(57)【要約】【課題】  安定な電子放出特性を有し、リーク電流の低減を図った電子放出素子を提供することにある。【解決手段】  基板１上に、金属錯体溶液をインクジェット装置で塗布することで形成された前駆体膜４´をベーキングして導電性膜を形成する際に、前記ベーキング前に、前記前駆体膜４´の端部に２５４ｎｍ以下の紫外線を照射する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極間に、電子放出部を有する導電性膜を有した電子放出素子の製造方法であって、基板上に、金属錯体溶液をインクジェット装置で塗布することで形成された前駆体膜をベーキングして導電性膜を形成する際に、前記ベーキング前に、前記前駆体膜の端部に２５４ｎｍ以下の紫外線を照射する工程を有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】
前記紫外線の照射は、オゾン雰囲気下で行なわれ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】
前記導電性膜は、ＰｄＯ膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項４】
更に、前記ベーキングにより形成された導電性膜に、通電する工程を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項５】
前記通電する工程は、還元雰囲気下で行なわれる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。
【請求項６】
複数の電子放出素子を有する電子源の製造方法において、前記電子放出素子が、請求項１〜５のいずれかに記載の方法により製造されることを特徴とする電子源の製造方法。
【請求項７】
複数の電子放出素子を有する電子源と、前記電子源から放出される電子の照射により画像を形成する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、前記電子放出素子が、請求項１〜５のいずれかに記載の方法により製造されることを特徴とする画像形成装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出素子の製造方法と、この製造方法を用いた電子源及び画像形成装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクジェット装置を用いて、基板上に複数の電子放出素子を形成し、これら複数の電子放出素子と蛍光体とを組み合わせた画像形成装置が知られており（例えば、特許文献１）、このようにインクジェット装置を用いて複数の電子放出素子を製造することは、フォトリソ技術を用いたパターニングプロセスに対し、プロセスの簡便化、コストの低減、材料消費量の低減という点で優位である。
【０００３】
また、インクジェット装置を用いて、電子放出素子を構成する導電性膜を形成し、この導電性膜に、還元雰囲気中でフォーミング処理をおこない電子放出特性を得る方法が特許文献２に記載されている。
【特許文献１】特開平０９−０６９３３４号公報
【特許文献２】特開平１１−２９７１９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、インクジェット装置を用いた上記製造方法においては、上記電子放出素子を構成する導電性膜に膜厚分布が生じる場合があり、この膜厚分布は、前記導電性膜の周辺部が薄く、中心部が厚くなることが多く、そのため、周辺部が相対的に高抵抗に、中心部が相対的に低抵抗になっている場合が多い。
【０００５】
以上のような膜厚分布を有する導電性膜に対して、還元雰囲気中でのフォーミング処理を施した場合、膜厚が薄いと還元が容易でなくなることがあるので、導電性膜の周辺部は充分に還元されずに、亀裂が発生せずに切れ残る場合がある。また還元されても抵抗が高くて亀裂ができない場合がある。その結果、導電性膜の周辺部において電子放出部を形成できない場合がある。
【０００６】
このような場合には、導電性膜の周辺部において電流が流れ、電子放出効率の低下や、消費電力の増大につながる。例えば、このような電子放出素子を単純マトリクス配線した電子源の場合、ＯＮ状態にある画素と共通のラインは、ＯＦＦ状態であってもＯＮ状態の電子放出素子の半分の電圧が印加されるため、このとき電子放出素子にリーク電流が流れてしまい、消費電力の増大を招いてしまう。
【０００７】
本発明の課題は、安定な電子放出特性を有し、上記リーク電流の低減を図った電子放出素子を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の別の課題は、高輝度で動作安定性に優れた画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、電極間に、電子放出部を有する導電性膜を有した電子放出素子の製造方法であって、基板上に、金属錯体溶液をインクジェット装置で塗布することで形成された前駆体膜をベーキングして導電性膜を形成する際に、前記ベーキング前に、前記前駆体膜の端部に２５４ｎｍ以下の紫外線を照射する工程を有することを特徴とする電子放出素子の製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、安定な電子放出特性を有し、リーク電流が充分低減された電子放出素子を提供することができる。
【００１１】
また、本発明によれば、高輝度で動作安定性に優れた画像形成装置を提供することができる。
【００１２】
また、本発明によれば、低消費電力で駆動できる画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明の好ましい実施態様を示す。
【００１４】
本発明に適用し得る電子放出素子は、先述したような冷陰極型の電子放出素子に分類されるもので、それらの中でも電子放出特性等の観点から特に表面伝導型の電子放出素子が好適である。このため、以下では表面伝導型電子放出素子を例に挙げて説明する。
【００１５】
図１は、本発明に適用し得る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、図１（ａ）は模式的平面図、図１（ｂ）は模式的断面図である。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。
【００１６】
基板１としては、石英ガラス、Ｎａ等の不純物含有量を減少させたガラス、青板ガラス、青板ガラスにスパッタ法等によりＳｉＯ2を積層した積層体、アルミナ等のセラミックス及びＳｉ基板等を用いることができる。
【００１７】
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、例えばＮｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属或は合金及びＰｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ2、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、Ｉｎ2Ｏ3−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される。
【００１８】
素子電極間隔Ｌ、素子電極長さＷ１、導電性膜４の幅Ｗ２及び厚さ等は、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る。
【００１９】
素子電極長さＷ１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。
【００２０】
導電性膜４を構成する主な材料としては、例えばＰｄ、Ｐｔ、Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｂ等の金属、ＰｄＯ，ＳｎＯ2，Ｉｎ2Ｏ3，ＰｂＯ，Ｓｂ2Ｏ3等の酸化物、ＨｆＢ2，ＺｒＢ2，ＬａＢ6，ＣｅＢ6，ＹＢ4，ＧｄＢ4等の硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＳｉＣ，ＷＣなどの炭化物、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。
【００２１】
この導電性膜４の膜厚は、好ましくは数Åから数百ｎｍであり、その抵抗値Ｒｓが、１０2〜１０7Ω／□の抵抗値を示す膜厚で形成したものが好ましく用いられる。
【００２２】
電子放出部５は、導電性膜４の一部に形成された亀裂により構成され、亀裂幅は５０ｎｍ以下であることが好ましい。亀裂幅の測定は、電子顕微鏡により亀裂を電子放出部全長にわたって観察し、電子放出部に沿って、１μｍ毎に測定点を決め、各部で亀裂の幅を測定する。
【００２３】
電子放出部５及び導電性膜４上には、後述する活性化工程を経た場合、その活性化工程を行った気相中に含まれる元素からなる単体物質及び化合物を有する場合もある。具体的には、炭素又は炭素化合物、あるいは、金属又は金属化合物を有する場合もある。
【００２４】
上述の表面伝導型電子放出素子の製造方法としては様々な方法があるが、本発明で用いている方法は、導電性膜４を構成するための材料を含む液体を、バブルジェット（登録商標）またはピエゾジェット等のインクジェット方式により吐出し、基板上の電子放出素子の形成される場所に付着する方法である。
【００２５】
本発明の電子放出素子の製造方法について以下に詳述する。
【００２６】
１）絶縁性基板１を洗剤、純水及び有機溶剤等を用いて十分に洗浄した後、真空蒸着法、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基板１上に素子電極２、３を形成する（図２）。
【００２７】
２）素子電極２、３を設けた基板１上に、インクジェット方式により有機金属溶液を塗布して、有機金属膜（前駆体膜）４´を形成する（図３）。有機金属溶液には、前述の導電性膜４を構成する材料、例えばＰｄ等の金属を主元素とする有機金属化合物の溶液を用いることができる。インクジェット方式を用いる事により有機金属溶液が基板に塗布されると有機金属溶液は基板上で広がっていく。広がる範囲は基板上の表面処理により操作できるが、広がりを抑える事はできない。よって単純に膜厚を厚くしても有機金属膜の中心部は厚くなるが端部の薄膜化は起こる。そのため、有機金属膜４´の薄膜化した端部は、高抵抗になる。
【００２８】
３）次に、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、有機金属膜（前駆体膜）４´に紫外線を照射する。尚、図４（ａ）は模式的断面図、図４（ｂ）は模式的平面図を示す。
【００２９】
上記紫外線の照射は、具体的には低圧水銀ランプなどを用い、オゾン雰囲気下にてフォトマスク６を使用して、有機金属膜４´の端部にのみ紫外線を照射する。紫外線を照射する領域においては、有機金属膜の平均膜厚の５０％以下の領域には照射することとした。
【００３０】
また、照射する紫外線は２５４ｎｍ以下で照射する事が望ましい事が、本発明者らの実験結果より得られた。これにより、有機金属膜内の化学的結合を紫外線で切ることができる。この紫外線を照射した有機金属膜の端部をＦＥ−ＳＥＭで観察したところ、有機金属膜の緻密化がされていた。
【００３１】
この後加熱処理を行い、上記金属成分の酸化温度以上に昇温、加熱焼成し、金属化合物よりなる上記導電性膜４を形成する。
【００３２】
４）つづいて、フォーミング工程を施す。このフォーミング工程の方法の一例として水素雰囲気中の通電処理による方法を説明する。素子電極２、３間に、不図示の電源を用いて、水素雰囲気中にて通電を行うと、導電性膜４の部位に、構造の変化した電子放出部５が形成される（図５）。この時の水素圧力は適宜設定されるが数Ｔｏｒｒから数十Ｔｏｒｒが望ましい。導電性膜４の周辺部では、膜厚が薄いことや、また、そのために還元速度が遅いこと等から抵抗値が高くなるが、電極間隔が狭いために電界強度が強く、フォーミングを充分に行うことができ、導電性膜４の端から端まで電子放出部５を形成することができる。
【００３３】
また、上記フォーミングの電圧波形の例を図６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６（ａ）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６（ｂ）に示した手法がある。
【００３４】
図６（ａ）におけるＴ１及びＴ２は電圧波形のパルス幅とパルス間隔である。通常Ｔ１は１マイクロ秒〜１０ミリ秒、Ｔ２は１０マイクロ秒〜１００ミリ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、表面伝導型電子放出素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、矩形波等所望の波形を採用することができる。
【００３５】
図６（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図６（ａ）に示したのと同様とすることができる。三角波の波高値（通電フォーミング時のピーク電圧）は、例えば０．１Ｖステップ程度ずつ、増加させることができる。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、１Ｍオーム以上の抵抗を示した時、通電フォーミングを終了させる。
【００３６】
以上により、図１に示した電子放出素子が得られる。
【００３７】
その後、フォーミングされた素子を光学顕微鏡にて観察した所、亀裂が素子の端部にまで形成されていた。
【００３８】
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Ｉｆ、放出電流Ｉｅが著しく変化する工程である。
【００３９】
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、素子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、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、カルボン酸、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ＣnＨ2n+2で表される飽和炭化水素、エチレン、プロピレンなどＣnＨ2n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。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。
【００４０】
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。
【００４１】
炭素及び炭素化合物とは、例えばグラファイト（いわゆるＨＯＰＧ，ＰＧ，ＧＣを包含するもので、ＨＯＰＧはほぼ完全なグラファイト結晶構造、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。）、炭化水素（ＣｍＨｎで表される化合物、ないしこの他にＮ，Ｏ，Ｃｌなどの他の元素を有する化合物を含む。）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。
【００４２】
６）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。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。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。
【００４３】
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、有機物質あるいは金属化合物が十分除去されていれば、圧力自体は多少上昇しても十分安定な特性を維持することが出来る。
【００４４】
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ないし金属の堆積を抑制でき、結果として素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが安定する。
【００４５】
次に、本発明に関わる電子源及び画像形成装置ついて詳細に説明する。
【００４６】
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。
【００４７】
本発明に適用し得る表面伝導型電子放出素子の放出電子は、閾値電圧以上では、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、閾値電圧以下では、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。
【００４８】
以下この原理に基づき、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７を用いて説明する。図７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。
【００４９】
ｍ本のＸ方向配線７２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、幅は適宜設計される。Ｙ方向配線７３は、Ｄｙ１，Ｄｙ２，……，Ｄｙｎ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）。
【００５０】
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。
【００５１】
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、それぞれ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。
【００５２】
Ｘ方向配線７２には、Ｘ方向に配列した表面伝導型電子放出素子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。
【００５３】
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。
【００５４】
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８と図９を用いて説明する。図８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９は、図８の画像形成装置に使用される蛍光膜の模式図である。
【００５５】
図８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、例えば大気中あるいは窒素中で、４００〜５００℃の温度範囲で１０分間以上焼成することで封着して、外囲器８８が構成されている。
【００５６】
７４は、図１に示したような電子放出素子である。７２、７３は、表面伝導型電子放出素子の一対の素子電極と接続されたＸ方向配線及びＹ方向配線である。
【００５７】
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８８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。
【００５８】
図９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９（ａ））あるいはブラックマトリクス（図９（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。
【００５９】
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８６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。
【００６０】
フェースプレート８６には、更に蛍光膜８４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。
【００６１】
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。
【００６２】
外囲器８８の封着を行った後、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、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１．３×１０-3Ｐａないしは１．３×１０-5Ｐａの圧力を維持するものである。
【００６３】
次に、前述の梯子型配置の電子源及び画像形成装置について、図１０及び図１１を用いて説明する。
【００６４】
図１０は、梯子型配置の電子源の一例を示す模式図である。図１０において、１１０は電子源基板、１１１は電子放出素子である。１１２は、電子放出素子１１１を接続するための共通配線Ｄ１〜Ｄ１０であり、これらは外部端子として引き出されている。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、電子放出閾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、電子放出閾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Ｄｘ２〜Ｄｘ９は、例えばＤｘ２とＤｘ３、Ｄｘ４とＤｘ５、Ｄｘ６とＤｘ７及びＤｘ８とＤｘ９を一体の同一配線とすることもできる。
【００６５】
図１１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開口、Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍは容器外端子１２２、Ｇ１乃至Ｇｎはグリッド電極１２０と接続された容器外端子１２３である。１１０は各素子行間の共通配線を同一配線１２４とした電子源基板である。図１１においては、図８、図１０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８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。
【００６６】
図１１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個ずつ円形の開口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１０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、グリッド電極を表面伝導型電子放出素子の周囲や近傍に設けることもできる。
【００６７】
容器外端子１２２及び１２３は、不図示の制御回路と電気的に接続されている。
【００６８】
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。
【００６９】
以上説明した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。
【実施例１】
【００７０】
以下に、本発明の電子放出素子の実施例について図面を参照して説明する。図１は本実施例で製造した電子放出素子の構成図であり、図１（ａ）は電子放出素子の模式的平面図、図１（ｂ）は模式的断面図を示している。本実施例の電子放出素子の製造方法を述べる。
【００７１】
絶縁性基板１として、アルカリ成分が少ないＰＤ−２００（旭硝子（株）社製）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。これを洗浄、純水および有機溶剤により十分に洗浄後、さらに素子電極２、３は、ガラス基板１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５ｎｍ、その上に白金４０ｎｍ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。
【００７２】
本実施例では素子電極の間隔Ｌ＝１０μｍ、対応する長さＷ＝１００μｍとした。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素子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事が目的である。
【００７３】
その後素子電極間にインクジェット塗布方法により、導電性膜４を形成した。本実施例では、導電性膜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。
【００７４】
この溶液の液滴を、液滴付与手段として、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６０μｍとなるように調整して電極間に付与した。ドットの直径は約６０μｍ、厚みは最大で６ｎｍの膜が得られた。
【００７５】
その後、上記導電性膜の厚みが３ｎｍになっている部分を測定した所、ドットの両端部から５μｍの領域が３ｎｍであったため、所望のパターンをの開口を有する露光マスクを被せて、ドットの両端部から５μｍの領域に紫外線を照射した。照射は市販のＵＶオゾンアッシング装置（Ｓｅｍｃｏ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ製、ＵＶ−３００）を用い、オゾン雰囲気下で紫外線を２００ｎｍで照射した。
【００７６】
その後この基板を空気中にて、３５０℃で３０分間の加熱焼成処理をして酸化パラジウム（ＰｄＯ）とした。ドットの直径は約６０μｍ、厚みは最大で６ｎｍの膜が得られた。
【００７７】
次に、該素子の電極２及び３の間に水素分圧３０Ｔｏｒｒのもとで、電圧を印加し通電処理を行ったところ、導電性膜４の一部に電子放出部５が形成できた。フォーミング時の電圧は図６（ｂ）に示したＴ１が１ミリ秒、Ｔ２が１０ミリ秒とし、三角波のピーク値を漸増させて行った。電圧印加終了後さらに３分間水素雰囲気２０Ｔｏｒｒに導電性薄膜４を曝露し、還元することにより酸化パラジウムを金属パラジウムにした。
【００７８】
ＦＥ−ＳＥＭにより導電性膜４の電子放出部５を観察したところ、導電性薄膜４の両端においても亀裂が形成されていることが確認された。
【００７９】
さらに、１×１０-5Ｔｏｒｒの真空に引いて、フォーミングと同様な電圧波形を電極２および３に印加することで活性化処理を行った。
【００８０】
この試料を、１×１０-6ｔｏｒｒの真空に引いて、素子に対してアノード電極を基板鉛直方向に５ｍｍ離した位置に設定し、図１中の電極２、３間にＶｆ＝２１．５Ｖの印加電圧で放出電流を測定した。素子電流Ｉｆ＝１．２ｍＡ、放出電流Ｉｅ＝３．６μＡで効率０．３％と高い効率が得られた。Ｖｆ＝６．５Ｖの時のＩｆ（半選択電流）はＩｆ＝０．０２μＡと非常に低い電流であった。
【００８１】
（比較例）
電極間隔を等幅として表面伝導型電子放出素子を作製した例について述べる。
【００８２】
実施例１と同様にインクジェット塗布法により導電性膜を塗布後に空気中にて、３５０℃で３０分間の加熱焼成処理をして酸化パラジウム（ＰｄＯ）とした。ドットの直径は約６０μｍ、厚みは最大で６ｎｍの電子放出素子を作製した。
【００８３】
水素中でのフォーミング及びその後の還元工程を終了後、ＦＥ−ＳＥＭにより導電性膜両端の電子放出部を観察したところ、両端の端から約５μｍの領域で電子放出部のための亀裂が形成されていなかった。Ｖｆ＝２１．５Ｖの時、Ｉｆ＝１．４ｍＡ、Ｉｅ＝４．１μＡで効率およそ０．３％、半選択電流はＶｆ＝６．５Ｖの時、Ｉｆ＝０．２２μＡで、実施例１の場合に比べ半選択電流が大きくなった。
【実施例２】
【００８４】
本実施例は、図１にて示された電子放出素子の複数がマトリクス配線された電子源の製造方法を説明するものである。この電子源の製造方法を、図１２〜図１６を用いて説明する。
【００８５】
まず、ガラス基板１上に、図１２に示すように素子電極２、３を形成する。
【００８６】
アルカリ成分が少ないＰＤ−２００（旭硝子（株）社製）の２．８ｍｍ厚ガラス１の上にナトリウムブロック層としてＳｉＯ２膜１００ｎｍを形成した。次に、ガラス基板１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５ｎｍ、その上に白金４０ｎｍ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、素子電極２、３を形成した。本実施例では素子電極の間隔Ｌ＝１０μｍ、対応する長さＷ＝１００μｍとした。
【００８７】
次に、図１３に示すように下配線７３を形成する。
【００８８】
Ｙ方向配線（下配線）７３は、素子電極の２、３の一方に接して、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フォトぺ一ストインキを用い、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７３を形成した。尚、配線の厚さは約１０μ、幅幅は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。
【００８９】
次に、図１４に示すように絶縁層７５を形成する。
【００９０】
図１４に示すように上下配線を絶縁するために設けられる層間絶縁層７５は、後述のＸ方向配線（上配線）７２下に、先に形成したＹ方向配線（下配線）７３との交差部を覆うように、かつ上配線（Ｘ方向配線）７２と素子電極２、３の他方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。工程は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。この層間絶縁層の厚みは、全体で約３０μｍであり、幅は１５０μｍである。
【００９１】
次に、図１５に示すように上配線７２を形成する。
【００９２】
Ｘ方向配線（上配線）７２は、先に形成した絶縁層７５上に、Ａｇぺ一ストインキをスクリーン印刷した後乾燥させ、この上に再度同様なことを行い２度塗りしてから、４８０℃前後の温度で焼成して形成した。上記絶縁層７５を挟んでＹ方向配線７３（下配線）と交差しており、絶縁層７５のコンタクトホール部分で素子電極の他方とも接続されている。この配線によって他方の素子電極は連結されており、パネル化した後は走査電極として作用する。
【００９３】
尚、このＸ方向配線の厚さは、約１５μｍであり、また、外部駆動回路との引出し配線もこれと同様の方法で形成した。
【００９４】
次に、図１６に示すように導電性膜４を形成する。
【００９５】
まず、上記基板１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。これはこの後塗布され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事が目的である。
【００９６】
本実施例では、導電性膜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。この溶液の液滴を、液滴付与手段として、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６０μｍとなるように調整して電極間に付与した。
【００９７】
その後、上記導電性膜の厚みが３ｎｍになっている部分を測定した所、ドットの両端部から５μｍの領域が３ｎｍであったため、所望のパターンの開口を有する露光マスクを被せて、ドットの両端部から５μｍの領域に紫外線を照射した。照射は市販のＵＶオゾンアッシング装置（Ｓｅｍｃｏ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ製、ＵＶ−３００）を用い、オゾン雰囲気下で紫外線を２００ｎｍで照射した。
【００９８】
その後この基板を空気中にて、３５０℃で３０分間の加熱焼成処理をして酸化パラジウム（ＰｄＯ）とした。ドットの直径は約６０μｍ、厚みは最大で６ｎｍの膜が得られた。
【００９９】
次にフォーミング処理を行った。
【０１００】
フォーミング処理の為に各電子放出素子にパルス電圧を印加するための配線を、図１７に模式的に示す。Ｙ方向配線７３は、外部端子Ｄｙ１〜Ｄｙｎを共通電極１４０１に接続することにより共通接続され、パルス発生器１４０２のグランド側の端子に接続される。Ｘ方向配線７２は外部端子Ｄｘ１〜Ｄｘｍを介して制御スイッチング回路１４０３に接続されている（図では、ｍ＝２０，ｎ＝６０の場合が示されている。）。制御スイッチング回路１４０３は、各端子をパルス発生器１４０２またはグランドのいずれかに接続するもので、図はその機能を模式的に示したものである。
【０１０１】
フォーミング処理は、スイッチング回路１４０３によりＸ方向の素子行を１行選択し、１パルス印加する毎に選択する素子行を切り替えて、すべての素子行を同時に処理する方法で行った。
【０１０２】
印加したパルス電圧の波形は、図３（ｂ）に示したような波高値の漸増する三角波パルスである。パルス幅Ｔ１は１ｍ秒、パルス間隔Ｔ２は１０ｍ秒とした。また、上記のパルスとパルスの間に、波高値０．１Ｖの矩形波パルスを挿入し、素子の抵抗値を測定した。
【０１０３】
続いて、活性化処理を行った。
【０１０４】
外部からＸＹ配線を通じてパルス電圧を素子電極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工程である。
【０１０５】
本工程ではカーボン源としてトルニトリルを用い、真空空間内に導入し、１．３×１０-4Ｐａを維持した。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。
【０１０６】
図１８の（ａ）、（ｂ）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、１０〜２０Ｖの範囲で適宜選択される。図１８の（ａ）中、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１８の（ｂ）中、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。このとき、素子電極３に与える電圧を正としており、素子電流Ｉｆは、素子電極３から素子電極２へ流れる方向が正である。印加したパルスは、図１８の（ａ）の、波高値１４Ｖ、パルス幅３０μ秒のパルスで、上記フォーミングと同様に、Ｘ方向の行毎に行った。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、トルニトリルの導入を止め、活性化処理を終了した。
【０１０７】
以上の工程で、電子源を作成する事ができた。
【０１０８】
本実施例によれば、安定な電子放出特性を有し、リーク電流が充分低減された電子源を得ることができた。
【実施例３】
【０１０９】
実施例２で形成された電子源を用いて、図８に示す様な画像形成装置を製作した。実施例２で作製された電子源を、ガラス材からなるリアプレート８１、支持枠８２、フェースプレート（発光表示板）８６の中に収め、各部材を接着した。接着にはフリットガラスを用い、４５０℃に加熱して接着した。フェースプレートの内側には、メタルバック８５と、赤緑青３色よりなる蛍光膜８４が形成してあり、メタルバックに接続された高圧端子８７が画像形成装置外部に引き出される構造とした。さらに不図示の排気管を通し、真空ポンプを使って内部の空気を排気した。排気管をガスバーナーで溶着させ、画像形成装置を完成させた。この画像形成装置のメタルバック８５には、高圧端子８７を通して４ｋＶの電位を与え、Ｘ方向端子７２およびＹ方向端子７３に画像信号を入力することで、画像表示を行った。その結果、半選択電流の少ない電子源基板を用いたことにより、低消費電力で駆動できた。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明が適用される電子放出素子の一例を示す模式的平面図（ａ）及び模式的断面図（ｂ）である。
【図２】本発明の電子放出素子の製造方法の一例を説明するための模式的断面図である。
【図３】本発明の電子放出素子の製造方法の一例を説明するための模式的断面図である。
【図４】本発明の電子放出素子の製造方法の一例を説明するための模式的断面図（ａ）及び模式的平面図（ｂ）である。
【図５】本発明の電子放出素子の製造方法の一例を説明するための模式的断面図である。
【図６】本発明にかかるフォーミング処理に用いることのできる電圧波形の一例である。
【図７】本発明を適用可能な単純マトリクス配置した電子源の一例を示す模式的平面図である。
【図８】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的斜視図である。
【図９】蛍光膜一例を示す模式図である。
【図１０】本発明を適用可能な梯子配置の電子源の一例を示す模式的平面図である。
【図１１】本発明を適用可能な画像形成装置の表示パネルの別の例を示す模式的斜視図である。
【図１２】本発明の電子源の製造方法の一例を説明するための模式的平面図である。
【図１３】本発明の電子源の製造方法の一例を説明するための模式的平面図である。
【図１４】本発明の電子源の製造方法の一例を説明するための模式的平面図である。
【図１５】本発明の電子源の製造方法の一例を説明するための模式的平面図である。
【図１６】本発明の電子源の製造方法の一例を説明するための模式的平面図である。
【図１７】本発明の実施例におけるフォーミング処理時の配線方法を示す模式図である。
【図１８】本発明の実施例における活性化処理に用いた電圧波形である。
【符号の説明】
【０１１１】
１  基板
２、３  素子電極
４  導電性膜
４´  有機金属膜
５  電子放出部
６  フォトマスク
【図１】
2006134592.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006134592.tif 000009
【図８】
2006134592.tif 000010
【図９】
2006134592.tif 000011
【図１０】
2006134592.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2006134592.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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