ方
向と直交する方向に３０μｍずつずらして５つ形成し
た。このようにして形成した導電性薄膜は、素子電極２
に近い方ではドットが重なっているため、全体としては
両方の素子電極のエッジ付近での導電性膜の幅に大きな
違いはないが、導電性膜の膜厚が素子電極間隙中央から
のずれに対応した違いを有することになる。

【０１７５】フォーミング後ＳＥＭによる観察を行なっ
たところ、実施例６と同様に目的通り素子電極３のエッ
ジ付近に電子放出部が形成されているのが確かめられ、
画像形成装置を形成して電子放出特性を測定したとこ
ろ、放出電流Ｉｅのバラツキ幅は８％であった。

【０１７６】実施例８ 本実施例の方法により形成される電子放出素子は、図５
Ａ，Ｂに模式的に示した構成を有する。本実施例で液滴
の材料として使用されるのは次の２種類の導電性膜形成
用インクである。 インクＣ；テトラアンミン白金(II)ニトレートを金属濃
度が２ｗｔ．％となるように水に溶解したもの インクＤ；インクＡと同じもの

【０１７７】工程−１ 洗浄した石英基板上にオフセット印刷によりＰｔよりな
る素子電極２，３を作成した。使用したインクはＰｔレ
ジネートペーストである。該ペーストにより電極の形状
を形成後、約７０℃で乾燥し、約５８０℃で大気中で焼
成することにより素子電極を形成した。素子電極の厚さ
は約１００ｎｍ、素子電極間隙は３０μｍである。ただ
し各素子は独立に構成されており、マトリクス配線は有
しない。

【０１７８】工程−２ バブルジェットプリンタのプリンタヘッド（（製品名：
ＢＣ−０１、キヤノン（株）製）に上記の２種のインク
を充填し、それぞれ基板上に付与した。続いて、大気中
３００℃で１０分間の熱処理を施すことにより、Ｐｔお
よびＰｄＯよりなるドット４−１，４−２を形成した。

【０１７９】工程−３ 図８に模式的に示したのと同様の構成を有する真空装置
に電子放出素子をセットし、真空漕内を排気して圧力が
１．３×１０^-4Ｐａとし、実施例１と同様のパルス電圧
を印加しフォーミング処理を行なった。

【０１８０】工程−４ 続いて真空装置内に不図示のガス導入ラインからアセト
ンを導入し、圧力を１．３×１０^-1Ｐａとする。素子電
極間に波高値１８Ｖ、パルス幅１００μ秒、パルス間隔
１０ｍ秒の矩形波パルスを印加し、活性化処理を施し
た。３０分後、素子電流の増加が飽和する傾向を見せた
ところでパルス電圧の印加を停止し、真空装置内部を再
び排気した。

【０１８１】工程−５ 真空装置をヒータ−により約２００℃に保持しながら排
気を続けたところ、１０時間で圧力が２．７×１０^-5Ｐ
ａとなった。ヒーターを切って、真空装置を徐冷した。

【０１８２】上記の素子の電子放出特性を測定した。素
子に印加したパルス電圧は波高値１６Ｖの矩形波パルス
である。素子とアノード電極の間隙は４ｍｍとし、アノ
ード電圧は１ｋＶとした。

【０１８３】基板上のすべての素子について同様に測定
したところ、放出電流Ｉｅのバラツキは７％であった。
測定終了後上記素子をＳＥＭにより観察したところ、い
ずれの素子においても、素子電極３のエッジ付近に電子
放出部が形成されていることがわかった。

【０１８４】比較例４ 上記のインクＤのみを用いた以外は、実施例８と同様の
工程により素子を作成した。測定も同様に行なった結
果、放出電流Ｉｅのバラツキは１４％であった。また測
定終了後ＳＥＭによる電子放出部の観察を行なったとこ
ろ、比較例１の場合と同様に大きく蛇行していることが
わかった。

【０１８５】実施例９ 本実施例では、上記のインクＤと、 インクＥ；酢酸パラジウム−ビス（Ｎ−ブチルエタノー
ルアミン）（ＰＡＤＢＥ）１．２８ｇを１２ｇの水に溶
解したもの（金属濃度２ｗｔ．％） をドット形成用の液滴の原料として用いた。予め大気中
での熱処理における両者の熱分解の様子を調べたとこ
ろ、ＰＡＭＥは１７０℃付近で金属に分解し、２８０℃
でＰｄＯが生成し始め、ＰＡＤＢＥは１４５℃付近で金
属に分解し始め、２５５℃でほぼＰｄＯになった。

【０１８６】本来、金属ＰｄからＰｄＯに変化する温度
は、出発物質に依存しないはずであるが、上記のような
違いが生じたのは、Ｐｄ化合物から金属Ｐｄに速く変化
した方が、その後の熱処理時間が実質的に長くなること
や、金属Ｐｄとなったときの微視的な形態の違いによ
り、ＰｄＯに変化するまでの反応速度に違いがあったた
めであろうと思われる。

【０１８７】十分に洗浄、乾燥した石英基板上にＡｕよ
りなる素子電極の複数の対を形成した。素子電極間隙は
２０μｍとした。上記インクを用い、実施例８と同様に
素子電極間にインクＥによるドット４−１とインクＤに
よるドット４−２を形成し、２７０℃１０分間の熱処理
を行なって導電性膜４を形成した。ただし本実施例で
は、いずれのドットも一対の素子電極を結ぶ方向と垂直
の方向に４つのドットを互いにずらして、隣接するドッ
ト同士は互いに部分的に重なるように形成したものであ
る。平面図は上述した図２Ａと類似の構成となる。

【０１８８】続いて実施例８と同様の方法によりフォー
ミング処理、活性化処理を行なった。ただし、活性化処
理の際のアセトンの圧力は１×１０^-2Ｐａであり、印加
したパルスの波高値は、０Ｖから１４Ｖまで５Ｖ／分で
昇圧した後、１４Ｖに固定して行なった。さらに真空装
置を約２００℃に保ちながら１０時間排気を続けた後、
ヒーターを切って徐冷した。

【０１８９】実施例８と同様にして電子放出特性の測定
を行なったところ、実施例８とほぼ同様の測定結果が得
られた。測定終了後、ＳＥＭにより素子の形態を観察し
た結果、実施例８と同様に素子電極３のエッジ付近に電
子放出部が形成されていることがわかった。

【０１９０】実施例１０ 本実施例では、上記のインクＤと、 インクＦ；酢酸パラジウム−ジ（Ｎ−ブチルエタノール
アミン）（ＰＡＢＥ）０．８４ｇを１２ｇの水に溶解し
たもの を用いた。大気中の熱処理実験により、ＰＡＢＥは１４
５℃で金属Ｐｄに分解し、２４５℃でほぼＰｄＯに変化
することが確かめられた。

【０１９１】本実施例で作成した素子の構成は、平面が
図３Ａに示すものと類似し、中央の列のドットがインク
Ｆにより、他のドットがインクＤにより形成されたもの
である。実施例８と同様に各ドットをインクジェット装
置を用いて形成、大気中２６０℃１０分間の熱処理を行
なった後、実施例８と同様の方法でフォーミング処理、
活性化処理を行ない、さらに真空装置を加熱しながら排
気することにより、高真空を実現し、電子放出特性を測
定した。結果は、実施例８とほぼ同様の結果が得られ
た。

【０１９２】測定終了後、ＳＥＭによる形態の観察を行
なったところ、導電性膜のほぼ中央に、電子放出部が形
成されていることがわかった。

【０１９３】実施例１１ 本実施例により作成した電子放出素子は、実施例９と同
様の構成を有するものである。本実施例においては、 インクＧ；酢酸パラジウム−モノブタノールアミン（Ｐ
ＡＭＢ）を水に溶解したもの、金属濃度にして２ｗｔ．
％ インクＨ；酢酸パラジウム−ビス（Ｎ，Ｎ−ジエチルエ
タノールアミン）（ＰＡＤＥＥ）を水に溶解したもの、
金属濃度にして２ｗｔ．％ を用いた。熱分解の特性を調べたところ、ＰＡＭＢは１
８０℃付近で金属Ｐｄに分解し、２６０℃でＰｄＯに変
化した。ＰＡＤＥＥは１４０℃で金属Ｐｄに分解し、２
３０℃でＰｄＯに変化した。

【０１９４】実施例９と同様にして素子を作成、導電性
膜を形成するための熱処理は、大気中で２４０℃１０分
間とした。実施例９と同様にフォーミング処理、活性化
処理、真空装置内の排気を行ない、電子放出特性の測定
を行なった。

【０１９５】測定の結果は、実施例９とほぼ同様であっ
た。また、ＳＥＭによる形態観察の結果も、実施例９と
同様のものであった。

【０１９６】実施例１２ 本実施例の方法により作成した素子の構成は、実施例１
０と同様のものである。本実施例で用いた導電性膜形成
用インクは、 インクＩ；酢酸パラジウム−モノプロパノールアミン
（ＰＡＭＰ）を水に溶解したもの、金属濃度にして２ｗ
ｔ．％ インクＪ；酢酸パラジウム−ビス（Ｎ，Ｎ−ジメチルエ
タノールアミン）（ＰＡＤＭＥ）を水に溶解したもの、
金属濃度にして２ｗｔ．％ である。

【０１９７】熱分解の特性を調べたところ、ＰＡＭＰは
１８０℃付近で金属Ｐｄに分解し、２７０℃でＰｄＯに
変化した。ＰＡＤＭＥは１２０℃で金属Ｐｄに分解し、
２３０℃でＰｄＯに変化した。

【０１９８】実施例１０と同様にして素子を作成、導電
性膜を形成するための熱処理は、大気中で２４０℃１０
分間とした。実施例９と同様にフォーミング処理、活性
化処理、真空装置内の排気を行ない、電子放出特性の測
定を行なった。

【０１９９】測定の結果は、実施例９とほぼ同様であっ
た。また、ＳＥＭによる形態観察の結果も、実施例９と
同様のものであった。

【０２００】実施例１３ 十分洗浄した石英基板上に、素子電極のパターンを、白
金レジネートペーストをインクとして用いてオフセット
印刷により形成、これを７０℃で乾燥した後、約５８０
℃で焼成してＰｔよりなる素子電極を複数対形成した。

【０２０１】続いて、インクジェット装置にカーボン微
粒子であるファーネスブラック（ＨＡＦ、平均粒径３０
ｎｍ）の１ｗｔ．％水分散液（分散性を向上させるた
め、界面活性剤を０．１ｗｔ．％を含有）を充填し、素
子電極間にこの液滴を付与した。このときカーボン微粒
子分散液は、ペーストの焼成により形成した素子電極に
若干吸い込まれ、カーボン微粒子は両方の素子電極の近
傍に集まった。その後１００℃で１０分間乾燥した。

【０２０２】これに インクＫ；水７０ｗｔ．％、ＩＰＡ（イソプロパノー
ル）＋エチレングリコール＋ＰＶＡ（ポリビニルアルコ
ール）３０ｗｔ．％の液に、酢酸パラジウムモノエタノ
ールアミン（ＰＡＭＥ）を金属濃度にして１ｗｔ．％と
なるように混ぜたもの をインクジェット装置により基板に付与し、３００℃１
０分間の焼成を行なう。このとき、カーボン微粒子のあ
る素子電極近傍は、炭素の還元性によりＰｄは酸化され
ず金属のままとなる。一方、素子電極の中央付近ではカ
ーボン微粒子が十分に存在しないため、Ｐｄが酸化され
てＰｄＯが主成分となる。この中央付近のＰｄＯにより
構成される部分が、周辺の金属Ｐｄにより構成される部
分よりも抵抗が高く、組成潜像となる。

【０２０３】この素子を実施例８と同様にフォーミング
処理、活性化処理を行ない、真空装置を加熱しながら排
気して高真空とした。この素子の電子放出特性の測定を
行なったところ、素子毎の放出電流Ｉｅのバラツキは６
％であった。ＳＥＭによる形態の観察の結果、電子放出
部は素子電極の中央に形成され、蛇行の幅は小さいもの
であった。

【０２０４】実施例１４ 基板として青板ガラス基板を用いたことと、カーボン微
粒子の代わりに白金カーボン微粒子を用いたことを除
き、実施例１３と同様の方法で電子放出素子を作製し
た。この白金カーボン微粒子は、平均粒径３０ｎｍのカ
ーボン微粒子に塩化白金を吸着させて乾燥、７００℃で
４時間の還元処理を施したものを用いた。

【０２０５】続いて、実施例１３と同様にして、インク
Ｋの液滴を付与、焼成して、上記実施例と同様の組成潜
像を有する導電性薄膜を形成し、フォーミング処理、活
性化処理も同様に行なった。

【０２０６】この素子の特性は放出電流Ｉｅのバラツキ
幅が５％、ＳＥＭ観察の結果は実施例１３とほぼ同じで
あった。

【０２０７】実施例１５ 本実施例においては、石英基板を用い、フォトリソグラ
フィー技術によりＡｕの素子電極を形成した。

【０２０８】導電性膜形成用インクとして インクＬ；酢酸ニッケル(II)を金属濃度が２ｗｔ．％と
なるように水に溶解したもの インクＭ；酢酸クロム(III) を金属濃度が２ｗｔ．％と
なるように水に溶解したもの を使用した。

【０２０９】工程−１ 図６Ａ．Ｂに模式的に示すような構成の素子を作製し
た。インクＬによりドット４−１、インクＭによりドッ
ト４−２を形成する。ドット４−１が金属Ｎｉの膜厚に
して４０ｎｍ、ドット４−２がＣｒの膜厚にして１０ｎ
ｍになるように液滴の吐出条件をそれぞれ制御した。

【０２１０】工程−２ Ａｒ９８％−Ｈ₂ ２％混合ガス気流中で４００℃１０分
間の熱処理を行ない、上記のドットをそれぞれ分解して
金属膜とする。この後温度を５００℃まで上昇させて１
時間保持し、その後徐冷する。これは２つのドットの交
差部において、ＮｉとＣｒの合金を形成させるためであ
る。

【０２１１】工程−３ 実施例８と同様に、フォーミング処理、活性化処理を行
ない、真空装置を２００℃に保持しながら排気すること
により、真空装置内を高真空にした。

【０２１２】この後、実施例８と同様にして電子放出特
性の測定を行なった結果、放出電流Ｉｅのバラツキは１
１％であった。測定終了後ＳＥＭによる観察を行なった
ところ、電子放出部が両方のドットの交差部に形成さ
れ、蛇行幅が狭くなっているのが観察された。

【０２１３】これは、Ｎｉ８０％−Ｃｒ２０％の合金が
ニクロム合金の典型的な組成であり、Ｎｉ，Ｃｒ単体に
比べ２桁程度高い抵抗率を持つものであることから、フ
ォーミングによる通電により、この領域で大きな発熱が
生ずるため電子放出部がこの領域に収まるのであろうと
思われる。さらに、金属Ｃｒはｂｃｃの結晶構造を有
し、Ｎｉはｆｃｃの結晶構造を有するが、上記組成の合
金は、Ｎｉに近い構造を有するため、合金の領域とＣｒ
の領域との界面は機械的に弱いものと思われる。このた
め、フォーミング処理により電子放出部が形成される
際、この部分が電子放出部形成のきっかけとなる、とい
う効果が寄与している可能性もある。

【０２１４】

【発明の効果】以上で説明したように、本発明の方法に
よりインクジェット装置を用いて、電子放出素子の導電
性膜を形成する場合にも、構造潜像あるいは組成潜像を
有するように該導電性膜形成することができ、これにつ
づくフォーミング工程において電子放出部を形成する際
に、その位置を素子電極間隙の中央付近、あるいは一方
の素子電極の近傍など必要に応じて制御でき、その蛇行
幅を小さくすることができる。これにより、電子放出特
性の均一性を向上させることができ、また素子電極間隙
が広い場合にも、蛍光膜上の輝点のサイズを小さくする
ことができ、高精細の画像を表示するのに適した画像形
成装置を作成することができる、さらにまた、これによ
り輝度ムラが少なく高画質の画像形成装置を製造するこ
とが可能となる。

【０２１５】また、インクジェット装置を用いることに
より、従来の潜像を用いる方法よりも導電性膜の形成に
用いる材料の選択の自由度の広い、製造方法を実現する
ことができる。

【０２１６】例えば、上記実施例１と類似の構成をイン
クジェットによらないパターニング方法で形成しようと
すると、薄い方の膜を形成、パターニングした後、厚い
方の膜のためのパターニング用マスクをすでに形成した
薄い方の膜に重ねて形成し、有機金属溶液を塗布、焼
成、リフトオフによるパターニング、といったような手
順をとらねばならない。薄い方の膜に重ねてパターニン
グ用マスクを形成する必要があることから、初めに形成
する薄い方の膜は、基板に対してある程度の密着性が必
要である。実施例１のように導電膜の材質がＰｄＯのよ
うな酸化物である場合は、ガラス基板に対してある程度
の密着性があり、このようなことも可能であるし、金属
Ｐｄを材質とする場合にもＰｄＯの状態でパターニング
し、最後に還元して金属Ｐｄとすることができる。しか
しながら、Ｐｔを導電膜として使う場合には、Ｐｔを酸
化することは極めて困難であり、上述のような方法を採
用することはできない。インクジェット法であれば、適
当なＰｔの有機化合物を使用することにより、容易に実
現できる。

【０２１７】また、実施例１５のような構成の場合、交
差部の合金化が比較的低温でできるのは、金属化合物の
状態で両方のドットが重なっており、熱分解の際に合金
化が起こるからであると思われる。これを、上述のよう
な２度の成膜、パターニングにより行なおうとすると、
例えば先ずパターニングされたＮｉＯの膜を形成、これ
にＣｒ膜を形成した後、ＮｉＯをＮｉに還元した後、交
差部の合金化を行なわなくてはならない。この場合、Ｎ
ｉとＣｒは金属の状態で重なっているため、原子同士が
互いに十分拡散しなくては合金化しない。このためには
高温で長時間処理する必要があり、ガラス基板などの耐
熱性を考えると困難である。

【０２１８】このような事情を考慮すると、インクジェ
ット法を用いることは、導電膜の材質を自由に選択しな
がら、フォーミング工程の改善を実現する上で、利点を
有することが理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を適用する素子の構成の第１の例を示
す模式的図である。

【図２】 本発明を適用する素子の構成の第２の例を示
す模式的図である。

【図３】 本発明を適用する素子の構成の第３の例を示
す模式的図である。

【図４】 本発明を適用する素子の構成の第４の例を示
す模式的図である。

【図５】 本発明を適用する素子の構成の第５の例を示
す模式的図である。

【図６】 本発明を適用する素子の構成の第６の例を示
す模式的図である。

【図７】 本発明のフォーミング処理において用いるパ
ルス電圧の波形を説明するための図である。

【図８】 本発明の方法により製造された電子放出素子
の電子放出特性を測定する装置の構成を示す模式図であ
る。

【図９】 本発明の方法により製造される電子放出素子
の特性を説明するための図である。

【図１０】 本発明を適用する電子源の構成の第１の例
を示す模式図である。

【図１１】 図１０に示した電子源を用いた画像形成装
置の構成を示す模式図である。

【図１２】 Ａ，Ｂは、画像形成装置に用いる蛍光膜の
構成を示す模式図である。

【図１３】 本発明の方法により画像形成装置を作成す
る際に使用する真空装置の構成を示す模式図である。

【図１４】 図１０に示した電子源に対するフォーミン
グ処理を行なう際の電源の接続方法を示す模式図であ
る。

【図１５】 本発明により作成された画像形成装置によ
りＮＴＳＣ信号による画像を表示するための装置の構成
を示すブロック図である。

【図１６】 本発明を適用する電子源の構成の第２の例
を示す模式図である。

【図１７】 図１６に示した電子源を用いた画像形成装
置の構成を示す模式図である。

【図１８】 従来の電子放出素子の構成の一例を示す模
式図である。

【図１９】 従来の電子放出素子の構成の別の一例を示
す模式図である。

【図２０】 本発明の方法により電子放出素子を形成す
る方法の工程の一例を示す模式図である。

【図２１】 本発明の方法により電子放出素子を形成す
る方法の工程の一例を示す模式図である。

【図２２】 バブルジェットのヘッドの構成を示す模式
図である。

【符号の説明】

１：基体、２，３：素子電極、４：導電性膜、４−１，
４−２，４−３：導電性膜４を構成するドット、５：電
子放出部、１１：真空容器、１２：排気ポンプ、１３：
電子放出素子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源、１
４：素子電極２，３間の導電性膜４を流れる素子電流Ｉ
ｆを測定するための電流計、１５：素子の電子放出部５
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、１６：アノード電極１５に電圧を印加するための
高圧電源、１７：素子の電子放出部５より放出される放
出電流Ｉｅを測定するための電流計、２１：基板、２
２：Ｘ方向配線、２３：Ｙ方向配線、２４：電子放出素
子、２５：結線、３１：リアプレート、３２：支持枠、
３３：ガラス基板、３４：螢光膜、３５：メタルバッ
ク、３６：フェースプレート、３７：外囲器、４１：黒
色導電材、４２：螢光体、５１：画像形成装置、５２：
排気管、５３：真空チャンバー、５４：ゲートバルブ、
５５：排気装置、５６：圧力計、５７：四重極質量分析
器、５８：ガス導入ライン、５９：導入量制御手段、６
０：導入物質源、６１：共通電極、６２：電源、６３：
電流測定用抵抗、６４：オシロスコープ、７１：画像形
成装置、７２：走査回路、７３：制御回路、７４：シフ
トレジスタ、７５：ラインメモリ、７６：同期信号分離
回路、７７：変調信号発生器、Ｖｘ，Ｖａ：直流電圧
源、８１：電子放出素子、８２，Ｄx1〜Ｄx10 ：共通配
線、８３：グリッド電極、８４：電子透過孔、８５，Ｄ
xo1 ，Ｄxo2 ，‥‥，Ｄxom ：共通配線容器外端子、８
６：グリッド電極容器外端子、９１：インクジェットヘ
ッド、９２：ヒーター、９３：溶液流路、９４：吐出
口、９５：溶液供給管、９６−１，９６−２：インクの
液滴、Ｈｖ：高圧端子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平8−175472 (32)優先日 平成８年６月17日(1996．6．17) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (72)発明者 小林 登代子 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 中村 久美 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 塚本 健夫 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 (56)参考文献 特開 平９−69334（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−245624（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−213210（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 9/02 H05K 3/10 - 3/12 H01B 13/00

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基体上に形成された一対の対向する素子
   電極と、該素子電極の双方に接続された導電性膜と、該
   導電性膜の一部に形成された電子放出部を有する電子放
   出素子の製造方法であって、 （１）上記導電性膜を形成する材質の原料となる物質を
   含むインクを、インクジェット装置により液滴として所
   定の位置に付与する工程と、 （２）付与された液滴を乾燥および／または焼成して、
   導電性膜とする工程と、 （３）上記一対の素子電極間に電圧を印加して、上記導
   電性膜に電流を流すことにより電子放出部を形成する工
   程とを有し、上記（１）の工程に際し、上記インク中の
   導電性膜を形成する材質の原料の含有率の互いに異なる
   異種のインクを用いて、前記原料の含有率の大きいイン
   クにて上記工程（２）における導電性膜の厚い部分を、
   前記原料の含有率の小さいインクにて上記工程（２）に
   おける導電性膜の薄い部分を、それぞれ形成して、上記
   （３）の工程において前記導電性膜の薄い部分をジュー
   ル熱の発生により電子放出部の形成がなされやすい潜像
   となすことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
2. 【請求項２】 基体上に形成された一対の対向する素子
   電極と、該素子電極の双方に接続された導電性膜と、該
   導電性膜の一部に形成された電子放出部を有する電子放
   出素子の製造方法であって、（１）上記導電性膜を形成する材質の原料となる物質を
   含むインクを、インクジェット装置により液滴として所
   定の位置に付与する工程と、 （２）付与された液滴を乾燥および／または焼成して、
   導電性膜とする工程と、 （３）上記一対の素子電極間に電圧を印加して、上記導
   電性膜に電流を流すことにより電子放出部を形成する工
   程とを有し、上記（１）の工程に際し、上記インクの 付
   与回数を多くすることで上記工程（２）における導電性
   膜の厚い部分を、上記インクの付与回数を少なくするこ
   とで上記工程（２）における導電性膜の薄い部分を、そ
   れぞれ形成して、上記（３）の工程において前記導電性
   膜の薄い部分をジュール熱の発生により電子放出部の形
   成がなされやすい潜像となすことを特徴とする電子放出
   素子の製造方法。
3. 【請求項３】 前記導電性膜の薄い部分を形成する前記
   インクの付与に より形成されるドットの膜厚に対する、
   前記導電性膜の厚い部分を形成する当該ドットの膜厚の
   比が、２以上であることを特徴とする請求項１または２
   に記載の電子放出素子の製造方法。
4. 【請求項４】 基体上に形成された一対の対向する素子
   電極と、該素子電極の双方に接続された導電性膜と、該
   導電性膜の一部に形成された電子放出部を有する電子放
   出素子の製造方法であって、 （１）上記導電性膜を形成する材質の原料となる物質を
   含むインクを、インクジェット装置により液滴として一
   対の対向する素子電極間の位置に付与する工程と、 （２）付与された液滴を乾燥および／または焼成して、
   導電性膜とする工程と、 （３）上記一対の素子電極間に電圧を印加して、上記導
   電性膜に電流を流すことにより電子放出部を形成する工
   程とを有し、上記（１）の工程に際し、上記インクの 付
   与により形成されるドットの中心を、上記素子電極間の
   中心線からずらして、一方の素子電極エッジにおける上
   記ドットの幅Ｗ₂を他方の電極エッジにおけるドットの
   幅Ｗ₁よりも小さく形成して、上記（３）の工程におい
   て前記ドットの幅が狭い方の導電性膜の素子電極エッジ
   近傍をジュール熱の発生により電子放出部の形成がなさ
   れやすい潜像となすことを特徴とする電子放出素子の製
   造方法。
5. 【請求項５】 上記ドットの幅の比が 【数１】 を満たすことを特徴とする、請求項４に記載の電子放出
   素子の製造方法。
6. 【請求項６】 上記ドットが概略円形であり、該ドット
   半径をＲ、電極間隙をＬ、上記ドット中心の電極間隙中
   心線からのズレをδＬとしたとき、次の式 【数２】 を満たすことを特徴とする、請求項５に記載の電子放出
   素子の製造方法。
7. 【請求項７】 基体上に形成された一対の対向する素子
   電極と、該素子電極の双方に接続された導電性膜と、該
   導電性膜の一部に形成された電子放出部を有する電子放
   出素子の製造方法であって、 （１）上記導電性膜を形成する材質の原料となる物質を
   含むインクを、インクジェット装置により液滴として所
   定の位置に付与する工程と、 （２）付与された液滴を乾燥および／または焼成して、
   導電性膜とする工程と、 （３）上記一対の素子電極間に電圧を印加して、上記導
   電性膜に電流を流すことにより電子放出部を形成する工
   程とを有し、上記（１）の工程に際し、上記インクとし
   て、第２の金属元素の化合物を含有するインクと該第２
   の金属元素よりも酸化されやすい第１の金属元素の化合
   物を含有するインクとを用いて、前記第１の金属元素の
   化合物を含有するインクにて上記工程（２）における導
   電性膜の金属酸化物からなる部分を、前記第２の金属元
   素の化合物を含有するインクにて上記工程（２）におけ
   る導電性膜の金属からなる部分を、それぞれ形成して、
   上記（３）の工程において前記導電性膜の金属酸化物か
   らなる 抵抗率の高い部分をジュール熱の発生により電子
   放出部の形成がなされやすい潜像となすことを特徴とす
   る電子放出素子の製造方法。
8. 【請求項８】 上記第１の金属元素がＰｄ、第２の金属
   がＰｔであることを特徴とする、請求項７に記載の電子
   放出素子の製造方法。
9. 【請求項９】 基体上に形成された一対の対向する素子
   電極と、該素子電極の双方に接続された導電性膜と、該
   導電性膜の一部に形成された電子放出部を有する電子放
   出素子の製造方法であって、 （１）上記導電性膜を形成する材質の原料となる物質を
   含むインクを、インクジ ェット装置により液滴として所
   定の位置に付与する工程と、 （２）付与された液滴を乾燥および／または焼成して、
   導電性膜とする工程と、 （３）上記一対の素子電極間に電圧を印加して、上記導
   電性膜に電流を流すことにより電子放出部を形成する工
   程とを有し、 上記（１）の工程に際し、上記インクとして、第２の金
   属化合物を含有するインクと該 第２の金属化合物より
   も、その金属化合物から金属に熱分解する際の分解温度
   が低い第１の金属化合物を含有するインクとを用いて、
   前記第２の金属化合物を含有するインクにて上記工程
   （２）における導電性膜の金属からなる部分を、前記第
   １の金属化合物を含有するインクにて上記工程（２）に
   おける導電性膜の前記金属の酸化物からなる部分を、そ
   れぞれ形成して、上記（３）の工程において前記導電性
   膜の金属酸化物からなる抵抗率の高い部分をジュール熱
   の発生により電子放出部の形成がなされやすい潜像とな
   すことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
10. 【請求項１０】 上記、第１の金属化合物が、酢酸パラ
    ジウム−ビス（Ｎ−ブチルエタノールアミン）、酢酸パ
    ラジウム−ジ（Ｎ−ブチルエタノールアミン）、酢酸パ
    ラジウム−ビス（Ｎ，Ｎ−ジエチルエタノールアミ
    ン）、酢酸パラジウム−ビス（Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノ
    ールアミン）より選ばれるいずれか一つであり、第２の
    金属化合物が、酢酸パラジウム−モノエタノールアミ
    ン、酢酸パラジウム−モノブタノールアミン、酢酸パラ
    ジウム−モノプロパノールアミンより選ばれるいずれか
    一つであることを特徴とする、請求項９に記載の電子放
    出素子の製造方法。
11. 【請求項１１】 基体上に形成された一対の対向する素
    子電極と、該素子電極の双方に接続された導電性膜と、
    該導電性膜の一部に形成された電子放出部を有する電子
    放出素子の製造方法であって、 （１）上記導電性膜を形成する材質の原料となる物質を
    含むインクを、インクジェット装置により液滴として所
    定の位置に付与する工程と、 （２）付与された液滴を乾燥および／または焼成して、
    導電性膜とする工程と、 （３）上記一対の素子電極間に電圧を印加して、上記導
    電性膜に電流を流すことにより電子放出部を形成する工
    程とを有し、上記（１）の工程に際し、上記所定 の位置
    の一部に還元性の物質を配置し、上記インクとして金属
    化合物を含有するインクを付与することで、上記工程
    （２）における導電性膜の前記還元性の物質が配置され
    た部分を金属からなる導電性膜に、その他の部分を金属
    酸化物からなる導電性膜として、上記（３）の工程にお
    いて前記導電性膜の金属酸化物からなる抵抗率の高い部
    分をジュール熱の発生により電子放出部の形成がなされ
    やすい潜像となすことを特徴とする電子放出素子の製造
    方法。
12. 【請求項１２】 上記還元性の物質が、カーボン微粒子
    であることを特徴とする、請求項１１に記載の電子放出
    素子の製造方法。
13. 【請求項１３】 上記還元性の物質が、白金カーボン微
    粒子であることを特徴とする、請求項１１に記載の電子
    放出素子の製造方法。
14. 【請求項１４】 上記、還元性物質を配置する方法が、
    該還元性物質の微粒子の分散液を、インクジェット装置
    により所定の位置に液滴として付与する方法であること
    を特徴とする、請求項１１〜１３に記載の電子放出素子
    の製造方法。
15. 【請求項１５】 「基体上に形成された一対の対向する
    素子電極と、該素子電極の双方に接続された導電性膜
    と、該導電性膜の一部に形成された電子放出部を有する
    電子放出素子の製造方法であって、 （１）上記導電性膜を形成する材質の原料となる物質を
    含むインクを、インクジェット装置により液滴として所
    定の位置に付与する工程と、 （２）付与された液滴を乾燥および／または焼成して、
    導電性膜とする工程と、 （３）上記一対の素子電極間に電圧を印加して、上記導
    電性膜に電流を流すことにより電子放出部を形成する工
    程とを有し、上記（１）の工程に際し、 第１の金属を含
    有するインクと、第２の金属を含有するインクとを互い
    のドットが交差するように付与し、上記工程（２）にお
    ける焼成により前記導電性膜の当該ドットの交差部を両
    方の金属よりなり、もとの金属より１桁以上高い抵抗率
    を有する合金となすことで、上記（３）の工程において
    前記導電性膜の抵抗率の高い部分をジュール熱の発生に
    より電子放出部の形成がなされやすい潜像となすことを
    特徴とする電子放出素子の製造方法。
16. 【請求項１６】 上記第１の金属がＮｉ、第２の金属が
    Ｃｒであり、交差部がニクロム合金であることを特徴と
    する、請求項１５に記載の電子放出素子の製造方法。
17. 【請求項１７】 前記電子放出素子が表面伝導型である
    ことを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の電
    子放出素子の製造方法。
18. 【請求項１８】 前記インクジェット装置が、液体に熱
    を与えることにより該液体を吐出するバブルジェット方
    式のものであることを特徴とする請求項１〜１７のいず
    れかに記載の電子放出素子の製造方法。
19. 【請求項１９】 一対の対向する素子電極と、該素子電
    極の双方に接続された導電性膜と、該導電性膜の一部に
    形成された電子放出部を有する電子放出素子を基体上に
    複数配置し、これら電子放出素子に接続された配線を有
    してなる電子源の製造方法において、 前記電子放出素子の製造に、請求項１〜１８のいずれか
    に記載の方法を用いることを特徴とする電子源の製造方
    法。
20. 【請求項２０】 一対の対向する素子電極と、該素子電
    極の双方に接続された導電性膜と、該導電性膜の一部に
    形成された電子放出部を有する電子放出素子を基体上に
    複数配置し、これら電子放出素子に接続された配線を有
    してなる電子源と、該電子源より放出される電子の照射
    を受けて発光することにより、画像を表示する画像形成
    部材を、真空容器に内包してなる画像形成装置の製造方
    法において、 前記電子源を、請求項１９に記載の方法を用いて製造す
    ることを特徴とする、画像形成装置の製造方法。